專利名稱：反應(yīng)容器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于把軸流式反應(yīng)容器改裝成反向軸流式反應(yīng)容器的方法和裝置。
當(dāng)流體通過(guò)催化劑或吸附劑的顆粒床時(shí)，會(huì)發(fā)生壓力下降的現(xiàn)象。在一些極端情況中，壓力下降會(huì)導(dǎo)致壓縮和泵送成本的增加達(dá)到不可接受的程度。因此，期望當(dāng)工作流體經(jīng)過(guò)具有催化劑或吸附劑固定床的反應(yīng)容器時(shí)，能減小壓降。
在已知的反應(yīng)容器結(jié)構(gòu)中，與簡(jiǎn)單的軸流式反應(yīng)器相比壓降被降低了。例如，在US4033727中，公開(kāi)了徑流式反應(yīng)器，這種徑流式反應(yīng)器通常包括一圓筒形中央管道，該中央管道被一環(huán)狀圓筒形催化劑床包圍著，所說(shuō)的催化劑床被穿孔的催化劑限制裝置限制著，在催化劑床和容器壁內(nèi)部之間形成一環(huán)狀圓筒空間。這種徑流式反應(yīng)器結(jié)構(gòu)復(fù)雜，從而使得這種徑流式反應(yīng)器非常昂貴，并且難于安裝。
反向軸流式反應(yīng)容器提供一種處理操作器，其中，工作流體沿軸向經(jīng)過(guò)設(shè)置在一容器內(nèi)的催化劑或吸附劑床，它能夠使得通過(guò)催化劑的壓降減小至在工作流體通過(guò)催化劑床整個(gè)長(zhǎng)度時(shí)所獲得的壓降的約八分之一。
EP075056描述了一種用于低壓合成氨的分裂軸流式轉(zhuǎn)換器。這種轉(zhuǎn)換器包括一反應(yīng)容器，該反應(yīng)容器容納有氨合成催化劑，并且具有對(duì)置的第一和第二入口，在催化劑床內(nèi)大致中央位置設(shè)置有氣體收集裝置。氣體收集裝置包括許多穿孔同心環(huán)，這些穿孔同心環(huán)被一出口管分為兩部分，所說(shuō)的出口管在這些同心環(huán)的水平處沿徑向流出反應(yīng)器。這種結(jié)構(gòu)雖然可有效減小壓降，但是它利用了氣體收集裝置，該氣體收集裝置不適合于安裝到已有的反應(yīng)器上，因此它的多功能性受到局限。尤其是，沿徑向通過(guò)反應(yīng)器壁的出口管降低了反應(yīng)容器的承壓能力，并且在使用前使容器應(yīng)力釋放過(guò)程中，難以將這種出口管安裝到已有的容器內(nèi)。
GB1307845描述了一種氨或甲醇合成反應(yīng)器，它包括一催化劑床空間，該催化劑床空間由兩個(gè)同軸的中空?qǐng)A筒限定而成，內(nèi)部圓筒包括兩部分，其中一部分的直徑要比另一部分的直徑大，并且一熱交換器占據(jù)了該較大直徑部分的至少一部分。在這種反應(yīng)器的一種優(yōu)選方式中，熱交換器冷側(cè)的出口與催化劑床頂部和底部的分開(kāi)的入口呈流體連通，從而使得離開(kāi)熱交換器的進(jìn)入氣體流被分開(kāi)，一部分被引導(dǎo)到催化劑床的頂部，另一部分被引導(dǎo)到催化劑床的底部，之后，兩股氣流匯合并經(jīng)過(guò)一床出口離開(kāi)，所說(shuō)的床出口被設(shè)置在催化劑床中，且位于中間位置，該中間位置靠近熱交換器‘熱’側(cè)的入口。這種結(jié)構(gòu)是很復(fù)雜的，難以制造，并且不適合安裝到已有的反應(yīng)器上。
因此，需要有一種方法來(lái)把軸流式反應(yīng)容器改裝成反向軸流式反應(yīng)容器，這種方法包括提供工作流體收集裝置，這種工作流體收集裝置易于制造，且利用已有的入口和出口。
因此，本發(fā)明提供了一種用于把具有對(duì)置端口的軸流式反應(yīng)容器改裝成反向軸流式反應(yīng)容器的方法，這種方法包括把工作流體收集裝置安裝在該容器的主體內(nèi)，并與一個(gè)或多個(gè)所說(shuō)端口流體連通。
本發(fā)明還提供了一種適合用于上述方法中的工作流體收集裝置，它包括一穿孔元件，該穿孔元件限定出一腔室；一管道，該管道與所說(shuō)腔室流體連通，所說(shuō)管道適合于與一軸流式反應(yīng)器的一個(gè)或多個(gè)已有的對(duì)置端口相連接。
本發(fā)明還提供了一種具有上述工作流體收集裝置的反向軸流式反應(yīng)容器和一種方法，該方法包括以下步驟(i)把工作流體供給到反應(yīng)容器的一個(gè)或多個(gè)對(duì)置端口；(ii)使工作流體沿軸向在相反方向上穿過(guò)設(shè)置在容器內(nèi)的催化劑或吸附劑的固定床；(iii)經(jīng)由位于所說(shuō)固定床內(nèi)的收集裝置來(lái)收集所形成的工作流體；(iv)經(jīng)由所說(shuō)的收集裝置從容器中除去工作流體，所說(shuō)的收集裝置與位于所說(shuō)容器中的一個(gè)或多個(gè)已有的對(duì)置端口呈流體連通。
根據(jù)本發(fā)明的方法適合用于改裝的軸流式反應(yīng)容器包括一外殼，該外殼的斷面可以是圓形的，也可以是其它形狀，并且可以被裝有護(hù)套，也可以不裝護(hù)套，并且具有對(duì)置端口。‘對(duì)置端口’意味著，反應(yīng)容器的這些端口被設(shè)置在該容器的兩端。這種反應(yīng)容器尤其是那些在壓力狀態(tài)下工作的反應(yīng)容器具有圓頂形端部，所說(shuō)端口就位于這些圓頂形端部中。這些端口可包括原先的對(duì)置的工作流體入口和出口，而且還可包括其它端口，例如檢查端口，處理端口，熱偶端口以及催化劑填充或排放端口。
在本發(fā)明中，工作流體收集裝置被安裝在反應(yīng)容器內(nèi)，并且與一個(gè)或多個(gè)已有的對(duì)置端口相連接。在根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的操作過(guò)程中，工作流體被分開(kāi)，并且部分工作流體被供給到容器的對(duì)置端部。在另一個(gè)實(shí)施例中，全部的工作流體都被供給到容器的一個(gè)端部，并且設(shè)置在容器內(nèi)的旁通裝置把一部分工作流體輸送到另一端。然后，工作流體沿著相反方向通過(guò)設(shè)置在容器中的催化劑或吸附劑床，并且由工作流體收集裝置收集，然后，該工作流體收集裝置經(jīng)由一個(gè)或多個(gè)已有的對(duì)置端口從容器輸送這些工作流體。固定床受到軸向流，并且例如可以基本上水平地被設(shè)置在容器中，使得工作流體基本上豎直地通過(guò)所說(shuō)的固定床。
在到達(dá)工作流體收集裝置之前，50％的工作流體通過(guò)均等厚度的顆粒催化劑或吸附劑，在這種情況下，獲得最佳的壓降減小。因此，盡管工作流體收集裝置可以被安裝在對(duì)置端口之間的任何位置，但是，為了使反向軸流式結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)最大化，工作流體收集裝置優(yōu)選地被安裝在所說(shuō)對(duì)置端口之間大致等距離的位置，即，優(yōu)選地是，該收集裝置被設(shè)置在反應(yīng)容器內(nèi)的所說(shuō)床內(nèi)的中央。
工作流體收集裝置可包括適于收集工作流體的任何收集裝置。收集裝置應(yīng)被設(shè)計(jì)成確保從催化劑床能恰好收集工作流體，以免催化劑或吸附劑產(chǎn)生部分旁通。優(yōu)選地是，工作流體收集裝置包括一穿孔元件，該穿孔元件限定出一個(gè)腔室；一管道，該管道與所說(shuō)腔室呈流體連通，所說(shuō)的管道適合于與一個(gè)或多個(gè)所說(shuō)的端口相連接。適合的穿孔元件有穿孔的管、板或網(wǎng)，可以通過(guò)設(shè)置有波紋狀表面來(lái)增大它們的表面積。由穿孔元件所限定的腔室可以與一個(gè)或多個(gè)非穿孔管道流體連通，所說(shuō)的非穿孔管道用于把工作流體輸送到一個(gè)或多個(gè)出口。
優(yōu)選地是，穿孔元件是管狀的，因?yàn)檫@便于制造和組裝。管狀的穿孔元件可以呈一個(gè)或多個(gè)從所說(shuō)管道輻射出的穿孔管狀臂的形式。優(yōu)選地是，所說(shuō)的一個(gè)或多個(gè)臂與一個(gè)或多個(gè)穿孔管狀環(huán)流體連通，所說(shuō)的管狀環(huán)位于所說(shuō)臂的平面內(nèi)。這種穿孔環(huán)收集器可包括一個(gè)、兩個(gè)或更多個(gè)環(huán)，這些環(huán)可以是圓形的、橢圓形的、或多邊形的，例如三角形、正方形、五邊形、六邊形、七邊形或八邊形。所說(shuō)的環(huán)可以是連續(xù)的，也可以是不連續(xù)的。多邊形結(jié)構(gòu)比圓形或橢圓形更易制造。穿孔收集裝置的尺寸大小將取決于它的功率以及安裝的容易程度，然而，優(yōu)選地是，穿孔環(huán)收集器所具有的外部直徑在反應(yīng)容器直徑的50％至90％之間。穿孔元件中的穿孔可以是由傳統(tǒng)裝置加工出的一些孔、或一些切口。無(wú)論選擇哪一種穿孔形式，這些穿孔都應(yīng)被設(shè)計(jì)成使得顆粒催化劑或吸附劑不能通過(guò)，例如，通過(guò)把這些穿孔設(shè)置成適當(dāng)?shù)某叽绱笮。蛘咄ㄟ^(guò)利用適當(dāng)?shù)牟牧现T如絲網(wǎng)來(lái)覆蓋住這些穿孔。
本發(fā)明的一個(gè)特征在于工作流體收集裝置應(yīng)能被容易地制造，并且能被容易地安裝在反應(yīng)容器中。通過(guò)拆除其中一個(gè)圓頂形端部，或優(yōu)選地是經(jīng)由一進(jìn)入端口或‘人孔’來(lái)進(jìn)入反應(yīng)容器。本發(fā)明特別適合于改裝大的高壓反應(yīng)容器，且無(wú)需拆除圓頂形端部。這就要求所說(shuō)的工作流體收集裝置能夠通過(guò)這些端口進(jìn)行裝配，在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，工作流體收集裝置呈模塊形式。因此，收集裝置可包括許多適當(dāng)大小的部件，在反應(yīng)容器內(nèi)，這些部件可以通過(guò)法蘭盤連接、焊接或夾具被現(xiàn)場(chǎng)連接在一起。在將在升高的壓力中工作的反應(yīng)容器中，焊接并不是優(yōu)選的，因?yàn)殡S后需要在操作之前進(jìn)行應(yīng)力釋放。本發(fā)明的這些優(yōu)選實(shí)施例無(wú)需焊接到厚壁的壓力外殼上，并且把任何焊接局限于反應(yīng)容器外部的薄壁部分，在這些地方，容易消除外部應(yīng)力或在某些情況下能完全避免外部應(yīng)力。
在一個(gè)實(shí)施例中，軸流式反應(yīng)容器具有多個(gè)適合用于改裝的對(duì)置端口，工作流體收集裝置被安裝成與兩個(gè)或更多個(gè)出口流體連通。這就具有這樣的優(yōu)點(diǎn)利用兩個(gè)或更多個(gè)出口，其壓降就會(huì)低于使用一個(gè)端口情況下的壓降。
在另一個(gè)實(shí)施例中，軸流式反應(yīng)容器只具有兩個(gè)適合用于改裝的對(duì)置端口，(即，在每一端上各有一個(gè))，工作流體收集裝置可以被安裝成與一出口流體連通，所說(shuō)的出口與一入口呈同心結(jié)構(gòu)?！慕Y(jié)構(gòu)’意味著出口被形成在入口內(nèi)，所說(shuō)的入口因此呈環(huán)狀。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)在出口與入口同心的情況下，可以通過(guò)向出口提供文丘里裝置來(lái)改進(jìn)這種結(jié)構(gòu)。文丘里裝置包括位于出口中的一收縮部分，該收縮部分隨后逐漸擴(kuò)大。逐漸擴(kuò)大部分允許收縮部分下游的壓能得以恢復(fù)。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)在這個(gè)實(shí)施例中，具有文丘里裝置就允許出口在直徑方面變得更窄，而不會(huì)招致由較高速氣體所引起的增大的壓降。同時(shí)，環(huán)狀入口與出口為傳統(tǒng)直管的情況相比，將受到較少限制。
在另一個(gè)實(shí)施例中，軸流式反應(yīng)容器只具有兩個(gè)適合用于改裝的對(duì)置端口，(即，在每一端上各有一個(gè))，流體收集裝置可以與出口形成流體連通，且可以把催化劑或吸附劑旁通裝置設(shè)置在反應(yīng)容器中，以便把一部分工作流體從容器的入口端輸送到出口端，從而，這部分工作流體旁通過(guò)設(shè)置在其間的催化劑或吸附劑床。為了使工作流體離開(kāi)容器，該工作流體必須再次沿相反方向通過(guò)催化劑或吸附劑床流到工作流體收集裝置，所說(shuō)的工作流體收集裝置優(yōu)選地被設(shè)置在所說(shuō)床的中央。旁通裝置可包括例如圓筒，從而在所說(shuō)床內(nèi)或在它的周邊與容器壁形成一環(huán)狀空間，且工作流體可通過(guò)該環(huán)狀空間?？蛇x地和優(yōu)選地是，旁通裝置可以是一個(gè)或多個(gè)例如1個(gè)-20個(gè)旁通管。旁通裝置的尺寸大小可以被加工成能把至多約60％量的工作流體，優(yōu)選約50％量的工作流體從容器的入口端輸送到出口端。應(yīng)當(dāng)知道，在工作流體收集裝置沒(méi)有被設(shè)置在反應(yīng)器的中央的情況下，可以把旁通裝置加工成適當(dāng)?shù)某叽绱笮?，以便把適當(dāng)均衡量的工作流體供給到所說(shuō)床的任一端，從而能夠獲得最佳效率。
旁通裝置從催化劑或吸附劑床的上面延伸到該床的下面(反之亦然)，且旁通裝置在制作過(guò)程中溫度和化學(xué)制約的范圍內(nèi)可以由任何適當(dāng)?shù)牟牧蟻?lái)制造。
本發(fā)明的方法尤其適合于對(duì)含有催化劑床的軸流式反應(yīng)器進(jìn)行改裝，因?yàn)檫@種方法通過(guò)利用已有的端口和已經(jīng)在軸流式反應(yīng)器中所采用的催化劑限制裝置，使得對(duì)容器外殼的改造程度達(dá)到最小。因此，本發(fā)明的反向軸流式反應(yīng)容器制造起來(lái)更加簡(jiǎn)單，因?yàn)檫@些容器不會(huì)使軸流式反應(yīng)容器的殼體變?nèi)?，并且比現(xiàn)有技術(shù)中的徑向或反向軸流式容器具有更多的用途。
在操作過(guò)程中，反向軸流式反應(yīng)容器包含顆粒催化劑或吸附劑固定床。術(shù)語(yǔ)“吸附劑”既包括吸附劑材料又包括吸收劑材料。顆粒催化劑或吸附劑通常呈球、片、立方體、壓出型材、柱形球、環(huán)、顆粒、或其它規(guī)則或不規(guī)則形狀的形式，且具有25毫米之下的平均尺寸，優(yōu)選地是具有小于2的一展弦比，也就是，最大尺寸除以最小尺寸。優(yōu)選地是，所說(shuō)球包括多個(gè)(例如4個(gè))孔和凹槽或凸角，它們進(jìn)一步起著減小壓降通過(guò)固定床的作用。
催化劑或吸附劑可以是連續(xù)地通過(guò)所說(shuō)床，或者所說(shuō)床也可以包括多層惰性材料。例如，惰性顆粒例如呈球的形式的惰性顆粒可以被用在催化劑或吸附劑床的一端或兩端，以便支撐著催化劑或吸附劑的重量。優(yōu)選地是，惰性顆粒層被設(shè)置在工作流體收集裝置的周圍，更優(yōu)選地是，惰性顆粒所具有的顆粒大小大于催化劑或吸附劑顆粒的大小，以便組成所說(shuō)床的其余部分，從而增大了收集裝置區(qū)域內(nèi)的工作流體的滲透性。這種增大的滲透性提高了收集裝置的性能，從而一旦工作流體經(jīng)過(guò)催化劑或吸附劑床時(shí)就能收集起該工作流體。
這種根據(jù)本發(fā)明的方法進(jìn)行改裝的包含工作流體收集裝置的反應(yīng)容器可以被用于任何制作過(guò)程，在這種情況下，期望地是在包含催化劑或吸附劑固定床的軸流式反應(yīng)器中能減小壓降。容器的高度通常為1-10米，其所具有的直徑通常為0.5-5米。本發(fā)明的方法尤其適合于高度≥5米且直徑≥2.5米的大的壓力容器。改裝過(guò)的反應(yīng)器的操作過(guò)程包括把工作流體供給到反向軸流式反應(yīng)容器；使工作流體沿軸向在相反方向上通過(guò)設(shè)置在容器內(nèi)的催化劑或吸附劑固定床；經(jīng)由位于所說(shuō)固定床內(nèi)的收集裝置來(lái)收集所形成的工作流體；經(jīng)由所說(shuō)的收集裝置從容器中除去工作流體。
應(yīng)當(dāng)知道，在改裝過(guò)的反應(yīng)容器中，對(duì)置端口的職能可以與改裝之前容器的對(duì)置端口的職能相同，也可以不同。
工作流體可以是液體或氣體，但優(yōu)選地是氣體。為了實(shí)現(xiàn)減小壓降，同時(shí)保持從反應(yīng)容器的輸出量，可以把供給到反向軸流式反應(yīng)容器的工作流體分開(kāi)供給到對(duì)置的入口。在一反向軸流式反應(yīng)容器中，收集裝置被設(shè)置在入口之間的中間位置，工作流體優(yōu)選地是被分成50∶50，也就是，向容器的每一端供給最初流量的一半，也可以考慮采用一些變型，以便考慮催化劑床內(nèi)的收集裝置每一側(cè)的不同包裝的顆粒催化劑或吸附劑，或收集裝置的位置。可選地是，可以把全部工作流體供給到一個(gè)入口和在容器中所使用的旁通裝置，例如管，以便把優(yōu)選約50％的工作流體輸送到催化劑或吸附劑床的任一端。此外，工作流體收集裝置可以與一個(gè)或多個(gè)出口形成流體連通，所說(shuō)的出口與入口相對(duì)置。
本發(fā)明的反向軸流式反應(yīng)容器在氨合成階段上游的氨制造過(guò)程中有益于減小壓降。本發(fā)明的容器具有這樣的優(yōu)點(diǎn)，即，可以增大整個(gè)過(guò)程的生產(chǎn)能力，因?yàn)槲覀儼l(fā)現(xiàn)增加氨設(shè)備的生產(chǎn)能力會(huì)受到設(shè)備前端的壓降的限制。尤其是，可以從本發(fā)明的反向軸流式結(jié)構(gòu)受益的適當(dāng)?shù)姆磻?yīng)容器是水煤氣轉(zhuǎn)換容器，例如，高溫轉(zhuǎn)換和低溫轉(zhuǎn)換容器以及甲烷轉(zhuǎn)換容器。因此，在優(yōu)選實(shí)施例中，容器包括高溫轉(zhuǎn)換、低溫轉(zhuǎn)換或甲烷化催化劑床。
水煤氣轉(zhuǎn)換反應(yīng)是已知的，并且經(jīng)常作為氫或氨合成過(guò)程的一部分被用在合成氣體產(chǎn)生過(guò)程中，以便增大氣流中的氫含量。在水煤氣轉(zhuǎn)換反應(yīng)中，工作流體是天然合成氣體，包括碳氧化物、氫和蒸汽，它以升高的壓力以及在約350-500℃范圍內(nèi)的溫度經(jīng)過(guò)高溫轉(zhuǎn)換催化劑，例如經(jīng)過(guò)還原的摻雜鉻的鐵催化劑，然后，如果需要的話，在被稱為低溫轉(zhuǎn)換階段，以低于300℃的較低溫度經(jīng)過(guò)還原的銅催化劑，例如銅-鋅-鋁催化劑。
在氨制造過(guò)程中通常采用甲烷化作用，以便在向氨合成催化劑供給混合物之前，把氫/氮工作流體混合物中少量的碳氧化物殘余物轉(zhuǎn)換成甲烷。這用于保護(hù)那些被碳氧化物定位的基于鐵的氨合成催化劑的長(zhǎng)使用壽命。甲烷化催化劑通常是被支撐在耐高溫的支撐物上的還原的鎳催化劑，例如摻雜有鎂的鋁或鋁酸鈣。
尤其是，本發(fā)明的制作過(guò)程特別適合于制造甲醇或氨，尤其適合于制造甲醇。
甲醇合成可以在40-150巴絕對(duì)壓力范圍內(nèi)的壓力下來(lái)執(zhí)行，且更為便利地是在45-120巴絕對(duì)壓力范圍內(nèi)的壓力下來(lái)執(zhí)行。溫度適當(dāng)?shù)厥窃?60-300℃范圍內(nèi)，且催化劑床出口溫度優(yōu)選地是在220-290℃的范圍內(nèi)。這種溫度能提供可接受的甲醇輸出率(由于有利的平衡)，而且不會(huì)產(chǎn)生較多的由在高溫時(shí)操作所產(chǎn)生的副產(chǎn)品雜質(zhì)含量。經(jīng)過(guò)催化劑的工作流體通常是新鮮的脫水合成氣的混合物，包括碳氧化物、氫以及通過(guò)甲醇回收而循環(huán)利用的未反應(yīng)的氣體，但是，這個(gè)過(guò)程也適合于一次通過(guò)操作，利用無(wú)甲醇脫水合成氣混合物。例如在EP0217513中描述的那樣，甲醇合成催化劑通常是還原的銅催化劑，例如銅-鋅-鋁催化劑。
在氨合成過(guò)程中，氫/氮混合物作為工作流體通常在高壓例如在80-300巴絕對(duì)壓力范圍內(nèi)以及在300-540℃范圍內(nèi)的溫度下經(jīng)過(guò)氨合成催化劑。氨合成催化劑可以是含鐵的催化劑，例如促進(jìn)的鐵催化劑。
本發(fā)明的制作過(guò)程還可以被應(yīng)用于那些用于凈化氣體給料的反應(yīng)容器。例如，工作流體可包括含有催化劑毒物的碳?xì)浠衔锝o料，固定床包括有益于從給料中除去所說(shuō)毒物的催化劑或吸附劑。典型的催化劑毒物包括硫化物、汞、砷、或鹵化物，例如氯化物。在硫化物的情況中，固定床可包括氫化脫硫催化劑和/或硫化氫吸附劑床。為了除去汞、砷、或鹵化物，可以使用適合于從碳?xì)浠衔镏谐ス?、砷或鹵化物的吸附劑材料。碳?xì)浠衔锝o料的氫化脫硫作用通常在鈷-鉬催化劑上執(zhí)行，并且通常接著這樣一個(gè)步驟，即利用硫化氫吸附劑來(lái)除去硫化氫。例如，吸附劑包括用于去除硫的基于鋅的碳化物和銅和/或氧化鋅；用于除去汞和砷的金屬硫化物；以及用于除去鹵化物(氯化氫)的鋁酸鈉或氧化鉛或碳酸鉛。
下面將參照附圖來(lái)描述本發(fā)明，在這些附圖中

圖1是根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例所改裝的一反向軸流式反應(yīng)容器的豎直剖面示意圖；圖2是根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例所改裝的一反向軸流式反應(yīng)容器的豎直剖面示意圖；圖3是根據(jù)本發(fā)明第三實(shí)施例所改裝的一反向軸流式反應(yīng)容器的豎直剖面示意圖；圖4是根據(jù)本發(fā)明第四實(shí)施例所改裝的一反向軸流式反應(yīng)容器的豎直剖面示意圖；圖5是圖1、2、3中所示的反應(yīng)容器的水平剖面圖；圖6是根據(jù)第一實(shí)施例的工作流體收集裝置的剖面示意圖。
在圖1、2、3、4中，豎直剖面圖是沿著圖5中所示的線B-B’剖開(kāi)而獲得的。這條線將反應(yīng)容器大致在它的直徑處剖開(kāi)，且穿過(guò)各自的工作流體收集裝置。在圖5中，水平剖面圖是沿著圖1、2、3中所示的線A-A’剖開(kāi)而獲得的。在每個(gè)例子中，這些線正好在工作流體收集裝置的上面將反應(yīng)容器剖開(kāi)。為了明晰起見(jiàn)，由箭頭來(lái)表示工作流體流入圖1、2、3、4中的容器以及在該容器內(nèi)的流通情況。
在圖1中，適合用于甲醇合成的一反應(yīng)容器包括一圓筒形外殼10，該圓筒形外殼10具有圓頂形端部12(頂部)和14(底部)。圓頂形端部12具有一工作流體端口16和一進(jìn)入端口17，該進(jìn)入端口17在使用過(guò)程中是關(guān)閉的且是密封的。圓頂形端部14具有三個(gè)工作流體端口18、20、22，它們與端口16相對(duì)置。端口18被設(shè)置在與端口1 6相同的軸線上，而端口20、22則被偏置，它們各自位于端口18的一側(cè)。在改裝之前，端口16和18分別是工作流體入口和工作流體出口，且端口20、22是催化劑排放口。
如圖6所示，適合于安裝在反應(yīng)容器中的工作流體收集裝置包括一穿孔管狀環(huán)形收集器24和一些管道26、28、30、32，它們相互流體連通。
如圖5所示，穿孔環(huán)形收集器24包括一連續(xù)管狀環(huán)，該連續(xù)管狀環(huán)與外殼10同軸且其所具有的直徑約為外殼10的70％。所說(shuō)環(huán)在它的表面上具有多個(gè)孔34，從而允許工作流體進(jìn)入到該環(huán)中。所說(shuō)環(huán)的尺寸以及孔的數(shù)量、位置和尺寸是這樣子的，即，流體可以從固定床均勻地流到收集裝置。所說(shuō)環(huán)通過(guò)橫跨它的直徑的一非穿孔管道26連接起來(lái)，所說(shuō)的管道26在它的任一端與管狀環(huán)形收集器24的內(nèi)部呈流體連通，從而使得工作流體可以從環(huán)形收集器內(nèi)部的腔室流到管道中。
管狀環(huán)形收集器24位于一平面上且大致距離相等地位于端口16和18之間，所說(shuō)的平面垂直于穿過(guò)反應(yīng)容器的軸。環(huán)形收集器24和管道26由豎直管道28支撐著，該豎直管道28與穿過(guò)反應(yīng)器的軸相對(duì)齊且與管道26流體連通。管道28的底部是封閉著的，且該封閉端被支撐在管道支撐裝置36上，所說(shuō)的管道支撐裝置36在端口18之上延伸。有利地是，管道支撐裝置包括在安裝工作流體環(huán)形收集器之前存在于容器中的穿孔的催化劑限制裝置40。管道28與管道30、32呈流體連通，所說(shuō)的管道30、32從管道28的下半部分分別地延伸并連接到流體端口20、22。
在使用之前，催化劑固定床38例如3×3毫米顆粒的銅-鋅-氧化鋁甲醇合成催化劑可以通過(guò)進(jìn)入端口17來(lái)注入?？梢园讯鄬佣栊匝趸X球(圖中未示)設(shè)置在圓頂形端部14中，以便支撐著催化劑，且通過(guò)連續(xù)地添加從而圍繞在管狀環(huán)形收集器24周圍。優(yōu)選地是，氧化鋁球所具有的直徑要大于催化劑顆粒的直徑，以便改善氣體滲透過(guò)所說(shuō)床的狀況。
在使用過(guò)程中，通過(guò)對(duì)置端口16和18把大致等量的包含氫和氧化碳的脫水合成氣供給到容器中，所說(shuō)的脫水合成氣可帶有通過(guò)甲醇回收而循環(huán)利用的未反應(yīng)的氣體。分配裝置(圖中未示)把經(jīng)由端口16進(jìn)入的氣體分配到催化劑床的頂部的表面上。穿孔催化劑限制裝置40起著防止催化劑顆粒從反應(yīng)器經(jīng)由端口18排出的作用，有利地是，所說(shuō)的穿孔催化劑限制裝置40還把經(jīng)由端口18所供給的工作流體分配到催化劑床的底部。然后，工作流體沿相反方向經(jīng)過(guò)催化劑床，并且在適當(dāng)?shù)臈l件下起反應(yīng)，以便形成甲醇。然后，通過(guò)管狀環(huán)形收集器把所形成的工作流體收集在反應(yīng)容器的中間周圍。工作流體經(jīng)由孔34進(jìn)入由環(huán)形收集器(ring collector)24所限定的一腔室，進(jìn)入到管道26中，然后進(jìn)入到管道28、30、32中，從而允許該工作流體經(jīng)由端口20和22從容器中排出。
可以通過(guò)經(jīng)由進(jìn)入端口17以模塊形式來(lái)安裝管道30、32、28、26和管狀環(huán)形收集器24，來(lái)執(zhí)行這種用于把軸流式反應(yīng)器改裝成圖1中所示的反向軸流式反應(yīng)容器的方法，所說(shuō)的軸流式反應(yīng)器包括外殼10，端部12、14以及對(duì)置端口16、18、20、22。需要分別地把管道30、32連接到端口20、22。便利地是，管道支撐裝置36/40是已有的催化劑限制裝置，且端口20、22是已有的催化劑排放口。因此，在根據(jù)本發(fā)明的方法進(jìn)行改裝之后，端口16和18是工作流體入口，而端口20和22是工作流體出口。
在圖2中，反應(yīng)容器也包括外殼10、圓頂形端部12和14以及端口16、17、18。省略了端口18兩側(cè)的端口20、22。在改裝之前，端口16和18分別是工作流體入口和工作流體出口。
工作流體收集裝置包括穿孔的管狀環(huán)形收集器24、管道26和管道28，該工作流體收集裝置以類似的方式來(lái)設(shè)置，但是，其中的管道28不與端口20、22相連接。更確切地說(shuō)，管道28向下延伸穿過(guò)穿孔的催化劑限制裝置40且延伸到端口18中，從而形成它自己的一出口且限定出一環(huán)狀空間50，工作流體可以經(jīng)由一新端口52被供給到該環(huán)狀空間50中，所說(shuō)的新端口52位于圓頂形端部14的下面且位于端口18的側(cè)面。管道28在它的端部變寬，以便在端口52的下面密封住端口18，從而使得經(jīng)由端口52所供給的工作流體必須向上移動(dòng)通過(guò)端口18和穿孔限制裝置40，然后移動(dòng)到催化劑床中。管道28由于它延伸出端口18而形成成能提供一文丘里管部分。通過(guò)收縮管道28的直徑來(lái)形成文丘里管部分，以便在收縮部分56上形成較高壓區(qū)域54、在收縮部分處形成較低壓區(qū)域，并且逐漸擴(kuò)大，便于通向出口區(qū)域58的壓力恢復(fù)。便利地是，可以把收縮部分56設(shè)置在端口52接近于端口18的地方，從而使得工作流體可以更容易地通過(guò)環(huán)狀空間50流到容器中。
在甲醇合成的使用過(guò)程中，通過(guò)端口16和18來(lái)供給大致等量的包含氫和氧化碳的脫水合成氣，所說(shuō)的脫水合成氣可帶有通過(guò)甲醇回收而循環(huán)利用的未反應(yīng)的氣體。工作流體經(jīng)由端口52和環(huán)狀空間50被供給到端口18。分配裝置(圖中未示)把經(jīng)由端口16進(jìn)入的氣體分配到催化劑床的頂部的表面上。已有的穿孔催化劑限制裝置40起著把經(jīng)由端口18所供給的工作流體分配到催化劑床的底部的作用。然后，工作流體沿相反方向經(jīng)過(guò)甲醇合成催化劑床，并且在適當(dāng)?shù)臈l件下起反應(yīng)，以便形成甲醇。然后，通過(guò)管狀環(huán)形收集器把所形成的工作流體收集在反應(yīng)容器的中間周圍。工作流體經(jīng)由孔34進(jìn)入環(huán)形收集器24，進(jìn)入到管道26中，然后進(jìn)入到管道28中。工作流體在經(jīng)由端口18從反應(yīng)容器中排出之前經(jīng)過(guò)管道28來(lái)到文丘里管。
可以通過(guò)經(jīng)由進(jìn)入端口17以模塊形式來(lái)安裝伸出管道28、管道26和管狀環(huán)形收集器24，來(lái)執(zhí)行這種用于把軸流式反應(yīng)器改裝成圖2中所示的反向軸流式反應(yīng)容器的方法，所說(shuō)的軸流式反應(yīng)器包括外殼10，端部12、14以及對(duì)置端口16、18。需要對(duì)已有的穿孔催化劑限制裝置40進(jìn)行改裝，以便允許進(jìn)入伸出的管道28，且需要在端口18的側(cè)面設(shè)置一新端口52。因此，在根據(jù)本發(fā)明的方法進(jìn)行改裝之后，端口16和18(經(jīng)由端口52)是工作流體入口，而管道28通過(guò)端口18形成出口。
這個(gè)實(shí)施例可應(yīng)用于已有的容器，這些已有的容器不具有催化劑排放口20、22或其它適合于改裝的此類端口。這個(gè)實(shí)施例的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)在于在反應(yīng)容器內(nèi)無(wú)需內(nèi)部連接，例如，通過(guò)焊接，從而通過(guò)使熱應(yīng)力消除而使得工作流體收集裝置的連接變得更為簡(jiǎn)單，以便更容易地就地執(zhí)行。
在圖3中，反應(yīng)容器也包括外殼10、圓頂形端部12和14以及端口16、17、18、20、22。然而，在這個(gè)實(shí)施例中進(jìn)行改裝之后，工作流體經(jīng)由端口20、22和內(nèi)嵌式管道60、62被供給到容器中，從而分別經(jīng)過(guò)端口20、22進(jìn)入到催化劑床中。管道60、62各自端部上的分配裝置(圖中未示)可以被提供來(lái)把工作流體均勻地分配到催化劑床中。工作流體收集裝置包括穿孔的管狀環(huán)形收集器24、管道26和管道28，該工作流體收集裝置以與圖2中所示的類似方式來(lái)設(shè)置，其中，管道28向下延伸穿過(guò)穿孔的催化劑限制裝置40且延伸到與它相連接的端口18中，然而，不需要文丘里裝置或端口52。
在甲醇合成的使用過(guò)程中，通過(guò)端口16和20/22，也就是說(shuō)，約一半通過(guò)端口16，約四分之一通過(guò)端口20，約四分之一通過(guò)端口22，來(lái)供給大致等量的包含氫和氧化碳的脫水合成氣，所說(shuō)的脫水合成氣可帶有通過(guò)甲醇回收而循環(huán)利用的未反應(yīng)的氣體。通過(guò)分配裝置(圖中未示)把供給到端口16的工作流體分配到催化劑床的頂部上。供給到端口20、22的工作流體經(jīng)過(guò)管道60、62，且被分配到催化劑床的底部。然后，工作流體沿相反方向經(jīng)過(guò)甲醇合成催化劑床，并且在適當(dāng)?shù)臈l件下起反應(yīng)，以便形成甲醇。然后，通過(guò)管狀環(huán)形收集器把所形成的工作流體收集在反應(yīng)容器的中間周圍。工作流體經(jīng)由孔34進(jìn)入所說(shuō)環(huán)24，進(jìn)入到管道26中，然后進(jìn)入到管道28中。工作流體在經(jīng)由端口18從反應(yīng)容器中排出之前經(jīng)過(guò)管道28。
可以通過(guò)經(jīng)由進(jìn)入端口17以模塊形式來(lái)安裝伸出管道28、管道26和管狀環(huán)形收集器24，來(lái)執(zhí)行這種用于把軸流式反應(yīng)器改裝成圖3中所示的反向軸流式反應(yīng)容器的方法，所說(shuō)的軸流式反應(yīng)器包括外殼10；端部12、14；對(duì)置端口16、18、20、22。管道60、62可以通過(guò)端口20、22來(lái)插入，從而盡可能少的對(duì)反應(yīng)器作出內(nèi)部修改。在圖2所示的第二實(shí)施例中，需要對(duì)已有的穿孔催化劑限制裝置40進(jìn)行改裝，以便允許進(jìn)入伸出的管道28。因此，在根據(jù)本發(fā)明的方法進(jìn)行改裝之后，端口16、20和22是工作流體入口，而與管道28相連接的端口18是工作流體出口。
在圖4中，反應(yīng)容器也包括外殼10、圓頂形端部12和14以及端口16、17、18。省略了端口18兩側(cè)的端口20、22。在改裝之前，端口16和18分別是工作流體入口和工作流體出口。
工作流體收集裝置包括穿孔的管狀環(huán)形收集器24、管道26和管道28，類似地是，所說(shuō)的工作流體收集裝置被設(shè)置在反應(yīng)器的中央，但是，其中的管道28不與端口20、22相連接。更確切地說(shuō)，管道28向下延伸，從而與端口18形成流體連通。旁通管70被設(shè)置在容器10內(nèi)，該旁通管70在入口端處通過(guò)端口16從所說(shuō)床38的表面上豎直地延伸到通過(guò)出口18的所說(shuō)床38的下面。圖中僅僅表示出了兩根管，這兩根管位于所說(shuō)床38的周邊且位于環(huán)形收集器24與容器壁之間，然而，應(yīng)當(dāng)知道，可以提供更多的管，并且這些管無(wú)需被限制在催化劑床的周邊。
在甲醇合成的使用過(guò)程中，通過(guò)端口16來(lái)供給包含氫和氧化碳的脫水合成氣，所說(shuō)的脫水合成氣可帶有通過(guò)甲醇回收而循環(huán)利用的未反應(yīng)的氣體。全部工作流體通過(guò)端口16被供給到反應(yīng)器。然后，一部分體積大約為50％的合成氣經(jīng)過(guò)旁通管70來(lái)到催化劑床的下面。可以將分配裝置(圖中未示)用來(lái)把經(jīng)由端口16進(jìn)入的氣體分配到催化劑床的頂部的表面上，且把從管70的底部進(jìn)入的氣體分配到所說(shuō)床的底部上。然后，部分合成氣沿相反方向經(jīng)過(guò)甲醇合成催化劑床，并且在適當(dāng)?shù)臈l件下起反應(yīng)，以便形成甲醇。然后，通過(guò)管狀環(huán)形收集器把所形成的工作流體收集在反應(yīng)容器的中間周圍。工作流體經(jīng)由孔34進(jìn)入環(huán)形收集器24，進(jìn)入到管道26中，然后進(jìn)入到管道28中。工作流體經(jīng)過(guò)管道28來(lái)到出口18。
可以通過(guò)經(jīng)由進(jìn)入端口17以模塊形式來(lái)安裝伸出管道28、管道26和管狀環(huán)形收集器24，來(lái)執(zhí)行這種用于把軸流式反應(yīng)器改裝成圖4中所示的反向軸流式反應(yīng)容器的方法，所說(shuō)的軸流式反應(yīng)器包括外殼10；端部12、14；對(duì)置端口16、18。可以除去已有的穿孔催化劑限制裝置40，這是因?yàn)楣艿?8與端口18呈直接流體連通的緣故。旁通管在填充催化劑之前通過(guò)端口17來(lái)插入，并且憑借限制裝置(圖中未示)來(lái)固定入位。因此，在根據(jù)本發(fā)明的方法進(jìn)行改裝之后，端口16和18分別是工作流體入口和工作流體出口，也就是說(shuō)，沒(méi)有改變它們的職責(zé)。
這個(gè)實(shí)施例可應(yīng)用于已有的容器，這些已有的容器不具有催化劑排放口20、22或其它適合于改裝的此類端口。然而，圖4中并沒(méi)有表示出此類端口，此類端口可以存在但不適于改裝。這個(gè)實(shí)施例的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)在于無(wú)需把工作流體分開(kāi)供給到容器，且已有的入口和出口保留了它們最初的職能，從而無(wú)需額外的管道工程管。此外，工作流體收集裝置也比圖1-3中所示的那些工作流體收集裝置更為簡(jiǎn)單。
權(quán)利要求
1.一種用于把具有對(duì)置端口的軸流式反應(yīng)容器改裝成反向軸流式反應(yīng)容器的方法，這種方法包括把工作流體收集裝置安裝在所說(shuō)容器的主體內(nèi)，并與一個(gè)或多個(gè)所說(shuō)的端口流體連通。
2.一種根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，工作流體收集裝置大致距離相等地被安裝在所說(shuō)的入口和出口之間。
3.一種根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其中，工作流體收集裝置包括一穿孔元件，該穿孔元件限定出一腔室；一管道，該管道與所說(shuō)腔室呈流體連通，所說(shuō)的管道適合于與一個(gè)或多個(gè)所說(shuō)的端口相連接。
4.一種根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其中，工作流體收集裝置包括一穿孔環(huán)形收集器。
5.一種根據(jù)權(quán)利要求1至4之一所述的方法，其中，工作流體收集裝置呈模塊形式，且收集裝置在容器內(nèi)就地接合在一起。
6.一種根據(jù)權(quán)利要求1至5之一所述的方法，其中，工作流體收集裝置被安裝成與兩個(gè)或多個(gè)出口流體連通。
7.一種根據(jù)權(quán)利要求1至5之一所述的方法，其中，工作流體收集裝置被安裝成與一出口流體連通，所說(shuō)的出口與一入口成同心結(jié)構(gòu)。
8.一種根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其中，出口包括文丘里(venturi)裝置。
9.一種工作流體收集裝置，其適合于在權(quán)利要求1-8所述的方法中進(jìn)行使用，這種工作流體收集裝置包括一穿孔元件，該穿孔元件限定出一腔室；一管道，該管道與所說(shuō)腔室呈流體連通，所說(shuō)的管道適合于與一軸流式反應(yīng)器的一個(gè)或多個(gè)對(duì)置的已有端口相連接。
10.一種反向軸流式反應(yīng)容器，其包括如權(quán)利要求9所述的工作流體收集裝置。
11.一種根據(jù)權(quán)利要求10所述的反應(yīng)容器，包含顆粒催化劑或吸附劑固定床。
12.一種根據(jù)權(quán)利要求11所述的反應(yīng)容器，其中，旁通裝置被設(shè)置成延伸通過(guò)顆粒催化劑或吸附劑固定床，以便把一部分工作流體從所說(shuō)床的一端輸送到另一端。
13.一種方法，包括以下步驟i.把工作流體供給到權(quán)利要求11或12所述的反應(yīng)容器的一個(gè)或多個(gè)對(duì)置端口；ii.使工作流體沿軸向在相反方向上穿過(guò)設(shè)置在容器內(nèi)的催化劑或吸附劑的固定床；iii.經(jīng)由位于所說(shuō)固定床內(nèi)的收集裝置來(lái)收集所形成的工作流體；iv.經(jīng)由所說(shuō)的收集裝置從容器中除去工作流體，所說(shuō)的收集裝置與位于所說(shuō)容器中的一個(gè)或多個(gè)已有的對(duì)置端口呈流體連通。
14.一種根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其中，工作流體包括氫、氧化碳和蒸汽，且固定床包括水-氣體轉(zhuǎn)換催化劑。
15.一種根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其中，工作流體包括氫和氧化碳，且固定床包括甲醇合成催化劑。
16.一種根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其中，工作流體包括氫和氮，且固定床包括氨合成催化劑。
17.一種根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其中，工作流體包括含有催化劑毒物的碳?xì)浠衔锝o料，且固定床包括催化劑或吸附劑，其用于將所說(shuō)的毒物從給料中除去。
全文摘要
本發(fā)明描述了一種用于把具有對(duì)置端口的軸流式反應(yīng)容器改裝成反向軸流式反應(yīng)容器的方法，這種方法包括把工作流體收集裝置安裝在所說(shuō)容器的主體內(nèi)，并與一個(gè)或多個(gè)所說(shuō)的端口流體連通。
文檔編號(hào)C01B3/16GK101027121SQ200580032160
公開(kāi)日2007年8月29日 申請(qǐng)日期2005年9月2日 優(yōu)先權(quán)日2004年9月24日
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