反应容器的制作方法

专利名称：反应容器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于把轴流式反应容器改装成反向轴流式反应容器的方法和装置。
当流体通过催化剂或吸附剂的颗粒床时，会发生压力下降的现象。在一些极端情况中，压力下降会导致压缩和泵送成本的增加达到不可接受的程度。因此，期望当工作流体经过具有催化剂或吸附剂固定床的反应容器时，能减小压降。
在已知的反应容器结构中，与简单的轴流式反应器相比压降被降低了。例如，在US4033727中，公开了径流式反应器，这种径流式反应器通常包括一圆筒形中央管道，该中央管道被一环状圆筒形催化剂床包围着，所说的催化剂床被穿孔的催化剂限制装置限制着，在催化剂床和容器壁内部之间形成一环状圆筒空间。这种径流式反应器结构复杂，从而使得这种径流式反应器非常昂贵，并且难于安装。
反向轴流式反应容器提供一种处理操作器，其中，工作流体沿轴向经过设置在一容器内的催化剂或吸附剂床，它能够使得通过催化剂的压降减小至在工作流体通过催化剂床整个长度时所获得的压降的约八分之一。
EP075056描述了一种用于低压合成氨的分裂轴流式转换器。这种转换器包括一反应容器，该反应容器容纳有氨合成催化剂，并且具有对置的第一和第二入口，在催化剂床内大致中央位置设置有气体收集装置。气体收集装置包括许多穿孔同心环，这些穿孔同心环被一出口管分为两部分，所说的出口管在这些同心环的水平处沿径向流出反应器。这种结构虽然可有效减小压降，但是它利用了气体收集装置，该气体收集装置不适合于安装到已有的反应器上，因此它的多功能性受到局限。尤其是，沿径向通过反应器壁的出口管降低了反应容器的承压能力，并且在使用前使容器应力释放过程中，难以将这种出口管安装到已有的容器内。
GB1307845描述了一种氨或甲醇合成反应器，它包括一催化剂床空间，该催化剂床空间由两个同轴的中空圆筒限定而成，内部圆筒包括两部分，其中一部分的直径要比另一部分的直径大，并且一热交换器占据了该较大直径部分的至少一部分。在这种反应器的一种优选方式中，热交换器冷侧的出口与催化剂床顶部和底部的分开的入口呈流体连通，从而使得离开热交换器的进入气体流被分开，一部分被引导到催化剂床的顶部，另一部分被引导到催化剂床的底部，之后，两股气流汇合并经过一床出口离开，所说的床出口被设置在催化剂床中，且位于中间位置，该中间位置靠近热交换器‘热’侧的入口。这种结构是很复杂的，难以制造，并且不适合安装到已有的反应器上。
因此，需要有一种方法来把轴流式反应容器改装成反向轴流式反应容器，这种方法包括提供工作流体收集装置，这种工作流体收集装置易于制造，且利用已有的入口和出口。
因此，本发明提供了一种用于把具有对置端口的轴流式反应容器改装成反向轴流式反应容器的方法，这种方法包括把工作流体收集装置安装在该容器的主体内，并与一个或多个所说端口流体连通。
本发明还提供了一种适合用于上述方法中的工作流体收集装置，它包括一穿孔元件，该穿孔元件限定出一腔室；一管道，该管道与所说腔室流体连通，所说管道适合于与一轴流式反应器的一个或多个已有的对置端口相连接。
本发明还提供了一种具有上述工作流体收集装置的反向轴流式反应容器和一种方法，该方法包括以下步骤(i)把工作流体供给到反应容器的一个或多个对置端口；(ii)使工作流体沿轴向在相反方向上穿过设置在容器内的催化剂或吸附剂的固定床；(iii)经由位于所说固定床内的收集装置来收集所形成的工作流体；(iv)经由所说的收集装置从容器中除去工作流体，所说的收集装置与位于所说容器中的一个或多个已有的对置端口呈流体连通。
根据本发明的方法适合用于改装的轴流式反应容器包括一外壳，该外壳的断面可以是圆形的，也可以是其它形状，并且可以被装有护套，也可以不装护套，并且具有对置端口。‘对置端口’意味着，反应容器的这些端口被设置在该容器的两端。这种反应容器尤其是那些在压力状态下工作的反应容器具有圆顶形端部，所说端口就位于这些圆顶形端部中。这些端口可包括原先的对置的工作流体入口和出口，而且还可包括其它端口，例如检查端口，处理端口，热偶端口以及催化剂填充或排放端口。
在本发明中，工作流体收集装置被安装在反应容器内，并且与一个或多个已有的对置端口相连接。在根据本发明的一个实施例的操作过程中，工作流体被分开，并且部分工作流体被供给到容器的对置端部。在另一个实施例中，全部的工作流体都被供给到容器的一个端部，并且设置在容器内的旁通装置把一部分工作流体输送到另一端。然后，工作流体沿着相反方向通过设置在容器中的催化剂或吸附剂床，并且由工作流体收集装置收集，然后，该工作流体收集装置经由一个或多个已有的对置端口从容器输送这些工作流体。固定床受到轴向流，并且例如可以基本上水平地被设置在容器中，使得工作流体基本上竖直地通过所说的固定床。
在到达工作流体收集装置之前，50％的工作流体通过均等厚度的颗粒催化剂或吸附剂，在这种情况下，获得最佳的压降减小。因此，尽管工作流体收集装置可以被安装在对置端口之间的任何位置，但是，为了使反向轴流式结构的优点最大化，工作流体收集装置优选地被安装在所说对置端口之间大致等距离的位置，即，优选地是，该收集装置被设置在反应容器内的所说床内的中央。
工作流体收集装置可包括适于收集工作流体的任何收集装置。收集装置应被设计成确保从催化剂床能恰好收集工作流体，以免催化剂或吸附剂产生部分旁通。优选地是，工作流体收集装置包括一穿孔元件，该穿孔元件限定出一个腔室；一管道，该管道与所说腔室呈流体连通，所说的管道适合于与一个或多个所说的端口相连接。适合的穿孔元件有穿孔的管、板或网，可以通过设置有波纹状表面来增大它们的表面积。由穿孔元件所限定的腔室可以与一个或多个非穿孔管道流体连通，所说的非穿孔管道用于把工作流体输送到一个或多个出口。
优选地是，穿孔元件是管状的，因为这便于制造和组装。管状的穿孔元件可以呈一个或多个从所说管道辐射出的穿孔管状臂的形式。优选地是，所说的一个或多个臂与一个或多个穿孔管状环流体连通，所说的管状环位于所说臂的平面内。这种穿孔环收集器可包括一个、两个或更多个环，这些环可以是圆形的、椭圆形的、或多边形的，例如三角形、正方形、五边形、六边形、七边形或八边形。所说的环可以是连续的，也可以是不连续的。多边形结构比圆形或椭圆形更易制造。穿孔收集装置的尺寸大小将取决于它的功率以及安装的容易程度，然而，优选地是，穿孔环收集器所具有的外部直径在反应容器直径的50％至90％之间。穿孔元件中的穿孔可以是由传统装置加工出的一些孔、或一些切口。无论选择哪一种穿孔形式，这些穿孔都应被设计成使得颗粒催化剂或吸附剂不能通过，例如，通过把这些穿孔设置成适当的尺寸大小，或者通过利用适当的材料诸如丝网来覆盖住这些穿孔。
本发明的一个特征在于工作流体收集装置应能被容易地制造，并且能被容易地安装在反应容器中。通过拆除其中一个圆顶形端部，或优选地是经由一进入端口或‘人孔’来进入反应容器。本发明特别适合于改装大的高压反应容器，且无需拆除圆顶形端部。这就要求所说的工作流体收集装置能够通过这些端口进行装配，在一个优选实施例中，工作流体收集装置呈模块形式。因此，收集装置可包括许多适当大小的部件，在反应容器内，这些部件可以通过法兰盘连接、焊接或夹具被现场连接在一起。在将在升高的压力中工作的反应容器中，焊接并不是优选的，因为随后需要在操作之前进行应力释放。本发明的这些优选实施例无需焊接到厚壁的压力外壳上，并且把任何焊接局限于反应容器外部的薄壁部分，在这些地方，容易消除外部应力或在某些情况下能完全避免外部应力。
在一个实施例中，轴流式反应容器具有多个适合用于改装的对置端口，工作流体收集装置被安装成与两个或更多个出口流体连通。这就具有这样的优点利用两个或更多个出口，其压降就会低于使用一个端口情况下的压降。
在另一个实施例中，轴流式反应容器只具有两个适合用于改装的对置端口，(即，在每一端上各有一个)，工作流体收集装置可以被安装成与一出口流体连通，所说的出口与一入口呈同心结构。‘同心结构’意味着出口被形成在入口内，所说的入口因此呈环状。已经发现在出口与入口同心的情况下，可以通过向出口提供文丘里装置来改进这种结构。文丘里装置包括位于出口中的一收缩部分，该收缩部分随后逐渐扩大。逐渐扩大部分允许收缩部分下游的压能得以恢复。已经发现在这个实施例中，具有文丘里装置就允许出口在直径方面变得更窄，而不会招致由较高速气体所引起的增大的压降。同时，环状入口与出口为传统直管的情况相比，将受到较少限制。
在另一个实施例中，轴流式反应容器只具有两个适合用于改装的对置端口，(即，在每一端上各有一个)，流体收集装置可以与出口形成流体连通，且可以把催化剂或吸附剂旁通装置设置在反应容器中，以便把一部分工作流体从容器的入口端输送到出口端，从而，这部分工作流体旁通过设置在其间的催化剂或吸附剂床。为了使工作流体离开容器，该工作流体必须再次沿相反方向通过催化剂或吸附剂床流到工作流体收集装置，所说的工作流体收集装置优选地被设置在所说床的中央。旁通装置可包括例如圆筒，从而在所说床内或在它的周边与容器壁形成一环状空间，且工作流体可通过该环状空间。可选地和优选地是，旁通装置可以是一个或多个例如1个-20个旁通管。旁通装置的尺寸大小可以被加工成能把至多约60％量的工作流体，优选约50％量的工作流体从容器的入口端输送到出口端。应当知道，在工作流体收集装置没有被设置在反应器的中央的情况下，可以把旁通装置加工成适当的尺寸大小，以便把适当均衡量的工作流体供给到所说床的任一端，从而能够获得最佳效率。
旁通装置从催化剂或吸附剂床的上面延伸到该床的下面(反之亦然)，且旁通装置在制作过程中温度和化学制约的范围内可以由任何适当的材料来制造。
本发明的方法尤其适合于对含有催化剂床的轴流式反应器进行改装，因为这种方法通过利用已有的端口和已经在轴流式反应器中所采用的催化剂限制装置，使得对容器外壳的改造程度达到最小。因此，本发明的反向轴流式反应容器制造起来更加简单，因为这些容器不会使轴流式反应容器的壳体变弱，并且比现有技术中的径向或反向轴流式容器具有更多的用途。
在操作过程中，反向轴流式反应容器包含颗粒催化剂或吸附剂固定床。术语“吸附剂”既包括吸附剂材料又包括吸收剂材料。颗粒催化剂或吸附剂通常呈球、片、立方体、压出型材、柱形球、环、颗粒、或其它规则或不规则形状的形式，且具有25毫米之下的平均尺寸，优选地是具有小于2的一展弦比，也就是，最大尺寸除以最小尺寸。优选地是，所说球包括多个(例如4个)孔和凹槽或凸角，它们进一步起着减小压降通过固定床的作用。
催化剂或吸附剂可以是连续地通过所说床，或者所说床也可以包括多层惰性材料。例如，惰性颗粒例如呈球的形式的惰性颗粒可以被用在催化剂或吸附剂床的一端或两端，以便支撑着催化剂或吸附剂的重量。优选地是，惰性颗粒层被设置在工作流体收集装置的周围，更优选地是，惰性颗粒所具有的颗粒大小大于催化剂或吸附剂颗粒的大小，以便组成所说床的其余部分，从而增大了收集装置区域内的工作流体的渗透性。这种增大的渗透性提高了收集装置的性能，从而一旦工作流体经过催化剂或吸附剂床时就能收集起该工作流体。
这种根据本发明的方法进行改装的包含工作流体收集装置的反应容器可以被用于任何制作过程，在这种情况下，期望地是在包含催化剂或吸附剂固定床的轴流式反应器中能减小压降。容器的高度通常为1-10米，其所具有的直径通常为0.5-5米。本发明的方法尤其适合于高度≥5米且直径≥2.5米的大的压力容器。改装过的反应器的操作过程包括把工作流体供给到反向轴流式反应容器；使工作流体沿轴向在相反方向上通过设置在容器内的催化剂或吸附剂固定床；经由位于所说固定床内的收集装置来收集所形成的工作流体；经由所说的收集装置从容器中除去工作流体。
应当知道，在改装过的反应容器中，对置端口的职能可以与改装之前容器的对置端口的职能相同，也可以不同。
工作流体可以是液体或气体，但优选地是气体。为了实现减小压降，同时保持从反应容器的输出量，可以把供给到反向轴流式反应容器的工作流体分开供给到对置的入口。在一反向轴流式反应容器中，收集装置被设置在入口之间的中间位置，工作流体优选地是被分成50∶50，也就是，向容器的每一端供给最初流量的一半，也可以考虑采用一些变型，以便考虑催化剂床内的收集装置每一侧的不同包装的颗粒催化剂或吸附剂，或收集装置的位置。可选地是，可以把全部工作流体供给到一个入口和在容器中所使用的旁通装置，例如管，以便把优选约50％的工作流体输送到催化剂或吸附剂床的任一端。此外，工作流体收集装置可以与一个或多个出口形成流体连通，所说的出口与入口相对置。
本发明的反向轴流式反应容器在氨合成阶段上游的氨制造过程中有益于减小压降。本发明的容器具有这样的优点，即，可以增大整个过程的生产能力，因为我们发现增加氨设备的生产能力会受到设备前端的压降的限制。尤其是，可以从本发明的反向轴流式结构受益的适当的反应容器是水煤气转换容器，例如，高温转换和低温转换容器以及甲烷转换容器。因此，在优选实施例中，容器包括高温转换、低温转换或甲烷化催化剂床。
水煤气转换反应是已知的，并且经常作为氢或氨合成过程的一部分被用在合成气体产生过程中，以便增大气流中的氢含量。在水煤气转换反应中，工作流体是天然合成气体，包括碳氧化物、氢和蒸汽，它以升高的压力以及在约350-500℃范围内的温度经过高温转换催化剂，例如经过还原的掺杂铬的铁催化剂，然后，如果需要的话，在被称为低温转换阶段，以低于300℃的较低温度经过还原的铜催化剂，例如铜-锌-铝催化剂。
在氨制造过程中通常采用甲烷化作用，以便在向氨合成催化剂供给混合物之前，把氢/氮工作流体混合物中少量的碳氧化物残余物转换成甲烷。这用于保护那些被碳氧化物定位的基于铁的氨合成催化剂的长使用寿命。甲烷化催化剂通常是被支撑在耐高温的支撑物上的还原的镍催化剂，例如掺杂有镁的铝或铝酸钙。
尤其是，本发明的制作过程特别适合于制造甲醇或氨，尤其适合于制造甲醇。
甲醇合成可以在40-150巴绝对压力范围内的压力下来执行，且更为便利地是在45-120巴绝对压力范围内的压力下来执行。温度适当地是在160-300℃范围内，且催化剂床出口温度优选地是在220-290℃的范围内。这种温度能提供可接受的甲醇输出率(由于有利的平衡)，而且不会产生较多的由在高温时操作所产生的副产品杂质含量。经过催化剂的工作流体通常是新鲜的脱水合成气的混合物，包括碳氧化物、氢以及通过甲醇回收而循环利用的未反应的气体，但是，这个过程也适合于一次通过操作，利用无甲醇脱水合成气混合物。例如在EP0217513中描述的那样，甲醇合成催化剂通常是还原的铜催化剂，例如铜-锌-铝催化剂。
在氨合成过程中，氢/氮混合物作为工作流体通常在高压例如在80-300巴绝对压力范围内以及在300-540℃范围内的温度下经过氨合成催化剂。氨合成催化剂可以是含铁的催化剂，例如促进的铁催化剂。
本发明的制作过程还可以被应用于那些用于净化气体给料的反应容器。例如，工作流体可包括含有催化剂毒物的碳氢化合物给料，固定床包括有益于从给料中除去所说毒物的催化剂或吸附剂。典型的催化剂毒物包括硫化物、汞、砷、或卤化物，例如氯化物。在硫化物的情况中，固定床可包括氢化脱硫催化剂和/或硫化氢吸附剂床。为了除去汞、砷、或卤化物，可以使用适合于从碳氢化合物中除去汞、砷或卤化物的吸附剂材料。碳氢化合物给料的氢化脱硫作用通常在钴-钼催化剂上执行，并且通常接着这样一个步骤，即利用硫化氢吸附剂来除去硫化氢。例如，吸附剂包括用于去除硫的基于锌的碳化物和铜和/或氧化锌；用于除去汞和砷的金属硫化物；以及用于除去卤化物(氯化氢)的铝酸钠或氧化铅或碳酸铅。
下面将参照附图来描述本发明，在这些附图中

图1是根据本发明第一实施例所改装的一反向轴流式反应容器的竖直剖面示意图；图2是根据本发明第二实施例所改装的一反向轴流式反应容器的竖直剖面示意图；图3是根据本发明第三实施例所改装的一反向轴流式反应容器的竖直剖面示意图；图4是根据本发明第四实施例所改装的一反向轴流式反应容器的竖直剖面示意图；图5是图1、2、3中所示的反应容器的水平剖面图；图6是根据第一实施例的工作流体收集装置的剖面示意图。
在图1、2、3、4中，竖直剖面图是沿着图5中所示的线B-B’剖开而获得的。这条线将反应容器大致在它的直径处剖开，且穿过各自的工作流体收集装置。在图5中，水平剖面图是沿着图1、2、3中所示的线A-A’剖开而获得的。在每个例子中，这些线正好在工作流体收集装置的上面将反应容器剖开。为了明晰起见，由箭头来表示工作流体流入图1、2、3、4中的容器以及在该容器内的流通情况。
在图1中，适合用于甲醇合成的一反应容器包括一圆筒形外壳10，该圆筒形外壳10具有圆顶形端部12(顶部)和14(底部)。圆顶形端部12具有一工作流体端口16和一进入端口17，该进入端口17在使用过程中是关闭的且是密封的。圆顶形端部14具有三个工作流体端口18、20、22，它们与端口16相对置。端口18被设置在与端口1 6相同的轴线上，而端口20、22则被偏置，它们各自位于端口18的一侧。在改装之前，端口16和18分别是工作流体入口和工作流体出口，且端口20、22是催化剂排放口。
如图6所示，适合于安装在反应容器中的工作流体收集装置包括一穿孔管状环形收集器24和一些管道26、28、30、32，它们相互流体连通。
如图5所示，穿孔环形收集器24包括一连续管状环，该连续管状环与外壳10同轴且其所具有的直径约为外壳10的70％。所说环在它的表面上具有多个孔34，从而允许工作流体进入到该环中。所说环的尺寸以及孔的数量、位置和尺寸是这样子的，即，流体可以从固定床均匀地流到收集装置。所说环通过横跨它的直径的一非穿孔管道26连接起来，所说的管道26在它的任一端与管状环形收集器24的内部呈流体连通，从而使得工作流体可以从环形收集器内部的腔室流到管道中。
管状环形收集器24位于一平面上且大致距离相等地位于端口16和18之间，所说的平面垂直于穿过反应容器的轴。环形收集器24和管道26由竖直管道28支撑着，该竖直管道28与穿过反应器的轴相对齐且与管道26流体连通。管道28的底部是封闭着的，且该封闭端被支撑在管道支撑装置36上，所说的管道支撑装置36在端口18之上延伸。有利地是，管道支撑装置包括在安装工作流体环形收集器之前存在于容器中的穿孔的催化剂限制装置40。管道28与管道30、32呈流体连通，所说的管道30、32从管道28的下半部分分别地延伸并连接到流体端口20、22。
在使用之前，催化剂固定床38例如3×3毫米颗粒的铜-锌-氧化铝甲醇合成催化剂可以通过进入端口17来注入。可以把多层惰性氧化铝球(图中未示)设置在圆顶形端部14中，以便支撑着催化剂，且通过连续地添加从而围绕在管状环形收集器24周围。优选地是，氧化铝球所具有的直径要大于催化剂颗粒的直径，以便改善气体渗透过所说床的状况。
在使用过程中，通过对置端口16和18把大致等量的包含氢和氧化碳的脱水合成气供给到容器中，所说的脱水合成气可带有通过甲醇回收而循环利用的未反应的气体。分配装置(图中未示)把经由端口16进入的气体分配到催化剂床的顶部的表面上。穿孔催化剂限制装置40起着防止催化剂颗粒从反应器经由端口18排出的作用，有利地是，所说的穿孔催化剂限制装置40还把经由端口18所供给的工作流体分配到催化剂床的底部。然后，工作流体沿相反方向经过催化剂床，并且在适当的条件下起反应，以便形成甲醇。然后，通过管状环形收集器把所形成的工作流体收集在反应容器的中间周围。工作流体经由孔34进入由环形收集器(ring collector)24所限定的一腔室，进入到管道26中，然后进入到管道28、30、32中，从而允许该工作流体经由端口20和22从容器中排出。
可以通过经由进入端口17以模块形式来安装管道30、32、28、26和管状环形收集器24，来执行这种用于把轴流式反应器改装成图1中所示的反向轴流式反应容器的方法，所说的轴流式反应器包括外壳10，端部12、14以及对置端口16、18、20、22。需要分别地把管道30、32连接到端口20、22。便利地是，管道支撑装置36/40是已有的催化剂限制装置，且端口20、22是已有的催化剂排放口。因此，在根据本发明的方法进行改装之后，端口16和18是工作流体入口，而端口20和22是工作流体出口。
在图2中，反应容器也包括外壳10、圆顶形端部12和14以及端口16、17、18。省略了端口18两侧的端口20、22。在改装之前，端口16和18分别是工作流体入口和工作流体出口。
工作流体收集装置包括穿孔的管状环形收集器24、管道26和管道28，该工作流体收集装置以类似的方式来设置，但是，其中的管道28不与端口20、22相连接。更确切地说，管道28向下延伸穿过穿孔的催化剂限制装置40且延伸到端口18中，从而形成它自己的一出口且限定出一环状空间50，工作流体可以经由一新端口52被供给到该环状空间50中，所说的新端口52位于圆顶形端部14的下面且位于端口18的侧面。管道28在它的端部变宽，以便在端口52的下面密封住端口18，从而使得经由端口52所供给的工作流体必须向上移动通过端口18和穿孔限制装置40，然后移动到催化剂床中。管道28由于它延伸出端口18而形成成能提供一文丘里管部分。通过收缩管道28的直径来形成文丘里管部分，以便在收缩部分56上形成较高压区域54、在收缩部分处形成较低压区域，并且逐渐扩大，便于通向出口区域58的压力恢复。便利地是，可以把收缩部分56设置在端口52接近于端口18的地方，从而使得工作流体可以更容易地通过环状空间50流到容器中。
在甲醇合成的使用过程中，通过端口16和18来供给大致等量的包含氢和氧化碳的脱水合成气，所说的脱水合成气可带有通过甲醇回收而循环利用的未反应的气体。工作流体经由端口52和环状空间50被供给到端口18。分配装置(图中未示)把经由端口16进入的气体分配到催化剂床的顶部的表面上。已有的穿孔催化剂限制装置40起着把经由端口18所供给的工作流体分配到催化剂床的底部的作用。然后，工作流体沿相反方向经过甲醇合成催化剂床，并且在适当的条件下起反应，以便形成甲醇。然后，通过管状环形收集器把所形成的工作流体收集在反应容器的中间周围。工作流体经由孔34进入环形收集器24，进入到管道26中，然后进入到管道28中。工作流体在经由端口18从反应容器中排出之前经过管道28来到文丘里管。
可以通过经由进入端口17以模块形式来安装伸出管道28、管道26和管状环形收集器24，来执行这种用于把轴流式反应器改装成图2中所示的反向轴流式反应容器的方法，所说的轴流式反应器包括外壳10，端部12、14以及对置端口16、18。需要对已有的穿孔催化剂限制装置40进行改装，以便允许进入伸出的管道28，且需要在端口18的侧面设置一新端口52。因此，在根据本发明的方法进行改装之后，端口16和18(经由端口52)是工作流体入口，而管道28通过端口18形成出口。
这个实施例可应用于已有的容器，这些已有的容器不具有催化剂排放口20、22或其它适合于改装的此类端口。这个实施例的一个优点在于在反应容器内无需内部连接，例如，通过焊接，从而通过使热应力消除而使得工作流体收集装置的连接变得更为简单，以便更容易地就地执行。
在图3中，反应容器也包括外壳10、圆顶形端部12和14以及端口16、17、18、20、22。然而，在这个实施例中进行改装之后，工作流体经由端口20、22和内嵌式管道60、62被供给到容器中，从而分别经过端口20、22进入到催化剂床中。管道60、62各自端部上的分配装置(图中未示)可以被提供来把工作流体均匀地分配到催化剂床中。工作流体收集装置包括穿孔的管状环形收集器24、管道26和管道28，该工作流体收集装置以与图2中所示的类似方式来设置，其中，管道28向下延伸穿过穿孔的催化剂限制装置40且延伸到与它相连接的端口18中，然而，不需要文丘里装置或端口52。
在甲醇合成的使用过程中，通过端口16和20/22，也就是说，约一半通过端口16，约四分之一通过端口20，约四分之一通过端口22，来供给大致等量的包含氢和氧化碳的脱水合成气，所说的脱水合成气可带有通过甲醇回收而循环利用的未反应的气体。通过分配装置(图中未示)把供给到端口16的工作流体分配到催化剂床的顶部上。供给到端口20、22的工作流体经过管道60、62，且被分配到催化剂床的底部。然后，工作流体沿相反方向经过甲醇合成催化剂床，并且在适当的条件下起反应，以便形成甲醇。然后，通过管状环形收集器把所形成的工作流体收集在反应容器的中间周围。工作流体经由孔34进入所说环24，进入到管道26中，然后进入到管道28中。工作流体在经由端口18从反应容器中排出之前经过管道28。
可以通过经由进入端口17以模块形式来安装伸出管道28、管道26和管状环形收集器24，来执行这种用于把轴流式反应器改装成图3中所示的反向轴流式反应容器的方法，所说的轴流式反应器包括外壳10；端部12、14；对置端口16、18、20、22。管道60、62可以通过端口20、22来插入，从而尽可能少的对反应器作出内部修改。在图2所示的第二实施例中，需要对已有的穿孔催化剂限制装置40进行改装，以便允许进入伸出的管道28。因此，在根据本发明的方法进行改装之后，端口16、20和22是工作流体入口，而与管道28相连接的端口18是工作流体出口。
在图4中，反应容器也包括外壳10、圆顶形端部12和14以及端口16、17、18。省略了端口18两侧的端口20、22。在改装之前，端口16和18分别是工作流体入口和工作流体出口。
工作流体收集装置包括穿孔的管状环形收集器24、管道26和管道28，类似地是，所说的工作流体收集装置被设置在反应器的中央，但是，其中的管道28不与端口20、22相连接。更确切地说，管道28向下延伸，从而与端口18形成流体连通。旁通管70被设置在容器10内，该旁通管70在入口端处通过端口16从所说床38的表面上竖直地延伸到通过出口18的所说床38的下面。图中仅仅表示出了两根管，这两根管位于所说床38的周边且位于环形收集器24与容器壁之间，然而，应当知道，可以提供更多的管，并且这些管无需被限制在催化剂床的周边。
在甲醇合成的使用过程中，通过端口16来供给包含氢和氧化碳的脱水合成气，所说的脱水合成气可带有通过甲醇回收而循环利用的未反应的气体。全部工作流体通过端口16被供给到反应器。然后，一部分体积大约为50％的合成气经过旁通管70来到催化剂床的下面。可以将分配装置(图中未示)用来把经由端口16进入的气体分配到催化剂床的顶部的表面上，且把从管70的底部进入的气体分配到所说床的底部上。然后，部分合成气沿相反方向经过甲醇合成催化剂床，并且在适当的条件下起反应，以便形成甲醇。然后，通过管状环形收集器把所形成的工作流体收集在反应容器的中间周围。工作流体经由孔34进入环形收集器24，进入到管道26中，然后进入到管道28中。工作流体经过管道28来到出口18。
可以通过经由进入端口17以模块形式来安装伸出管道28、管道26和管状环形收集器24，来执行这种用于把轴流式反应器改装成图4中所示的反向轴流式反应容器的方法，所说的轴流式反应器包括外壳10；端部12、14；对置端口16、18。可以除去已有的穿孔催化剂限制装置40，这是因为管道28与端口18呈直接流体连通的缘故。旁通管在填充催化剂之前通过端口17来插入，并且凭借限制装置(图中未示)来固定入位。因此，在根据本发明的方法进行改装之后，端口16和18分别是工作流体入口和工作流体出口，也就是说，没有改变它们的职责。
这个实施例可应用于已有的容器，这些已有的容器不具有催化剂排放口20、22或其它适合于改装的此类端口。然而，图4中并没有表示出此类端口，此类端口可以存在但不适于改装。这个实施例的一个优点在于无需把工作流体分开供给到容器，且已有的入口和出口保留了它们最初的职能，从而无需额外的管道工程管。此外，工作流体收集装置也比图1-3中所示的那些工作流体收集装置更为简单。
权利要求
1.一种用于把具有对置端口的轴流式反应容器改装成反向轴流式反应容器的方法，这种方法包括把工作流体收集装置安装在所说容器的主体内，并与一个或多个所说的端口流体连通。
2.一种根据权利要求1所述的方法，其中，工作流体收集装置大致距离相等地被安装在所说的入口和出口之间。
3.一种根据权利要求1或2所述的方法，其中，工作流体收集装置包括一穿孔元件，该穿孔元件限定出一腔室；一管道，该管道与所说腔室呈流体连通，所说的管道适合于与一个或多个所说的端口相连接。
4.一种根据权利要求3所述的方法，其中，工作流体收集装置包括一穿孔环形收集器。
5.一种根据权利要求1至4之一所述的方法，其中，工作流体收集装置呈模块形式，且收集装置在容器内就地接合在一起。
6.一种根据权利要求1至5之一所述的方法，其中，工作流体收集装置被安装成与两个或多个出口流体连通。
7.一种根据权利要求1至5之一所述的方法，其中，工作流体收集装置被安装成与一出口流体连通，所说的出口与一入口成同心结构。
8.一种根据权利要求7所述的方法，其中，出口包括文丘里(venturi)装置。
9.一种工作流体收集装置，其适合于在权利要求1-8所述的方法中进行使用，这种工作流体收集装置包括一穿孔元件，该穿孔元件限定出一腔室；一管道，该管道与所说腔室呈流体连通，所说的管道适合于与一轴流式反应器的一个或多个对置的已有端口相连接。
10.一种反向轴流式反应容器，其包括如权利要求9所述的工作流体收集装置。
11.一种根据权利要求10所述的反应容器，包含颗粒催化剂或吸附剂固定床。
12.一种根据权利要求11所述的反应容器，其中，旁通装置被设置成延伸通过颗粒催化剂或吸附剂固定床，以便把一部分工作流体从所说床的一端输送到另一端。
13.一种方法，包括以下步骤i.把工作流体供给到权利要求11或12所述的反应容器的一个或多个对置端口；ii.使工作流体沿轴向在相反方向上穿过设置在容器内的催化剂或吸附剂的固定床；iii.经由位于所说固定床内的收集装置来收集所形成的工作流体；iv.经由所说的收集装置从容器中除去工作流体，所说的收集装置与位于所说容器中的一个或多个已有的对置端口呈流体连通。
14.一种根据权利要求13所述的方法，其中，工作流体包括氢、氧化碳和蒸汽，且固定床包括水-气体转换催化剂。
15.一种根据权利要求13所述的方法，其中，工作流体包括氢和氧化碳，且固定床包括甲醇合成催化剂。
16.一种根据权利要求13所述的方法，其中，工作流体包括氢和氮，且固定床包括氨合成催化剂。
17.一种根据权利要求13所述的方法，其中，工作流体包括含有催化剂毒物的碳氢化合物给料，且固定床包括催化剂或吸附剂，其用于将所说的毒物从给料中除去。
全文摘要
本发明描述了一种用于把具有对置端口的轴流式反应容器改装成反向轴流式反应容器的方法，这种方法包括把工作流体收集装置安装在所说容器的主体内，并与一个或多个所说的端口流体连通。
文档编号C01B3/16GK101027121SQ200580032160
公开日2007年8月29日 申请日期2005年9月2日 优先权日2004年9月24日
发明者C·W·胡珀, M·P·罗伯茨 申请人:约翰森·马瑟公开有限公司