CH652047A5 - Axial-radial reactor for heterogeneous syntheses - Google Patents

Axial-radial reactor for heterogeneous syntheses Download PDF

Info

Publication number
CH652047A5
CH652047A5 CH749481A CH749481A CH652047A5 CH 652047 A5 CH652047 A5 CH 652047A5 CH 749481 A CH749481 A CH 749481A CH 749481 A CH749481 A CH 749481A CH 652047 A5 CH652047 A5 CH 652047A5
Authority
CH
Switzerland
Prior art keywords
wall
catalytic bed
exchanger
catalytic
axially
Prior art date
Application number
CH749481A
Other languages
Italian (it)
Inventor
Umberto Zardi
Ettore Comandini
Original Assignee
Ammonia Casale Sa
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Ammonia Casale Sa filed Critical Ammonia Casale Sa
Priority to CH749481A priority Critical patent/CH652047A5/en
Publication of CH652047A5 publication Critical patent/CH652047A5/en

Links

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J8/00Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes
    • B01J8/02Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes with stationary particles, e.g. in fixed beds
    • B01J8/04Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes with stationary particles, e.g. in fixed beds the fluid passing successively through two or more beds
    • B01J8/0403Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes with stationary particles, e.g. in fixed beds the fluid passing successively through two or more beds the fluid flow within the beds being predominantly horizontal
    • B01J8/0407Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes with stationary particles, e.g. in fixed beds the fluid passing successively through two or more beds the fluid flow within the beds being predominantly horizontal through two or more cylindrical annular shaped beds
    • B01J8/0415Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes with stationary particles, e.g. in fixed beds the fluid passing successively through two or more beds the fluid flow within the beds being predominantly horizontal through two or more cylindrical annular shaped beds the beds being superimposed one above the other
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J8/00Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes
    • B01J8/02Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes with stationary particles, e.g. in fixed beds
    • B01J8/04Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes with stationary particles, e.g. in fixed beds the fluid passing successively through two or more beds
    • B01J8/0446Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes with stationary particles, e.g. in fixed beds the fluid passing successively through two or more beds the flow within the beds being predominantly vertical
    • B01J8/0461Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes with stationary particles, e.g. in fixed beds the fluid passing successively through two or more beds the flow within the beds being predominantly vertical in two or more cylindrical annular shaped beds
    • B01J8/0469Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes with stationary particles, e.g. in fixed beds the fluid passing successively through two or more beds the flow within the beds being predominantly vertical in two or more cylindrical annular shaped beds the beds being superimposed one above the other
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J8/00Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes
    • B01J8/02Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes with stationary particles, e.g. in fixed beds
    • B01J8/04Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes with stationary particles, e.g. in fixed beds the fluid passing successively through two or more beds
    • B01J8/0496Heating or cooling the reactor
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2208/00Processes carried out in the presence of solid particles; Reactors therefor
    • B01J2208/00008Controlling the process
    • B01J2208/00017Controlling the temperature
    • B01J2208/00106Controlling the temperature by indirect heat exchange
    • B01J2208/00168Controlling the temperature by indirect heat exchange with heat exchange elements outside the bed of solid particles
    • B01J2208/00194Tubes

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Fluid Mechanics (AREA)
  • Devices And Processes Conducted In The Presence Of Fluids And Solid Particles (AREA)

Abstract

In a reactor having an external shell and an internal cartridge, preferably obtained by assembling a number of stackable elementryal cartridges, each of which contains, from the outside to the inside, at least one solid wall forming a clearance with the inner wall of the shell, a continuous bottom of the solid wall, a first wall perforated over its entire length, a second inner wall only partially perforated, and a catalytic bed inserted between said bottom and said totally or partially perforated walls, at least one heat exchanger is arranged centrally and axially in a catalytic bed; the feed gases, which have cooled the outer wall of the shell, are collected in a pipe in the centre of the heat exchanger, through which pipe they run in one direction (for example downwards), then run back through the exchanger in the other direction inside the exchange tubes thereof, exiting preheated in the free zone above the free top of the catalytic bed where they are mixed with fresh gas fed directly from the outside into this zone. This mixture of preheated gas and fresh gas passes, at first axially and then radially, into the catalytic bed, is collected in the centre, is brought into contact with the outside of the heat exchanger tubes and, from the bottom thereof, is conveyed directly to the next catalytic bed.

Description

La presente invenzione si riferisce a reattori per sintesi eterogenee e più in particolare per sintesi catalitiche dell'ammoniaca, metanolo, «fuel» ed alcoli superiori, monomeri e simili, consistenti di un mantello esterno, di una cartuccia interna comportante una parete piena formatrice di intercapedine colla parete interna del mantello (M), di almeno un letto catalitico (Q-Q) formato da catalizzatore granulare disposto tra un fondo (Fo) e due pareti cilindriche concentriche (Tj-Tj) di cui quella più esterna (T\) è perforata su tutta la sua estensione assiale e quella più interna (T2) non ha perforazioni su una sua estensione minoritaria; di mezzi per l'adduzione dei gas di reazione, di mezzi per l'estrazione dei gas reagiti, di almeno uno scambiatore di calore, e di mezzi per l'adduzione a questo di gas fresco di scambio. Reattori del genere sono descritti nelle domande di brevetto italiane n. 24334A/79 e n. 22701A/80 della Richiedente; essi si caratterizzano per il fatto che ogni strato o letto catalitico è percorso dai gas di reazione in una zona con flusso prevalentemente assiale, ed in un'altra zona con flusso prevalentemente radiale, la zona a flusso prevalentemente assiale agendo anche da tampone o tappo di tenuta tra strati catalitici. Di' preferenza la cartuccia interna è vantaggiosamente ottenuta per semplice assemblaggio di cartucce elementari, ciascuna formata (procedendo dall'esterno all'interno) da una parete laterale cilindrica piena, da un fondo pieno che può essere la continuazione della parete piena esterna, da una prima parete cilindrica perforata su tutta la sua estensione assiale e da una parete cilindrica interna perforata solo parzialmente, cioè avente almeno una piccola estensione assiale non perforata: il let-5 to catalitico è disposto su detto fondo ed è delimitato da dette pareti laterali completamente rispettivamente parzialmente perforate. Ogni strato o letto catalitico è aperto in alto dove la zona a flusso prevalentemente assiale agisce da tampone di tenuta. Inoltre tra un letto catalitico ed il 10 successivo c'è sempre una zona di separazione nella quale si fanno arrivare i gas freddi da utilizzare per lo scambio di calore (diretto o indiretto) con quelli caldi preriscaldati e/o già parzialmente reagiti. Nel caso di scambio termico indiretto, lo scambiatore di calore tra gas di sintesi freddi 15 e gas di sintesi caldi parzialmente reagiti è disposto assialmente al reattore nella parte centrale degli strati catalitici: i tubi di questi singoli scambiatori sono attraversati internamente dai gas freddi di alimentazione e sono lambiti esternamente dai gas caldi che hanno attraversato (assialmente 20 e radialmente) il letto catalitico avvolgente lo scambiatore in questione, nonché il o gli strati catalitici che lo precedono. The present invention relates to reactors for heterogeneous synthesis and more particularly for catalytic synthesis of ammonia, methanol, "fuel" and higher alcohols, monomers and the like, consisting of an external shell, an internal cartridge comprising a full forming wall of interspace with the inner wall of the mantle (M), of at least one catalytic bed (QQ) formed by granular catalyst placed between a bottom (Fo) and two concentric cylindrical walls (Tj-Tj) of which the outer one (T \) is perforated on all its axial and innermost extension (T2) it has no perforations on its minority extension; of means for the supply of the reaction gases, of means for the extraction of the reacted gases, of at least one heat exchanger, and of means for the supply of fresh exchange gas to it. Such reactors are described in Italian patent applications n. 24334A / 79 and n. 22701A / 80 of the Applicant; they are characterized by the fact that each catalytic layer or bed is crossed by the reaction gases in an area with predominantly axial flow, and in another area with predominantly radial flow, the area with predominantly axial flow, also acting as a buffer or stopper held between catalytic layers. Preferably, the internal cartridge is advantageously obtained by simple assembly of elementary cartridges, each formed (proceeding from the outside to the inside) by a full cylindrical side wall, by a full bottom which can be the continuation of the full external wall, by a first cylindrical wall perforated along its entire axial extension and by an internal cylindrical wall perforated only partially, i.e. having at least one small axial extension not perforated: the catalytic layer is disposed on said bottom and is delimited by said side walls completely respectively partially perforated. Each catalytic layer or bed is open at the top where the predominantly axial flow area acts as a sealing pad. Furthermore, between a catalytic bed and the next 10 there is always a separation zone in which cold gases are sent to be used for heat exchange (direct or indirect) with hot ones preheated and / or already partially reacted. In the case of indirect heat exchange, the heat exchanger between cold synthesis gas 15 and partially synthesized hot synthesis gas is arranged axially to the reactor in the central part of the catalytic layers: the tubes of these individual exchangers are crossed internally by the cold supply gases and they are externally lapped by the hot gases which have passed (axially 20 and radially) the catalytic bed enveloping the exchanger in question, as well as the catalytic layer or layers which precede it.

Continuando le sue ricerche, studi ed esperimenti nel campo così vitale ed importante dei reattori assiali- radiali (oggi ancor più vitale per i sostanziali risparmi energetici 25 che si conseguono), la Richiedente è riuscita a realizzare un reattore a flusso assiale-radiale e scambio termico indiretto di grande efficienza e di grande semplicità costruttiva. Continuing her research, studies and experiments in the vital and important field of axial-radial reactors (today even more vital for the substantial energy savings 25 that are achieved), the Applicant has managed to create an axial-radial flow and exchange reactor Indirect thermal with great efficiency and great construction simplicity.

Il reattore secondo il trovato del tipo precisato nel 30 preambolo di questa descrizione è ora caratterizzato dal fatto che centralmente ed assialmente ad un letto catalitico è disposto uno scambiatore di calore; che i gas freschi di processo che hanno raffreddato la parete interna del mantello sono raccolti in un condotto centrale allo scam-35 biatore e lo percorrono in un senso (ad es. dall'alto in basso) per poi rifare lo stesso percorso nell'altro senso all'interno dei tubi di detto scambiatore, sboccando preriscaldati nella zona libera superiore al pelo libero del letto catalitico, dove vengono miscelati col gas fresco di scambio 40 alimentato direttamente dall'esterno e diffuso in detta zona; che la miscela di gas di processo preriscaldato e di gas di scambio fresco così ottenuta attraversa prima assialmente e poi radialmente tutto lo strato catalitico, è raccolta in un'intercapedine centrale, ed è portata a lambire l'esterno 45 dei tubi dello scambiatore dal fondo del quale è convogliata direttamente al successivo letto-catalitico che attraverserà prima assialmente poi radialmente per essere raccolta al centro del reattore. The reactor according to the invention of the type specified in the preamble of this description is now characterized in that a heat exchanger is arranged centrally and axially to a catalytic bed; that the fresh process gases that have cooled the inner wall of the casing are collected in a central duct to the exchanger and run it in one direction (e.g. from top to bottom) and then repeat the same path in the other sense inside the tubes of said exchanger, opening preheated in the free area above the free surface of the catalytic bed, where they are mixed with the fresh exchange gas 40 fed directly from the outside and diffused in said area; that the mixture of pre-heated process gas and fresh exchange gas thus obtained crosses the entire catalytic layer axially and then radially, is collected in a central interspace, and is brought to touch the outside 45 of the heat exchanger pipes from the bottom of which it is conveyed directly to the subsequent catalytic bed which it will pass first axially then radially to be collected at the center of the reactor.

Uno dei vantaggi del trovato è quello che esso consente 50 una costruzione semplice ed efficace di tutto il reattore ed una sua utilizzazione senza perdite di volume dovute al sistema di regolazione della temperatura di processo. In particolare la cartuccia interna può essere ora realizzata con più cartucce modulari impilabili, leggere (hanno una sola 55 parete piena) montabili in situ, e a letto catalitico' a cielo aperto. One of the advantages of the invention is that it allows a simple and effective construction of the whole reactor and its use without loss of volume due to the process temperature regulation system. In particular, the internal cartridge can now be made with several modular stackable cartridges, light (they have only one full wall) that can be assembled in situ, and with an open-air catalytic bed.

Merita sottolineare che sono già noti reattori con scambiatore di calore disposto centralmente ed assialmente ad un letto catalitico; in particolare il brevetto USA numero 60 4 181 701 descrive un reattore a flusso esclusivamente radiale in cui uno scambiatore di calore è disposto nella zona centrale di un letto catalitico ed è alimentato con gas freschi di scambio. Tuttavia non solo sono "diversi e complessi (rispetto all'invenzione) il tipo di reattore (esclusiva-65 mente radiale) ma anche la struttura ed il comportamento dello scambiatore nell'economia di tutto il sistema di regolazione delle condizioni di processo; anche le perdite di volume sono non indifferenti nel detto brevetto 4 181 701. It is worth noting that reactors with heat exchanger arranged centrally and axially to a catalytic bed are already known; in particular, US patent number 60 4 181 701 describes an exclusively radial flow reactor in which a heat exchanger is arranged in the central area of a catalytic bed and is fed with fresh exchange gases. However, not only are the type of reactor (exclusively radial) different and complex (with respect to the invention) but also the structure and behavior of the exchanger in the economy of the whole system for regulating the process conditions; volume losses are not indifferent in said patent 4 181 701.

3 3

652047 652047

I diversi aspetti e vantaggi del trovato appariranno meglio dalla descrizione seguente della forma di realizzazione preferita ma non limitativa rappresentata nel disegno allegato che è una sezione longitudinale schematica e parziale di un reattore secondo il trovato. The different aspects and advantages of the invention will become clearer from the following description of the preferred but not limiting embodiment represented in the attached drawing which is a schematic and partial longitudinal section of a reactor according to the invention.

Così come descritto nel precedente brevetto svizzero 643 752 della Richiedente la cui descrizione va considerata come parte integrante di questo testo, il reattore consiste di un mantello o involucro esterno a pressione M e di una cartuccia interna che nel disegno allegato è vantaggiosamente rappresentata nella sua forma di realizzazione ottenuta per assemblaggio in situ di più cartucce modulari CU1; CU2.. CUj ... CUn-j, CUn. Per semplicità illustrativa e rappresentativa, si sono mostrati due sole cartucce CL^ e CU2, ciascuna formata da una parete esterna T0 che di preferenza forma corpo unico con un fondo FO e con un coperchio CO. All'interno di T0 si trovano una prima parete cilindrica Tj che è forata su tutta la sua estensione assiale, ed una seconda parete cilindrica T2 che è anch'essa forata ma presenta altresì una estensione T'2 non forata. In altre parole, la parete interna T2 è forata su un'estensione corrispondente alla differenza delle estensioni assiali di Tx e di T'2 cioè a TrT'2. Le pareti laterali Tj e T2 + T'2 delimitano con il fondo FO lo strato o letto catalitico Ct formato da catalizzatore granulare. La stessa struttura di cartuccia modulare (cioè assemblabile per semplice impilamento) si ha con CU2 il cui cesto catalitico C2 è racchiuso tra il fondo FO', la parete interna tutta perforata Tla parete più interna perforata sul tratto T2:2 e non perforata sul tratto T'2.2. In alto detto cesto è libero, cioè tra il fondo FO del cesto superiore Cj e il pelo libero superiore del cesto C2 c'è una zona libera Z2 sostanzialmente analoga alla zona libera Z1 che c'è tra la parete interna del coperchio CO ed il pelo libero superiore dello strato catalitico Cj. In virtù della parete non perforata T'2 (risp. T'22) di ogni cestello la zona di catalizzatore Zla avente l'estensione assiale di T'2 sarà percorsa da flussi di gas prevalentemente assiale mentre la zona Zlb di catalizzatore avente l'estensione della parete perforata T2 sarà attraversata da flusso prevalentemente radiale. As described in the previous Swiss patent 643 752 of the Applicant whose description is to be considered as an integral part of this text, the reactor consists of an outer jacket or pressure pressure housing M and an internal cartridge which in the attached drawing is advantageously represented in its form realization obtained by in situ assembly of several CU1 modular cartridges; CU2 .. CUj ... CUn-j, CUn. For illustrative and representative simplicity, only two cartridges CL ^ and CU2 have been shown, each formed by an external wall T0 which preferably forms a single body with a bottom FO and a cover CO. Inside T0 there is a first cylindrical wall Tj which is perforated over its entire axial extension, and a second cylindrical wall T2 which is also perforated but also has an unperforated extension T'2. In other words, the internal wall T2 is perforated on an extension corresponding to the difference of the axial extensions of Tx and T'2, that is to TrT'2. The side walls Tj and T2 + T'2 delimit with the bottom FO the catalytic layer or bed Ct formed by granular catalyst. The same modular cartridge structure (i.e. assembled for simple stacking) is obtained with CU2 whose catalytic basket C2 is enclosed between the bottom FO ', the internal wall completely perforated The internal wall perforated on section T2: 2 and not perforated on section T'2.2. At the top said basket is free, i.e. between the bottom FO of the upper basket Cj and the upper free surface of the basket C2 there is a free zone Z2 substantially similar to the free zone Z1 which is between the internal wall of the cover CO and the top free layer of the catalytic layer Cj. By virtue of the non-perforated wall T'2 (resp. T'22) of each basket the catalyst zone Zla having the axial extension of T'2 will be crossed by mainly axial gas flows while the zone Zlb of catalyst having the extension of the perforated wall T2 will be crossed by mainly radial flow.

Secondo l'aspetto più importante del trovato, un cestello catalitico in particolare quello più vicino ad un'estremità del reattore, di preferenza all'estremità opposta a quella di ingresso dei gas di processo IG, ha la sua zona anulare centrale occupata da uno scambiatore di calore indiretto HE il quale col suo condotto centrale 15 di raccolta dei gas di processo, con la sua calotta di chiusura inferiore 10 e con la sua serie di tubi scambiatori di calore U realizza una disposizione ed una combinazione critica e vantaggiosa con una corta adduzione di gas fresco di scambio EGI sboccante direttamente nella zona libera Zl del letto catalitico Cj. According to the most important aspect of the invention, a catalytic basket, in particular the one closest to one end of the reactor, preferably at the opposite end to that of the inlet of the process gases IG, has its central annular zone occupied by an exchanger of indirect heat HE which with its central duct 15 for the collection of process gases, with its lower closing cap 10 and with its series of heat exchanger tubes U realizes an arrangement and a critical and advantageous combination with a short adduction of fresh EGI exchange gas, blossoming directly in the free zone Zl of the catalytic bed Cj.

Si vedrà in effetti che con un abbinamento felice dei percorsi dei gas di processo nello scambiatore, e del gas di scambio nella zona a cielo libero del letto catalitico si realizza un efficiente sistema di regolazione delle condizioni di processo con un reattore a costruzione semplice ed efficace. In fact, it will be seen that with a happy combination of the process gas paths in the exchanger, and the exchange gas in the free area of the catalytic bed, an efficient system for regulating the process conditions is created with a simple and effective construction reactor .

Come si vede dal disegno, i gas di processo freddi (inlet gas) entrano in IG e seguono il percorso dal basso in alto indicato dalle frecce Fj percorrendo l'intercapedine I tra le pareti esterne T0 e Tn-2 delle cartucce CUj, CU2 e la parete interna del mantello M che viene così raffreddato. Alla sommità del reattore questo flusso principale Fj viene convogliato al centro nel condotto 15 disposto centralmente allo scambiatore di calore HE che è così percorso da Fi in un senso ad es. dall'alto in basso. Lo scambiatore HE (disposto centralmente e assialmente al letto catalitico Q) è chiuso in basso dalla calotta 10 per cui i gas Fj sono costretti da 10 a risalire nell'altro senso ad es. verso l'alto passando dentro i tubi U dello scambiatore dal quale fuoriescono nella zona libera Z1 come gas preriscaldati Flp. In questa stessa zona Z1; cioè all'interno del coperchio CO, arriva però anche il condotto 8 alimentato da un flusso di gas fresco di scambio EGI (exchanger by-pass inlet): il condotto 8 termina con un'uscita toroidale 9 e diffonde in Z1 un gas fresco Fe (gas di scambio) che si mescola col flusso di gas principale Flp (in uscita dall'alto dello scambiatore di calore HE) per cui in Z1 si ha la miscela di gas F2 = Flp + Fe la quale attraverserà la prima zona Zla di Cj assialmente per poi proseguire nella zona Zlb del cestello con flusso prevalentemente radiale, raccogliendosi nell'intercapedine 21 al di là della parete T2 perforata. Detto flusso di gas F3 (che per essere il flusso di gas miscelato F2 = Fip + Fe ehe ha attraversato prima assialmente la zona Zla e poi radialmente verso l'interno la zona Zlb del letto catalitico Cj ed è quindi parzialmente reagito e perciò caldo) raccogliendosi in 22 è obbligato ad attraversare lo scambiatore di calore HE cioè a lambire esternamento i tubi U di HE; questo percorso dei gas F3 all'esterno dei tubi U è indicato dalle frecce semicircolari F4. Questi gas indicati con F4 cedono calore al flusso principale di gas F\ (che è Ft dopo aver percorso dall'alto in basso il tubo centrale 15 di HE) che per via della chiusura a mezzo della calotta 10 risale lo scambiatore internamente ai tubi U dai quali fuoriesce in alto come flusso preriscaldato Flp per miscelarisi col flusso secondario di scambio Fe nella zona libera Zx. As can be seen from the drawing, the cold process gases (inlet gas) enter IG and follow the path from bottom to top indicated by the arrows Fj along the cavity I between the external walls T0 and Tn-2 of the cartridges CUj, CU2 and the inner wall of the mantle M which is thus cooled. At the top of the reactor this main flow Fj is conveyed to the center in the duct 15 arranged centrally to the heat exchanger HE which is thus traversed by Fi in a direction e.g. from the top to bottom. The exchanger HE (arranged centrally and axially to the catalytic bed Q) is closed at the bottom by the cap 10 so that the gases Fj are forced by 10 to go up in the other direction, e.g. upwards passing into the tubes U of the exchanger from which they emerge in the free zone Z1 as preheated gas Flp. In this same zone Z1; that is, inside the cover CO, however, also the conduit 8 fed by a flow of fresh exchange gas EGI (exchanger by-pass inlet) arrives: the conduit 8 ends with a toroidal outlet 9 and diffuses a fresh gas Fe in Z1 (exchange gas) which mixes with the main gas flow Flp (exiting from the top of the heat exchanger HE) so in Z1 there is the gas mixture F2 = Flp + Fe which will pass through the first zone Zla of Cj axially and then continue in the zone Zlb of the basket with mainly radial flow, collecting in the interspace 21 beyond the perforated wall T2. Said gas flow F3 (which to be the mixed gas flow F2 = Fip + Fe which first crossed the zone Zla axially and then radially inwards the zone Zlb of the catalytic bed Cj and is therefore partially reacted and therefore hot) when it collects at 22 it is obliged to pass through the heat exchanger HE, that is, to touch the tubes U of HE externally; this path of the gases F3 outside the pipes U is indicated by the semicircular arrows F4. These gases indicated with F4 transfer heat to the main flow of gas F \ (which is Ft after having traveled the top tube 15 of HE from top to bottom) which, due to the closure by means of the cap 10, returns the exchanger inside the pipes U from which it comes out at the top as a preheated flow Flp to mix with the secondary exchange flow Fe in the free zone Zx.

Come si vede chiaramente dalla figura il flusso di gas F4 (che è il flusso parzialmente reagito sul letto Cx all'interno del quale, cioè in 21, si era raccolto come flusso Fs) esce dalle bocche anulari inferiori 18 dello scambiatore HE e va sul secondo letto catalitico C2 di cui attraversa il primo tratto (quello avente estensione uguale all'altezza della parete non perforata T'2 2) con flusso prevalentemente assiale, ed il secondo tratto (quello avente l'estensione della parte perforata T2 2) con flusso prevalentemente radiale; il flusso radiale è verso l'interno (centripeto) come nella zona Zji, del primo cestello C1; per cui tutto il gas che ha attraverso anche il secondo cestello catalitico si raccoglie come flusso F5 e fuoriesce tramite il tubo T5 dall'uscita GO (gas outlet). Il sistema di regolazione della temperatura dei gas all'interno del reattore, secondo il trovato, si è rivelato estremamente efficiente, flessibile e affidabile. Basta infatti regolare la quantità di flusso di gas di scambio EGI = Fe in funzione del flusso Fj e delle condizioni di questi dopo preriscaldamento (Flp) per arrivare a stabilire le condizioni ottimali di processo. As can be clearly seen from the figure, the flow of gas F4 (which is the flow partially reacted on the bed Cx inside which, that is, at 21, it had collected as flow Fs) exits from the lower annular ports 18 of the exchanger HE and goes to the second catalytic bed C2 of which it crosses the first section (the one having extension equal to the height of the unperforated wall T'2 2) with mainly axial flow, and the second section (the one having the extension of the perforated part T2 2) with flow mainly radial; the radial flow is inward (centripetal) as in the Zji area of the first basket C1; whereby all the gas that also has through the second catalytic basket collects as flow F5 and exits via the T5 tube from the GO outlet (gas outlet). The system for regulating the temperature of the gases inside the reactor, according to the invention, has proved to be extremely efficient, flexible and reliable. In fact, it is sufficient to adjust the quantity of exchange gas flow EGI = Fe as a function of the flow Fj and the conditions of these after preheating (Flp) to arrive at establishing the optimal process conditions.

La struttura del reattore che consente di realizzare queste condizioni ottimali di processo è costruttivamente semplice ed efficace; non si hanno infatti perdite di volume utile (come nell'arte nota), la cartuccia può essere fatta con elementi impilabili che non necessitano organi di fissazione, sono leggeri perché hanno una sola parete piena, e si montano in situ; non si hanno tubi di adduzione di gas di scambio (EGI) che attraversano il reattore; ogni cesto catalitico rimane aperto in alto per cui non occorrono pareti divisionali tra cesto e cesto; si sfrutta (assialmente) anche il primo pezzo superiore di catalizzatore (che nell'arte nota non è sfruttato), ecc. ecc. The structure of the reactor which allows to achieve these optimal process conditions is constructively simple and effective; in fact there are no useful volume losses (as in the prior art), the cartridge can be made with stackable elements that do not require fixing elements, are light because they have only one solid wall, and are mounted in situ; there are no exchange gas supply pipes (EGI) that pass through the reactor; each catalytic basket remains open at the top so there is no need for divisional walls between basket and basket; the first upper piece of catalyst (which is not exploited in the prior art) is also exploited (axially), etc. etc.

È evidente che il trovato anche se descritto per chiarezza illustrativa con riferimento alla forma di realizzazione più semplice rappresentata nel disegno, non è affatto limitata a questo tipo di esecuzione ma si presta ad essere uti5 It is clear that the invention, even if described for illustrative clarity with reference to the simpler embodiment shown in the drawing, is by no means limited to this type of execution but is suitable for use.

10 10

15 15

20 20

25 25

30 30

35 35

40 40

45 45

50 50

55 55

60 60

65 65

652047 652047

4 4

lizzato su reattore con qualsiasi numero di cesti catalitici e con qualsiasi tipo di cartuccia. Così se il numero di cesti è superiore a due si potrà sfruttare o un solo scambiatore secondo il trovato o inserirne almeno un altro in un cesto successivo al secondo. used on reactor with any number of catalytic baskets and with any type of cartridge. Thus, if the number of baskets is greater than two, it will be possible to exploit either a single exchanger according to the invention or insert at least another exchanger in a basket subsequent to the second.

Anche se la cartuccia è preferibilmente formata da più cartucce impilabili, il trovato si applica altrettanto bene ad una cartuccia in pezzo unico. Analogamente lo scambiatore HE può essere sostituito con un tipo di scambiatore diverso 5 ma a comportamento equivalente. Although the cartridge is preferably made up of several stackable cartridges, the invention applies equally well to a one-piece cartridge. Similarly, the exchanger HE can be replaced with a different type of exchanger 5 but with equivalent behavior.

v v

1 foglio disegni 1 sheet of drawings

Claims (2)

652047 2 RIVENDICAZIONI652047 2 CLAIMS 1. Reattore per sintesi eterogenee e catalitiche dell'ammoniaca, metanolo, miscele combustibili, alcoli' superiori, monomeri polimerizzabili e simili, consistente di un mantello esterno (M), di una cartuccia interna (CU1-CU2) comportante una parete piena (To) formatrice di intercapedine con la parete interna del mantello', di almeno un letto o cestello catalitico (Ç[-C2) formato da catalizzatore granulare disposto su un fondo (FO) e tra due pareti cilindriche concentriche (TrT2) di cui quella più esterna (TJ è perforata su tutta la sua estensione assiale mentre quella più interna (T2) non ha perforazioni solo su un tratto minoritario (T') della sua estensione, di mezzi (Fj) per l'adduzione dei gas di sintesi (o processo) (IG), di mezzi per l'estrazione dei gas reagiti (GO), di uno scambiatore di calore dei gas di processo (HE), e di mezzi per l'adduzione allo scambiatore di gas fresco di scambio termico, caratterizzato dal fatto che centralmente ed assialmente ad un letto catalitico (Cx) è disposto uno scambiatore di calore (HE); che i gas freschi di processo (Fj) che hanno raffreddato la parete interna del mantello (M) sono raccolti in un condotto centrale (15) allo scambiatore e lo percorrono in un senso per poi rifare lo stesso percorso nell'altro senso all'interno dei tubi (U) di detto scambiatore (HE), sboccando preriscaldati nella zona libera superiore al pelo libero (Zx) del letto catalitico, dove vengono miscelati col gas fresco (Fe) di scambio (EGI) alimentato direttamente dall'esterno e diffuso in detta zona (Zj); che la miscela (F3) di gas di processo preriscaldato (Fjp) e di gas di scambio fresco (Fe) così ottenuta attraversa prima assialmente e poi radialmente tutto lo strato catalitico (Cj), è raccolta in un'intercapedine centrale (21), è portata a lambire l'esterno dei tubi (U) dello scambiatore (ME) dal fondo del quale è convogliata direttamente al successivo letto catalitico (C2) che attraverserà prima assialmente e poi radialmente per essere raccolta al centro del reattore. 1. Reactor for heterogeneous and catalytic synthesis of ammonia, methanol, combustible mixtures, higher alcohols, polymerizable monomers and the like, consisting of an external shell (M), an internal cartridge (CU1-CU2) involving a solid wall (To ) cavity forming machine with the inner wall of the mantle ', of at least one catalytic bed or basket (Ç [-C2) formed by granular catalyst placed on a bottom (FO) and between two concentric cylindrical walls (TrT2) of which the outer one (TJ is perforated on all its axial extension while the innermost one (T2) does not have perforations only on a minority stretch (T ') of its extension, of means (Fj) for the supply of synthesis gases (or process) (IG), of means for the extraction of the reacted gases (GO), of a heat exchanger of the process gases (HE), and of means for the adduction to the exchanger of fresh heat exchange gas, characterized in that centrally and axially to a catalytic bed (C x) a heat exchanger (HE) is arranged; that the fresh process gases (Fj) which have cooled the internal wall of the casing (M) are collected in a central duct (15) to the exchanger and run it in one direction and then repeat the same path in the other direction inside of the pipes (U) of said exchanger (HE), opening preheated in the free zone above the free surface (Zx) of the catalytic bed, where they are mixed with the fresh exchange gas (Fe) (EGI) fed directly from the outside and diffused in said area (Zj); that the mixture (F3) of preheated process gas (Fjp) and fresh exchange gas (Fe) thus obtained crosses the entire catalytic layer (Cj) axially and then radially, is collected in a central interspace (21), it is brought to touch the outside of the tubes (U) of the exchanger (ME) from the bottom of which it is conveyed directly to the next catalytic bed (C2) which will pass first axially and then radially to be collected at the center of the reactor. 2. Reattore secondo la rivendicazione 1, in cui la cartuccia interna al mantello è formata da più cartucce elementari impilate, ogni cartuccia comportando un cestello catalitico percorribile assialmente e radialmente. 2. Reactor according to claim 1, wherein the cartridge inside the shell is made up of several stacked elementary cartridges, each cartridge comprising a catalytic basket which can be traveled axially and radially.
CH749481A 1981-11-24 1981-11-24 Axial-radial reactor for heterogeneous syntheses CH652047A5 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CH749481A CH652047A5 (en) 1981-11-24 1981-11-24 Axial-radial reactor for heterogeneous syntheses

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CH749481A CH652047A5 (en) 1981-11-24 1981-11-24 Axial-radial reactor for heterogeneous syntheses

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CH652047A5 true CH652047A5 (en) 1985-10-31

Family

ID=4326000

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CH749481A CH652047A5 (en) 1981-11-24 1981-11-24 Axial-radial reactor for heterogeneous syntheses

Country Status (1)

Country Link
CH (1) CH652047A5 (en)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2006093437A2 (en) * 2005-03-03 2006-09-08 Institut Kataliza Imeni G.K. Boreskova Sibirskogo Otdeleniya Rossiiskoi Akademii Nauk Catalytic process reactor
CN107649075A (en) * 2017-10-24 2018-02-02 南京聚拓化工科技有限公司 A kind of ethylene glycol hydrogenation reactor
WO2021259929A1 (en) * 2020-06-25 2021-12-30 Casale Sa Multi-bed catalytic reactor

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2006093437A2 (en) * 2005-03-03 2006-09-08 Institut Kataliza Imeni G.K. Boreskova Sibirskogo Otdeleniya Rossiiskoi Akademii Nauk Catalytic process reactor
WO2006093437A3 (en) * 2005-03-03 2009-01-22 Boreskova Inst Kataliza Sibir Catalytic process reactor
CN107649075A (en) * 2017-10-24 2018-02-02 南京聚拓化工科技有限公司 A kind of ethylene glycol hydrogenation reactor
CN107649075B (en) * 2017-10-24 2023-06-20 南京聚拓化工科技有限公司 Ethylene glycol hydrogenation reactor
WO2021259929A1 (en) * 2020-06-25 2021-12-30 Casale Sa Multi-bed catalytic reactor

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US4405562A (en) Axial-radial reactor for heterogeneous synthesis
US4909808A (en) Steam reformer with catalytic combustor
RU2435639C2 (en) Isothermal reactor
US4769220A (en) Converter for heterogeneous synthesis more particularly for ammonia, methanol and higher alcohols
US7780925B2 (en) Fixed-bed catalytic reactor
SK292001A3 (en) Radial flow reactor
CA2146014A1 (en) Counterflox catalytic device
RU2403084C2 (en) Isothermal chemical reactor
EP0416132B1 (en) Heating device
AU2004201132A1 (en) Horizontal chemical reactor, in particular for methanol synthesis
CA1209789A (en) Ammonia synthesis converter
US4452760A (en) Horizontal ammonia converter
US6568467B1 (en) Helical type heat exchanger having intermediate heating medium
US3516800A (en) Synthesis reaction apparatus equipped with means for temperature control of catalyst bed
ITMI20002712A1 (en) REACTOR FOR CARRYING OUT EXOTHERMAL OR ENDOTHERMAL HETEROGENEOUS REACTIONS
EP0823863B1 (en) Process and use of a reactor for the heterogeneous exothermic synthesis of formaldehyde
RU2006110354A (en) REACTOR FOR HETEROGENEOUS SYNTHESIS OF CHEMICAL COMPOUNDS
CH652047A5 (en) Axial-radial reactor for heterogeneous syntheses
CH646618A5 (en) REACTOR FOR CATALYTIC HETEROGENEOUS SYNTHESIS.
EP3621725B1 (en) Multi-bed catalytic converter with inter-bed cooling
US4368778A (en) Heat exchanger with U-tubes
EP0820345B1 (en) Process and reactor for heterogeneous exothermic synthesis of formaldehyde
CA1287481C (en) Device conceived as nh _reactor
US4942022A (en) Catalytic reactor
EP1279915A1 (en) Heat exchange unit, in particular for isothermal reactors

Legal Events

Date Code Title Description
PL Patent ceased