改进放热合成反应器，特别是合成氨反应器效率的系统

摘要

使氨、甲醇等放热多分子合成的反应器现代化的系统，包括：耐压壳体，形成空隙的间隔层，限定催化填充物的间隔层或滤筒，以及容纳催化剂的篮。其中：a)基本上在整个反应器的轴向长度上与壳体形成空隙的单层间隔层；b)形成填充物层的间隔层与空隙形成间隔层性质完全不同，它完全不与形成空隙的间隔层相连，而是含有一些独立的组件；催化剂部分与空隙形成间隔层的截面的接触。

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，也就是说是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分，每一部分都包括至少一层催化剂填充物。

现在他们的研究仍在继续，申请人意外地注意到，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的接触;

d）至少有部分的独立组件，每个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，顶部的催化填充物层有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隔层接触，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，然后沿着中心管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11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地低，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。

图2表示使用根据本发明的系统制成的最佳反应器，其中外壳M和带有单层间隔层PI和盖CI的内部封闭壳体I被保留。根据本发明，形成催化填充层C₁，C₂……C_n（在本例中，n＝3）的间隔层PMFL由组件构成，其特征在于：每个组件都由限定催化剂C并分配通过它的合成气体GS的间隔层L形成，各组件对于其上面的组件来说，也起支撑的作用。如图2所示，上部组件MO1的间隔层PMFL1上有一个附加物或伸出部分20，它在A1处得到支撑，也就是说在组件MO2的间隔层PMFL2的伸出部分21处得到支撑。组件MO2也同样放置在组件MO3上在A2处得到支撑。

根据本发明更显著的方面，分别在组件MO1和MO2中的催化剂C1和C2的部分高度1Hi，2Hi上与空隙形成间隔层PI相接触。在高度1Hi，2Hi等的那部分催化剂上，合成气体沿轴向流动（气体从底部流入，通过热交换器SC再向下入催化形填充层），而在主要部分的催化剂1H′i-1Hi，2H′i-2Hi中，气体沿径向向外流出，并在环形区30处汇集，然后它流过下面的组件MO2的催化物C2，在那里，它将再次轴向流过高度2Hi部分，并沿径向流出主要部分2H′i-2Hi。

较好的方法是根据本申请人最近的瑞士专利申请的技术要求，控制气体GQ通过管10和环形分配器D1、D2流入区域30、31，它们分别直接置于高度1Hi和2Hi的催化物部分的端部。

本专利申请的说明认为把它们结合在这里可以更好地表示此控制系统的形象和优点。

在图2中，已表示出组件MO1和MO2中的两块填充物C1和C2“外部凸出部分”分别在高度1Hi、2Hi的催化剂部分与空隙形成间隔层PI相接触。很显然，具有外部凸出部分的组件的数量可以不是2，最好要大于2。还是在图2中，气体向内流过安装在第三个组件MO3中的催化物填充层C3。在填充物的顶部的3Hi高度上，气体轴向流过，并由中心导气管T限制在这里面，而在3H′i-3Hi的高度上的催化剂C3的主要部分由气体径向地流过，并在环形区域32中汇集。催化物填充层的高度1H′i、2H′i，3H′i等等最好是朝着较低的篮的方向依次增加。“具有内部凹入部分”的MO₃不能接受任何控制气体。涉及这些方面的更详细的内容也可以参考已公开的欧洲专利申请第202454号以及美国专利第4372920号和第4405562号（使用本发明者的名字）。

根据图3所表示的本发明的最佳实施方案，第一级组件MO1借助内部气体收集器的伸出部分20放置在下面的组件上，它放置在下面组件MO2的内部气体收集器的伸出部分21的A1处。

根据图4所表示的本发明的另一个实施方案，组件MO1和MO2都放置在下面的组件的支撑点A1（和A2）上，支撑点由内部气体收集器的伸出部分形成。此外，全部3个填充物都是“具有外部凸出部分”的，并且第三块填充物的3Hi的部分也是由空隙形成间隔层PI的一部分所限定的，气体沿轴向流过那里。