用于在部分负荷下进行混合操作的反应器系统技术方案

反应器系统(100)，该反应器系统(100)包括多床催化转化器(1)，该多床催化转化器(1)包括在催化床的上游的混合区域(50，20)，混合区域布置成将催化床的供给气体与混合气体混合，混合气体借助于多个混合气体供给管线引入混合区域中，所述管线中的每个管线包括至少一个流量调节器装置，使得通过供给管线中的每个供给管线来接纳到混合区域中的混合气体的量被独立地控制。立地控制。立地控制。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于在部分负荷下进行混合操作的反应器系统


[0001]本专利技术涉及用于诸如合成氨气和甲醇的工业应用的反应器系统领域。特别地，本专利技术涉及用于在部分负荷下进行改进的混合操作的反应器系统。

技术介绍

[0002]工业合成反应器通常被设想为在全容量下或接近最大容量进行运行，因为在降低的容量下进行运行，设备的经济效益预计会下降。
[0003]更详细地，在部分负荷下，化学转化器的生产速率降低，并且因为例如由于催化床中的反应物之间的不够充分的混合而导致质量传递和热量传递限制可能变得重要，化学反应的产量可能低于所预期的产量。
[0004]在化学转化器内部建立良好的混合对保证均匀的温度和组分分布是必需的。在没有良好的混合的情况下，反应将不会发生或者将很少发生。此外，均匀的温度和组分分布保证了转化器来以尽可能接近优化分布的方式运转，从而最佳地利用催化剂体积。
[0005]此外，均匀的温度和组分分布防止了潜在的副产物的生成，该副产物可能会负面地影响工艺产量并且可能在下游工艺单元中产生纯化问题。最后，由于大多数转化器是借助于自动控制回路来操作，因此必需具有可靠的前导温度信号(leading temperature signals)，以避免转化器中的效率损失或者甚至不期望的停机。不幸的是，由于流体动力学的原因，在降低的容量或低程度的调低(turn down)下，布置在转化器中的混合装置失去许多效果。
[0006]通常，在催化转化器中两种或更多种气体反应物之间的合适的混合是通过对供给到转化器的试剂施加足够的流速(flow velocity)实现的。在转化器的操作条件从全负荷切换到部分负荷的情况下，提供到转化器的试剂的流速可能会下降到无法建立令人满意的混合条件的阈值以下，使得质量传输限制和热量传输限制可能产生，由此限制了可实现的最大转化率、催化剂选择性、或者甚至转化器的可靠性。
[0007]遗憾的是，并不总是能够在全容量下操作转化器。通常，在试剂中的一种(例如氢气)使用由可再生能源驱动的装置生产的情况下，可能被迫在部分负荷条件下操作的反应器是氨气转化器和甲醇转化器。例如，氢气可以在由太阳能或风能驱动的水电解器中生产。利用可再生能源来合成试剂中的一种的这种设备被称为绿色设备。
[0008]由于低的操作成本和少的污染，绿色设备引起了极大的兴趣；例如，与常规的基于煤炭或基于天然气的设备不同，绿色设备不会产生CO2。然而，像太阳能或风能这样的可再生能源本质地受到波动的影响，例如，太阳能在夜间是不可用的。因此，必须预料并处理在生产周期期间发生的负荷波动。
[0009]不令人满意的混合条件不仅可能在转化器的催化床中建立，也可能在反应器的层间冷却部段中建立，该层间冷却部段通常置于两个连续的催化床之间。通常，在转化器的层间冷却部段中，催化床的流出物在被供给到在第二床中进行另外的转化步骤之前被冷却。通常，冷却介质是“新鲜”试剂，该“新鲜”试剂具有足够高的流速以促进与离开催化床的流
出物在短时间内完全混合。
[0010]因此，鉴于上面提及的考虑，非常希望找到下述用于工业应用的反应器系统：在该反应器系统中，可以与所施加的负荷无关，或者换句话说，与在系统中循环的流动物无关，在反应器内部建立足够的混合条件。此外，非常希望找到一种方法，用于控制在反应器系统中循环的气体的流率(flow rate)，同时即使在部分负荷下也能在反应器内部给予令人满意的混合条件。
[0011]WO 2013/097958公开了具有层间冷却的多床催化转化器以及将试剂转化为产物的相关工艺。US 5,648,051公开了用于在碳氢化合物供给流的加氢处理中进行急冷的装置和方法。WO 99741329公开了利用液体急冷的加氢处理反应器和工艺。US 7,275,565公开了多导管多喷嘴式流体分配器。

技术实现思路

[0012]本专利技术旨在克服现有技术的上述缺点。特别地，本专利技术旨在提供新型反应器系统，该新型反应器系统配置成在催化转化器内部建立令人满意的混合条件。
[0013]利用根据权利要求1所述的反应器系统能够达到上述目的。
[0014]反应器系统包括催化转化器和试剂供给管线，该试剂供给管线连接到所述转化器。催化转化器包括一个或多个催化床和混合区域，该混合区域布置在催化床的上游，以将所述催化床的入口供给物与混合气体混合。反应器系统还包括混合气体供给管线，该混合气体供给管线布置成将所述混合气体供给到转化器的混合区域。
[0015]所述混合气体供给管线中的每个混合气体供给管线包括至少一个流量调节器装置(flow regulator device)，使得通过供给管线中的每个供给管线接纳到所述混合区域中的混合气体的量能够被独立地控制。
[0016]有利地，流量调节器装置允许独立地调整在每个管线中循环的混合气体的流率，使得进入混合部段的混合气体的流速维持在目标流速范围内。目标速度范围旨在于所述催化床的入口供给物和混合气体之间建立完全的且及时的混合，使得在所得到的混合物到达保留在转化器的催化床中的催化剂之前，在该所得到的混合物中建立均匀的温度和组分分布。
[0017]此外，通过将进入混合部段的混合气体的流速维持在目标范围内，能够在催化剂表面上建立均匀分布的反应物，以使质量传输限制和热量传输限制最小化。
[0018]本专利技术的另外的目的是提供用于调整在反应器系统中循环的混合气体的流率的方法，其中，根据转化器的负荷，借助于流量调节器装置来调整供给到转化器的混合区域中的混合气体的流率。
[0019]有利地，在反应器系统经受部分负荷事件时，因此在供给到反应器系统的循环气体的流率(甚至突然地)降低时，仅通过作用于流量调节器装置，就能够将进入转化器的组成气体的流速维持在目标速度范围内。
[0020]优选的实施例
[0021]根据本专利技术的优选的实施例，催化转化器是多床转化器，该多床转化器包括多个催化床和多个混合区域，其中，混合区域的数量等于催化床的数量。
[0022]优选地，催化转化器的每个混合区域布置在相应的催化床上游，并且每个混合区
域连接到相应的混合气体供给管线。
[0023]根据实施例，混合区域可以局限在催化床的一部分中并且布置在催化剂的上游，使得在到达催化剂之前，催化床的入口供给物和混合气体之间的混合发生。
[0024]反应器系统包括混合气体供给管线，该混合气体供给管线配置成将混合气体供给到转化器的混合区域。优选地，所述混合气体供给管线从主集管分支出来，使得穿过主集管的混合气体在混合气体供给管线之间分割。在每个混合管线中的循环的流动物的量可以通过相应的流量调节器装置来控制。
[0025]根据优选的实施例，每个混合区域包括混合装置，该混合装置连接到相应的混合气体供给管线。
[0026]所述混合装置配置成将混合气体分配在混合区域中，以便在催化床的入口供给物和混合气体之间建立令人满意的混合条件。通过将进入混合区域的混合气体的流速维持在目标值或目标流速范围来本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种反应器系统(100)，所述反应器系统(100)包括：催化转化器(1)；试剂供给管线(35)，所述试剂供给管线(35)连接到所述转化器(1)；其中，所述转化器(1)包括一个或多个催化床(2、4)；其中，所述转化器还包括混合区域(20、50)，所述混合区域(20、50)布置在催化床(2，4)的上游，以将所述催化床的入口供给物与混合气体混合；多个混合气体供给管线(8
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13)，所述多个混合气体供给管线(8
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13)布置成将所述混合气体供给到所述混合区域(20、50)；其中，所述混合气体供给管线中的每个混合气体供给管线包括至少一个流量调节器装置(14
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19)，使得通过所述供给管线中的每个供给管线接纳到所述混合区域中的混合气体的量能够被独立地控制。2.根据权利要求1所述的反应器系统(100)，其中，所述混合气体供给管线从主集管(7)分支出来，并且优选地，所述试剂供给管线(35)也从所述主集管(7)分支出来。3.根据权利要求1或2所述的反应器系统，其中，所述混合区域(20、50)包括混合装置(3、30)，所述混合装置(3、30)连接到相应的混合气体供给管线(8
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13)。4.根据权利要求3所述的反应器系统(100)，其中，所述混合装置(3)包括多个流量分配器(60、61、62)，所述流量分配器中的每个流量分配器与相应的混合气体供给管线(8、9、10)以流体连通的方式连接。5.根据权利要求4所述的反应器系统(100)，其中，所述流量分配器(60、61、62)同心地布置，并且优选地，具有环或环体的形状。6.根据权利要求4或5所述的反应器系统(100)，其中，...

【专利技术属性】
技术研发人员：M，
申请(专利权)人：卡萨尔公司，
类型：发明
国别省市：