控制放熱化學反應的溫度的方法
【專利摘要】一種基于熱交換器(5a)的使用來控制放熱反應溫度，同時生產蒸汽的方法，所述熱交換器(5a)由循環液體沿在循環液體的入口和出口(5f)之間延伸的內部通道穿過，所述循環液體來自用于分離產生的蒸汽的蒸汽鍋筒(10)，并且被沿熱交換器外部的通道供給到所述入口，所述產生的蒸汽以另外的液體流的形式被補足，所述另外的液體流至少部分地與沿外部通道流動的循環液體混合。
【專利說明】控制放熱化學反應的溫度的方法
[0001]本申請是國際申請日為2006年12月7日，國際申請號為PCT/EP2006/011761，國家申請號為200680048571.6，發明名稱為“控制放熱化學反應的溫度的方法”的申請的分案申請。
[0002]應用領域
[0003]在本發明的最普通方面中，本發明涉及一種在假-等溫條件下進行放熱化學反應的方法。
[0004]關于假-等溫條件，它是預期的條件，對于該條件，反應溫度被控制在預定最佳值周圍的值的限制范圍之內，或在預定的溫度曲線周圍的值的限制范圍之內。
[0005]具體地，本發明涉及一種通過使用浸沒在發生這種反應的催化床中的管束或板式熱交換器來控制上述類型的反應溫度的方法。
[0006]再更具體地，本發明涉及一種用于放熱反應的溫度控制并且同時生產蒸汽的以上考慮類型的方法。
現有技術
[0007]如所知的，通常通過在預定的工作流體和催化床之間的熱交換實現對意欲在假-等溫條件下進行的催化反應的控制，所述預定的工作流體在熱交換器中流動，而在所述催化床中，浸沒有這樣的交換器，并且發生反應。
[0008]還已知，在放熱或高度放熱反應的情況下，使用水作為工作流體除所需的熱交換和反應溫度的控制以外，還實現相當大的蒸汽生產。在此情況下，工作流體是沸水。
[0009]具體地，穿過熱交換器的沸水吸收一定量的熱量，從而產生蒸汽。在離開熱交換器時，于是在蒸汽鍋筒中將蒸汽從沸水中分離并且回收，使得它可以用于其中發生放熱反應的設備中的各種應用。
[0010]通過將相應量的水供給進入到從其移除了蒸汽的同一蒸汽鍋筒中，以替代地將工作流體補足(reintegrated)。然后使工作流體作為沸水再循環到熱交換器中，以發揮它的熱交換工作流體功能。
[0011]該技術，盡管是有利的并被廣泛應用在本領域中，但具有的公認缺點恰恰在于以下事實:進入熱交換器中的工作流體的溫度是水的沸騰溫度。
[0012]由于此原因，控制反應溫度的可能性非常有限，所述反應溫度的最低可到達值在任何情況下都高于水的沸騰溫度。
[0013]發明概沭
[0014]本發明涉及的技術問題在于，提供一種控制放熱反應的溫度，并且同時生產蒸汽的方法，所述方法具有使得通過參考現有技術而在上面提及的缺點全部得以克服的功能特征。
[0015]根據本發明，通過基于使用熱交換器的以上考慮類型的方法，上述技術問題得以解決，所述熱交換器由循環液體沿內部通道穿過，所述內部通道在用于循環液體的入口和出口之間延伸，所述循環液體來自用于分離所述產生的蒸汽的蒸汽鍋筒，并且沿在所述熱交換器的外部的通道供給到所述入口，所述產生的蒸汽以另外的液體流的形式被補足，所述方法的特征在于，將所述另外的液體流的至少一部分與沿所述外部通道流動的所述循環液體混合。
[0016]關于液體，意欲的是指熱交換工作流體，所述的熱交換工作流體在它吸收反應熱時改變狀態(汽化)。
[0017]優選地，這樣的液體是水。在此情形下，由基于所述另外的液體(水)流的整個體積，包含5和20體積％之間，優選10體積％的所述另外的液體(水)流的所述至少一部分，得到特別有利的結果。
[0018]再優選地，將全部的所述另外的液體流與沿所述外部通道流動的所述循環液體混口 ο
[0019]有利地，所述另外的液體流具有比來自所述蒸汽鍋筒的所述循環的液體的溫度低的溫度。
[0020]優選地，剛好在循環液體的入口的上游發生所述循環液體與所述另外的液體流的混合。
[0021]還優選地，在比循環液體的壓力高的壓力下供給上述另外的液體流，以與循環液體混合。
[0022]便利地，上述放熱反應是在催化床中進行的催化反應。
[0023]有利地，上述熱交換器是所謂的板式。
[0024]從以下通過參考附圖而對本方法的一個實施方案的進行的詳述，根據本發明的用于控制放熱反應的溫度的方法的其它優點和特征將更加明顯，給出的詳述是示意的而非限制的。
[0025]附圖簡沭
[0026]圖1顯示了用于進行根據本發明的方法的反應器在縱截面上的示意圖；
[0027]圖2示意性地顯示了圖1在沿線1-1的橫截面圖上的反應器；
[0028]圖3顯示根據按照本發明的方法的一個備選實施方案，圖1的反應器在縱截面上的示意圖。
[0029]詳細描沭
[0030]參考上述附圖，用I整體表示用于進行根據本發明的方法的反應器。
[0031]反應器I包括具有垂直軸X-X的圓柱形外殼2、配備有反應物入口 3a的上端3，以及配備有產物出口 4a的下端4。
[0032]反應器I還包括板式熱交換器5a的復數體(plurality) 5，其安置在所述反應器I的內部，并且被限定在圖1中由A和B表示的相對的平行平面之間的反應空間中。
[0033]具體地，這樣的板式熱交換器5a在彼此平行并且與反應器I的圓柱形外殼2的軸X-X平行的平面上排列。然而，不排除提供熱交換器相對于上述軸X-X徑向排列的可能性。
[0034]反應器I還包括催化床6，所述催化床6以已知并且因而沒有在圖中表示的方式被支撐在反應器I中，限定在平行平面A和B之間，在所述催化床6中，浸沒有熱交換器5a的復數體5。
[0035]詳細地，每一個熱交換器5a具有基本上扁平的形狀，并且包括一對優選為金屬的相對側壁20。側壁20沿它們的周邊被連接，使得在它們的內部限定了用于通過預定工作冷卻流體的室21。
[0036]更詳細地，每一個熱交換器5a包括分別在上面和在下面的相對的水平邊5b和5c，以及由5d和5e表示的相對的垂直邊，它們限定了用于通過工作流體的上述室21。
[0037]通過布置在下面的水平邊5c的分配器管5i，每一個室21都與相應的熱交換器5a的工作流體入口 5h流體連通。通過放置在相對的在上面的水平邊5b上的收集器管51，室21與相應的熱交換器5a的出口 5f也是流體連通的。
[0038]因此，分別通過適當的循環和排放管，8和9，交換器5a與反應器I的外部是流體連通的。如以下將更詳細地描述的，管8和9分別連接到所述入口 5h和出口 5f。
[0039]具體地，循環管8連接到收集器-分配器18，所述收集器-分配器18又通過分別的連接管28連接到上述入口 5h，使得在循環管8和交換器5a的室21之間得到流體連通。
[0040]類似地，交換器5a的出口 5f通過分別的連接管29連接到收集器-分配器19，所述收集器-分配器19又連接到所述排放管9，使得在排放管9和交換器5a的室21之間得到流體連通。
[0041 ] 循環管8和排放管9又連接到放置在反應器I外部、其整體由10表示的蒸汽鍋筒。具體地，循環管8在蒸汽鍋筒10的較低位置連接到蒸汽鍋筒，而排放管9連接到蒸汽鍋筒10的上部。因而，通過循環和排放管8、9，在交換器5a的室21和蒸汽鍋筒10之間得到了流體連通。
[0042]根據本發明，安置有另外的進料管7，所述另外的進料管7通過它的連接到所述循環管8的第一部分7a而與熱交換器5a的室21流體連通。
[0043]參考圖1的實例，進料管7還通過它的直接連接到蒸汽鍋筒10的第二部分7b而與蒸汽鍋筒10流體連接。
[0044]依照根據本發明的方法，通過反應物入口 3b將反應物流進料到反應器I中。
[0045]這樣的反應物流平行于軸X-X而朝向反應器I的下端4流動，穿過其中它發生放熱反應的催化床6，同時形成反應產物。
[0046]這樣的反應產物例如氨或甲醇，然后通過安置在所述下端4的產物出口 4a而離開反應器I。
[0047]為了冷卻催化床6，將來自蒸汽鍋筒10的循環水流送入到熱交換器5a中。
[0048]具體地，將循環水流沿熱交換器5a外部的通道供給到所述入口 5h。
[0049]參考圖中所示的實例，這樣的外部通道是通過循環管8、收集器-分配器18和連接管28得到的，因而包括在蒸汽鍋筒10和入口 5h之間。
[0050]然后，循環水流沿內部通道穿過交換器的復數體5，所述內部通道對于每一個熱交換器5a在上述入口 5h和出口 5f之間延伸。
[0051]在圖1中的非限制性實例中，循環水流在催化床6中以相對于反應物流的逆流流動，從而吸收熱量。
[0052]換言之，在熱交換器5a的內部流動的水通過相同的交換器的壁吸收催化床6中由放熱反應產生的反應熱，并且在這樣的熱吸收以后，通過生成蒸汽而發生狀態的部分變化。
[0053]在熱交換器5a的出口，因而通過連接管29、收集器-分配器19和排放管9，將沸水和蒸汽的流送到蒸汽鍋筒10，在所述蒸汽鍋筒10，然后通過蒸汽出口管11將蒸汽移除。
[0054]另一方面，借助于通過循環管8、收集器-分配器18和連接管28得到的上述外部通道，將沸騰的循環水再送到熱交換器5a。
[0055]還通過管7供給另外的水流，以將作為蒸汽通過蒸汽出口管11移除的工作流體(水)的部分補足。根據本發明，通過上述管7的第一部分7a，將這樣的另外的水流的至少一部分與沿上述外部通道流動的循環水，以及因而與離開蒸汽鍋筒10并且因而沒有蒸汽的沸騰的循環水有利地混合。
[0056]優選地，基于所述另外的水流的總體積，這樣的至少一部分占5和20體積％之間，例如10體積％。
[0057]再根據本發明，在相對于離開蒸汽鍋筒10的相同(沸騰的)循環水低的溫度下，并且優選在更大的壓力下，將另外的水流的這樣至少一部分與沿所述外部通道流動的循環水混合。
[0058]因而，有利地，相對于直接離開蒸汽鍋筒10的循環水的溫度，供給到交換器5a的室21的工作流體(在本情況下為水)具有更低的溫度。
[0059]根據圖1中示例的非限制性實例，循環水和另外的水流之間的混合發生在循環管8中，在這樣的管8中的管7的第一部分7a的入口，在本實例中，所述入口與交換器5a的入口 5h接近布置。
[0060]另外的水流的可能剩余部分代替常規地被送到蒸汽鼓筒10。具體地，參考圖1，通過所述第一進料管7的上述第二部分7b，將另外的水流的這樣的剩余部分直接供給到蒸汽鼓筒10。
[0061]根據在圖3中示意性示出的本發明的一個備選實施方案，將用于使作為蒸汽而被移除的工作流體(水)補足的另外的水流與從蒸汽鼓筒10出來的循環水全部混合。
[0062]在此情況下，進料管7由于它直接與蒸汽鍋筒10連接而不包括第二部分7b，而是僅由第一部分7a組成。因而，將全部另外的水流與沿蒸汽鍋筒10和熱交換器5a的入口 5h之間的外部通道流動的循環流體混合。
[0063]有利地，本發明允許在熱交換器5a的內部獲得顯著低于沸水溫度的冷卻工作流體的溫度。
[0064]因而，具體地，在它的下部中，反應器在比水的沸騰溫度低的溫度下工作，所述溫度還可以在一定的限度內根據需要而變化。
[0065]另一方面，反應器的上部在比水沸騰溫度高的溫度下工作。
[0066]因此，通過根據本發明的方法，可以克服通過參考現有技術而在以上所述的缺點。
[0067]由本發明得到的主要優點在于，冷卻特別是接近反應器I的下端4，并且與由反應物流所穿過的催化床的最終部分相一致的可能性。
[0068]特別是對于由平衡所限制的反應，例如氨和甲醇的合成反應，這樣的冷卻允許提高反應物在產物中的轉化率，因而提高生產收率。
[0069]再更有利地，應當認為，在通過自然循環發生來自蒸汽鍋筒的循環液體(例如水)的循環的情況下，與在更高的壓力下供給的另外的液體(水)流的混合允許使循環液體的可能壓降的效應最小化，所述壓降的效應可以沿反應器內部和外部這兩者的循環通道發生。
[0070]進一步的優點在于，結構簡單，由所述的結構簡單可以制造用于進行根據本發明的方法的反應器。
[0071]這樣的結構簡單有利地允許通過簡單而經濟的結構更改(改裝)而即使在當前使用現有技術方法的反應器中集成本發明的方法。
[0072]當然，對于上述用于控制放熱反應的溫度的方法，本領域的技術人員可以根據滿足暫時并且具體的需要的意圖而進行許多更改，然而，全部這些更改都包含在本發明如后附權利要求所限定的保護范圍之內。
【權利要求】
1.通過熱交換器(5a)的使用在產生蒸汽的同時控制放熱反應的溫度的方法，所述熱交換器(5a)由循環液體沿在用于循環液體的入口(5h)和出口(5f)之間延伸的內部通道穿過，所述循環液體來自用于分離所述產生的蒸汽的蒸汽鍋筒(10)，并且被沿在所述熱交換器(5a)外部的通道(8、18、28)供給到所述入口(5h)，所述產生的蒸汽以另外的液體流的形式被補足，將所述另外的液體流的至少一部分與沿所述外部通道(8、18、28)流動的所述循環液體混合，其特征在于，所述另外的液體流具有比來自所述蒸汽鍋筒(10)的所述循環液體的溫度低的溫度，并且在比所述循環液體的壓力高的壓力下供給所述另外的液體流。
2.根據權利要求1的方法，其特征在于，所述液體是水，并且基于所述另外的液體流的總體積，所述另外的液體流的所述至少一部分占5和20體積％之間。
3.根據權利要求1的方法，其特征在于，將全部的所述另外的液體流與沿所述外部通道(8、18、28)流動的所述循環液體混合。
4.根據前述權利要求中任一項的方法，其特征在于，所述循環液體和所述另外的液體流之間的所述混合剛好發生在所述循環液體的所述入口(5h)的上游。
5.根據權利要求1的方法，其特征在于，所述放熱反應是催化反應。
6.根據權利要求1的方法，其特征在于，所述熱交換器(5a)是板式。
【文檔編號】B01J8/02GK104190350SQ201410366847
【公開日】2014年12月10日 申請日期:2006年12月7日 優先權日:2005年12月23日
【發明者】埃爾曼諾·菲利皮, 恩里科·里齊, 米爾科·塔羅齊, 馬爾科·巴達諾 申請人:卡薩爾公司