CN101990457A - 管式反应器 - Google Patents

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唐纳德·L·库尔
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Abstract

本发明提供了用于管式反应器的设备、方法和工艺，该管式反应器包括：被布置在管式反应器壳体内的多个大体平行的反应管，所述反应管被间隔开，使得在操作期间传热流体能够在所述反应管之间流动，并且在所述反应管和所述传热流体之间传递热量；进口头，所述进口头限定了进口头空间，其中所述进口头空间与所述反应管的进口端流体连通，以及出口头，所述出口头包括出口头壳体和被定位在由所述出口头所限定的出口头空间内的至少一个***件，其中所述***件限定了出口头空间，所述出口头空间相对于由所述出口头所限定的出口头空间体积被减小，并且其中所述体积被减小的出口头空间与所述反应管的出口端流体连通并与反应器出口流体连通。

Description

管式反应器
背景技术
乙烯氧化为乙烯氧化物可以通过在存在被装载到合适的载体上的银催化剂的条件下与空气或氧气反应而实现，其中可选地添加少量的特定的氯代烃类，其用来减少催化剂。在正常操作条件下，氧化反应主要产生乙烯氧化物，其中二氧化碳和水为副产物。这种反应是放热的。
执行氧化反应所在的反应器的构造可以类似于垂直管壳式热交换器。管子用催化剂填充，同时反应器的壳体侧设置有冷却剂。合适的泵、热交换器、分离器鼓、和/或冷凝器可以用来冷凝、或分离和再循环冷却剂。
在一些情况中，在没有精细地控制温度的情况下，氧化反应会发展成形成二氧化碳和水蒸气。这不仅降低生产量，而且是更大的放热反应，其可能在反应器内导致″热点″，且因此导致对冷却***所提出的要求的增加。此外，″热点″能够增加局部温度，且会快速地扩散至反应器出口，从而导致大量的气相点火，在此称为″分解″。
发明内容
本发明公开内容涉及用于进行诸如烯烃氧化反应的放热反应的管式反应器。各实施例适合于商业规模的乙烯氧化物生产。
如在此使用的那样，″热点″为在其中的氧气被耗尽的反应器管中设置的催化剂床的内部发生的不受控制的气相反应。
本发明公开内容的实施例包括一种管式反应器，其包括被布置在管式反应器壳体内的多个大体平行的反应管，所述反应管被间隔开，使得在操作期间传热流体能够在反应管之间流动，并且在所述反应管和传热流体之间传递热量。管式反应器还包括靠近所述管式反应器壳体定位的限定进口头空间的进口头和靠近所述管式反应器壳体定位的出口头，其中所述进口头空间与所述反应管的进口端流体连通。出口头包括出口头壳体和定位至由所述出口头限定的出口头空间内的至少一个***件，其中所述***件限定了出口头空间，所述出口头空间相对于由所述出口头限定的出口头空间体积被减少，并且其中所述体积被减少的出口头空间与所述反应管的出口端流体连通并与反应器出口流体连通。
当操作本发明公开内容的管式反应器的实施例时，出口头中的气体滞留时间可以被减小。减小的气体滞留时间允许热反应气体更快地转到冷却步骤，并能够帮助降低反应副产物的形成。停滞气体的区域也被减小或消除，再次帮助降低副产物的形成，且在工艺气体为易燃气体的情况中，帮助减小由于出口头空间中的“分解”的发展而导致的着火的风险。
附图说明
图1A为本发明公开内容的管式反应器的实施例的截面正视图。
图1B为与本发明公开内容的实施例一起使用的具有***件的出口头的部分截面正视图。
图1C为根据本发明公开内容的实施例的管式反应器壳体和可拆卸的出口头的法兰区域的截面正视图。
图1D为根据本发明公开内容的实施例的用于使传热流体从管式反应器壳体循环至管式反应器壳体和可拆卸的出口头的法兰区域的***的示意图。
图2为本发明公开内容的实施例的部分截面正视图。
图2A为沿图2中的线2A-2A截取的示出根据本发明公开内容的实施例的具有***件的出口头的截面俯视图。
图3为根据本发明公开内容的实施例的出口头的截面正视图。
图4为根据本发明公开内容的实施例的出口头的截面正视图。
具体实施方式
本发明公开内容的实施例包括用于管式反应器和管式反应器的操作的设备、方法和工艺。为了说明目的，讨论了本发明公开内容应用于乙烯氧化物的生产，然而，应当理解本发明公开内容的实施例不限于这种应用。
图1A-1D示出了根据本发明公开内容的管式反应器100的实施例。管式反应器100包括包围包含反应器管104的空间的外部壳体102。在一些实施例中，反应器管104可以设置为大体上相互平行，并且可以垂直定向，反应器管出口在管式反应器100的底部。在一些实施例中，管式反应器100可以定向为管出口位于顶部。另外，如果期望用于特定应用，管式反应器100可以被水平地定向，或者与水平方向成某一角度。
反应器管104相互间隔开，以允许传热流体在相邻的反应器管104之间循环，从而在传热流体和反应器管104之间传递热量。如图1A所示，为了说明目的，管式反应器100包括少量的反应器管。另外，再次为了说明目的，管子104之间的间距被夸大。在各种实施例中，管式反应器100可以包含在数百至数千范围内的反应器管104。
在一些实施例中，反应器管104可以经由顶部管板106和底部管板108保持在管式反应器壳体102中的合适位置上。管板106、108具有允许工艺气体从进口头空间110进入反应器管104的开口。可替换地，反应器管104可以延伸穿过顶部管板106进入到进口头空间110中。类似地，底部管板108具有允许工艺气体从反应器管104进入到出口头空间112的开口。再次，反应器管104可以延伸穿过底部管板108进入到出口头空间112中。
在一些实施例中，各种类型的附加支撑件可以设置在顶部管板106和底部管板108之间。例如，附加支撑件可以包括附加管板、各种类型的支架、档板等等。
如图1A所示，管式反应器100还包括进口头114和出口头116(例如，在操作期间反应物向下流动的实施例中)。如图所示，进口头114靠近管式反应器壳体102定位在顶部位置，出口头116靠近管式反应器壳体102定位在底部位置。实施例还可以包括定位在底部位置的进口头114和定位在顶部位置的出口头116。
进口头114限定进口头空间110。反应物通过进口导管118被引入到管式反应器100中，在进口导管118处反应物进入进口头空间110。如图所示，反应物可以从进口头空间110进入管子104，并向下流过管子104，反应物在管子中与催化剂接触并发生期望的反应。因此反应产物气体从管子104底部出来，并进入出口头空间112中，来自各个管子104的反应产物气体在出口头空间中混合并进入出口导管120中。
图1中示出的所述类型的商业规模的管式反应器可以非常大，例如包含数百或数千个管子，并具有3米和大到20米范围内的壳体直径。如图1A所示，由于尺寸大，进口头114和出口头116设计成具有圆化的横截面。进口头114和出口头116的弯曲形状可以允许头在合理的质量下具有需要的结构强度。然而，由于头114、116的结构构造，进口头空间110和出口头空间112的体积可以很大。大的头空间导致头空间内的滞留时间较长。此外，反应产物在头空间内的循环不均匀，结果，热点可能在停滞和/或再循环气体的气窝出现的区域中形成。在热点区域，可能会发生不希望的副反应，并且增加了分解的风险。
为了减少形成热点区域的发生，本发明公开内容的实施例寻求减小出口头空间112的体积，提供从反应器管104出来的反应产物气体的最初的快速混合，和/或提供在出口头空间112中的反应气体的再分布。同理，在一些实施例中，可以最小化出口头112中的反应产物气体的滞留时间。此外，可以收敛描述反应产物气体可能在出口头空间112内部消耗的时间量的滞留时间分布或概率分布函数，以减少长滞留时间″拖尾″。
在各个实施例中，由于反应产物气体从一些反应器管104中出来而形成的局部热点可以与从其它反应器管104出来的冷的反应产物气体快速地混合，从而防止点火和/或不希望的副反应。
由于管式反应器100的尺寸，简单地通过采用较小的出口头来降低出口头空间体积是不现实的。这种出口头的质量将比如图1所示的弯曲出口头116的质量大很多，因此与这种头相关的成本和重量使得它是不现实的。同样地，如图1A所示，出口头116包括出口头壳体122和***件124。***件124与底部管板108一起可以限定出口头空间112的体积。
如图所示，出口头空间112的体积比在缺少***件124时由底部管板108和出口头壳体122限定的体积小相当多。较小的体积可以减小停滞区域，并且可以增加通过出口头空间112的流速，同时还降低出口头空间112中的反应产物气体的滞留时间。例如，工艺气体可以以约25英尺每秒或更大的速度流过底部管板108，并且反应产物气体的滞留时间可以约为0.1秒或更少。而且，反应产物气体的流型或流动模式(flow pattern)不包括大尺寸的漩涡。
在一些实施例中，与没有***件124的同样配置中的出口头116相比，***件124可以将出口头116的体积减小至少25％。在各种实施例中，***件124将出口头116的体积减小至少50％。***件124可以将出口头116的体积减小达60％、达75％、达85％、达90％或更高。
此外，随着出口头116的体积减小越多，通过出口头116的流量(即，气体速度)可以增加。另外，出口头116中的滞留时间相应地降低。
在一些情况中，出口头116的体积减小太多使得难以在合理的操作压力下实现大的总体(bulk)流量，这是因为通过出口头116的路径可能变成受限制的。因此，在一些情况中，出口头116的体积可以被减小多少的上限可能受期望的总体流量和/或操作压力的限制。
图1B更详细地示出了根据本发明公开内容的出口头116的实施例。***件124示出为从边缘区域126朝向出口120向下倾斜。同样，出口头空间112靠近中心的高度大于在***件124边缘处其的高度。这种配置可以改善流量(例如，气体速度和总体流量)，并且可以帮助消除特别是靠近出口头空间112的外边缘的停滞区域。
出口头壳体122还可以从所述边缘朝向出口120向下弯曲，但与***件124相比，可以以更大的渐变的比率弯曲。曲率差可以使出口头壳体122从***件124移位离开，从而在出口头壳体122和***件124之间形成空间128。在这种实施例中，除了可能在靠近出口120的区域之外，反应产物气体不与出口头壳体122接触，并且出口头壳体122在一定程度上与工艺流体热绝缘。
在一些实施例中，出口头壳体122设计为大致承受出口头116的全部重量以及其它施加的应力。在这种实施例中，出口头壳体122的外部弯曲可以允许采用合理质量的构造材料来制造出口头壳体122。此外，***件124承受很少的重量或应力，因此可以由相对薄的材料制造，以节约(conserve)质量。
在一些实施例中，***件124可以是自支撑的。此外，在各种实施例中，***件124可以具有通过对于***件124采用与自支撑的***件124相比较薄的材料所获得的轻质的构造。在这种实施例中，轻质***件124可以包括附加的支撑件，诸如大量的支撑圆筒130，其可以横越空间128，并将来自***件124的负载传递至出口头壳体122。***件124可以由金属、聚合物和/或陶瓷材料形成，只要构造材料能够承受工艺温度，不催化工艺气体的反应和/或不以其它方式与工艺气体反应，并且另外地在特定的工艺下是化学稳定的即可。
如图1B所示，在一些实施例中，出口头116可以冷却出口头116内的反应产物气体。在各种实施例中，冷却工艺气体的方法可以采用传热流体吸收来自反应产物气体的热量。另外，在一些实施例中，如图所示，通过在反应产物气体经由出口120流出反应器管100之前使工艺气体通过热交换器132，可以在出口头空间112内冷却反应产物气体。
在一些实施例中，热交换器132可以捕获来自工艺气体的热量并在其它地方重新使用所述热量。在一些情况中，部分加热的传热流体可以被循环至管式反应器100，以提供对反应器管的冷却。在一些实施例中，如在此进一步讨论的，部分加热的传热流体可以被循环至管式反应器壳体102和出口头116的法兰***，以使每个的温度均衡。
在一些实施例中，冷却反应产物气体流出反应器管所在位置的正下游的反应产物气体的能力对降低不希望的反应副产物的形成将是有利的。这在烯烃氧化工艺(例如，乙烯氧化物工艺)中是尤其是这样，其中通常在反应产物气体可以被冷却之前，醛和其它不希望的副产物在流出反应管的热反应产物气体中形成。在图1B中示出的实施例中，出口头116中存在的热交换器132可以允许反应产物气体被快速冷却，并且与不具有热交换器132的出口头116相比可以减少副产物的形成，特别是在乙烯氧化物生产工艺中。
在一些实施例中，如图1B所示，位于热交换器132下游的出口120例如还可以通过管道133连接至第二热交换器135。反应产物气体可以穿过热交换器132，穿过出口120，并穿过管道133到达第二热交换器135。第二热交换器135可以进一步冷却来自出口120的反应产物气体。
在一些实施例中，第二热交换器135靠近连接至热交换器132。如在此使用的，″靠近连接″表示在离热交换器132尽可能短的距离处连接第二热交换器135。在一些实施例中，管道133的长度可以小于100英尺，更优选地，小于50英尺，还更优选地，小于10英尺。此外，管道133的直径可以尽可能地小，优选地直径小于100英寸，更优选地直径小于60英寸。最小化热交换器132和第二热交换器135之间的距离可以减少两个热交换器之间的区域中的气体的滞留时间，并且可以进一步减少反应副产物的形成。
在一些实施例中，反应产物气体可以在出口头116内被完全冷却。在各种实施例中，工艺气体可以在出口头116内被部分地冷却。例如，热交换器132可以全部或部分地定位在出口头116内。在热交换器132部分地定位在出口头116内的实施例中，热交换器132可以向外延伸，超过出口头116的边界，用以为热传递提供较大的区域，更彻底地完成冷却。
如图1A所示，在操作中，工艺气体通过进口118进入进口头空间110。工艺气体被在反应器管104之间分布并进入反应器管104中。在一些实施例中，反应器管104至少部分地填充有用于工艺气体的期望反应的催化剂。随着工艺气体流过反应器管104，在存在催化剂的条件下它们可以反应。反应产物气体随后流出反应器管104并进入出口头空间112。在图1A中示出的实施例中，反应产物气体通过出口120流出出口头空间112。
在一些实施例中，在反应管104内发生的反应可能是高放热的，例如，对乙烯氧化物氧化反应就是这种情况。在各种实施例中，通过在壳体102内以及管子104外部周围循环传热流体，可以控制放热。在一些实施例中，水是冷却流体。水可以沸腾，以产生蒸汽，由于蒸发蒸汽所需要的额外的热量被从***中去除，因此可以提供额外的冷却。
传热流体可以被引导通过一个或多个端口134，传热流体通过端口进入管式反应器100并流过反应器管104之间的空间，接触反应器管104，以及为反应过程提供加热或冷却。
在一些实施例中，传热流体例如可以在反应器管104内的催化剂处发生的反应是放热的时提供冷却。然而，在其它实施例中，传热流体可以将反应器管104加热至以期望的反应速率产生期望的反应所需要的温度。在各种实施例中，当反应是放热的时，传热流体例如可以在开始反应的启动期间提供热量，或者提供工艺控制，直至达到稳态条件为止。传热流体可以通过一个或多个端口134从管式反应器100中排出。
在一些实施例中，出口头116可拆卸地连接到管式反应器壳体102上，以允许接近管式反应器100的内部，用于诸如维护、修理和/或催化剂去除和/或更换等的目的。在一些实施例中，出口头116和管式反应器壳体102包括法兰***，如图1B和图1C中的放大视图所示。
如图1C所示，适合的法兰***包括配合圆周法兰136和138，其中配合圆周法兰136、138分别连接至出口头116和管式反应器壳体102的底部。法兰136、138可以具有法兰136、138接合时接触的配合面140、142。在一些实施例中，法兰136、138可以为管式反应器壳体102和/或管板106的延伸部分。
可选地，配合面140、142可以包括一个或多个额外的配合特征，其并在组装期间可以帮助对准在正确的相对位置上的出口头116和管式反应器壳体102。一种这种类型的对准特征为圆周舌榫组件。如图1C所示，法兰138可以包括可以装配到法兰136中的对应的凹陷槽146中的凸起舌144。在一些实施例中，为了更容易组装，槽146可以稍微比舌144宽。在各种实施例中，凸起舌144可以位于法兰138中，对应的凹陷槽146可以位于法兰136中。此外，虽然图1C中未示出，但衬垫材料139可以被包含在槽146内，以帮助密封管式反应器100。另外，其它类型的引导件可以结合到法兰***中，包括引导销孔配置。
如在此讨论的，管式反应器100的直径可以在例如从2米至20米或更大的范围内。由于反应器100的尺寸，对于许多原因来说，管式反应器壳体102和出口头116的相对热膨胀或收缩可能变成了重要的设计考虑。例如，由于***件124的设置，出口头116的出口头壳体122可以至少部分地与反应产物气体热绝缘。因此，尤其是在启动、关闭和工艺颠倒期间，出口头壳体122可以周期性地处于与管式反应器壳体102不同的温度。温度差可能导致管式反应器壳体102和出口头壳体122的热膨胀程度不同，并且由于设备的直径大，可以产生显著的应力。这种应力可能导致法兰处的密封扭曲和破坏。在一些情况中，设备可能被热应力损坏。
由于热应力导致对设备的损坏的可能性，本发明公开内容的实施例将出口头壳体122保持在与管式反应器壳体102的温度近似相等的温度。采用多种方法可以将所述温度保持为大致相等。例如，通过向出口头壳体122的表面施加强制的加热或冷却气体，可以提供加热和/或冷却。采用包含在出口头壳体122中的电阻线圈也可以提供加热。
在一些实施例中，传热流体可以被引导至出口头壳体122。经由套管(例如，位于出口头壳体122的内表面和/或外表面上)，和/或通过在出口头壳体122内穿过的和/或在出口头壳体122的内表面和/或外表面上的导管，可以施加传热流体。
在各种实施例中，可以包括温度控制***，例如包括响应于出口头壳体122的温度而操作温度控制***的温度测量装置。另外，可以包括多种抽吸***或致动***，其可以响应于例如出口头壳体122和管式反应器壳体102之间的温度差来产生传热流体流。
在一些实施例中，将出口头壳体122和管式反应器壳体102的温度保持在大致相等的温度的方法，包括使出口头壳体122与也被用来控制管式反应器100内部的温度的传热流体接触。如在此讨论的，传热流体可以被引入管式反应器100，以提供温度控制。例如，可以引入传热流体，以控制在反应器管104内发生的放热反应中产生的热量，和/或用来向所述反应提供热量。
在操作期间，由于管式反应器壳体102与传热流体接触，因此管式反应器壳体102的温度可以接近近似于管式反应器100内部的传热流体的温度。因此，通过使传热流体循环成接触出口头壳体122，可以使出口头壳体122的温度与管式反应器壳体102的温度大致相同。因此所述两部分的热膨胀和/或收缩可以近似地匹配，并且与两部分之间热膨胀差相关的应力、扭曲和/或泄露可以被最小化。
此外，为了使管式反应器壳体102和出口头壳体122的热膨胀和收缩匹配，这两部分可以由相同的材料形成，或者可以由具有类似的线性热膨胀系数的不同材料形成。
因为由于简单地通过使相同的传热流体循环至两个部件可以获得管式反应器壳体102和出口头壳体122之间的近似的温度匹配，所以使来自反应管100的传热流体与出口头壳体122接触降低了对分立的温度控制***的需求。
图1D示出了根据本发明公开内容的用于将传热流体运输至出口头壳体122的导管***的实施例。在图1D中，传热流体可以通过管式反应器壳体102中的端口134被从管式反应器排出。被排出的流体随后可以通过泵150穿过导管148，并进入一系列额外的导管152。额外的导管152可以与多个半管154流体连通，使得传热流体可以进入半管154并向出口头壳体122提供冷却或加热。
另外，如图1D所示，传热流体还可以引导至法兰136、138，使得整个法兰区域上的温度也被均衡。传热流体随后可以通过出口导管156从半管154排出，并且示出的实施例中，被循环至鼓158。在一些实施例中，如本领域技术人员认识到的，被循环至鼓158的传热流体可以通过垂直的内竖管的方式被引导至鼓158，以避免冲击(hammering)。此外，各种导管154可以包括用于平衡和/或另外地控制通过导管154和/或在导管154之间的传热流体的流的各种设备。
图2示出了根据本发明公开内容的实施例的管式反应器200的实施例。如图2所示，如在此讨论的，管式反应器200包括包围包含反应器管204的空间的外部壳体202。此外，如在此讨论的，顶部管板和底部管板208可以将管子204保持在管式反应器壳体202内的合适位置上。端口234进入管式反应器壳体202，用于传热流体的引导和排出。另外，工艺气体可以通过进口头中的进口进入管式反应器200。
如图2所示，出口头216可以经由可选择的法兰236和238被可拆卸地连接至管式反应器壳体202，但出口头216被永久地连接至管式反应器壳体202上也是可以的。如果出口头216是可拆卸的，则如果需要的话，可以使用用于将出口头216的温度保持与管式反应器壳体202的温度近似相等的方法，以防止热膨胀差，如在此讨论的那样。
如图所示，***件224可以位于出口头216内，占据了由出口头216限定的头空间212的中心区域。可以采用诸如多种类型的托架和支撑件之类的任何合适的结构将***件224支撑在出口头216内的合适位置上。
如图所示，***件224可以被定位在出口头216内，因此在反应管204的出口端和***件224之间存在空间260，以允许反应产物气体进入出口头216。空间260可以将***件224与出口头216分开，从而提供了工艺气体通过其可以流向出口220的限制路径。进入出口头216的反应产物气体可以接触***件224的顶部，并沿箭头262的方向径向向外流动，在此处它们进入空间260，并向下流向出口220。
图2A为沿图2中的线2A截取的管式反应器200的俯瞰视图。通过环形空间266的气体速度相对于不存在***件224的情况下的速度可以被增加，从而减小了滞留时间，并减少副产物的形成和停滞区域。在一些实施例中，与不具有***件224的出口头216相比，滞留时间可以减少达40％。
在示出的实施例中，***件224可以是中空的或实心的，然而，通过包括中空***件224，与实心***件224相比，可以减小质量和降低成本。在这种实施例中，***件224可以填充有惰性气体(例如，氮气)。
如图2所示，出口头216可以包括除***件224之外的额外***件263。在该实施例中，额外***件263可以为分流板264。如在此使用的，″分流板″表示定位在出口头空间212中的非穿孔板，用于引导流出反应管204的反应产物气体流和/或快速混合出口头空间212中的反应产物气体以降低热点和/或停滞区域的出现。在一些实施例中，出口头216可以包括多个分流板264。
如图2中箭头所示，定位在反应管204的出口下面的大体水平位置上的分流板264可以将来自反应管204的在管式反应器200的***上的反应产物气体流引向***件224。此外，定位在水平分流板264下面的大体垂直位置和倾斜位置的分流板265可以被穿孔，并且在反应产物气体在水平分流板264和***件224附近流动并且流过穿孔分流板265时可以快速混合所述反应产物气体。
如在此讨论的那样，在一些实施例中，出口头216可以被可拆卸地连接至管式反应器壳体202，以允许接近管式反应器100的内部，用于诸如维护、修理和/或催化剂去除和/或更换等的目的。在这种实施例中，由于出口头216可以在例如更换反应管204的催化剂时被卸下，***件224和/或分流板264、265可以被永久定位在出口头216内。
然而，在一些实施例中，出口头216可以焊接至管式反应器壳体202。在这种实施例中，可以设置人行通道(manways)，以允许人进入出口头216，进行维护、修理和/或催化剂去除和/或更换。然而，如本领域技术人员将认识到的，当出口头216设置有足够人进入出口头216的空间时，出口头空间212的尺寸增加，出口头216中的滞留时间增加，并且热点形成和可能的后续点火和/或副产物形成的风险增加。
图3示出了根据本发明公开内容的管式反应器300的实施例。如图3所示，出口头316被焊接至管式反应器壳体302，并且出口头316足够大，以适合人366在出口头空间312中。为了降低流出出口头316中的管子304的反应产物气体的滞留时间，***件324可以定位在出口头316中。在这种实施例中，如图3所示，以片状形式将***件324带进到出口头316中，并在出口头316中被组装。
由于***件324在出口头316中被由分离片组装，则可能的是，所述片将不接合在一起以形成不透过流体的密封。此外，可能的是，所述片将不能承受组装时的全部工艺压力。同理，在一些实施例中，惰性气体(例如，甲烷、氮气)可以流入***件324和出口头壳体322之间的空间312中，从而在空间312中保持正的压力，以防止反应产物气体进入空间312或使进入空间312的反应产物气体最小。
如图所示，图3中示出的实施例包括至少部分地定位在出口头316中的热交换器332。如在此讨论的那样，热交换器332可以用来快速地冷却流出反应器管304的反应产物气体。在一些实施例中，出口头316不包括热交换器332，并且***件324被构造为尽可能快地将反应产物气体流引导向出口320。
图4示出了根据本发明公开内容的实施例的管式反应器400的实施例。如在此讨论的那样，在一些实施例中，出口头416可以被永久连接(例如，焊接)至管式反应器壳体402。在这种实施例中，出口头空间412足够大，允许人进入出口头416，用于维护、修理和/或催化剂去除和/或更换。同理，与具有定位在出口头416中的***件的可拆卸出口头416的实施例相比，出口头空间412具有增加的体积。
如图4所示，在一些实施例中，管式反应器400可以包括***件，其中该***件为分流板464。分流板464可以直接定位在反应管404底部的下面，并且可以具有穿孔构造。同理，可以强制流出反应管404的反应产物气体在底部管板408和分流板464之间水平地流动，因此在“热点的”管子404和常温管子404之间实现气体的快速混合。反应产物气体也可以流过分流板464中的少量穿孔，并进入出口头空间412中。通过快速混合反应产物气体，形成在反应管404中的热气体可以与来自其它反应管404的冷气体快速地混合，从而减少热点的发生。
在这种实施例中，分流板464可以由小得足够适合通过人行通道468的片形成，并可以被栓接到出口头416中的合适的位置上。此外，为了避免出口头空间412中的任何停滞区域，气流可以引入出口头空间412中，以将反应产物气体移向出口头416中的出口420。
在一些实施例中，出口头416还可以包括用于再分布出口头空间412中的反应产物气体的第二分流板464。第二分流板464可以具有穿孔结构，允许反应产物气体流过分流板464并流入分流板464和出口头416之间的环形空间469，因此促进沿着出口头416的壁的正向流动，并降低催化剂灰尘的积聚。
本发明的前述实施例的操作期间使用的工艺气体可以为能够在管式反应器内反应的任何材料或材料的混合物。在一些实施例中，工艺气体可以为制造烯烃氧化物，特别是乙烯氧化物的气体混合物。制造烯烃氧化物的工艺气体可以包括至少一种烯烃(优选乙烯)、氧气、以及可选的期望提供反应控制的其它气体(例如卤代烷(alkyl halide)、NOx化合物等)。工艺可以在超大气压力(如1.01巴绝对压力至28.5巴绝对压力)下操作。此外，管式反应器内的工艺温度可以控制在50至310℃范围内，尽管这可以根据特定工艺而改变。在乙烯氧化物制造工艺的情况中，反应管包含合适的氧化催化剂，例如银催化剂，其可以被支撑并可以包含一种或多种助催化剂，或可以与一种或多种助催化剂联合使用。
应当理解，已经以说明的方式进行了上述描述，但不是限制性的描述。虽然已经在此示出并描述了特定的实施例，但本领域技术人员将会认识到，对于显示出的特定的实施例，也可以用其它的部件配置进行替换。除了由现有技术限定的范围之外，权利要求是要覆盖本发明公开内容的各种实施例的这样的修改或变形。
在前述具体实施方式中，为了简化本发明公开内容的目的，各种特征被集合到示例性的实施例中。不是要将本发明公开内容的方法解释成反映任何权利要求需要多于在权利要求中所明确引述的特征的特征的意图。更确切地说，如随附的权利要求所反映的，创造性的主题在于少于单个公开的实施例的所有特征。因此，随附的权利要求在此处被结合到具体实施方式中，其中每个权利要求独立地作为本发明的单独的实施例。

Claims (15)

1.一种管式反应器，所述管式反应器包括：
被布置在管式反应器壳体内的多个大体平行的反应管，所述反应管被间隔开，使得在操作期间传热流体能够在所述反应管之间流动，并且在所述反应管和所述传热流体之间传递热量；
进口头，所述进口头被靠近所述管式反应器壳体定位，且限定了进口头空间，其中所述进口头空间与所述反应管的进口端流体连通，以及
出口头，所述出口头被靠近所述管式反应器壳体定位，且包括出口头壳体和被定位在由所述出口头所限定的出口头空间内的至少一个***件，其中所述***件限定了出口头空间，所述出口头空间相对于由所述出口头所限定的出口头空间体积被减小，并且其中所述体积被减小的出口头空间与所述反应管的出口端流体连通并与反应器出口流体连通。
2.根据前述权利要求中任一项所述的管式反应器，其中与由所述出口头所限定的出口头空间相比，所述体积被减小的出口头空间的体积至少减小约40％。
3.根据前述权利要求中任一项所述的管式反应器，其中所述出口头壳体与从所述反应管的出口端进入所述出口头空间的反应产物气体至少部分地热绝缘。
4.根据前述权利要求中任一项所述的管式反应器，其中所述出口头被可拆卸地连接至所述管式反应器壳体。
5.根据前述权利要求中任一项所述的管式反应器，其中所述管式反应器还包括用于将传热流体引入所述管式反应器壳体并与所述反应管接触的传热流体进口和用于使传热流体从所述管式反应器中排出的传热流体出口。
6.根据前述权利要求中任一项所述的管式反应器，其中从所述管式反应器中排出的所述传热流体被使得与所述出口头壳体接触，以将所述出口头壳体保持在与所述管式反应器壳体的温度大致相等的温度。
7.根据前述权利要求中任一项所述的管式反应器，其中所述出口头包括热交换器，所述热交换器被至少部分地位于所述出口头内，以冷却流出所述反应管的反应产物气体。
8.根据前述权利要求中任一项所述的管式反应器，其中所述管式反应器包括位于所述出口头外面的第二热交换器，其中所述第二热交换器被靠近地连接至被至少部分地设置在所述出口头内的所述热交换器。
9.根据前述权利要求中任一项所述的管式反应器，其中所述***件占据由所述出口头所限定的所述空间的中心部分，并在所述出口头空间中快速混合流出所述反应管的反应产物气体。
10.根据前述权利要求中任一项所述的管式反应器，其中所述***件为分流器板。
11.根据前述权利要求中任一项所述的管式反应器，其中所述分流器板由在所述出口头空间内部被组装成穿孔构造的多个分流器板部分形成。
12.一种操作管式反应器的方法，所述方法包括下述步骤：
使工艺气体流过被布置在管式反应器壳体内的多个大体平行的反应管，其中所述工艺气体在所述管中反应以形成反应产物气体；
使传热流体流入所述管式反应器壳体，其中所述传热流体能够在所述反应管之间流动，并在所述反应管和所述传热流体之间传递热量；
将出口头可拆卸地连接至所述管式反应器壳体，其中所述出口头限定出口头空间，所述出口头空间与所述反应管的出口端流体连通，并包括出口头壳体；
使所述反应产物气体从所述管流入所述出口头中，其中所述出口头壳体与所述反应产物气体至少部分地热绝缘；以及
将所述出口头壳体保持在与所述管式反应器壳体的温度大致相等的温度。
13.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述出口头和管式反应器壳体包括配合法兰，并且将所述出口头可拆卸地连接至所述管式反应器壳体的步骤包括使所述管式反应器壳体和所述出口头的法兰相配合。
14.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述方法包括将所述出口头和所述管式反应器壳体的配合法兰大致维持在所述管式反应器壳体的温度。
15.一种工艺，所述工艺包括：
在一定条件下使工艺气体流过管式反应器，以便在所述管式反应器的反应管中发生化学反应，以形成预期的反应产物气体，其中所述管式反应器包括：
布置在管式反应器壳体内的多个大体平行的反应管，其中所述反应管被间隔开，使得在操作期间传热流体能够在所述反应管之间流动，并且在所述反应管和所述传热流体之间传递热量；和
出口头，所述出口头被可拆卸地连接至所述管式反应器壳体，并且限定了与所述反应管的出口端和反应器出口流体连通的出口头空间，所述出口头包括与被包含在所述出口头空间中的工艺气体至少部分地热绝缘的出口头壳体；
其中所述出口头壳体的温度被保持为与所述管式反应器壳体的温度大致相等。
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