專利名稱:在進(jìn)行氣相多相反應(yīng)的催化床中達(dá)到最佳氣體分布的方法
本發(fā)明是關(guān)于在反應(yīng)器中進(jìn)行多相反應(yīng)時，使合成氣在催化床中達(dá)到最佳分布的一種系統(tǒng)。該反應(yīng)器由帶有裝填著催化劑的內(nèi)筒的圓筒形壓力容器構(gòu)成，其中至少有兩個裝填催化劑的催化床，每個催化床有兩個透氣性的、相互同軸且與壓力容器的軸線同軸的圓筒形壁層，氣體以向內(nèi)或向外徑向流動的方式、或以向內(nèi)或向外軸向-徑向流動的方式穿過催化床，并通過氣體入口和出口收集器進(jìn)行分配。
眾所周知，為了最有效地利用催化劑并獲得高的反應(yīng)產(chǎn)率，使合成氣在氣相反應(yīng)催化床中均勻分布是至關(guān)重要的。
許多專利描述過在催化床中，特別是在氣體徑向流動的反應(yīng)器中氣體的分配系統(tǒng)。
已知有些反應(yīng)器是由一個圓筒形壓力容器構(gòu)成的。壓力容器內(nèi)有一個內(nèi)筒，內(nèi)筒中至少有兩個裝填有催化劑的催化床，每個催化床有兩個圓筒形的、透氣性的、相互同軸且與壓力容器軸線同軸的壁層。氣體以向內(nèi)或向外的徑向流動方式，或者以向內(nèi)或向外的軸向-徑向流動方式穿過該催化床，并通過氣體入口和出口收集器進(jìn)行分配。每個收集器一般由一個與壓力容器同軸的中心導(dǎo)管構(gòu)成，其壁層可使氣體透過到催化床內(nèi)壁上，如英國專利1352550中附圖1所示(氣流向外流動的入口收集器)，或者由一個透氣性圓筒形壁層與一無孔剛性壁層之間的空隙構(gòu)成，如上述英國專利1352550中附圖1所示的氣體出口收集器)，或者由透氣性的雙層壁層構(gòu)成，其中一個壁層的表面積較大(37)，可直接與催化床接觸或通過一個催化劑的金屬網(wǎng)支撐體，如英國專利1118750中附圖5所示，而另一壁層(39)的透氣截面(40)比第一個壁層的小得多，其作用是造成至少與催化床中一樣的集中壓力降，以利于氣體在催化床的整個軸向長度上均勻分布。
實踐中絕大多數(shù)廣泛使用的反應(yīng)器采用上述催化床分配器，它的入口收集器是由雙層透氣性壁層構(gòu)成的，其中內(nèi)壁(37)較靠近催化床，如英國專利1118750所示，其外壁(39)氣體通道截面較小，可造成明顯的壓力降(高于催化床壓力降任何倍數(shù));這樣，如上述專利的權(quán)利要求
13中指出的那樣，必須用專門的裝置，使來自外分配壁層的高速氣體(高速度是由外壁層本身減小的截面造成的)沿平行于分配器壁的方向流動，以免直接沖擊內(nèi)透氣壁層，直接沖擊內(nèi)透氣壁層有可能使氣體在催化床中的分布不均勻，并使催化劑受損。
如已說明的那樣，在上述反應(yīng)器中，出口收集器一般不存在任何集中壓力降，催化床中氣體的均勻分布來自入口收集器外壁上的壓力降。
采用上述氣體分配收集器的結(jié)構(gòu)時，催化床頂端通常要裝有密閉效果好的頂蓋，頂蓋要具有能承受較大壓力降的、較好的機(jī)械強(qiáng)度，以防止部分氣體繞過催化床。
本發(fā)明的目的是提供一個在進(jìn)行氣相合成反應(yīng)的催化床中達(dá)到最佳氣體分布的系統(tǒng)，它可使氣體在催化床中均勻分布，并得到較高的產(chǎn)率，避免了已知系統(tǒng)中，特別是上述系統(tǒng)中的缺陷。
根據(jù)本發(fā)明，這一系統(tǒng)的特征在于提供了一組分配器一個催化床中的氣體入口分配器和一個氣體出口分配器，每個分配器由相互同軸且與圓筒形壓力容器的軸線同軸的兩個圓筒形壁層構(gòu)成，每個分配器的兩層壁都可透過氣體;上述分配器的靠近催化床的壁層有較大的橫截面(具有更好的透氣性)，而每個分配器的另一個壁層則有a)比最靠近催化劑的壁層的透氣面積小的橫截面，但該橫截面仍大到足以限制催化床本身(氣體入口分配器中)的壓力降;b)狹小的橫截面(透氣性較差)，狹小到足以造成幾乎等于或2倍(最好幾乎4倍)于催化床(氣體出口分配器中)的壓力降。
根據(jù)本發(fā)明的一個特征，本系統(tǒng)可用于氣體在催化床中徑向或基本上徑向流動的反應(yīng)器(根據(jù)美國專利4372920和4405562中的軸向-徑向催化床)。本系統(tǒng)由一組分配器構(gòu)成，氣體從一個分配器流入催化床，從另一個分配器流出，每個分配器由相互同軸且與圓筒形壓力容器的軸線同軸的兩層圓筒形壁構(gòu)成，兩層壁都可透過氣體。上述分配器中最靠近催化床的壁層的橫截面最大(透氣性最好)，而每一分配器的另一壁層具有a)比最靠近催化劑的壁層的透氣面積小的橫截面，但該橫截面仍大到可限制氣體穿過此壁時的壓力降至少與催化床中(氣體入口分配器中)的壓力降一樣大，或較其小3倍(最好較其小1倍);b)一個狹小的橫截面(透氣性較差)，狹小到足以產(chǎn)生幾乎等于或2倍(最好幾乎4倍)于催化床(氣體出口分配器中)中的壓力降。
通過下面的描述，可更好地理解本發(fā)明的不同特征和優(yōu)點。下面的描述只是進(jìn)一步的說明，而不是加以限制。為清楚起見、參照附圖1、2和3進(jìn)行說明。這些附圖是局部的、分配器部份的縱剖面示意圖。
圖1示出裝在無孔的圓筒形壁層PA內(nèi)的、串聯(lián)排列的兩個一組的環(huán)形催化床L1和L2及催化床中的徑向向內(nèi)流動的氣流Q，其中每個催化床的構(gòu)成如下a)一組分配器，一個分配器是由兩層相互同軸的、透氣性圓筒形壁PC1和PC2構(gòu)成氣體的入口，PC2比PC1的透氣性好;由兩層相互同軸的、透氣性圓筒形壁PC3和PC4構(gòu)成氣體出口，PC4比PC3的透氣性好;b)一個封閉的底FCP，該底置于由a)中提到的入口收集器壁層PC1的內(nèi)側(cè)和封閉外壁層PA所限定的空間;c)頂蓋CS，該頂蓋置于由a)中提到的入口收集器壁層PC1的內(nèi)部和a)中提到的、來自出氣口收集器出氣口導(dǎo)管的無孔圓筒形壁層PI所限定的空間。
收集器壁(PC1、PC2、PC3和PC4)上部(圓筒形壁的封閉區(qū))的狹小橫截面TM通常是不透氣的。
圖2示出兩個一組的催化床，其中絕大部分氣體Q從收集器的最大橫截面徑向-向內(nèi)流過催化床，余下的少部份氣體Q′從收集器的不透氣的狹小橫截面TM以基本上軸向流動的方式穿過催化床。上述狹小橫截面貫穿由兩收集器限定的、頂部有敞開通道的催化床。催化床中由兩收集器內(nèi)壁所限定的區(qū)間沒有頂蓋CS，頂蓋CS僅裝在包括氣流出口收集器內(nèi)壁PC4和無孔的圓筒形壁層PI之間的區(qū)間。
圖3所示的催化床系統(tǒng)基本上與前面附圖所示系統(tǒng)相同，只是氣體沿徑向向外方向流動。在這種情況下，收集器的作用正好相反，(PC3和PC4是入口收集器壁層，PC1和PC2是出口收集器壁層)，封閉的底由PC1和PI壁層所限定，頂蓋由壁層PA和PC3確定。
實施例Ⅰ)在一個如圖1所示的裝有兩個催化床的氨合成反應(yīng)器中，氣體徑向向外流動，操作條件如下
1.1使用顆粒不規(guī)則的適宜催化劑，催化劑粒徑為1.5-3mm;
1.2催化床中氣體的壓力降為0.015Kg/cm2;
1.3入口收集器壁層PC1上的壓力降為0.02Kg/cm2;(入口收集器壁層PC2上的壓力降可忽略);
1.4出口收集器壁層PC3上的壓力降為0.05Kg/cm2;(壁層PC4上的壓力降可忽略);
1.5催化床區(qū)域內(nèi)頂蓋CS上的差壓可忽略(不需要不透氣性)。
Ⅱ)如附圖2所示的氨合成反應(yīng)器中，裝有3個催化床，一部份(較大橫截面)氣體沿徑向向內(nèi)方向流動，另一部份(狹小橫截面)氣體沿軸向流動，操作條件如下2.1使用顆粒不規(guī)則的適宜催化劑，催化劑粒徑為1.5-3mm;
2.2催化床中氣體的壓力降為0.015Kg/cm2;
2.3入口收集器壁層PC1上的壓力降為0.02Kg/cm2(入口收集器壁層PC2的壓力降可忽略);
2.4出口收集器壁層PC3上的壓力降為0.1Kg/cm2(壁層PC4上的壓力降可忽略);
2.5催化床的上部是敞開的。
根據(jù)本發(fā)明，進(jìn)行氣體多相反應(yīng)時，可使合成氣在催化床中達(dá)到最佳分布的系統(tǒng)是由每個催化床的一組氣體分配器構(gòu)成的，一個分配器用作催化床的氣體輸入，一個用作氣體排出，每個分配器由兩個相互同軸且與圓筒形壓力容器的軸線同軸的圓筒形壁層構(gòu)成，兩層壁都具有透氣性。分配器中最靠近催化床的壁層有最大的橫截面(具有更好的透氣性)，而每個分配器的另一壁層具有a)比靠近催化劑的壁層的透氣面積小的橫截面，但該橫截面仍大到可限制使氣體穿過此壁時的壓力降至少等于，而且不大于催化床本身(氣體入口分配器)的壓力降的3倍(最好不大于1倍);b)一個狹小的橫截面，(透氣性較差)，狹小到足以產(chǎn)生至少等于(最好至少4倍于)催化床(出口氣體分配器中)壓力降的壓力降。
權(quán)利要求
1.一種在下述反應(yīng)器中進(jìn)行多相反應(yīng)時使合成氣體在催化床中達(dá)到最佳分布的方法，該反應(yīng)器由帶有內(nèi)筒的圓筒形壓力容器構(gòu)成，該內(nèi)筒中至少有兩個裝填催化劑的催化床，每個催化床有兩層透氣性的，相互同軸且與壓力容器軸線同軸的圓筒形壁層，氣體以向內(nèi)或向外的徑向流動方式，或以向內(nèi)或向外的軸向一徑向流動方式穿過催化床，并通過氣體入口和出口收集器進(jìn)行分配；其特征在于提供了一組分配器一個向催化床輸入氣體，另一個排出氣體，每個分配器由兩層相互同軸且與圓筒形壓力容器同軸的圓筒形壁層構(gòu)成，兩層均可透過氣體；分配器中最靠近催化床的壁層具有最大的橫截面(具有更好的透氣性)，而每一分配器的另一壁層具有a)與最靠近催化劑的壁層相比較小的橫截面，但該截面仍大到足以限制氣體以3倍于催化床(氣體入口分配器中)壓力降的最大壓力降(最好小于1倍)穿過此壁層；b)一個較小的橫截面，(透氣性較差)小到足以產(chǎn)生至少2倍(最好至少4倍)于催化床中(氣體出口分配器中)壓力降的壓力降。
2.根據(jù)說明書，實施例和附圖所描述的方法。
3.如附圖1-3中所示的分配器。
專利摘要
根據(jù)本發(fā)明，進(jìn)行氣相多相反應(yīng)時，可在催化床中分配合成氣的系統(tǒng)是由每個催化床的一組氣體分配器構(gòu)成的，一個分配器用作催化床的氣體輸入，一個用作氣體排出。每個分配器由兩個相互同軸且與圓筒狀壓力容器的軸線同軸的圓筒形壁層構(gòu)成，兩層壁都具有透氣性，分配器中最靠近催化床的壁層有最大的通道橫截面(具有更好的透氣性)，而每個分配器的另一壁層具有，比靠近催化劑的壁層的透氣面積小的透氣面積。
文檔編號B01J8/02GK87102931SQ87102931
公開日1987年10月21日 申請日期1987年3月13日
發(fā)明者昂伯托·扎爾迪 申請人:阿莫尼·卡薩爾公司, 昂伯托·扎爾迪導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan