專利名稱：多管反應(yīng)器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及適用于實現(xiàn)一些催化工藝的多管反應(yīng)器。所述催化工藝的一個實例是將合成氣轉(zhuǎn)化為烴類，特別是重質(zhì)烴類。
所述多管反應(yīng)器包括通?；旧现绷⒌拈L容器，許多安置在容器中與其中心縱軸平行的端部開口反應(yīng)管，其上端固定于上管板并與上管板上面的流體室相通，其下端固定于下管板并與下管板下面的流出收集室相通;用于將液體送入流體室的液體進料分布管;用于將氣體送入流體室的氣體進料分布管;和安置在流出物收集室的流出物出口。
反應(yīng)管的上端裝有穿過上管板和/或上管板上面的水平盤的延伸管。
在正常的操作過程中，反應(yīng)管內(nèi)填有催化劑顆粒。例如，為了將合成氣轉(zhuǎn)化為烴類，將合成氣經(jīng)流體室送入反應(yīng)管上端并通過反應(yīng)管。離開反應(yīng)管下端的流出物被收集在收集室中，并經(jīng)流出物出口排出收集室。
為使轉(zhuǎn)化過程中產(chǎn)生的反應(yīng)熱均勻分布于全部反應(yīng)管和改善由反應(yīng)管內(nèi)部至反應(yīng)管內(nèi)壁的傳熱，將液體導(dǎo)入流體收集室。收集在水平盤底上的液體流入反應(yīng)管的上端。離開反應(yīng)管下端的液體被收集在流出物收集室內(nèi)，經(jīng)流出物出口排出收集室。
用沿反應(yīng)管外表面流過的傳熱流體除去反應(yīng)熱。
這種多管反應(yīng)器也可用來在氣體存在下催化轉(zhuǎn)化液體。
用于此類工藝的工業(yè)規(guī)模多管反應(yīng)器的適宜直徑約為5m，內(nèi)有反應(yīng)管約5000(直徑約為45mm)至15000(直徑約為25mm)。反應(yīng)管的長度大約為10～15m。
這種反應(yīng)器決不會是完全垂直的，且上管板也不會是完全平的，因此，水平面和各反應(yīng)管上端之間的距離將會有不同。因此在正常操作過程中有些反應(yīng)管內(nèi)沒有液體流入。在反應(yīng)過程中這些反應(yīng)管中產(chǎn)生的熱會分布不均勻，造成反應(yīng)管內(nèi)催化劑局部過熱。
本發(fā)明的目的是提供一種多管反應(yīng)器，這種多管反應(yīng)器在正常操作過程中，既使反應(yīng)器稍有傾斜或上管板稍有不平，也能將液體基本上均勻地分布于所有反應(yīng)管，和反應(yīng)管中的氣體速度基本上不受反應(yīng)管內(nèi)空隙率的影響。
為此，本發(fā)明的適用于實現(xiàn)一些催化工藝的多管反應(yīng)器，包括基本上直立的長容器;許多安置在容器中與其中心縱軸平行的端部開口反應(yīng)管，其上端固定于上管板并與上管板上面的流體室相通，其下端固定于下管板并與下管板下面的流出物收集室相通;用于將液體送入液體室的液體進料分布管;用于將氣體送入流體入口室的氣體進料分布管;和安置在流出物收集室的流出物出口;其中每個反應(yīng)管的上端裝有氣體和液體供給器，該供給器包括具有氣體入口孔，液體入口和出口的入口室，該入口室與反應(yīng)管的上端流體相通，和增大正常操作過程中流體室中存在的液面和入口室內(nèi)的液體之間差距的升液區(qū)。
本發(fā)明多管反應(yīng)器的一個優(yōu)點是氣體和液體供給裝置不受結(jié)垢的影響。此外，既使送入流體室的液體體積流速使得反應(yīng)管中的液體平均速度極低，也能將液體基本上均勻地分布于所有反應(yīng)管。
下面參照附圖通過實施例對本發(fā)明加以詳述。


圖1是本發(fā)明多管反應(yīng)器的縱剖面圖;
圖2表示放大了的圖1的部分Ⅱ;
圖3表示氣體和液體供給裝置的又一方案;
圖4表示氣體和液體供給裝置的另一方案;
圖5是圖4的Ⅴ-Ⅴ橫截面圖。
參見圖1和圖2，多管反應(yīng)器包括基本上直立的長容器1和許多安置在容器1中與其中心縱軸3平行的端部開口反應(yīng)管2。
反應(yīng)管2的上端4固定于上管板5，上
板5由容器1的內(nèi)壁支撐。在容器1上部的上管板5上方有與反應(yīng)管上端部4流體相通的流體室8。反應(yīng)管2的下端部9固定于靠容器1內(nèi)壁支撐的下管板10。在容器1的下部下管板10的下方有與反應(yīng)管2下端部9流體相通的流出物收集室11。
容器1裝有用于將液體送入流體室8的液體進料分布管13。液體進料分布管13包括穿過容器1殼壁的主導(dǎo)管14和與主導(dǎo)管14垂直并與其相通的許多從屬去管15。主導(dǎo)管14和從屬支管15上設(shè)有出口孔16。容器1還裝有用于將氣體送入流體室8的氣體進料分布管18。氣體進料分布管18以導(dǎo)管19的形式穿過容器1的殼壁，管19上設(shè)有槽口20。
在容器1的底部裝有與流出物收集室11相通的流出物出口20。
在流體室8內(nèi)每個反應(yīng)管2的上端都設(shè)有一液體和氣體供給器25。液體和氣體供給器25包括具有氣體入口孔27、液體入口28和出口30的入口室26(見圖2)，入口室26的流體與反應(yīng)管2的上端相通。反應(yīng)管2的上部開口除了與液體和氣體供給器25中的出口管30的流體相通外，不與其它流體相通。
氣體和液體供給器25還包括增大正常操作過程中在流體室8中存在的液面40和入口室26中的液體入口28之間差距的升液區(qū)33。
在本發(fā)明的圖1和圖2所示的實施方案中，升液區(qū)33是環(huán)繞延伸管42上部安置的帽邊41和延伸管42之間的環(huán)形空間，與反應(yīng)管2流體相通，其中延伸管42是由反應(yīng)管2的上端部構(gòu)成的。
在正常操作過程中，反應(yīng)管2內(nèi)填有催化劑顆粒(未示出)，由設(shè)置在反應(yīng)管2下部的催化劑支撐器(未示出)支撐在反應(yīng)管2中。
在液體的存在下對氣體進行催化轉(zhuǎn)化或在氣體的存在下對液體進行催化轉(zhuǎn)化時，氣體和液體被分別送入氣體進料分布管18和液體進料分布管14。液體匯集在上管板5上，形成液層40。氣體經(jīng)入口室26的氣體入口孔27進入。因此入口室26中的壓力低于流體室8中的壓力，結(jié)果使液體由液層40經(jīng)升液區(qū)33流入液體入口28。氣體和液體向下通過裝有催化劑顆粒的反應(yīng)管2并在其中發(fā)生反應(yīng)。流出物經(jīng)收集室11收集并經(jīng)出口20排出。
如果反應(yīng)為放熱反應(yīng)，則可經(jīng)入口51將冷流體送入換熱室50，然后從出口52排出，以除去反應(yīng)熱。如果反應(yīng)為吸熱反應(yīng)，經(jīng)入口51將熱流體送入換熱室50，然后從出口52排出，以提供熱量。此外，換熱室50內(nèi)裝有檔板53以引導(dǎo)流體在此室中的流向。
實驗下述實驗所用的試驗設(shè)備包括下端用管板封閉的流體分布室和固定于管板并從管板伸出的3至5個反應(yīng)管。反應(yīng)管的內(nèi)徑為24mm，長4m，伸出管板上面的長度為0.2m。
各反應(yīng)管的上端部裝有帽形氣體和液體供給器，帽環(huán)繞于反應(yīng)管的上端，帽頂部上設(shè)有氣體入口孔，帽邊與反應(yīng)管上端之間的環(huán)形空間的寬度為5mm，氣體入口孔距反應(yīng)管上端的距離為40mm，氣體入口孔的直徑為2.9mm。
反應(yīng)管的下端通入一獨立的容器，以便對流經(jīng)反應(yīng)管的氣體和液體速度進行分別的測定。
用氮氣作為模擬氣體，癸烷作為模擬液體。
下文所用的速度范圍這個詞是指速度的標準偏差與平均速度之比乘100%，其中標準偏差是實際速度與平均速度之差的平方的平均值的根。
進行第一個實驗的目的是證明在反應(yīng)器傾斜或上管板不平時液體能基本上均勻地分布于反應(yīng)管。為此，試驗設(shè)備裝有3個反應(yīng)管，管1和管2上端距管板的距離為200mm，管3上端距管板的距離為212mm。反應(yīng)管內(nèi)填有直徑為1.5mm的球體，管中的空隙率為0.36m3空隙/m3床層。
按使反應(yīng)管中的平均液體速度為0.51mm/S的體積流率，將癸烷送入流體室。按使流體室壓力保持在0.53巴(表)的流率，輸送氮氣。
結(jié)果表明管1的液體速度為0.59mm/S，氣體速度為30.6cm/S;管2的液體速度為0.62mm/S，氣體速度為29.6cm/S;管3(延長的管)的液體速度為0.32mm/S，氣體速度為34.2mm/S。
進行第二個實驗的目的是證明既使按使反應(yīng)管中的平均液體速率極低的體積流率將液體送入流體室時，也能基本上均勻地將液體分布于反應(yīng)管。在這一實驗中，試驗設(shè)備裝有5個反應(yīng)管。反應(yīng)管填有直徑為1.5mm的球體，空隙率為0.36m3空隙/m3床層。
首先，按使反應(yīng)管中的平均液體速度為3.3mm/S的體積流率，將癸烷引入流體分布室;和按使流體室中的壓力保持在0.53巴(表)的速率引入氮氣。結(jié)果是氣體的平均速度為17cm/S;管中液體速度范圍為8%，氣體速度范圍為2%。
然后，按使反應(yīng)管中液體的平均速度為0.36mm/S的體積流率，將癸烷輸入流體分布室。按使流體室中的壓力保持在0.53巴(表)的速率引入氨氣。結(jié)果是氣體的平均速度為35cm/S;管中液體速度范圍為15%，氣體速度范圍為2%。
進行第三個實驗的目的是證明既使按使反應(yīng)管中的平均液體速度為極低的體積流率將液體送入流體室，也能基本上均勻地將液體分布于反應(yīng)管;還證明反應(yīng)管中的氣體速度基本上不受管中的空隙率的影響。在這一實驗中，試驗設(shè)備裝有5個反應(yīng)管。反應(yīng)管填有直徑為1.5mm的球體，反應(yīng)管中的空隙率為0.36～0.39m3空隙/m3床層。
首先，按使反應(yīng)管中的平均液體速度為3.8mm/S的體積流速將癸烷引入流體分布室;和按使流體室中的壓力保持在0.53巴(表)的速率，供給氮氣。結(jié)果是氣體的平均速度為15cm/S;管中液體速度范圍為25%，氣體速度范圍為4%。
然后，按使反應(yīng)管中的液體平均速度為0.7mm/S體積流速，將癸烷輸入流體分布室;按使流體室中的壓力保持在0.53巴(表)的速率供給氮氣。結(jié)果是氣體的平均速度為34cm/S;管中液體速度范圍的為44%;氣體速度范圍為3%。
氣體和液體供給器的存在，降低了由于容器的傾斜或上管板不平所造成的反應(yīng)管中液體速度的變化。
進行第四個實驗的目的是證明氣體和液體分布的效果。在這一實驗中，試驗設(shè)備裝有4個反應(yīng)管。反應(yīng)管內(nèi)填有直徑為1.5mm的球體，反應(yīng)管中的空隙率為0.41～0.45m3空隙/m3床層。
首先，按使反應(yīng)管中的平均液體速度為1.9mm/S體積流速將癸烷引入流體分布室;和按使流體室中的壓力保持在0.53巴(表)的速率供給氮氣。結(jié)果是氣體的平均速度為45cm/S。管中液體速度范圍為21%;氣體速度范圍為4%。
然后，撤掉氣體和液體分布器，分四次分別試驗各反應(yīng)管。按使反應(yīng)管中的液體速度為2.0mm/S的流率供給癸烷;和按使流體室的壓力保持在0.53巴(表)的流率供給氮氣。結(jié)果是氣體的平均速度為44cm/S;管中氣體速度范圍為7%。
在另一個實施方案中，通過采用一伸入反應(yīng)管上端部的下流管，形成氣體和液體供給器的延伸管。
參見圖3，此圖表示圖2所示設(shè)備的又一方案。與圖1和圖2所示設(shè)備相同的部分用相同的參考數(shù)碼表示。
多管反應(yīng)器裝有水平盤60，該盤位于非滲透性層61上，層61由上管板5支撐。反應(yīng)管2上有延長管63，管63穿過非滲透性層61和水平盤60的底部。
圖3所示多管反應(yīng)的操作與圖1和圖2所述多管反應(yīng)器的操作相似。
在另一可選擇的方案中，非滲透層61可用安置在反應(yīng)管2內(nèi)壁和延伸管63外壁之間環(huán)形區(qū)的密封環(huán)取代(未示出)。
參見圖4和圖5，該兩圖表示氣體和液體供給器的又一可選擇的方案。與圖1、圖2和圖3相應(yīng)的部分用相同的參考數(shù)碼表示。
氣體和液體供給器25有三個縱向凹陷70以便將其固定于延伸管63。
為使氣體和液體供給器不受結(jié)垢的影響，上面設(shè)有開口71，正常操作時開口71處于管板5上的液層中。
氣體和液體供給器25上裝有支柱72，以使其定位。
適宜的是，氣體入口孔27(見圖2)與入口室26的出口30的間距為反應(yīng)管2內(nèi)徑的0.1-3倍。
氣體入口孔27的直徑宜為反應(yīng)管2內(nèi)徑的2～30%。
可以采用本發(fā)明的多管反應(yīng)器的工藝的另一個例子是使氫與丙酮反應(yīng)形成甲基異丁烷酮和水。
權(quán)利要求
1.適用于催化工藝的多管反應(yīng)器，包括基本上直立的長容器，許多安置在容器中與其中心縱軸平行的端部開口反應(yīng)管，該反應(yīng)管上端固定于上管板并與上管板上面的流體室相通，下端固定于下管板并與下管板下面的流出物收集室相通；用于將液體送入流體室的液體進料分布管；用于將氣體送入流體室的氣體進料分布管；和流出物收集室上設(shè)置的流出物出口；其中在各反應(yīng)管的上端部裝有氣體和液體供給器，該器包括具有氣體入口孔、液體入口和出口的入口室(該入口室與反應(yīng)管的上端流體相通)，和增大正常操作過程中在流體室中存在的液面和入口室內(nèi)的液體入口之間差距的升液區(qū)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多管反應(yīng)器，其中的升液區(qū)是環(huán)繞延伸管安置的帽邊與延伸管之間的環(huán)形空間，該環(huán)形空間與反應(yīng)管流體相通。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的多管反應(yīng)器，其中延伸管是由反應(yīng)管的上端部形成的。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的多管反應(yīng)器，其中延伸管是伸入反應(yīng)管上端部的下流管形成的。
5.根據(jù)上述權(quán)利要求1～4所述的任一多管反應(yīng)器，其中在多管反應(yīng)器的上面裝有水平盤，且延伸管穿過水平盤的底部。
6.根據(jù)上述權(quán)利要求2～5所述的任一多管反應(yīng)器，其中氣體和液體供給器上有縱向凹陷，從而使其固定于延伸管。
7.根據(jù)上述權(quán)利要求1～6所述的任一多管反應(yīng)器，其中入口室的氣體入口孔與出口的間距為反應(yīng)管內(nèi)徑的0.1～3倍。
8.根據(jù)上述權(quán)利要求1～7所述的任一多管反應(yīng)器，其中氣體入口孔的直徑為反應(yīng)管內(nèi)徑的2～30%。
9.基本上如說明書中參照附圖所述的多管反應(yīng)器。
全文摘要
適于催化工藝的多管反應(yīng)器，包括基本直立的長容器，許多與容器縱軸平行的反應(yīng)管2，其上端固定于上管板5并與流體室8相通，下端固定于下管板并與流出物收集室相通；向流體室8輸送液體和氣體的進料分布管；和流出物出口；其中反應(yīng)管的上端設(shè)有氣體和液體供給器25，它包括具有氣體入口孔27、液體入口28和出口30的入口室26，和在流體室8的液面40和入口室26內(nèi)的液體入口28之間的升液區(qū)33。
文檔編號C07C1/00GK1032117SQ88106730
公開日1989年4月5日 申請日期1988年9月15日 優(yōu)先權(quán)日1987年9月18日
發(fā)明者大衛(wèi)·韋斯特曼, 弗朗西斯科斯·約翰尼斯·瑪麗亞·施拉溫 申請人:國際殼牌研究有限公司