CN1035446A

CN1035446A - 在压力条件下非均相催化合成特别是氨和甲醇的转化器

Info

Publication number: CN1035446A
Application number: CN88109301A
Authority: CN
Inventors: 尤姆伯托·萨尔迪; 吉欧吉奥·帕加尼
Original assignee: Umberto Saldy; Ammonia Casale SA
Current assignee: Umberto Saldy; Casale SA
Priority date: 1987-12-24
Filing date: 1988-12-24
Publication date: 1989-09-13
Anticipated expiration: 2003-12-24
Also published as: CA1322450C; US5135722A; EP0332757A2; CN1043962C; EP0332757A3

Abstract

本发明涉及一种加压非均相催化合成的转化器，包括一个外壳和至少一个含催化剂的筒，在筒内有装在催化剂筐中的床，其特征为筐的外壁有一从底部伸出的装置，为了支撑而与从内表面伸出的装置相连，该表面沿转化器轴向高度延伸，并紧靠筐的内壁。对高压反应，筐底凸起的支撑环的壁是一个单块筒壁。对低压反应，筐底支撑环由壳的内表面伸出。在筐或单体筒支撑的至少一个催化床其正中穿插有一个间接换热器。

Description

本发明涉及一种在压力条件下催化合成、特别是催化合成氨和甲醇的转化器，包括一个一段式外壳，内部有一个含不同性质的粒状催化剂的筒，催化剂放在容纳于组合式筐中的一个或多个床中。

已知在所述转化器中，控制催化床入口处的气体温度是很重要的，这种控制在一个高产量的转化器中最好通过使用换热器间接冷却来实现。

在申请人的许多专利中（例如瑞士专利643752）已经描述的径向或轴-径向类型的转化器中，用于控制气体温度的换热器通常设在催化床的中心部位并与转化器本身的长同轴线。

在有许多床（至少两个）的转化器中使用所说的换热器，虽然一方面具有比使用新鲜气体“骤冷”而实现的床间冷却体系增加有效产量的优点，但另一方面，在催化剂装入和卸出阶段，明显的结构复杂性使得每一催化床的使用都相当困难。

在申请人的瑞士专利643752中，进行了第一次简化，提出了一种叠置的组合式筒，其中每一个都含有一个催化床，在至少一部分床中，和转化器轴同心地装有一个换热器。

根据所说的专利（见文中图8），每一个组合式筒包括：a）一个园筒形固定外壁，它构成了和转化器外壳内壁一起形成一个空间的筒的一部分外壁;b）一个允许气体渗透的园筒状外壁，构成了催化床和催化剂容器中的外气体分布壁;c）一个允许气体渗透的园筒形外壁，构成了催化床和催化剂容器中的内气体分布壁;d）一个和转化器长度同轴线的中心换热器（在至少一部分床中）;e）一个用于收集分散在中心换热器管外部的气体的内园筒形壁;f）在外固定壁端部或末端设有一个连接件和支撑***，使之允许单个组合式筒叠置起来构成内筒。

另外，按照所说的专利，在床中设置的单个换热器相互之间有带法兰的端部。

所说***的复杂性明显地表现在：

1）既使将单个组合式筒简单地叠置，在它们之间也只有通过拆开在中心交换器末端的法兰连接才能相互卸开;

2）只有在卸空上面的所有催化剂床之后，通过在床的底部设置的入孔才可能接近中心换热器的连接法兰;

3）在连接换热器的收集器时，为了平衡由于组合式筒的不同部件的不同膨胀率所产生的伸长，需要用膨胀补偿器。

所说的设计由于卸出催化剂和筒的组装而使催化床的利用相当困难（在装入和卸出催化剂及筒的维修方面的困难）。

另外，同转化器外壳内壁一起构成空间的筒的外壁允许至少一部分新鲜空气流过，该外壁不是仅有的一段，而是如上面所述的由叠置的筒段制成，这就在运行期间由于热膨胀而产生了中心线的偏移。对于多个筒段的叠合，连接的封口就不那么严密了，这可能危及正确的运行和转化器的产率（气体旁通）。

申请人已经提出了一种能最大限度地减少麻烦的解决方案，如瑞士专利申请00728/87-5（见图2）所述，根据附图，制造的筒能用于骤冷类型的转化器，它包括：

a）（和壳一起）形成空间的筒的外壁是单块的并基本上沿着转化器的轴向延伸;

b）外壁形成的床被完全分开，并且同形成空间的床没有一点连接，在至少一个催化床中不再由确定的独立组件构成，每一个组件斜靠在它下面的组件上;

但温度的控制是通过使用新鲜气体“骤冷”来进行的。

在继续进行以上研究的过程中，申请人现在出人意外地解决了合成转化器筒中床间温度控制的问题，即通过使用换热器直接换热，至少有两个轴-径向或径向类型的催化床和至少一个用于催化床之间温度控制的中心换热器，其特征在于，催化筐底部带有连接机构和由从单个壳体内表面伸出的环支撑的机构，该壳体沿着几乎整个转化器的高度延伸，并且和筒筐的外壁相连接。

在本发明的一个实施例中，复合筒包括：

a）一个在单块壳体中（与壳一起）形成空间的外壁，该壳体基本上沿着转化器的整个轴向长度延伸，并在一个内表面上带有支撑含催化剂的组合式筐的环。在转化器中，若反应在低压下进行，就不设置外壁，在这种情况下，支撑环就直接固定在转化器壳的内表面上;

-一个允许气体渗透的外壁，它用于在催化床中分布气体并容纳催化剂;

-以适当形式在具有无法兰不透气连接件和壁上有如点a）所述支撑环的外缘上设有一个封闭的底部，该底部是凸园形的;

-在至少一部分床中，一个中心换热器通过一个无法兰接口、最好是迷宫式接口同下面的换热器连接;

-在至少一个床中，隔板被安置在内气体分布收集器内侧，以便于在中心换热器的外表面上分布气体;

-在径向气体分布床中的一个上盖或固定壁（在轴-径向气体分布的床中不存在）;

在催化床中，气体的流向是从外向内扩散。

b）含有催化剂的组合式筐，每个筒包括：

-一个允许气体渗透的外壁，用于在催化床中分布气体和容纳催化剂;

-以适当的方式在具有一个无法兰不透气连接件并有如点a）所述壁（形成空间的壁或外壳）的支撑环的外底上放有一个封闭的底部，该底最好是凸园形的;

-在至少一部分床中，一个中心换热器通过一个无法兰接口、最好是迷宫式接口与下面的换热器连接;

-在至少一部分床中，隔板被安置在内气体分布收集器内侧，以便在中心换热器的内表面分布气体;

-在径向气体分布的床中，一个上盖或固定壁（在轴-径向气体分布的床中不存在）;

在催化床中，气体的流向是从外往内扩散。

与现有技术相比，本发明的筒具有以下优点：

1）该筒由几个完全独立的有催化剂的组合式筒（至少两个）组成，因而能容易地从形成空间的筒的外壁中取出。

2）由于容易拆、装含催化剂的单个筒，确信能容易地使用单个催化床。

3）没有由于筒的各个部件的热膨胀而引起的变形。

4）由于没有由于热膨胀而造成的变形，形成空间的筒的外壁是单块的，因而保证了没有法兰而用支撑环的连接***的良好密封。

5）装有催化剂的组合式筒的凸园形底部增加了在床中可放置的催化剂体积，从而提高了壳内容积的利用率。

6）在组合式筒的换热器之间连接收集器时采用迷宫式接口，可使泄露量降至从一个床流至另一个床的气体总量的最小部分（低于1%），比法兰连接提供了更好的连接保证，而且丝毫不影响转化器的高运行产量。

通过对附图所示非限定实施例的描述，可以更清楚地理解本发明的优点和各个方面。其中：

图1至5是有底部的纵向截面图，包括转化器的轴线;

图6和8是放大的局部截面图，分别表示平面和凸园形的筒筐底部和支撑筒伸出的凹槽环之间的连接;

图7是局部截面图，反映了设置在催化剂筐中心的换热器之间的连接。

图M表示一个有顶部（MT）和底部（MF）的耐压外壳。根据本发明，一个整段式的支撑筒（CAP）基本上沿着转化器（R）的整个长度方向延伸，它的外表面（20）形成了空间（I），其内表面（21）上有一个用于有催化剂（10）的筒-筐（CC）底部（FO）的支撑装置（Z-Z）。Pi表示筐的内壁，Pe表示筐的外壁，例如，CC1顶部（A）敞开，底部（FO）密闭，CC1底部是平面（FO1），CC2底部则是凸圆形（FO2）。骤冷气体（GQ）通过直管1和CC1上部敞口区域（A）的开孔2和3引入，CC1中央含有并实际上沿着换热器（SC）的轴向延伸（例如，用申请人前述专利中所述类型的换热器）。图1中，下部的筐也由外壁P′2和内壁（P′i）形成，其高度为（H+h），直径为（D），内壁高度为（H），直径为（d）。因此，第二个筐在高度为（h）、直径为（D）的顶部和高为（H）、直径为（D-d）的催化剂容积内分布有大量催化剂。

带换热器的第一催化床称为“有换热器的床（LSC）”，而没有换热器，但在高度H和h上有催化剂温度梯度的下部床称为“没有换热器但有催化剂温度梯度换热器的床（LNG）”。床（LSC）有一个平面底（FO1），它用向下弯的套管（Z）（图6）支撑在带凹槽（SCA）的凸出物（AA）中，该凸出物沿支撑筒（CAP）（图1至4）和/或沿壳体（M）（图5）分布。GQ表示气体骤冷入口，GRF表示新鲜反应气体和U表示反应气出口。

Claims

1、用于非均相催化合成的转化器，有一个由其内表面形成空间的耐压外壳，一个由催化筐构成的复合筒和一个内壁，其特征在于：所说筐的外壁有一个用于连接和由连续内表面伸出的装置支撑的装置，该内表面基本上沿着转化器的整个轴向长度延伸，并连接在单个筐的外壁上。

2、按照权利要求1的转化器，特别适用于在高压下催化合成氨和甲醇，包括一个单块的耐压外壳，其内有一个含不同性质的粒状催化剂的筒，催化剂放在筐内所含的一个或多个床中，其特征在于，该筒包括：

a）一个支撑筒（CAP），包括一个和壳（M）一起形成空间（I）的单块外壁（20），它基本上沿着转化器（R）的整个轴向长度（X-X）延伸，其内表面（21）上设有按含催化剂的筒筐（CCl，…CCn）以一定距离隔开的支撑装置（SU），

b）多个装有催化剂的筒筐（CCi），其中每一个包括：

-一个用于催化床（LC）的气体分布和容纳催化剂（10）的可透气环形外壁（Pe）;

-在它的外边缘提供了一个带有无法兰不漏气连接件（Z1′-Z2′）和支撑筒（CAP）支架（Z-Z）的密闭底部（F0）;

-在至少一部分床中，一个中心换热器通过一个无法兰的封口同下面床中放置的换热器连接;

-在至少一部分床中，用来在中心换热器外表面上分布气体的隔板放置在内气体分布收集器的内部，气体在所分布的催化床中从外向内流动。

3、按照权利要求1的、用于在中压下非均相催化合成的转化器，其特征在于，支撑组合式筒壁的装置是从外壳的内壁上伸出来的。

4、按照前述权利要求的转化器，其特征在于，在径向气体分布床中，它包括一个上盖和一个固定壁。

5、按照权利要求1至3的转化器，其特征在于，没有盖和/或壁，仅仅部分有孔，以便于轴-径向气体流动。

6、按照权利要求1和2的转化器，其特征在于，在至少一部分装有催化剂的筒中，封闭的底部是凸圆形的。

7、按照权利要求2和3的转化器，其特征在于，在至少一部分床中，中心换热器通过一个迷宫式封口装置与下面的换热器相连接。

8、按照权利要求2和3的转化器，其特征在于，含催化剂的筒的封闭底部和支撑环之间的连接是用平面企口接合的。