用于化学反应器的转化器的制造方法
【专利摘要】一种用于化学反应器的转化器100，所述转化器具有：基本上圆柱形壳形式的底部105，所述底部具有内部空间105a，中部110，所述中部包含中空圆柱形容器并且与所述底部105密封流体连通，顶部115，所述顶部包含直径大于所述中部110的基本上圆柱形的壳，所述转化器具有所述顶部115的内周上的螺纹锁紧机构140，可拆装上头盖125，所述上头盖包括圆柱形保持器环(130)和由所述保持器环130固定于适当位置的圆柱形顶头盖225，其中所述顶部115和所述保持器环130上的第一和第二系列螺纹锁紧脊构造和排列为共同作用，从而将催化剂筒200锁在所述转化器100中并密封所述转化器100。
【专利说明】
用于化学反应器的转化器
技术领域
[0001]本装置涉及用于容纳用于化学反应器的催化剂筒的转化器，所述筒可以作为单元被具有新的或再生的催化剂的筒替换。该转化器的结构和设计有利于所述催化剂筒的插入和替换。
【背景技术】
[0002]—些化学反应需要使用非常不稳定的催化剂，比如自燃催化剂，其不能以常规方法装入反应器中。例如，一些催化剂的反应性使得它们在置于反应器流中之前必须保持密封在惰性气氛中。
[0003]希望的是具有一种用于将这种活性催化剂转移至反应器，而不需要将包含的催化剂与周围空气接触的系统。还将有利的是具有一种系统，其中将催化剂装载入反应器和从反应器中卸载可以比常规反应器系统以更短的时期完成。
[0004]很少的现有技术专利致力于处理这些需求。例如，Dewdney等人的美国专利号3,986，985公开了，熔融并固化的含有至少96.5%的具有1.2:1至1.4:1的氧/铁原子比的氧化铁的氧化铁催化剂通过在氢中加热被活化并用于有机化合物的氢化，尤其是己二腈向六亚甲基二胺的氢化。该专利建议了，可以将催化剂容纳在筒中，所述筒可以被单独转移至反应器，但没有公开或提示所述筒或反应器的任何设计。
[0005]Schirmer等人的美国专利号7，638，039公开了对在反应器内的催化剂的原位替换。在一个实施方案中，所述装置包括在催化反应器中原位替换催化剂体的方法，所述方法包括从催化反应器内催化层的至少一个模块化部分原位移除催化剂体并且用包含催化功能的替换体原位替换移除的催化剂体，其中所述层内总催化剂体的至少10%被替换。然而，Shirmer等人没有公开最初如何用不稳定的催化剂，比如必须在惰性气体下保持的催化剂装载反应器。
[0006]此外，很多化学反应必需在高温和高压下进行，从而可替换催化剂筒不能被构造为具有足够厚的壁以容纳反应并保持足够轻而用于插入和替换，甚至在使用重型起重机的情况下。
【实用新型内容】
[0007]本申请公开了一种用于容纳用于化学反应器的催化剂筒的转化器容器，所述筒可以作为单元被具有新的或再生的催化剂的筒替换。与常规化学反应器中的催化剂替换相比，该转化器容器的结构和设计有利于所述催化剂筒在短时间内插入和替换。
[0008]在一个方面，所述装置属于一种用于化学反应器的转化器100，所述转化器100包括:底部105，所述底部105包含具有内部空间105a的基本上圆柱形的壳，竖直延伸通过所述底部105的底端的入口管106，和至少一个在径向上偏离所述入口管106并且延伸通过所述底端的出口孔108;中部110，所述中部包括中空圆柱形容器，与所述底部105密封流体连通；顶部115，所述顶部115包括直径大于所述中部110的基本上圆柱形的壳，具有螺纹锁紧(breech 1ck)机构140，所述螺纹锁紧机构140包括在所述顶部115的内周上的第一系列螺纹锁紧脊118，用于密封所述转化器;和可拆装上头盖组装体125，所述可拆装上头盖组装体125包含保持器环(retainer ring) 130和由所述保持器环130固定就位的圆柱形顶头盖225，所述保持器环130在其外周上具有形成螺纹锁紧啮合的第二系列螺纹锁紧脊135，其中所述第二系列螺纹锁紧脊135构造和排列为与所述第一系列螺纹锁紧脊118共同作用，以将催化剂筒200锁入所述转化器100中并密封所述转化器100。内部空间105a可以基本上是半球形或基本上是椭圆形形状。转化器可以含有可移除的催化剂筒。转化器提供足够的壁厚度以在高温/高压下进行反应，而可移除的催化剂筒对于运输、插入和移除来说足够轻。螺纹锁提供快速的移除和替换。
[0009]催化剂筒200可以包括:圆柱形外壳，所述圆柱形外壳具有顶端205和底座206;立管220，所述立管具有延伸至接近所述圆柱形外壳的高度的上端，和套在所述入口管106上并与所述入口管106流体连通的下端；一个以上在所述底座中的出口开口 216;和安置所述外壳内的催化剂。催化剂筒的这种构造特别适合于转化器。
【附图说明】
[0010]根据在此仅作为说明并参考附图给出的用于化学反应器的催化剂筒的详述，
【申请人】在本文中公开的内容的更多的细节和优势将变得清楚，在附图中:
[0011 ]图1A是本实用新型的装置的转化器的平面图；
[0012]图1B是图1A的转化器的分解视图；
[0013]图2A是本实用新型的装置的转化器的侧视图；
[0014]图2B是图2A转化器的沿线2B-2B的剖视图；
[0015]图3是转化器底部的详细横截面视图；和
[0016]图4是转化器顶部的详细横截面视图。
【具体实施方式】
[0017]本文所述的是一种用于容纳催化剂筒的转化器容器，尤其是用于在高压和/或高温下进行的化学反应，其是化学反应器的部分。在一些化学反应中，经常为粒料或颗粒等形式的催化剂，当活化时非常不稳定，并且甚至可能自燃，需要将整个催化剂床覆盖在非反应性气体，如氮或一种惰性气体中。
[0018]当需要这种催化剂时，装载和卸载反应器可能非常危险，因为必须避免与周围空气的接触。因此，催化剂不能仅以常规方式倒入催化剂床中，而是如上文所述，在装载和卸载操作期间必须用非反应性气体覆盖。
[0019]
【申请人】开发了一种独特的系统，用于通过使用筒，将这种不稳定的催化剂运输和转移至、运输和转移入以及运输和转移出化学反应器，所述筒填充有在其化学活化之前的催化剂前体，并且在催化剂活化和插入反应器过程中相对周围空气密封。
[0020]然而，为了将催化剂筒制造为足够轻以运输至反应器列、插入反应器列和从反应器列移除，圆柱形外壳的壁厚度不足以当反应物在高压和/或高温下通过催化剂床时保留它们。
[0021]因此，现在公开的装置是用于容纳催化剂筒的转化器容器，所述催化剂筒在化学反应器列中位置基本固定，并且因此可以被构造为具有更厚的壁和适于高压/温度操作的密封装置。转化器包裹催化剂筒并且设计为允许所述筒容易地移除和插入，以更新催化剂。
[0022]现在将更具体地描述附图中描述的实施方案中的装置。
[0023]图1A是本文要求的装置的转化器容器100(有时称为“转化器”)的平面图，该图从底部显示它。所述转化器100整体上基本上是圆柱形，具有底部105、中部110和直径比装置其余部分稍大的顶部115。底部105由入口管106(优选地位于中间)和至少一个出口孔108(偏离所述入口管)穿孔。
[0024]图1B是图1A的转化器的分解图，其另外图示了，入口管106包括至少三个不同部分:入口管连接法兰106a，用于连接用于化学反应物流体的输入管;减小的直径的入口管插入部106b，将其改变大小和构造为套在催化剂筒的立管220内(图2B);和连接法兰106c，通过所述连接法兰106c，入口管螺栓固定于转化器100底部。转化器的顶部115具有保持器环130，所述保持器环在其外周上具有纵向系列的间断的螺纹锁紧脊135。
[0025]图2A是转化器100的侧视图，并且图2B是图2A沿线2B-2B的剖视图，其更详细说明整体系统。例如，作为入口管106的总体排布，可以看到出口孔108与下部105的内部空间105a之间的流体连接。同样，在横截面视图中可以观察到顶部115的内部排布。显示了，在转化器内具有顶部205、底部206和立管220(优选布置在所述筒中央)的催化剂筒200的排布，使得立管220的下端套在入口管106的上插入部106b上，该组合提供了化学反应物到催化剂的入口(为了清楚，未显示)。催化剂筒底部的出口开口 216为化学产物提供出口。筒还可以在其顶部装有吊钩(未显示)，以利于利用如高架起重机将筒提进或提出转化器容器。
[0026]筒一般可以是圆柱形形状，具有0.1至10米(m)，如0.2至5m、或甚至0.5至2m的外径，和I至20m，如1.5至10m、或甚至0.5至5m，并且优选0.2至3m的长度。立管220的上端延伸至接近筒顶，比如筒顶的约10%以内，或甚至筒顶的约5%以内，并且在催化剂床顶部以上(为了清楚，未显示)，从而进入筒的化学反应物被输送至顶部并从立管220离开，然后至催化剂床顶部，通过重力它们经其渗透，或由反应物进料的压力推动。
[0027]螺纹锁紧机构是本领域公知的并且用于例如压力密封军用炮后膛和炮筒。此种机构的构成包括内部和外部圆柱形部件，各自具有分别在圆柱形部件的内周和外周表面上的纵向系列的共同作用(当啮合时)的间断脊。当部件相对于彼此旋转以松开螺纹锁紧时，一个部件上的脊旋转出与另一部件上的共同作用的脊的对齐状态，并且对准一系列空的纵向空间，这允许内部圆柱形部件从外部圆柱形部件中撤出。
[0028]根据图2A和2B中所述的本实用新型，转化器顶部115含有可拆装上头盖125，所述可拆装上头盖是保持器环130和顶头盖225的组合，具有螺纹锁紧机构140，所述螺纹锁紧机构包括在顶部115的内周上形成的纵向系列的间断的螺纹锁紧脊118和共同作用的在保持器环130的外周上形成的纵向系列的间断的螺纹锁紧脊135。当啮合并且在第一方向上旋转时，螺纹锁紧机构140将顶头盖225锁入转化器100中，锁牢催化剂筒200并压力密封转化器。当以相反方向旋转时，螺纹锁紧机构松开并且顶头盖225可以被提出转化器100，提供对用过的催化剂筒200的操作。
[0029]图3是转化器底部105的详细横截面。显示了，入口管106的上部106b具有更小的直径，以利于套入催化剂筒的立管220的下端。底部105具有可以是半球形或椭圆形的内部空间105a和用于移除反应产物的出口孔108。
[0030]图4是其中安置有可拆装头盖125的转化器顶部115的详细横截面，并且其说明了螺纹锁紧机构140的排布，如与保持器环130外周上的螺纹锁紧脊135啮合的在顶部115的内周上的共同作用的螺纹锁紧脊118。
[0031]实施例
[0032]将自燃催化剂的前体装载入根据本文所述的布置在活化容器中的催化剂筒并且在升高的温度用活化气体进行活化约4至8天。在催化剂活化后，其在气体气氛下冷却，用氮气吹扫，并且如果需要，储存在活化容器中直到需要时。然后将活化的催化剂筒移动并装载入用于进行化学反应的具有螺纹锁紧顶部的转化器容器。打开螺纹锁紧并且移开顶部。将催化剂筒用高架起重机插入转化器容器，并且把螺纹锁紧顶部放回并锁入催化剂筒顶部的位置。化学反应开始，直到催化剂失去活性。一旦催化剂变为失去活性，用惰性气体将所有反应气体从筒中吹扫出，解锁并且移开螺纹锁紧机构，并且将用过的筒用高架起重机提出转化器容器。将用过的筒移入钝化容器，其中将去活化的催化剂用控制量的另一种气体随时间钝化，使得催化剂至少较不自燃，或不自燃。然后将不同的可移动筒中的新鲜活化的催化剂插入转化器容器中，并且将螺纹锁紧机构恢复并锁住。更换转化器中催化剂和筒的周转时间总共为约2天或更少，导致催化反应过程的快速重新开始。催化剂筒的移除和替换以及将转化器容器用螺纹锁紧机构密封在两小时内完成。
[0033]比较实施例1
[0034]将自燃催化剂的前体装载入常规反应容器中并且用活化气体在升高的温度进行活化约4至8天。在将所述催化剂活化后，将其在气体气氛下冷却。化学反应开始，直到所述催化剂失去活性。当催化剂变为失去活性时，将其用控制量的另一种气体随时间钝化，从而使得所述催化剂至少较不自燃，或不自燃，这之后，将其从反应容器移出并且用新鲜催化剂前体代替。在化学反应可以重新开始之前，钝化失去活性的催化剂、从反应器卸载钝化的催化剂、将反应器重新填装新鲜催化剂前体，以及活化所述新鲜催化剂所需的时间范围可以从14到21天，导致显著的与每次催化剂更换相关的停机时间。
[0035]比较实施例2
[0036]准备具有由一系列螺栓紧固于容器下部的常规顶部的转化器反应器容器，用于催化剂筒装载。为了保持化学反应的压力，各个螺栓直径约200mm，长约200cm并且重约500kg，十至三十个螺栓以基本上圆形的方式围绕顶部分布。分别将各个螺栓旋开，需要最少两个人或小型起重机将各个螺栓提起。当移除所有螺栓后，将转化器容器的顶头盖用高架起重机移开，并且将催化剂筒插入转化器容器中。将顶头盖放回，并且将各个螺栓插入围绕顶头盖周围的螺栓孔中。必须使用液压拉紧或扭转设备将各个螺栓准确地扭转至正确的规格，需要总共约24小时来完成催化剂筒的替换。
[0037]在通过参考特定实施方案描述和说明本实用新型的装置的同时，本领域普通技术人员将理解，所述装置本身适于不是必须在本文所述的改变。那么，因此，为了确定本实用新型的装置的真正范围，仅应该对所附权利要求进行参考。
【主权项】
1.一种用于化学反应器的转化器(100)，所述转化器(100)包括: 底部(105)，所述底部(105)包含具有内部空间(105a)的圆柱形的壳，竖直延伸通过所述底部(105)的底端的入口管(106)，和至少一个偏离所述入口管(106)并且延伸通过所述底端的出口孔(108); 中部(110)，所述中部包括中空圆柱形容器，与所述底部(105)密封流体连通； 顶部(115)，所述顶部(115)包括直径大于所述中部(110)的圆柱形的壳，具有螺纹锁紧机构(140)，所述螺纹锁紧机构(140)包括在所述顶部(115)的内周上的第一系列螺纹锁紧脊(118)，用于密封所述转化器;和 可拆装上头盖(125)，所述可拆装上头盖(125)包含保持器环(130)和由所述保持器环(130)固定就位的圆柱形顶头盖(225)，所述保持器环(130)在其外周上具有形成螺纹锁紧啮合的第二系列螺纹锁紧脊(135)， 其中所述第二系列螺纹锁紧脊(135)构造和排列为与所述第一系列螺纹锁紧脊(118)共同作用，以将催化剂筒(200)锁入所述转化器(100)中并密封所述转化器(100)。2.权利要求1所述的转化器，其中所述转化器构造和排列为将所述圆柱形催化剂筒(200)接收和支撑在所述转化器内。3.权利要求1所述的转化器，其中所述催化剂筒(200)包括: 圆柱形外壳，所述圆柱形外壳具有顶端(205)和底座(206); 立管(220)，所述立管(220)具有延伸接近所述圆柱形外壳的高度的上端，和套在所述入口管(106)上并与所述入口管(106)流体连通的下端； 一个以上在所述底座中的出口开口(216);和 安置所述外壳内的催化剂。
【文档编号】B01J8/06GK205613394SQ201520709885
【公开日】2016年10月5日
【申请日】2015年9月14日
【发明人】赵增勋, 迈克尔·C·奎因三世, 约翰·J·奥斯特麦尔, 道格拉斯·J·里斯特勒
【申请人】因温斯特技术公司