[发明专利]改进放热多分子合成反应器特别是合成氨反应器效率的方法

说明书

本发明涉及一个增加反应器的效率并使之现代化的系统，所述反应器用于进行放热多分子合成反应更具体地说是合成氨、甲醇等的反应器。该系统一般包括耐压外壳、与壳体形成空隙的间隔层、限定催化填充物的间隔层、催化剂篮、合成气体流动的导管和控制气体流动的管子。

用于多分子合成更具体地说是氨的合成的反应器一般包括耐压壳体、形成空隙的间隔层、以及带有催化填充物的滤筒。

在一些情况下(见凯洛格轴流和低高度/直径H/D比反应器)，其外侧与壳体形成空隙的间隔层的内表面也起限定填充物的间隔层的作用。

在其它情况下(例如汤普索(Topsoe)反应器)，形成空隙的间隔层与形成填充物层的滤筒的壁是分开的，并且性质不同。在这种情况下滤筒一般是单层、单片，也就是说不可分离的单一的填充物。

在现在更多的实例中(阿摩尼亚·卡塞尔系统)，形成空隙的外部间隔层与形成填充物层的滤筒的间隔层是不可分开的，并被制成可分离的组合式部件，每一部件都包括至少一层催化剂填充物。

现在他们的研究仍在继续，但申请人意外地注意，通过简单而经济的结构改变，这些反应器及其他反应器的使用效率都可以有显著的提高。

实际上，已经发现了改进除了常规的“瓶颈”型凯洛格反应器以外的几乎所有现有反应器的最佳解决办法。该方法包括：

a)与壳体形成空隙的一片间隔层；

b)形成填充层的间隔层与形成空隙的间隔层完全分离并不与之连接，而是包含分离的组件，每一个组件都至少限制一个催化剂填充物层，并放置在下面的组件上，它们是由限定催化剂的间隔层和分配气体的间隔层形成的；

c)部分催化剂与部分形成空隙的间隔层相接触；

d)至少有部分的独立组件都限定了至少一层催化填充物，它们最好借助内部气体分配收集器的延伸部分，放置在下面的组件之上。

在本发明的一个最佳实施方案中，顶部的催化填物层有一部分与空隙形成间隔层的较小区域相接触，合成物气体沿轴向穿过所述部分。不与空隙接触的催化剂的主要部分由径向向外流动的合成气体穿过。至少底层的填充物有一小部分催化剂不再与空隙形成间隙层接触，而是与部分不打孔的中心间隔层接触，该中心间隔层可以是(例如)部分中心气体导管，不与所述部分间隔层相接触的催化剂的主要部分由径向向内流动的气体穿过。

根据本发明特别先进的特点，控制气体流入前述邻近催化剂区域的下端与形成空隙的间隔层接触的空隙区域。

本发明的各种形式和优点将在后面的最佳的反应器实施方案的描述中更好地说明(通过改进一个特定类型的反应器来达到)。

为了使说明能够通俗易懂，提供了一个可以改进的非常普通的反应器，图1表示一个典型的汤普索(100系列)反应器的纵向截面图，它包括外壳M、带有空隙形成间隔层PI和盖CI的内封闭壳I、以及带有催化填充物的滤筒C，它从外到内具有一个固体间隔层PP和两个打孔的间隔层或同轴网Fe和Fi，以限定被分成上部L₁和下部L₂的催化剂填充物LC，并包括分离填充物的隔板盘D₃。合成气体GS通过导管5，沿着空隙7流入热交换器8，然后沿中心管9向上流动并沿径向通过填充物L₁和L₂，随后在环形的内部空间10中汇集，并在离开反应器之前先经过热交换器8的内部管道。控制气体GQ从管6进入，直接从内壳I的盖II流过，并与通过填充物1的反应完了的合成气体相混合。

这些反应器的转换效率相当的低，并且有能量消耗很高的缺点。

本发明的目的在于在现场改进任何类型的普通反应器(不包括带有“瓶颈”外壳的反应器)，把它们改造成更好的轴径式反应器的工作非常简单、容易，只需控制产生轴向流动区域的末端。

本发明的另一个目的是在现场改进这些反应器的结构，并在减少能量消耗的同时，显著地增加其效率。

如图1所示的普通反应器可以移走内部壳体(如“ABCD”)，同时保留外壳不变，也可以保留与所述壳体形成空隙的间隔层，从而得到改进。