[實用新型]用于進行放熱平衡反應的反應器

有效

• 申請號: 201820691574.1
• 申請日: 2018-05-10
• 公開（公告）號: CN209138593U
• 公開（公告）日: 2019-07-23
• 發明（設計）人: 安得烈亞斯·奧克斯;弗蘭克·卡斯蒂略·威爾特;史蒂法納·哈赫;羅伯特·弗林德;蒂姆·舒曼;馬克·瓦格納;舍倫·瓦倫汀
• 申請（專利權）人: 喬治洛德方法研究和開發液化空氣有限公司
• 主分類號: B01J19/00
• 分類號: B01J19/00;B01J8/02;B01J8/04;C07C29/152;C07C31/04
• 代理公司: 中原信達知識產權代理有限責任公司 11219
• 代理人: 張建濤;車文

本實用新型涉及用于進行放熱平衡反應的反應器。具體地，提出了一種用于進行放熱平衡反應、特別是用于通過合成氣的非均相催化轉化來進行甲醇合成的反應器，該反應器使得能夠沿著反應器的縱坐標重新調整并因此優化反應條件。為此目的，根據本實用新型，將該反應器分成多個串聯連接的反應池，其中每個反應池包括預熱區、冷卻反應區、可冷凝反應產物的一個或多個冷卻區和沉積區。以這種方式，反應條件可針對反應混合物的各自的局部組成進行調整，并且在反應器長度上是可變的。

技術領域

本實用新型涉及一種用于進行放熱平衡反應的反應器，其中氣態進料混合物至少部分地在固體催化劑上轉化成產物混合物。一個應用實例是通過經固體催化劑非均相催化轉化包含氫氣和碳氧化物的合成氣來實現甲醇合成。

背景技術

用于進行放熱平衡反應的反應器在本領域已經長期已知。具有特別工業重要性的這種類型的反應是通過非均相催化轉化合成氣(即氫和碳氧化物的混合物)的甲醇合成。Ullmann′s Encyclopedia of Industrial Chemistry[烏爾曼工業化學百科全書]，第6版，1998年電子發行，“甲醇”章節，第5.2分章“合成”描述了通過催化轉化包含氫和碳氧化物的合成氣制備甲醇的各種基本方法，其中使用了此類反應器。

例如從歐洲專利說明書EP 0 790 226 B1已知用于制備甲醇的現代的兩階段方法。甲醇在循環方法中制備，其中將新鮮和部分反應的合成氣的混合物首先進料到水冷反應器中并且然后進入氣冷反應器中，其中合成氣在每種情況下經銅基催化劑轉化為甲醇。將在該方法中制備的甲醇從待再循環的合成氣中分離出來，然后將該待再循環的合成氣作為冷卻劑以逆流方式引導通過氣冷反應器，并在將其引入到第一合成反應器中之前預熱至220℃至280℃的溫度。將待再循環的合成氣的一部分作為吹掃流從該方法中移除以防止惰性組分積聚在合成回路內。該措施也在德國公開說明書DE 2934332 A1和歐洲專利申請EP1016643 A1中傳授。

合成氣(CO、CO2、H2)的主要轉化典型地在水冷反應器階段中實現，并且大部分反應熱被移除，然而不過相當大比例的合成氣在較溫和條件下在氣冷階段中轉化。

在一些設備配置中，在這兩個反應階段之間額外提供中間冷凝階段，以便降低至第二反應階段的進料氣體中形成的反應產物(主要為甲醇和水)的比例，并因此進一步增加可實現的反應物轉化率。例如在德國專利說明書DE 10 2008 049 622 B4中傳授了這種類別的設備配置。

水冷反應器(WCR)典型地是具有相應管板的管式反應器，其中催化劑被引入管中，而冷卻通過圍繞管的殼程上的沸水或蒸汽產生進行。在氣冷反應器(GCR)中，用進料氣體進行冷卻，將該進料氣體引導通過管并在其至第一反應階段(WCR)的途中加熱，同時將催化劑引入管周圍，并且反應在GCR的殼程上發生。就它們的標稱寬度而言，反應階段連接到大管道或非常大的管道；根據設備容量，最高達1 m的管直徑是可能的。這特別是因為再循環到第二階段(再循環氣體) 并與新鮮氣體(即來自氣體生產的新鮮合成氣)混合的大量氣體。所得的再循環氣體和新鮮氣體的氣體混合物在GCR中預熱之后被進料到第一反應階段(WCR)。再循環氣體的體積典型地遠大于新鮮氣體的量，并且取決于在反應器區段中實現的轉化率。再循環氣體體積(R) 與新鮮氣體體積(F)的再循環比RR(RR＝R/F)通常超過2并且在一些情況下甚至超過3.5。合成氣通過反應器區段的單程轉化率越低，達到足夠產率所需的再循環比RR越高。

這相應地增加了循環氣體體積，從而增加了反應器上的應力并且需要連接管道的更大的標稱管道寬度，并且還導致對壓縮能量的更高需求(更高的流量和壓降)。

實用新型內容

因此，本實用新型解決的問題是指定一種反應器，該反應器不具有從現有技術中已知的反應器的所述缺點，并且特別是基于反應器單程的放熱反應的目標產物以及重新調整并因此優化沿著反應器的縱坐標的反應條件的選擇產生高轉化率，這例如在甲醇合成的情況下導致再循環比降低至更小值，如在使用從現有技術中已知的反應器的情況下已知的。