用于化學反應器的轉化器的制造方法
【專利摘要】一種用于化學反應器的轉化器100，所述轉化器具有：基本上圓柱形殼形式的底部105，所述底部具有內部空間105a，中部110，所述中部包含中空圓柱形容器并且與所述底部105密封流體連通，頂部115，所述頂部包含直徑大于所述中部110的基本上圓柱形的殼，所述轉化器具有所述頂部115的內周上的螺紋鎖緊機構140，可拆裝上頭蓋125，所述上頭蓋包括圓柱形保持器環(130)和由所述保持器環130固定于適當位置的圓柱形頂頭蓋225，其中所述頂部115和所述保持器環130上的第一和第二系列螺紋鎖緊脊構造和排列為共同作用，從而將催化劑筒200鎖在所述轉化器100中并密封所述轉化器100。
【專利說明】
用于化學反應器的轉化器
技術領域
[0001]本裝置涉及用于容納用于化學反應器的催化劑筒的轉化器，所述筒可以作為單元被具有新的或再生的催化劑的筒替換。該轉化器的結構和設計有利于所述催化劑筒的插入和替換。
【背景技術】
[0002]—些化學反應需要使用非常不穩定的催化劑，比如自燃催化劑，其不能以常規方法裝入反應器中。例如，一些催化劑的反應性使得它們在置于反應器流中之前必須保持密封在惰性氣氛中。
[0003]希望的是具有一種用于將這種活性催化劑轉移至反應器，而不需要將包含的催化劑與周圍空氣接觸的系統。還將有利的是具有一種系統，其中將催化劑裝載入反應器和從反應器中卸載可以比常規反應器系統以更短的時期完成。
[0004]很少的現有技術專利致力于處理這些需求。例如，Dewdney等人的美國專利號3,986，985公開了，熔融并固化的含有至少96.5%的具有1.2:1至1.4:1的氧/鐵原子比的氧化鐵的氧化鐵催化劑通過在氫中加熱被活化并用于有機化合物的氫化，尤其是己二腈向六亞甲基二胺的氫化。該專利建議了，可以將催化劑容納在筒中，所述筒可以被單獨轉移至反應器，但沒有公開或提示所述筒或反應器的任何設計。
[0005]Schirmer等人的美國專利號7，638，039公開了對在反應器內的催化劑的原位替換。在一個實施方案中，所述裝置包括在催化反應器中原位替換催化劑體的方法，所述方法包括從催化反應器內催化層的至少一個模塊化部分原位移除催化劑體并且用包含催化功能的替換體原位替換移除的催化劑體，其中所述層內總催化劑體的至少10%被替換。然而，Shirmer等人沒有公開最初如何用不穩定的催化劑，比如必須在惰性氣體下保持的催化劑裝載反應器。
[0006]此外，很多化學反應必需在高溫和高壓下進行，從而可替換催化劑筒不能被構造為具有足夠厚的壁以容納反應并保持足夠輕而用于插入和替換，甚至在使用重型起重機的情況下。
【實用新型內容】
[0007]本申請公開了一種用于容納用于化學反應器的催化劑筒的轉化器容器，所述筒可以作為單元被具有新的或再生的催化劑的筒替換。與常規化學反應器中的催化劑替換相比，該轉化器容器的結構和設計有利于所述催化劑筒在短時間內插入和替換。
[0008]在一個方面，所述裝置屬于一種用于化學反應器的轉化器100，所述轉化器100包括:底部105，所述底部105包含具有內部空間105a的基本上圓柱形的殼，豎直延伸通過所述底部105的底端的入口管106，和至少一個在徑向上偏離所述入口管106并且延伸通過所述底端的出口孔108;中部110，所述中部包括中空圓柱形容器，與所述底部105密封流體連通；頂部115，所述頂部115包括直徑大于所述中部110的基本上圓柱形的殼，具有螺紋鎖緊(breech 1ck)機構140，所述螺紋鎖緊機構140包括在所述頂部115的內周上的第一系列螺紋鎖緊脊118，用于密封所述轉化器;和可拆裝上頭蓋組裝體125，所述可拆裝上頭蓋組裝體125包含保持器環(retainer ring) 130和由所述保持器環130固定就位的圓柱形頂頭蓋225，所述保持器環130在其外周上具有形成螺紋鎖緊嚙合的第二系列螺紋鎖緊脊135，其中所述第二系列螺紋鎖緊脊135構造和排列為與所述第一系列螺紋鎖緊脊118共同作用，以將催化劑筒200鎖入所述轉化器100中并密封所述轉化器100。內部空間105a可以基本上是半球形或基本上是橢圓形形狀。轉化器可以含有可移除的催化劑筒。轉化器提供足夠的壁厚度以在高溫/高壓下進行反應，而可移除的催化劑筒對于運輸、插入和移除來說足夠輕。螺紋鎖提供快速的移除和替換。
[0009]催化劑筒200可以包括:圓柱形外殼，所述圓柱形外殼具有頂端205和底座206;立管220，所述立管具有延伸至接近所述圓柱形外殼的高度的上端，和套在所述入口管106上并與所述入口管106流體連通的下端；一個以上在所述底座中的出口開口 216;和安置所述外殼內的催化劑。催化劑筒的這種構造特別適合于轉化器。
【附圖說明】
[0010]根據在此僅作為說明并參考附圖給出的用于化學反應器的催化劑筒的詳述，
【申請人】在本文中公開的內容的更多的細節和優勢將變得清楚，在附圖中:
[0011 ]圖1A是本實用新型的裝置的轉化器的平面圖；
[0012]圖1B是圖1A的轉化器的分解視圖；
[0013]圖2A是本實用新型的裝置的轉化器的側視圖；
[0014]圖2B是圖2A轉化器的沿線2B-2B的剖視圖；
[0015]圖3是轉化器底部的詳細橫截面視圖；和
[0016]圖4是轉化器頂部的詳細橫截面視圖。
【具體實施方式】
[0017]本文所述的是一種用于容納催化劑筒的轉化器容器，尤其是用于在高壓和/或高溫下進行的化學反應，其是化學反應器的部分。在一些化學反應中，經常為粒料或顆粒等形式的催化劑，當活化時非常不穩定，并且甚至可能自燃，需要將整個催化劑床覆蓋在非反應性氣體，如氮或一種惰性氣體中。
[0018]當需要這種催化劑時，裝載和卸載反應器可能非常危險，因為必須避免與周圍空氣的接觸。因此，催化劑不能僅以常規方式倒入催化劑床中，而是如上文所述，在裝載和卸載操作期間必須用非反應性氣體覆蓋。
[0019]
【申請人】開發了一種獨特的系統，用于通過使用筒，將這種不穩定的催化劑運輸和轉移至、運輸和轉移入以及運輸和轉移出化學反應器，所述筒填充有在其化學活化之前的催化劑前體，并且在催化劑活化和插入反應器過程中相對周圍空氣密封。
[0020]然而，為了將催化劑筒制造為足夠輕以運輸至反應器列、插入反應器列和從反應器列移除，圓柱形外殼的壁厚度不足以當反應物在高壓和/或高溫下通過催化劑床時保留它們。
[0021]因此，現在公開的裝置是用于容納催化劑筒的轉化器容器，所述催化劑筒在化學反應器列中位置基本固定，并且因此可以被構造為具有更厚的壁和適于高壓/溫度操作的密封裝置。轉化器包裹催化劑筒并且設計為允許所述筒容易地移除和插入，以更新催化劑。
[0022]現在將更具體地描述附圖中描述的實施方案中的裝置。
[0023]圖1A是本文要求的裝置的轉化器容器100(有時稱為“轉化器”)的平面圖，該圖從底部顯示它。所述轉化器100整體上基本上是圓柱形，具有底部105、中部110和直徑比裝置其余部分稍大的頂部115。底部105由入口管106(優選地位于中間)和至少一個出口孔108(偏離所述入口管)穿孔。
[0024]圖1B是圖1A的轉化器的分解圖，其另外圖示了，入口管106包括至少三個不同部分:入口管連接法蘭106a，用于連接用于化學反應物流體的輸入管;減小的直徑的入口管插入部106b，將其改變大小和構造為套在催化劑筒的立管220內(圖2B);和連接法蘭106c，通過所述連接法蘭106c，入口管螺栓固定于轉化器100底部。轉化器的頂部115具有保持器環130，所述保持器環在其外周上具有縱向系列的間斷的螺紋鎖緊脊135。
[0025]圖2A是轉化器100的側視圖，并且圖2B是圖2A沿線2B-2B的剖視圖，其更詳細說明整體系統。例如，作為入口管106的總體排布，可以看到出口孔108與下部105的內部空間105a之間的流體連接。同樣，在橫截面視圖中可以觀察到頂部115的內部排布。顯示了，在轉化器內具有頂部205、底部206和立管220(優選布置在所述筒中央)的催化劑筒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，該組合提供了化學反應物到催化劑的入口(為了清楚，未顯示)。催化劑筒底部的出口開口 216為化學產物提供出口。筒還可以在其頂部裝有吊鉤(未顯示)，以利于利用如高架起重機將筒提進或提出轉化器容器。
[0026]筒一般可以是圓柱形形狀，具有0.1至10米(m)，如0.2至5m、或甚至0.5至2m的外徑，和I至20m，如1.5至10m、或甚至0.5至5m，并且優選0.2至3m的長度。立管220的上端延伸至接近筒頂，比如筒頂的約10%以內，或甚至筒頂的約5%以內，并且在催化劑床頂部以上(為了清楚，未顯示)，從而進入筒的化學反應物被輸送至頂部并從立管220離開，然后至催化劑床頂部，通過重力它們經其滲透，或由反應物進料的壓力推動。
[0027]螺紋鎖緊機構是本領域公知的并且用于例如壓力密封軍用炮后膛和炮筒。此種機構的構成包括內部和外部圓柱形部件，各自具有分別在圓柱形部件的內周和外周表面上的縱向系列的共同作用(當嚙合時)的間斷脊。當部件相對于彼此旋轉以松開螺紋鎖緊時，一個部件上的脊旋轉出與另一部件上的共同作用的脊的對齊狀態，并且對準一系列空的縱向空間，這允許內部圓柱形部件從外部圓柱形部件中撤出。
[0028]根據圖2A和2B中所述的本實用新型，轉化器頂部115含有可拆裝上頭蓋125，所述可拆裝上頭蓋是保持器環130和頂頭蓋225的組合，具有螺紋鎖緊機構140，所述螺紋鎖緊機構包括在頂部115的內周上形成的縱向系列的間斷的螺紋鎖緊脊118和共同作用的在保持器環130的外周上形成的縱向系列的間斷的螺紋鎖緊脊135。當嚙合并且在第一方向上旋轉時，螺紋鎖緊機構140將頂頭蓋225鎖入轉化器100中，鎖牢催化劑筒200并壓力密封轉化器。當以相反方向旋轉時，螺紋鎖緊機構松開并且頂頭蓋225可以被提出轉化器100，提供對用過的催化劑筒200的操作。
[0029]圖3是轉化器底部105的詳細橫截面。顯示了，入口管106的上部106b具有更小的直徑，以利于套入催化劑筒的立管220的下端。底部105具有可以是半球形或橢圓形的內部空間105a和用于移除反應產物的出口孔108。
[0030]圖4是其中安置有可拆裝頭蓋125的轉化器頂部115的詳細橫截面，并且其說明了螺紋鎖緊機構140的排布，如與保持器環130外周上的螺紋鎖緊脊135嚙合的在頂部115的內周上的共同作用的螺紋鎖緊脊118。
[0031]實施例
[0032]將自燃催化劑的前體裝載入根據本文所述的布置在活化容器中的催化劑筒并且在升高的溫度用活化氣體進行活化約4至8天。在催化劑活化后，其在氣體氣氛下冷卻，用氮氣吹掃，并且如果需要，儲存在活化容器中直到需要時。然后將活化的催化劑筒移動并裝載入用于進行化學反應的具有螺紋鎖緊頂部的轉化器容器。打開螺紋鎖緊并且移開頂部。將催化劑筒用高架起重機插入轉化器容器，并且把螺紋鎖緊頂部放回并鎖入催化劑筒頂部的位置。化學反應開始，直到催化劑失去活性。一旦催化劑變為失去活性，用惰性氣體將所有反應氣體從筒中吹掃出，解鎖并且移開螺紋鎖緊機構，并且將用過的筒用高架起重機提出轉化器容器。將用過的筒移入鈍化容器，其中將去活化的催化劑用控制量的另一種氣體隨時間鈍化，使得催化劑至少較不自燃，或不自燃。然后將不同的可移動筒中的新鮮活化的催化劑插入轉化器容器中，并且將螺紋鎖緊機構恢復并鎖住。更換轉化器中催化劑和筒的周轉時間總共為約2天或更少，導致催化反應過程的快速重新開始。催化劑筒的移除和替換以及將轉化器容器用螺紋鎖緊機構密封在兩小時內完成。
[0033]比較實施例1
[0034]將自燃催化劑的前體裝載入常規反應容器中并且用活化氣體在升高的溫度進行活化約4至8天。在將所述催化劑活化后，將其在氣體氣氛下冷卻。化學反應開始，直到所述催化劑失去活性。當催化劑變為失去活性時，將其用控制量的另一種氣體隨時間鈍化，從而使得所述催化劑至少較不自燃，或不自燃，這之后，將其從反應容器移出并且用新鮮催化劑前體代替。在化學反應可以重新開始之前，鈍化失去活性的催化劑、從反應器卸載鈍化的催化劑、將反應器重新填裝新鮮催化劑前體，以及活化所述新鮮催化劑所需的時間范圍可以從14到21天，導致顯著的與每次催化劑更換相關的停機時間。
[0035]比較實施例2
[0036]準備具有由一系列螺栓緊固于容器下部的常規頂部的轉化器反應器容器，用于催化劑筒裝載。為了保持化學反應的壓力，各個螺栓直徑約200mm，長約200cm并且重約500kg，十至三十個螺栓以基本上圓形的方式圍繞頂部分布。分別將各個螺栓旋開，需要最少兩個人或小型起重機將各個螺栓提起。當移除所有螺栓后，將轉化器容器的頂頭蓋用高架起重機移開，并且將催化劑筒插入轉化器容器中。將頂頭蓋放回，并且將各個螺栓插入圍繞頂頭蓋周圍的螺栓孔中。必須使用液壓拉緊或扭轉設備將各個螺栓準確地扭轉至正確的規格，需要總共約24小時來完成催化劑筒的替換。
[0037]在通過參考特定實施方案描述和說明本實用新型的裝置的同時，本領域普通技術人員將理解，所述裝置本身適于不是必須在本文所述的改變。那么，因此，為了確定本實用新型的裝置的真正范圍，僅應該對所附權利要求進行參考。
【主權項】
1.一種用于化學反應器的轉化器(100)，所述轉化器(100)包括: 底部(105)，所述底部(105)包含具有內部空間(105a)的圓柱形的殼，豎直延伸通過所述底部(105)的底端的入口管(106)，和至少一個偏離所述入口管(106)并且延伸通過所述底端的出口孔(108); 中部(110)，所述中部包括中空圓柱形容器，與所述底部(105)密封流體連通； 頂部(115)，所述頂部(115)包括直徑大于所述中部(110)的圓柱形的殼，具有螺紋鎖緊機構(140)，所述螺紋鎖緊機構(140)包括在所述頂部(115)的內周上的第一系列螺紋鎖緊脊(118)，用于密封所述轉化器;和 可拆裝上頭蓋(125)，所述可拆裝上頭蓋(125)包含保持器環(130)和由所述保持器環(130)固定就位的圓柱形頂頭蓋(225)，所述保持器環(130)在其外周上具有形成螺紋鎖緊嚙合的第二系列螺紋鎖緊脊(135)， 其中所述第二系列螺紋鎖緊脊(135)構造和排列為與所述第一系列螺紋鎖緊脊(118)共同作用，以將催化劑筒(200)鎖入所述轉化器(100)中并密封所述轉化器(100)。2.權利要求1所述的轉化器，其中所述轉化器構造和排列為將所述圓柱形催化劑筒(200)接收和支撐在所述轉化器內。3.權利要求1所述的轉化器，其中所述催化劑筒(200)包括: 圓柱形外殼，所述圓柱形外殼具有頂端(205)和底座(206); 立管(220)，所述立管(220)具有延伸接近所述圓柱形外殼的高度的上端，和套在所述入口管(106)上并與所述入口管(106)流體連通的下端； 一個以上在所述底座中的出口開口(216);和 安置所述外殼內的催化劑。
【文檔編號】B01J8/06GK205613394SQ201520709885
【公開日】2016年10月5日
【申請日】2015年9月14日
【發明人】趙增勛, 邁克爾·C·奎因三世, 約翰·J·奧斯特麥爾, 道格拉斯·J·里斯特勒
【申請人】因溫斯特技術公司