[发明专利]多床催化反应器

说明书

一种特别是用于合成氨的多床催化反应器，其中床具有环形形状，第一床具有等于或大于50的L(1)*(V/V(1))，其中L(1)是该第一床的长细比，该长细比计算为轴向长度除以径向宽度；V是反应器的床的总体积以及V(1)是第一床的体积。

技术领域

本发明涉及具体用于合成氨的多床催化反应器。

背景技术

多床催化反应器是包含工艺气体依次经过的多个催化床的化学反应器。在这样的反应器中，通过穿过催化床序列，反应物气体逐渐转化成产物气体。多床反应器典型地用于从基本上由氢气和氮气制成的补充气体开始合成氨。

多床反应器的常见设计包括具有圆柱形环形配置的催化床。每个催化床基本上是由外壁和内壁界定的圆柱体的环。所述外壁和内壁设计为透气的并且适于保留催化剂，催化剂例如是呈颗粒形式。

热交换器可安装在催化床的中心空腔中，以从流出物中移除热量。这种热交换器可以称为床间交换器，并且当化学反应是放热的时特别有用。从热流出物中移除的热量可以转移到冷却介质或工艺物流中。特别是在最具反应性的第一床之后，使用床间冷却器，允许热回收并且控制后续床的入口温度。

环形催化床可以被以朝向中心轴线的向内的流动或远离该轴线的向外的流动穿过。在这两种情况下，热交换器可以被布置在环形床的中心空腔中。例如，当床被以向内的径向流动穿过时，气流经由外壁进入床并收集在内壁处，气流可以从内壁直接进入空腔并穿过热交换器。

典型地，床间热交换器是管式热交换器；根据各种实施例，热气体可以围绕管或在管中(管侧)通过。

催化床的数目可以变化。在大多数实施例中，催化床的数量为2-4个，其可在立式设备中竖直地一个布置在另一个上方。

该技术是众所周知的，但是提出了尚未克服的一些挑战。

在现有技术中，催化床总是设计成具有相同的内半径和外半径。由此得出，床的中心空腔具有径向宽度，该径向宽度从一个床到另一个床没有显著不同，因此，可用于催化剂的体积与床的轴向长度成比例。

工艺气体在第一床的入口处是最具反应性的，并且当其通过催化剂并发生反应物向产物的转化时，工艺气体逐渐变得反应性较低。为此原因，第一床，即接收新鲜反应气体的床，包含相对小部分的催化剂总体积。例如，在三床交换器中，第一床可占催化剂体积的约20％，第二床占约30％，第三床占约50％。

因此，第一床在轴向方向上是最短的，并且其中心空腔仅提供用于容纳床间热交换器的有限空间。另一方面，由于与催化剂接触的新鲜气体的强烈反应，第一床的流出物可能非常热。

可安装在第一床的小空腔中的换热器可能不能将流出物气体冷却至第二床的期望入口温度。在这种情况下，现有技术教导了通过骤冷来冷却第一气体的流出物，即将热气体与引导至第一床的入口的冷的新鲜气体混合。然而，考虑到新鲜气体的流速和温度以及第一床的最佳入口温度，该技术可以在有限程度上使用。在第一床的入口处过高的温度可能导致过热，并且必须避免。由于输入的新鲜气体的稀释，骤冷还可降低反应器的性能。为了补偿在第一床中对于安装相关的床间热交换器的居中可用的小体积，现有技术已经提出用大量小管来实现所述热交换器。该设计可增加热交换表面，但偏离最佳值，因为其使得交换器昂贵且增加压降。

现有技术的氨合成转化器描述于例如EP 0254936和CA 1200073中。

发明内容

本发明旨在解决常规多床化学反应器的以上缺点和限制。

该目的通过根据权利要求的反应器实现。

本发明的构思是提供具有细长设计的第一催化床。这种设计允许更多的空间用于安装中心的床间热交换器并且显著地降低了气体压降。

根据本发明的反应器的特征在于，第一催化床满足以下条件：