CS221262B2 - Method of executing the reactions in the reactor on the synthese of ammonia and reactor for executing the same method - Google Patents

Description

Způsob provádění reakcí v reaktoru na syntézu amoniaku je uskutečtovto ta^k, ze plyn je veden z tepelného výměníku do prvního katalytického lože a odtud částečně do parního kotle a částečně do středového prostoru, kde se oba proudy spojují a proudí do· ^druhého katatytictoho lože a ^pot^é do tepelného výměníku. K vedení plynů do prvního · a dru^hého totatytického lo^že slou^ží mezery vytvořené prodlouženou stěnou tepelného výměníku a prodlouženou stěnou prvního katatyzátorovéto ^lo^že a dru^hým · ^katalytickým ^ložem. Reaktor sestává z plášté a vestavby, tvořené tepelným výměníkem, a prvním a druhým katalytickým ložem, přičemž v prvním katalytickém loži je umístěn parní kotel. Z prvního katalytického lože je ^plyn částe^čně veden do ^parního kotle potrubí^m s te^pelně dilatační s^poj^kou a relačním ventilem. K vedení plynu z tepelného výměníku do prvního katalytického · lože a. z ^pr^vního katatytlctoho lo^že do ^druh^ého katalytického lože slouží mezery, vytvořené prodlouženou stěnou te^néto výměnftu, prvního katalytického lože a vn^ěj^ší sténou druhého katalytického lože.

Vynález se týká způsobu provádění reakcí v reaktoru na syntézu amoniaku, při kterém je plyn veden mezerou mezi pláštěm reaktoru a prodlouženou vnější stěnou tepelného výměníku a poté vstupuje do prvního katalyzátorového · lože, druhého katalyzátorového lože a do trubek tepelného výmětáku, a zanzen^ tzn. reaktoru s radiálním pr^ůto^kem pl^yn^ů na syntézu amoniaky ^k provádění tohoto způsobu.

Z dosavadního stavu techniky je známo mnoho druhů reaktorů s radiálním průtokem plynu. Tyto reaktory jsou tvořeny vertikální válcovitou nádobou, přičemž ve vnitřním prostoru těchto nádob jsou uspořádána dvě katalyzátorová lože uvnitř prstencových prostorů, které mají děrované stěny. V těchto reaktorech probíhá následující proces: část · syntézních plynů, poté co byly předehřátý ve vnitřním prostoru reaktoru uvolněným · rea^kčrnm teplem^, se ve^de do prvrnho lože a protéká tímto ložem radiálně z vnitřního prostoru do vnějšího prostoru. Reakční produkty a nezreagované plyny vystupují z prvního katalyzátorového lože a jsou směsov^ány se zbývajícím jpodHem syntéznteh ^plyn^ů v ^kruhové zóně^{, k}ter^á je otoanteena vnější válcovou nádobou a prstencovými děrovanými sténam^ uvetonými výse^, při^čem^ž potom následuje odvádění plynů do druhého katalyzátorového lože a směs protéká tímto ložem radiálně z vnějšího prostoru do vnitřního prostoru. Reakční plyny potom proudí tepelným výměníkem, jenž je určen k částečnému předběžnému ohřátí plynu, který je zaváděn do · prvního katalyzátorového lože.

^Reaktor^y s radiálním ^pr^ůto^kem ^plynu ^podle dosavadního · stavu techniky poskytují uspokojivé výsle^{dky p}o^ku^d se ^tý^če vý^těžku am'Oniaku^, ov^šem maj^í ten nedostatek že v nich dochází ke ztrátám reakčního tepla, ^přičemž toto obnovovám tepeln^ého o^bsahu se mus^í v ka^ždém· ^přípa^{dě p}rov^ést vně reaktoru.

Clem uve^den^ého v^ynátezu je te^dy navrhnout postup při. ^kter^ém ^by h^y!o možno efektivnějším způsobem využít reakčního tepla, aniž b^y se změnil zákte^dm princip reaktoru s radi^rim ^pr^ůto^kem ^plyn^ů.

Podstata způsobu provádění reakcí v reaktoru na · syntezu amoniak pH kterém je plyn veden mezerou mezi p^tém reatooru a prodlouženou vnější stěnou , tepelného výměníku a poté vstupuje do tepelného výměníku ^podle uve^deného v^yn^álezu v tom^, že poté co ^pl^yn vstu^pí ^do reaktoru a proctozí tQ^pelným vým^ěn^íkem^, je ve^den ^do ^prvn^ího katalytického lože mezerou mezi prodlouženou vnější stěnou tepelného výměníku a prodlouženou vn^ěj^ší stén-ou prvnfeo ^kately tického lože^{, p}roc^ház^í rad^iáln^ě prvnta ^katalytickým ložem a produkt a nezreagovaný ^pl^yn jsou částe^čn^ě o^dvá^děn^y z tetoto lože a částečně jsou ve^den^y _ potrubím s reguteta ⁿí^{m v}entilem do ^parn^ího kote přiítemž ^{dba p}roudy se s^pojuj^í u · dna totte ^a spo^lečně prou^dí do ^dru^hého ^katal^ytic^kého · lo^že mezerou mezi prodlouženou vnější stěnou první^ho totelyticfcého lo^že a vn^ěj^ší sténou drutoho ^katal^ytic^ké^ho lo^ ^pnčem^{ž p}o radiátenn prachodu tímto tem se ^pl^yn^y shromažďují ve středové · části a poté vstupují do tepelného výměníku.

^Reaktor s rad^iálmm ^pr^ůto^kem ^pl^yn^ů · na syntézu amonia^ku · ^podte v^ynálezu sestává z vnějšího pláště z legované oceli, ve kterém je umístena vestavba tvoíená ^prvním katalytickým ložem prstencového průřezu v horm ^části pte^ priífemž teto · ^kata^lytic^ké lože je umístěno na podpěrné prstencové desc^e, ^dále ^dr^uhým ^katal^ytte^kým ložem, umteténým ^po^d prvmm ^katal^ytic^kým ložem rovněž prstencového průřezu o menším· ^vn^ějším prů^řezu ne^{ž p}rvm ^katalytteké lože·, umteténým rovn^ěž na ^po^dpěrn^{é p}rstenco^vé ^desce^, a tepelným výměnkem s trubkovým s^vazkem umteténým ^po^{d d}ruhým katal^yUck^ým tem^, přičíemž váteov^é sfen^{y p}rvního a ^druh^ého ^kata^lytic^kého lo^že jsou ^děrované a plyn jimi proudí radiálně, a horní části obou katalytických loží jsou uzavřené, a . dáte z v^íka v ^horn^{í čá}sti se strétovým otvorem^{, při}čemž na^d prvmm ^katal^ytickým . ložem je uspoř^ádán ^přívo^{d ply}n^ jen^ž Je · ve^den mezerou mezi ^pláštěm reaktoru a prodlouženou vnější stěnou tepelného výmění^ku. ^poďstata uveden^ého reaktoru s^počívá v tom, že středovým otvorem víka prochází parní kotel, který je tvořen trubkovým svazkem ^tvaru U nebo bajonetovým t^ypem^, a tento parní kotel má vstup pro napájecí vodu a výstup pro vyrobenou páru, a je dále opatřen ve výhodném provedení tepelně-dilatečm sponou a tento celek je ^při^pevněn svojí s^podm stranou na ^prstencovou po^dpěrnou · ·desku ·· prvního katalytického lože · a svým horn^ím o^krajem je ute^žen v ^kruhov^ém zářezu na spodní straně příruby. · Dále · je · vestavba opatřena · potrubím · k · vedení horkých plynů z prvního katalytického lože do vnitřního prostoru parního kotle, jež je · opatřeno · regulačním ventilem, případně s tepelně-dilatační spojkou. Mezi prodlouženou vnější · stěnou tepelného · výměníku a prodlouženou vn^ěj^ší stenou prvrnto katatyticbtého ' ' ' lože je uspořádána mezera k vedení plynu · do · prvního katalytického lože a mezi prodlouženou vnější stěnou prvního katalytického lože· a vnější stěnou druhého katalytického lo^že je uspo^řádána mezera ^k ve^den^{í p}lyn^ů do druhého katalytického lože.

Ve výhodném provedení podle uvedeného . vynálezu je horm konec n^ádoby ^parn^ího kotle vložen do zářezu příruby, který je opatřen těsnicím materiálem, přičemž mezi touto · · přírubou a · víkem je uspořádána těsnicí vložka ve tvaru čočky.

^Výhodou ^postu^pu ^po^dle uve^den^ého v^yn^átezu je to^, · že je mo^žno využft reak^čn^ího te^pla zp^usobeш^, který je jedna^k . je^dno^duchý a jednak levný. V reaktoru současně dochází k výrobě páry s vysokým tepelným obsa221262 hem a základní princip reaktoru s radiálním průtokem ^ptynů zůs^táv^á nezměněn.

Podstata způsobu a zařízení podle uvedeného vynálezu bude ilustrována pomocí připojených výkresů, kde na obr. 1 je schematicky znázorněn postup provádění reakcí v reaktoru podle vynálezu, na obr. 2 je zařízení, tzn. reaktor s radmlním ^pr^ůtok:em pl^ynů na syntézu amoniaku podle vynálezu a na obr. 3 je v detailu znázorněno . těsnění mezi nádobou parního kotle a přírubou.

Nejdříve bude popsáno uspořádání na obrázku 1. Nástřikový plyn, který je předběžn^ě ohrát v trub^kách te^peln^ého výmění^ku 17 (na obrázku je pro jednoduchost zobrazena pouze jedna trubka tohoto výměníku) je ve^den ve^dením ²³ o prstencov^ém ^pr^ůřezu v příčném průřezu, které je vymezeno pro^dlou^ženou stanou tepehi^o výměnku a prodlouženou stěnou prvního katalytického lože, do prvního kotalyzátorového lože 24, a proudí tímto katalyzátorovým ložem radiálně, přičemž dochází k reakci. Reakční pro^du^kt a nezreagovaný ptyn jsou ve^deny ve^demm ²⁵ o ^kru^hov^ém ^prů^řezu v pncíném řezu, a je odváděn z tohoto prostoru částečně otvory 14 a částečně je tento plyn veden vedením 17 do nádoby 7 trubkového parního kotle 3.

Tyto uvedené dva proudy se spojují u dna trubkového parního kotle 3 a potom společně proudí do druhého katalyzátorového lože vedením 26 o kruhovém průřezu v příčném směru, vymezeným prodlouženou vnější stěnou prvního katalytického lože a vnější stěnou druhého katalytického lože. Reakčn^í slož^ky a rea^kění _ produkty pro^tékaj^í radiálně druhým katalyzátorovým ložem a jsou shromažďovány v centrálním prostoru 27 druhého katalyzátorového lože, odkud tyto plyny odchází do tepelného výměníku 17, kde se dostávají do styku s vnějším povrchem trubek tohoto výměníku.

Reaktor s radiálním průtokem plynů podle · uvedeného vynálezu obsahuje následující části (viz obrázky 2 a 3).

Reaktor, viz obr. 1, je tvořen vnějším pláštěm 1 ze slitinové oceli, na horním konci je víko 2, které má centrální prostor, kterým prochází parní kotel 3, přičemž tento parní kotel je tvořen trubkovým svazkem tvaru „U“ ne^bo se je^dná o trupový svazek bajonetového typu, a tento svazek je přírubově přímo spojen s víkem 2 reaktoru pomocí příruby 4 a může být tedy snadno z vnitřního prostoru vyjmut. Voda, která se přivádí do trubek parního · kotle, se přivádí vstupem 5, a vytvořená pára vystupuje z trubek parního kotle výstupem 6. Nádoba 7 parního kotle 3 má tvar válcovité nádoby, která je privařena svým spodním koncem ke kruhové desce 8 a je s výhodou opatřena tepelně-dilatační spojkou 9. Délka nádoby parního kotle je určena tím, že při pevném uch^ycern vfta к parnímu kotli . se horrn ^konev nádoby 7 stlačí do speciálně upraveného ' zářezu, který je vytvořen na spodním konci příruby 4 parního kotle, přičemž je ta^kto ' v^ytvo^řeno vnhřrn utasn^ění, a^by nedocházeta ^ke st^yku chladnýcli ^plynů ^kter^é proudí z vnějšku nádoby, a horkých plynů ve vnitřním prostoru parního kotle.

Na obrázku 3 je schematicky znázorněno těsnění mezi nádobou parního kotle 3 a přírubou 4, přičemž konec nádoby 7 je vložen do zářezu 10 příruby, která je opatřena těsrncím materiátam H. ^Těsnos^t . spojem vzhtadem ^k vn^ěj^šku je potom zajtatana tasnirn vložkou 12 ve tvaru čočky.

Parní kotel je opatřen regulačním ventilem 13, který je upraven vně reaktoru, a který umožňuje re^dování průtok ^plynu, ^který vstupuje do parního kotle. Nádoba 7 parního kotle 3 je · opatřena na svém spodním konc řadou otvorů ^14, Heré umožňuji: průchod části plynu v případě, že je ventil zce^la otevřen. Chladný ptyn je ^přiv^áděn do reaktoru pomocí trubky 15, která je umístěna v prostoru nad katalyzátorovým ložem, a potom tyto plyny ^prou^dí zónou ^{16 p}rstancov^ého průřezu do trubek tepelného výměníku 17 a tohoto tepelného výměníku postupují plyny do· prvního katalyzátorového ' lože a následně do druhého katalyzátorového lože, ja^k b^y!o již uvedeno výše.

Horké plyny, vytvořené reakcí v reaktoru, ^postupup do . parního ^ko^tle potrubto ^18, které je rovněž ve výhodném provedení podle uvedeného v^yn^álezu o^pat^řeno ^te^peln^ě expanzní spojkou.

V prstencovém prostoru okolo parního ^ko^tle a v prostory ^který je ohranrnen vnějším povrchem, parního kotle a prodlouženou vn^ěj^ší stanou ^te^pe^ln^ého výměnku, ^která je ^koaxiálrn s vnějmm ^pláštam a ^která vymezuje zónu 16 prstencového průřezu v příčném řezu, kterou prochází vstupující chladné plyny, je umístěno první · katalyzátorové lože. Toto první katalyzátorové lože je s výhodou umístěno odděleně jednak od vnějr šího povrchu nádoby parního kotle a jednak od vnitřního povrchu výše uvedené prodloužené vnější stěny tepelného výměníku. První katalyzátorové lože spočívá na výše uvedené kruhové desce 8 a je umístěno odděleně od horní desky, kterou prochází potrubí 18, kterým se vedou horké plyny do parního kotle.

Horká deska 19, která je prstencová, je pnpevrmna vtmjSHn otoajem ^k vnitřní stěně vnějšího pláště a vnitřním .okrajem přiléhá k nádobě parního kotle Horní deska 19 je umístěna odděleně od víka 2 a tímto vytváří dostatečný prostor, ve kterém je možno umístit potrubí 18, ventil 13 a přívodní trubku 15.

Druhé katalyzátorové lože je umístěno pod prvním katalyzátorovým ložem, přičemž je od n^ěj od^děleno a má rovn^ěž stejný ^prstencovitý tvar. Toto · druhé katalyzátorové lože spočívá na kruhové podpěrné desce 20. Toto druhé katalyzátorové lože je ve výhodném ^prove^den^í umfetano od^dělen^ě od podpěrné desky prvního katalyzátorového lože a o^d pro^dloužen^é vněj^ší stan^{y p}rvn^ího ka221262 talyzátorového lože, která je koaxiální a paralelní s předcházející prodlouženou vnější stěnou tepelného výměníku v případě prvního katalyzátorového lože, přičemž vnitřní průměr této prodloužené vnější stěny prvního katalyzátorového lože odpovídá průměru podpěrné desky druhého i prvního katalyzátorového lože. Zreagovaný plyn prochází prázdným prostorem centrální zóny druhého katalyzátorového lože a potom je tento plyn veden přes vnější povrchy trubek výměníku 17. Tento výměník je běžného typu a je umístěn pod druhým katalyzátorovým ložem, přičemž obsahuje dvě trubkovnice spojené se stěnou tvořící plášť výměníku, a v prodloužení vytváří tato prodloužená stěna tepelného výměníku a prodloužená vnější stěna prvního katalyzátorového lože mezeru pro vedení plynu z tepelného výměníku do prvního katalyzátorového lože.

Claims (3)

1. Způsob provádění reakcí v reaktoru na syntézu amoniaku, při kterém je plyn veden mezerou mezi pláštěm reaktoru a prodlouženou vnější stěnou tepelného výměníku a poté vstupuje do tepelného výměníku, vyznačující se tím, že z tepelného výměníku je plyn veden do prvního katalytického lože mezerou mezi prodlouženou vnější stěnou tepelného výměníku a prodlouženou vnější stěnou prvního katalytického lože, prochází radiálně prvním katalytickým ložem a produkt a nezreagovaný plyn částečně vystupují z tohoto lože a částečně jsou vedeny potrubím s regulačním ventilem do parního kotle, přičemž oba proudy se spojují u dna kotle a společně proudí do druhého katalytického lože mezerou mezi prodlouženou vnější stěnou prvního katalytického lože a vnější stěnou druhého katalytického lože, přičemž po radiálním průchodu tímto ložem se plyny shromažďují v centrální části a poté vstupují do tepelného výměníku.

2. Reaktor s radiálním průtokem plynů na syntézu amoniaku podle bodu 1, sestávající z vnějšího pláště z legované oceli, ve kterém je umístěna vestavba tvořená prvním katalytickým ložem prstencového průřezu v horní části pláště, přičemž toto katalytické lože je umístěno na podpěrné prstencové desce, dále druhým katalytickým ložem, umístěným pod prvním katalytickým ložem rovněž prstencového průřezu o menším vnějším průřezu než první katalytické lože, umístěným rovněž na podpěrné prstencové desce, a tepelným výměníkem s trubkovým svazkem umístěným pod druhým katalytickým ložem, přičemž válcové stěny prvního a druhého katalytického lože jsou děrovány a plyn jimi proudí radiálně, a horní části obou katalytických loží jsou uzavřené, a dále z

Zreagované plyny vystupují z výměníku vedením 21 kruhového průřezu v příčném řezu. Vedení 22 umístěné ve spodní části reaktoru je určeno к zavádění horkých syntézních plynů v počáteční fázi. Poté co byl reaktor vyčištěn proudem plynů a dosáhl rovnovážného stavu, byly trubkou 15 zavedeny do reaktoru reakční složky.

Je třeba poznamenat, že každé z uvedených dvou katalyzátorových loží je umístěno uvnitř válcovitých děrovaných stěn a je uzavřeno na svém horním konci kruhovou deskou, přičemž u dna je uzavřeno podpěrnou deskou.

Horní deska 19 a podpěrná kruhová deska 20 druhého katalyzátorového lože jsou děrované v blízkosti jejich největšího obvodu, aby byl umožněn průchod plynu.

VYNÁLEZU víka v horní části se středovým otvorem, přičemž nad prvním katalytickým ložem je uspořádán přívod plynu, jenž je veden mezerou mezi pláštěm reaktoru a prodlouženou vnější stěnou tepelného výměníku, vyznačující se tím, že středovým otvorem víka prochází parní kotel (7), který je tvořen trubkovým svazkem tvaru U nebo bajonetovým typem, a tento parní kotel je připojen к víku (2) pomocí příruby (4), přičemž parní kotel má vstup (5) pro napájecí vodu a výstup (6) pro vyrobenou páru, a dále opatřen ve výhodném provedení tepelně-dilatační spojkou (9) a tento celek je připevněn svojí spodní stranou na prstencovou podpěrnou desku prvního katalytického lože a svým horním okrajem je uložen v kruhovém zářezu na spodní straně příruby (4) a dále je vestavba opatřena potrubím (18) к vedení horkých plynů z prvního katalytického lože do vnitřního prostoru parního kotle, jenž je opatřeno regulačním ventilem (13), případně s tepelně-dilatační spojkou, a mezi prodlouženou vnější stěnou tepelného výměníku a prodlouženou vnější stěnou prvního katalytického lože je uspořádána mezera к vedení plynu do prvního katalytického lože a mezi prodlouženou vnější stěnou prvního katalytického lože a vnější stěnou druhého katalytického lože je uspořádána mezera к vedení plynů do druhého katalytického lože.

3. Reaktor podle bodu 2 vyznačující se tím, že horní konec nádoby parního kotle (7) je vložen do zářezu (10) příruby (4), který je opatřen těsnicím materiálem (11), přičemž mezi touto přírubou a víkem je uspořádána těsnicí vložka (12) ve tvaru čočky.