用于为一个接触管束反应器输送热交换剂的泵 【技术领域】
本发明涉及一种用于为一个接触管束反应器输送热交换剂的泵，以及该泵的一个应用。
背景技术
接触管束反应器通用的结构包括一个基本上为圆柱形的容器，在该容器内通常以垂直的布置方式安装有一束即多个接触管。所述容纳有在一些情况下被支承的催化剂(器)的接触管以其端部密封地固定在管底壁上，并分别通入一个在上端部或下端部与所述容器相连的罩盖。通过该罩盖向接触管输送或由接触管导出贯穿流过的反应混和物。引导一热交换剂回路通过围绕接触管周围的空间，以特别是在进行具有强烈热效应地反应时实现热平衡。
对于该热交换剂回路已知，应在反应器的每个水平区段实现基本上均匀的热交换剂的温度分布，以尽可能使所有接触管都均匀地参与到反应过程中(例如，DE-B-1601162)。如在例如DE-B-3409159中所作说明，通过分别安装在反应器端部的外部环形管道进行热供应或热消散(散热)而实现温度分布的平整，所述环形管道具有多个壳体开口。
另一种热传递的改进方案是通过装入一个转向板实现的，该转向板交替地在反应器的中央和反应器的边缘打开一个通过截面。这种设置特别适用于具有一自由中央空间的环形布置的管束，并由例如GB-B-310175已知。转向板导致相对于接触管的横向流动，由此引起流动速度和热传递量的提高。
对于接触管数量为大约10000到50000，特别是约15000到33000的，且附加地装备有转向板的大型反应器，热交换剂的压力损失相对极高。
在这种反应器中，在上部环形管道和下部环形管道之间设置泵系统是适宜的，其中将热交换剂例如通过一环形管道输入反应器的下部区域。
如果直接将熔融盐泵入反应器上部部分或上部环形管道，则必需的4到5m的输送高度要求一种技术上不利的且易发生故障的泵系统，此外这还是由于昂贵的泵轴密封装置、较长的泵轴、以及通过泵轴传递至下部电机轴承的较大热量。此外，上述输送高度还要求在高处设置一个熔融盐平衡容器，而出于安全原因该平衡容器是不希望的。整个泵压力都作用在轴密封装置上。
在反应器的上端输入热交换剂，即与同样在反应器上端输入接触管的反应混合物为并流/同向流，已知地对于反应进行是有利的(对比DE-A-4431449)。
对比逆向的流动方式，同向流动具有一些优点，例如较高的流量、较低的催化剂热点温度、在接触管内存在朝向反应终点方向希望的热交换剂的温度升高、在反应器截面上好的热交换剂的温度均匀性，即好的水平温度分层、由于不存在由热交换剂产生的反馈/回授(Rueckkoppelung)而在反应器空间的高度上具有清晰的运行状态。
但是，如果热交换剂例如直接通过一上部的环形管道输入反应器的上部区域，并通过例如下部的环形管道直接从反应器的下部区域导出，如DE-A-4431449说明的反应混合物和热交换剂的同向流动方式会在泵系统方面造成上面所述困难。
由DE 19836792已知，在一个接触管束反应器中，可以利用上部和下部环形管道之间的空间输入热交换剂以使其转向，其中在向下部环形管道输入热交换剂的同时可以具有利用经过验证的泵装置使热交换剂和反应混合物同向流动的优点。为此还建议，在上部环形管道和下部环形管道中分别设置一个柱筒状的中间壁，该中间壁分别将所述环形管道分隔成一个内侧管道和一个外侧管道。热交换剂被导入外侧的下部环形管道，并从这里以已知的方式通过壳体开口被导入包围接触管的空间，在此通过转向板形成回纹形的流动，所述外侧的下部环形导管通过上部和下部环形导管之间的区域与内侧的上部环形导管相连通。热交换剂通过壳体开口离开反应器下部部分的包围接触管的空间并进入内侧的下部环形管道。该内侧的下部环形管道则又通过上部和下部环形管道之间的区域与外侧的上部环形管道相连通。
【发明内容】
与此相反本发明的目的在于，为下述问题提供另一种特别是制造技术上较简单的解决方案，即虽然利用常用的，即是从下面输送的泵装置输送热交换剂，但其中还应实现使热交换剂在上部区域进入一垂直竖立的接触管束反应器的接触管之间的中间空间。上述问题应以简单的方式，特别是在不对反应器本身进行改动的情况下，得到解决。
该目的是通过一个带有一个泵导管的用于向一个带有一束具有垂直设置的纵向轴线的接触管的反应器输送热交换剂的泵实现的，该泵优选地分别通过一个环形管道，在反应器的上部区域输入热交换剂，以及从反应器的下部区域导出热交换剂。
由此本发明的特征在于，所述泵具有一个包围泵导管的壳体，该泵在壳体的下部部分具有一个开口，通过该开口借助泵从反应器下部区域排出的热交换剂流入壳体，然后在壳体的内壁和泵导管的外部之间的区域内，在一些情况下经过一个热交换器向上流动，然后通过泵导管上部区域内的一个开口流入泵导管的内部空间，从上至下贯穿流过该空间并通过泵导管下部区域的一个开口流入反应器，并流入接触管之间的中间空间的上部区域。
本发明在向反应器输入以及导出热交换剂的设计方面不仅限于此。热交换剂的输入和导出可以优选地分别通过一个环形管道实现。但也可以采用其它的流体引导装置，例如通过在反应器空间内相互对立的无接触管的空间，如在DE-A 19857842中结合具有矩形横截面的反应器模块一起说明的那样。
在一个优选实施例中，热交换剂通过泵导管下部区域内的一个开口流入壳体内壁和泵导管外壁之间的另一个中间空间，从下至上穿流过该中间空间并最终通过该空间上部区域内的一个开口流入反应器，并流入接触管之间的中间空间。
在另一个优选实施例中，泵设置在较高的位置，以使该泵优选地通过一个上部环形管道直接向一个带有接触管束的反应器内输送热交换剂，使其进入接触管之间的中间空间。
在该实施例中，有利地设置有一个或多个从反应器的上部区域通入泵的排气管道。如果设有多个排气管道，这些排气管道则特别是对称地分布地设置在反应器的周向，并在通入泵之前汇聚成一个集管。所述排气管道例如可以设计成以小的距离布置在上部管底下方的反应器壳体上的支管，或设计成由反应器内部空间通向反应器外部的管底本身上的通孔。所述排气管道优选地沿泵壳体的外壁特别是直接与其相邻地向上延伸。由于该实施例不需要附加的外部加热装置，因此在热技术上是有利的。
根据需要也可以这样设计所述排气管，即其在泵内的液面以上或以下的通入该泵。
这样根据本发明一个泵具有一个壳体，该壳体引起由泵输送的热交换剂的转向。
根据本发明的泵优选地是一个螺旋桨式泵，特别是具有一个带有三个或多个叶片的螺旋桨。
为了输送用于向接触管束反应器供应反应热或从接触管束反应器消散反应热的液态的通常为熔融盐的热交换剂，使用轴向输送泵，通常为螺旋桨式泵。螺旋桨式泵借助在泵导管内转动的螺旋桨输送希望的液体，在当前情况下为热交换剂，例如一种熔融盐或一种载热油。螺旋桨到泵导管之间优选地具有一个在2到10mm之间的间隙。在此要求在泵导管内从上向下输送液体，这是因为否则特别会出现密封问题。泵导管基本上是一个包围所述螺旋桨的空腔圆柱体。
在当前情况下在泵导管周围设置有一个壳体，该壳体包围泵导管，并且与以恰当的位置设置在泵导管上的开口一起这样地设计该壳体，以引起热交换剂在泵内的转向。
此外该壳体在其下部区域还具有一个开口，从反应器中排出的热交换剂通过该开口流入，并在泵导管和壳体的内壁之间的一个区域内被向上引导，通过泵导管上部区域的一个开口流入泵导管的内部空间，并象通常情况一样由上向下穿流过该空间，通过该空间下部区域的一个开口离开该空间，并最终在反应器的上部区域内重新输入进反应器。
泵导管和壳体上的开口不是在泵导管或壳体的整个横截面积上延伸的，而只是占据泵导管或壳体横截面积的20到50％，优选地为30％。可以通过适当的支撑杆加固被去除的区域，即开口处。也可以以这样的方式实现泵导管或壳体上的开口，即泵导管或壳体在相应的区域由一个开孔的板件形成，或在该区域具有切缝。
壳体可以制造上简单地设计为具有矩形横截面，但是也可以，特别是在较高压力载荷的情况下，将壳体设计成具有圆形的横截面。
优选地在壳体的一个或多个热交换剂转向区域内设置有转向板。
在一个优选实施例中，在螺旋桨下方设置有一个带有叶片的出口导向装置，以消除流体中的旋转/涡流。优选地这样设计该出口导向装置，即其被贯穿流过的横截面对应于螺旋桨区域内被穿流过的横截面。
在一个优选实施例中，在泵轴的下端设置有一个在一个轴承/支承件内转动的轴销。由此，因为上部轴承的载荷较小，螺旋桨可以以较大的周向速度运转，可以减小螺旋桨和泵导管内壁之间的间隙，泵运行得较为精确并需要较少的维护。因此泵可以完成较大的体积流量和较高的输送高度。如果泵输送熔融盐作为热交换剂，则该热交换剂本身就对轴承起润滑作用。此外还可以用钨-碳-钢(Wolfram-Carbid-Stahl)对轴承进行加强。
根据本发明的泵特别适于用于进行散热的或吸热的反应特别是氧化反应的接触管束反应器。
附图的简要说明
下面根据附图对本发明进行详细说明。
其中
图1示出一个用于使热交换剂在泵中转向的泵的优选实施例，图1a中为剖视图；
图2示出另一个用于使热交换剂在泵中转向的优选实施例，图2a中为剖视图；
图3示出在泵轴下端具有一个轴销的另一个实施例；和
图4示出另一个可选方案，其中泵设置在反应器的上方并可以直接向反应器的上部环形管道内输送热交换剂。
具体实施形式
图1示出一个使的热交换剂6在其中转向的泵1，该泵具有导管13，包围导管13的壳体14以及设置在壳体14内的热交换器18，该导管在其上部区域内具有一个入口16并在下部区域内具有一个出口17。所述热交换器只是示例性地示出，同样也可以将泵设计成不具有热交换器。图1a中的D-D剖面示出了壳体14在横截面内的矩形结构。在螺旋桨20的下方设置有一个带有叶片22的出口导向装置21。优选地在壳体14内的一个或多个热交换剂6的转向区域内设置有导向板19。
图2示出另一个用于使热交换剂6转向的泵1的实施例，图2a中为E-E剖视图，其中与图1中所示不同，如图2a中的剖视图所示，壳体14在横截面内为圆形且围绕所述泵导管13设置。
图3示出一个泵的优选实施例，该泵在泵轴的下部带有一个在轴承24内转动的导向轴销23。
图4示出一个带有螺旋桨20以及具有叶片22的出口导向装置21的泵1的一种特别有利的结构形式，该泵直接向一个具有一束接触管2的反应器的上部环形管道25内输送热交换剂。下部环形管道的参考标号为26，通过该环形管道由泵1将热交换剂抽出。对应于所示的优选实施例，在从下部环形管道26通往泵1的输入管道内可以安装一个热膨胀补偿器28，且从反应器的上部区域导出一个在泵内液面的上方通入所述泵的排气管道27。在这种结构形式中还可以有利地在壳体14内的热交换剂的转向区域内设置导向板。