专利名称：等温反应器的制作方法
技术领域：
在更一般的意义上，本发明涉及一种包括大致柱形壳(或者压力容器) 类型的化学反应器、在所述的压力容器中的反应区和热交换单元，所述柱 形壳在相对的端被各自的底部关闭，至少一个催化床(或篮)被定位在所 述压力容器中，所述热交换单元被嵌入所述的催化床。
特别地，本发明涉及上面提及的类型的反应器，所述反应器的内部结 构设计成使反应气体和气体反应产物沿径向、轴径向或者轴向穿过催化剂 床(相对于所述反应器的压力容器的轴)，并且包括热交换单元，所述热 交换单元包括多个外形大致呈盒状的热交换器，以在它们的内部定义一个 腔体供工作热交换流体通过。
更特别地，本发明涉及前述类型的反应器，在所述反应器中能够预先 检测机械受损的热交换器的存在，并且涉及一种用于检测这种受损的热交 换器的方法。
背景技术：
在上面提及的类型的反应器在本领域内是熟知的。对于实现在基本等 温条件下引导的放热和吸热化学反应，它们是特别有用的，换句话说，也 就是在反应温度被控制在预定值附近的相对窄范围内的值的条件下。
在这样的反应器中，工作流体去除或者带走反应环境(催化床)的热 量的事实促进了预定的化学反应放热的或者吸热的动力，而使得所述反应 朝向完成进行，其中所述工作流体穿过各个热交换单元。
在该说明书的剩余部分以及后续的权利要求中，前述类型的反应器由 以下术语定义伪等温的或者短时等温的反应器。
大家都知道，在这些等温反应器的工作期间，所述热交换单元的热交 换器(通常称作板)可能经受机械损伤从而导致处理气体(也就是反应气 体和气体反应产物)与流动在所述传导器中的热交换流体接触的可能。这样的机械损伤主要是腐蚀和/或热冲击现象，或者制作缺陷的结果。
更特别地，上述的机械损伤可能包括板上经常出现在焊接点上的小裂 纹的形成，只要工作的热交换流体的工作在比操作过程压力更低的压力 下，工业气体可以通过上述小裂纹进入受损的板的腔中，与工作的热交换 流体混合，或者在工作的热交换流体工作在比操作压力更高或者基本相等 的压力情况下，工作的热交换流体可以通过上述小裂纹从所述受损的板中 泄漏。
这可能发生在，例如，用于生产甲醇的等温反应器中，在所述反应器 中，热交换板中由工作在比操作过程压力更低的压力下的冷却剂穿过(例
如，沸水)。实际上，在所述情况下，诸如CO， H2和甲醇的过程气体，可 以穿过所述受损板的裂缝，并且被冷却水吸收。
不用说，随着对热交换板的损伤程度不断增大，上述的缺陷会越来越 严重地负面影响至少反应器的生产率和操作安全性。
也应该知道，在与板存在损伤相关的迹象(例如，反应器的性能下降， 反应器过热和/或热交换流体的压力变化)可能出现的情况下，辨别所述 受损的板以对其进行更换或者修复，需要停工和维修时间，如果人们考虑 到在所述的反应器中板的数目非常大(在数百量级)并且所述损伤在尺寸 上很小这样导致很难发现，这就会耽误太长时间。而且，如果要将所述反 应器停机用于维修操作，那么需要将所有的板用压力下的热交换流体设 置，通过所述流体的相应损失来确认受损的板。
因此，在本领域需要具有这样的等温反应器，其中在需要替换或者维 修受损的板的情况下，为了充分减少所述反应器的停机和维修时间，能够 以简单的和经济的方式检测受损的热交换板的存在可能性。
发明内容
因此，在本发明的基础上，技术问题是提供一种满足前述要求的等温 反应器。
通过本发明的等温反应器上述问题被解决，所述等温反应器包括压力 容器、在所述压力容器中的反应区域和至少一个热交换单元，其中所述压 力容器由各自的底部在相对的端处被关闭，至少一个催化篮定位在所述压力容器中，所述至少一个热交换单元被嵌入所述的至少一个催化篮中，每 个热交换单元包括多个热交换器，每一个热交换器具有被工作的热交换流 体穿过的内腔，所述反应器的特征是，它包括用于从每个热交换单元中的 预先设定的热交换器的组中采集工作的热交换流体的样本的装置，以便通 过分析各个工作的热交换流体的样本，确认在所述的热交换器的组中受损 的热交换器存在的可能性。
优选地，上述的工作的热交换流体的样本是通过上述的采集装置从各 个交换器组中的热交换在工作的热交换流体的出口处采集的。
优选地，对于每个交换器组，上述的采集装置包括工作的热交换流 体的收集器管，其与在所述工作的热交换流体从所述交换器出口处的交换 器组中的每一个交换器流体连通；以及工作的热交换流体的采集管，其与
所述的收集器管和反应器的外部流体连通。
优选地，交换器组中的采集管在它们的末端部分被分组到各束中，并 且每束管穿过所述反应器的底部或者反应器的压力容器，以使得各个采集 管与所述反应器的外部流体连通。
优选地，每个热交换单元中的交换器中的每一个都有平的、板状的结 构，所述结构主要包含细长的矩形构造，其中所述矩形构造的长边与所述 压力容器的轴线平行，其短边相对于其径向延伸。
本发明还涉及一种用于检测在上述类型的等温反应器中至少一组热 交换器中受损的热交换器的存在的方法。所述方法包括以下步骤
一从所述的至少一个热交换单元的至少一组热交换器中采集工作的 热交换流体的至少一个样本；
一通过分析工作的热交换流体中所述的一个样本或所述的多个样本， 确定在所述的至少一组热交换器中是否存在受损的交换器。
本发明是基于将受损的交换器或者板的搜索限定在热交换单元的某 一组板(或者某多组板)中的，而不是像现有技术需要的那样在整个热交 换单元中搜索。
根据本发明的优选实施例，上述是通过从交换器的每一个定义的组中 用各自的采集管采集工作的热交换流体的至少一个样本、然后分析每个样 本来确定包含受损的板的该组板(或者多组板)实现的。对来自多组板的工作的热交换流体的样本进行的分析的目的在于确 定在所述的流体中是否存在处理气体，这将揭示反应器内的受损的板的存 在。由于从反应器中采集的热交换流体的每个样本都与某一组板(或者某 多组板)相关联，因此有可能确认包含受损的板的那组板(或者多组板)。
从上述内容可以获得的优点是清晰的，同时也是有重要意义的。通过 本发明确实能够实现上述与工作的反应器有关的操作，因此在已经完成分 析并且由此已经确定了包含受损的板的该组或者该多组板后，可以延迟用 于维修操作的反应器的停机。而且，由于需要介入的部件已经知道了，就 能够对要执行的工作进行预先编程，来将用于更换包含受损的板的多组板 和维修确认的组中的受损的板的操作所需的时间最小化，因此可以大幅减 少维修时间。
也应该知道，对来自各个组的板的热交换流体的样本的分析是非常简 单的，并且不需要复杂的以及昂贵的设备。
例如，在生产甲醇的等温反应器的实施例中，足以检测出在冷却液中
存在不可冷凝的过程气体，在该特定的实施例中是CO和H2的混合气体，
在通用的分析仪器的帮助下，也可能通过用一种非常简单的方式来实现。 参考附图，本发明进一步的特征和优点可以从以下根据本发明的过程 的用于展示而非限制目的的实施例的描述中变得更清楚。
在以下附图中
图l示出根据本发明的实施例的径向等温反应器的透视局部剖视图； 图2示意性示出图1中的反应器的热交换单元的一组热交换器(板)透视图。
具体实施例方式
参照图l，附图标记l自始至终表示等温反应器，所述反应器包括压力
容器2，所述压力容器2具有垂直轴，并且分别由下底部3和上底部4在相对 端关闭，通常配置有通道6， 8，该通道分别用于使反应气体进入到所述等 温反应器l中和使气体反应产物从所述等温反应器l中排放，并且还配置有人孔5和通道7，用于催化剂的释放。
在压力容器2中定义了反应区域或者环境，其中至少一个大致圆柱状 的催化篮10被与所述压力容器2同轴支撑，并且由它定义了宽度小的内部 空间11以及中心管12，所述中心管12沿着所述压力容器本身的轴延伸。
催化篮10被穿孔以形成从所述内部空间11到所述反应区域9的所述反 应气体通道，然而也能够渗透所述气体的中心管12具有关闭的上端12a和 打开的下端12b，其与底部3的通道8进行直接的流体连通。
催化篮10被设定为包含大量的适当的催化剂(未示出)，在其中嵌入 了自始至终用附图标记13表示的热交换单元并且用一种本身已知的方式 支撑。
所述热交换单元13具有整体的圆柱形构造，其具有比所述催化篮IO
的内径小或者与之基本相等的外径，以及比所述径向管12的外径大或者与 之基本相等的内径。
特别地，根据图l中示出的优选的(但不限于)实施例，所述热交换 单元13包括多个热交换器14，所述热交换器14沿径向规则地分布成同轴和 同心的两行。参照图2，每一个交换器14具有平的、大体盒状的结构，所 述结构包含大致细长的矩形构造。根据图l的设置，在热交换单元13中， 所有的交换器14都设置有平行于所述压力容器2的轴的长边14a和相对于 其径向延伸的短边14b和14c。
更特别地，每一个交换器14都包括一对并列的金属板，它们通过周长 焊接以预定的相隔一定间隔的关系连接在一起，使得在它们之间限定了一 个腔，所述腔设定为供工作的热交换流体穿过。
根据本发明，在所述反应器1的热交换单元13在所述交换器14的每一 个同轴的行中具有多个交换器组16以及从所述收集器管17向所述反应器1 的外部伸出的各个采集器管18,每个组16配备有各自的收集器管17，其与 对应的所述组16中的每个交换器14流体连通。更特别地，如图2更好地示 出的那样，每个交换器组16包括沿径向设置有各个收集器管17的一套四个 交换器14，所述收集器管17通过各自的配件19，与装有从所述交换器14 的腔流出的热交换流体的收集器管20流体连通。很显然，在每组16内部的 交换器14的数目可以根据偶然和具体的需要改变，因此在所述附图中示出的多套的四个交换器14应该认为是根据本发明的交换器组的一种示例性
而不是限制目的的实施例。
回到图l，应该注意到，每一个收集器管17的高度设置成靠近对应的 组16的交换器14的上侧短边14c的高度，而每一个采集管18延伸到各个要 设置成与所述反应器1的外部流体连通的各个收集器管17上方。更特别地， 根据本发明的优选实施例，交换器组16的采集管18在各自的末端部分被分 成不同的束40，并且每一管束40穿过反应器1的上底部4，其中各个管都结 合通过嘴21。在图l中示出的该非限制性的实施例中，每一管束40包括两 个分别与内侧共轴排上的交换器14的组16以及外侧共轴排上的交换器14 的组16相关联的流体采集管18。
以这样的方式，能够在具备确保所述反应器l保持足够的机械强度的 优点情况下，大幅降低在所述反应器l中所需的用于放置与所述反应器l的 外部进行液体连通的采集管18的开口的数目，以及嘴21的数目。显然，尽 管优势会变小，但仍能够预见到每个采集管18被设置为与所述反应器的外 部通过分别在上底部3或下底部4上，或者在所述反应器的压力容器2上对 应的开口形成直接的流体连通。
在所述反应器l中，嘴21可以与用于分析通过收集器管17和采集器管 18所采集到的热交换流体的样本的传统仪器连接。
根据本发明的等温反应器l还包括用于将流体交互的热交换流体通过 管状配件31向顶部输送的管30，所述管状配件31具有两个环形的输送分配 管32， 一个用于每一个共轴排的交换器14，并且以与它保持预定间隔的关 系设置在所述热交换单元13以下。输送管30穿过压力容器2，在所述穿过 的位置，所述输送管30通过适当的与之连接的嘴35被接合至所述反应器1 的外部直到所述工作流体(例如包括沸水，或者熔盐或者类似物)的非典型 性的源。
所述环形的输送分配管32通过管状配件33依次与上方各个共轴排的 热交换器14形成流体连通，其中所述各个共轴排的热交换器14用于分配在 其内部的热交换流体。
除了上述的热交换单元13，所述反应器1还包括两个同心的环形管27， 一个用于每个热交换器14的共轴排，它容纳来自上述的各个收集器管20、从交换器14流出的热交换流体。
同心的环形管27通过管状配件26与具有从热交换器14流出的热交换 流体的通用的收集器管25流体连通，之后与将所述流体排到所述反应器l 的外部的排泄管23。
所述排泄管23穿过所述反应器1的上底部4，其中，其通过与之连接的 嘴24接合到所述反应器1的外部，以满足不同用途。
本发明主要解决上面提及的技术问题并且获得了前面已经描述过的 多种优点，包括的主要的一个是，包含能够以一种简单的和成本高效的方 式，在不用使所述反应器停机的情况下，检测与预定组热交换器相关的受 损的热交换器存在的可能性。
也应该知道，尽管本发明本身特别有助于工作在工作的热交换流体的 压力下的反应器，所述压力小于过程气体的工作压力，但是它与工作流体 的压力高于或者基本上等于过程气体的工作压力的情况同样有效。实际 上，在所述情况中，如果存在可能与所述交换器的板的损伤可能性有关的 迹象，同样有可能在不使反应器停机的情况下，通过在预定的时间周期内 降低所述反应器的生产能力来检测受损伤的交换器的存在，所述受损伤的 交换器可能与预定组的热交换器相关联，在所述预定的时间周期内，所述 工作的热交换流体被降压以使其具有比过程压力更低的压力，并且对从所 述热交换器中获取热交换流体的样本，用于用以前描述的方式进行分析。
如此涉及的本发明能够进行进一步的改动和变化，所有的改动和变化 都在本领域技术人员可以理解的范围内，并且所述内容被由所附的权利要 求所限定的的本发明本身的保护范围覆盖。
权利要求
1. 一种等温反应器(1)，包括压力容器(2)、在所述压力容器(2)中的反应区域(9)和至少一个热交换单元(13)，其中所述压力容器(2)由各自的底部(3，4)在相对的端被关闭，至少一个催化篮(10)定位在所述压力容器(2)中，所述至少一个热交换单元(13)被嵌入所述的至少一个催化篮(10)中，每个热交换单元(13)包括多个热交换器(14)，每一个热交换器(14)具有被工作的热交换流体穿过的内腔，所述反应器的特征是，它包括用于从每个热交换单元(13)中的预先设定的热交换器组(16)中采集工作的热交换流体的样本以便通过对工作的热交换流体的各个样本的分析确定在所述的交换器组(16)中存在受损交换器(14)的可能性的装置(17，18)。
2. 根据权利要求l所述的等温反应器(l)，其特征在于，工作的热交换 流体的所述样本是通过上述的采集装置(17, 18)在工作的热交换流体的从 各个交换器组(16)中的热交换器(14)中流出的出口处采集的。
3. 根据权利要求1或2所述的等温反应器(1)，其特征在于，针对每个 交换器(14)的组(16)，所述采集装置(17, 1S)包括工作的热交换流体的收 集器管(17)，所述收集器管(17)在所述交换器(14)的工作的热交换流体的 出口处与交换器组(16)中的每一个交换器(14)流体连通；以及工作的热交 换流体的采集管(18)，所述采集管(18)与所述收集器管(17)和反应器(1)的外 部形成流体连通。
4. 根据之前任一项权利要求所述的等温反应器(l)，其特征在于，交 换器(14)的组(16)中的所述采集管(18)在它们的末端部分被分组到各束(40) 中，并且采集管(18)的每个束(40度过所述反应器的底部(3或4)或者反应器 的压力容器(2)，以便使各个采集管(18)与所述反应器的外部形成流体连 通。
5. 根据之前任一项权利要求所述的等温反应器(l)，其特征在于，每 个所述热交换器(14)都有平的、板状的结构，所述结构包含大致细长的矩 形构造，其中所述矩形构造的长边(14a)与所述压力容器(2)的轴线平行， 其短边(14b,14c)分别在下方和上方相对于它径向延伸。
6. 根据权利要求5所述的等温反应器(1)，其特征在于，每一个收集器管(17)设置在高度接近各个交换器组(16)的交换器(14)的上侧短边(14c) 的高度的位置上，并且每一个采集管(18)从各个收集器管(17)向上延伸， 以与所述反应器(l)的外部形成直接的或间接的流体连通。
7. 根据权利要求6所述的等温反应器(1)，其特征在于，每一束(40) 的采集管(18)通过各自的嘴(21)与所述反应器(1)的所述上底部(4)接合。
8. —种用于检测在根据之前的任一项权利要求所述的等温反应器(l) 中的至少一组(16)热交换器中受损的热交换器(14)的存在的方法，所述方 法包括以下步骤-—从所述的至少一个热交换单元(13)的至少一组(16)热交换器(14)中 采集工作的热交换流体的至少一个样本；一通过分析工作的热交换流体中所述样本，确定在所述的至少一组 (16)热交换器(14)中是否存在受损的交换器(14)。
9. 根据权利要求9所述的方法，其中工作的热交换流体的所述至少一 个样本的采集是在来自所述至少一组(16)交换器(14)的交换器(14)中的所 述流体的出口处执行的。
全文摘要
本发明涉及一种等温反应器(1)，所述等温反应器(1)包括压力容器(2)、在所述压力容器(2)中的反应区域(9)和至少一个热交换单元(13)，其中所述压力容器(2)由各自的底部在相对的端(3，4)关闭，至少一个催化篮(10)定位在所述压力容器(2)中，所述至少一个热交换单元(13)被嵌入所述的至少一个催化篮(10)中，每个热交换单元(13)包括多个热交换器(14)，每一个热交换器具有被工作的热交换流体穿过的内腔，所述反应器的特征是，它包括用于从每个热交换单元(13)中的预先设定的交换器的组(16)中采集工作的热交换流体的样本的装置(17，18)，用于通过分析各个工作的热交换流体的样本，确认在所述的热交换器的组(16)中受损的热交换器(14)存在的可能性。本发明还涉及一种用于检测在前述类型的等温反应器中受损的热交换器的存在的方法。
文档编号G01M3/22GK101443107SQ200780017172
公开日2009年5月27日 申请日期2007年4月27日 优先权日2006年5月12日
发明者埃尔曼诺·菲利皮, 恩里科·里奇, 米尔科·塔里齐 申请人:卡萨尔甲醇公司