放热气相反应管、管束反应器及其应用和用于其的装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种运行放热气相反应的管束反应器的方法，反应器具有带填充有催化剂的反应管（２）的管束，反应管一端由气体入口罩，另一端由气体出口罩覆盖，反应管在外侧由载热介质环绕流动以排出反应热量，其中经气体入口罩引入可爆炸的气体混合物（Ｇ），反应后经气体出口罩排出还可爆炸的气体混合物（Ｇ），规定一极限温度，极限温度高于反应管（２）正常的运行温度，但不高于可爆炸的气体混合物（Ｇ）的点燃温度，并使在反应管（２）内形成的高温区（７）在反应管（２）内停止，以防止高温区（７）进入气体入口和出口罩，高温区的温度至少等于极限温度，并且高温区在反应管内沿其纵向移动。此外还涉及实施该方法的装置、反应管和管束反应器。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种用于放热气相反应的管束反应器的运行方法，所述反应器具有带有填充催化剂的反应管的管束，反应管一端由一气体入口罩、其另一端由一气体出口罩覆盖，并且为了排出反应热量反应管在外侧上被载热介质环绕流动，此方法具有以下步骤通过气体入口罩将可爆炸的气体混合物引入反应管，在反应后将有时仍然还是可爆炸的气体混合物通过气体出口罩从管中引出。本专利技术还涉及一种用于这种管束反应器的装置和反应管、并涉及反应器本身。
技术介绍
例如由US3850232或WO2004/052524A1已知这种管束反应器。反应管通常垂直分布并包含基本上为颗粒状的催化剂，反应气体混合物流过催化剂。催化剂在反应管束内的这种位置固定的布置称为固定床。在放热反应时形成的反应热量必须借助于热交换排出。这种热交换一方面还在固定床内部在在固定床内反应的处理气体混合物本身中进行，另一方面在固定床和单独的载热介质之间进行。为此载热介质在包围管束的反应器外壳内环绕冲淋两个管底之间的反应管，反应管的端部在其周向上分别气体密封地固定在所述管底中。载热介质主要通过环形通道经过外壳窗口均匀地在外壳腔和管束的周上分布。反应气体混合物和载热介质的流动导向不受限制。例如反应气体和载热介质可以从上向下或从下向上流过管束反应器，而且反应气体和载热介质或者以相同的流动方向—即顺流，或者以相反的流动方向—即逆流—流动，或者以顺流和逆流相结合的方式流动，如果设置多个环形通道的话。载热介质—通常是盐浴—借助于一循环泵循环，并根据反应过程种类的不同由一热交换器加热或冷却。在放热气相反应中，在反应管内经常形成一个或几个温度升高区，它们被称为热点或“hot spot”。在这些热点上化学反应进行得特别剧烈，因此产生更多的反应热量。由于经济的原因另一方面力求，对于所希望的反应在反应气体混合物中形成到尽可能高的反应物浓度，这可以促使其组分高于爆炸下限或底于爆炸上限，并将能爆炸的气体混合物输入反应管内。因为在所希望的反应时大多只发生反应物的部分转化，排出的气体混合物通常还是可爆炸的。在这种运行条件下，实际上在与反应管相邻的气室内，即在气体入口罩和/或气体出口罩内，总是能观察到爆炸。爆炸或由此形成的火焰前缘可能从这里出发扩展到相连的管道内。按照本领域一般的看法这种爆炸由位于气室内的点火源引起。已知大量用来抑制自由火焰向气室或管道漫延的装置—即所谓的阻焰器。这些装置中包括静态干式阻焰器，例如在DE10172957或EP0649327中所说明的那样。这里牵涉到这样的元件，它利用这样的效应，即火焰在窄的缝隙内在保持相应的极限尺寸的情况下不再会漫延，从而使之熄灭。这通常通过使火焰与冷却壁剧烈接触实现，例如通过引导火焰通过窄的缝隙。这种阻焰器可以设计成小网目的筛网、防护板、烧结金属、球形散堆物或由成型卷绕的带制成防护带。这些已知的具有窄的缝隙的阻焰器可以在短时间内通过具有大的传热面的散热器熄灭快速火焰或爆炸面。此外例如由DE19837146、EP0131782、DE29511991、DE29606948或DE19912326已知这样的阻焰器，其中焊料的熔化触发一在弹簧张力作用下形成的封闭件或阻塞体。所述阻焰器大多设计成带有螺纹或法兰连接的成品模块，通常中间连接在用来输送气体的各管道内，这些阻焰器应该在例如可能由管道内或外的燃烧引起的管道不允可的升温的情况下关闭流过管道的气流。这些阻焰器例如用在气体供应设备的安全配件中。所有这些已知阻焰器的缺点是，所述阻焰器生效会使管束反应器完全停止运行。这些停机时间和反应器的重新启动造成高的费用。此外由于爆炸可能危及人身并损坏相邻的设备。
技术实现思路
因此本专利技术的目的是，在用于放热气相反应的管束反应器中尽可能防止点燃可爆炸的气体混合物，或者降低其频率。按照本专利技术在开头所述类型的方法中所述目的通过以下步骤实现规定一在反应管内的极限温度，所述高于反应管的正常运行温度，但最多等于可爆炸的气体混合物的燃点；使一分别在反应管内形成的非运行期望的高温区还在反应管内时便停止，从而防止高温区击穿进入所述气体入口和出口罩，所述高温区的温度至少等于极限温度，并且所述高温区在相应的反应管内沿其纵向移动。按照本专利技术这个目的还通过按权利要求10的装置以及通过按权利要求32和34的反应管及通过按权利要求35的管束反应器来实现。权利要求36给出根据本专利技术的管束反应器的应用可能性。从属权利要求分别给出有利的实施形式。本专利技术以这样的认识为基础，按照本领域普遍流行的观点，特别是在马来酐反应器中，反应管外的燃烧被看作是极不可能的，本专利技术则与此不同，在一定条件下在反应管内的一非运行期望的高温区或者说热点可以移动到固定床散料边缘上，然后在那里成为相邻气室的点火源。本申请人在新的试验中令人惊讶地确定了这一点。这时观察到，热点既可以与反应气体流动方向相反地向气体入口罩移动，也可以随气流动动方向向气体出口罩移动。此外观察到，根据运行条件的不同这种效应只有从反应物达到一定浓度起才出现，并随浓度的提高越来越明显。应该对“非运行期望”的表述进行说明，即高温区只是偶然地仅仅在个别反应管内形成，而不是管束反应器的按计划的运行的一部分。对于热点移动所需要的条件通常与在管束反应器内的正常反应条件不同。但是在具有大量反应管的反应器中—现代管束反应器可以具有多达30000根或更多反应管—可能出现这样的情况，即在个别反应管内不存在最佳反应条件。对此可能的原因是例如催化剂局部活性过大、由于催化剂灰尘或杂质造成反应管部分堵塞并造成流量减小、由于气体混合物制备不充分造成局部浓度升高或局部升高的载热介质温度。这种效应之一或多个所述效应的组合可能导致各别反应管内的反应失去控制，由此使相关反应管内的温度在热点处急剧升高，并使所述热点开始迁移。如果热点到达反应管内固定床散料的起点或终点，那么便存在所述热点点燃与那里邻接的可爆炸的气体混合物并造成爆炸这样的危险。点燃温度与静止气体或气体混合物的理论点火温度不同，而与在气体入口罩或气体出口罩内流动的气体混合物相关。气体混合物离化学计量学上的组成成分越近，这种效应所起的作用就越大。在已知程度上至少部分在爆炸区内工作的并因此对于上述效应可能是关键的过程例如包括马来酸酐、苯二甲酸酐、(甲基)丙烯醛、(甲基)丙烯酸、(甲基)丙烯酸甲酯和丙烯腈以及醋酸的制造。利用本专利技术的措施，在高温区到达和点燃可爆炸的气体混合物之前，对在反应管内强放热气相反应的高温区非运行期望的迁移进行抑制。也就是说，通过使在一个(或多个反应管)内分别形成的相关反应管的潜在点火源与可爆炸的气体混合物一足够距离处变得无害，来防止在气体入口罩和/或出口罩内气体混合物的爆炸。因此在任何情况下都是使相关的反应管停止运行，但是不是整个管束反应器。由此特别是在反应物高浓度时提高人员和物品的安全性以及生产设备的可用性。本专利技术的措施可以用较少的技术花费来实现，并因此可用特别经济的方式防止在用于放热气相反应的管束反应器的气体入口罩或气体出口罩内可爆炸气体混合物的点燃。由现有技术已知的上述阻焰器对于本专利技术的措施既不能采用也不合适。在反应管内沿其纵向迁移的高温区不是自由火焰，而是颗粒散料内的高温部位—热点。高温区在反应管内沿管轴线的迁移与火焰前缘的扩展速度本文档来自技高网...

【技术保护点】
用来运行一用于放热气相反应的管束反应器的方法，所述管束反应器具有一带填充有催化剂的反应管的管束，所述反应管一端由一气体入口罩覆盖，而另一端由一气体出口罩覆盖，为了排出反应热量所述反应管在外侧由载热介质环绕流动，所述方法具有以下步骤： 将可爆炸的气体混合物经过所述气体入口罩引入反应管，在反应后将有时还可爆炸的气体混合物经过所述气体出口罩从反应管中排出，其中在所述反应管内分别形成一高温区，其特征为，包括以下步骤：规定一反应管（２）内的极限温度，所述极限温度在 反应管（２）的高温区内高于在反应管（２）的正常运行时形成的最高温度，但最多等于可爆炸的气体混合物（Ｇ）的点燃温度；和使一分别在反应管（２）内形成的非运行期望的高温区（７）当还在反应管（２）内时停止，从而防止高温区（７）击穿进入所述气 体入口和出口罩，所述高温区的最高温度至少等于所述极限温度，并且所述高温区在相应的反应管（２）内沿其纵向移动。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：J达克斯，W舒斯特，R班克，M莱勒，
申请(专利权)人：曼德韦有限公司，
类型：发明
国别省市：DE[德国]