CN102316970B - 制备光气的反应器和方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种通过一氧化碳和氯在固态催化剂存在下的气相反应来制备光气的反应器(1),该反应器(1)在催化剂管(2)中设有催化剂管(2)束,所述催化剂管(2)被布置为在反应器(1)的纵向方向上彼此平行并在其两端的每一端处被焊接至管板(3),其中各自都经由帽在催化剂管(2)的上端引入起始材料并在催化剂管(2)的下端排出气态反应混合物,并且该反应器还具有在壳内的催化剂管(2)之间的空间(4)中用于液体传热介质(6)的引入和排出设备,其中传热介质(6)在催化剂管(2)之间的中间空间(4)中的流动由偏转板(5)引导,所述偏转板在反应器内壁处的相对侧面上具有交替的开口(7),其中偏转板(5)的开口具有弓形形状的切口,并且反应器(1)在开口(7)的区域中不含有管,其中通过使各自在传热介质(6)的流动方向上从第一个催化剂管(2)至最后一个催化剂管(2)测量的每个反应器横截面中的传热介质(6)的流动路径借由催化剂管(2)的变化布置而彼此一致,进而使得催化剂管(2)和传热介质(6)之间的界面处的传热系数在每个反应器横截面上相等。
Description
本发明涉及一种通过一氧化碳和氯在固态催化剂存在下的气相反应来制备光气的反应器和方法。
在工业中,光气是通过一氧化碳和氯在固态催化剂(优选活性炭)存在下的催化气相反应来制备的。所述反应剧烈放热;生成焓为-107.6kJ/mol。所述反应一般是在管壳式反应器中使用Ullmannsder technischen Chemie,A 19卷,第413-414页中所描述的方法进行。根据该参考文献,粒径为3至5mm的颗粒催化剂被用于内径为50至70mm的管中。所述反应从40至50℃开始,管中的温度增加至约580℃并随后下降。一氧化碳是以小量过量使用,以便确保所有的氯均反应并获得不含氯的光气。所述反应可在大气压或超大气压下进行,经常在2至5bar下进行,以便能够用冷却水来冷凝光气。
在几乎所有的化学分支中,光气是制备中间体和最终产物的重要助剂。就数量而言,使用的最大领域是聚氨酯化学的二异氰酸酯的制备,特别是甲苯二异氰酸酯和4,4-二异氰酰基二苯基甲烷。
为了经由催化剂管之间的传热介质的循环来更好地移除反应热量,在催化剂管之间安装有偏转板,以便引导传热介质横向地流动至催化剂管上。
用于光气制备的已知的管壳式反应器具有全套的管,以实现反应器内部空间的最大利用。在催化剂管之间,它们具有被保持为相对短的偏转板,即,它们并不伸展至反应器偏转区域中反应器的内壁,而是留下约25至30%的总的反应器横截面的空间,以便限制传热介质的压降,并因此限制用于传热介质的循环泵的操作成本。在偏转区域中,传热介质在催化剂管周围的流动形式从在管上的横向流动改变为沿着管的纵向流动。催化剂管的冷却并不有效,由此导致在偏转区域中的催化剂管上出现腐蚀问题。
WO 03/072237描述了一种制备光气的改进的反应器,其通过避免在偏转区域中的催化剂管上出现腐蚀问题而使得比横截面负载增加并因此可能具有更高的容量。为此,WO 03/072237提出了一种反应器,其具有一束催化剂管和多个偏转板,所述一束催化剂管被布置为在反应器的纵向上彼此平行并且它们的末端通过位于反应器的两个端部的每一个处的帽被固定在管板中,所述多个偏转板被布置为垂直于反应器的纵向方向并处于催化剂管之间的中间空间内,且在反应器内壁的交替相对侧面上具有开口,其中催化剂管被填充有固态催化剂,气态反应混合物从反应器的一个端部经由帽穿过催化剂管并且从反应器的相对端部经由第二帽离开,液体传热介质穿过催化剂管周围的中间空间,并且反应器在开口区域中不具有管。
然而,已发现,对于具有较大直径的反应器,特别是反应器直径为约3m以上,随着反应器直径的增加,在反应器横截面上从位于反应器内壁处的一个开口至位于反应器内壁处的相对开口流过壳内空间的传热介质所经受的压降变得太大。此外,传热介质的损失和因此在由于制造原因而存在的催化剂管的外壁和偏转板之间的间隙上方的压降也变得太大。因此,用于传热介质的泵的费用变得太大。
此外,在反应器的内壁上的两个相对开口之间的反应器横截面上的大的压降导致在催化剂管和传热介质之间的界面上的传热系数的较大差异,这可使得在反应器横截面内具有良好热传递的区域和具有较差热传递的区域之间出现1∶2的因数。结果,在具有较差热传递的区域中的催化剂管冷却较差。然而,由于催化剂管具有——取决于所使用的材料(特别是双炼钢(duplex steel))——最大操作温度,该最大操作温度通常在约160至200℃的范围内,特别是170至180℃,且不准被超过,否则材料的腐蚀会极大地增加,所以具有较差热传递的区域限制通过量并因而限制反应器的容量。
鉴于现有技术,本发明的目标是提供一种技术上简单且巧妙的方案,其允许用于光气制备的具有超过2m或甚至超过3.5m的大反应器直径的工业反应器在比已知反应器大的生产量下操作,而不必增加传热介质的循环量,同时通过使催化剂管和反应器横截面上的传热介质之间的界面处的传热系数一致而减少腐蚀问题。
所述目标是通过用一氧化碳和氯在固态催化剂存在下的气相反应来制备光气的反应器而实现的,所述固态催化剂位于催化剂管束的催化剂管中,所述催化剂管在其两端的每一端处被焊接至管板,其中各自都经由帽在催化剂管的上端引入起始材料并在催化剂管的下端排出气态反应混合物,并且该反应器还具有在壳内的催化剂管之间的空间中用于液体传热介质的引入和排出设备,其中传热介质在催化剂管之间的中间空间中的流动通过偏转板引导,所述偏转板在反应器内壁处的相对侧面上具有交替的开口,其中偏转板开口具有弓形的切口,其中反应器在开口的区域中不含有管,其中通过使各自在传热介质的流动方向上从第一个催化剂管至最后一个催化剂管测量的每个反应器横截面中的传热介质的流动路径借由催化剂管的改变的布置而彼此一致,进而使得催化剂管和传热介质之间的界面处的传热系数在每个反应器横截面上相等。
已发现,可将催化剂管和传热介质之间的界面处的传热系数在反应器横截面上彼此一致至相当大的程度,并因此在具有高传热系数(即,具有差的热传递)的关键区域中通过改变催化剂管的布置而实现大幅减小。
对于传热介质在两个偏转板之间的反应器外部空间中的流动,在反应器横截面内,从一个不含管的区域(开口)至相对的不含管的区域,在每种情况下,反应器的内壁处的压降对于传热介质的所有流动路径是相同的。
压降Δp可通过以下方程式描述:
Δp=l/dR(ζ1·η·v+ζ2·ρ/2v2),
其中Δp是以帕计的压降,ζ1和ζ2为无因次压降系数,l为以m计的流动路径的长度,dR为以m计的催化剂管的直径(特征参数),ρ为以kg/m3计的密度,v为以m/s计的速度,η为以Pa·s计的粘度。
在上式中,首项对应于与粘度成比例的压降的层流部分,第二项对应于与速度的平方成比例的湍流部分。
在不变的条件下,特别是管的分布相同时,由于压降对于每个流动路径是相同的,因此传热介质的流速——根据压降的上述方程式——对于较短的流动路径相应更大,对于现有技术的反应器的管板的中间与反应器内壁的流动路径相比就是如此,所述现有技术的反应器具有呈圆的弦形式的催化剂管束的互相相对的边界。由于传热系数α大约与流速的0.8次方成正比例,因此与反应器中间的较短流动路径相比,反应器内壁处的较长的流动路径获得传热介质的较低流速并因此获得较低的传热系数,即,较差的热传递。
本发明的反应器是圆柱状的并且具有优选0.5至6m内径、更优选2.5至6m、特别是3.5至6m。
一束(即,多个)在反应器的纵向方向上彼此平行布置的催化剂管存在于反应器中。
催化剂管的数目优选在100至10000的范围内,特别是1000至3500。
催化剂管由耐腐蚀材料制成,例如不锈钢,优选双炼钢1.4462、不锈钢1.4571或不锈钢1.4541或镍基合金或镍。管板或整个反应器也优选是由上述材料制成,特别是双炼钢或不锈钢。
每个催化剂管壁厚度优选在2.0至4.0mm范围内,特别是2.5至3.0mm,并且管内径在20至90mm范围内,优选在30至50mm范围内。
催化剂管具有的长度优选在1.5至6.0m范围内,特别是在2.50至4.50m范围内。
催化剂管被优选布置在反应器内部,使得直接相邻的催化剂管的中点间的距离与催化剂管的外径的比率在1.15至1.4范围内,优选在1.2至1.3范围内,并且催化剂管是以三角形布置在反应器中设置的。
催化剂管以不透液的方式在管板中在其两端固定,优选焊接。管板同样包含耐腐蚀材料,优选不锈钢,特别是双炼钢,特别优选与催化剂管相同的材料。
反应器的两端通过帽被限定在外部。将反应混合物通过一个帽加入催化剂管中,并且将产物蒸汽经所述帽在反应器的另一端移去。所述帽优选被构造为可移除的且优选设有焊接唇部密封件(weld lip seal)。
用于均衡气流的气体分布器——例如以板的形式、特别是穿孔板——优选被布置在帽中
偏转板被布置为垂直于反应器的纵向方向,位于催化剂管之间的中间空间中,所述偏转板在反应器内壁处的相对侧面上具有交替的开口。偏转板使在反应器内部的催化剂管之间的中间空间循环的传热介质偏转,使得传热介质相对于催化剂管横向流动,结果改进其热量排出。为了实现相对于催化剂管横向流动的优势,所述偏转板交替地在反应器内壁的相对侧面上具有用于传热介质的开口。
偏转板的数目优选为约5至21。偏转板优选彼此等距,但特别优选最低和最高的偏转板各自距离管板比两个连续偏转板之间的距离更远,优选约为1.5倍。
开口最初具有弓形的形状。
反应器在开口区域中不具有管,即,在该区域中基本上不含催化剂管。在一个实施方案中,独立的催化剂管可被布置在偏转区域的开口中。
在另一个实施方案中,开口完全不含有催化剂管。
优选所有偏转板具有相同的开口。
每个开口的面积优选为5至20%、特别是8至14%的反应器横截面。
偏转板优选不在催化剂管周围形成密封,而是允许泄漏流量最高达40体积%的传热介质的总流量。为此,在催化剂管和偏转板之间设置在0.1至0.6mm范围内、优选0.2至0.4mm的间隙。
使偏转板对除了开口区域以外的反应器内壁不透液是有利的,以便在内壁不发生额外的泄漏流量。
偏转板优选是由耐腐蚀材料制成,优选不锈钢、特别是双炼钢,优选为8至30mm的厚度,优选为10至20mm。
催化剂管填充有固态催化剂,优选活性炭。在催化剂管中的催化剂床优选具有0.33至0.5的空体积,特别是0.33至0.40。
由于偏转板最初具有弓形的切口并因此在反应器内壁处具有开口,管平面(即,通过在两个连续偏转板之间的水平面中的催化剂管的横截面)也将在反应器内壁的相对侧处具有——由于开口不合管——两个弓形的切口。
根据本发明,自文件WO 03/072237中所述的催化剂管的上述布置开始,催化剂管的布置通过将管平面中催化剂管束的侧边界自圆的弦变为圆弧而进行改变。通过该方式,对比于现有技术的反应器,催化剂管在传热介质的最长流动路径上的数目在反应器内壁处被减少至最大程度,相应地催化剂管的数目在反应器中间处增加。所述催化剂管束的侧边界在催化剂管根据本发明的布置中并不必需是精确的圆弧形状,只是优选为近似圆弧形状。
特别地,催化剂管束的侧向边界各自可被改变为多边形线,该多边形线各自都内接于圆弧内。
在另一个实施方案中,通过在具有最差热传递的区域中安装哑管,即在接近于具有传热介质的最长流动路径的反应器内壁的区域中,或通过将催化剂管移出该区域,催化剂管和传热介质之间的界面处的传热系数可彼此一致。此外,也可关闭具有较差传热系数以及存在腐蚀风险的区域中的催化剂管。
位于偏转板相对侧上的交替开口可优选与催化剂管束的侧向边界一致。
在另一个实施方案中,可在反应器内部区域中设置干扰流动的内部件,例如穿孔板,以便实现在整个反应器横截面上的传热系数的进一步均等化,其中在所述反应器内部区域中,传热介质的流动路径最短且因而传热系数最大。
特别地,用于均衡每个反应器横截面中传热介质流动路径的催化剂管的布置的变化可根据以下算法实现:
-管平面,即,首先画出反应器横截面中的催化剂管的布置,其中在平面中催化剂管束的两个相对侧向边界为圆的弦,并且在管平面中传热介质的主要流动方向指定为y坐标且反应器横截面的平面中与其成直角的坐标指定为x坐标;
-管平面随后被分为n条直线,这n条直线平行于圆的弦且彼此等距;
-n条直线中的每一条被分为m个等距点,这m个等距点顺序地用自然数i来编号(其中i=1至m),并且最外面的点——即点i=1和点i=m——各自位于管平面的外缘,即,位于反应器的壁上;-将直线上的第i个点各自彼此连接以给出流动路径,该流动路径的长度用以下迭代步骤达到一致:
(1)确定最长流动路径imax和最短流动路径imin;如果存在多于一个最长或最短流动路径,则随机选择,
(2)确定最短和最长流动路径的流动路径长度的差异,即流动路径长度的不相等性;如果流动路径的不相等性小于流动路径长度平均值的1%,则进入步骤(8);
(3)通过均匀地减小两个最外面点(即,在该流动路径上第一条直线的点和在该流动路径上的第n条直线上的点)的y坐标而使最长流动路径imax缩短25%的不相等性,并随后重新等距分布位于其间的点;
(4)最短的流动路径被类似地延伸,使得管平面的面积(即,用圆的两条弦线和反应器的壳限定的面积)相对于之前的迭代不改变;
(5)对于不是最外面流动路径i=1和i=m的流动路径,x坐标在点的y坐标的该变化期间不变化;
(6)对于两个外部曲线的其中之一,x坐标以这样的方式改变,即所述点仍在反应器壳上;如果必须在x方向上移动点,则线i=n上的所有点被移动以使得它们再次彼此等距;
(7)回到步骤(1);
(8)停止迭代。
在以上算法中,只考虑传热介质在反应器横截面的平面中在反应器内壁上彼此相对的开口之间的主要流动方向,该主要流动方向被指定为y坐标。该简化观点一般足以作为确定催化剂管的布置改变的基础。
然而,如果更加准确地观察传热介质的流动路径,则在反应器横截面的平面中垂直于上述流动方向的流动方向必须被考虑并在此被指定为x坐标。
如果只考虑在反应器横截面上沿y坐标的主要流动方向,则催化剂管的布置必须以这样的方式改变,即使得从第一个催化剂管至最后一个催化剂管的每个反应器横截面中的流动路径各自是相等的。
然而,由于沿x坐标的传热介质的流动也有利地被考虑以使x方向上的流动也均等化,则催化剂管的布置应调整,以使得反应器内壁处的传热介质的流动路径比沿着中心轴线的流动路径短达最多25%。
由于流动路径相比于现有技术(对应于WO 03/072237)中的反应器借由本发明催化剂管的布置而总体上缩短,因此传热介质的压降在传热介质的相同流速下总体上较低。因此,通过偏转板和催化剂管之间间隙的传热介质的旁通流也较低并且必须循环的传热介质的量较低。
本发明还提供一种通过一氧化碳和氯在固态催化剂存在下的气相反应来制备光气的反应器,在反应器中具有含固态催化剂的催化剂管束,其中催化剂管在其两端的每一端处被焊接至管板,其中各自都经由帽在催化剂管的上端引入起始材料并在催化剂管的下端排出气态反应混合物,并且该反应器还具有在壳内的催化剂管之间的空间中用于液体传热介质的引入和排出设备,其中传热介质在催化剂管之间的中间空间中的流动通过偏转板引导,所述偏转板在反应器内壁处的相对侧面上具有交替的开口,其中偏转板开口具有弓形的切口,其中反应器在开口的区域中不含有管,其中通过使各自在传热介质的流动方向上从第一个催化剂管至最后一个催化剂管测量的每个反应器横截面中的传热介质的流动路径借由催化剂管的改变的布置而彼此一致,进而使得催化剂管和传热介质之间的界面处的传热系数在每个反应器横截面上相等。
各自在传热介质的流动方向上从第一个催化剂管至最后一个催化剂管测量的每个反应器横截面中传热介质的流动路径可以优选地通过安装哑管而进一步彼此一致。
本发明催化剂管的布置使得对于具有3.5m直径和更大直径的制备光气的大反应器,每个反应器横截面的传热系数从现有技术(对应于WO 03/072237)中的反应器的约13至20%的差值减小至仅约8至10%的显著减小的值。
本发明借由以下实施例和附图来阐释。
光气在图1中示意性示出的工业反应器中制备,所述反应器具有对应于自文件WO 03/072237已知的现有技术中催化剂管的布置(作为比较),并具有对应于本发明的催化剂管的经调整的布置。
使用2914个催化剂管,每个催化剂管都具有44.5mm的外径、2.6mm的壁厚度、3800mm的长度、55mm的管间距和在等边三角形角上的布置。
催化剂管由双炼钢1.4462制成。
反应器用一氯苯作为传热介质进行冷却,其中一氯苯被传送通过反应器壳,自顶部向下在偏转板周围进行曲折流动。冷却剂流速为1800t/h一氯苯,一氯苯的入口温度为67℃,并且在现有技术的示例性实施方案和本发明的不增加光气负载量的示例性实施方案中,一氯苯的出口温度为78.4℃;但是在增加光气负载量的本发明的示例性实施方案中,一氯苯的出口温度为80.8℃。
一氧化碳和氯穿过催化剂管自顶部向下流经作为固体催化剂的活性炭,其中一氧化碳过量3.5重量%,反应气体混合物的入口温度为40℃并且反应混合物的入口压力为4.8bar绝对压力。
在现有技术的示例性实施方案和本发明的第一个实施例中生产的光气量均为26717kg/h,并且在本发明的第二个示例性实施方案中为32060kg/h。
在现有技术的示例性实施方案和本发明的第一个示例性实施方案中热量排出均为8.25兆瓦,并且在本发明的第二个示例性实施方案中热量排出为9.9兆瓦。
在现有技术的示例性实施方案中,1000W/m2/K的最差传热系数是在冷却剂侧实现的。这限制热量排出并在2.1kg光气/m2/s的光气负载量下导致催化剂管的内壁温度为168℃。
根据本发明的实施例,管的布置被改变使得管平面对应于图3中的示意性描述,其中传热介质的流动路径在反应器横截面上彼此一致。通过该方式,在反应器横截面上的最差传热系数增加至1150W/m2/K。另外,在未改变的方法条件下,这导致催化剂管具有较低的内壁温度160℃。
由于对于催化剂管的材料来说最高达168℃的温度不是临界温度,因此存在增加用于具有本发明催化剂管布置的反应器的光气负载量的可能。为再一次获取非临界的168℃的管的内壁温度,可使光气负载量增加20%,自2.1kg光气/m2/s增加至2.52kg光气/m2/s。
附图详细示出:
图1本发明反应器的一个实施方案的示意横截面,
图2A至2C 在每种情况下在管平面中的温度分布,其中图2A对应现有技术中催化剂管的布置,2B和2C对应本发明催化剂管的布置,
图3在示例性实施方案中所使用的本发明反应器的实施方案中的管平面,
图4本发明反应器的实施方案,其在有腐蚀风险的区域中设有哑管的额外布置,
图5传热介质在偏转板之间的区域中的主要流动方向的示意性描述,其中在图5A中示出A-A截面,
图6根据本发明改变的管平面的示意性描述,和
图7本发明的另一管平面的示意性描述。
图1中以纵向截面示意性示出的反应器1具有一束被焊接在上管板和下管板3中的催化剂管2。
传热介质6被运送通过在催化剂管2之间的壳内空间,在一个实施方案中在反应器的上端引入传热介质6并在反应器的下端排出,并且在另一个实施方案中具有传热介质的反向流动,即,在反应器的下端引入并在反应器的上端排出。
通过催化剂管2周围的壳内空间4的传热介质6的流动是通过偏转板5引导的,所述偏转板被水平布置在反应器中并且在反应器的内壁处具有交替的开口7。
图2A示出一个管平面,即,在两个连续偏转板之间的横截面中的催化剂管的布置,根据现有技术,管平面的相对侧向边界是圆的弦9。两个相对的不含管的区域7之间的传热介质的主要流动方向用y表示,与其垂直的流动方向(在通过反应器的横截面中)表示为x坐标。
图1示出在管平面上的传热介质的分布,在两个管内侧上1168W/m2/K的最低、最差的传热系数是在x坐标的末端测量的,并且1500W/m2/K的最好、最大的传热系数是在y轴的两个末端在其与圆的弦9的交叉点处测量的。
图2B示出具有本发明催化剂管的改变的布置的管平面,其中现有技术中圆的弦9的侧向边界被改变为多边形线。
所述改变在图2C中更加清楚地表示。因此,1308W/m2/K的最低(最差)传热系数是在管内壁上在x轴的两个末端处测量的。
因此,图2A至2C示出在已经根据本发明改变的催化剂管的布置的情况下,最差的传热系数相比于现有技术明显增加,并且具有腐蚀风险的区域相应地变小。
图3示出在示例性实施方案中所使用的本发明的反应器的一个实施方案的管平面。在具有3550mm的内径的反应器中,催化剂管的布置通过将管平面的侧向边界自圆的弦改变为多边形线来实现改变,所述多边形线具有图3中示出的尺寸(mm)。
图4示出本发明催化剂管布置的一个优选实施方案的横截面,其中在具有腐蚀危险的区域中另外设置了哑管。
图5简化示出传热介质在催化剂管之间的壳内空间4中、在反应器内壁的相对侧处具有交替的开口7的偏转板5之间的主要流动方向。主要流动方向用y方向表示,并且通过反应器的纵向方向被表示为z坐标。
图5A示出在图5中示意性示出的反应器在平面A-A的截面,并阐释了用于确定本发明催化剂管布置的迭代算法。
反应器1在平面A-A中的截面示出作为本发明起点的现有技术的管平面,即,具有圆的弦9形式的管平面的侧向边界。
传热介质的主要流动方向以y坐标表示,并且在反应器横截面的平面中与其成直角的坐标以x坐标来表示。
在实施例3中,管平面至圆的弦9被分成平行且等距的直线10。直线10被分成m个(在本实施例中为5个)等距点,其中第一个和最后一个(在本实施例中为第一个和第五个)点各自位于管平面的最外边缘,即,在反应器1的壳上。在直线10上的各第i个点彼此连接以形成其长度借由上述迭代步骤彼此一致的流动路径。
图6示出一种用于本发明催化剂管布置的管平面,其中侧向边界已从圆的弦改变为圆弧。
图7示出本发明催化剂管布置的另一个实施方案,其中管平面只有一个侧向边界被从圆的弦改变为圆弧。管平面的第二侧向边界在该示例性实施方案中仍是圆的弦9的形式。
Claims (8)
1.一种通过一氧化碳和氯在固态催化剂存在下的气相反应来制备光气的圆柱形反应器(1),所述固态催化剂位于催化剂管(2)束的催化剂管(2)中,所述催化剂管(2)被布置为在反应器(1)的纵向方向上彼此平行并在其两端的每一端处被焊接至管板(3),其中各自都经由帽在催化剂管(2)的上端引入起始材料并在催化剂管(2)的下端排出气态反应混合物,并且该反应器还具有在壳内的催化剂管(2)之间的空间(4)中用于液体传热介质(6)的引入和排出设备,其中传热介质(6)在催化剂管(2)之间的中间空间(4)中的流动由偏转板(5)引导,所述偏转板在反应器内壁处的相对侧面上具有交替的开口(7),其中偏转板(5)的开口具有弓形形状的切口,并且反应器(1)在开口(7)的区域中不含有管,其中通过使各自在传热介质(6)的流动方向上从第一个催化剂管(2)至最后一个催化剂管(2)测量的每个反应器横截面中的传热介质(6)的流动路径借由催化剂管(2)的改变的布置而彼此一致,进而使得催化剂管(2)和传热介质(6)之间的界面处的传热系数在每个反应器横截面上相等,所述改变通过这种方式:在通过两个连续偏转板(5)之间的水平面内的催化剂管(2)的横截面中的催化剂管(2)束的侧向边界从弦(9)形状改变为近乎圆弧的形状。
2.权利要求1的反应器,其中各自在传热介质(6)的流动方向上从第一个催化剂管(2)至最后一个催化剂管(2)测量的每个反应器横截面中传热介质(6)的流动路径通过安装哑管(8)而进一步彼此一致。
3.权利要求1或2的反应器,其中催化剂管(2)的改变的布置通过将催化剂管(2)束的两个相对的侧向边界从圆的弦(9)改变为圆弧来实现。
4.权利要求1或2的反应器,其中催化剂管(2)束相对的侧向边界从圆的弦(9)改变为内接于圆弧的多边形线。
5.权利要求1或2的反应器,其中位于偏转板(5)的相对侧上的交替开口(7)与催化剂管(2)束的侧向边界匹配。
6.权利要求1或2的反应器,其中干扰流动的内部件被设置在反应器(1)的内部区域中。
7.一种通过一氧化碳和氯在固态催化剂存在下的反应器(1)来制备光气的方法,在反应器(1)中具有包含固态催化剂的催化剂管(2)束,所述催化剂管(2)在其两端的每一端处被焊接至管板(3),其中各自都经由帽在催化剂管(2)的上端引入起始材料并在催化剂管(2)的下端排出气态反应混合物,并且该反应器还具有在壳内的催化剂管(2)之间的空间(4)中用于液体传热介质(6)的引入和排出设备,其中传热介质(6)在催化剂管(2)之间的中间空间(4)中的流动由偏转板(5)引导,所述偏转板在反应器内壁处的相对侧面上具有交替的开口(7),其中偏转板(5)的开口具有弓形形状的切口,其中反应器(1)在开口(7)的区域中不含有管,其中在反应器(1)的纵向方向彼此平行的多个催化剂管(2)被布置为两束相同的催化剂管(2),这两束催化剂管(2)通过一个不含有催化剂管(2)的区域彼此分隔,并且通过使各自在传热介质(6)的流动方向上从第一个催化剂管(2)至最后一个催化剂管(2)测量的每个反应器横截面中的传热介质(6)的流动路径借由催化剂管(2)的改变的布置和/或安装哑管(8)而彼此一致,进而使得催化剂管(2)和传热介质(6)之间的界面处的传热系数在每个反应器横截面上相等。
8.权利要求7的方法,其中各自在传热介质(6)的流动方向上从第一个催化剂管(2)至最后一个催化剂管(2)测量的每个反应器横截面中传热介质(6)的流动路径通过安装哑管而进一步彼此一致。
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JP5899654B2 (ja) * | 2011-05-12 | 2016-04-06 | 三菱レイヨン株式会社 | 固定床多管式反応器の製造方法 |
EP2776221B1 (en) | 2011-11-10 | 2016-07-13 | Packsize LLC | Converting machine |
CN104428247B (zh) | 2012-07-11 | 2017-03-29 | 科思创德国股份有限公司 | 用于产生碳酰氯的设备和方法 |
EP2955158B1 (en) | 2014-06-11 | 2020-05-27 | Haldor Topsøe A/S | A process for safe production of phosgene |
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US11242214B2 (en) | 2017-01-18 | 2022-02-08 | Packsize Llc | Converting machine with fold sensing mechanism |
SE540672C2 (en) | 2017-06-08 | 2018-10-09 | Packsize Llc | Tool head positioning mechanism for a converting machine, and method for positioning a plurality of tool heads in a converting machine |
US11305903B2 (en) | 2018-04-05 | 2022-04-19 | Avercon BVBA | Box template folding process and mechanisms |
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WO2022248501A1 (de) * | 2021-05-27 | 2022-12-01 | Basf Se | Verfahren zur herstellung von phosgen |
WO2024003247A1 (en) * | 2022-06-30 | 2024-01-04 | Basf Se | Process for producing phosgene |
Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN1638856A (zh) * | 2002-02-27 | 2005-07-13 | 巴斯福股份公司 | 用于生产光气的反应器和方法 |
CN101027122A (zh) * | 2004-09-27 | 2007-08-29 | 住友化学株式会社 | 接触气相反应用多管式反应装置 |
Family Cites Families (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US3807963A (en) * | 1972-03-09 | 1974-04-30 | J Smith | Reaction apparatus |
US4231959A (en) * | 1978-02-15 | 1980-11-04 | Stauffer Chemical Company | Phosgene manufacture |
JP4295462B2 (ja) * | 2002-01-11 | 2009-07-15 | 三菱化学株式会社 | 気相接触酸化方法 |
DE102004041777A1 (de) | 2004-08-28 | 2006-03-02 | Bayer Materialscience Ag | Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von Phosgen |
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-
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Patent Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN1638856A (zh) * | 2002-02-27 | 2005-07-13 | 巴斯福股份公司 | 用于生产光气的反应器和方法 |
CN101027122A (zh) * | 2004-09-27 | 2007-08-29 | 住友化学株式会社 | 接触气相反应用多管式反应装置 |
Also Published As
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