CH672078A5

CH672078A5 -

Info

Publication number: CH672078A5
Application number: CH2221/86A
Authority: CH
Inventors: Umberto Zardi
Original assignee: Ammonia Casale Sa; Umberto Zardi
Priority date: 1986-06-02
Filing date: 1986-06-02
Publication date: 1989-10-31
Also published as: DE3767369D1; CN1005964B; IN170029B; ES2023138B3; EP0248284B1; CN87104678A; CA1295109C; EP0248284A3; US4859425A; EP0248284A2

Description

DESCRIZIONE

La presente invenzione si riferisce ad un procedimento per migliorare la miscelazione dei gas reagiti e di quelli di quench e per aumentare così le rese e ridurre i consumi energetici nei reattori per sintesi eterogenee particolarmente per ammoniaca é metanolo, consistente di un mantello esterno o corpo resistente alla pressione, di una cartuccia interna che può essere formatrice di un condotto per il passaggio del gas fresco di reazione tra la sua parete esterna e quella interna di detto mantello; di cesti catalitici sovrapposti e di mezzi per addurre gas non reagito di quench onde raffreddare quello reagito nelle zone tra il fondo di un letto catalitico superiore e la superficie libera superiore del letto catalitico sottostante, il suddetto gas di reazione attraversando assialmente almeno uno dei detti letti catalitici.

Reattori assiali del tipo sopra precisato hanno conosciuto una larghissima diffusione in tempi non molto lontani e sono spesso indicati con l'espressione «reattore tipo Kellogg». Il più

diffuso periodo di impiego di questi reattori assiali è coinciso con i tempi in cui l'energia era a basso costo. Per contro nei momenti attuali di energia a costi non indifferenti è di notevole importanza, specie nella tecnologia industriale di produzione di un composto di base come l'NH3, il miglioramento dell'efficienza del reattore di sintesi nel senso di aumentare, per quanto possibile ed a parità di altre condizioni, il grado di conversione della corrente gassosa di reazione nel passaggio attraverso i letti catalitici. Quanto sopra vale, fra l'altro, non solo per gli impianti di nuova costruzione nei quali è possibile applicare al meglio le recenti tecnologie più avanzate, ma anche per i molti impianti attualmente già in esercizio, nei quali come si è sopra detto, i costi di produzione sono notevolmente influenzati dalle prestazioni dei reattori (che diventano tanto più impellenti quanto più cresce il costo dell'energia).

Di notevole interesse sono quindi tutte le azioni volte al miglioramento dei reattori in senso lato, la cui applicazione ai reattori esistenti ne aumenti l'efficienza, con conseguente riduzione dei consumi energetici.

In precedenti brevetti e domande di brevetto i Richiedenti hanno suggerito reattori di grande interesse dal punto di vista delle rese, costi di esercizio, costi di messa in opera ecc. Più in particolare nel brevetto svizzero 666 197 è stata proposta, tra l'altro, una interessante modifica ai reattori assiali «Kellogg» del tipo a quench, in modo da trasformarli in reattori di tipo radiale, in grado, fra l'altro, di impiegare catalizzatore di piccola granulometria notoriamente più attivo del catalizzatore a grossa granulometria attualmente usato nei reattori assiali, con conseguente miglioramento delle prestazioni del reattore.

Nella continuazione delle loro ricerche sistematiche in questo campo i Richiedenti sono riusciti, non senza sorpresa, ad escogitare e realizzare ulteriori miglioramenti nell'assetto di tali tipi di reattori con almeno un letto catalitico assialmente attraversato dal gas di reazione, che si sono rivelati molto vantaggiosi ai fini dell'aumento dell'efficacia della miscelazione dei gas reagiti e di quench e quindi dell'ottimizzazione delle condizioni termiche generali nelle quali avviene la reazione. Ciò corrisponde ad aumentare le rese ed a ridurre i consumi energetici.

Il procedimento del tipo precisato nell'introduzione della rivendicazione 1 e di questa descrizione, si caratterizza ora per il fatto che la detta miscelazione dei gas caldi reagiti con i gas freddi di quench è fatta avvenire in una zona periferica nelle vicinanze della parete interna della cartuccia.

Il reattore secondo l'invenzione è ora caratterizzato da: un collettore toroidale con sbocco dei gas di quench vicino alla periferia della parete interna della cartuccia e da un doppio fondo sottostante alla porzione inferiore della griglia del letto catalitico, per il convogliamento dei gas caldi reagiti in uscita da detto letto verso la detta zona periferica di sbocco dei gas di quench.

I diversi aspetti e vantaggi dell'invenzione appariranno meglio dalla descrizione seguente delle forme di realizzazione preferite ma non limitative rappresentate nei disegni nei quali:

— la Fig. 1 è una vista in sezione longitudinale schematica e parziale di un reattore assiale (ad esempio del tipo «Kellogg») secondo l'arte nota,

— la Fig. 2 è una vista in sezione schematica e su scala ingrandita della sola porzione di reattore sottostante al fondo di un letto catalitico secondo l'invenzione,

— la Fig. 3 è una vista in sezione longitudinale schematica di un reattore comportante almeno su un letto catalitico il perfezionamento secondo questa invenzione, e almeno su un altro letto catalitico la modifica migliorativa secondo il suddetto brevetto dei Richiedenti.

Anche se le considerazioni che seguono hanno una validità generale, si fa riferimento in particolare ai reattori «Kellogg» di tipo assiale a quench con tre o quattro letti adiabatici.

Nella Fig. 1 è rappresentata la silhouette tipica di uno di questi reattori convenzionali consistenti del mantello a pressio-

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ne P, della cartuccia C di diametro interno De, di un canale per i gas freschi che risalgono allo scambiatore di calore S, da quatto letti catalitici I, II, III e IV a ciascuno dei quali è associato un adduttore di gas di quench Q2, Q3 e Q4, ciascuno dei quali termina con (ad esempio) un collettore toroidale CTi.

Il gas da reagire viene introdotto nel fondo del reattore tramite il bocchello A e fluisce verso l'alto (freccia Fi) nell'intercapedine E esistente tra corpo a pressione P e l'apparecchiatura interna o cartuccia C di contenimento del catalizzatore K. Dopo il preriscaldamento sino alla temperatura di reazione (a spese del gas reagito) nel top-exchanger S, il gas passa nel primo Ietto catalitico I.

All'uscita dal primo letto I, il gas viene raffreddato mediante quench di gas fresco Q2 e passa nel secondo letto II e così via per gli altri letti successivi.

Il controllo di temperatura avviene quindi tra un letto (Li) ed il successivo (Li +1) mediante miscelazione del gas Gcu caldo uscente dal letto Li e una corrente di gas non reagito Qi, avente una temperatura inferiore a quella del gas reagito.

In particolare, date le notevoli dimensioni del reattore, la griglia di fondo GRi di contenimento del catalizzatore K di ciascun letto Li è del tipo ellittico, in modo da aumentarne la resistenza meccanica. Il gas uscente da ciascun fondo della griglia ellittica GRi viene raccolto e convogliato al centro da uno speciale diaframma DAi e qui si miscela con il gas freddo Qi distribuito opportunamente da ciascun collettore toroidale CTi. Il gas così miscelato entra nello strato successivo alla temperatura voluta.

La cosa si ripete per tutti gli altri strati catalitici (III, IV, ecc.). Appare chiaramente come il particolare sistema di quench testé descritto richieda un notevole volume libero (non occupato dal catalizzatore) e che quindi penalizzi il volume utile del reattore, cioè il volume occupato dal catalizzatore, e porti ad una poco efficace miscelazione del gas reagito col gas di quench, penalizzando le rese nei letti.

Si è ora trovato che è possibile ovviare a questi inconvenienti provvedendo un diverso sistema di quench come rappresentato su scala ingrandita e limitatamente al fondo di un solo letto Li in Fig. 2.

5 Secondo l'invenzione il collettore toroidale CTi (quench ring) viene ora spostato dalla zona centrale Zc (Fig. 1) a quella periferica ZPi (Fig. 2) di preferenza e criticamente in corrispondenza dell'estradosso EDSi della griglia ellittica GEi (cioè nelle zone più periferiche sinora non utilizzate) e riportando il gas 10 reagito caldo Gcv verso l'esterno mediante apposito doppio fondo DFi. Riesce così possibile aumentare lo spazio disponibile per il catalizzatore e quindi il quantitativo totale di esso inseribile nel reattore (per un reattore con quattro letti, il quantitativo guadagnato è quattro volte quello recuperato su ogni let-15 to). A questo guadagno si accompagna sorprendentemente come effetto sinergico il fatto che la miscelazione dei gas caldi reagiti Gcu con il gas di quench Qi avviene ora con grande efficacia; si è infatti non senza sorpresa accertato che detta miscelazione è particolarmente favorita nelle zone ristrette periferiche 20 ZPi (rispetto a quella che aveva luogo nelle ampie zone centrali Zc di passaggio).

Un reattore «Kellogg» tradizionale, opportunamente modificato secondo la presente invenzione, può essere caricato con almeno il 10% in più di catalizzatore, il che significa un miglio-25 ramento apprezzabile di conversione.

Nella Fig. 3 è rappresentato un reattore «Kellogg» modificato secondo il presente trovato in cui il primo I ed il secondo letto II sono assiali (non trasformati), mentre i restanti due sono trasformati secondo le precedenti domande di brevetto dei Richiedenti (trasformazione dei letti III e IV da letti con flusso assiale in letti con flusso radiale del gas).

Ovviamente è possibile avere un letto assiale ed i tre restanti radiali (1 + 3), due letti assiali e due letti radiali come indicato 35 in Fig. 3 (2 + 2), tre letti assiali ed uno radiale (3 + 1).

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3 fogli disegni

Claims

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1. Procedimento per migliorare la miscelazione dei gas reagiti e di quelli di quench e per aumentare così le rese e ridurre i consumi energetici nei reattori per sintesi eterogenee particolarmente per ammoniaca e metanolo, consistenti di un mantello esterno o corpo resistente alla pressione (P), di una cartuccia interna (C), di cesti catalitici sovrapposti (I, II, III, IV) e di mezzi per addurre gas non reagito di quench (Qi) onde raffreddare quello reagito nelle zone tra il fondo di un letto catalitico superiore (Li) e la superficie libera superiore del letto catalitico sottostante, il suddetto gas di reazione (A) attraversando assialmente almeno uno dei detti letti catalitici, caratterizzato dal fatto che si fa avvenire la miscelazione del gas reagito con quello di quench in una zona periferica (ZPi) molto vicina alla parete interna della cartuccia.

2. Procedimento secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che il diametro del collettore toroidale (CTi) di adduzione dei gas di quench spostato perifericamente è di non molto inferiore a quello della cartuccia (C) e che si fanno affluire i gas caldi reagiti uscenti dal fondo del letto catalitico verso la .zona periferica di sbocco dei gas di quench.

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RIVENDICAZIONI

3. Mezzo per l'esecuzione del procedimento secondo la rivendicazione 1 consistente di un mantello esterno o corpo resistente alla pressione (P), di una cartuccia interna (C), di cesti catalitici sovrapposti (I, II, III, IV) e di elementi per addurre gas non reagito di quench (Qi) onde raffreddare quello reagito nelle zone tra il fondo di un letto catalitico superiore e la superficie libera superiore del letto catalitico sottostante, il suddetto gas di reazione attraversando assialmente almeno uno dei detti letti catalitici, caratterizzato da: un collettore toroidale (CTi) con sbocco dei gas di quench vicino alla periferia della parete interna (PFi) della cartuccia (C) e da un doppio fondo sottostante alla porzione inferiore della griglia (GRi) del letto catalitico, per il convogliamento dei gas caldi reagiti in uscita da detto letto verso la detta zona periferica di sbocco dei gas di quench.

4. Mezzo secondo la rivendicazione 3, caratterizzato dal fatto di avere una griglia con fondo ellittico (GEi) ed un collettore di adduzione dei gas di quench (Qi) con sbocco periferico nell'estradosso (ESDi) di detta griglia ellittica.

5. Mezzo secondo le rivendicazioni 3 e 4 caratterizzato da almeno un letto catalitico che é attraversato assialmente dal gas di reazione ed ha un adduttore di gas di quench periferico (Qi) preferibilmente nell'estradosso (ESDi) della griglia ellittica (GRi); e da almeno un letto catalitico attraversato in direzione sostanzialmente radiale dal gas di reazione ed eventualmente alimentato centralmente da gas di quench.