TW202237261A - 用於立式沸騰反應器的波紋狀格柵支架 - Google Patents
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Abstract
提供了一種用於管殼式熱交換反應器(例如環氧乙烷(EO)反應器)的擋板(即管支架)，其適應減小的管間距，從而更多的催化劑填充管可以存在於反應器中。可稱為波紋柵格支架的擋板包括多個波紋狀不銹鋼帶，這些波紋狀不銹鋼帶彼此嵌入並形成具有管開口的柵格圖案。每個管開口被配置成使得能將催化劑填充管插入其中，同時使得沿管的殼側有足夠開口區域以讓冷卻劑能流過反應器。
Description
[相關申請的交叉引用]
本發明主張於2020年12月30日提交的美國臨時申請序列No. 63/132,262的優先權，其全部內容和公開內容通過引用併入本文。
本發明涉及一種立式沸騰反應器，更具體地涉及一種具有減小的管間距的管殼式熱交換反應器。
環氧乙烷(EO)是一種重要的工業化學品，用作製造各種化學品例如乙二醇、乙二醇醚、乙醇胺和去污劑的原料。一種生產EO的方法是通過催化氧化工藝，其中乙烯在銀基環氧化催化劑的存在下與氧氣反應。在這種工藝中，包含乙烯和氧氣的原料流通過 銀基環氧化催化劑床，所述銀基環氧化催化劑床容納在EO反應器的反應區內，所述EO反應器保持在特定反應條件下。
商業化的EO反應器通常採用管殼式換熱器的形式，在所述管殼式換熱器中多個基本上平行延長的、相對窄的管填充有催化劑顆粒，以形成填充床，在所述管殼式換熱器中所述殼包含冷卻劑。圖1示出了一種這樣的EO反應器。圖1所示的EO反應器1包括多個細長管2，其中每個細長管2的入口端固定到入口管板3上並且每個細長管2的出口端固定到出口管板4上。提供了入口反應器頭5，也提供了出口反應器頭6。
EO反應器1還包括管殼式換熱器7，所述管殼式換熱器7固定在出口頭6上並且與出口頭6一體成型。在出口頭6上設有與換熱器7連通的開口，換熱器7在所述開口周邊被焊接到出口頭6，從而與反應器形成一體結構。換熱器7設有固定在管板9和10上的管8。還提供了換熱器出口頭11。
在實踐中，反應氣體例如乙烯、氧氣和壓載氣體通過管線12被引入到EO反應器1中，並且在反應條件下通過管2，所述管2填充有合適的銀基環氧化催化劑。通過迴圈傳熱流體例如水來除去反應熱，所述傳熱流體經由管線13被引入到EO反應器1的殼側並且經由管線14移除。
反應氣體通過管2，在管2中生成EO，並且在離開管2時，氣體通過所述出口頭6，然後進入換熱器7的管8，並且立即被冷卻以防止進一步的氧化和異構化。冷卻流體，例如水，通過管線15被引入到換熱器7的殼側並且通過管線16被排出。冷卻後的反應氣體通過管線17離開換熱器7並且以傳統的方式來處理，以回收產品和迴圈利用各種組分。
擋板(即管支架)是包括上述EO反應器的管殼式熱交換反應器的眾所周知的部件。通常，擋板是穿孔板，其位於熱交換器的殼側內部，支撐催化劑填充管的整個長度以防止移動/振動並轉移流量以增加熱傳遞。
圖2A是圖1所示的EO反應器的放大剖視圖。在圖1中以及在入口管板3和出口管板4之間，示出了用於支撐每個細長管2的多個豎直間隔開的擋板(即管支架)20。在一些示例中，擋板20包括不銹鋼直帶21A、21B，它們相互嵌入並且形成如圖2B所示的格柵圖案；提供圖2B中所示擋板的每個現有技術不銹鋼帶都具有沿該帶的整個長度的直邊。如圖2B所示，不銹鋼直帶21A彼此平行定位並沿第一方向延伸，而不銹鋼直帶21B彼此平行定位並沿與不銹鋼直帶21A的第一方向不同的第二方向延伸。每個不銹鋼直帶21B與每個不銹鋼直帶21A相交以形成包含管開口22的格柵圖案。每個管開口22具有使管2中的一個能穿過其中的尺寸，並且具有平行四邊形形狀；即，對邊平行的四邊直線圖形。
現在參考圖3，示出了圖2A-2B中所示的現有技術擋板(即管支架)的俯視圖。圖2A-2B包括不銹鋼直帶21A、21B，它們相互嵌入並形成包含管開口22的格柵圖案；一些管開口22包含填充催化劑的管2。不銹鋼直帶21A、21B中的每一個被固定(焊接)到擋板支撐板20S的內壁。在一些實施方案中，特別是對於EO反應器，擋板支撐板20S是圓柱形的。
圖4A-4D示出了在組裝的各個階段期間，圖2A-2B中所示的現有技術擋板20(即，管支架)。值得注意的是，圖4A-4B示出了可以使用的各種不銹鋼直帶21A、21B；這些不銹鋼直帶21A、21B沿所述帶的整個長度具有直邊。在圖4A中，不銹鋼直帶21A具有沿著每個不銹鋼直帶21A的底表面定位的狹縫S1。在圖4B中，不銹鋼直帶21B具有沿著每個不銹鋼直帶21B的頂表面定位的狹縫S2。圖4C顯示了在組裝圖4A-4B所示的不銹鋼直帶之後的擋板20。而圖4D顯示了圖4C的在管開口22內包含細長管2的組裝好的擋板20(即，管支架)。
使用現有技術設計製造包含擋板的EO反應器變得非常具有挑戰性，因為對於較大的工廠來說反應器的尺寸不斷增大，並且成本呈指數增長。EO反應器製造的一個持續目標是利用減小的管間距來減小EO反應器的尺寸。管間距是相鄰(即鄰近)管之間的最短的中心與中心的距離。使用圖2A-2B、3和4A-4D所示的現有技術擋板設計不能獲得減小的管間距。因此，需要一種用於EO反應器和其他管殼式熱交換反應器的新擋板設計，以實現減小的管間距。
提供了一種用於管殼式熱交換反應器(例如環氧乙烷(EO)反應器)的擋板(即管支架)，其適應減小的管間距，從而更多的催化劑填充管可以存在於反應器中。可稱為波紋柵格支架的擋板包括多個波紋狀不銹鋼帶，這些波紋狀不銹鋼帶彼此嵌入並形成具有管開口的柵格圖案。每個管開口被配置成使得能將催化劑填充管插入其中，同時使得沿管的殼側有足夠開口區域以讓冷卻劑能流過反應器。
在本發明的一個方面，提供了一種管殼式熱交換反應器，其包括多個細長管，其中所述細長管中的每一個的入口端固定到入口管板並且所述細長管中的每一個的出口端固定到出口管板。所述反應器還包括至少一個擋板，其定位在所述入口管板和所述出口管板之間並且被配置成支撐所述細長管中的每一個。本發明的所述至少一個擋板包括多個波紋狀不銹鋼帶，所述多個波紋狀不銹鋼帶被配置成具有管開口的格柵圖案。每個管開口使得所述細長管中的一個能從中穿過。
現在將通過參考伴隨本申請的以下討論和附圖更詳細地描述本申請。請注意，本申請的附圖僅用於說明目的，因此，附圖不是按比例繪製的。還請注意，相同和對應的元件由相同的附圖標記來表示。
在以下描述中，闡述了許多具體細節，例如特定結構、部件、材料、尺寸、工藝步驟和技術，以便提供對本申請的各種實施方案的理解。然而，本領域技術人員應理解的是，可以在沒有這些具體細節的情況下實施本申請的各種實施方案。在其他情況下，未詳細描述眾所周知的結構或工藝步驟，以避免使本公開難以理解。
應當理解，當作為層、區域或基板的元件被稱為“在”另一個元件“上”或“在”另一個元件“上方”時，其可以直接在另一個元件上或者也可以存在中間元件。相反，當一個元件被稱為“直接在”另一個元素“上”或“直接在”另一個元件“上方”時，不存在中間元件。還應當理解，當一個元件被稱為“在”另一個元件“下面”或“下方”時，它可以直接在另一個元件的下面或下方，或者可以存在中間元件。相反，當一個元件被稱為“直接低於”或“直接在”另一個元件“下面”或“下方”時，不存在中間元件。當與數值結合使用時，術語“約”表示該數值與給定數值的差可以在±10%範圍內波動。
如上所述，本發明提供了一種用於管殼式熱交換反應器的擋板(即管支架)，例如以上圖1所示的環氧乙烷(EO)反應器。本發明的擋板支撐存在於反應器中的催化劑填充管以防止移動/振動，並轉移流量以增加熱傳遞。此外，本發明的擋板被設計成適應減小的管間距(與上面圖2B、3和4A-4D所示的現有技術擋板設計相比)，因此在反應器內部可以存在更多的催化劑填充管。
現在參考圖5，顯示了根據本發明的實施方案的擋板50的一部分。所示的擋板50包括多個波紋狀不銹鋼帶51A、51B，它們彼此嵌入並形成具有管開口(在圖5中未具體標記，但在圖6C中標記為元件52)的格柵圖案。每個管開口52具有由波紋狀不銹鋼帶51A、51B的波紋側壁表面限定的彎曲外壁。提供的每個管開口52具有從約550 mm
2到約5000 mm
2的總面積。
“波紋狀”是指用於提供本發明的擋板50的無應變鋼帶51A、51B具有沿帶51A、51B的整個長度延伸的波浪形(即，波狀，因此不是直的)側壁表面。本發明的擋板50的每個管開口52被配置成使得細長管54能插入其中，同時使得沿管54的殼側有足夠的開口區域(圖5中未標記)以使得冷卻劑能流過反應器。本發明的擋板50通常與其他具有相同擋板設計的豎直間隔開的擋板(即，包括多個波紋狀不銹鋼帶51A、51B的擋板，它們彼此嵌入並形成具有管開口的格柵圖案)結合使用。可用於本發明的細長管54包括殼側和管側，並且可以具有本領域技術人員公知的直徑。例如，對於典型的EO反應器，細長管54可具有約25 mm至約70 mm的直徑。
具有圖5中所示的擋板設計的多個豎直間隔開的擋板定位於管殼式熱交換反應器的入口管板(即圖1所示入口管板3)和出口管板(即圖1所示出口管板6)之間。多個不銹鋼波紋帶中的每個波紋狀不銹鋼帶51A、51B具有通過焊接或其他固定方式固定到擋板支撐板(例如圖3所示的擋板支撐板20S)的內壁的第一端和第二端；擋板支撐板固定在反應器的內壁上。與波紋狀不銹鋼帶51A、51B一起使用以提供本發明的擋板的擋板支撐板可以是圓柱形的。
細長管54(其類似於圖1中所示的管2)填充有催化劑並具有固定到殼管式熱交換反應器的入口管板的第一端和固定到殼管式熱交換反應器的出口管板的第二端。每個擋板50被配置成支撐每個細長管54。當採用多個擋板50時，多個擋板支撐每個細長管54的整個長度。
提供每個擋板50的多個波紋狀不銹鋼帶51A、51B包括彼此平行定位並沿第一方向延伸的第一組波紋狀不銹鋼帶51B(參見圖6B)，以及彼此平行定位並且沿不同於第一組波紋狀不銹鋼帶的第一方向的第二方向延伸(見圖6C)的第二組波紋狀不銹鋼帶51A(參見圖6A)。第一組波紋狀不銹鋼帶51B中的每一個與第二組波紋狀不銹鋼帶51A中的每一個相交以形成格柵圖案。第一組波紋狀不銹鋼帶51B和第二組波紋狀不銹鋼帶51A之間的角度α可以基於管圖案來配置。在一個實施方案中，對於EO反應器，第一組波紋狀不銹鋼帶51B和第二組波紋狀不銹鋼帶51A之間的角度α可以為90°至150°，優選為120°。在其他應用中，第一組波紋狀不銹鋼帶51B和第二組波紋狀不銹鋼帶51A之間的角度α可以為30°至90°。圖6C中示出了角度α。如圖6B所示，第一組波紋狀不銹鋼帶中的每個波紋狀不銹鋼帶51B包括沿著其上表面定位的狹縫S4，並且其中第二組波紋狀不銹鋼帶中的每個波紋狀不銹鋼帶51A包括沿著其底表面定位的狹縫S3。狹縫(S3、S4)不完全延伸穿過相應的波紋狀不銹鋼帶51A、51B。每個波紋狀不銹鋼帶51A、51B通常具有從約0.5mm到約5mm的厚度。如圖6C所示，第二組波紋狀不銹鋼帶51A上的狹縫S3嵌入第一組波紋狀不銹鋼帶51B的狹縫S4中。狹縫S3和S4因此用於將多個波紋狀不銹鋼帶配置成圖5和6所示的抓握圖案。
本發明的每個擋板50可以通過首先提供擋板支撐板，然後將第一組波紋狀不銹鋼帶51B放置並固定在擋板支撐板內來組裝。在本發明中，第一組波紋狀不銹鋼帶51B的放置和固定從擋板支撐板的中心開始，並從這裡向外進行。接下來，將第二組不銹鋼波紋帶51A的狹縫S3嵌入到第一組波紋狀不銹鋼帶51B的狹縫S4中(再次從中心開始向外工作)。在放置第二組波紋狀不銹鋼帶51A之後，將第二組波紋狀不銹鋼帶51A固定到擋板支撐板的內壁。
對於具有相同體積的反應器，本發明的擋板設計適應減小的管間距(與以上圖2B、3和4A-4D所示的現有技術擋板設計相比)，因此更多的催化劑填充管可以存在於包含本發明的擋板設計的反應器內部。這在本發明的圖7A和7B中示出。值得注意的是，圖7A顯示了圖2B所示的現有技術擋板的管間距，而圖7B顯示了用於擋板50的管間距，其包括多個波紋狀不銹鋼帶51A、51B，這些波紋狀不銹鋼帶51A、51B彼此嵌入並形成具有用於支撐填充有催化劑的細長管54的管開口52的格柵圖案。通過使用現有技術的擋板設計，每個相鄰的細長管之間的間距為約30mm至約80mm，而通過使用本發明的擋板設計，每個相鄰的細長管之間的間距為約27mm至約70mm。相鄰管之間的間距(即管間距)是從一個管的中心到另一管的中心的測量值。這種減小的管間距使得能在反應器中存在更多數量的管(與圖7A和7B相比)。在一些實例中，與包括現有技術擋板設計的等效反應器相比，本發明的擋板設計可導致反應器中存在的管多7%至14%。
本發明的擋板設計提供了圍繞每個細長管54的開放區域A1(參見圖7B)，其中開放區域A1被配置為使得冷卻劑能從中通過。開放區域A1位於每個管54的殼側上，並且包含在由波紋狀不銹鋼帶提供的每個單獨的管開口內。在一個實施方案中，開口區域的總面積為約60 mm
2至約2000 mm
2。
以下描述提供了關於可以存在於根據本發明的包含多個擋板(即，波紋狀柵格支架)的EO反應器內部的銀基環氧化催化劑的一些細節以及關於EO生產期間使用的EO操作條件的一些細節。下面的描述並非詳盡無遺，而是提供了對於可用於本發明的銀基環氧化催化劑和EO操作條件的一般描述。
典型的銀基環氧化催化劑包括載體和至少催化有效量的銀或含銀化合物；還任選地存在促進量的錸或含錸化合物；還任選地存在促進量的一種或多種鹼金屬或含鹼金屬化合物。所用的載體可以選自大量的固體耐火載體，它們可以是多孔的並且可以提供優選的孔結構。眾所周知，氧化鋁可用作烯烴環氧化的催化劑載體，並且是銀基環氧化催化劑的優選載體。
無論所用載體的特性如何，它通常被塑造成大小適合在固定床環氧化反應器中使用的顆粒、塊狀物、碎片、糰粒、環狀物、球狀物、輪輻狀物、交叉分區空心圓柱體等。載體顆粒將優選具有約3mm至約12mm範圍內的當量直徑，更優選在約5mm至約10mm的範圍內。(當量直徑是與所使用的載體顆粒具有相同外表面(即，忽略顆粒孔內的表面)與體積比的球體的直徑。合適的載體可從Saint-Gobain Norpro Co.、Sud Chemie AG、Noritake Co.、CeramTec AG和Industrie Bitossi S.p.A獲得。在不限於其中包含的具體組合物和配方的情況下，關於載體組合物和生產載體的方法的進一步資訊可以在美國專利公開號2007/0037991中找到。
接著，為了生產用於將烯烴氧化成烯烴氧化物的催化劑，在具有上述特性的載體的表面上提供了催化有效量的銀。在一種實施方案中，銀的催化有效量為按重量計10%至45%。可以通過利用溶解在足以引起銀前體化合物沉積到載體上的合適溶劑中的銀化合物、絡合物或者鹽浸漬載體來製備催化劑。優選地，可以使用銀水溶液。
促進量的錸組分也可以在銀沉積之前、同時或者之後沉積到載體上，所述錸組分可以是含錸化合物或含錸絡合物。基於包括載體在內的總催化劑的重量，以錸金屬表示，錸促進劑能夠以約0.001%至約1%重量比的量存在，優選以約0.005%至約0.5%重量比的量存在，更優選以約0.01%至約0.1%重量比的量存在。
也可以在沉積銀和錸之前、同時或者之後在載體上沉積其他組分，所述其他組分是促進量的鹼金屬或者兩種或更多種鹼金屬的混合物，以及任選地，是促進量的IIA族鹼土金屬組分或者兩種或更多種IIA族鹼土金屬組分的混合物，和/或過渡金屬組分或者兩種或更多種過渡金屬組分的混合物，所有這些都能夠以金屬離子、金屬化合物、金屬絡合物和/或金屬鹽的形式溶解在適當溶劑中。載體可以同時或者在不同的步驟中利用各種不同的催化劑促進劑來浸漬。相對於銀和載體以及沒有促進劑或者只有一種促進劑的相同組合，本發明的載體、銀、鹼金屬促進劑、錸組分和任選的附加促進劑的特定組合將提供一種或多種催化性能的改善。
如本文所用，催化劑某一組分的術語“促進量”是指與不含該組分的催化劑相比時有效地改善催化劑的催化性能的該組分的量。當然，所用的準確濃度除其他因素外，還取決於所需的銀含量、載體的性質、液體的黏度和用於將促進劑輸送到浸漬溶液中的特定化合物的溶解度。催化性能的例子尤其包括可操作性(抗失控性)、選擇性、活性、轉化率、穩定性和產率。本領域技術人員應理解的是，一種或者多種單獨的催化性能可以通過“促進量”來增強，而其他催化性能可能會增強或者可能不會增強或者甚至可能會降低。
合適的鹼金屬促進劑可以選自鋰、鈉、鉀、銣、銫或者其組合，優選銫，特別優選銫與其他鹼金屬的組合。沉積或存在於載體上的鹼金屬的量是促進量。優選地，以總催化劑的重量計，以金屬計量，該量的範圍為約10ppm至約3000ppm，更優選約15ppm至約2000ppm，甚至更優選約20ppm至約1500ppm，特別優選約50ppm至約1000ppm。
合適的鹼土金屬促進劑包括來自元素週期表的IIA族的元素，其可以是鈹、鎂、鈣、鍶和鋇或者其組合。合適的過渡金屬促進劑可以包括來自元素週期表的IVA、VA、VIA、VIIA和VIIIA族的元素，以及它們的組合。
沉積在載體上的鹼土金屬促進劑和/或過渡金屬促進劑的量是促進量。過渡金屬促進劑的存在量通常可以為約0.1微摩爾/克至約10微摩爾/克，優選約0.2微摩爾/克至約5微摩爾/克。
用於浸漬載體的銀溶液還可以包含任選的溶劑或者絡合劑/增溶劑，如本領域公知的那樣。可以使用多種溶劑或者絡合劑/增溶劑來將銀在浸漬介質中溶解至所需濃度。有用的絡合劑/增溶劑包括胺、氨、草酸、乳酸及其組合。胺包括具有1至5個碳原子的亞烷基二胺。在一種優選的實施方案中，該溶液包括草酸銀和乙二胺的水溶液。絡合劑/增溶劑能夠以每摩爾銀約0.1至約5.0摩爾的量存在於浸漬溶液中，優選以每摩爾銀約0.2至約4.0摩爾的量存在於浸漬溶液中，更優選地以每摩爾銀約0.3至約3.0摩爾的量存在於浸漬溶液中。
當使用溶劑時，它可以是有機溶劑或水，並且可以是極性的或者基本上或完全非極性的。通常，溶劑應具有足夠的溶解能力以溶解溶液組分。同時，優選選擇溶劑以避免對溶劑化的促進劑產生不適當的影響或者與其相互作用。優選每分子具有1至約8個碳原子的有機基溶劑。可以使用幾種有機溶劑的混合物或者有機溶劑與水的混合物，條件是這種混合溶劑如本文所期望的那樣起作用。
浸漬溶液中銀的濃度通常在約0.1%重量比至所使用的特定溶劑/增溶劑組合所提供的最大溶解度的範圍內。通常，非常適合使用含有按重量計從0.5%到約45%的銀的溶液，優選按重量計從5%到35%的銀濃度。
使用任何常規方法來實現所選載體的浸漬；例如，過剩溶液浸漬、初濕浸漬、噴塗等。通常，載體材料與含銀溶液接觸，直到足夠量的溶液被載體吸收。優選地，用於浸漬多孔載體的含銀溶液的量不超過填充載體孔所需的量。可以使用單次浸漬或者一系列浸漬，有或者沒有中間乾燥，部分取決於溶液中銀組分的濃度。例如，在美國專利4,761,394、4,766,105、4,908,343、5,057,481、5,187,140、5,102,848、5,011,807、5,099,041和5,407,888中描述了浸漬過程。可以使用各種促進劑的預沉積、共沉積和後沉積的已知現有過程。
在用含銀化合物(即銀前體、任選的錸組分、任選的鹼金屬組分和任選的其他促進劑)浸漬載體後，將浸漬的載體煆燒足夠的時間，以便將含化合物的銀轉化為活性銀物質並且從浸漬的載體中除去揮發性組分，從而產生催化劑前體。煆燒可以通過在約0.5至約35bar的壓力下將浸漬的載體加熱至約200℃至約600℃的溫度，優選以漸進的速率進行。一般來說，溫度越高，所需的加熱時間越短。在本領域中已經提出了寬範圍的加熱週期；例如，美國專利第3,563,914號公開了少於300秒的加熱，美國專利第3,702,259號公開了在100℃至375℃的溫度下加熱2至8小時，通常持續約0.5至約8小時。然而，重要的僅僅是加熱時間與溫度相關，使得基本上所有包含的銀都轉化為活性銀物質。為此目的可以使用連續或逐步加熱。
在煆燒期間，浸漬的載體可以暴露於包含惰性氣體或者惰性氣體與按體積計約10ppm至21%的含氧氧化組分的混合物的氣體環境。為了本發明的目的，惰性氣體被定義為在為煆燒選擇的條件下基本上不與催化劑或催化劑前體反應的氣體。關於催化劑生產的更多資訊可以在前面提到的美國專利公開號2007/0037991中找到。
僅出於說明目的，以下是當前商業化EO反應器單元中經常使用的條件：1500-10,000h
-1的氣時空速(GHSV)，1Mpa至3MPa的反應器入口壓力，180-315℃的冷卻劑溫度，10-60%的氧氣轉化率，100-350kg EO/m
3催化劑/小時的EO生產速率(工作速率)，從約1.5%到約4.5%的環氧乙烷濃度變化ΔEO。在啟動完成後和正常操作期間，反應器入口中的進料組成通常包含(按體積%)1-40%的乙烯、3-12%的O
2；0.2%至10%，優選0.2%至6%，更優選0.2%至5%的CO
2；0-5%的乙烷，一定量的一種或多種氯化物緩和劑(本文所述的)；並且進料的其餘部分由氬氣、甲烷、氮氣或其混合物組成。
儘管本發明已在其優選實施方案方面得以具體展示和描述，但是本領域技術人員將理解的是，可以在不背離本發明的精神和範圍的情況下對形式和細節進行前述改變和其他改變。因此，本發明並不限於所描述和圖示的確切形式和細節，而是落入所附請求項的範圍內。
1:EO反應器
2:細長管
3:入口管板
4:出口管板
5:入口反應器頭
6:出口反應器頭
7:管殼式換熱器
8:管
9:管板
10:管板
11:換熱器出口頭
12:管線
13:管線
14:管線
15:管線
16:管線
17:管線
20:擋板
20S:擋板支撐板
21A:不銹鋼直帶
21B:不銹鋼直帶
22:管開口
50:擋板
51A:波紋狀不銹鋼帶
51B:波紋狀不銹鋼帶
52:管開口
54:細長管
A1:開放區域
S1:狹縫
S2:狹縫
S3:狹縫
S4:狹縫
α:角度
[圖1]是現有技術EO反應器的示意圖。
[圖2A]是通過圖1中所示的EO反應器的一部分的放大截面圖的示意圖，其包含用於支撐多個細長管的擋板(即管支架)。
[圖2B]是現有技術擋板(即管支架)的示圖，其包括不銹鋼直帶，這些不銹鋼直帶彼此嵌入並形成格柵圖案。
[圖3]是圖2A-2B中描繪的現有技術擋板(即管支架)的俯視圖。
[圖4A-4B]是可用於形成圖2B所示的現有技術擋板(即管支架)的各種不銹鋼直帶的示意圖。
[圖4C]是圖4A-4B所示的不銹鋼直帶組裝後以提供具有格柵圖案的現有技術的擋板(即，管支架)的示意圖。
[圖4D]是圖4C的包含在管開口內的細長管的組裝好的擋板(即管支架)的示意圖。
[圖5]是根據本申請的一實施方案的擋板(即，管支架)的示意圖，該擋板包括多個波紋狀不銹鋼帶，這些波紋狀不銹鋼帶彼此嵌入並形成格柵圖案。
[圖6A-6B]是可用於形成圖5所示的擋板(即管支架)的各種波紋狀不銹鋼帶的示意圖。
[圖6C]是在組裝圖6A-6B中所示的波紋狀不銹鋼帶以提供圖5所示的擋板(即管支架)之後的示意圖。
[圖7A]是圖2B所示的現有技術擋板的俯視圖，其說明了這種擋板設計的管間距。
[圖7B]是圖5所示擋板的俯視圖，其說明了這種擋板設計的管間距。
50:擋板
51A:波紋狀不銹鋼帶
51B:波紋狀不銹鋼帶
52:管開口
α:角度
Claims (20)
- 一種管殼式熱交換反應器，其包括： 多個細長管，其中所述細長管中的每一個的入口端固定到入口管板並且所述細長管中的每一個的出口端固定到出口管板；以及 至少一個擋板，其定位在所述入口管板和所述出口管板之間並且被配置成支撐所述細長管中的每一個，其中所述至少一個擋板包括多個波紋狀不銹鋼帶，所述多個波紋狀不銹鋼帶被配置成具有管開口的格柵圖案，其中每個管開口使得所述細長管中的一個能從中穿過。
- 如請求項1所述的管殼式熱交換反應器，其中，所述波紋狀不銹鋼帶中的每一個固定到擋板支撐板上。
- 如請求項2所述的管殼式熱交換反應器，其中，所述擋板支撐板是圓柱形的。
- 如請求項1所述的管殼式熱交換反應器，其中，每一相鄰細長管之間的間距為約27 mm至約70 mm。
- 如請求項1所述的管殼式熱交換反應器，其中，每個管開口的總面積為約550mm 2至約5000mm 2。
- 如請求項1所述的管殼式熱交換反應器，其中，所述多個波紋狀不銹鋼帶包括彼此平行定位並沿第一方向延伸的第一組波紋狀不銹鋼帶和彼此平行定位並沿不同於所述第一組波紋狀不銹鋼帶的所述第一方向的第二方向延伸的第二組波紋狀不銹鋼帶。
- 如請求項6所述的管殼式熱交換反應器，其中，所述第一組波紋狀不銹鋼帶與所述第二組波紋狀不銹鋼帶之間的角度α為90°至150°。
- 如請求項6所述的管殼式熱交換反應器，其中，所述第一組波紋狀不銹鋼帶與所述第二組波紋狀不銹鋼帶之間的角度α為30°至90°。
- 如請求項6所述的管殼式熱交換反應器，其中所述第一組波紋狀不銹鋼帶中的每個波紋狀不銹鋼帶包括沿著其上表面定位的狹縫，並且其中所述第二組波紋狀不銹鋼帶中的每個波紋狀不銹鋼帶包括沿其底面定位的狹縫。
- 如請求項9所述的管殼式熱交換反應器，其中，所述第二組波紋狀不銹鋼帶的所述狹縫嵌入所述第一組波紋狀不銹鋼帶的所述狹縫中。
- 如請求項1所述的管殼式熱交換反應器，其中包含所述細長管中的一個細長管的每個管開口還包括圍繞該細長管的開口區域，其中所述開口區域被配置為使得冷卻劑能從中通過。
- 如請求項11所述的管殼式熱交換反應器，其中圍繞所述細長管的所述開放區域具有從約60 mm 2至約2000 mm 2的總面積。
- 如請求項1所述的管殼式熱交換反應器，其中所述至少一個擋板包括多個豎直間隔開的擋板，其支撐每個細長管的整個長度，其中所述多個豎直間隔開的擋板中的每個擋板包括被配置為形成具有所述管開口的所述格柵圖案的多個所述波紋狀不銹鋼帶。
- 如請求項1所述的管殼式熱交換反應器，其中所述管殼式熱交換反應器是環氧乙烷(EO)反應器。
- 如請求項14所述的管殼式熱交換反應器，其中所述EO反應器還包括用於將包含1％至40％的乙烯和3％至12％的氧氣的原料氣體引入所述EO反應器的入口管線。
- 如請求項15所述的管殼式熱交換反應器，其中所述EO反應器被配置為在以下條件下運行：1500至10,000 h -1的氣時空速、1 MPa至3 MPa的反應器入口壓強、180℃至315℃的冷卻劑溫度、10-60%的氧氣轉化率、100–350 kg EO/m 3催化劑/小時的EO生產速率(工作速率)、約1.5%至約4.5%的環氧乙烷濃度變化ΔEO。
- 如請求項14所述的管殼式熱交換反應器，其中每個細長管填充有銀基環氧化催化劑。
- 如請求項17所述的管殼式熱交換反應器，其中所述銀基環氧化催化劑包含氧化鋁載體、催化有效量的銀或含銀化合物以及促進量的一種或多種促進劑。
- 如請求項18所述的管殼式熱交換反應器，其中所述一種或多種促進劑包括至少一種錸促進劑。
- 一種環氧乙烷反應器(EO)，其包括： 多個細長管，其中所述細長管中的每一個的入口端固定到入口管板並且所述細長管中的每一個的出口端固定到出口管板； 至少一個擋板，其定位在所述入口管板和所述出口管板之間並且被配置成支撐所述細長管中的每一個，其中所述至少一個擋板包括多個波紋狀不銹鋼帶，所述多個波紋狀不銹鋼帶被配置成具有管開口的格柵圖案，其中每個管開口使得所述細長管中的一個能從中穿過；以及 入口管線，其用於將包含1％至40％的乙烯和3％至12％的氧氣的原料氣體引入所述EO反應器， 其中所述EO反應器被配置為在以下條件下運行：1500至10,000 h -1的氣時空速、1 MPa至3 MPa的反應器入口壓強、180℃至315℃的冷卻劑溫度、10-60%的氧氣轉化率、100–350 kg EO/m 3催化劑/小時的EO生產速率(工作速率)、約1.5%至約4.5%的環氧乙烷濃度變化ΔEO，以及 其中每個細長管填充有銀基環氧化催化劑，所述銀基環氧化催化劑包含氧化鋁載體、催化有效量的銀或含銀化合物以及促進量的一種或多種促進劑。
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