專利名稱：冷卻管反應(yīng)器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種根據(jù)權(quán)利要求1的前序部分所述的用于進(jìn)行催化氣相 反應(yīng)的冷卻管反應(yīng)器。
背景技術(shù)：
在催化氣相反應(yīng)中，引導(dǎo)反應(yīng)氣體混合物通過催化劑散料(部)(Katalysatorschttttung )。此時所出現(xiàn)的反應(yīng)熱通過載熱^h質(zhì)導(dǎo)出，所述 載熱介質(zhì)通過例如為管壁形式的分隔壁與催化劑散料隔開。在廣泛^f吏用的 管束反應(yīng)器中，催化劑散料位于多個反應(yīng)管的內(nèi)部，載熱介質(zhì)包圍所述反 應(yīng)管流動，而在這里所討論的冷卻反應(yīng)器中，反應(yīng)在催化劑散料中進(jìn)行， 在所述催化劑填料中設(shè)置多個冷卻管，為了導(dǎo)出所形成的反應(yīng)熱，載熱介 質(zhì)流動穿過所述冷卻管。這種冷卻管反應(yīng)器的工作壓力在5至120bar的范 圍內(nèi)。這種結(jié)構(gòu)形式的優(yōu)點(diǎn)是，對于催化劑通過流可以實(shí)現(xiàn)大的橫截面積， 并且這種結(jié)構(gòu)形式由此適用于高的氣體通過量。通常反應(yīng)熱傳遞給至少部 分蒸發(fā)的載熱介質(zhì)。這里特征性的是，在蒸發(fā)的載熱介質(zhì)的平衡狀態(tài)下， 在液相和氣相中都存在相同的溫度，并且沸點(diǎn)是與壓力相關(guān)的。如果應(yīng)調(diào) 整到對于確定的過程最優(yōu)的反應(yīng)溫度，則由此自動地確定了所需要的、作 用在載熱介質(zhì)側(cè)的工作壓力。反應(yīng)熱這里可以直接用于產(chǎn)生工作蒸汽?？?以不使用復(fù)雜的、具有初級載熱介質(zhì)循環(huán)和次級載熱介質(zhì)循環(huán)的系統(tǒng)。作 為蒸發(fā)的載熱介質(zhì)優(yōu)選采用水。由于在這種冷卻管反應(yīng)器中向蒸發(fā)的載熱介質(zhì)側(cè)的熱傳遞非常好，整 個熱傳遞(Warmedurchgang)主要由向管外側(cè)的反應(yīng)氣體側(cè)的熱傳遞來確定。為了改善該熱傳遞，或者橫向地對冷卻管進(jìn)行沖流，或者對于被縱 向沖流的冷卻管例如通過肋部擴(kuò)大熱傳遞面積。
很多已知的結(jié)構(gòu)都專注于冷卻管的結(jié)構(gòu)形式。已經(jīng)開發(fā)出了具有直的 和彎的冷卻管、具有和沒有肋部、具有和沒有用于不同的熱膨脹和流分布 的補(bǔ)償裝置的結(jié)構(gòu)，在這些結(jié)構(gòu)中，主要是引導(dǎo)反應(yīng)氣體軸向或徑向穿過 催化劑散料。
例如在EP0155341A2中記載了一種冷卻管反應(yīng)器，在該冷卻管反應(yīng)器 中， 一由翅片管制成的外殼從上部的環(huán)形集管延伸到下部的環(huán)形分配管道。 所迷外殼的上段和下段是加厚的。很多冷卻管，例如翅片管從這里分支出 來，并在催化劑散料的橫截面上均勻地分布。翅片管可以附加地設(shè)有突出 的桿，所述桿用于使催化劑散料松動并改善熱傳遞。冷卻管通過分別錯開 卯°的布置形成獨(dú)立的具有與規(guī)則的橫截面的流動空間。不同的熱膨脹通過 流出管道上的補(bǔ)償裝置相對于反應(yīng)器外殼補(bǔ)償。冷卻管完全埋入催化劑散 料中。因此，冷卻管在上述加厚的上段和下段上的連接部一通常設(shè)計成管 焊接部一只有在排空催化劑時才能接近。即使只是為了修理管焊接部就必 須除去催化劑，這是非常耗時的，并且多數(shù)情況下會導(dǎo)致高成本，因?yàn)榇?化劑通常不能再利用。
DE 3414717 Al記載了 一種由反應(yīng)氣體軸向流過的具有管束熱交換器 的固定床反應(yīng)器。所述固定床反應(yīng)器主要由 一具有圓柱形外殼和一焊接在 所述外殼上的下部反應(yīng)器軍的下部反應(yīng)器殼體、 一利用凸緣連接的上部反 應(yīng)器軍、用于反應(yīng)氣體和催化劑散料的管接頭和具有巻繞的熱交換器管和 下部浮動頭的懸掛的管束熱交換器組成。管束熱交換器借助于一保持元件 和一對中布置的輸入冷卻管懸掛在上部反應(yīng)器罩上。巻繞的熱交換器管繞
向下延伸的輸入冷卻管分布，所述冷卻管向下引導(dǎo)載熱介質(zhì)。所述輸入冷 卻管穿過上部的管底部并通入下部的管底部的中央，在所述下部管底部的 下側(cè)上焊接連接一下部的轉(zhuǎn)向罩。巻繞的熱交換器管從下部的管底部向上 延伸到上部的管底部中，所述上部的管底部由上部的收集軍封閉。 一包圍 所述輸入冷卻管的流出管從收集罩起穿過上部的管底部通出。但由于懸掛的結(jié)構(gòu)，這種冷卻管反應(yīng)器在尺寸和重量上受到較大的限制，因此這種冷 卻管反應(yīng)器只適用于較少數(shù)量的熱交換器管，或者說只適用于載熱介質(zhì)穿 過反應(yīng)器外殼的次數(shù)較少的情況。由DE3318098A1已知一種冷卻管反應(yīng)器，在該冷卻管反應(yīng)器中可以 進(jìn)行吸熱或放熱反應(yīng)。這里環(huán)狀的冷卻管管束相對于反應(yīng)器軸線平行地設(shè) 置在催化劑散料的內(nèi)部，所述催化劑散料由反應(yīng)氣體徑向穿流。通過徑向 穿流催化劑散料使壓力損失最小化。如果需要較長的穿流路徑，則可以通卻管組合成組并成組地分別連接在一管狀的匯流器上。所述匯流器由小的 管底部組成，所述管底部在反應(yīng)器殼體內(nèi)固定在加長的用于載熱介質(zhì)的輸 入或輸出管接頭上。在這種在先已知的冷卻管反應(yīng)器中，所有冷卻管都通 過一轉(zhuǎn)向部連接在相應(yīng)匯流器的管底部上。匯流器管接頭直接分布穿過反應(yīng)器罩。如果由于沿反應(yīng)氣體的徑向通流方向上不同的反應(yīng)溫度和由于冷 卻管不同的長度，冷卻管發(fā)生不同的膨脹，則所述冷卻管在催化劑散料的 內(nèi)部發(fā)生不同的變形和彎折，由此管焊接部位受到強(qiáng)烈的載荷。管束的安 裝也是非常困難的，因?yàn)閰R流器的管底部要在壓力外殼完全組裝完成之后 才能套裝在管端部上的。在DE3334775A1中記載了開頭所述類型的冷卻管反應(yīng)器。所述反應(yīng) 器包含多個圓環(huán)弧段形式的反應(yīng)區(qū)域。該反應(yīng)器具有一圓柱形的、垂直布 置的外殼、 一上部反應(yīng)器軍和一下部反應(yīng)器罩以及一被徑向穿流的催化劑 床，所述催化劑床由透氣性的、圓柱形的外部和內(nèi)部催化劑保持網(wǎng)柵包圍。 在催化劑床的內(nèi)部，冷卻管以在相對于反應(yīng)器縱軸線同心分布的圓上的組 沿垂直方向穿過位于外部和內(nèi)部催化劑保持網(wǎng)柵之間的空間。每個組都在 冷卻管相對的端部上連接在用于載熱介質(zhì)的匯流器頭或分配器頭上。反應(yīng) 器具有至少一個用于載熱介質(zhì)的、與匯流器頭或分配器頭相連的入口和出 口，至少一個催化劑裝載入口和至少一個催化劑提取出口，與反應(yīng)空間相 連的至少一個反應(yīng)氣體入口和至少一個產(chǎn)物出口。在這種反應(yīng)器中，設(shè)有至少兩個分隔壁，所述分隔壁以不同的徑向方向在催化劑保持網(wǎng)柵之間這樣延伸，即，所述分隔壁與催化劑保持網(wǎng)柵形 成弧形的腔室。 一個或多個垂直的劃分壁從所述垂直的分隔壁延長到靠外 的環(huán)形中間空間和由靠內(nèi)的催化劑保持網(wǎng)柵包圍的空間中并將所述空間分 隔成多個與弧形的腔室相鄰的流動段，通過所述流動段每兩個相鄰的腔室 交替地相互流動連通。反應(yīng)氣體在其當(dāng)前流動方向反向的情況下交替地徑 向從內(nèi)向外或從外向內(nèi)流動穿過所述腔室。分配器頭或匯流器頭依從反應(yīng) 區(qū)域的圓環(huán)弧段形狀分布。它們設(shè)計成多個相互平行的小管或設(shè)計成唯一 一個具有矩形截面的管，該管水平板狀地基本上在反應(yīng)區(qū)域的整個徑向?qū)?度上延伸。對載熱介質(zhì)系統(tǒng)內(nèi)部的高壓的抵抗能力應(yīng)通過多個在板狀元件 的橫截面上以小的間距分布的支承管來實(shí)現(xiàn)，所述支承管分布在上部和下 部管件之間并還以其開放的內(nèi)部空間實(shí)現(xiàn)催化劑填充口或催化劑排出口的 功能。
在這種在先已知的冷卻管反應(yīng)器中，管束或催化劑填料的端部面的大 部分由匯流器覆蓋，或者是由多個平行的管形匯流器覆蓋，或者是由單個 的板形匯流器覆蓋。催化劑散料沒有覆蓋的開放的端部面的比例相對較小 并4皮分成多個小面，所述小面由多個管形匯流器中的中間空間或由單個的 板形匯流器中的多個填充口 (支承管的內(nèi)部空間)形成。開放的端部面較 小的比例導(dǎo)致催化劑的填充和排出需要很多時間。此外，形成開放的端部 面的狹窄的中間空間和小的填充口易于發(fā)生堵塞，從而在下方形成"填充 空白"，這種填充空白會導(dǎo)致在冷卻管反應(yīng)器的橫截面上不均勻的催化劑 顆粒分布。另一個問題是管的連接部位對于制造和維修的可接近性。冷卻 管只能連接在匯流器/分配器的外側(cè)上，因?yàn)椋捎谟卸鄠€管形的匯流器其 相應(yīng)的凈橫截面較小并且是不可接近的，或者說因?yàn)榘逍螀R流器中的支承 管之間的凈間距較小并且是不可接近的。因此，為了給冷卻管與匯流器外 側(cè)的連接，主要是焊接提供相應(yīng)的自由空間或者說工作空間，冷卻管相互 之間的間距必須較大。幾乎不能對連接部位進(jìn)行修理，因?yàn)榧词鼓軌驈膮R 流器/分配器的背側(cè)接近連接部位，這種接近也受到很大的限制。本發(fā)明的目的在于，這樣來改進(jìn)這種冷卻管反應(yīng)器，即，使得可以較 快速地和以足夠的均勻性向這種冷卻管反應(yīng)器填充催化劑顆粒并還可較快 地將其重新排空，同時可以簡化制造、修理和維護(hù)工作。根據(jù)本發(fā)明所述目的在一種開頭所述類型的冷卻管反應(yīng)器中這樣來實(shí)現(xiàn)，即匯流器/分配器的內(nèi)表面只是凹入或平坦地分布；內(nèi)表面之間最大的 凈(licht)尺寸(寬)至少為500mm;至少兩個匯流器/分配器相互連接成 抗彎剛性的支承結(jié)構(gòu)；冷卻管固定在相應(yīng)的匯流器/分配器管底部的內(nèi)表面 上；并且每個匯流器/分配器具有一具有與人出入孔(Mannloch)相對應(yīng) 的開口尺寸(寬)的可重新封閉的入口。通過根據(jù)本發(fā)明的措施，環(huán)形(分布)的催化劑散料的端部面明顯較 小地被匯流器/分配器覆蓋并且同時可以以明顯較少的耗費(fèi)和約束限制對 冷卻管在匯流器/分配器上的連接部進(jìn)行制造或修理或者說維護(hù)。由于每個 匯流器/分配器的內(nèi)表面都只凹形或平坦地分布，即每個匯流器/分配器的外 表面都只是凸形或平坦地分布，所述匯流器/分配器朝向管束或管束反應(yīng)器 中軸的側(cè)壁不是弧形地繞該中軸分布，而是以相反的彎曲繞該匯流器/分配 器的中軸延伸或也可以直線地延伸。匯流器/分配器的這種造型一方面強(qiáng)制 地降低了催化劑散料或管束被覆蓋的面積，因?yàn)橹辽俪蛑休S的側(cè)壁與催 化劑散料或管束的環(huán)形(分布輪廓)相交并由此使"切除"的部分露出。 另一方面這種造型還明顯簡化了制造，因?yàn)閰R流器/分配器不具有凸形和同 時凹形即雙重彎曲的面或壁。此外，這種造型還提高了匯流器/分配器的內(nèi)部空間，因?yàn)闆]有凸形的 內(nèi)表面伸入內(nèi)部空間中，從而與另一個所述特征一即內(nèi)表面之間最大的凈 尺寸至少為500mm-相結(jié)合，使每個匯流器/分配器都設(shè)計成可接近的。 但根據(jù)本發(fā)明規(guī)定的最小凈尺寸還使得單個匯流器/分配器具有足夠的尺 寸，從而可以將冷卻管連接在匯流器/分配器上，在現(xiàn)有^^支術(shù)中，所述冷卻 管連接在覆蓋管束的多個匯流器/分配器或連接在覆蓋管束的板形匯流器/ 分配器上，而根據(jù)本發(fā)明所述冷卻管現(xiàn)在設(shè)置在一開放的(自由的)面內(nèi)。因此，在根據(jù)本發(fā)明的冷卻管反應(yīng)器中，設(shè)置在這里的冷卻管具有較 大的到匯流器/分配器的側(cè)向距離，所述冷卻管連接在匯流器/分配器上。因 此在根據(jù)本發(fā)明的冷卻管反應(yīng)器中，與傳統(tǒng)的冷卻管反應(yīng)器中的情況相比，
明顯較少的冷卻管在其整個長度上平行于反應(yīng)器軸線直線分布。但只有直 的冷卻管承受通過可軸向移動的匯流器/分配器的外部和內(nèi)部壓力載荷產(chǎn)
生的拉力和壓力。因?yàn)橛捎诮Y(jié)構(gòu)上的約束或條件所形成的拉力或壓力不與 所有連接在匯流器/分配器上的并平行于反應(yīng)器軸線直線分布的冷卻管的 重心軸線相重合，會形成力矩栽荷。
在現(xiàn)有技術(shù)中，這種力矩載荷會由于不存在所有匯流器/分配器的抗彎 剛性的連接部而由直線的冷卻管承受，這會相應(yīng)地降低其對于單純的軸向 拉力或壓力的承受能力。因此，在傳統(tǒng)的冷卻管反應(yīng)器中必須或者布置具 有較大壁厚的直線冷卻管或者布置相應(yīng)較多的直線冷卻管。
在根據(jù)本發(fā)明的冷卻管反應(yīng)器中，由于冷卻管和所屬的匯流器/分配器 之間的偏移，力矩載荷明顯大于傳統(tǒng)冷卻管反應(yīng)器中的情況。此外，在根 據(jù)本發(fā)明的冷卻管反應(yīng)器中，如下面將要說明的那樣，冷卻管布置得較為 緊密，這進(jìn)一步提高了所形成的力矩載荷。根據(jù)本發(fā)明的措施，即至少兩 個匯流器/分配器相互連接成抗彎剛性的支承結(jié)構(gòu)，4吏得可由匯流器/分配器 承受力矩載荷。因此，在根據(jù)本發(fā)明的冷卻管反應(yīng)器中，直線分布的冷卻 管只用于導(dǎo)出軸向的拉力/壓力，從而與傳統(tǒng)的冷卻管反應(yīng)器相比需要較少 的直線的冷卻管。
因?yàn)橹本€冷區(qū)管的連接部位在匯流器/分配器的管底部中的間距必須 對應(yīng)于所述冷卻管在催化劑散料中的間距，直線的冷卻管要求比彎曲冷卻 管多的在管底部中的連接面積。因此，當(dāng)直線冷卻管數(shù)量較少時，管底部
以及由此匯流器/分配器可以設(shè)計得較小。由此增大了催化劑散料沒有:lfcA 蓋的面，這有利于填充和排空。
通過根據(jù)本發(fā)明將冷卻管固定在相應(yīng)匯流器/分配器的內(nèi)表面上，所述 冷卻管一方面在制造時是易于接近的，因?yàn)楹缚p不再必須設(shè)計成穿過管束 的。因此，在根據(jù)本發(fā)明的冷卻管反應(yīng)器中，冷卻管設(shè)置得比傳統(tǒng)冷卻管反應(yīng)器中緊密，并且其分布對于要求的連接工作沒有約束。另一方面，為 了進(jìn)行修理或維護(hù)工作可以順利地從匯流器/分配器的內(nèi)部出發(fā)接近焊縫， 因?yàn)?，如上所述，?nèi)部空間還具有足夠的最小凈尺寸，并才艮據(jù)本發(fā)明的另 一個特征，每個匯流器/分配器都設(shè)有具有相當(dāng)于人出入孔的開口尺寸的可 重新封閉的出入口，從而為了進(jìn)行修理和維護(hù)工作，可容一個人進(jìn)入?yún)R流 器/分配器。在本發(fā)明的 一個優(yōu)選實(shí)施形式中，匯流器相互之間和/或分配器相互之 間流動連通。這樣，兩個匯流器/分配器通過一管相互連接，所述管同時形 成其抗彎剛性的連接部和流動連接部。但還可以設(shè)想，匯流器/分配器直接 相互連接。此時匯流器/分配器可以只在其橫截面的一部分上或在其整個橫 截面上4目互5充動連通。匯流器/分配器管底部優(yōu)選是平坦的。由此，可以明顯簡化管底部的制造。在本發(fā)明有利的改進(jìn)方案中，匯流器/分配器管底部是圓形的。利用這 個措施，能夠在可能的用于冷卻管的連接點(diǎn)數(shù)量較大時實(shí)現(xiàn)盡可能緊湊的匯流器/分配器構(gòu)型，從而使催化劑散料未4iLA蓋的端部面變得盡可能大。 匯流器/分配器優(yōu)選具有與管底部相對的罩，所述軍的內(nèi)表面至少沿一 個方向凹形地分布。利用這種構(gòu)型，可以將在這種軍和管底部之間的平的 側(cè)壁的高度選擇得較小，并且這里可以形成足夠的、位于罩的頂部區(qū)域內(nèi) 的內(nèi)表面和管底部之間的凈尺寸。平的側(cè)壁的高度越小，所述側(cè)壁就可以 設(shè)計得越薄。在本發(fā)明的一種有利的結(jié)構(gòu)形式中，在管束的第一端部處匯流器/分配器數(shù)量為4至6個。對于具有目前常見尺寸的冷卻管反應(yīng)器這種數(shù)量AA 夠的。所述匯流器/分配器有利地布置在一個或多個同心的圓上。這樣可以保 持相互連接成抗彎剛性的支承結(jié)構(gòu)的匯流器/分配器的力矩載荷盡可能小。冷卻管優(yōu)選在一個端部分別只在一個平面內(nèi)彎曲。冷卻管同樣優(yōu)選在 一個端部上連接在匯流器上，而在另一個端部處連接在分配器上，并且匯流器和分配器設(shè)計成相同的。利用該措施，可以明顯減少制造和安裝冷卻 管反應(yīng)器的工作量。在本發(fā)明的一個優(yōu)選結(jié)構(gòu)形式中，匯流器/分配器在管束的第二端部處 與反應(yīng)器外殼和/或反應(yīng)器罩剛性相連。由此，可明顯降低結(jié)構(gòu)上的花費(fèi)以 及材料、制造和安裝花費(fèi)。所述出入口有利地由匯流器/分配器上的出入口管接頭形成。本發(fā)明在另 一個同樣優(yōu)選的實(shí)施形式中，所述出入口由匯流器/分配器 上用于栽熱介質(zhì)管路的連接管接頭和該載熱介質(zhì)管路的一管路段形成，所 述管路段具有大于人出入孔的開口尺寸的長度，并且所述管路段由 一種材 料形成并以這樣的壁厚形成，即所述材料和壁厚不需熱處理即可進(jìn)行焊接。 在這種實(shí)施形式中，可以從所述管路段中分離出足夠大的管路區(qū)段， 一個 人可以通過所述管路區(qū)段進(jìn)入所述管路并通過所述管路進(jìn)入?yún)R流器或分配 器，例如通過彎腰鉆入或爬入，以在這里進(jìn)行修理或維護(hù)工作。在完成維 護(hù)工作后，該人員可以通過管路中的開口重新出來，此后，將分離下來的 管路區(qū)段重新焊接到管路段上，而不需對管路段進(jìn)行熱處理。這里所述管路段優(yōu)選具有一管路區(qū)段，該管路區(qū)段的橫截面朝匯流器/ 分配器逐漸變大并且特別優(yōu)選設(shè)計成錐形的。以這種方式可以在管路段上 游形成具有較小橫截面的載熱介質(zhì)管路，因?yàn)樗龀鋈肟谥恍枰騾R流 器/分配器具有對應(yīng)于人出入孔的橫截面。在本發(fā)明的一個有利的改進(jìn)方案中，所述管路段設(shè)置在壓力外殼內(nèi)部并特別優(yōu)選地連接在連接管接頭上。利用這種措施使得從爬入管路到i^A 匯流器/分配器的路徑盡可能短。這還會導(dǎo)致節(jié)省用于載熱介質(zhì)管路的材 料，因?yàn)槭怪敝羺R流器/分配器的具有較大橫截面的管路的長度最小化了 。


下面將參照附圖舉例地更詳細(xì)地說明本發(fā)明。其中圖1示出根據(jù)本發(fā)明的冷卻管反應(yīng)器的第一實(shí)施例的縱向剖視圖；圖2示出根據(jù)本發(fā)明的冷卻管反應(yīng)器的第二實(shí)施例的縱向剖視圖；圖3a示出根據(jù)本發(fā)明的冷卻管反應(yīng)器的第三實(shí)施例的在圖3b中的線 IIIa-IIIa上的橫向剖浮見圖；圖3b示出在圖3a中的線IIIb-IIIb上的、在冷卻管的上端部通入?yún)R流 器的區(qū)域內(nèi)的局部縱向剖視圖；圖4a示出根據(jù)本發(fā)明的冷卻管反應(yīng)器的第四實(shí)施例的、與圖3a類似 的橫向剖視圖，其中匯流器/分配器的端部相互之間具有一間距并通過一連 板彼此抗彎剛性地連接；圖4b示出與圖4b類似的橫向剖視圖，其中匯流器/分配器的端部直接 抗彎剛性地相連接；以及圖5示出根據(jù)本發(fā)明的冷卻管反應(yīng)器的第四實(shí)施例的、與圖3a、 4a 和4b類似的橫向剖視圖。
具體實(shí)施方式
在附圖中示出的根據(jù)本發(fā)明的冷卻管反應(yīng)器1的實(shí)施例具有一壓力外 殼2,在所述壓力外殼內(nèi)設(shè)有一種催化劑散料3，所述催化劑散料由冷卻管 5的管束4穿過。所述冷卻管束4至少在一個端部處連接在至少兩個匯流 器6或連接在至少兩個分配器7上。匯流器6和分配器7是非常相似的構(gòu)件，并且也可以設(shè)計成結(jié)構(gòu)相同 的。匯流器和分配器形成空腔，多個或很多個管通入所述空腔。區(qū)別之處 只是在功能上。分配器7設(shè)置在管的入口側(cè)并將流體分配給所述管，而匯 流器6在管的出口側(cè)使流出的流體匯集。如圖1和2所示，壓力外殼2由圓柱形的外部反應(yīng)器外殼8形成，所 述反應(yīng)器外殼在其兩個端部處由反應(yīng)器罩9、 IO封閉。壓力外殼2或反應(yīng) 器罩9、 IO垂直地定向，即圓柱形的軸線或者^兌反應(yīng)器軸線11垂直分布。催化劑散料3設(shè)置反應(yīng)器外殼8的內(nèi)部。在徑向的外側(cè)上，催化劑散 料由圓柱形的透氣性殼體壁12包圍。在靠外的殼體壁12和反應(yīng)器外殼8 的內(nèi)壁13之間形成一環(huán)形間隙14。在其徑向的內(nèi)側(cè)上，催化劑散料3貼 靠在一透氣性的芯部管15上，或者說由該芯部管限定，所述芯部管的軸線位于反應(yīng)器軸線ll上。即，催化劑散料3環(huán)形地在外部殼體壁12和內(nèi)部 的芯部管15之間分布。在圖1中所示的實(shí)施例中，冷卻管反應(yīng)器1在其下部的直到催化劑散 料的起始處的區(qū)域內(nèi)填充由惰性的散料16，催化劑散料的催化劑顆粒位于 所述惰性的散料上。填充從上方進(jìn)行，排空向下進(jìn)行。這里，首先從上方將惰性材料16 導(dǎo)入反應(yīng)器1中，直至惰性材料16的上側(cè)17到達(dá)冷卻管5的直線分布的 區(qū)域。此后填入催化劑顆粒3，直至催化劑顆粒的上側(cè)到達(dá)所述直線區(qū)域 的端部。芯部管5以其上端部20延伸至略微超過催化劑散料3的上側(cè)19，并 且以其下端部21穿過下部的反應(yīng)器罩10。在催化劑散料3的區(qū)域內(nèi)，芯 部管15的壁部具有多個開口 22，反應(yīng)氣體可以流動穿過所述開口。在催 化劑散料3的外面，芯部管15設(shè)計成完整壁式(無開口 )的。所述芯部管 與下部的反應(yīng)器罩10焊接。在催化劑散料3的區(qū)域內(nèi)多個徑向分布的、與環(huán)形間隙14流動連通的 氣體管接頭24通入反應(yīng)器外殼8中。反應(yīng)氣體23可以通過芯部管15輸入，并通過徑向氣體管接頭24導(dǎo)出， 但或者也可以通過所述徑向的氣體管接頭24輸入，而通過芯部管15導(dǎo)出。 在每種情況下，反應(yīng)氣體23都沿徑向流動穿過催化劑散料3。在催化劑散料3中，多個冷卻管5平行于反應(yīng)器軸線11延伸，所述冷 卻管按規(guī)定的彼此間的徑向間距設(shè)置并且總體上形成一環(huán)形管束4。水平的保持網(wǎng)柵25以相互間預(yù)定的垂直間距延伸穿過催化劑散料3， 所述保持網(wǎng)柵固定在(未示出)的錨固部(Ankern)上。保持網(wǎng)柵25由 冷卻管5穿過并且對于冷卻管5形成水平引導(dǎo)部。冷卻管5固定在保持網(wǎng) 柵5上，并由此防止彎折(Ausknicken)。所述保持網(wǎng)柵25由桿構(gòu)成，由 此存在大的、用于催化劑顆粒3的自由通過^t截面。管束4沿周向分成四個冷卻管5的組26,即， 一個環(huán)形區(qū)域的冷卻管 5分別組成一個組26。對于每個組26，在冷卻管5的入口側(cè)設(shè)有分配器7，而在出口側(cè)i史有 匯流器6。匯流器6和分配器7分別設(shè)置在同心的圓上，其中所述匯流器 和分配器沿周向和徑向具有規(guī)定的相互間的間距。為了清楚起見，在圖1和2中分別至示出5個連接在匯流器/分配器上 的冷卻管。在常見的實(shí)施形式中，在匯流器/分配器上連接由數(shù)百個冷卻管， 從而在所示的局部內(nèi)應(yīng)存在約10至50個冷卻管，而不是5個冷卻管5?？箯潉傂缘倪B接結(jié)構(gòu)27將全部的匯流器6連接在抗彎剛性的支承結(jié)構(gòu) 28上。在所示的實(shí)施例中，分配器7和匯流器6設(shè)計成結(jié)構(gòu)上基本上相同的。 所述分配器和匯流器分別具有一圓形的管底部29，冷卻管端部30連接在 所述管底部上。所述管底部29在背向管束4的一側(cè)由匯流器/分配器罩31 覆蓋，所述匯流器/分配器罩的內(nèi)表面32單調(diào)地凹形分布，并具有至少 500mm的最大水平凈尺寸和至少100mm的最大垂直凈尺寸。這里匯流器 6和分配器7的徑向尺寸一方面應(yīng)盡可能小，以便易于快速和均勻地填充 催化劑顆粒3，并且還易于快速地排空催化劑散料3，另一方面應(yīng)足夠大， 以實(shí)現(xiàn)其從內(nèi)部的可接近性。因此，管底部29裝有管的面積分別明顯小于催化劑散料3中由所屬的 冷卻管5的組26裝備管的面積。因此，在催化劑散料3的端部區(qū)域中和/或在催化劑散料3和匯流器6 和分配器7的管底部29的過渡區(qū)域內(nèi)，基本上多數(shù)的冷卻管5發(fā)生彎曲， 此時，由于制造和安裝工藝上的原因，所述冷卻管在一個端部處分別只在 一個平面內(nèi)彎曲。但彎曲的冷卻管5的端部30又直線地并且平行于反應(yīng)器軸線11延伸， 并且在這種構(gòu)型中穿過管底部29延伸到其內(nèi)表面33。在冷卻管5的每個組中26中，規(guī)定數(shù)量的冷卻管在其端部出沒有彎曲， 而是在整個管長度上平行于反應(yīng)器軸線11延伸至管底部29的內(nèi)表面33。 這些管5a用于傳遞從匯流器6到分配器7的軸向力。在其整個長度上直線地平行于反應(yīng)器軸線11延伸的冷卻管5a可以一如前面所述的那樣一不是無力矩地承受軸向力。所形成的力矩載荷由匯流
器6相互固定成的抗彎剛性的支承結(jié)構(gòu)28承受。
所有冷卻管端部30在其外側(cè)與管底部29在其內(nèi)表面33上相焊接。因 此，對于修理和維護(hù)工作冷卻管5、 5a的端部30的焊接部是可接近的。
冷卻管5在催化劑的區(qū)域內(nèi)成行地布置。 一組冷卻管相應(yīng)的管行在匯 流器/分配器管底部中以相同行走向布置。這樣可以避免，管軸線相交，即 避免個別冷卻管傾斜地穿過管束或者說穿過一組冷卻管。
分配器7在其軍形的區(qū)段31的頂部區(qū)域內(nèi)分別連接在垂直的載熱介質(zhì) 輸入管路35上，和芯部管15類似，所述載熱介質(zhì)輸入管路穿過下部的反 應(yīng)器罩IO，并與該反應(yīng)器罩焊接。因此分配器7在才艮據(jù)圖1的實(shí)施例中與 反應(yīng)器罩10剛性地連接。
在匯流器6的罩形的區(qū)段31的頂部區(qū)域內(nèi)分別連接一載熱介質(zhì)導(dǎo)出管 路36。所述載熱介質(zhì)導(dǎo)出管路36穿過上部的反應(yīng)器罩9并在反應(yīng)器罩9 的外部借助于補(bǔ)償裝置9a與反應(yīng)器罩9相連。
因此，匯流器6只與冷卻管5流出側(cè)的端部剛性連接，并因此可以與 所述冷卻管端部30 —起軸向地自由移動；由此匯流器可以補(bǔ)償冷卻管5 的熱膨脹。
在壓力外殼2的內(nèi)部，每個載熱介質(zhì)導(dǎo)出管路36分別具有一管路段 37,該管落艮37朝向匯流器6逐漸擴(kuò)展并連接在匯流器的一連接管接頭 38上。
所述管路段37具有圓柱形的第一區(qū)段39,該第一區(qū)段的外徑和開口 尺寸相當(dāng)于載熱介質(zhì)導(dǎo)出管路36穿過上部反應(yīng)器罩9的尺寸。
一錐形的第二區(qū)段40連接在所述第一區(qū)段39上，所述第二區(qū)段朝匯 流器6逐漸擴(kuò)展并在其擴(kuò)展的端部上具有一具有與人出入孔的開口尺寸相 對應(yīng)的開口尺寸的神黃截面。
在所述第二區(qū)段40上連接一又是圓柱形的第三區(qū)段41，所述第三區(qū) 段以其另 一個端部連接匯流器6的連接管接頭38上。
第二和第三區(qū)段39、 40、 41的總長度大于人出入孔的開口尺寸。至少第一和第三區(qū)段39、 41由一種材料形成，并且分別具有一可無需熱處理焊 接的壁厚。因此可以在第一和第三區(qū)段39、 41中分別置入一分隔切口 42，以從 管路段37中分離出一管路區(qū)段43，該管路區(qū)段的長度對應(yīng)于人出入孔的 開口尺寸。 一個人可以通過該出入口 43穿過第三區(qū)段41和連接管接頭38 進(jìn)入?yún)R流器6，以在這里進(jìn)行修理和維護(hù)工作。例如可以整修用來將冷卻 管端部30固定在管底部29的內(nèi)表面33上的焊縫。如果已完成修理和/或維護(hù)工作，并且該人員已重新離開匯流器6，則 重新焊接管路區(qū)段43,從而此時重新封閉載熱介質(zhì)導(dǎo)出管路36。由此出入口 43或37、 38是可重新封閉的。其開口具有乂>稱尺寸DN400, 特別優(yōu)選是DN600。在上部反應(yīng)器軍9中設(shè)有一出入口管接頭44，通過該出入口管接頭， 人員可以進(jìn)入上部反應(yīng)器罩9并由此到達(dá)壓力外殼2中的載熱介質(zhì)導(dǎo)出管 路36。通常，載熱介質(zhì)45是水，水在冷卻管5中部分蒸發(fā)。在冷卻管反應(yīng)器 1上方設(shè)有一 (未示出的)蒸汽筒，水-蒸汽混合物通過設(shè)計成上升管 (Steigldtung)的載熱介質(zhì)導(dǎo)出管路36流入所述蒸汽筒中。通過多個下降 管(Fallleitung)將水從蒸汽筒輸送給分配器7。載熱介質(zhì)流通常按自然循 環(huán)運(yùn)行。蒸汽筒豎直地支承在下降管上。作用在蒸汽筒上水平力由水平地 連接在蒸汽筒上的上升管承受。這樣就簡單地實(shí)現(xiàn)了對熱膨脹的補(bǔ)償。在起動時，為了進(jìn)行預(yù)熱，分別向分配器7中吹入蒸汽。上升管在蒸 汽筒中具有位于水平面下方的開口，以在預(yù)熱時實(shí)現(xiàn)自然循環(huán)。圖2示出與圖l類似的實(shí)施例。因此下面只說明其區(qū)別。在圖2所示的實(shí)施例中，在冷卻管5的入口側(cè)沒有布置用于冷卻管組 26的單獨(dú)的分配器7。相反，這里冷卻管反應(yīng)器1具有下部的管底部46， 所述管底部環(huán)形地包圍芯部管15，并且外部的殼體壁部12^:置在所述管 底部上，催化劑散料3置于該管底部上。在下部的反應(yīng)器罩上連接一載熱 介質(zhì)輸入管路50,其中在這種情況下，整個下部的反應(yīng)器軍10用作分配器。
反應(yīng)器管底部46具有多個催化劑排空開口 47,在所述實(shí)施例中是4 個，在所述催化劑排空開口中分別固定有或與管底部46焊接一個排空管接 頭48。排空管接頭48豎直地平行于反應(yīng)器軸線11分布，并從下部的反應(yīng) 器罩10中伸出，并同樣與所述下部的反應(yīng)器軍相焊接。
在排空開口 47或排空管接頭48在反應(yīng)器管底部46上的連接部的區(qū)域 內(nèi)，冷卻管5發(fā)生彎曲，從而除了排空開口 5以外冷卻管也穿過反應(yīng)器管 底部46。但冷卻管5的端部30也平行于反應(yīng)器軸線11穿過反應(yīng)器管底部 46并在管底部46朝向下部反應(yīng)器罩10的一側(cè)與反應(yīng)器管底部相焊接。
載熱介質(zhì)導(dǎo)出管路51固定地與上部反應(yīng)器罩9相連接。在上部反應(yīng)器 罩9的內(nèi)部，每個載熱介質(zhì)導(dǎo)出管路51具有一個補(bǔ)償裝置52，在圖2所 示的實(shí)施例中，所述補(bǔ)償裝置^L置在上面所述的管路段37的上方。
在圖3a和3b中示出另一個用于根據(jù)本發(fā)明形成匯流器6的實(shí)施例， 其中分配器7同樣可以以這種方式形成。這里匯流器6在俯視圖內(nèi)設(shè)計成 長形的，基本上是梯形的形狀，所述梯形以規(guī)定的相互間的間距平行設(shè)置。 這里重要的也是，每個匯流器6的內(nèi)表面53只是凹形或平坦地延伸。
匯流器6同樣具有一平坦的管底部29和一罩31,所述軍具有基本上 為半圓柱形的形狀，即，其內(nèi)表面橫向于匯流器6的縱向凹形地分布，并 具有最大500mm的水平最小尺寸。垂直的凈尺寸在頂部區(qū)域內(nèi)同樣約為 500mm。
管底部29和罩31通過豎直的側(cè)壁54相互連接。
在當(dāng)前情況下，形成六個匯流器6，每個匯流器都連接在一載熱介質(zhì) 導(dǎo)出管路36上并具有一可重新封閉的出入口管接頭55。相應(yīng)地，冷卻管5 分成六個組26，每個組分配給所述匯流器6中的一個。
在圖4a所示的實(shí)施例中，形成四個梯形的匯流器6，所述匯流器繞一 芯部管5布置，其中相鄰的匯流器6或梯形相互成直角并且其相應(yīng)不平行 的側(cè)邊或者說分支56相互以一定間距相對布置。在彼此相對的分支56上， 所述梯形借助于連板57彼此相互固定成正方環(huán)形的、抗彎剛性的支承結(jié)構(gòu)28。每個匯流器6具有一個可重新封閉的出入口 43,所述出入口在所示實(shí) 施例中對應(yīng)于圖l和2中所示的進(jìn)入?yún)R流器6的出入口 43。
在圖4b中示出與圖4a中類似的實(shí)施形式。在圖4b中所示的實(shí)施例 中，相鄰匯流器6的分支56直接相互鄰接，并彼此相互固定，以形成抗彎 剛性的環(huán)形支承結(jié)構(gòu)28。這里匯流器6也可以彼此流動連通，從而在該實(shí) 施例中也可以形成環(huán)繞的空腔。
圖5示出四個在俯視圖中為圓形的匯流器6，所述匯流器在一圓線上 以規(guī)定的相互間沿軸向和徑向的間距繞芯部管15設(shè)置。相鄰的匯流器6 通過板件57相互抗彎剛性地固定。每個匯流器6具有一可重新封閉的出入 口 43，該出入口與在圖4a和4b中或圖1和2中所示的出入口相對應(yīng)。
權(quán)利要求
1. 用于進(jìn)行催化氣相反應(yīng)的冷卻管反應(yīng)器，具有圓柱形的反應(yīng)器外殼，所述反應(yīng)器外殼在其兩個端部處由反應(yīng)器罩封閉，其中反應(yīng)器外殼和反應(yīng)器罩共同形成一壓力外殼，催化劑散料，所述催化劑散料徑向向外由透氣性的圓柱形的外部殼體壁，而徑向向內(nèi)由設(shè)置在反應(yīng)器軸線上的透氣性的芯部管限定，其中在殼體壁和反應(yīng)器外殼之間形成環(huán)形間隙，多個冷卻管，所述冷卻管布置成環(huán)形的管束并且直線地平行于反應(yīng)器軸線地穿過催化劑散料，并由載熱介質(zhì)流動穿過，所述載熱介質(zhì)吸收熱，以導(dǎo)出反應(yīng)熱，至少兩個匯流器或至少兩個分配器，所述匯流器或分配器設(shè)置在管束的第一端部處，其中所述管束分成相應(yīng)數(shù)量的冷卻管組，并且每個匯流器/分配器具有一管底部，冷卻管的組中的一個組的端部連接在該管底部上，其中在催化劑散料的區(qū)域內(nèi)每個組的裝有管的面積大于所屬的匯流器/分配器管底部的裝有管的面積，所述冷卻管的至少一部分在催化劑散料和匯流器/分配器管底部的過渡區(qū)域內(nèi)具有彎曲的形狀，并且在每個組內(nèi)都有一定數(shù)量的冷卻管在其整個長度平行于反應(yīng)器軸線分布，以傳遞軸向力，所有冷卻管都平行于反應(yīng)器軸線地穿過匯流器/分配器管底部，以及，其中，所述至少兩個匯流器/分配器是可軸向自由移動的，以補(bǔ)償冷卻管的熱膨脹，其特征在于，匯流器/分配器(6、7)的內(nèi)表面(32、33)只是凹入或平坦地分布；內(nèi)表面之間最大的凈尺寸至少為500mm；所述至少兩個匯流器/分配器(6、7)相互連接成抗彎剛性的支承結(jié)構(gòu)(28)；冷卻管(5)固定在相應(yīng)的匯流器/分配器管底部(29)的內(nèi)表面(33)上；以及每個匯流器/分配器(6、7)具有一具有與人出入孔相對應(yīng)的開口尺寸的、可重新封閉的出入口(37、38)。
2. 如權(quán)利要求1所述的冷卻管反應(yīng)器，其特征在于，匯流器(6) 相互之間和/或分配器(7)相互之間流動連通。
3. 如權(quán)利要求1或2所述的冷卻管反應(yīng)器，其特征在于，匯流器/ 分配器管底部(29)是平坦的。
4. 如權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的冷卻管反應(yīng)器，其特征在于， 匯流器/分配器管底部(29)是圓的。
5. 如權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng)所述的冷卻管反應(yīng)器，其特征在于， 匯流器/分配器(6、 7)具有與所述管底部(29)相對的罩(31)，所述罩 的內(nèi)表面(32)至少沿一個方向凹形地分布。
6. 如權(quán)利要求1至5中任一項(xiàng)所述的冷卻管反應(yīng)器，其特征在于， 在管束(4)的第一端部上的匯流器/分配器(6、 7)的數(shù)量為4至6個。
7. 如權(quán)利要求1至6中任一項(xiàng)所述的冷卻管反應(yīng)器，其特征在于， 匯流器/分配器(6、 7)布置在一個或多個對中的圓上。
8. 如權(quán)利要求1至7中任一項(xiàng)所述的冷卻管反應(yīng)器，其特征在于， 冷卻管(5)在一個端部分別只在一個平面內(nèi)彎曲。
9. 如權(quán)利要求1至8中任一項(xiàng)所述的冷卻管反應(yīng)器，其特征在于， 冷卻管(5)在一個端部上連接在匯流器(6)上，而在另一個端部處連接 在分配器(7)上，并且匯流器(6)和分配器(5)設(shè)計成相同的。
10. 如權(quán)利要求1至9中任一項(xiàng)所述的冷卻管反應(yīng)器輛，其特征在于， 匯流器/分配器(6、 7)在管束(4)的第二端部處與反應(yīng)器外殼(8)和/ 或反應(yīng)器罩(10)剛性相連。
11. 如權(quán)利要求1至10中任一項(xiàng)所述的冷卻管反應(yīng)器，其特征在于， 所述出入口由匯流器/分配器(6、 7)上的出入口管接頭(55)形成。
12. 如權(quán)利要求1至11中任一項(xiàng)所述的冷卻管反應(yīng)器，其特征在于， 所述出入口由匯流器/分配器(6、 7)上用于載熱介質(zhì)管路(36)的連接管 接頭(38)和該載熱介質(zhì)管路(36)的一管路段(37)形成，所迷管路段 具有大于人出入孔的開口尺寸的長度，并且所述管路段由這樣的材料形成并以這樣的壁厚形成，該壁厚不需熱處理即可進(jìn)行焊接。
13. 如權(quán)利要求12所述的冷卻管反應(yīng)器，其特征在于，所述管5^: (37)具有一管路區(qū)段(43)，該管路區(qū)段的橫截面朝匯流器/分配器(6、7)逐漸變大。
14. 如權(quán)利要求13所述的冷卻管反應(yīng)器，其特征在于，該管路區(qū)段 (43 )設(shè)計成錐形的。
15. 如權(quán)利要求12至14中任一項(xiàng)所述的冷卻管反應(yīng)器，其特征在于， 所述管路段(37)設(shè)置在壓力外殼(2)的內(nèi)部。
16. 如權(quán)利要求15所述的車輛，其特征在于，所述管路段(37)連 接在連接管接頭(38)上。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于進(jìn)行催化氣相反應(yīng)的冷卻管反應(yīng)器，它具有圓柱形的反應(yīng)器外殼、催化劑散料、多個冷卻管、至少兩個匯流器或至少兩個分配器，其中，所述至少兩個匯流器/分配器是可軸向自由移動的，以補(bǔ)償冷卻管的熱膨脹，其中，匯流器/分配器(6、7)的內(nèi)表面(32、33)只是凹入或平坦地分布；內(nèi)表面之間最大的凈尺寸至少為500mm；所述至少兩個匯流器/分配器(6、7)相互連接成抗彎剛性的支承結(jié)構(gòu)(28)；冷卻管(5)固定在相應(yīng)的匯流器/分配器管底部(29)的內(nèi)表面(33)上；以及，每個匯流器/分配器(6、7)具有一具有與人出入孔相對應(yīng)的開口尺寸的、可重新封閉的出入口(37、38)。
文檔編號B01J8/02GK101301597SQ200810096439
公開日2008年11月12日 申請日期2008年5月9日 優(yōu)先權(quán)日2007年5月11日
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