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CN116997409A - 用于管束反应器中的热点检测的设备和方法 - Google Patents

用于管束反应器中的热点检测的设备和方法 Download PDF

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CN116997409A
CN116997409A CN202280021828.8A CN202280021828A CN116997409A CN 116997409 A CN116997409 A CN 116997409A CN 202280021828 A CN202280021828 A CN 202280021828A CN 116997409 A CN116997409 A CN 116997409A
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T·马特科
J·弗比特兹
K·范德维尔
K·蒂勒
P·范丹阿比尔
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Abstract

一种化学反应器，包括：具有入口装置的离析物空间，用于将至少一个离析物流进给到离析物空间中；具有出口装置的产物空间，用于将至少一个产物流从产物空间中排出；多个平行的管，在轴向方向上从离析物空间延伸到产物空间，形成管束，其中所述管包括至少一种多相催化剂；冷却液体空间，围绕所述管束的至少一部分，其中所述冷却液体空间具有入口和至少在轴向方向上与所述入口间隔开的出口，并且其中所述冷却液体空间在入口和出口之间限定了冷却液体流动路径；位于冷却液体空间内的n个温度测量装置MD(i)，i＝1...n，n＞2，其中MD(i+1)位于冷却液体流动路径中MD(i)的上游。

Description

用于管束反应器中的热点检测的设备和方法
本发明涉及一种包括管束的化学反应器，该管束填充有多相催化剂，本发明涉及一种包括这种化学反应器和温度监测装置的化学生产单元，还涉及一种用于操作这种化学反应器或这种化学生产单元的方法。
在化学工业中，具有强热效应(strong heat tone)的催化反应是普遍的。特别是放热反应属于这一类。这种反应的一个示例是氯化反应，例如用一氧化碳和氯合成光气。
为了处理所产生的热量，这些类型的反应通常在冷却的反应器中进行。通常使用管束反应器，其中催化剂位于管(也称为反应管)中，合适的冷却液体沿着冷却液体流动路径流经围绕管束的至少一部分的冷却液体空间。通常，管都是相互平行的，并沿着轴向方向从离析物空间延伸至产物空间。所述轴向方向通常为竖直方向，因为这样便于在管中填充催化剂并从管中排出催化剂。WO 03/072237A1中描述了一种现有的化学反应器。
在具有强热效应的反应(特别是放热反应)的情况下，通常会出现明显的热点。这意味着大部分反应不是沿着管的真实长度进行，而是发生在管的相对短的部分。在许多类型的这些反应中，由于化学和/或热影响，所使用的催化剂会随着时间的推移而失活。由于这种失活现象，热点会从离析物空间向产物空间移动。在这些情况下，必须在一定的运行时间后、热点过于靠近离析物空间之前更换或重新激活催化剂。如果所有参数(如所使用的催化剂、离析物质量和成分、压力和温度)都完全已知且恒定，那么可用的运行时间将是恒定的，人们就可以知道在多长时间后需要更换催化剂。但在工业实践中，这些参数通常不够恒定，因此可用的运行时间会发生变化。
当然，期望的是尽可能少地更换或重新激活催化剂，因为更换或重新激活催化剂会导致停产。因此，应安装分析仪，从该分析仪的结果中得出关于催化剂状态的结论，从而估算出剩余的运行时间，并计划停产。实现这一点的一种可能性是分析反应生成的产物，但特别是在线分析通常非常复杂。
另一种尝试是测量管内的温度曲线，以便观察到热点的位置和移动情况。为了做到这一点，已知的是在至少一个反应管内配备所谓的温度管。该温度管是多热敏元件，具有多个轴向间隔的温度测量点。因此，在这些轴向位置处直接测量相应反应管内的温度，从而获得该反应管内的温度曲线。温度曲线的空间分辨率取决于温度测量点之间的距离。由于对于此类反应器来说，所有管都“达到”相同的条件是至关重要的，因此假设反应在所有管中都以基本上相同的方式发生，从而知道一个管(或几个管，以便进行冗余或统计)中的热点位置就足够了，因为如果上面给出的假设正确，所有管中的热点当然都位于相同的轴向位置。
虽然这种直接温度测量方法与上述分析方法相比有一些优点，但也有一些缺点。
其中一个缺点是，所述温度管需要承受高温，通常还需要承受反应性化学物质，因此其使用寿命通常有限，和/或需要经常维护。此外，这种至少能在一段合理的时间内耐受高温和腐蚀性化学物质的温度管通常价格昂贵。
另一个缺点是，尽管温度管位于管束中的一个管内，因此非常靠近催化剂，但要解释测得的热点温度仍然不容易，因为在催化剂相和流动的离析物-产物-流体相之间可能存在很大的温差。测得的温度介于这两相温度之间。此外，传热管本身的轴向热传导也会影响测量结果。
此外，传热管还会妨碍催化剂均匀地填充管。
也许最重要的缺点是，传热管的存在会影响催化剂的状态，特别是因为它会干扰催化剂的填充。这种影响通常会随着反应管直径与传热管直径之比的减小而增大。因此，可能发生的情况是，仅在进行温度测量的管不能代表管束中的其余管——该测量本身破坏了该管与其余管相比的相等性。为管束中的每个管配备传热管可以解决这个问题，但成本极高。
因此，本发明的目的是提供一种改进的化学反应器，它可以在管束中足够精确地定位热点，并避免上述缺点。
根据本发明，管内的温度不是直接测量的，而是间接测量的，即通过测量冷却液体流动路径中至少两个间隔位置的冷却液体温度，从而得到冷却液体沿着冷却液体流动路径的温度曲线。如前所述，当反应器运行时，每个管中通常都有一个热点，并且这些热点基本上位于管的同一个轴向位置处(因此也可以说是一个热点)。因此，沿着冷却液体流动路径从管到冷却液体的热传递在空间上并不均匀，从而不仅管而且冷却液体流动路径中流动的冷却液体示出空间温度曲线。通过借助于至少两个(优选地三个以上)温度测量装置来测量流动冷却液体的空间温度曲线，可以至少大致确定管中热点的位置。至少大致知道热点的轴向位置通常足以估算出必需更换催化剂之前剩余的时间。因此，通过在冷却液体流动路径的至少两个位置处相当简单地测量冷却液体的温度，就可以避免在管内测量温度。由于冷却液体(通常为水)的最高温度实质上低于管内的最高温度，而且冷却液体通常没有腐蚀性，因此可以使用经济实惠的温度测量装置。
当管内的热点沿着管的轴向长度移动时，冷却液体沿着冷却液体流动路径的空间温度曲线也会发生变化。因此，也可以观察到热点的动态，从而预测剩余的运行时间。
因此，本发明涉及一种化学反应器，包括：
(i)离析物空间和产物空间；
(ii)离析物空间入口装置，用于将离析物流送入离析物空间；以及产物空间出口装置，用于将产物流从产物空间中排出；
(iii)多个管，在轴向方向上从根据(i)所述的离析物空间相互平行地延伸至根据(i)所述的产物空间，形成管束，其中所述管至少部分地填充有多相催化剂；
(iv)冷却液体空间，围绕根据(iii)所述的管束的至少一部分，其中所述冷却液体空间具有冷却液体入口和至少在轴向方向上与所述冷却液体入口间隔开的冷却液体出口，并且其中所述冷却液体空间在所述冷却液体入口和所述冷却液体出口之间限定了冷却液体流动路径；
(v)n个温度测量装置MD(i)，i＝1...n，n≥2，位于冷却液体空间内，其中MD(i+1)，i<n，位于冷却液体流动路径中MD(i)的上游，用于测量冷却液体的相对应温度T(i)。
本发明对于具有如现有的WO 03/072237A1中所示的基本结构的化学反应器特别有用，意味着冷却液体流动路径没有分支，并且所述冷却液体空间包括m个主要部分MS(j)，j＝1...m，m≥2，其中在主要部分MS(j)中，冷却液体具有平均主要流动方向f(j)，其中f(j)基本上垂直于管束的轴向方向，并且其中所述冷却液体空间进一步包括m-1个偏转部分DS(j)，j＝1...m-1，其中偏转部分DS(j)连接两个相邻的主要部分MS(j)和MS(j+1)，j<m，其中在偏转部分DS(j)中，流动方向f(j)被偏转，使得流动方向f(j+1)与流动方向f(j)基本上相反。
通常，管中的热点位于一个或两个主要部分MS(j)中，因此，流经该热点所在的主要部分或流入邻近部分的冷却液体的温度升高相对较强，从而可以容易地以足够的精度定位该热点。
当两个温度测量装置位于来自管的热传递最大的主要部分MS(j)的不同端部(即位于偏转部分DS(j)中)时，两个温度测量装置之间的温差最大。由于该热点通常移动穿过几个主要部分，优选的是每个温度测量装置MD(i)都位于偏转部分DS(j)中，并且特别优选的是在每个偏转部分DS(j)中都定位温度测量装置MD(i)，从而使信息量最大化。
通常，反应器的主要部分比偏转部分多一个，因此n＝m-1。
为了达到最佳的流动路径长度，主要部分的数量优选地在5至20之间，即5≤m≤20。
如现有的WO 03/072237A1中所描述的，管束优选地延伸穿过主要部分MS(j)，为了确保管束中每个管的环境基本相同，通常优选的是管束不延伸穿过偏转部分DS(j)。
如已经提到的，反应器布局可以与现有的WO 03/072237A1中描述的基本相同。
本发明也可应用于其他类型的冷却管束反应器，例如径向型冷却管束反应器。这种类型的反应器中的冷却液体流动路径是有分支的，冷却液体空间另外包括m个主要部分MS(j)，j＝1...m,m≥2和k个偏转部分DS(j)，j＝1...k，以及连接两个邻近的主要部分的l个连接部分CS(j)，j＝1...l。在这种情况下，偏转部分通常是环形的，连接部分轴向地位于反应器中心。两个邻近的主要部分通过连接部分或偏转部分以交替的方式相互连接，使得冷却液体交替地径向向内和径向向外流动。在冷却的管束反应器中，通常适用以下公式：l＝k+2和m＝2l。与上面所描述的反应器类型一样，管通常仅仅延伸穿过主要部分。
与上面所描述的反应器类型一样，温度测量装置优选地位于偏转部分中，特别是仅位于偏转部分中。在这种情况下，由两个相邻的温度测量装置所测得的温差是冷却液体在穿过两个连续的主要部分之后的温差。因此，相对于上面所描述的情况，空间分辨率降低了。
在上面所描述的两种类型的反应器中，管束通常在离析物空间和产物空间之间延伸。
尽管这种反应器并不常见，但也可以将本发明应用于其流动路径被分成径向型部分和被分成WO 03/072237A1中所描述的类型的部分的反应器。
冷却液体的流动方向可以是逆流配置或与逆流配置相反。
通常，管束优选地由100至100,000个管组成，更优选地由500至50,000个管组成，更优选地由1000至30000个管组成。优选地，根据(iii)所述的轴向方向基本上是竖直方向。
技术人员可以通过对冷却液体进行温度测量来检测热点，在本实例中，通过使用根据本发明的化学反应器的冷却液体空间内的n个温度测量装置MD(i)来检测热点。比较由n个温度测量装置MD(i)所确定的温度将允许指定最大温差，该最大温差反映了从管束到冷却液体的最大热传递，表明存在热点。为了定位热点的位置，技术人员必须找到两个温度测量装置，在这两个温度测量装置之间找到最大温升，从而找到热点。为此，技术人员可以基于根据(c)所测得的温度T(i)来计算温差ΔT(i)＝T(i)-T(i+1),i＝1...n-1，并确定ΔT(i)出现其最大值时的i。所述i被定义为i(max)。优选地由温度监测装置自动执行该计算。
因此，优选的是，至少在使离析物流处于获得产物流的管束的管中的放热反应条件下期间，借助于根据(v)所述的n个温度测量装置MD(i)中的每个温度测量装置来同时地测量冷却液体的相应温度T(i)，其中该反应条件包括将离析物流与至少部分地填充管束中的管的多相催化剂接触，并由此获得n个温度T(i)的集合S(T(i))。
在以下情况下：至少在使离析物流处于获得产物流的管束的管中的放热反应条件下期间，借助于根据(v)所述的n个温度测量装置MD(i)中的每个温度测量装置同时测量冷却液体的n个温度T(i)，其中该反应条件包括将离析物流与至少部分地填充管束中的管的多相催化剂接触，并由此获得n个温度T(i)的集合S(T(i))，优选的是，在使离析物流处于放热反应条件下期间，基于测得的温度T(i)来计算温差ΔT(i)＝T(i)-T(i+1),i＝1...n-1，并且其中确定ΔT(i)出现其最大值时的i，所述i被定义为i(max)，其中优选地由本文所公开的实施方案中的任一个中所限定的温度监测装置来执行所述计算。
进一步在以下情况下：至少在使离析物流处于获得产物流的管束的管中的放热反应条件下期间，借助于根据(v)所述的n个温度测量装置MD(i)中的每个温度测量装置MD(i)同时测量冷却液体的n个温度T(i)，其中该反应条件包括将离析物流与至少部分地填充管束中的管的多相催化剂接触，并由此获得n个温度T(i)的集合S(T(i))，优选的是，至少在使至少一个离析物流处于放热反应条件下期间，在连续时间t(k)处测量冷却液体的n个温度T(i)，获得k个温度T(i)，即Tk(i)，n个温度T(i)的k个集合，即Sk(T(i))，以及每个Sk(T(i))各自的ik(max)。
因此，借助于根据(v)所述的n个温度测量装置MD(i)，技术人员可以通过确定ΔT(i)的最大值来检测热点。特别是，至少在使离析物流处于获得产物流的管束的管中的放热反应条件下期间，借助于根据(v)所述的能够同时测量冷却液体的n个温度T(i)的n个温度测量装置MD(i)，技术人员可以通过确定ΔT(i)的最大值来检测热点，其中该反应条件包括将离析物流与至少部分地填充管束中的管的多相催化剂接触，并由此获得n个温度T(i)的集合S(T(i))。
优选的是，在自动化过程中进行温度监测。为此，可以设置温度监测装置，用于接收和监测来自温度测量装置MD(i)的信号。该温度监测装置和化学反应器构成化学生产单元。该温度监测装置通常包括信号处理装置和计算装置。
因此，温度测量装置MD(i)可以确定温度T(i)，然后可以在温度监测装置中处理该温度T(i)。此外，温度监测装置还可用于基于从温度测量装置MD(i)作为信号接收到的温度T(i)来执行计算。所述计算的结果可以经由信息输出端输出，该信息输出端可以是化学工厂的监测器或监测系统。在这种情况下，优选的是该温度监测装置位于偏转部分DS(1)中。因此，仅通过对冷却液体的温度进行简单测量，就可以确定热点的位置和轴向移动速度。
如已经描述的，本发明反应器的典型用途是在放热反应中生产化合物。它适用于许多不同的过程，最相关的过程如下：其中反应为氧化或部分氧化的过程、其中反应为氢化的过程以及其中反应为氯化的过程。在氧化或部分氧化的情况下，化合物特别可以是丙烯醛、丙烯酸、邻苯二甲酸酐、马来酸酐、环氧乙烷、乙二醛或氯(Deacon工艺)。在氯化的情况下，化合物优选为光气。
至少部分地填充管的多相催化剂可以是任何可想象的几何形状，诸如股状、球状、环状、片状等。此外，根据各自放热化学反应的个别要求，该催化剂可由催化活性材料组成，或除催化活性材料外，还可以包括惰性材料，诸如惰性载体。一般来说，可以想象的是管至少部分地填充有两种或更多种多相催化剂的混合物。如本发明的上下文中所使用的术语“至少部分地填充”指的是在管的整个长度上完全填充的管或者在管的上端和/或下端填充有惰性材料且当本发明的反应器正在运行时，在管的被冷却液体空间中的冷却液体包围的部分填充有多相催化剂的管。特别是在化合物是例如使用包括CO和Cl2的离析物流制备的光气的情况下，多相催化剂优选地可以是碳基催化剂，其中50至100重量-％诸如75至100重量-％或90至100重量-％或99至100重量-％的该碳基催化剂由碳组成，所述催化剂优选为多孔碳基催化剂、更优选为包括微孔或中孔的碳基催化剂，其中所述微孔的孔径(根据DIN66035-2确定的)小于2nm，以及其中所述中孔的孔径(根据DIN 66134确定的)在2nm至50nm之间的范围内。
在本发明的反应器的常规用途中，离析物被送入离析物空间，流入管束中的管，在其中至少部分地反应，产物离开该管并到达产物空间，该产物从该产物空间中排出。同时，该管借助于冷却液体被冷却，所述冷却液体被送入冷却液体入口并从冷却液体出口排出。根据本发明，借助于温度测量装置在至少两个位置处测量冷却液体的温度。
因此，用于操作本发明的化学反应器的方法包括：
(a)在多相催化放热反应中制备产物流，包括：
(a.1)经由根据(ii)所述的离析物空间入口装置将离析物流送入根据(i)所述的离析物空间和根据(iii)所述的管束中的管；
(a.2)使所述离析物流处于获得产物流的管束中的管中的放热反应条件下，该反应条件包括将离析物流与至少部分地填充管束中的管的多相催化剂接触；
(a.3)经由根据(ii)所述的产物空间出口装置将产物流从根据(i)所述的离析物空间中排出；
(b)至少在根据(a.2)所述的使离析物流处于放热反应条件下期间，用冷却液体流冷却管束，所述冷却包括经由冷却液体入口将冷却液体流送入根据(iv)所述的冷却液体空间，使该冷却液体流经过该冷却液体空间，以及经由根据(iv)所述的冷却液体出口将冷却液体流从冷却液体空间中排出；
(c)至少在根据(a.2)所述的使离析物流处于放热反应条件下期间，借助于根据(v)所述的n个温度测量装置MD(i)中的每个温度测量装置同时测量冷却液体的n个温度T(i)，获得n个温度T(i)的集合S(T(i))。
特别地，就从CO和Cl2制备光气而言，本发明涉及一种用于操作本发明的化学反应器的方法，该方法包括：
(a)在多相催化放热反应中制备包含光气的产物流，包括：
(a.1)经由根据(ii)所述的离析物空间入口装置将包含CO和Cl2的离析物流送入根据(i)所述的离析物空间和根据(iii)所述的管束中的管；
(a.2)使所述离析物流处于获得包含光气的产物流的管束中的管中的放热反应条件下，该反应条件包括将离析物流与至少部分地填充管束中的管的多相催化剂(优选地如上文所描述的碳基催化剂)接触；
(a.3)经由根据(ii)所述的产物空间出口装置将包含光气的产物流从根据(i)所述的离析物空间中排出；
(b)至少在根据(a.2)所述的使离析物流处于放热反应条件下期间，用冷却液体流冷却管束，所述冷却包括经由冷却液体入口将冷却液体流送入根据(iv)所述的冷却液体空间，使该冷却液体流经过该冷却液体空间，以及经由根据(iv)所述的冷却液体出口将冷却液体流从冷却液体空间中排出；
(c)至少在根据(a.2)所述的使包含CO和Cl2的离析物流处于放热反应条件下期间，借助于根据(v)所述的n个温度测量装置MD(i)中的每个温度测量装置同时测量冷却液体的n个温度T(i)，获得n个温度T(i)的集合S(T(i))。
对冷却液体进行温度测量的主要目的是定位催化反应的热点的轴向位置。事实证明，冷却液体温度的上升通常在两个温度测量装置之间具有最大值，从而可以识别从管束向冷却液体的最大热传递的轴向位置，而该轴向位置与热点的轴向位置相关。为了找到这两个温度测量装置并从而找到热点，可以基于根据(c)所测得的温度T(i)来计算温差ΔT(i)＝T(i)-T(i+1),i＝1...n-1，并确定ΔT(i)出现其最大值时的i。所述i被定义为i(max)。优选地由温度监测装置自动执行该计算。
当然，通常知道热点在某一时间点的轴向位置是不够的，还需要观察其移动。因此，优选的是在连续时间t(k)处测量冷却液体的n个温度T(i)，从而获得k个温度T(i)，即Tk(i)，n个温度T(i)的k个集合，即Sk(T(i))，以及为每个Sk(T(i))计算各自的ik(max)。在随后的步骤中，可以将ik(max)确定为t(k)的函数。
如已经提到的，关键的关注点是检测管束反应器中多相催化放热反应的热点，尤其是确定管束反应器中多相催化放热反应的热点的位置随时间的变化。
通过跟踪热点，人们通常还可以跟踪管束反应器中的管内放热反应中多相催化剂的失活情况，因为通常热点上游的多相催化剂部分已经失活。
因此，本发明进一步涉及根据本发明和本文所公开的化学反应器或根据本发明和本文所公开的化学生产单元或根据本发明和本文所公开的方法的用途，用于检测管束反应器中多相催化放热反应的热点，优选地用于确定管束反应器中多相催化放热反应的热点的位置的变化。
优选的是，该用途是用于跟踪管束反应器中的管内放热反应中多相催化剂的失活情况。
在使用本发明的化学反应器或化学生产单元的情况下，优选的是至少在使离析物流处于获得产物流的管束的管中的放热反应条件下期间，借助于根据(v)所述的n个温度测量装置MD(i)中的每个温度测量装置同时测量冷却液体的n个温度T(i)，其中该反应条件包括将离析物流与至少部分地填充管束中的管的多相催化剂接触，并由此获得n个温度T(i)的集合S(T(i))。在这种情况下，优选的是，在使离析物流处于放热反应条件下期间，基于测得的温度T(i)来计算温差ΔT(i)＝T(i)-T(i+1),i＝1...n-1，并且其中确定ΔT(i)出现其最大值时的i，所述i被定义为i(max)，其中优选地由本文所公开的实施方案中的任一个中所限定的温度监测装置来执行所述计算。此外，在这种情况下，优选的是，至少在使至少一个离析物流处于放热反应条件下期间，在连续时间t(k)处测量冷却液体的n个温度T(i)，获得k个温度T(i)，即Tk(i)，n个温度T(i)的k个集合，即Sk(T(i))，以及每个Sk(T(i))各自的ik(max)。
本发明由以下一组实施方案和所指示的从属关系和反向引用所产生的实施方案组合进一步说明。特别是，需要指出的是，在提到实施方案范围的每个实例中，例如在诸如“如实施方案1至3中的任一项所述的化学反应器”等术语的上下文中，该范围中的每个实施方案对于技术人员而言都是明确公开的，即该术语的措辞应被技术人员理解为与“如实施方案1、2和3中的任一项所述的化学反应器”同义。此外，需要明确指出的是，以下一组实施方案并不是确定保护范围的一组权利要求，而是表示了指向本发明的一般和优选方面的描述的适当结构部分。
1.一种化学反应器，包括：
(i)离析物空间和产物空间；
(ii)离析物空间入口装置，用于将至少一个离析物流送入离析物空间；以及产物空间出口装置，用于将至少一个产物流从产物空间中排出；
(iii)多个管，在轴向方向上从根据(i)所述的离析物空间相互平行地延伸至根据(i)所述的产物空间，形成管束，其中所述管至少部分地填充有至少一种多相催化剂；
(iv)冷却液体空间，围绕根据(iii)所述的管束的至少一部分，其中所述冷却液体空间具有冷却液体入口和至少在轴向方向上与所述冷却液体入口间隔开的冷却液体出口，并且其中所述冷却液体空间在所述冷却液体入口和所述冷却液体出口之间限定了冷却液体流动路径；
(v)n个温度测量装置MD(i)，i＝1...n，n≥2，位于冷却液体空间内，其中MD(i+1)，i<n，位于冷却液体流动路径中MD(i)的上游，用于测量冷却液体的相应温度T(i)。
2.如实施方案1所述的化学反应器，其中冷却液体空间包括m个主要部分MS(j)，j＝1...m，m≥2，其中在主要部分MS(j)中，所述冷却液体具有平均流动方向f(j)，其中f(j)基本上垂直于管束的轴向方向。
3.如实施方案2所述的化学反应器，其中所述冷却液体空间进一步包括k个偏转部分DS(j)，j＝1...k，其中偏转部分DS(j)连接两个相邻的主要部分MS(j)，其中在偏转部分DS(j)中，流动方向f(j)被偏转，使得流动方向f(j+1)与流动方向f(j)基本上相反。
4.如实施方案3所述的化学反应器，其中所述流动路径没有分支，所述冷却液体空间包括m-1个偏转部分DS(j)，j＝1...m-1，其中偏转部分DS(j)连接两个相邻的主要部分MS(j)和MS(j+1)，j<m。
5.如实施方案4所述的化学反应器，其中n＝m-1。
6.如实施方案3所述的化学反应器，其中所述流动路径是有分支的，至少两个主要部分MS(j)和MS(j+1)通过连接部分CS(j)连接，该连接部分CS(j)与偏转部分DS(j)径向间隔开。
7.如实施方案6所述的化学反应器，其中，如果MS(j)和MS(j+1)通过连接部分CS(j)相互连接，则它们不通过偏转部分DS(j)连接。
8.如实施方案7所述的化学反应器，其中，如果j为奇数，则MS(j)和MS(j+1)通过连接部分CS(j)相互连接，并且其中，如果j为偶数，则MS(j)和MS(j+1)通过偏转部分DS(j-1)相互连接。
9.如实施方案6至8中的任一项所述的化学反应器，其中偏转部分DS(j)是环形的，连接部分CS(j)同轴地布置在所述冷却液体空间的中心。
10.如实施方案2至9中的任一项所述的化学反应器，其中每个温度测量装置MD(i)位于偏转部分DS(j)中。
11.如实施方案2至10中的任一项所述的化学反应器，其中在每个偏转部分DS(j)中都定位有温度测量装置MD(i)。
12.如实施方案2至11中的任一项所述的化学反应器，其中5≤m≤50，优选地其中5≤m≤20，更优选地7≤m≤15。
13.如实施方案2至12中的任一项所述的化学反应器，其中根据(i)所述的管束延伸穿过主要部分MS(j)。
14.如实施方案2至13中的任一项所述的化学反应器，其中根据(i)所述的管束不延伸穿过偏转部分DS(j)。
15.如实施方案1至14中的任一项所述的化学反应器，其中管束在离析物空间和产物空间之间延伸。
16.如实施方案1至15中的任一项所述的化学反应器，其中管束由50至100,000个管组成，优选地由500至50,000个管组成，更优选地由1,000至30,000个管组成。
17.如实施方案1至16中的任一项所述的化学反应器，其中根据(i)所述的轴向方向基本上是竖直方向。
18.如实施方案1至17中的任一项所述的化学反应器，其中至少在使离析物流处于获得产物流的管束的管中的放热反应条件下期间，由n个温度测量装置MD(i)同时测量冷却液体的相应温度T(i)，其中所述反应条件包括将离析物流与至少部分地填充管束中的管的多相催化剂接触，并由此获得n个温度T(i)的集合S(T(i))。
19.如实施方案18所述的化学反应器，其中在使离析物流处于放热反应条件下期间，基于测得的温度T(i)来计算温差ΔT(i)＝T(i)-T(i+1),i＝1...n-1，并且其中确定ΔT(i)出现其最大值时的i，所述i被定义为i(max)。
20.如实施方案18至19中的任一项所述的化学反应器，其中至少在使至少一个离析物流处于放热反应条件下期间，在连续时间t(k)处测量冷却液体的n个温度T(i)，获得k个温度T(i)，即Tk(i)，n个温度T(i)的k个集合，即Sk(T(i))，以及每个Sk(T(i))各自的ik(max)。
21.如实施方案1至20中的任一项所述的化学反应器，其用于在放热反应中生产化合物。
22.如实施方案21所述的化学反应器，其中所述放热反应为氧化或部分氧化，且所述化合物优选为丙烯醛、丙烯酸、邻苯二甲酸酐、马来酸酐、环氧乙烷、乙二醛或氯；氢化反应；或氯化反应，且所述化合物优选为光气。
23.一种化学生产单元，包括根据实施方案1至22中的任一项所述的化学反应器以及用于接收和监测来自温度测量装置MD(i)的信号的温度监测装置。
24.如实施方案23所述的化学生产单元，其中所述温度监测装置进一步包括信号处理装置和计算装置。
25.一种用于操作根据实施方案1至22中的任一项所述的化学反应器或根据实施方案23或24所述的化学生产单元的方法，该方法包括：
(a)在多相催化放热反应中制备产物流，包括：
(a.1)经由根据(ii)所述的离析物空间入口装置将离析物流送入根据(i)所述的离析物空间和根据(iii)所述的管束中的管；
(a.2)使所述离析物流处于获得产物流的管束中的管中的放热反应条件下，该反应条件包括将离析物流与至少部分地填充管束中的管的多相催化剂接触；
(a.3)经由根据(ii)所述的产物空间出口装置将产物流从根据
(i)所述的离析物空间中排出；
(b)至少在根据(a.2)所述的使离析物流处于放热反应条件下期间，用冷却液体流冷却管束，所述冷却包括经由冷却液体入口将冷却液体流送入根据(iv)所述的冷却液体空间，使该冷却液体流经过该冷却液体空间，以及经由根据(iv)所述的冷却液体出口将冷却液体流从冷却液体空间中排出；
(c)至少在根据(a.2)所述的使离析物流处于放热反应条件下期间，借助于根据(v)所述的n个温度测量装置MD(i)中的每个温度测量装置同时测量冷却液体的n个温度T(i)，获得n个温度T(i)的集合S(T(i))。
26.如实施方案25所述的方法，在根据(a.2)所述的使至少一个离析物流处于放热反应条件下期间，进一步包括基于根据(c)所测得的温度T(i)来计算温差ΔT(i)＝T(i)-T(i+1),i＝1...n-1，并确定ΔT(i)出现其最大值时的i，所述i被定义为i(max)，其中优选地由实施方案23或24所限定的温度监测装置来执行所述计算，优选地由实施方案24所限定的温度监测装置来执行所述计算。
27.如实施方案26所述的方法，其中至少在根据(a.2)所述的使至少一个离析物流处于放热反应条件下期间，在连续时间t(k)处测量冷却液体的n个温度T(i)，获得k个温度T(i)，即Tk(i)，n个温度T(i)的k个集合，即Sk(T(i))，以及为每个Sk(T(i))计算各自的ik(max)。
28.如实施方案27所述的方法，进一步包括将ik(max)确定为t(k)的函数。
29.如实施方案25至28中的任一项所述的方法，用于检测管束反应器中多相催化放热反应的热点，优选地用于确定管束反应器中多相催化放热反应的热点的位置随时间的变化。
30.如实施方案29所述的方法，进一步用于跟踪管束反应器中的管内放热反应中多相催化剂的失活情况。
31.根据实施方案1至22中的任一项所述的化学反应器或根据实施方案23或24所述的化学生产单元或根据实施方案25至30中的任一项所述的方法的用途，用于检测管束反应器中多相催化放热反应的热点，优选地用于确定管束反应器中多相催化放热反应的热点的位置的变化。
32.如实施方案31所述的用途，用于跟踪管束反应器中的管内放热反应中多相催化剂的失活情况。
33.如实施方案30或31所述的用途，其中至少在使离析物流处于获得产物流的管束的管中的放热反应条件下期间，由根据(v)所述的n个温度测量装置MD(i)同时测量冷却液体的相应温度T(i)，其中所述反应条件包括将离析物流与至少部分地填充管束中的管的多相催化剂接触，并由此获得n个温度T(i)的集合S(T(i))。
34.如实施方案30至33中的任一项所述的用途，其中在使离析物流处于放热反应条件下期间，基于测得的温度T(i)来计算温差ΔT(i)＝T(i)-T(i+1),i＝1...n-1，并且其中确定ΔT(i)出现其最大值时的i，所述i被定义为i(max)，其中优选地由实施方案23或24所限定的温度监测装置来执行所述计算，优选地由实施方案24所限定的温度监测装置来执行所述计算。
35.如实施方案30至34中的任一项所述的用途，其中至少在使至少一个离析物流处于放热反应条件下期间，在连续时间t(k)处测量冷却液体的n个温度T(i)，获得k个温度T(i)，即Tk(i)，n个温度T(i)的k个集合，即Sk(T(i))，以及每个Sk(T(i))各自的ik(max)。
参照附图，现在将借助于实施例进一步描述本发明。附图中示出：
图1是根据本发明的反应器和温度监测装置的第一实施例的示意性表示；
图2a还是图1的反应器；
图2b是在不同时间测量的图2a中所示的反应器的管束内的温度曲线；
图2c是由图2b所示的温度曲线得出的图2a所示的反应器的冷却液体流动路径(部段)主要部分的热通量；
图2d是借助于温度测量装置在根据图2b的四个不同时间处测量的反应器内冷却液体的温度；
图3a还是图1的反应器；
图3b是前六个温度测量装置MD(1)...MD(6)的温度随时间变化图；
图3c是冷却液体空间主要部分的入口和出口之间的温差随时间变化图；
图4根据本发明的反应器的第二实施例的示意性表示。
图1示出了根据本发明的化学物质生产装置的一个实施方案。该化学生产单元包括化学反应器5和温度监测装置60。如稍后将详细描述的那样，该温度监测装置适用于接收来自位于反应器5内的温度测量装置的信号。该温度监测装置60处理这些信号并计算结果，然后经由信息输出端输出结果。在最简单的情况下，该信息输出端可以是监测器。当然，也可以将该信息输出端连接到安装该生产单元的化学工厂的监测系统上。
反应器5的设计与现有的WO03/072237 A1中描述的化学反应器5基本相同，具体细节参考该文件中的相关公开内容。反应器5包括外部反应器结构10，该外部反应器结构10包括上封闭头20、下封闭头40和位于上封闭头20和下封闭头40之间的中间部分30。中间部分具有环形护套30a和与环形护套30紧密连接的两个端板30b、30c。端板包括相同的孔型。
上端部分20和上封闭头20以及上端板30b围成离析物空间22，下封闭头40和下端板30c围成产物空间42。上封闭头可以从中间部分30上移除，但在工作状态下与中间部分30紧密连接。下封闭头也是如此。上封闭头20包括以离析物入口凸缘23形式存在的离析物空间入口装置，下封闭头40包括以产物出口凸缘43形式存在的产物空间出口装置。
管束50沿着轴向方向(在该情况下是竖直方向)从上端板30b延伸到下端板30c，以这种方式使得端板上的孔与管对齐，从而借助于这些管15的内部将离析物空间22连接到产物空间42。当然，管50与端板30b、30c紧密连接。在运行状态下，管束中的管50填充有多相催化剂，例如可以是上文所描述的催化剂。在向管填充催化剂时，上封闭头20将被移除。
由于上述结构，中间部分30限定了冷却液体空间32，管束50延伸穿过该冷却液体空间32。冷却液体空间32具有冷却液体入口32a和冷却液体出口32b。在所示实施方案中，冷却液体入口位于中间部分30的下端(靠近产物空间42)，冷却液体出口位于中间部分30的靠近离析物空间22的上端。因此，给出了逆流冷却配置，但需要注意的是，逆流配置并不是本发明的强制性特征。
冷却液体空间30借助于挡板34被分隔成多个主要部分，在所示出的示例实施方案中为MS(1)至MS(11)。这些挡板34垂直于管50延伸，因此垂直于轴向方向A。管50在主要部分MS(j)中延伸穿过这些挡板34。通常不需要将管50与挡板34连接起来。优选的是在每个管和每个挡板之间存在小开口，特别是环形开口。这些开口均允许少量的旁路流动。
邻近的主要部分MS(j)和MS(j+1)通过偏转部分DS(j)相互连接，将两个主要部分MS(j)彼此分隔开的挡板34在偏转部分中具有开口。DS(j+1)与DS(j)在径向上相对，从而形成了蜿蜒型冷却液体流动路径，使得主要部分MS(j)中的平均主要流动方向f(j)与邻近的主要部分MS(j+1)中的平均主要流动方向f(j+1)基本相反。在本实施方案中，根据此处选择的定义，流动路径从主要部分MS(11)延伸到主要部分MS(1)。
温度测量装置MD(1)至MD(10)设置在偏转部分DS(1)至DS(10)中。此外，虽然没有示出，但可以在冷却液体出口32b处或附近设置测量装置。由于冷却液体从冷却液体入口32a流向冷却液体出口32b，因此温度测量装置MD(9)位于DS(10)中的温度测量装置的下游，以此类推，每个温度测量装置MD(i)测量主要部分MS(i+1)的出口温度(例如，MD(5)中的温度测量装置测量冷却液体在穿过主要部分MS(6)之后的温度)，温差T(MD(i))-T(MD(i+1))是冷却液体穿过主要部分MS(i)的温度增益。
测量装置MD(i)将其信息(表示测得温度的信号)馈送给温度监测装置60。
图2b示出了在t0至t4不同时间点处管内的轴向温度曲线，其中t0接近使用新催化剂或更新催化剂的新生产周期的开始时间，且t0<t1<t2<t3<t4。可以看到，在管的内部存在明显的热点，从而当温度从离析物空间一侧沿着轴向靠近时急剧上升，然后由于冷却液体的冷却而缓慢下降。这意味着大部分反应都发生在产生反应热的一个相当小的区域内，因此该区域(热点)的温度相对较高，此处约为600℃。反应产物离开该热点时的温度基本上与热点本身的温度相同，因此甚至在管的下游也会加热管。由于冷却液体的冷却，温度随着与热点的轴向距离的增加而降低。在热点的上游，由于大部分热量被热的产物气体带走，因此管的内部的温度保持相对较低。当然，由于管50本身的热传导作用，在朝向离析物空间的方向上也会有一些热传递。
考虑到上述情况，从图2b中很容易看到，随着时间的推移，热点是如何向产物空间一侧移动的。这是由管50内的催化剂失活造成的。因此，从图2b中可以得出足够的信息，以了解热点的位置及其从管的离析物一侧端部向产物一侧端部移动时的速度。
现在从图2c、图2c、图3c和图3c中将看到，通过解读温度测量装置MD(i)测得的冷却液体温度，也可以(至少大致)检测出热点的位置。
从图2c中可以看到与图2b中相同时间点上每个主要部分MS(j)(此处称为“部段”)的热通量(实线表示时间t0，点划线图案的线表示时间t1，以此类推)。从图中可以看到，热通量的最大值是下游的少量流(从离析物-产物气流的角度看)，但与热点的位置相关。
图2d直接示出了在主要部分MS(j)(“部段”)出口处(即偏转部分DS(j-1)内部)测得的冷却液体(此处称为“冷却剂”)的温度。需要注意的是，图2d中的上部主要部分是第一主要部分MS(1)。线型与图2b和图2c相同。可以看到，温度沿着冷却液体的流动方向逐段上升，但当到达最大热通量部段时(图2c)，温度的上升就停止了。因此，温度不再上升的部段就是热通量最大的部段，通过与图2b比较，至少可以大致确定热点的位置。
图3b还示出了温度测量装置MD(i)(即温度测量装置MD(1)至MD(6))测得的温度，但这是运行时间的函数。该结果当然与图2d所示相同：温度上升，大约直到已经经过热点。在计算两个温度测量装置MS(j)和MS(j-1)的温差时也可以得出同样的结果。
从图4中可以看出，本发明也可用于径向型反应器。在此，冷却液体入口32a和冷却液体出口32b都是环形的。与第一实施方案一样，图中示出了逆流结构，但这同样不是必须的特征。从冷却液体入口32b开始，冷却液体径向向内流经第一主要部分MS(1)，到达第一连接部分CS(1)，该第一连接部分CS(1)连接第一主要部分MS(1)与第二主要部分MS(2)。在该连接部分的位置处，将第一主要部分MS(1)与第二主要部分MS(2)分隔开的挡板34具有孔。在第一连接部分CS(1)之后，冷却液体径向向外流动，直到到达第一偏转部分CS(1)，然后径向向内偏转到第三主要部分MS(3)，以此类推。
与第一实施方案一样，温度监测装置60位于偏转部分DS(1)中，测量原理如上述参照第一实施方案所描述的那样，但温度测量的空间分辨率较低，因为与第一实施方案相比，每个第二偏转部分都由连接部分取代。当然，也可以(但通常是不必要的)通过在连接部分中也放置温度测量装置60来达到与第一实施方案相同的空间分辨率。
可以看到，只需通过对冷却液体的温度进行简单的测量，就可以确定热点的位置以及轴向移动的速度。
附图标记列表
10 反应器容器
20 上端部分
21 上分隔板
22 离析物空间
23 离析物空间入口装置(离析物入口凸缘)
30 中间部分
32 冷却液体空间
32a 冷却液体入口
32b 冷却液体出口
MS(j) 主要部分
DS(j) 偏转部分
CS(j) 连接部分
34 挡板
40 下端部分
41 下分隔板
42 产物空间
43 产物空间出口装置(产物出口凸缘)
50 管
60 温度监测装置
MD(i)温度测量装置
A(i) 温度测量装置入口
引用文献
-WO03/072237 A1

Claims (16)

1.一种化学反应器，包括：
(i)离析物空间和产物空间；
(ii)离析物空间入口装置，用于将至少一个离析物流送入离析物空间；以及产物空间出口装置，用于将产物流从产物空间中排出；
(iii)多个管，在轴向方向上从根据(i)所述的离析物空间相互平行地延伸至根据(i)所述的产物空间，形成管束，其中所述管至少部分地填充有多相催化剂；
(iv)冷却液体空间，围绕根据(iii)所述的管束的至少一部分，其中所述冷却液体空间具有冷却液体入口和至少在轴向方向上与所述冷却液体入口间隔开的冷却液体出口，并且其中所述冷却液体空间在所述冷却液体入口和所述冷却液体出口之间限定了冷却液体流动路径；
(v)n个温度测量装置MD(i)，i＝1...n，n≥2，位于冷却液体空间内，其中MD(i+1)，i<n，位于冷却液体流动路径中MD(i)的上游，用于测量冷却液体的相应温度T(i)。
2.根据权利要求1所述的化学反应器，其中所述冷却液体空间包括m个主要部分MS(j)，j＝1...m，m≥2，其中在主要部分MS(j)中，冷却液体具有平均流动方向f(j)，其中f(j)基本上垂直于管束的轴向方向，并且其中所述冷却液体空间还包括m-1个偏转部分DS(j)，j＝1...m-1，其中偏转部分DS(j)连接两个相邻的主要部分MS(j)和MS(j+1)，j＜m，其中在偏转部分DS(j)中，流动方向f(j)被偏转，使得流动方向f(j+1)与流动方向f(j)基本上相反。
3.根据权利要求2所述的化学反应器，其中每个温度测量装置MD(i)位于偏转部分DS(j)中。
4.根据权利要求2或3所述的化学反应器，其中根据(i)所述的管束延伸穿过主要部分MS(j)，并且优选地不延伸穿过偏转部分DS(j)。
5.根据权利要求1至4中的任一项所述的化学反应器，其中根据(i)所述的轴向方向基本上是竖直方向。
6.根据权利要求1至5中的任一项所述的化学反应器，其中至少在使离析物流处于获得产物流的管束的管中的放热反应条件下期间，由n个温度测量装置MD(i)同时测量冷却液体的相应温度T(i)，其中所述反应条件包括将离析物流与至少部分地填充管束中的管的多相催化剂接触，获得n个温度T(i)的集合S(T(i))，
其中在使离析物流处于放热反应条件下期间，基于测得的温度T(i)来计算温差ΔT(i)＝T(i)-T(i+1),i＝1...n-1，并且其中确定ΔT(i)出现其最大值时的i，所述i被定义为i(max)，并且
其中至少在使至少一个离析物流处于放热反应条件下期间，在连续时间t(k)处测量冷却液体的n个温度T(i)，获得k个温度T(i)，即Tk(i)，n个温度T(i)的k个集合，即Sk(T(i))，以及每个Sk(T(i))各自的ik(max)。
7.根据权利要求1至6中的任一项所述的化学反应器，以用于在放热反应中生产化合物，该放热反应特别是氧化或部分氧化，且所述化合物优选为丙烯醛、丙烯酸、邻苯二甲酸酐、马来酸酐、环氧乙烷、乙二醛或氯(Deacon)；氢化反应；或氯化反应，且所述化合物优选为光气。
8.一种化学生产单元，包括权利要求1至7中的任一项所述的化学反应器以及用于接收和监测来自温度测量装置MD(i)的信号的温度监测装置。
9.根据权利要求8所述的化学生产单元，其中温度监测装置还包括信号处理装置和计算装置。
10.一种用于操作根据权利要求1至7中的任一项所述的化学反应器或根据权利要求8或9所述的化学生产单元的方法，该方法包括：
(a)在多相催化放热反应中制备产物流，包括：
(a.1)经由根据(ii)所述的离析物空间入口装置将离析物流送入根据(i)所述的离析物空间和根据(iii)所述的管束中的管；
(a.2)使所述离析物流处于获得产物流的管束中的管中的放热反应条件下，该反应条件包括将离析物流与至少部分地填充管束中的管的多相催化剂接触；
(a.3)经由根据(ii)所述的产物空间出口装置将产物流从根据(i)所述的离析物空间中排出；
(b)至少在根据(a.2)所述的使离析物流处于放热反应条件下期间，用冷却液体流冷却管束，所述冷却包括经由冷却液体入口将冷却液体流送入根据(iv)所述的冷却液体空间，使该冷却液体流经过该冷却液体空间，以及经由根据(iv)所述的冷却液体出口将冷却液体流从冷却液体空间中排出；
(c)至少在根据(a.2)所述的使离析物流处于放热反应条件下期间，借助于根据(v)所述的n个温度测量装置MD(i)中的每个温度测量装置同时测量冷却液体的n个温度T(i)，获得n个温度T(i)的集合S(T(i))。
11.根据权利要求10所述的方法，在根据(a.2)所述的使至少一个离析物流处于放热反应条件下期间，还包括基于根据(c)所测得的温度T(i)来计算温差ΔT(i)＝T(i)-T(i+1),i＝1...n-1，并确定ΔT(i)出现其最大值时的i，所述i被定义为i(max)，其中优选地由权利要求8或9所限定的温度监测装置执行所述计算，优选地由权利要求8所限定的温度监测装置。
12.根据权利要求11所述的方法，其中至少在根据(a.2)所述的使至少一个离析物流处于放热反应条件下期间，在连续时间t(k)处测量冷却液体的n个温度T(i)，获得k个温度T(i)，即Tk(i)，n个温度T(i)的k个集合，即Sk(T(i))，以及为每个Sk(T(i))计算各自的ik(max)。
13.根据权利要求10至12中的任一项所述的方法，用于检测管束反应器中多相催化放热反应的热点，优选地用于确定管束反应器中多相催化放热反应的热点的位置随时间的变化。
14.根据权利要求13所述的方法，还用于跟踪管束反应器中的管内放热反应中多相催化剂的失活情况。
15.根据权利要求1至7中的任一项所述的化学反应器或根据权利要求8或9所述的化学生产单元或根据权利要求10至14中的任一项所述的方法的用途，用于检测管束反应器中多相催化放热反应的热点，优选地用于确定管束反应器中多相催化放热反应的热点的位置的变化。
16.根据权利要求15所述的用途，用于跟踪管束反应器中的管内放热反应中多相催化剂的失活情况。
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DE102006034811A1 (de) * 2006-07-27 2008-01-31 Man Dwe Gmbh Verfahren zur Temperaturänderung eines Rohrbündelreaktors
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