[其他]改進非均相催化合成反應器以降低能量消耗的系統及其相應的反應器

在審

• 申請號: 101986000003332
• 申請日: 1986-05-14
• 公開（公告）號: CN1004611B
• 公開（公告）日: 1989-06-28
• 發明（設計）人: 尤姆伯托·薩爾迪
• 申請（專利權）人: 阿莫尼·卡薩爾公司;尤姆伯托·薩爾迪
• 代理公司: 中國國際貿易促進委員會專利代理部
• 代理人: 孫令華;林柏楠

通常的物流在其觸媒床中基本上軸向流動的非均相合成反應器，例如氨合成反應器的能量消耗可以通過以下步驟來大量減少：在至少一個觸媒床中，加入兩個同心的基本上開孔的圓筒壁，從側面對觸媒床進行限制，并加入一個封底，以及在床層的上端加上一個擋板（也可不加）。根據需要，也可在床層的上部采取有顆粒梯度的觸媒。至少一個圓筒壁的占小部分的上部是非開孔的。這樣合成氣就基本上是徑向通過觸媒床的。

本發明是一種增加非均相合成反應器特別是氨合成反應器轉化收率并減少其能量消耗的系統。合成反應器通常由外殼（通常是整體），內件組成。內件裝有一層或多層觸媒顆粒。觸媒床位于外筒壁、內筒壁和多孔底之間。外筒壁由內件的一部分構成，內筒壁由輸送新鮮合成氣的中心輸氣管的一部分構成。每個觸媒床的上部都是敞開的。合成氣進氣作軸向流動。

正如所知，在加壓下進行催化合成的反應器，特別是氨、甲醇以及高級醇類的合成反應器通常由外殼（一般是整體的）和內件組成。內件中有一層或多層不同型式具有不同特性的觸媒顆粒稱為觸媒床。

對于放熱反應，為了使得各觸媒床層保持最佳溫度，通常在觸媒床之間對流經觸媒床的氣流進行冷卻。冷卻方式可以是在床層之間注入新鮮反應氣（冷激式）即采取與進口冷氣直接換熱的方式。

近年來，有人提出采用氣體在觸媒床中作徑向流動（Lummus，Topsoe，Kellogg，美國專利3918918和4181701號，歐洲專利申請007743-A1號）或軸向-徑向混流型（Ammonia Casale美國專利4372920和4405562號）的反應器。這些反應器和原先的軸流式反應器相比進了一大步。尤其是在觸媒量很大的情況下，它仍能保持較小的流經觸媒床層的壓力降因而可以節約能量。

氣體軸向流動型要求將反應器制成矮胖型（即長徑比小）。其設備費用和能耗都比較高。

Ammonia Casal專利（美國專利4372920和4405562號）大幅度地簡化了合成反應器內件的結構，便于對內件進行檢修和裝卸觸媒，同時也降低了氣體的壓力降。

在上述幾個專利中，每個觸媒床都具有由開孔的內筒壁、開孔的外筒壁和唯一的封底組成的觸媒筐（筐的上部是完全敞開的），上述兩個筒壁至少有一個的上部是不開孔的。上述兩個圓筒的頂端，其平面與所述開孔壁的軸線垂直。這些壁形成一個區域，在其中小部分氣體基本上是沿軸向流經觸媒層，但大部分氣體徑向流過位于筒壁開孔部分之間大部分的觸媒層。

因此，基本上沿軸向流動所占的氣體量是完全由筒壁上部至少有一個筒壁不開孔區的高度所確定。而不開孔區只占整個筒壁高度的較小部分。

長徑比大于10（即徑長比小于0.1）的反應器特別適宜于上述技術。

在當今世界經濟狀況下，對現有大多數采用軸流式反應器（如氨合成反應器等）的裝置進行現代化改造具有重要意義。這些軸流式合成反應器的特點是長徑比小，之所以這樣是因為上面所說的原因，即要保持較低的壓力降。軸流式反應器不但能耗高而且還有其它的缺點，特別是那種“lozenge”式反應器，因為只有一個單層高觸媒床，因而壓力降很大導致能耗高，而且底部觸媒由于受壓迫，容易損壞，喪失部分活性。

本發明的目的是為在加壓下進行非均相催化合成的反應器，特別是常用的軸流反應器提供一個降低能量消耗的系統，本系統特別適合于將軸流式反應器，特別是那些的低長徑比軸流式反應器，如Kellogg，ICI型反應器進行改裝。上述這些反應器為七十年代后期建造的大型（日產800～1500噸）裝置所廣泛采用。上述大型工廠的特點，除了產量大之外，就是將裝置自產的蒸汽送進一定的循環系統以帶動透平壓縮機和采用上面提到的低效率軸流式合成反應器。

上述裝置能量消耗高的特點在能源可以廉價獲得的年代中并不成為一個關鍵的因素。而造成能量消耗高的原因之一是因為這些裝置采用軸流式反應器。

按照本發明，就不難對那些高能耗的軸流式反應器，特別是那些低長徑比的反應器進行改造并取得很大的好處。這只要通過更改觸媒筐結構使得至少在一部分觸媒層中的氣流流向由軸向變為以徑向為主，最好軸向流動和徑向流動并存或者完全徑向（可以于外向內也可由內向外）就行。