专利名称：带有一种接触管束的反应器组件的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种带有一种接触管束的反应器组件；由两个或多个靠紧排列的反应器组件制造的反应器；和一种反应器组件或一个反应器用作进行氧化反应的应用。
根据一般反应种类制造的反应器由一个圆柱形容器组成，其中安置一种由大量通常垂直布置的接触管组成的管束。这些接触管，可选择性地载有催化剂，它们的管端在管底密封固定并流向一个在上终端或下终端与容器连接的帽罩。通过这些帽罩输入或输出流过接触管的反应混合物。通过围绕接触管的空间引导热交换剂循环，其目的是均衡热平衡，尤其在具有强烈热效应的反应时。
由于经济原因使用带有尽可能多的接触管的反应器，其中安置接触管的数目常常在10000至40000的范围内(参考专利DE-A-4431949)。
考虑加工过程、运输、安装和反应技术，特别是冷却介质的均匀分布，达到反应器直径和由此决定的管数的技术上限。因为气体状的反应物通常均是处在正压下工作，在反应容器下部以及特别是上部构成反应气室边界的帽盖是半圆形式的。对这种帽盖来说，前提是要求一种圆柱状反应器结构。
但是圆柱状的反应器的缺点是，技术上有利的热交换剂横向通向接触管的气流从接触管外部区域通向反应器的无接触管的内部空间，由于径向向内强烈地减少，不可能把全部的冷却介质输送到接触管束内部。更确切地说必须通过在导向板中的穿孔轴向输出冷却介质，这样才能保证压力损失和泵功率保持在可接受的界限中。
本发明的目的是能使热交换剂恒定地通过反应器断面。
本发明提供一种反应器，它的生产能力能满足个别情况的要求。
本发明的解决方案是带有一个接触管束的反应器组件，用在反应器组件两个末端的输入管或输出管通过围绕接触管的空间引导一种热交换剂循环；藉助一个或多个泵通过输入或输出热交换制的壳口输送横向气流到接触管，必要时通过一个或多个放置在外部的热交换器来输送热交换剂或部分热交换流体，此处热交换剂由下管道输入和由上部管道通向泵或泵群。本方案的特征在于，反应器组件有一个矩形断面。
本发明中限定正压下工作的反应气室的帽盖是半圆柱形的，如同它对带有矩形断面的反应器的两边界定是必要的。
在反应器空间中在两个相对的平行于接触管的反应器侧面上设置无接触管室是有利的，优选它延伸到整个反应器的高度；和设置一个或多个导向板，它在无接触管室的通道断面上交替地隔出空位。通过这种布置方式可以使热交换剂流体均匀地按所希望的方式围绕接触管输送。
优选将无接触管室设置在反应器的两个宽侧面上。
有关反应器组件长度与宽度的比例为1∶1至10∶1是有利的，优选3∶1至6∶1，更优选5∶1。优选反应器的高度为1.5m至7m。
优选规定导向板的数目是奇数的，由此造成输入和输出热交换剂在反应器组件的同一侧。更优选规定导向板数目是1、3或5。
泵或泵群以及必要时放置在外部的热交换器布置在反应器组件同一侧是有利的，优选放置在宽侧面。因此达到特别节省空间。
由于不同的反应过程可以要求有不同的热分布。藉助一个或多个由导向板在无管区域造成的支路，用固定或可调节流量的穿通孔，来满足个别情况下的要求。
一种更优选的实施形式是反应器组件在输入和输出管道中设有隔墙，它在输入管道中构成了一个下外部前室和一个下内部前室和在输出管道中构成了上外部前室和一个上内部前室。热交换剂从下外部前室流出，通过输入管和输出管之间的一个区域流入上内部前室，通过它的穿透孔进入围绕接触管的反应空间，随后通过下内部前室的穿透孔，通过输入管和输出管之间的区域进入上外部前室，最后通过输出管返回到泵或泵群。由此可不改变通常的泵排列形式，它有可能按直流输送方式输送热交换剂和混合反应气。
在反应器用直流输送方式的情况下，为达到与所要求的温度分布的匹配，是通过靠在对应于无接触管空间的反应器宽侧边的一个外室，该外室带有通向围绕接触管束的反应器空间的开口并带有固定或可调节的穿透孔用于外室内的热交换剂。
接触管束的接触管相对位错排列，横向于热交换剂气流方向的管距Sq与纵向于热交换剂气流方向的管距Sl的比例优选大于或等于 更优选等于 这种管道排列方式使流通的热交换剂造成较小的阻力，相应地在较高的热传导系数下，压力损失较小。
本发明的另一项主题是一个反应器，它由两个或多个、沿反应器长轴方向、在窄边相互靠紧排列的反应器组件组成。这种反应器的特征在于有灵活的生产能力，它可满足各种具体的要求。封闭反应气室的半圆盖帽可以通过反应器组件窄边相互靠紧的排列，延长平的侧面，它相应地设置有穿透孔。由此提高反应器生产能力的上限。
热交换剂循环可服务于导出流过接触管的混合反应气中的热量，同样地也可输送热量给流过接触管的混合反应气。本发明的反应器组件或本发明的反应器可以使用于放热反应，也可使用于吸热反应。它尤其适用于进行氧化反应的反应器中，特别用于生产苯二酸酐、马来酸酐、乙二醛、(甲基)丙烯醛或(甲基)丙烯酸。
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。
图1是本发明的反应器组件的示意图；图2是本发明的反应器组件的纵截面；图3是本发明的反应器组件一种优选实施形式的纵截面；图4是本发明反应器组件另一种优选的实施形式的前视图；图5是一种优选的接触管排列形式；和图6是由三个反应器组件制造的反应器实例。
图1表示一个反应器组件1，它具有矩形断面、垂直的接触管束2、输送热交换剂的输入管3和输出管4和通入反应器组件1的壳口5，6。用于分配或收集热交换剂的无接触管室7，8规定设置在反应器组件的相对的两个宽侧面。导向板9使热交换剂成直角折线形地输送。反应气或混合反应气G被导入进气室21，流过接触管2，随后通过出气室22被排出。泵群P和热交换器W设置在反应器组件1的同一个宽侧面旁边。
图2表示一种优选实施形式的反应器组件的纵截面，它附加显示导向板9、无接触管区域、热交换剂流动的支路。通过可调节的穿透孔10或固定的穿透孔11释放热交换剂。
图3是另一种优选的实施形式的反应器组件的纵截面。热交换剂和混合反应气G采取直流输送方式。为此藉助隔墙12在输入和输出管道3、4中构成了一个下外部前室13、一个下内部前室14和一个上外部前室15以及一个上内部前室16。热交换剂从输入管3进入下外部前室13，通过输入和输出管3、4的区域进入上内部前室16，通过穿透孔5进入围绕接触管的空间，随后通过穿透孔6、下内部前室14、输入管与输出管3、4之间区域、上外部前室15再输送到泵或泵群中。优选可以在分隔的前室13至16相对的反应器的宽边外侧旁边设置一个外室17，它带有通向反应器组件或通向无接触管室8的孔口18、19。通过外室17可以使一部分热交换剂气流短路，其中可以通过固定或可调节的穿透孔20来调节。
图4是另一种优选的实施形式纵截面。在与泵相对的反应器组件1的宽侧面旁边设置一个或多个热交换器W，热交换剂的部分气流从无接触管室8通过热交换器输导。
图5表示具有特别有利的管道排列的反应器组件的断面图。管子相互位错排列，此时横向于热交换剂流动方向的管距Sq与纵向于热交换剂流动方向的管距Sl的比例为 相应地与热交换剂流动方向呈对角线的管距Sd小于管距Sq。
图6表示由三个反应器组件1相互靠紧排列组成的反应器。所有的泵P和热交换器W以节省空间的方式设置在反应器组件的同一侧。
本发明保证了通过反应器断面的一种稳定的热交换剂流动。由此达到了通过接触管流过的混合反应气有一均匀的传热系数，从而实现了一种有利的反应过程。
通过本发明的结构形式，压力损失比已有的结构形式的压损最多可降低一半。由此改善了经济性，因此有可能降低泵功率或提高循环介质流量。
通过特别有利的管道交错排列，使在通过热交换剂气流方向的对角线上具有最窄的断面，由此进一步降低了压损。
本发明的设备的另一个优点是它的组件式结构，即反应器可以通过一定数量的相互靠紧排列的反应器组件来提供相应的生产能力。
权利要求
1.反应器组件(1)，带有一个接触管束(2)，通过其围绕接触管的空间引导热交换剂循环，带有位于反应器组件两个末端上的输入管或输出管(3，4)，藉助一个或多个泵(P)通过输入或输出热交换剂的壳口(5，6)输送横向气流到接触管，必要时通过一个或多个放置在外部的热交换器(W)传输热交换剂或部分热交换流体，其中热交换剂由下管道(3)输入和通过上管道(4)引回到泵或泵群(P)，其特征在于，反应器组件(1)有一个矩形断面。
2.根据权利要求1所述的反应器组件(1)，其特征在于，在反应器空间中，在两个相对的、平行于接触管的反应器侧面旁边设置无接触管室(7，8)，优选它延伸到整个反应器的高度；并通过一个或多个导向板(9)，它在无接触管室(7，8)的整个通道断面上交替地隔出空位。
3.根据权利要求2所述的反应器组件(1)，其特征在于，无接触管室(7，8)设置在反应器的两个宽侧面旁边。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的反应器组件(1)，其特征在于，长度与宽度的比例为1∶1至10∶1，优选3∶1至6∶1，更优选5∶1。
5.根据权利要求2至4中任一项所述的反应器组件(1)，其特征在于，导向板(9)的数量是奇数的，优选1、3或5个导向板(9)。
6.根据权利要求5所述的反应器组件(1)，其特征在于，泵或泵群和必要时放置在外部的热交换器都设置在反应器组件(1)的同一侧，优选宽大的侧边。
7.根据权利要求2至6中任一项所述的反应器组件(1)，其特征在于，带有固定的(11)或可调节的(10)穿透孔的一个或多个支路和在无管区域中的导向板(9)。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的反应器组件(1)，其特征在于，在输入和输出管道(3，4)中有隔板(12)，它在输入管道(3)中构成了一个下外部前室(13)和一个下内部前室(14)和在输出管道(4)中构成了一个上外部前室(15)和一个上内部前室(16)；下外部前室(13)的热交换剂通过上内部前室(16)的输入管(3)和输出管(4)的中间区域，通过它的壳口(6)进入围绕接触管(2)的反应器空间，随后通过下内部前室(14)的壳口(5)，通过上外部前室(15)的输入和输出管(3，4)之间的区域，最后通过输出管(4)返回到泵或泵群。
9.根据权利要求8所述的反应器组件(1)，其特征在于，通过一个位于附属于无接触管室(8)的连反应器宽侧面上的外室(17)，带有穿透孔(18，19)通到围绕接触管束(2)的反应器空间并带有固定或可调节的穿透孔(20)用于外室(17)中的热交换剂。
10.根据权利要求1至9中任一项所述的反应器组件(1)，其特征在于，接触管束(2)的接触管相互位错排列，其中横向于热交换剂的气流方向的管距Sq与纵向于热交换剂的气流方向的管距S1的比例优选大于或等于 更优选等于
11.由两个或多个在接触管长轴方向上，窄侧边彼此靠紧地排列的根据权利要求7至9中任一项所述的反应器组件(1)组成的反应器。
12.根据权利要求1至10中任一项所述的反应器组件或根据权利要求11所述的反应器的用途，用于进行氧化反应，特别是用于生产苯二酸酐、马来酸酐、乙二醛、(甲基)丙烯醛或(甲基)丙烯酸。
全文摘要
本发明涉及一种带有一种接触管束(2)的反应器组件(1),用在反应器组件两个末端的输入管(3)或输出管(4)通过围绕接触管的空间引导一种热交换剂循环,此处反应器组件且有一个矩形断面。反应器组件(1)可以任何数目彼此靠紧地排列,直到满足反应器所希望达到的生产能力。
文档编号C07D307/00GK1330571SQ99814474
公开日2002年1月9日 申请日期1999年12月15日 优先权日1998年12月15日
发明者G·奥尔贝特, F·科尔 申请人:Basf公司