控制放熱化學(xué)反應(yīng)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(yīng)溫度，同時生產(chǎn)蒸汽的方法，所述熱交換器(5a)由循環(huán)液體沿在循環(huán)液體的入口和出口(5f)之間延伸的內(nèi)部通道穿過，所述循環(huán)液體來自用于分離產(chǎn)生的蒸汽的蒸汽鍋筒(10)，并且被沿?zé)峤粨Q器外部的通道供給到所述入口，所述產(chǎn)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(huán)液體混合。
【專利說明】控制放熱化學(xué)反應(yīng)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?zhí)枮镻CT/EP2006/011761，國家申請?zhí)枮?00680048571.6，發(fā)明名稱為“控制放熱化學(xué)反應(yīng)的溫度的方法”的申請的分案申請。
[0002]應(yīng)用領(lǐng)域
[0003]在本發(fā)明的最普通方面中，本發(fā)明涉及一種在假-等溫條件下進行放熱化學(xué)反應(yīng)的方法。
[0004]關(guān)于假-等溫條件，它是預(yù)期的條件，對于該條件，反應(yīng)溫度被控制在預(yù)定最佳值周圍的值的限制范圍之內(nèi)，或在預(yù)定的溫度曲線周圍的值的限制范圍之內(nèi)。
[0005]具體地，本發(fā)明涉及一種通過使用浸沒在發(fā)生這種反應(yīng)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(yīng)溫度的方法。
[0006]再更具體地，本發(fā)明涉及一種用于放熱反應(yīng)的溫度控制并且同時生產(chǎn)蒸汽的以上考慮類型的方法。
現(xiàn)有技術(shù)
[0007]如所知的，通常通過在預(yù)定的工作流體和催化床之間的熱交換實現(xiàn)對意欲在假-等溫條件下進行的催化反應(yīng)的控制，所述預(yù)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(fā)生反應(yīng)。
[0008]還已知，在放熱或高度放熱反應(yīng)的情況下，使用水作為工作流體除所需的熱交換和反應(yīng)溫度的控制以外，還實現(xiàn)相當(dāng)大的蒸汽生產(chǎn)。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(chǎn)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(fā)生放熱反應(yīng)的設(shè)備中的各種應(yīng)用。
[0010]通過將相應(yīng)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(huán)到熱交換器中，以發(fā)揮它的熱交換工作流體功能。
[0011]該技術(shù)，盡管是有利的并被廣泛應(yīng)用在本領(lǐng)域中，但具有的公認(rèn)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(yīng)溫度的可能性非常有限，所述反應(yīng)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(fā)明概沭
[0014]本發(fā)明涉及的技術(shù)問題在于，提供一種控制放熱反應(yīng)的溫度，并且同時生產(chǎn)蒸汽的方法，所述方法具有使得通過參考現(xiàn)有技術(shù)而在上面提及的缺點全部得以克服的功能特征。
[0015]根據(jù)本發(fā)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(shù)問題得以解決，所述熱交換器由循環(huán)液體沿內(nèi)部通道穿過，所述內(nèi)部通道在用于循環(huán)液體的入口和出口之間延伸，所述循環(huán)液體來自用于分離所述產(chǎn)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(chǎn)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(huán)液體混合。
[0016]關(guān)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(yīng)熱時改變狀態(tài)(汽化)。
[0017]優(yōu)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(yōu)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(jié)果。
[0018]再優(yōu)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(huán)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(huán)的液體的溫度低的溫度。
[0020]優(yōu)選地，剛好在循環(huán)液體的入口的上游發(fā)生所述循環(huán)液體與所述另外的液體流的混合。
[0021]還優(yōu)選地，在比循環(huán)液體的壓力高的壓力下供給上述另外的液體流，以與循環(huán)液體混合。
[0022]便利地，上述放熱反應(yīng)是在催化床中進行的催化反應(yīng)。
[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(jù)本發(fā)明的用于控制放熱反應(yīng)的溫度的方法的其它優(yōu)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(jù)本發(fā)明的方法的反應(yīng)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(yīng)器；
[0028]圖3顯示根據(jù)按照本發(fā)明的方法的一個備選實施方案，圖1的反應(yīng)器在縱截面上的示意圖。
[0029]詳細(xì)描沭
[0030]參考上述附圖，用I整體表示用于進行根據(jù)本發(fā)明的方法的反應(yīng)器。
[0031]反應(yīng)器I包括具有垂直軸X-X的圓柱形外殼2、配備有反應(yīng)物入口 3a的上端3，以及配備有產(chǎn)物出口 4a的下端4。
[0032]反應(yīng)器I還包括板式熱交換器5a的復(fù)數(shù)體(plurality) 5，其安置在所述反應(yīng)器I的內(nèi)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(yīng)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(yīng)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(yīng)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(yīng)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(fù)數(shù)體5。
[0035]詳細(xì)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(yōu)選為金屬的相對側(cè)壁20。側(cè)壁20沿它們的周邊被連接，使得在它們的內(nèi)部限定了用于通過預(yù)定工作冷卻流體的室21。
[0036]更詳細(xì)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(yīng)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(yīng)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(dāng)?shù)难h(huán)和排放管，8和9，交換器5a與反應(yīng)器I的外部是流體連通的。如以下將更詳細(xì)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(huán)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(huán)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(huán)管8和排放管9又連接到放置在反應(yīng)器I外部、其整體由10表示的蒸汽鍋筒。具體地，循環(huán)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(huán)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(jù)本發(fā)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(huán)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(jù)本發(fā)明的方法，通過反應(yīng)物入口 3b將反應(yīng)物流進料到反應(yīng)器I中。
[0045]這樣的反應(yīng)物流平行于軸X-X而朝向反應(yīng)器I的下端4流動，穿過其中它發(fā)生放熱反應(yīng)的催化床6，同時形成反應(yīng)產(chǎn)物。
[0046]這樣的反應(yīng)產(chǎn)物例如氨或甲醇，然后通過安置在所述下端4的產(chǎn)物出口 4a而離開反應(yīng)器I。
[0047]為了冷卻催化床6，將來自蒸汽鍋筒10的循環(huán)水流送入到熱交換器5a中。
[0048]具體地，將循環(huán)水流沿?zé)峤粨Q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(huán)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(huán)水流沿內(nèi)部通道穿過交換器的復(fù)數(shù)體5，所述內(nèi)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(huán)水流在催化床6中以相對于反應(yīng)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(nèi)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(yīng)產(chǎn)生的反應(yīng)熱，并且在這樣的熱吸收以后，通過生成蒸汽而發(fā)生狀態(tài)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(huán)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(huán)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(jù)本發(fā)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(huán)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(huán)水有利地混合。
[0056]優(yōu)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(jù)本發(fā)明，在相對于離開蒸汽鍋筒10的相同(沸騰的)循環(huán)水低的溫度下，并且優(yōu)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(huán)水混合。
[0058]因而，有利地，相對于直接離開蒸汽鍋筒10的循環(huán)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(jù)圖1中示例的非限制性實例，循環(huán)水和另外的水流之間的混合發(fā)生在循環(huán)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(guī)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(jù)在圖3中示意性示出的本發(fā)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(huán)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(huán)流體混合。
[0063]有利地，本發(fā)明允許在熱交換器5a的內(nèi)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(yīng)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(nèi)根據(jù)需要而變化。
[0065]另一方面，反應(yīng)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(jù)本發(fā)明的方法，可以克服通過參考現(xiàn)有技術(shù)而在以上所述的缺點。
[0067]由本發(fā)明得到的主要優(yōu)點在于，冷卻特別是接近反應(yīng)器I的下端4，并且與由反應(yīng)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(yīng)，例如氨和甲醇的合成反應(yīng)，這樣的冷卻允許提高反應(yīng)物在產(chǎn)物中的轉(zhuǎn)化率，因而提高生產(chǎn)收率。
[0069]再更有利地，應(yīng)當(dāng)認(rèn)為，在通過自然循環(huán)發(fā)生來自蒸汽鍋筒的循環(huán)液體(例如水)的循環(huán)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(huán)液體的可能壓降的效應(yīng)最小化，所述壓降的效應(yīng)可以沿反應(yīng)器內(nèi)部和外部這兩者的循環(huán)通道發(fā)生。
[0070]進一步的優(yōu)點在于，結(jié)構(gòu)簡單，由所述的結(jié)構(gòu)簡單可以制造用于進行根據(jù)本發(fā)明的方法的反應(yīng)器。
[0071]這樣的結(jié)構(gòu)簡單有利地允許通過簡單而經(jīng)濟的結(jié)構(gòu)更改(改裝)而即使在當(dāng)前使用現(xiàn)有技術(shù)方法的反應(yīng)器中集成本發(fā)明的方法。
[0072]當(dāng)然，對于上述用于控制放熱反應(yīng)的溫度的方法，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以根據(jù)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(fā)明如后附權(quán)利要求所限定的保護范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.通過熱交換器(5a)的使用在產(chǎn)生蒸汽的同時控制放熱反應(yīng)的溫度的方法，所述熱交換器(5a)由循環(huán)液體沿在用于循環(huán)液體的入口(5h)和出口(5f)之間延伸的內(nèi)部通道穿過，所述循環(huán)液體來自用于分離所述產(chǎn)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(chǎn)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(huán)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(huán)液體的溫度低的溫度，并且在比所述循環(huán)液體的壓力高的壓力下供給所述另外的液體流。
2.根據(jù)權(quán)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(jù)權(quán)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(huán)液體混合。
4.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項的方法，其特征在于，所述循環(huán)液體和所述另外的液體流之間的所述混合剛好發(fā)生在所述循環(huán)液體的所述入口(5h)的上游。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于，所述放熱反應(yīng)是催化反應(yīng)。
6.根據(jù)權(quán)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(yōu)先權(quán)日:2005年12月23日
【發(fā)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