【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种反应器，尤其是一种用于在中间冷凝出反应产物下进行放热平衡反应的多级反应器。本专利技术进一步涉及根据本专利技术的反应器用于生产甲醇的用途。
技术介绍
0、现有技术
1、ep 3 401 299 a1和ep 3 401 300描述了有中间冷凝的多级反应器的原理，例如用于在粗甲醇(甲醇、水和杂质)的中间冷凝下生产甲醇。根据这个原理，多个反应器单元被设置在共用的壳体内，其中每个反应器单元至少包括实际反应区、冷却区、分离区以及排出分离反应产物和排出未转化进料气体的装置。
2、对于反应器壳体内反应器单元的空间布置，ep 3 401 299 a1专门提出了以竖直(直立)或水平(横卧)的方式相继地布置反应器单元。
3、然而，仅仅相继布置反应器单元会导致不利的反应器壳体尺寸。
4、在一个示例中，假设反应区的催化剂床长度为4米，其外的热交换器长度约为1.5米，以及冷凝器和分离器一起占1.5米的长度，则对于三级反应器，发现每级长度约为7米。这些反应器单元彼此上下堆叠，总长度已经达到21米。
5、特别是在反应器容量相对较小、反应器壳体直径相应较小的情况下，在这里发现了不利的长度直径比。为了确保这种修长的设备的机械稳定性，需要附加的钢框架。此外，处理催化剂也很困难，特别是在下部反应器单元中。反应器单元内部和反应器单元之间的气体传导很复杂，并且需要复杂的内部构件、管道和流道。当使用热板作为热交换器结构(也称为枕板传热器)时，各个单独的热板组件必须制造有集管和收集器，并安装在壳体中
6、替代地，反应区、冷却区和分离区可以被水平地布置在共用的反应器壳体中。关于设备的总长度，根据上述示例，如果工艺气体与横卧式设备的水平轴线成直角从上向下流入，则在这里可以节省横卧式设备的总长度。根据上述示例，这种情况将产生约5.70米的总长度。划分反应区可以减小壳体直径，但这会导致更加复杂的工艺气体方案。另一种解决方法是朝向反应器床的水平流动。然而，在这里缺点是由催化剂收缩造成的旁路流在技术上难以控制。此外，在催化剂的使用寿命内，可以假设催化剂床将在床的下部区域中相继压实，使得在水平流入的情况下，在催化剂的使用寿命内，产物气体在催化剂床上的不均匀分布将会增加。与上述竖直布置的示例一样，即使反应器单元在空间上水平布置为相继的行，温度状况也受到缺陷的影响，并且工艺气体方案也是复杂的。
7、us2018/0221842 a1涉及一种多级反应器以及一种用于由合成气体生产甲醇的系统。该反应器包含壳管式反应器，该壳管式反应器在其上端和下端分为多个竖直隔离的隔室。相应的隔室和管子形成反应器的一级。粗合成气体被送入第一级，并且来自第一级的未转化合成气体被送入下游的第二级。在各个级之间，从反应混合物中去除产物甲醇和水，然后将未转化的合成气体引导入下游级。热交换器和分离器设置在反应器壳体外，这导致管路的复杂布置以及复杂的工艺方案。
技术实现思路
1、本专利技术的目的是至少部分地克服现有技术的前述缺点。
2、特别是，本专利技术的目的是提供一种反应器，该反应器能够将多个反应设备、冷却设备和相分离设备布置在紧凑的外壳内。
3、本专利技术的另一个目的是提供一种反应器，该反应器能够将多个反应设备、冷却设备和相分离设备布置在共用的反应器壳体内。
4、本专利技术的另一个目的是提供一种反应器，在多个反应设备和相分离设备的情况下，该反应器避免将反应设备和相分离设备直接并排布置。
5、本专利技术的另一个目的是提供一种反应器，在多个反应设备、冷却设备和相分离设备的情况下，该反应器能够在反应器的整个长度上实现均匀的温度分布，使得避免材料应力，并可以在反应器部件方面使用较便宜的材料。
6、独立权利要求为上述至少一个目的的至少部分实现做出了贡献。从属权利要求提供了优选实施例，其有助于至少部分地实现这些目的中的至少一个。根据本专利技术的一个类别的成分的优选实施例在相关的情况下对于根据本专利技术的相应的另一类别的相同命名的或对应的成分同样是优选的。
7、术语“具有(having)”、“包括/包含(comprising)”或“包含(containing)”等不排除可能存在另外的要素、成分等。不定冠词“一个/种(a)”不排除可能存在多个/种。
8、在本专利技术的第一方面，提出了一种用于进行放热平衡反应的反应器，在该反应器中，进料气体混合物和/或残余气体混合物在固体催化剂上至少部分地转化，其中，可获得产物气体混合物和残余气体混合物，其中，产物气体混合物包含在反应压力和低于反应温度时可冷凝出的液体反应产物，该反应器具有
9、反应器壳体和设置在反应器壳体内的多个串联且相互流体地连接的反应器单元，其中，
10、每个反应器单元包括以下串联且相互流体地连接的反应器单元元件：
11、-反应设备，该反应设备被配置用于将进料气体混合物和/或残余气体混合物转化为产物气体混合物，该反应设备具有固体催化剂和与固体催化剂处于热交换关系并且冷却介质可以流过的冷却设备；
12、-冷却设备，该冷却设备被配置用于冷却从反应设备中流出的产物气体混合物；
13、-相分离设备，该相分离设备被配置用于从冷却后的产物气体混合物中冷凝和分离出液体反应产物，其中冷凝的液相包含反应产物，并且气相包含残余气体混合物；
14、并且其中，每个反应器单元包括
15、-将该反应产物从该反应器单元中排出的装置，以及
16、-将该残余气体混合物从该反应器单元中排出的装置，以及
17、-将残余气体混合物送入下游反应器单元(如果存在的话)的装置；
18、并且其中，该反应器具有
19、-以相互平行的布置设置在反应器壳体内的多个反应器平面，其中，相同种类的反应器单元元件设置在相同的反应器平面中。
20、根据本专利技术的反应器被配置为进行放热平衡反应，尤其是由合成气体进行工业规模的甲醇合成。进料气体混合物尤其是合成气体混合物，其中，合成气体混合物包括作为第一合成气体的至少氢气和作为第二合成气体的至少一氧化碳或二氧化碳。特别是，进料气体混合物包括作为第一反应气体的氢气、作为第二反应气体的一氧化碳和作为第三反应气体的二氧化碳。
21、至少一些反应器单元元件连接到反应器壳体。不一定每个反应器单元元件都机械地连接到反应器壳体。在一个实施例中，反应器单元元件通过机械连接元件相互连接，使得对于每个反应器单元元件不需要都与反应器壳体机械连接。机械连接可以是机械支撑结构，例如悬挂或支撑装置的形式。
22、产物气体本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种用于进行放热平衡反应的反应器(1)，在该反应器中，进料气体混合物和/或残余气体混合物在固体催化剂上至少部分地转化，其中，可获得产物气体混合物和残余气体混合物，其中，该产物气体混合物包含在反应压力和低于反应温度下可冷凝出的液体反应产物(22)，该反应器具有
2.根据权利要求1所述的反应器，其特征在于，在每个反应器平面中只设置一个种类的反应器单元元件。
3.根据权利要求1或2所述的反应器，其特征在于，存在的反应器平面的数量至少对应于存在的反应器单元元件的类型的数量。
4.根据前述权利要求中任一项所述的反应器，其特征在于，这些反应器单元相对于重力赋予的垂直方向处于竖直布置，使得流可在反应器单元元件内和之间从下向上和从上向下传导。
5.根据前述权利要求中任一项所述的反应器，其特征在于，这些反应器单元元件根据具有y个列和x个行的二维矩阵布置在该反应器壳体内，其中，y个对应于反应器单元的列数，并且x个对应于不同类型的反应器单元元件的行数，其中，该矩阵中的一个列包括不同类型的反应器单元元件中的每一个类型的一个反应器单元，并且该矩阵中的一个
6.根据前述权利要求中任一项所述的反应器，其特征在于，这些反应器平面相互平行且从上向下相继布置。
7.根据前述权利要求中任一项所述的反应器，其特征在于，该反应器具有第一端和第二端，其中，这些反应器平面中的反应器单元元件根据从该第一端向该第二端方向的以下顺序在空间上布置：反应设备、冷却设备、相分离设备。
8.根据前述权利要求中任一项所述的反应器，其特征在于，每个相分离设备包括冷凝设备(12)和分离设备(13)，其中，该冷凝设备和该分离设备各自设置在不同的反应器平面中。
9.根据权利要求8所述的反应器，其特征在于，该反应器具有第一端和第二端，其中，这些反应器平面中的冷凝设备和分离设备根据从该第一端向该第二端方向的以下顺序在空间上布置：冷凝设备、分离设备。
10.根据权利要求7至9中任一项所述的反应器，其特征在于，整个该反应器相对于重力赋予的垂直方向处于竖直布置，并且该第一端在顶部处而该第二端在底部处。
11.根据前述权利要求中任一项所述的反应器，其特征在于，这些反应设备设置在最上面的反应器平面中，这些相分离设备设置在最下面的反应器平面中，以及这些冷却设备设置在该最上面的反应器平面与该最下面的反应器平面之间的反应器平面中。
12.根据前述权利要求中任一项所述的反应器，其特征在于，该冷却设备被配置为气体-气体热交换器，并且其中，该气体-气体热交换器被配置为使得从该反应设备流出的产物气体在该气体-气体热交换器中抵靠该进料气体混合物流或抵靠该残余气体混合物流被冷却。
13.根据权利要求12所述的反应器，其特征在于，该气体-气体热交换器被配置为使得，该产物气体混合物流在该气体-气体热交换器内从上向下流动，并且该进料气体混合物流或该残余气体混合物流在该气体-气体热交换器内从下向上流动。
14.根据权利要求12和13中任一项所述的反应器，其特征在于，该反应器被配置为使得该进料气体混合物经由该第一反应器单元的气体-气体热交换器进入该反应器，并在这样做时被从该第一反应器单元的反应设备流出的产物气体混合物加热。
15.根据权利要求12至14中任一项所述的反应器，其特征在于，该气体-气体热交换器被配置为热板传热器，并且该热板传热器被配置为使得，该进料气体混合物或该残余气体混合物在这些热板内流动通过热板传热器，并且该产物流在这些热板之间流动通过该热板传热器。
16.根据前述权利要求中任一项所述的反应，其特征在于，该反应设备被配置为热板传热器，并且该热板传热器被配置为使得来自该反应设备的冷却介质在这些热板内流动通过该热板传热器，并且该固体催化剂设置在该热板传热器的热板之间，使得该进料气体混合物在这些热板之间流动通过该热板传热器。
17.根据前述权利要求中任一项所述的反应器，其特征在于，反应器单元的反应设备具有多个隔室(18，19)，其中，第一隔室(18)没有填充有催化剂并且被配置为使得该进料气体混合物或该残余气体混合物能够从下向上流动通过该第一隔室，并且其中，设置在该第一隔室下游的隔室(19)填充有催化剂并且被配置为使得该进料气体混合物或该残余气体混合物能够从上向下流动通过这些隔室。
18.根据前述权利要求中任一项所述的反应器用于由合成气体生产甲醇的用途，其中，该合成气体包括碳氧化物(CO，CO2)和氢气(H2)。
19.根据权利要求18所述的用途，其中，该...
【技术特征摘要】
1.一种用于进行放热平衡反应的反应器(1)，在该反应器中，进料气体混合物和/或残余气体混合物在固体催化剂上至少部分地转化，其中，可获得产物气体混合物和残余气体混合物，其中，该产物气体混合物包含在反应压力和低于反应温度下可冷凝出的液体反应产物(22)，该反应器具有
2.根据权利要求1所述的反应器，其特征在于，在每个反应器平面中只设置一个种类的反应器单元元件。
3.根据权利要求1或2所述的反应器，其特征在于，存在的反应器平面的数量至少对应于存在的反应器单元元件的类型的数量。
4.根据前述权利要求中任一项所述的反应器，其特征在于，这些反应器单元相对于重力赋予的垂直方向处于竖直布置，使得流可在反应器单元元件内和之间从下向上和从上向下传导。
5.根据前述权利要求中任一项所述的反应器，其特征在于，这些反应器单元元件根据具有y个列和x个行的二维矩阵布置在该反应器壳体内，其中，y个对应于反应器单元的列数，并且x个对应于不同类型的反应器单元元件的行数，其中，该矩阵中的一个列包括不同类型的反应器单元元件中的每一个类型的一个反应器单元，并且该矩阵中的一个行包括具有多个相同类型的反应器单元元件的反应器平面。
6.根据前述权利要求中任一项所述的反应器，其特征在于，这些反应器平面相互平行且从上向下相继布置。
7.根据前述权利要求中任一项所述的反应器，其特征在于，该反应器具有第一端和第二端，其中，这些反应器平面中的反应器单元元件根据从该第一端向该第二端方向的以下顺序在空间上布置：反应设备、冷却设备、相分离设备。
8.根据前述权利要求中任一项所述的反应器，其特征在于，每个相分离设备包括冷凝设备(12)和分离设备(13)，其中，该冷凝设备和该分离设备各自设置在不同的反应器平面中。
9.根据权利要求8所述的反应器，其特征在于，该反应器具有第一端和第二端，其中，这些反应器平面中的冷凝设备和分离设备根据从该第一端向该第二端方向的以下顺序在空间上布置：冷凝设备、分离设备。
10.根据权利要求7至9中任一项所述的反应器，其特征在于，整个该反应器相对于重力赋予的垂直方向处于竖直布置，并且该第一端在顶部处而该第二端在底部处。
11.根据前述权利要求中任一项所述的反应器，其特征在于，这些反应设备设置在最上面的反应...
【专利技术属性】
技术研发人员：M·斯特洛兹克，弗兰克·卡斯蒂略威尔特，托比亚斯·欧尔曼，蒂姆·舒曼，
申请(专利权)人：乔治洛德方法研究和开发液化空气有限公司，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。