用于催化方法的反应器面板.pdf

一种用于催化方法的模块式反应器面板(1)，包括原料集管(5)、产品集管(7)和相邻的槽道(3)，每个槽道(3)均具有从进入端延伸到离开端的长度，并且其中，进入端直接地连接并通向原料集管(5)，而离开端直接地连接并通向产品集管(7)，并且其中，原料集管(5)具有至少一个到原料线(51)的连接部(9)，并且产品集管(7)具有至少一个到产品线(55)的连接部，其中，原料集管(5)和产品集管(7)中的至少一个的一部分(21)是可拆卸的，从而能够进入槽道端部。一种反应器，包括包含一个或多个所述反应器面板(1，29)的外壳(47)，还包括原料线(51)和产品线(55)，且面板(29)连接至原料线(51)和产品线(55)。

1.  一种用于催化方法的模块式反应器面板(1)，包括原料集管(5)、产品集管(7)和相邻的槽道(3)，每个槽道(3)均具有从进入端延伸到离开端的长度，并且其中，所述进入端直接地连接并通向原料集管(5)，而所述离开端直接地连接并通向所述产品集管(7)，其中，原料集管(5)具有至少一个通向原料线(51)的连接部并且产品集管(7)具有至少一个通向产品线(55)的连接部，并且其中，原料集管(5)和产品集管(7)中的至少一个的一部分(21)是可拆卸的，从而能够进入槽道端部。

2.  如权利要求1所述的面板，其特征在于，槽道(3)以至多两行布置，每行界定了平的或弯曲的面(31)，所述面(31)基本上平行地延伸。

3.  如权利要求1或2所述的面板，其特征在于，所述面板(3)为矩形并且槽道基本上平行地延伸。

4.  如权利要求1至3中任一项所述的面板，其特征在于，每个槽道(3)的进入端和离开端中的至少一个以筛网材料(17)结束。

5.  如权利要求1至4中的任一项所述的面板，其特征在于，每个槽道(3)均在其长度的至少一部分上连接至其相邻的槽道。

6.  如权利要求1-5之一所述的面板，所述面板由平行的第一板(31，33)和第二板(33，31)组成，以基本上平行的第一对外边缘和连接所述第一对外边缘的第二对外边缘作为边界，其中，至少所述第一板(31，33)包括交替的平连接带(35)和具有进入端和离开端的槽道凹槽(41)，所述平连接带(35)和槽道凹槽(41)垂直于所述第一对外边缘延伸，其中，所述板至少沿着第二对外边缘和连接带(35)连接在一起，将第一板(31，33)的槽道凹槽(41)与第二板(33，31)的相对部分结合成槽道(3)，该面板还包括均与第一对外边缘基本上平行地延伸的原料集管(5)和产品集管(7)，原料集管(5)与槽道(3)的进入端连接，并且产品集管(7)与槽道(3)的离开端连接。

7.  如权利要求6所述的面板，其特征在于，至少所述第一板(31，33)具有原料集管凹槽和产品集管凹槽，该原料集管凹槽基本上平行于第一对外边缘中的第一边缘并且直接地沿着所述第一边缘或者由第一平边缘带使之与所述第一边缘分开地延伸，该产品集管凹槽基本上平行于所述第一对外边缘中的第二边缘并且直接地沿着所述第二边缘或者由第二平边缘带使之与所述第二边缘分开地延伸，所述第二边缘与所述第一边缘相对，其中，板在边缘带、连接带处沿着所述外边缘接合在一起，将第一板的原料集管凹槽、产品集管凹槽和槽道凹槽与所述第二板(33，31)的相对部分相组合而分别形成原料集管(5)和产品集管(7)和槽道(3)。

8.  如权利要求6所述的面板，其特征在于，原料集管(5)和产品集管(7)中的至少一个作为单独元件连接至槽道(3)的相应端部。

9.  如权利要求6-8之一所述的面板，其特征在于，两个板(31，33)均在镜像位置处具有所述凹槽(41)和带(35)，其中一个板的凹槽和带面向另一个板的镜像的凹槽和带。

10.  一种反应器，其包括有外壳(47)，该外壳包含如权利要求1至9中任一项所述的一个或多个反应器面板(1，29)，该反应器还包括原料线(51)和产品线(55)，面板(29)连接至原料线(51)和产品线(55)。

11.  如权利要求10所述的反应器，还包括用于沿着面板输送加热介质或冷却剂的装置。

12.  如权利要求10或11所述的反应器，其特征在于，面板的基本上所有槽道(3)均容纳有催化剂。

13.  如权利要求12所述的反应器，其特征在于，催化剂作为固定床设置在槽道(3)中。

14.  如权利要求10-13中任一项所述的反应器，其特征在于，在外壳和反应器面板之间布置有热屏蔽装置。

15.  如权利要求10-14中任一项所述的反应器用于进行多相催化放热或吸热反应的应用。

用于催化方法的反应器面板
技术领域
本发明涉及一种用于催化方法的反应器面板、包括这种面板的反应器和所述反应器用于执行多相催化放热或吸热反应的应用。
背景技术
Klaus Dieter Henkel等人在Ullmann Encyclopedia；ReactorTypes第1-33页(2005 Wiley VCH Verlag Weinheim)中广泛地描述了催化反应器的反应器类型和工业应用。
多相催化方法在用于生成许多关键产品和中间物的化学技术中扮演了重要的角色。在这些方法中，流体反应物特别是气体、液体和超临界流体在存在固体催化剂的情况下起反应，其中固体催化剂可以表现为颗粒例如小球或粉末，或连续物质例如反应器壁上的涂层。用于多相催化方法的适当反应器包括例如固定床反应器。具有固定催化剂的固定床的反应器的特点是大温度梯度的出现，尤其是在高吸热反应或放热反应与大料床直径结合时。对于吸热反应，还有不稳定操作的危险。
固定床反应器可以由除热或供热的类型进行分类。如果反应方法对于固定床中的最小或最大温度强加了特殊要求，反应器的设计必须能够利用热传递面积和固定床体积之间大的比值来进行有效的供热或除热。这可以通过使固定床直径最小并且通过在反应器容积内部提供附加的传热面积实现。用于这种反应器的一种已知设计是频繁地用在化学工业中的多管式反应器。这些管式反应器对于由供热或除热的温度控制具有有利情形并且不具有移动的机械部分。然而，它们需要非常高度的专门化，通常涉及复杂的设计和很高的投资成本。
多管式反应器应用于例如甲醇合成、氨水合成、部分氧化反应、醋酸乙烯酯合成、甲基特丁基醚类合成和费-托反应。该类反应器提供了比热交换面积的某些调整量而用于有效地除热或供热，并且该反应器还包含足够狭窄以限制径向温度梯度的反应槽道。
在多管式反应器中，很多管紧固地连接至顶部集管板和底部集管板中的孔中。管填充有催化剂并且管束置于壳内。加热介质或冷却剂在管道之间循环。反应物供给顶部集管板或底部集管板并且在管上分配它们自己。在流经管时，与催化剂接触的反应物反应成最终产品且最终产品从与原料侧相对的管中流出。反应物和产品流和加热/冷却介质流必须保持为分开的。
多管式反应器显示出了多个缺点。为了限制温度梯度，狭窄的管是优选的。然而，管越狭窄，就需要越多管来获得期望的反应容积和生产量。这些管中的每一个均连接至反应器的顶部集管板和底部集管板，并将连接至反应物分配集管和产品收集集管且将充满催化剂。这几乎总是导致管的数目和直径之间的非最佳的折衷。而且添加更多的管使实现期望的加热/冷却流态更加复杂。另外，供给的原料看起来并没有在各种管中均匀地分布。
另一个缺点是到两种集管的刚性连接会由于管的热膨胀而导致机械应力和多管式反应器的频繁机械故障。这可能会导致反应物流或产品流与加热/冷却介质流之间不希望的接触并且需要生产停止和修理。其它缺点是用于从实用流中进行分离工序所需的复杂集管结构和导致的多管式反应器的高投资成本。另外，原料分布不均导致管的堵塞和相邻管的自推动堵塞效应。另一个缺点是填充管的冗长过程。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于化学反应的反应器，它具有更廉价的结构，更易于维修并且停机时间更短。
依照本发明该目的是通过提供一种反应器面板实现的，该反应器面板允许以模块方式构建一种包含多个反应槽道的反应器。
因此本发明提供了一种用于催化方法的模块反应器面板，它包括原料集管、产品集管和基本上平行的相邻槽道，每个槽道均具有从进入端延伸到离开端的长度，并且其中，进入端直接地连接并连通原料集管而离开端直接地连接并连通产品集管，并且其中，原料集管具有至少一个到原料线的连接部，而产品集管具有至少一个向产品线的连接部，并且其中，原料集管和产品集管中的至少一个的一部分是可拆卸的，从而能够进入槽道端部。
每个面板均是自支撑模块，并且由这些作为模块的面板可以建造具有期望尺寸和容积的反应器，特别是用于进行多相催化方法的反应器。在这些反应器中，在至少一个集管的可拆卸部分已经拆卸之后，可以很容易地接近所述槽道以进行清空、净化和(重新)充装催化剂，其中，面板可以单独和很容易地在反应器中更换，面板在尺寸上允许很大的通用性并且在应用冷却/加热介质以获得沿着槽道的期望温度分布图方面给予了很大的灵活性。
代替已知的多管式反应器中的单个巨型管道束，所需的反应容积可以由多个反应器面板形成，每一个反应器面板均比单个管道束更轻并且更易于处理、维护和置换催化剂。在维护期间，不必从反应器升起重而庞大的管道束。增大反应容积并不需要将越来越多的单个管连接到相同的底板和顶板上，而是可以通过添加更多或其它类型的面板而很容易地实现。
由US3,453,087已知一种模块式转化炉，它包含一行连接到原料集管和产品集管上的反应管或槽道(“竖琴式”)。然而，这些基本部分并没有形成独立的模块面板而是需要炉的结构支撑并且集成到炉中，所述集管之一甚至置于炉外部。
另外，所述槽道并未直接地连接到原料集管上而是每个均单独地通过猪尾管式膨胀圈。这导致槽道、原料和产品集管的组合不能是自支撑的，这与依照本发明的面板即由槽道到集管的直接连接的自支撑元件相反。这允许面板悬挂在反应器中而它们的下端是自由的，从而允许面板的热膨胀而不需要用于每个单个槽道的膨胀圈。作为已知结构的另一个缺点，如参考文献中第8栏第16至20行所述的那样，只有从槽道和原料集管单独地、一个接一个地移除膨胀圈的两端才可能进入槽道。在依照本发明的面板中，仅仅移除集管的可拆卸部即可一次直接进入所有槽道。
反应器面板包括原料集管、产品集管和连接原料集管与产品集管的基本上平行的相邻槽道。因此供给原料集管的原料反应物将从槽道的进入端向其离开端流经所述槽道而进入产品集管。在操作中，槽道将充满适当的催化剂，并且反应物将在流经槽道时与催化剂接触而转化为期望的产品。然后所形成的产品将从产品集管离开面板。
应当指出，反应器面板还适于用于气体催化剂或起爆剂。在该情形中，在原料流进入原料集管之前，气体或液体形式的催化剂添加到反应物中。在与加热的反应物接触时，液体将蒸发为气体。当面板用于均一催化反应时，可以省略后面描述的用来防止固体催化剂从反应槽道中掉出来的结构元件。
依照本发明的面板的优点还适用于使用气体催化剂的反应，如果它是用于焦炭移除而非用于更换催化剂的话。
槽道的进入端直接地连接并直接地通向原料集管，这理解为具有开口连接，来自原料集管的反应物可以通过该开口连接进入所述槽道中，该集管内可以看到槽道的进入端。因此“直接地”可以理解成不包含中间结构元件如猪尾管、波纹管、管道等而仅仅采用直接连接方式如栓结法兰和焊接。
以相似的方式，离开槽道的产品可以进入产品集管中。
原料集管和产品集管具有连接至原料线和产品线的装置而分别地用于向面板供给反应物并且从面板移除所形成的产品。这些装置例如可以包括螺纹端部、法兰或用于在流体运输设备中形成连接的其它已知设备。
在它们的端部之一连接到原料集管并且在另一个端部连接到产品集管的槽道的组合形成了一个稳定的结构，该结构允许面板悬挂在反应器外壳内部且仅仅在其顶侧进行支撑。这允许面板的热膨胀，与多管式反应器中的顶部集管板和底部集管板以及管束的组合相比，这仅仅导致极小的应力。
优选地，每个槽道的至少一个端部以允许流体反应物和产品经过的筛网材料结束。然而，筛网材料中的任意开口应该足够小以将颗粒催化剂保持在槽道中，避免由重力作用或由流经槽道的流体原料和产品流将催化剂带入集管之一。该筛网材料将可拆除地装接以便于催化剂填充、移除和重新装满管。
原料集管和产品集管中的至少一个是整体上或部分地可拆卸的，从而能够进入槽道端部。
部分可拆卸的集管可以包括由可拆卸部分锁定的开口。该可拆卸部分可以铰接到能够进入打开位置的集管边缘，或者所述可拆卸部分可以是能够连接至开口并且揭开开口的松动部分。该可拆卸部分必须气体密封和液体密封地连接到集管上并且还优选地很容易移动。该连接可以通过将可拆卸部分螺栓固定到集管上建立，但是该部分也可以沿着用于拆卸该部分的焊接线焊接到集管和地面上。
在拆卸可拆卸部分之后，开口允许进入槽道端部。这允许容易地进行清空、净化和重新装满槽道。优选地，这种开口出现在原料集管和产品集管这两者中。这允许通过一个集管清空槽道，将面板放置成该集管在比所述另一个集管的更低的位置并且从上面通过所述另一个集管重新装满所述槽道，而保持面板在同一个位置。
开口可以布置在面向槽道的端部的集管壁中或者布置在垂直于槽道的长度方向的壁中。这两者中的前一个实施例由于最容易进入而是优选的。
槽道以至多两行布置，每行界定了一个平面或曲面，这些面基本上平行地延伸。因此面板沿第一尺寸保持细长并且提供了相对于它们的容积而言很大的面积而用于热交换。
术语“基本上”应理解为沿着相同的方向延伸且在面板的任意对槽道之间的相互偏差至多为5°，优选地至多为3°并且更优选地小于1°。优选地，槽道沿一个直的或弯曲的行布置以适应面板将放入其中的反应器外壳的形状。然后原料集管和产品集管遵从成行的所述槽道的形状。因此面板是平的，并且当所述面板以适当的距离平行布置时，在面板之间的空间中流动的冷却/加热介质可以很容易地进入槽道，从而允许对槽道进行精确的温度控制。
面板中的槽道可以按行布置，所述槽道在其长度上直接接触或间隔开。如果它们是间隔开的，所述槽道优选地在它们的长度的至少一部分上连接到相邻槽道上。这些连接提供了附加的加热/冷却表面，并且优选地，所述槽道在它们的全部长度上彼此连接。这些连接可以是在槽道的最短距离之间连接槽道的带，但是也可以是沿着面板的表面延伸并且在槽道的总长度的一部分上连接到槽道上的薄板。这些带的宽度因此等于相邻槽道之间的距离。为了实现从带到槽道或者从槽道到带的有效的热传输，带的宽度通常小于最大槽道直径并且优选地小于该直径的50％乃至25％。适当的宽度范围为最多4厘米；优选地该宽度为3厘米或更小。所述连接还促进了槽道之间的热交换，甚至还减小了面板中的热应力。
其尺寸不同于所述第一尺寸的面板除了由多行槽道构成之外可以具有任意形状。这种形状的实例包括矩形、平行四边形和不等边四边形。为了应用在箱形或圆柱形反应器外壳中，基本上矩形形状是最实用的，其中槽道基本上平行地延伸。当面板将包含在反应器外壳的截头圆锥形部中时，梯形形状是最实用的。在这种面板中，槽道将彼此成角度地延伸。
依照本发明的面板可以简单和廉价地构造，例如由基本元件如管、褶皱板、配件、片材并利用公知的施工技术如焊接、螺栓连接和其它方式。
在一个优选实施例中，依照本发明的反应器面板由平行的第一和第二板组成，以第一对基本上平行的外边缘和连接第一对外边缘的第二对外边缘作为边界，其中，至少所述第一板包括交替的平连接带和具有进入端和离开端的槽道凹槽，带和槽道凹槽垂直于第一对边缘延伸，其中，所述板至少沿着第二对外边缘和连接带连接在一起，从而将第一板的槽道凹槽与第二板的相对部分结合成所述槽道，该面板还包括与所述第一对外边缘基本上平行延伸的原料集管和产品集管，该原料集管与所述槽道的进入端连接并且产品集管与所述槽道的离开端连接。
原料集管和产品集管还可以形成为一个或两个板中的凹槽与第二板凹槽的相对部分的组合。
在该情形下，至少第一板具有原料集管凹槽和产品集管凹槽，该原料集管凹槽基本上平行于所述第一对外边缘中的第一边缘延伸，并且直接地沿着所述第一边缘或者由第一平边缘带使之与所述第一边缘分开地延伸，该产品集管凹槽基本上平行于所述第一对外边缘中的第二边缘延伸，所述第二边缘与所述第一边缘相对，该产品集管凹槽直接地沿着所述第二边缘或者由第二平边缘带使之与所述第二边缘分开地延伸，其中，板在边缘带、连接带处并且沿着所述外边缘接合在一起，从而将第一板的原料集管凹槽、产品集管凹槽和槽道凹槽与所述第二板的相对部分相组合而分别形成原料集管、产品集管和槽道。
该实施例具有仅仅可拆卸部分必须作为面板的单独元件提供的优点。
在另一个实施例中，作为单独元件的原料集管和产品集管中的至少一个连接至槽道的相应端部。
该实施例具有的优点是槽道入口和离开端的可接近性更通用并且催化剂筛网和原料分配板的放置和移除更加容易。
该面板可以由例如用于制造集中供暖散热器面板或在汽车工业中的已知技术很容易并且具有高通用性地建造。通过例如热压将金属板形成为期望的形状和轮廓而允许制造具有复杂形状和轮廓图案的板。在被称为冷液压的构建该面板的另一种适当工艺中，两个平板在边缘的位置处以及其中在将成形的面板中板应该连接的所有其它位置处焊接在一起，并且在两个板之间施加液压从而使非焊接部分膨胀到所需的槽道和集管中。
优选地，沿着第二对边缘中的每一个提供平的边缘带而用于沿着该边缘更牢固紧固面板。
除了到原料线和产品线的连接之外，面板接头应该是气体密封和液体密封的。而且板的平带与相对板之间的连接应该是气体密封和液体密封的，因此提供了沿着其长度闭合的槽道。整体上来说，除了到原料线和产品线的连接之外，面板应该是气体密封和液体密封的。该要求适用于依照本发明的任意面板，无论它是由单个部分还是由两个平行板构成的。
依照该实施例面板基本上由两个紧密地连接的金属板构成，例如通过在金属板的表面区域的至少一部分上将它们焊接或螺栓连接在一起。这样，一个板中的凹槽就由另一个板的相对的相对部分与环境封隔开，因此形成所需的槽道和集管并且在一个实施例中还包括一个或多个单独的集管。
板中的至少一个具有所需形状，另一个可以是平的但是优选地两个板都具有相配合图案的相似形状。在这种配合图案的第一和优选实例中，两个板都在镜像位置处具有所述凹槽和带，其中一个板的凹槽和带面向另一个板的镜像凹槽和带。
特别地，两个板中的镜像凹槽的深度可以是不同的。
作为配合图案的第二实例，原料集管和产品集管处于镜像位置，而交替的平带和反应凹槽处于交错的镜像位置，这样一个板的反应凹槽面向另一个板的平带，反之亦然。在这种情形下，平带的宽度优选地大于凹槽的宽度。然后，板的平带的至少一部分沿着它们的长度与相对板的平带接触，因此，在由槽道凹槽形成的槽道之间提供了一个分离的区域。在本实施例中，面板包含两行平行的槽道。
在由两个板构成的面板中提供了必需的空置的空间即槽道和集管。在这一方面，原料集管形成为一个板的原料凹槽和另一个板的镜像原料凹槽的组合。产品集管也是如此。
原料凹槽和产品凹槽可以提供为连接到槽道凹槽的单独的凹槽。它们也可以由槽道凹槽的可能较浅的端部和出现在平带的端部处并延伸超出平带的相同深度的凹槽构成，因此形成沿着第一对边缘延伸的连续凹槽。优选地，连续凹槽的边缘已经向内或向外弯曲以形成可拆卸部分安装在其上以允许进入所述槽道的法兰。
在槽道凹槽和连接带的端部上应用相同的结构以允许独立的原料集管和/或产品集管的固定安装。
槽道呈现为一个板的槽道凹槽和另一个板的相对部分的组合。该部分可以是所述另一个板的槽道凹槽、平带或另一个平部。
槽道将充满催化剂颗粒，其方式为尽可能避免存在沿着槽道的整个长度延伸的空置的空间。因此可以防止在进入端处进入槽道的流体在未充分地与催化剂接触且仍然未反应的情况下到达离开端。尽管槽道的横截面可以具有任何形状，但是出于上述原因，槽道的横截面优选地具有平滑的规则形状而没有锐角。这种形状的实例是圆、椭圆或具有倒角棱边的多边形。
依照本发明的面板的另一个优点是不同的形状可以出现在一个面板中，特别是在由两个板构成的面板中。槽道的横截面的形状可以是沿着槽道的长度相同，但是也可能是其形状沿着槽道的长度而改变。作为一个实例，槽道的横截面可以是一维或两维的截头圆锥形。
面板用于化学反应器中并且将在槽道中进行化学反应。因此形成面板的结构元件应该由与所述反应和工艺条件以及它们将暴露所至的部件匹配的材料构成。在化学反应条件下使用的已知材料是金属、金属合金和陶瓷材料。应用保护覆层在本领域中也是已知的。普通技术人员将能够鉴于预期使用目的而选择适当的材料。优选地，材料显示出足够的导热率。
面板的尺寸主要地由槽道的长度和数目确定。这些值的范围可以很宽，取决于反应类型、生产量、预计使用的催化剂的大小和类型。因为面板的一大优点是其模块特性，面板阵列的尺寸比用于同样反应的反应器中所需的单个多管式管道束要小得多并且具有相同的生产量。
槽道的横截面面积将取决于催化剂的类型和反应的类型。该反应越放热或吸热，该面积将越小以避免催化剂床中不均一的反应剖面图特别是大的径向温度梯度，并且确保足够的热从催化剂床传递到槽道壁或从槽道壁传递。实践中，所述面积将在5平方厘米和300平方厘米之间。优选地该面积小于200平方厘米、或100平方厘米甚至50平方厘米。
比槽道的面积更关键的是槽道的横截面的最小直线尺寸。优选地，从槽道横截面区域的任意点到槽道壁的最短直线距离最多为3.5厘米。更优选地，该距离至多为2.5厘米。槽道的形状可以是圆形、椭球形或没有尖锐棱边的其它光滑和规则的形状。
槽道不必具有过于平的形状以允许在其内部产生期望的流动。为此，作为实际规则，在使用固体催化剂时所有最短的直线距离中最长的距离应该优选地至少为1厘米，并且在使用气体催化剂时至少为2毫米。
槽道的长度可以在宽的边界内变化，上限长度潜在地由在槽道的长度上的压降限制。该压降也可以取决于催化剂床的类型和密度。适当的长度将从0.5米到10米不等。
槽道的壁厚将足以抵抗例如由压差、重力或安装活动施加在它上面的机械作用力，且该厚度在面板是由两个平行板构成时是板的厚度。在较高端部处，对于由两个平行板组成的依照本发明的面板，该厚度实际上受到通过常规技术形成板的要求的限制。实际的厚度可以从0.5毫米到5毫米不等。
相应地，面板的尺寸将由组成部分的尺寸之和确定。作为一个实例，沿槽道的长度方向的该尺寸将至少等于槽道的长度加上沿该方向原料集管和产品集管的高度。而且在空间上垂直于槽道的长度方向的面板的厚度将至少等于槽道沿该方向的直径加上槽道的壁厚和外表面上任意薄层的厚度。
本发明还涉及一种包括包含如上文所述依照本发明的一个或多个反应器面板的外壳的反应器，该反应器还包括原料线和产品线，且面板连接至原料线和产品线。
因此依照本发明的反应器特别是用于进行多相催化方法的反应器，其包括多个反应器面板而不是单个巨型管道束。因此可以通过组合适当数目的适当设置尺寸的面板来以模块方式实现相同的反应器生产量。
与一个包含单个管道束具有相同生产量的依照本发明的反应器将包含多个面板，每个面板均远远地小并轻于单个管道束。这些面板更容易处理并且与传统的反应器相比依照本发明的反应器更容易维护。在维修期间，不必从反应器升起重而庞大的管道束。增大反应器容积并不需要将越来越多的管连接到相同的底板和顶板上，而是可以通过添加更多或其它类型的面板而很容易地实现。
而且依照本发明的反应器相对于热交换性能提供了很大的通用性。面板的相对位置和距离可以自由地选取，允许生成通过槽道的预期和有效的热交换流和图案。相反，在包括单个管束的反应器中，管在束上的分布是固定的并且不能自由地选择或很容易地改造。
依照本发明的反应器可以用于连续和批量的反应工艺。
作为依照本发明的反应器的另一个优点，如果槽道失效、泄露或其它事件，在生产恢复之前仅仅所涉及的面板必须由反应器移除和替换或截断。在生产继续时可以针对每个面板脱机进行修理或重新装满。在由单个管束构成的已知反应器中，在修理完成之前都会停止生产。
面板连接至原料线用于反应物的供给，并且连接至产品线而用于反应产品的移除。可以通过到依照本发明的面板中出现的那些线的连接来建立该连接。在反应器技术领域中建立这种连接是常规的。不同的面板例如可以连接至反应器外壳内部或外部的原料歧管或分配器，该歧管或分配器又会连接至公共原料线，从外部的原料库或其他原料储存部中提供所需原料。歧管或单独的连接线将优选地适当地设置尺寸(例如通过它们的直径)，从而确保进入的原料在面板上的均匀分布。而且优选地，从面板到原料线的连接是柔性的，这样，面板和到原料线的连接之间的热膨胀之差可以被吸收，使应力最小。实现该灵活性的结构元件在本领域中是已知的，并且可以提及的实例为原料线包含猪尾管部分或波纹管形连接部分。
在每个面板的槽道上的均匀原料分布是由每个槽道内的压降控制的。优选地，每个催化剂管的进入端均设置有适于在进入管的原料流上施加近临界压降的限流装置。这保证了到达槽道的恒定原料流速，即使当槽道并未精确地具有相同的压降时。压降中的差异可能会由于催化剂在相当大的范围内的填充或包装的差异而发生并且也可能在焦炭形成的操作中发生。近临界压降定义为导致流速为临界流速的至少50％优选至少70％且更优选至少80％的压降。
从原料集管到槽道的压降可以通过限制槽道的入口的面积进行控制。通常地，面板将竖向地安装在反应器中并且一筛网将布置在底端以保持催化剂。如果原料是在顶侧进入，则可在该顶侧布置小板，所述小板用于封闭进入端且带有一个或多个具有适当尺寸的孔以达到期望的压降。这种小板可以具有从小板向下延伸到槽道中的开口小管。如果原料在底端进入，用于保持催化剂的筛网可以具有适当数目和尺寸的孔且具有期望的原料入口面积以实现期望的压降。或者，与这种尺寸设置成仅仅保持催化剂的筛网结合，还可以在槽道的底部布置用于闭合所述进入端且带有一个或多个具有适当尺寸的孔的小板，这种小板可以具有从小板向上延伸到槽道中的开口小管。还可以仅仅使用具有如下特点的小板来闭合槽道的入口，这种小板具有管功能同时作为在槽道中保持催化剂并且确定进入槽道中的原料流的设备。由输入数据例如原料集管中的压力、槽道的数目、槽道上的期望压力和槽道的长度来计算孔的适当数目和尺寸对于本领域的技术人员是很简单的。优选地，所有小板以可拆卸的方式安装以允许更容易地充满被排空的槽道。
面板还连接至产品线而用于收集所形成的产品并将所形成的产品带到反应器外部以用于进一步的处理。
面板通常竖直地置于反应器中。槽道基本上竖向地延伸并且集管将基本上水平地延伸。面板通常彼此相距一定距离平行地布置。该距离可以取决于预期的热交换流态并且范围可以在1毫米和3厘米之间。更大的距离是可能的但是已经证明对于热交换更低效并且还需要更大的热交换气流。“面板之间的距离”在此意味着在一个面板的槽道与相邻的面板的相对部分、槽道、集管或带之间测量的两个相邻的平行面板之间的最短垂直距离。
在面板的所有实施例中，当产品集管和原料集管中的至少一个沿垂直于面板的平侧的方向延伸到槽道的外部时是有利的。在这种情形下，相邻面板之间的距离在集管处比在槽道处更小。这就对进入相邻面板之间的加热介质引入了压力限制，从而可以促进加热介质在反应器中的面板行中的更均匀的分布。
面板可以安装在反应器内，所述面板被支撑但是优选地并未固定到外壳的结构元件上。优选地，当收缩或膨胀时面板可以相对于外壳移动。这避免了在面板和外壳之间出现热应力。
优选地，面板仅仅在其较高端处悬挂支撑。这允许面板的热膨胀或收缩仅仅导致最小的应力，从而增大了面板的使用寿命和可靠性，并因此增大了反应器整体的使用寿命和可靠性。
反应器的外壳屏蔽内部反应器容积而使其与周围环境相分开，并且将具有适于调节反应和热交换状况的反应器外壳的正常和已知性能。反应器的内部仅仅通向受控的输入管道和输出管道而用于原料、产品、热交换介质和用于操作反应器的已知其它正常效用的供给和输出。
在外壳和反应器面板之间可布置隔热屏。这用于防止面向外壳的外部面板被也将由交换介质加热或冷却的外壳辐射。这种辐射将导致外部面板比内部的面板更热或更冷。如果过热，则甚至会导致在外部面板的槽道中形成焦炭。这些隔热屏可以例如是冷却板或加热板。它们也可以是依照本发明的反应器面板，但未填充催化剂，且热交换介质流经槽道。
反应器还包括用于沿着面板输送加热介质或冷却剂的装置。
加热或冷却的气体或液体可以用作热交换介质，例如蒸汽和烟气是适当的热交换介质。热交换介质的流动方向可以与从槽道的原料进入端到其产品离开端的流动方向逆流、并流或交叉流。可以提供挡板以引导所述流但是在依照本发明的反应器中并不是必要的。
在反应器中，两个相邻的面板可以沿着第二对边缘的长度由允许面板进行相对运动的带连接，形成双面板。所述带可以例如弯曲的或具有锯齿形或波纹管形。因此在两个连接的面板之间形成在其顶端和底端处的开放的空间。包含这种连接的双面板的反应器包括多个空间，这些空间可以独立地连接至仅仅与彼此面向的双面板表面接触的第一热交换介质。然后其它面板表面可以和组分和/或其它性能与所述第一热交换介质不同的热交换介质接触。这允许反应器中热交换流态的进一步调整。如果第一热交换介质是蒸汽，在已经沿着表面流动之后，它可以与原料混合以对其进行预热。
另外，反应器还将设置本领域中已知所需的其它设备和器械而用于可靠、安全和有效地利用该类反应器。
面板的槽道可以容纳适于预期将在反应器中进行的反应的催化剂。催化剂可以以颗粒提供，但也还可以作为槽道壁上的覆层。在这种情形下，槽道应该很狭窄，特别是槽道的最大径向尺寸应该在5毫米和10厘米之间。更大的尺寸是可能的，但是可能会由于反应器槽道容积和其催化剂涂敷表面的不利的比值而更低效。
该反应器特别地适于进行其中需要由反应生成的热的交换或是反应需要热的交换的反应。特别是，多相催化反应可以在依照本发明的反应器中有效和具有更大通用性地进行。优选地，催化剂作为固定床出现在槽道中。催化剂优选地为微粒形式。与槽道的最小径向尺寸相关的适当尺寸的催化剂是催化反应器领域中的公知常识。通常，催化剂的颗粒尺寸将小于0.1倍的槽道直径。更大的直径是可能的，但是可能会出现反应物在槽道壁和催化剂床之间发生泄露的风险。
鉴于上述情况，本发明还涉及依照本发明的反应器用于进行多相催化放热或吸热反应的应用。
这种化学反应的实例包括例如乙烯、二甲苯、萘、丙烯、丙烯酸脂(acryloine)、甲醇和乙醇的部分氧化、例如苯与乙烯或丙烯的烷化、例如C2-C8链烷、乙苯或环己醇的脱氢、(脱)水反应、加氢醛化反应和氧氯化反应。
附图说明
本发明将由下面的示意性附图进一步阐明但是并不限于此。
在这些附图中：
图1是由单独的元件构成的依照本发明的面板的前视图；
图2是该面板沿着线A-A的剖面图；
图3是该面板使其开口开启的顶视图；
在图4中，图4a-d显示了面板部分的前视图，显示了未连接和通过机械方式热连接的相邻槽道的各种实施例；
在图5中，图5a-5d显示了图4a-4d沿着线B-B的剖面图；
图6显示了多个适当的槽道横截面形状；
图7是由两个平行板构成的依照本发明的矩形面板的前视图；
图8是图7的面板沿着线C-C的剖面图；
图9是图7的面板沿着线D-D的剖面图；
在图10中，图10a-10d显示了垂直于槽道的长度方向的用于平行板的不同组合的横截面；并且
图11是依照本发明的反应器的立视图。
应当指出，在附图中，原料槽道在面板的顶侧，但是在依照本发明的面板和反应器中，还可以使该原料侧在面板的底部。
具体实施方式
在图1中显示了由作为槽道的管3组成的面板1，每个槽道均连接至原料集管5和产品集管7。原料集管5具有连接至原料线的连接部9。产品集管7具有连接至产品线的连接部11。
在图2中，槽道3通过置于槽道3的进入端处的小板15中的孔13与原料集管5连通。槽道3通过催化剂阻滞筛网17与产品集管7连通。在原料集管5顶部的开口19使用可拆卸部分或盖子21锁上。
在图3中，原料集管5中的开口19被解锁(盖被除去)并且可以看到延伸几乎其整个长度并且可以进入槽道3。
在图4a中槽道3未连接。在图4b中，槽道3a-3d由单独的平带23两两连接以增强面板的机械刚度和热交换性能。在图4c中，槽道3e至3h使用沿着槽道的长度延伸的平带25连接至每个相邻的槽道上，其具有相似但是增强的效果。在图4d中显示了平板27的一部分，连接到它所覆盖的槽道3上。
在图5a-5d中，槽道3是未连接的或由带23和25和平板27连接它们的中心部分。
在图6中显示了槽道3的各种适当的槽道横截面形状。相邻的槽道由平带25连接。
在图7中显示了面板29，它由前板31和(不可见的)镜像后板33组成。槽道3和槽道带35从原料集管5延伸，延伸至产品集管7。原料集管5的最高边界形成第一对外边缘的第一边缘并且产品集管7的最低边界形成该第一对外边缘的第二边缘。面板29还具有连接部9以连接至原料线以及连接部11以连接至产品线。它还具有连接至原料集管5的支撑凸起37。
在图8中，板31和33的平的槽道带连接在一起，并且通过机械方式地但是气体密封和液体密封地将原料集管5与产品集管7连接在一起。原料集管5和产品集管7是连接至板31和33的向外弯曲带39的单独的元件。原料集管使用盖子21闭合。
在图9中，板31和33的镜像凹槽41形成槽道3。该槽道3通过置于槽道3的进入端处的小板15中的孔13与原料集管5连通。槽道3通过催化剂阻滞筛网17与产品集管7连通。在原料集管5顶部的开口19使用盖子21锁上。孔13和筛网17允许气体或液体从原料集管5移动到产品集管7。
在图10a中，板31具有交替的槽道凹槽41和平的槽道带35，而相对的板33是平的。在图10b中，板31和33在两个板的镜像位置中具有相同深度的槽道凹槽41和平的槽道带25。图10c类似于图10b，唯一的差异是板31中的槽道凹槽35比板33中的槽道凹槽更深。在图10d中，两个板31和33均具有槽道凹槽41，但是现在是在交错的镜像位置，并且在凹槽之间具有平的槽道带35。在图10a-10d的所有情形下，板结合在一起形成槽道3。在所有图中，平的边缘带出现在板31和33的端部处。
在图11中，附图标记45指示的是具有外壳47并且包含如图7中所示一列反应器面板29的反应器。原料连接部9连接至结束于原料线51的柔性原料歧管49。产品连接部11连接至结束于产品线55的柔性产品歧管53。原料线51和产品线55可以连接至用于原料和产品的存储装置(在此未显示)。
面板29使用它们的支撑凸起37而坐置在托梁57和59上而非固定到其上，且托梁57和59形成反应器45的外壳47的一部分。除了在顶部的该支撑之外，面板29自由地悬挂在反应器中。