CS219339B2 - Methanation reactor - Google Patents

Description

. Vynález se týká methanačního reaktoru, kterého je možno výhodně použít při provádění integrovaného močovino-amoniakového postupu k methanizaci kysličníků uhlíku.

Z dosavadního stavu techniky je známo několik typů methanačních reaktorů. Tyto reaktory jsou tvořeny vertikálním válcovým tělesem, přičemž ve vnitřním prostoru těchto válcových těles je umístěna jedna nebo několik katalyzátorových vrstev. Tyto reaktory pracují stručně uvedeno následujícím způsobem: horké plyny, které mají být methanizovány, vstupují do reaktoru s teplotou okolo 300 °C, procházejí katalytickým ložem, kde dojde k reakci, a potom odcházejí z reaktoru s teplotou okolo 350 °C. Takto získaná horká plynná směs se zavádí do vně umístěného tepelného výměníku, zaúčelem předběžného předehřátí chladných plynů, přiváděných do reaktoru, na teplotu okolo 300 °C.

Tento výše uvedený methanační reaktor podle dosavadního stavu techniky, který je konstruován běžnou technologií, má nevýhodu v tom., že je v něm umožněno, aby horké plyny, které se přivádějí do reakce a z reakceT přicházely do kontaktu s pláštěm reaktoru po určitou dobu, což způsobuje, že je nutno pracovat za nízkého tlaku, použít pro konstrukci reaktorového pláště velmi drahých druhů nekorodujících ocelí nebo pracovat s obložením za' účelem ochránění stěn reaktoru před přímým působením uvedených plynů. Posledně jmenovaný požadavek ovšem znamená to, že podstatně vzrostou náklady na konstrukci vzhledem k tomu, že se značně zvětší tloušťka stěn, a tím i velikost reaktorů musí být odpovídajícím způsobem větší.

Zařízení podle uvedeného vynálezu odstraňuje tyto nevýhody dosavadního stavu techniky, přičemž bylo zcela neočekávaně zjištěno, že je možno dosáhnout stejných výsledků provádění postupu methanizace z hlediska methanizovaných produktů použitím reaktoru, který obsahuje trubkový tepelný výměník, který je vložen do vnitřního prostoru tohoto reaktoru a je umístěn pod prstencovým katalytickým ložem, přičemž v tomto reaktoru dochází k cirkulaci chladných plynů, které se uvádějí do reakce, v mezeře mezi reaktorovým pláštěm' a vestavbou, tvořenou katalytickým ložem a tepelným výměníkem. Kromě toho bylo zjištěno, že aplikací izolační vrstvy a ucpávkového těsnění v části přívodu reakčních složek a odvodu zplodin reakce se dosáhne značných ekonomických úspor a odstraní se nevýhody dosavadního stavu techniky (viz výše).

Methanační reaktor podle uvedeného vynálezu se skládá z vnějšího pláště reaktoru, výhodně z uhlíkové oceli nebo z nízkolegované uhlíkové oceli s maximálním obsahem 0,5 % molybdenu, přičemž v tomto plášti je umístěna izolovaná vestavba, skládající se z prstencového katalytického lože a z trubkového . svazku tepelného výměníku, jenž je umístěn pod tímto katalytickým ložem, a tento trubkový svazek tepelného výměníku je . spojen s katalytickým ložem prostřednictvím centrální trubice, která je koaxiální s pláštěm reaktoru a prochází tímto katalytickým ložem, přičemž v horní části je reaktor opatřen víkem, ve kterém je otvor pro zavedení termoelektrického článku a otvor pro zavedení plynu podrobujícího se methanizaci, přičemž mezi izolovanou vestavbou a pláštěm reaktoru je kruhová mezera k vedení vstupujících plynů do tepelného výměníku. Podstata tohoto methanačního reaktoru spočívá v tom, že v dolní části reaktoru .je v místě · potrubí pro odvod reakčních plynů uspořádáno prstencové těsnění, tvořené vinutím z izolační šňůry, nebo-li pleteninou, které je rozděleno do dvou částí, mezi nimiž se nachází pouzdro pro zavádění tlakové vody za tlaku vyššího než tlak · v reaktoru, případně je přívodní trubka v horní části reaktoru, která je spojená s katalytickým ložem — pro přívod ohřátých plynů do katalytického lože ve fázi najíždění — opatřena prstencovým těsněním.

Uspořádáním podle vynálezu se dosáhne zlepšené ekonomie postupu, přičemž současně může být plášť reaktoru konstruován s.mnohem. · menšími náklady na materiál, než tomu bylo u dosavadních zařízení. Kromě toho se teplota vnitřních stěn reaktorového pláště a teplota pláště jako takového udržuje během provádění reakce v tomto reaktoru na relativně nízké teplotě, z tohoto důvodu je možno konstruovat prostor buď ze zcela běžných uhlíkových druhů ocelí, nebo je možno v krajním případě použít ocelí s nízkým obsahem legujících prvků.

Konstrukcí zařízení podle vynálezu se umožní to, aby byly amoniakové syntézní plyny methanizovány s výtěžky, které jsou ekvivalentní k výtěžkům dosahovaným použitím dosud známých postupů a zařízení, s tou nespornou výhodou, že je v případě uvedeného vynálezu možno použít ke konstruování reaktorového pláště, který je vystaven působení relativně vysokých tlaků, mnohem méně kvalitních, tím i mnohem levnějších materiálů. V této souvislosti je možno znovu zdůraznit, že je zvláště výhodné použít uhlíkových oceií a ocelí obsahujících nízké procento legujících prvků, přičemž obsah molybdenu může být až 0,5 %.

Methanační reaktor podle uvedeného vynálezu je konstruován tak, že v horní části tohoto reaktoru je vytvořen vstup pro chlad né plyny, které se uvádějí do reakce, tyto plyny se potom vedou směrem dolů mezi vnitřní stěnou pláště reaktoru a katalytickým ložem s tepelným výměníkem, které vytvářejí vestavbu reaktoru, přičemž plyn proudící touto mezerou mezi vestavbou a pláštěm reaktoru se mírně zahřívá, neboť se dostává do kontaktu s pláštěm reaktoru, a tím je tento plášť udržován chladný. Potom tyto shora uvedené plyny stoupají centrální částí reaktoru a dostávají se do kontaktu s trubkami tepelného výměníku (kterými proudí zreagované horké plyny), čímž se zahřívají, dokud se nedosáhne teploty, která je vhodná k provedení reakce. V této fázi potom takto předehřáté . plyny, které se uvádějí do reakce, stoupají trubkou, která je koaxiální s katalytickým ložem, potom se uvádějí do katalytického lože, přičemž tímto katalytickým ložem proudí s klesající rychlostí. V katalyzátorovém loži dochází k reakci a zreagované plyny se zavádějí do trubek tepelného výměníku, kde předávají svoje teplo přicházejícím chladným plynům prostřednictvím trubkových stěn tepelného výměníku. V této fázi vystupují vzniklé chladné reakční plyny stěnou dna reaktoru a jsou připraveny k případnému použití v dalších fázích výroby.

Detailní provedení methanačního reaktoru bude v dalším textu popsáno s pomocí připojených výkresů, kde na obr. 1 je znázorněn podélný řez reaktorem podle vynálezu, přičemž toto příkladné provedení nijak neomezuje podstatu uvedeného vynálezu. Na obr. · 2 je znázorněn detailně těsnicí systém v horní části zařízení v místě přivádění plynů do reaktoru a na obr. 3 je znázorněn detailně těsnicí systém v dolní části methanačního reaktoru v místě odvodu plynů z reaktoru.

Methanační reaktor podle obr. 1 se skládá z pláště 1, ke kterému je pomocí šroubů 2 připevněno víko 3. Toto víko 3 je na opačné straně připevněno k trubicí 4 pro přivádění čerstvé směsi plynů, které se přivádějí do reakce, během normálního provozního postupu, přičemž k víku 3 je rovněž připevněna trubice 5 pro přivádění horkých plynů, které se do reaktoru přivádějí na počátku provozního postupu, přičemž funkce obou těchto přívodů bude ještě detailněji uvedena v dalším textu, dále je v tomto víku vytvořena sonda 6 pro vložení termoelektrických článků.

Ve vnitřním prostoru pláště reaktoru je umístěno prstencové katalytické lože, které je označeno vztahovou značkou 7 a toto lože je podepřeno mříží 8 a vrstvou aluminiových koulí 9, pod tímto katalytickým ložem je umístěn trubkový svazek tepelného výměníku 10 (znázorněna pouze jedna trubka z důvodů přehlednosti). Tento tepelný výměník je vybaven vychylovacími přepážkami 11, které jsou zde umístěny za účelem zlepšení výměny tepla mezi horkými plyny,

219 5 vystupujícími z reakce, a přiváděnými chladnými plyny.

Mezi reaktorovým pláštěm 1 a vestavbou reaktoru, která je tvořena katalytickým ložem a tepelným výměníkem, je mezera 12. Tato výše uvedená vestavba je tepelně izolována vrstvou izolačního materiálu 13, přičemž tímto izolačním materiálem může být skleněná vlna, skalní vlna nebo rovněž azbestový prášek. Na vstupu plynů do reaktoru a na výstupu plynů z reaktoru je vytvořeno pletencové těsnění, označené vztahovými značkami 14 a 13, které bude ještě detailněji popsáno v dalším textu s pomocí obrázků 2 á 3, přičemž bude v dalším rovněž objasněna jejich funkce.

Chladné plyny vstupují do methanačního reaktoru prostřednictvím potrubí 4, potom se vedou mezerou 12 a okénky 17, v další fázi vstupují do tepelného výměníku 10, kde nastává jejich ohřev. Takto ohřáté plyny stoupají centrální trubicí 18 a dále se zavádějí do katalytického lože 7. Zreagované plyny potom proudí trubkami tepelného výměníku 10 (jejich vnitrním prostorem), přičemž v tomto tepelném výměníku se tyto zreagované plyny ochladí a vystupují z methanačního reaktoru prostřednictvím potrubí 19.

V případě, kdy se reaktor najíždí do provozu nebo se opětně najíždí po zastavení provozu, je nutné, aby bylo do reaktoru přivedeno určité množství horkých plynů, zahřátých na reakční teplotu. Tyto plyny nemohou být přivedeny trubkou 4, neboť je nutno předejít zahřátí stěn reaktoru. Aby se zabránilo zahřátí pláště reaktoru, zavádí se tyto horké plyny do reaktoru přímo do katalytického lože prostřednictvím trubky 5, přičemž chladné plyny se potom zavádějí trubkou 4, jako tomu bylo v dřívějším provedení. Aby se zabránilo smíchání horkých plynů s chladnými plyny, je v reaktoru podle uvedeného vynálezu provedeno pletencovým těsnicím systémem 14, který je nejlé-

Claims (3)

1. Methanační reaktor к methanizaci kysličníků uhlíku při provádění integrovaného močovinoamoniakového postupu, který se skládá z vnějšího pláště reaktoru, výhodně z uhlíkové oceli nebo z nízkolegované uhlíkové oceli s maximálním obsahem 0,5 % molybdenu, přičemž v tomto plášti je umístěna izolovaná vestavba složená z prstencového katalytického lože a z trubkového svazku tepelného výměníku, jenž je umístěn pod tímto katalytickým ložem, trubkový svazek tepelného výměníku je spojen s katalytickým ložem prostřednictvím centrální trubice, která je koaxiální s pláštěm reaktoru a prochází tímto katalytickým ložem, přičemž v horní části je reaktor opatřen víkem, ve kterém je otvor pro zavedení termoelektrického článku a otvor pro za339

   В pe patrný z obr.
2. 2. Tento těsnicí systém obsahuje navinutou šňůru 20, dále opěru 21 a těsnicí ucpávku 22, která tlačí pleteninu proti opěře, čímž se dosáhne těsného utěsnění, kterým chladné plyny nemohou projít. Jiný těsnicí problém nastává v prostoru u dna methanačního reaktoru podle uvedeného vynálezu, kde může docházet к netěsnostem vzhledem к rozpínání potrubí 19 směrem dolů, a tím i ke zhoršenému kontaktu mezi tímto potrubím a stěnami reaktoru.

   Ža účelem vyřešení tohoto problému je v těchto místech vytvořen ucpávkový těsnicí stystém, který je zároveň opatřen vloženým dutým pouzdrem, umožňujícím cirkulaci vody pod tlakem к zabránění úniku zpracovaných plynů z reaktoru.

   Na obr.
3. 3 je schematicky znázorněno toto těsnění. Mezi vnější stěnou potrubí 19 a pláštěm 1 je uspořádána azbestová šňůra 23 (pletenina), která je udržována ve stlačeném stavu pomocí stěny 24 dna reaktoru a pomocí přírubové ucpávky 25. Výše uvedený pletenec je rozdělen na dvě části pouzdrem 26, přičemž toto pouzdro je napojeno na kanál 27, který je spojen se zdrojem tlakové vody. V případě, že se objeví v těchto místech netěsnost, nemohou reakční plyny uniknout z reaktoru, neboť touto netěsností pronikne do reaktoru voda, která je natlakována na vyšší tlak, než je tlak v reaktoru.

   Provedení methanačního reaktoru, které bylo výše popsáno, je zvláště výhodné pro integrované močovino-amoniakové postupy, neboť umožňuje provedení methanizace kysličníku uhličitého a kysličníku uhelnatého za stejného tlaku, jako je tlak v amoniakovém reaktoru. Tímto provedením se odstraní nutnost stlačovat methanizační plynnou směs na syntézní tlak, což je značná výhoda.

   ynAlezu vedení plynu podrobujícího se methanizaci, přičemž mezi izolovanou vestavbou a pláštěm reaktoru je kruhová mezera к vedení vstupujících plynů do tepelného výměníku, vyznačující se tím, že v dolní části reaktoru je v místě potrubí (19) pro odvod reakčních plynů uspořádáno prstencové těsnění (15), tvořené vinutím z izolační šňůry, neboli pleteninou (23), které je rozděleno do dvou Částí, mezi nimiž se nachází pouzdro (26) pro zavádění tlakové vody za tlaku vyššího, než je tlak v reaktoru, případně je přívodní potrubí (5) v horní části reaktoru, která je spojená s. katalytickým ložem (7) — pro přívod ohřátých plynů do katalytického lože ve fázi najíždění — opatřena prstencovým těsněním (14).