CS221542B2 - Method of exothermic conversion - Google Patents

Description

Vynález se týká zlepšeného· postupu exu> termní konverze plynných surovin jejich stykem s katalyzátorem.

Konverzní reakce prováděná stykem plynného výchozího materiálu s tuhým katalyzátorem za vhodného tlaku se nyní používá pro syntézu amoniaku, syntézy methanolu, methanaci a jiné různé účely.

V mnoha případech je tato· konverzní reakce exotermní reakcí ' prováděnou za vyššího tlaku, než je tlak atmosférický. V souhlase s tím se teplota · .plynu . a katalyzátoru extrémně zvyšuje ’ teplem reakce, což . má za následek snižování výkonu katalyzátoru a snižování koncentrace požadovaného- produktu vzhledem k . chemické -rovnováze. Tudíž takovéto přílišné zvýšení teploty plynu a katalyzátoru by . nemělo být dovolováno a dosud bylo věnováno mnoho důmyslu pro dosažení tohoto· cíle.

Nepopulárnějším - způsobem odstraňování. tepla reakce je využití tepla reakce pro předehřívání . výchozího - plynu, - který - se - - má ' přivádět do vrstvy - -katalyzátoru.. ; :

Konkrétněji podle - tohoto -způsobu -se provádí výměna tepla mezi plynem o vysoké teplotě přítomným . - - ve - - vrstvě - - . katalyzátoru '. nebo pouštějícím vrstvu katalyzátoru, a plynem o nízké teplotě, -který ose -přivádí do vrstvy.....katalyzátoru,.....aby- --.se· - -zvýšila - --teplota plynu přiváděného do vrstvy katalyzátoru na úroveň nutnou pro zahájení -reakce. Obyčejně se výměna -tepla provádí za v podstatě -stejného tlaku jako je reakční tlak a katalyzátor a výměník tepla -mezi plyny jsou uspořádány v jedné reakční nádobě.

Při tomto -způsobu - pro- předehřívání přiváděného plynu -využitím - reakčního tepla je -množství reakčního -tepla větší, než je m-nožství tepla potřebného - pro předehřátí a ve vrstvě katalyzátoru - je teplota na výstupní -straně mnohem^ - vyšší, než je teplota na vstupní -straně. < .

Dosud -se nemohlo dosáhnout žádné dostatečné výhody získané pokud .jde o- výše uvedenou - účinnost katalyzátoru nebo - chemickou rovnováhu. Navíc - je tento způsob nedokonalý v tom, že - je _; nutné . - další zařízení pro získání přebytku - - reakčního tepla v dostatečném -množství -a hladina získané tepelné energie -se snižuje.

Dalším způsobem - ' pro odstraňování reakčního tepla, -který se často .-používá, je odstraňování reakčního tepla odpařováním kapaliny za příslušného tlaku.

jako kapalina, - která -se - . má odpařit, se z praktického hlediska nejlépe hodí voda, ačkoli Dowtherm - nebo ' Směs uhlovodíků, které mají vhodný bod varu, -se také mohou použít.

Při tomto postupu- je podstatné, že kapalina je odpařována pod tlakem zajišťujícím příslušný bod varu -nižší, než je -teplota katalyzátoru, aby -se - předešlo přílišnému zvýšení teploty katalyzátoru -a reakční teplo se odstraňuje odpařováním -chladicí kapaliny.

Běžně je -tlak v chladicí kapalině nižší, než tlak plynu a reakční nádoba, -která má konstrukci, jak je znázorněno v -obr. - 1 znázorňujícím její vertikální řez, ose používá v tomto - případě.

S odkazem na obr. 1 vrchní trubkovnice ' - 2 a - - - spodní trubkovnice 3 jsou plynotěsně připevněny k --tlakovému plášti 1 -a velký počet trubek 5 je plynotěsně připevněn k vrchní trubkovnici 2 a spodní trubkovnici 3. Síť 4 je uspořádána pod trubkovnicí 3, aby nesla katalyzátor a vrstva -katalyzátoru B je-naplněna uvnitř -každé z trubelk 5.

....../.Plyn sllačený na reakcn- Uak a předehřátý na příslušnou teplotu -se zavádí za vstupu 7 plynu, prochází - vrstvou -katalyzátoru 6 - - a dávkuje se do dalšího stupně z výstupu 8 plynu. -Zatímco plyn prochází vrstvou katalyzátoru, uskutečňuje se konverzní reakce -a teplo vytvořené touto reakcí -se převádí vrstvou katalyzátoru 6 a ssěnou každé z- trubek 5 do chladicí kapaliny přiváděné ze vstupu 9 chladicí -kapaliny - , - do prostoru - - - mezi - tlakovým pláštěm 1 -a trubkovnicemi 2 a- - 3 vně trubek 5 a reakční teplo se odstraňuje varem a odpařením chladicí kapaliny. Chladicí kapalina se vypouští z výstupu- - 10 ve -formě páry nebo - ve formě směsi -kapaliny -a páry a teplo v páře nebo ve směsi kapaliny a- páry se využije - pro -.....zajištění.....požadovaného účelu, například pohánění turbíny - pro -stlačování výchozího plynu.

Reakční- nádoba tohoto typu odpařování chladicí kapaliny je výhodnější -než výše uvedená reakční nádoba typu výměny tepla mezi dvěma plyny pokud jde o zábranu- přílišného zvýšení teploty katalyzátoru a - - -účinné využití reakčního tepla.

- -Ovšem - - -z - hlediska - -současně - zvýšené - důležitosti - úspory ' - energie a nutnosti zvýšení'.rozměru - jednoho - reaktoru - vyvstává ' - - nový ..problém v reakční nádobě - typu odpařování -chladicí kapaliny.

Prvním problémem je to, že se - pro zvýšení- .stupně účinného využití reakčního . tepla- požaduje vyšší teplota páry a vyšší tlak páry. Například, - když - je - vytvořená pára vodní --párou - a zavádí se do turbíny, aby - se převedla na mechanickou energii, vodní pára udržovaná na přetlaku 9,8 MPa a teplotě 480 °C -se expanduje -na tlak 3,92 MPa, čímž -se -získá energie asi 50 kWh na tunu vodní páry. Jestliže je však tlak vytvořené vodní páry 3,92 MPa, pak se energie, odpovídající tomuto přetlaku páry, nezíská. Konstrukce znázorněná v obr. 1 -není vhodná pro velkorozměrovou reakční nádobu, když se požaduje vysoký tlak vytvořené páry.

Druhým problémem je. to, že -se sníží reakční tlak. Například při výrobě amoniaku nebo methanolu se obyčejně používá -přetlak 9,8 MPa až 29,4 MPa pro konverzní - reakci. V -tomto případě je nutné stlačit surový plyn z přetlaku 1,96 MPa až 3,92 MPa ve stupni tvorby plynu, na úroveň 9,8 MPa až 29,4 MPa. Jestliže se -tlak pro konverzní re221542 akci sníží pod 9,8 MPa, pak se musí značně snížit síla potřebná pro toto stlačení. Z důvodu chemické rovnováhy je snížení reakčního tlaku možné, jestliže je dostupný katalyzátor, který má vysokou aktivitu při nízké teplotě.

Dále je známo, že čím nižší je teplota a tlak konverzní reakce, tím větší je množství tepla vytvořeného touto reakcí, a že snížení účinnosti přílišného .zvýšení teploty je zřejmé u 'kaaalyzátoru, který vykazuje katalytickou účinnost při nízké teplotě.

Proto, a'by se vyřešil tento druhý problém, je nutné zvýšit průřezovou plochu .průchodu plynu pro proudění nízkotlakého a velkoobjemového surového plynu a úplné řízení teploty uvnitř katalyzátoru. Toho lze však těžko. dosáhnout konstrukcí reakční nádoby obsahující vrstvu katalyzátoru uspořádanou v trubce, jak je znázorněno v obr. 1.

Třetí problém vyvstává se vzrůstem rozměru jednoho reaktoru. Zejména u reakční nádoby znázorněné v obr. 1, aby .se předešlo netěsnosti mezi chladicím prostředkem a reakčním výtokovým plynem, který má rozdílný tlak, je nutné upevnit trubky 5 plynotěsně k trubkovnici 2 a 3 a také upevnit plynotěsně trubky 2 a 3 k tlakovému plášti 1 svařováním nebo jinými prostředky. Protože je však teplota trubek 5 rozdílná od teploty tlakového pláště 1, mění se vertikální délka mezi trubkovnicí 2 a 3 vzhledem k rozdílu tepelné expanze během operace.

Dokonce, když se použije kovový materiál, který má koeficient tepelné roztažnosti rovný koeficientu tepelné roztažnosti materiálu tlakového pláště 1 a tento materiál se použije pro trubku 5, jak je uvedeno v japonském zveřejňotvacím spisu přihlášky vynálezu č. 49 707/73 vytvoří se velké tepelné napětí v . trubkovnicích 2 a 3. Toto tepelné napětí se zvýší, jak .se zvyšuje průměr a . délka reaktoru.

Tudíž konstrukce velkorozměrového reaktoru .se stává obtížnou.

Ještě dalším problémem je to, když se tlak na straně chladicího prostředku zvýší a tlak na výpustní straně se sníží pro úsporu energie jak bylo dříve poukázáno, pak je nutné . zvýšit tloušťku tlakového pláště ' 1, trubkovnic 2 a 3, trubek 5, což má za následek vážné ekonomické nevýhody v případě velkorozměrové reakční -nádoby.

Cílem předloženého vynálezu je vytvořit zlepšený postup pro katalytickou reakci v plynné fázi, při němž se může zajistit zvýšený zisk tepla. Dalším cílem předloženého vynálezu je vytvořit zlepšený postup pro katalytickou reakci v plynné fázi, při němž se může dosáhnout optimálního rozdělení teploty v katalytické vrstvě.

Jiné a další cíle tohoto vynálezu budou zjevné z následujícího popisu.

Předmětem předloženého vynálezu je způsob exotermní konverze . plynných .surovin ve styku s vrstvou tuhého katalyzátoru vytvořenou mezi válcovou obvodovou vložkou katalyzátoru a válcovou střední vložkou katalyzátoru ve vertikálním válcovém reaktoru, při němž procházejí plynné suroviny prakticky radiálním směrem skrze vrstvu katalyzátoru, ve které jsou uspořádány vertikálně podélné chladicí zóny o relativně malém průměru a chladicí prostředek prochází . těmito chladicími zónami k odstranění tepla vytvořeného reakcí probíhající ve vrstvě katalyzátoru, jehož podstata spočívá v tom, že vrstva katalyzátoru se vytvoří z jediné vrstvy a plynné suroviny .procházejí jen jedenkrát vrstvou katalyzátoru v radiálním směru od obvodu směrem ke středu nebo 'v opačném směru.

Vynález bude dále popsán .s odkazem na připojené výkresy, v nichž obr.

obr. 1 je schéma znázorňující vertikální ' řez známou reakční .nádobou;

obr. 2 je schéma znázorňující vertikální řez jedním provedením reakční nádoby podle předloženého vynálezu;

obr. 3 je zvětšené znázornění ukazující jeden příklad uspořádání střední a obvodové . vložky katalyzátoru v reakční nádobě znázorněné v obr. 2 obr·.. 4 . je pohled znázorňující horizontální řez jedním příkladem ' obvodové vložky katalyzátoru znázorněném v obr. 3;

obr. 5 je zobrazení, znázorňující příklady konstrukcí obvodové ' a střední vložky katalyzátoru;

obr. 6 je .pohled znázorňující horizontální řez jedním příkladem 'této .střední vložky katalyzátoru;

obr. 7 je zobrazení .znázorňující vertikální řez .střední vložkou katalyzátoru;

Obr. 8 je schéma znázorňující konkrétní provedení, ve kterém je výměník tepla předehřátého plynu uspořádán v prostoru střední části reakční nádoby předloženého vynálezu.

Nyní bude . popsán náčrt reakční nádoby podle . . předloženého vynálezu s odkazem na obr. 2.

Výchozí plyn stlačený na nutný tlak a předehřátý . na příslušnou teplotu se zavede do válcovité . 'reakční nádoby ze vstupu 7 plynu. Po vyrovnání tlaku v prostoru 13 vymezeném stěnou 22 přepážky v části uvnitř tlakového pláště 1, plyn projde mnoha otvory vytvořenými na . obvodové vložce katalyzátoru 4—0 uspořádané .přilehle k vnitřní ploše .tlakového pláště 1, přičemž prochází dolů do prostoru majícího prstencový horizontální průřez na této straně vnitřní plochy tlakového pláště 1.

Pak se plyn zavede do vrstvy katalyzátoru, naplněné v prostorech vytvořených mezi . velkým počtem chladicích trubek vertikálně uspořádaných a provádí se konverzní reakce, zatímco plyn se pohybuje v podstatě horizontálně směrem ke . středu. Pak zreagovaný .plyn projde otvory vytvořenými ve vnitřní vložce katalyzátoru 4—1 uspo221542 řádané přilehle k vnitřní straně chladicích trubek .skupiny umístěné nejtěsněji ke středu reakční nádoby. Plyn se shromáždí ve středním vyrovnávacím prostoru 14 tlaku, který je vytvořen ve střední · části reakční nádoby a je oddělen od vrchního prostoru přepážkovou deskou ·21 a vypouští se z reakční nádoby výstupem 8 plynu.

Chladicí prostředek udržovaný na požadované teplotě a tlaku se zavádí ze vstupu 9 ve · formě vzestupného proudu do prstencové první rozváděči trubky 17 a pak se rozdělí a zavede trubkami 23 připojenými k první · · rozváděči trubce 17 do· sekundárních rozváděčích trubek 18, · které jsou soustředně uspořádány. Pak chladicí prostředek stoupá do velkého .počtu chladicích trubek 15 připojených k druhým rozváděcím trubkám 18.

Chladicí prostředek stoupající · v každé chladící trubce 15 · absorbuje teplo· vytvořené konverzní reakcí ve vrstvě katalyzátoru uložené vně chladicích trubek 15 a část chladicího prostředku se odpaří a vytvoří se směs plynu a kapaliny. Pak se směs plynu a kapaliny zavede do velkého počtu · sběrných trubek 19 uspořádaných soustředně nad vrstvou katalyzátoru a shromážní se · v druhé sběrné trubce 20 pomocí trubek 24 při.pojených k prvním sběrným trubkám · 19.

Pak se chladicí prostředek vypouští z reakční nádoby výstupem 10 chladicího · prostředku. Chladicí prostředek vypouštěný z reakční nádoby, který je ve formě směsi kapaliny a · páry se zavede do separátoru plynu a kapaliny , a tam se rozdělí na páru · a kapalinu. Kapalina se vrací bez chlazení do vstupu 9 pro recirkulaci nuceně pomocí čerpadla nebo přirozeně pomocí gravitace bez použití čerpadla.

Vysoký tlak a vysoká teplota oddělené páry se využívají pro požadovaný účel. Protože tento stupeň se provádí známým způsobem, je v obr. 2 vynechán.

Charakteristické rysy předloženého vynálezu, který byl dosud načrtnut, budou nyní popsány detailně.

Prvním charakteristickým rysem předloženého vynálezu je to, · že ačkoli se pro odstraňování tepla použijí svazky trubek, nepoužívají se trubkovnice. · Když se použijí trubkovnice při výše uvedeném uspořádání chladicích · trubek podle předloženého vynálezu, měl by se použít tlustý, vysoce · kvalitní materiál, který · má vysokou pevnost tahu pro · tyto trubkovnice a jsou požadovány obtížné operace jako· je vytváření průchozích otvorů na trubkovnicích, zavádění trubek do těchto průchozích otvorů a sváření těchto · trubkovnic s tlakovým pláštěm.

V předloženém vynálezu může být uspořen materiál, který se má použít pro · trubkovnice a může být snížen počet stupňů zpracování.

Druhým charakteristickým rysem předloženého vynálezu je to, že · chladicí průchod tvořený hlavně -trubkovitými členy nemusí být připevněn k tlakovému plášti a známý výsuvný prostředek zabraňující netěsnostem ucpávkového typu nebo typu rozpínacích vlnovců je uspořádán jen v té části, kde vstup 9 chladicího prostředku a výstup 10 pronikají vrchním a spodním víkem tlakového· plášjtě 1.

Protože průměr této části je mnohem menší než průměr připojení trubkovnice 2 nebo 3 k· fiakovému plášti 1, kde by takovýto výsuvný prostředek měl být uspořádán, je opatření takovéhoto výsuvného prostředku značně usnadněno v předloženém · vynálezu. Není tudíž nutné, aby koeficient tepelné · · roztažnosti materiálu teplosměnných trubek· byl stále stejný · jako koeficient tepelné roztažnosti materiálu tlakového pláště.

Třetím charakteristickým rysem předloženého vynálezu je to, že teplota v příslušných polohách vrstvy katalyzátoru podél směru proudění plynu, to je rozložení teploty, může být nastavena mnohem těsněji k optimální hodnotě, než v známé reakční nádobě znázorněné v Obr. 1. Konkrétněji řečeno, ve známé reakční nádobě znázorněné v obr. 1 vnější plochy každé trubky 5 přicházejí do · styíku s chladícím prostředkem udržovaným · na teplotě varu a rozdíl teploty varu v příslušných · polohách ve vertikálním směru je velmi malý. Je tudíž nemožné konstruovat reakční nádobu tak, aby teplota tv každé poloze vrstvy katalyzátoru byla udržována na požadované hodnotě, poněvadž oblasti přestupu tepla v příslušných polohách Jsou v · podstatě stejné, ačkoli se množství tepla, vytvořeného reakcí · mění v těchto příslušných · · polohách, jak plyn proudí ve vrstvě · 6 katalyzátoru · v každé trubce 5.

Na rozdíl · od toho v reakční nádobě podle předloženého · vynálezu, protože plyn proudí vrstvou katalyzátoru · v horizontálním směru, zakřížení chladicích trubek 15 v podstatě v pravém úhlu může být rozložení teploty v příslušných polohách katalyzátoru podél proudění plynu udržováno na optimální hodnotě vhodným uspořádáním průměrů · a · počtů chladicích trubek uložených v příslušných polohách katalyzátoru s rozdíly ve vzdálenosti od středu reakční nádoby, čímž se vytvoří rozdíly katalytické účinnosti mezi příslušnými polohami katalyzátoru.

Tento charakteristický rys je velmi důležitý · a · má za následek · tu výhodu, že určité množství plynu může reagovat ve vysokém konverzním stupni za použití sníženéhomnožství · katalyzátoru a rozměr reakční nádoby může · být zmenšen.

Čtvrtým' charakteristickým rysem předloženého vynálezu je to, že když se <sníží tlak plynu pro konverzní reakci a tlak chladicího prostředku se zvýší, aby se uspořila energie, jak bylo dříve popsáno, tloušťka materiálu buď tlakového; pláště 1, nebo chladicích trubek 15 může být mnohem menší než v konstrukci znázorněné v obr. 1 a sníží se značně náklady na materiál.

Pátým charakteristickým rysem předloženého vynálezu je to, že jak plnění, tak vypouštění katalyzátoru může být velmi snadno provedeno. V konstrukci znázorněné v obr. 1, když je katalyzátor přítomen nad trubkovnicí 2 v náplni katalyzátoru, se chlazení tohoto katalyzátoru v této -části stává neúčinným a v této části se zvýší teplota, což má za následek spočívající ve špatném vlivu na zachování pevnosti trubkovnice. Když jsou množství katalyzátoru uložena v příslušných trubkách 5 nerovnoměrná, vyvolají .se odchylky v proudění plynu.

Proto je ve známé reakční nádobě nutné plnit katalyzátor ve stejných naměřených množstvích do příslušných trubek. Na rozdíl od toho. v reakční nádobě podle předloženého vynálezu je vzdálenost mezi obvodovými plochami každých dvou přilehlých trubek větší, než je průměr částice katalyzátoru. V tomto případě katalyzátoru, který - má obvyklou velikost částic, se snadno· provádí naplňování jenom zavedením potřebného množství katalyzátoru z . plnicího otvoru 25 katalyzátoru znázorněného v obr.

2. - Dokonce - když je katalyzátor přítomen ve vrchním prostoru nad sběrnou trubkou 19, která je první, v náplňovém stupni, nezpůsobí se 'žádná potíž, protože plyn sotva prochází tímto prostorem a určitá chladicí kapacita -se zajistí trubkou 24.

Ve -vypouštěcím -stupni katalyzátoru u známé . reakční nádoby -znázorněné v obr. 1, je velmi obtížné předejít vnikání velkého množství katalyzátoru do- vypouštěcí trubky plynu o· velkém průměru, připojené k výstupu 8 - - - plynu, když je vložná .síť 4 katalyzátoru odebrána, a to i v případě, když je poloha připojení výstupu plynu -změněna a výpustní otvor katalyzátoru - je uspořádán v nejnižší poloze. je tudíž nutné odejmou tuto velkoprůměrovou vypouštěcí trubku plynu a vybrat katalyzátor z -této trubky.

Na rozdíl od toho v -reakční nádobě- podle předloženého -vynálezu se nemusí takovéto obtížné operace provádět a katalyzátor může být -vypouštěn -přímo výpustním otvorem 26 katalyzátoru z reakční nádoby.

Nyní budou popsány konkrétní rysy provedení předloženého vynálezu detailně.

První konkrétní rys tohoto vynálezu spočívá ve směru .průchodu plynu vrstvou katalyzátoru. V předloženém -vynálezu lze použít nejen provedení, při němž plyn prochází vrstvou katalyzátoru v podstatě v horizontálním -směru v okrajové části směrem ke -středu, jak bylo- dosud popsáno, ale také - provedení, při němž plyn prochází -vrstvou katalyztáoru v opačném směru, to je od -středu směrem -k okrajové části v podstatě v horizontálním směru. To, -zda -se má provést první provedení nebo druhé provedení, -se určí -podle různých faktorů, jako je typ - hlavních a vedlejších reakcí, závislosti - konečných koncentrací chemických rov novah produktů těchto hlavních a vedlejších reakcí na tlaku a teplotě, -stupních ovlivnění rychlosti proudění, teploty a -složení plynu . na účinnosti katalyzátoru pro urychlení -hlavní a vedlejší -reakce, teplota plynu ve vstupu do- vrstvy katalyzátoru, -a množství tepla -vytvořeného a odstraněného' v různých částech vrstvy katalyzátoru.

Vytvořením -konkrétního uspořádání chladicích trubek jak je dále popsáno, může být určeno - optimálním rozložením teploty ve vrstvě katalyzátoru ve směru vedení plynu, které -minimalizuje množství katalyzátoru nutného pro získání požadované- koncentrace produktu ve výstupu z -vrstvy katalyzátoru, v závislosti na těchto faktorech.

jinými slovy, - podle předloženého vynálezu je možné -snížit rozměr reakční nádoby.. Například, když se objem plynu -sníží během reakce nebo. - se drasticky . sníží účinnost -katalyzátoru se vzrůstem průchodu plynu vrstvou katalyzátoru, jak je dobře. známo z provozu, .sníží se během reakce reakční rychlost. jestliže se uváží -tato= skutečnost, je zřejmé, -že v- případě, kde se získává stejný konverzní produkt ze surového plynu za použití . stejného- katalyzátoru v konvenční reakční nádobě -znázorněné v obr. 1, protože rychlost procházejícího -plynu je -vysoká ve vstppní části . vrstvy katalyzátoru, tam, kde je koncentrace produktu velmi nízká, účinnost -katalyzátoru nemůže být* účinně využita a i když se průchozí rychlost plynu sníží -ve vypouštěcí části vrstvy katalyzátoru, je nutné zvýšit množství katalyzátoru naplněného v této části, protože j© nemožné- zvýšit reakční rychlost vzhledem k vzrůstu množství -vytvořeného· reakčního produktu.

Navíc- ve .známé - -konstrukci -znázorněné v obr. 1, protože v přívodní -části, kde se vytvoří relativně velké množství -tepla, je chladicí plocha přestupu tepla na jednotku množství -plynu menší, než -chladicí plocha přestupu - tepla ve vypouštěcí části, kde- je množství reakčního tepla malé, když se zajistí optimální plocha pro přestup - tepla v přívodní části, pak je plocha přestupu tepla - ve vypouštěcí části přílišná a tudíž- se 'způsobí ztráta 'bud v množství katalyzátoru, nebo -v plose přestupu tepla.

Na rozdíl od -toho, jestliže se provádí provedení, kde plyn prochází -vrstvou katalyzátoru od obvodové části -směrem ke směru reakční nádoby podle předloženého vynálezu, pak v počástečním .stupni průchodu vrstvou katalyzátoru -se využije účinnost katalyzátoru nejúčinněji při nízké rychlosti plynu a reakce se urychlí při menším množství katalyzátoru, než ve známé -reakční -nádobě znázorněné v obr. 1 a zajistí se dostatečně velká plocha přestupu tepla na jednotku množství plynu pro odstranění tepla vytvořeného reakcí.

' Navíc, protože reakční- nádoba je uspořádána tak, že -množství katalyzátoru a plo221542 cha přestupu tepla se sníží snížením objemu .plynu a vytvořeného reakčního tepla podle průběhu reakce, může být vytvořena optimální chladicí plocha . přestupu tepla v každé poloze vrstvy katalyzátoru.

Zejména rozložení teploty ve vrstvě katalyzátoru může být nastaveno podle potřeby. K^inkir^.tněji může být realizováno rozložení teploty minimalizující množství katalyzátoru a plocha přestupu tepla nutná pro získání určitého množství konverzního produktu jako. celku, podle druhů chemických reakcí a vlastností katalyzátoru, což je těsně spojeno s konstrukcí reakční nádoby, jak bylo dříve poukázáno.

' Navíc může být snížen - rozměr reakční nádoby. Když je .změna rovnovážné koncentrace konverzního produktu se změnou teploty malá, je snížení objemu plynu v průběhu reakce malé nebo je malá změna účinnosti katalyzátoru se změnou průchozí rychlosti plynu, provádí se jiné provedení, ve kterém plyn prochází vrstvou katalyzátoru ze středu k obvodové části.

Při tomto provedení se teplota plynu přiváděného do střední části udržuje na hodnotě tak nízké, jak je to jen možné z hlediska účinnosti katalyzátoru a chladicí trubky nejsou uspořádány v části blízko vstupu plynu do vrstvy katalyzátoru, ale jsou uspořádány v polohách za těmito polohami, kde se teplota plynu zvýší reakčním teplem na vrchní přípustnou hodnotu pro katalyzátor tak, že další vzrůst teploty plynu je v těchto polohách katalyzátoru - zabráněn. Při tomto. uspořádání se rychlost plynu procházejícího^ vrstvou katalyzátoru sníží v konečném stupni reakce, kde se koncentrace konverzního -produktu zvýší s .tím - následkem, že reakce může být dokončena 'v krátké době -a množství katalyzátoru.a plocha přestupu tepla mohou být sníženy.

Druhým konkrétním rysem předloženého vynálezu je - rys spočívající v uspořádání chladicích trubek. Jak. bylo dosud uvedeno v tomto vynálezu, chladicí -trubky - jsou . uspořádány -podle -druhu konverzní reakce - a 'vlastností použitého- katalyzátoru tak, že- se ‘může dosáhnout optimálního rozložení teploty v radiálním směru ve vrstvě katalyzátoru. V této reakční nádobě, kde plyn proudí v radiálním směru, se dává přednost tomu, aby proudící množství plynu v příslušných -radiálních směrech -byla stejná. Přítomnost chladicích trubek ve vrstvě katalyzátoru má vliv na proudění plynu.

' -V souhlase -s tím, aby -se vyrovnala proudící množství plynu ve všech - radiálních směrech, je nejvýhodnější, aby chladicí trubky byly uspořádány soustředně. Příslušný počet -soustředných kružnic, na kterých jsou chladicí trubky - uspořádány, se vytvoří podle rozměru -reakční nádoby a množství - tepla vytvořeného reakcí. Vzdálenost mezi obvodem vrstvy katalyzátoru - a -vnější - soustřednou kružnicí, -vzdálenost mezi dvěma přilehlými soustřednými kružnicemi -a -vzdá lenost mezi vnitřní -soustřednou kružnicí a vnitřním -obvodem vrstvy katalyzátoru by měly -být určeny podle druhu konverzní reakce, podle vlastností použitého katalyzátoru a podle konstrukčních faktorů, jako je směr proudění plynu tak, aby optimální rozložení teploty mohlo být vytvořeno ve vrstvě katalyzátoru a v předloženém vynálezu nejsou vždy použity stejné vzdálenosti.

Aby se zvýšily účinky předloženého vynálezu, je -důležité nastavit uspořádání hustoty plochy přestupu tepla podle poloh soustředných kružnic použitím rozdílných průměrů chladicích trubek pro odstraňování reakčního tepla.

V předloženém vynálezu je důležité, aby proudící množství chladicího- prostředku bylo stejné meži chladicími trubkami uloženými na -soustředné kružnici. Z tohoto hlediska není vyžadováno, aby chladicí trubky byly uspořádány horizontálně nebo ve sklonu, ale - je výhodné, aby byly - uspořádány vertikálně.

Třetím konkrétním rysem předloženého vynálezu je rys spočívající na způsobu použití -chladicího prostředku. Jako chladicí prostředek může být použit jakýkoli plyn, kapalina a -směs -plynu a -kapaliny v tomto vynálezu.

Když se použije plyn, využívá se zjevné teplo. Když se použije kapalina, pak může být použita -metoda využití zjevného tepla, při které teplota kapaliny obsahující alespoň jednu -složku, se -zvýší, zatímco se udržuje kapalný stav, aby se absorbovalo -teplo reakce, a metoda - využití latentního tepla, - při které se kapalina odpaří absorpcí reakčního tepla.

Když -se použije směs kapaliny a plynu, mohou - být použity dvě výše uvedeného- metody - využívající - zjevného tepla kapaliny - - a výparného latentního- tepla kapaliny. Navíc v tomto případě mohou být uvažovány dva způsoby; způsob, při němž je -složka kapaliny - rozpustná v kondenzátu, složky plynu (páry] a způsob, při němž kapalina je nerozpustná v kondenzátu páry.

První způsob je například aplikovatelný na směs -uhlovodíkové kapaliny a uhlovodíkového plynu (páry] nebo- vody a vodní páry -a druhý způsob je aplikovatelný na směs páry -a uhlovodíkové kapaliny.

Když se použije způsob využívající zjevného tepla, teplota chladicího prostředku na výstupu je vyšší, než teplota chladícího· prostředku na vstupu, jestliže se použije buď plyn, nebo kapalina, nebo směs -plynu a -kapaliny -a způsobí se určitý rozdíl teploty mezi vrchní a 'spodní částí vrstvy katalyzátoru. Navíc při způsobu využívajícím zjevné teplo je nutné -použít chladicího prostředku ve větším množství než při způsobu využívajícím latentní teplo.

IRroto způsob využívající zjevného- tepla může být použit jenom tehdy, když tím ne221542 ní vyvolána žádná zvláštní nevýhoda, i když se zjistí určitý rozdíl teploty mezi vrchní a spodní částí vrlstvy katalyzátoru nebo kdýž je množství reakčního tepla relativně malé. Pro-to se v předloženém vynálezu dává přednost použití způsobu, který využívá výparného -skupenského tepla pro absorbování reakčního tepla, přičemž výše uvedený způsob je -rozdělen na způsob, kdy jsou kapalina a pára vzájemně rozpustné a na způsob, kdy jsou kapalina a pára vzájemně nerozpustné, jak . bylo výše uvedeno. Tyto· způsoby budou dále detailně popsány.

Jak bylo- dosud popsáno, mohou být uvažovány různé způsoby, jako způsoby využití chladicího prostředku. V kterémkoli případě je však nutné snížit potřebnou plochu k přestupu tepla, jak bylo dosud uvedeno a aby se dosáhlo tohoto .snížení, je důležité, -aby viskozita chladicího .prostředku uvnitř chladicí trubky byla nízká. Konkrétněji, aby se -dosáhlo cílů předloženého vynálezu, je nezbytné, aby viskozita -chladicího prostředku byla nižší než 1 Poise.

Když se využívá zjevného- tepla chladicího. ^o^tred^ je možné vyvolal a^by chodící prostředek proudil chladicí trubkou - ve formě dolů směřujícího proudu. Aby - však procházel chladicí prostředek rovnoměrně příslušnými _ chladicími trubkami, je výhodné, -aby chladicí -prostředek proudil ve formě nahoru směujícího proudu při každém způsobu využívajícím -zjevného tepla nebo způsobu využívajícím skupenského tepla.

Čtvrtým konkrétoím rysem ^pře^dlo^žen^ého vynálezu je rys Spočívající ve způsobu nesení katalyzátoru. Jak bylo dosud popsáno- u reakční nádoby tohoto vynálezu, katalyzátor není přítomen ve vnější obvodové části a ve střední části a tak jsou tam -přítomny prostory dovolující průchod -plynu -v těchto dvou částech. Proto když katalyzátor je plněn z dávkovacího otvoru 25 katalyzátoru, který je znázorněn v obr. 2, měly by být vložky katalyzátoru uspořádány tak, aby -se částice katalyzátoru nedostaly do těchto dvou prostorů. Jedna vložka katalyzátoru by mela být uspořádána pro -obvodovou část a je^dna ^pro stře^vou část.

Způsob uspořádání -vložky katalyzátoru v -obvodové části je však poněkud rozdílný od způsobu uspořádání vložky katalyzátoru ve strodrn části. Následující tři způsobu mohou být použity pro- uspořádání vložky katalyzátoru v obvodové části.

Podle- prvního způsobu, jak je - znázorněn v obr. 3, válcovitá deska 4—2 s průchozími děrami 4—4, jejichž počet a volná plocha jsou uspořádány tak, aby ise umožnil průchod nutného množství plynu, je -odmontovatelně upevněna -ve vnitřní obvodové části tiakové^ho ^pl^{áště 1} v určité vzdálenosti od vnitřní plochy tlakového pláště pomocí :^příslušného ^po^čtu nosných desek 27.

Tyto nosné desky jsou uspořádány -podél vnitrní obvodové ^ploc^hy tlakovéto ^pl^ášt^ě a jsou odděleny jedna -od druhé vzdáleností nutnou ^pro umožni prfohodu ^plynu. Alespoň jedna síť 4—3, která má vhodnou velikost ok, je připevněna k vnitřní obvodové ploše vnější obvodové plochy perforoval desky ⁴—^{2, č}ímž se v^ytvo.ří vtezka katalyzátoru na -vnitřním obvodu tlakoové-lio· pláště. Spodní část válcovité perforované desky ⁴—² dosa^huje s^podního čela lakového pláště 1 a vrchní část perforované desky 4—2 zasahuje mírně pod vrchní konec první sběrné trubky 19 pro chladicí prostředek.

^Aby se ^přede^šlo zlatovému ^průc^hodu plynu je výhodné, aby průchozí díry 4—4 nebo -síť 4—3 -nebyly umístěny v určité oblasti vrchní a spodní -části perforované de;sky 4—2. Při tomto způsobu je konstrukce vložky katalyzátoru -velmi snadná a výhodně - se -této vložky využije.

Podle druhého způsobu jak je znázorněno -v obr. 4, je vložka katalyzátoru uspořádána a připevněna k chladicím trubkám ¹⁵—¹ skupiny uložené na vn^ěj^ší soustředné kružnici po- obvodu nebo jejím -vnitřním obvodu v podstatě stejným způsobem jako při prvním způsobu.

Podle třetího způsobu, jak je znázorněno v obr. 5, děrovaná deska 4—2 -s průchozími -děrami 4—4, jejichž volná plocha a počet je uspořádán tak, aby -se umožnil průchod nutného množství plynu, je uspořádána po střední kružnici Obvodové kružnice nebo vnitřního obvodu chladicích trubek ¹⁵—¹ sku^piny ^- umístěné na -nejvnitřnější soustředné kružnici, aby spojila každé dvě přilehlé chladicí trubky -a síť 4—3 je uspořádána na vnitřní nebo vnější straně- děrované desky 4—2 stejným způsobem, jako pří prvním nebo - druhém způsobu.

Při každém z těchto tří způsobů mohou být vzájemné polohy připojení sítě 4—3 a děrované desky 4—2 znázorněných v obr. 3, 4- a 5, obráceny. Podle druhého a -třetího způsobu je provádění -konstrukce vložky katalyzátoru usnadněno.

Nyní bude popsána - vložka katalyzátoru, která má -být uspořádána ve střední části. Způsob uspořádání -vložky katalyzátoru ve střední části znázorněný . -v obr. 3 odpovídá prvnímu z^půso^bu uspoMdárá vlož^ky katalyzátoru v obvodové částí.

Podle tohoto způsobu -se- upevní -vhodný počet sítí 4—3, které -mají příslušnou velikost otvoru, k obvodové -nebo vnitřní části děrované válcovité desky 4—2, která imá příslušný počet děr 4—4, které mají vhodnou volnou plochu, a která imá přepážkovou desku 21 připevněnou -k vrchní části a sestava je uložena v ^té části, kde vy^pouštěc^í otvor 8 plynu je vtěsnán do vnitřku tlakového pláště 1 -nebo je připevněn do této- části přivařením -nebo podobně. Tento způsob je 'výhodný pokud jde o výrobu a použití vložky katalyzátoru.

Dále mohou být prakticky použity způso221542 by 'odpovídající druhému a třetímu způsobu uspořádání Vložky katalyzátoru v obvodové části. Zejm^éna, ja^k je zná.zorn^ěno na obr. 6, je uspořádána válcovitá . děrovaná deska 4—2, která má průchozí díry 4—4, jejichž počet a volná plocha jsou uspořádány tak, že se umožní průchod nutného množství plynu, po vnitřním ' obvodu nebo- okraji chladteí trubek 15—² skupin^y uložen^é na nejvnitřnější soustředné kružnici a síť 4—3 je uložena na vnitřní nebo vn^ěj^ší -stran^ě děkované desky 4—2 spojitě, čímž je vytvořena vložka katalyzátoru pro- střední část.

Dále může být použit způsob, při kterém ‘chladicí ^- trubk^{y 15}—² skupin^y uteže^ na nejvnitřnější soustředné kružnici j'sou k sobě připojeny deskou 4—2 tvaru pásu, která má příslušný počet průchozích děr 4—4, které .maj^í volnou plochu stejnou jako ve vložce katalyzátoru pro obvodovou část znázorněnou v obr. 5 a sí^{ť 4}—³ je u^pevn^ěna na obvodu vnitrního okraje s^ku^pin^y trube^{k 15}—2 čímž je vytvořena vložka katalyzátoru .pro střední část.

V každé z těchto vložek katalyzátoru pro střední část: mů^že ^lbý^{t přip}evněno ^k horní 'části vtožky - kata^lyz^toru ₍ ^pro střední čá'st víko 21, jak je znázorněno v obr. 7. Poloha průchozích děr 4—4 a alespoň jedné sítě 4—3 ve spodní a vrchní koncové části vložky katalyzátoru pro -střední část k první a druhé sběrné trubce 19 -a 18- je v podstatě -stejná jako- ve vložce katalyzátoru pro obvodovou část.

První výhoda získaná uspořádáním výše uvedených vložek katalyzátoru spočívá v tom, že zpracování -pro výrobu je usnadněno -a druhá výhoda -spočívá v tom, že vzdálenost mezi každými dvěma přilehlými trubkami I⁵—¹ nebo I⁵—² uteženými na nejvnitřnější nebo- vnější soustředné kružnici, volná plocha průchozích děr vytvořených na desce 4—2 a rozložení těchto průchozích děr mohou být: m^ěn^ěn^y a nastaven^{y p}odte potřeby, - čímž jenom uspořádáním jedné -stěnové plochy může být zrovnoměrněno množstv^{í p}r^ůc^hoz^ího p^lyn^ ^po^ku^d jde o ^kaž^dý radiální směr vrstvy katalyzátoru a každou vý^šku vrs^tv^{y k}atal^yz^átoru bez použití ^dvou -stěnových -ploch vymezujících vrstvu katalyzátoru na straně vstupu nebo^ výstupu plynu, jak je zveřejněno v japonském -patentovém -spisu č. 5925/66.

Když se ^pou^žije vý^še uvedená ná^plňov^á metoda katalyzátoru -s ohledem na vlastnosti použitého n^ěkdy se -stane^, že částice katalyzátoru nejsou naplněny rovnoměrně hustě ve -vrstvě katalyzátoru. V tomto- případě je výhodné, aby výše uvedená funkce řízení množství proudu plynu byte pře^dána ^kaž^{dé dě}rovan^é válcová desce vložek katalyzátoru pro- střední a- obvodové části a aby -válce pro řízení množství proudícího plynu nebo chladicí trubky uspořádané v soustředných kružnicích s malou vzdáleností mezi každými - dvěma přilehlými trubkami byly uspořádány v jedné nebo dvou částech - -mezilehle mezi okrajovým a vnitřním obvodem vrstvy katalyzátoru.

Tvar a uspořádání děr vytvořených na těchto děrovaných válcích pro- řízení množství proudícího plynu -nejsou zvlášť kritické^, ale z hlediska snadnosti výroby jsou výhodné kulaté díry.

. Pátým konkrétním rysem předloženého- vynálezu je rys spočívající v uspořádání rozváděčích a -sběrných trubek. V některých případech je celkové množství chladicích trubek 15 malé, ale v mnoha případech se ^pou^žívá veteý poče,t chladicí trubek ^{- 15}. V tom případě, -kide je celkový počet chladicích trubek 15 malý, je možné připojit všechny chladicí trubky k jedné první rozváděči - trubce 17 -znázorněné v obr. 2. V souhlase - -s tím druhá rozváděči trubka 18 nemusí být v tomlto případě uspořádána. Ovšem v případě, kde je -velký počet chladicí tru-be^{k 15} a je nemožn^é připojit ^-v^šec^hny chladicí -trubky k - jedné první rozváděči trubce 17, jsou uspořádány druhé rozváděči trubky 18 -a části - -nebo všechny chladicí trubky 15 jsou připojeny k těmto druhým rozvá^cím trub^kám ¹⁸ a dru^hé rozv^áděčí trubky 18 jsou připojeny k první rozváděči trubce 17 spojovacími trubkami 23.

Když se použije velký počet chladicích trubek 15 - pomocí uspořádání třetích a čtvr^týc^h rozv^áděčích truhe^k stejným zpйso'^bem^, jak bylo výše popsáno, je možné použít předložený vynález -na reakční nádobu, která má -velmi malý rozměr. V provedení znázorněném v obr. 2 jsou uspořádány druhé rozváděči trubky. Ovšem předložený vynález není omezen na toto provedení znázorněné v obr. 2.

^{Když -} tyto rozváděči trubky jsou ulspořá dány, je výhodné, -aby tyto rozváděči trubky příslušných skupin byly uspořádány na soustředný^ toužrncí s dostate^čnýmⁱ rozte^čemⁱ pro ^- její pnpojení ^k chladmím trub^kám I⁵ a ispojovacím trub^kám 2^3, poněvadž -se -tím usnadní výroba a výhodně se reakční -nádoba využije. Dále, aby se rozváděl -chladicí prostředek rovnoměrně do vel^kého počtu chladicí trubek: ¹⁵ je důleži^te, a^by ates^poň dv^ě vstopní trub^{ky 9 p}ro zavádění chladicího prostředku do prvních rozváděčích trubek, alespoň dvě spojovací trubky 23 pro připojení prvních rozváděčích trubek, alespoň dvě spojovací trubky ²³ pro připojern rozvád^í trubek 17 ^k druhým rozváděcím trubkám a alespoň dvě spojovací trubky pro připojení druhých roz•váděčí trubek ke třetím rozvM^m trubkám, -byly uspořádány v polohách -symetrických. s oWedem na střední oisu.

' ^sběrn^é trubk^{y 19 -} jsou v ^dstaté uspořádány stejným zp^ůtobem^, ja^k b^ylo^- vý^še popsáno s oMetem na rozv^áděčí trubky. Když je počet chladicích trubek relativně rna^ pak v^šec^hn^y chtedmí trubk^{y -} mo^hou 'být připojen^{y k} jedn^é slrérrá trubce. - Ov^šem^{, když} je v^ytvořen velký ^poč^t chladicích tru221542 bek, je nutné uis.porádat první, druhé a třetí sběrné trubky na soustředných kružnicích a uspořádat alespoň jednu spojoval trubku 24 k připojení těchto sběrných trubek.

Z hlediska snadnosti výroby nebo použití je výhodné, aby počet sběrných trubek byl ^postupn^ě sniižov^án v ^příslušných s^ku>^pin^ác^h. Ovšem v provedení znázorněném v obr. 2, aby se rozváděl chladicí prostředek rovnoměrně do všech chladicích trubek, je uspořádána jedna konečná sběná trubka 20 a Obyčejně je výhodné, aby rozměr a tvar této konečné sběrné (trubky 20 byl uřícen tak, aby se udržela· příslušná rychlost proudu v konečné sběrné trubce 20.

Když je reakční nádoba velmi velká, a «množství reakčního tepla je r-etetívně malě použije se výše uvedený způsob využívající výparného skupenského tepla chladicího prostředku a výhodn^ě se použije konstrukce, ve které je funkce oddělení kapaliny od páry dána konečné sběrné trubce, trubka 28 pro zavádění oddělené kapaliny dolů, která je označena přerušovanou čarou v obr. 2, se uloží v prostoru plynu ve střední části. Trubka 28 se připojí k prvním rozváděcím trubkám 17 skrz alespoň jednu Spojovací trubku 29, aby se vyvolala přirozená cirkulace chladicího prostředku v rea^kční nádobě. Pouze pára z cilladicího prostředku se odebírá výstupem 10 chladicího prostředku a chladicí prostředek v množství odpovídajícím množství odebrané páry z výstupu 10 se přivádí ze vstupu 9 chladicího prostředku.

iPři tomto provedení může být ko-nlstrukce zjednodušena a provoz může být výhodně prováděn ve srovnání s provedením, kde je uspořádán separátor páry a kapaliny vně rea^kční nádob^y a kapaUna zb^ylá po separaci páry recykluje a vrací se do- vstupu 9 chladicího prostředku kapací trubkou přirozeně působením gravitace nebo nucené pomocí čerpadla. Utěsněná nádoba, izolovaná, od tlakového pláště může být použita jako •konstrukce pro rozvádění nebo shromažďování chladícího prostředku místo výše uvedených trubkových ^členů.

Sešitý konkrétrn rys ^předložené^ho vynálezu spočív^á v ^prostředku pro zmíráovtern tepelného napětí vyvolaného rozdílem tepelné roztažnosti. V rea^kčn^í nádobě .podle předložen^ého v^ález^ ja^{k by}lo dosud popsáno, je teplotní .rozdíl ve vrstvě katalyzátoru b^ěhem provozu mnohem men^ší než v běžné reakční nádobě. Ovšem jistý teplotní rozdíl se nezbytně objeví. V souhlase s tím se ^- v^yvo^lá tepe^ln^é napětí, poněvadž te^plotn^í rozdíl existuje ve s^pojovací části ^ka^ždého trubkového členu tvořícího chladicí konstrukci, například u rozváděčích trubek 17 a . 18, .spojovacích trubek 23, -chladicích trubek 15, sběrných trubek 19 a 20 a -spojovacích trubek 24.

Protože chladicí konstrukce je tvořena trubkovitými i^en^ m^ůže být takovéto tepehié napětí sníženo a rozptýleno ' v^ytvo^řením zakřivených částí u příslušných trubek. Titoíz cltíaditf konstrukce vyrobená z frubek, ^které mají -zakřivené ^části, je -ob^{y č}ejn^ě výho^dná. Ačkoli se vysk^ytne teplotní r°z^dn mezi tlakovým pláštém ¹ a chladicí konstrutoi tak v^ytváření tepelného napětí tímto teptotmm rozdtíem může být zcela zabr^áněno .použitím zn^ámého výsuvného úniku ^plynu zabraňujícího prostředku uc^pávkového nebo- expanzního- vlnovkového^ typu,' jak je znázorněno v obr. 2 v té části, kde vstu^p chtedmího- prosttodku a výstu^pní trubky ^pro ctoadim konstrukci jako je vstu^{p 9} chtodicího ^prostředku a výstu^p 10 chladicího ^pros^tředku^{, p}ronikaj^í skrz tlakový ^plášť 1.

Sedmý konkuétrn rys předloženého. v^ynálezu spo&vá ^-ve ^-z^působu .předehřívání surového ptynu, který má být zaveden do reakč^ní n^ádob^y. Kd^yž se ^pou^žije reatání nádoba tohoto vynálezy která má výše uvedenou konstrukci, v podstatě všechno reakční teplo může být absorbováno- do reakčního pro^středku a teptota reakčního výtokového p^lynu -odcb&zejfcfto z vrstv^y katatyzáto-ru odpovídá výstupní -teplotě vrstvy katalyzátoru, ve které je vytvořeno výše uvedené rozložení teploty a tato teplota je poněkud vyšší, než je -teplota -surového plynu ve vstupu do vrstvy katalyzátoru.

Podle toho -plyn, který má být -zaveden do vrstvy katalyzátoru, může být předehřát pomocí -výměny tepla- -mezi plynem -odcházejícím z vrstvy katalyzátoru a plynem, který se ^-má zavést do vrstvy katalyzátoru.

Tato- výměna tepla může být uskutečněna za použití známého výměníku tepla uspořádaného 'vně reakční nádoby. Dále tato výměna tepla -může být uskutečněna uspořá^dáním výměnku tepte v prostoru vnitřku reakční nádoby, jak je znázorněno- v obr. 8.

Konkrétnj při prove^den^í zn^ázorněn^ém v -obr. 8, je známý výměník tepla válcovitého vícetrubkové-ho typu uspořádán v prostoru středn^{í č}á;sti reakční nádoby. Tento výměník tepla zahrnuje jako- hlavní členy velký po^čet trubek ^- Ж trubkovnic 3i, <k nfé jsou trubky ^{30 př}ipevněny a ^pl^ášť ³² výměníku tepla.

•Při tomto- ^prove^den^í znázorněném v obr. ⁸ výc^hozí plyn ^pro konverzi se zav^ádí ze vsltupu ^{7 p}l^ynu do prostoru na ptešťové ssraně válcovitého vtoetrubkov^o- v^ýměrnku tepla, která je vymezena vnějšími plochami trubek 30 trubkovnicí 31 a vnitřním pláštěm 32 a výměna tepla se uskuteční mezi takto zavedeným výchozím plynem a plynem o vysoké teplotě odebíraným z výstupu vrstvy - katalyzátoru, který prochází trubkami 30. Takto předehřátý plyn prochází rozváděči trubkou 34 a zavádí se do vrstvy katalyzátoru ze vstupního prostoru 13 vrstv^y katalyzátoru výše uvefóným způsobem.

Plyn vypouštěný z výstupního prostoru 14 z vrstvy katatyzátoru se zaváttí ^do vnitřků trubek 30 od jejich spodních částí a uskuteční se te^peln^á výměna mezi tímto vypouštěným plynem a . výchozím plynem proudícím na této straně pláště, aby se snížila tep^lota v^ypou^št^ěn^ého .^plynu. Pa^k se vypouste ný plyn vypouští z reakční nádoby výstupním prostorem 33 a výstupem 8 plynu.

^Když se jpoužije predehrívajírn vým^ěn^ík tepla, jak bylo výše popsáno, tlakový rozdíl mezi ’ vnějškem a vnitřkem trubkovnice 31 je způsoben hlavně tlakovou ztrátou vyvolanou v .plynu, když prochází vrstvou katalyzátoru. -Protože tento rozdíl tlaku je velmi malý, není žádná významná nevýhoda způsobena uspořádáním trubkovnice 31.

Dalším příkladem způsobu . ' předehřívání surového plynu, který se má zavádět do reákčrn ná^do'^{by p}o^dle přeloženého vynálezy je způsob, při kterém <se surový plyn .nejdříve zavede do izolovaného předreaktoru, plyn tam zavedený se podrobí konverzní reakci do určité -míry a .zvýší se jeho teplota a ^pak se tento ^plyn se zvýšenou teplotou zavede do reaktoru .předloženého· vynálezu. Surový plyn obvykle obsahuje stopová množství katalytického jedu. Deaktivaci katatyzátoru ja^;ko' takové, v^lvem katalytické^ho jedte nem^ůže ^být za^br^án^ěno reakcm nádobou podle předloženého vynálezu ani konvenční reákční nádobou.

Ovšem zavedení .surového plynu do předreaktoru, který je izolován a malého rozměru, vyvolá zadržování celkového. množství katalytického jednu ve vrstvě katalyzátoru předreaktoru s tím výsledkem, že se značně prodlouží životnost katalyzátoru v reakční nádobě podle tohoto vynálezu, která slouží jako hlavní reakční nádoba.

Primárním účelem izolovaného předreaktoru, který je výše uveden, je účel spočívají v odstranil katalytick^ého jedu a ve zvýšení teploty .surového plynu na teplotu vhodnou . pro zavádění tohoto plynu do hlavní reakční nádoby uskutečněním konverzní reakce ve vhodné míře. Tudíž předreaktor m^ůže ^být mnohem men^ší a může mtt je^dnodušší konstrukci ve srovnání s reakční. nádobou podle předloženého vynálezu, která je hlavní reakční nádobou.

Surový .plyn vypouštěný z předreaktoru může být ochlazen na ite^plotu vhodnou ^k jeho dávkování do hlavní reakční nádoby tak, že jeho teplota není příliš vysoká.

Životnost katalyzátoru v ^hlavní reakční nádobě se značně prodlouží a dále pracovní účinnost zařízení jako celku zahrnujícího postup přípravy surového plynu se zvýší pracovním postupem, ve kterém, když se katalyzátor v předreaktoru deaktivuje, zastaví se jen činnost předreaktoru a surový plyn se zavede přímo do hlavní reakční nádoby pouze .po tu dobu, kdy se deaktivovaný katalyzátor vyměňuje.

Dvojme .předreaktorů m^ůže ^být ^popří^pad^ě zajištěna, aby'se mohla střídavě áoužít.

Jakýkoli mater^iál, který odotevá rnzným napětím vyvolaným ^pracov.rnmi ^po^dmrnkami, jako je konverzní tlak, konverzní teplota, tlak chladicího prostředku a teplota chladicího prostředku, a nemá žádný špatný vliv na konverzní reakci, se může puužít jako. konstrukcm materiá^l pro reakcm nádobu.

Nyní budou popsány aplikace reakční nádoby podle předloženého vynálezu.

Reakcm n^ádoba ^po^dle předložen^ého vynálezu může být použita .pro chemické exotermní reakce, ve kterých se výchozí materiál zaváděný do. vrstvy katalyzátoru a reakční produkt o^uštějí^ vrstvu katatyz^ toru, . udržují v plynném stavu za teploty a tlaku, které vyvolají konverzní reakci a vyžaduje se vytvoření příslušného rozložení teploty ve vrstvě katalyzátoru nebo provádění přesného. řízení teploty ve vrstvě katalyzátoru. Jako chemické exoitermní reakce, které mohou být uvedeny, lze uvést například výrobu amoniaku z výchozího plynu obsahujícího vodík a dusík, výrobu me^thanolu^, methanu n&^bo uhlovod^^ který . m^á dva nebo. více uhlíkových atomů z výchozího .plynu obsahujícího vodík a oxid uhelnatý a/ne^bo ox^id uMty pnpravu .vo^díku z výchozího plynu obsahujícího vodní páru a oxid uhelnatý, výrobu nasyceného. chlorovaného uhlovo^^ ja^ko , je cMormetban ne^bo ethylenchlorid .z výchozího. plynu obs«^J^i^jícího. uhlovodík a chlor, oxidační reakci pro přípravu ethylenoxidů, maleinanhydridu ne^bo ítatenhydndu z výchozího ^plynu o^bsahujícího. uhlovodík a kyslík, oxychlorační reakci výroby nenasyceného chlorovaného uhlovodíku, jako je vinylchlorid z výchozího plynu obsahujícího uhlovodík a chlor a^/ne^bo chlorovodík a tysUK anoxidačm reakci pro přípravu kyanogenní sloučeniny, jako je a^]ryloi^ii^i^jil. nebo kyselina kyanatá z výchozího. plynu obsahujícího uhlovodík, .amoniak a kyslík, hydrogenační reakci pro přípravu nasyceného uhlovodíku, jako je cyklohexan z výchozího plynu obsahujícího nenasycený uhlovodík a vodík, alkylační reakrn pro výro^bu teooktanu ne^bo eth^ylhenizenu z výchozího plynu obsahujícího nenasycený uhlovodík a nasycený uhlovodík a .oxidační reakci výroby formaldehydu nebo .podobně z výchozího plynu obsahujícího organickou sloučeninu olisahujfcí .tystík a ^kyslíku.

Když .se použije nádoba podle předloženého vyn^ez^ získají se různ^é výho·^. jako je úspora· energie ve všech procesních stupních zlepšením využití účinnosti reakčního tepla, usnadnění projekce reakční nádoby a snížení materiálových nákladů píro 'konstrukt reakční n^ádo^by. Mle v každé z předcházejících chemických reakcí je možné zvýšit: výtěžek po^žadované^ho· pгodukιtu^, .snížit tvorbu vedlejšího produktu a prodloužit životnost katatyz^oru, ^proto^že rozložení teploty v reakcm vrstvě může ^být optimalizováno a teplota ve vrstvě katalyzátoru může být přesně řízena.

Druh katalyzátoru není zvlášť kritický, když se reakční nádoba podle předloženého vyn^álezu ^pou^ž'ije pro výše uveden^é chemické reakce a použije se katalyzátor vhodný pro požadovanou reakci. Navíc kapacita reakční nádoby může být zvýšena uspořádáním dvou nebo více katalyzátorů, které se liší ve svých katal^ytických vlastnostem tak že plyn přichází do styku s rozdílnými katalyzátory při postupu vrstvou katalyzátoru. ,

Zvlášť velkých technických a ekonomic^kýc^h výhod se m^ůže dos^áhnout, ^kdy^ž se předložený vynález použije v provozní výrobě amoniaku nebo methanolu prováděné za přetlaku nižšího než 9,8 MPa.

Nyní bude popsáno využití reakčního tep^la absor^bovan^ého v chladmím prostředku.

Reakční teplo se může využít v různých * oblastech. V případě způsobu využívajícího' zjevného tepla chladicího prostředku může být reakční nádoba použita pro· zvýšení . teploty reakčního materiálu, který se má .použít ve stupni vyžadujícím vysokou teplotu. Také v případě způsobu využívajícího výparného skupensk^ého tepte chladicího prostředku se může reakční teplo, které je absorbováno, podobně využít. Například při přípravě amoniaku z nafty se směs nafty s vysokotlakou vodní párou nebo horkou vodou použije jako chladicí prostředek pro zahřívání vodní páry nebo odpaření nafty v reakční nádobě podle předloženého vynálezu, čímž se vysokoteplotní plyn použije jako výchozí materiál pro stupeň výroby vodíku jako výchozího materiálu amoniaku.

V případě Způsobu využívajícího výparného skupens^ho tepla se te^pto reakce, může . využít pro jiné účely. Například pára se oddělí od kapaliny a pak se zavede do· ji- . něho stupn^{ě p}ro zahřívám jiné tetky ^příme nebo nepřímo. Dále se reakční teplo převede na mechanickou sílu využitím tlaku páry v turbíně přímo nebo· po· zahřátí. Dále se pára využije pro stlačení plynu, který se má ‘ zavést do reatóní nádoby.

Bod varu chladicího· prostředku, který se má použít v reakční nádobě, může být nastaven na úroveň trochu nižší, než je teplota vrstvy katalyzátoru, která se určí podle druhu konverzní reakce a podle vlastností použitého katalyzátoru, nastavením vstupní teploty a rychlosti proudění chladicího prostředku nebo· řízením tlaku použitého na chladicí prostředek. Jakýkoli chladicí prostředek, který může být snadno odbourán teplem během provozu a .nemá žádný korozívní účinek na materiál reakční nado'^ ise může pou^žít v předloženém v^ynálezu.

V případě způsobu využívajícího výparného skupenského tepla chladicího prostředku, z hlediska účinného využití energie obsažené v páře chladicího prostředku, je výhodné využít jako chladicího·· prostředku vo^d^ frakci alitetických uhlovodfců nebo aromatickou sloučeninu, jako je aromatic- ký uMovod^ c^hlorovaný aromatický uhlovodík nebo difenyloxid nebo jejich směsi. ^Když se takovýto chtedicí prost^řede^{k p}oužije pro způsob využívající výparného skupenského tepla, může být teplota ve vrstvě katalyzátoru přesně řízena příslušným nastavením tlaku chladicího prostředku a bo^du varu mladšího prosti^ku. ^pří^pustný horní limit přetlaku chladicího prostředku při tomto způsobu je asi 14,7 MPa v případě výše uvedené přirozené cirkulace nebo asi 19,6 MPa v případě výše uvedené nucené cirkulace. Jestliže tlak přesáhne tuto krtitickou úroveň, sníží se chladicí kapacita chladicích trubek.

Příklad provedení

Syntéza amoniaku z vodíku a dusíku

Reaktor, který je podobný reaktoru znázorněnému na obr. 2· s tou výjimkou, že je vynechána trubka 28, se použije pro tuto syntézu. Technické údaje použitého zařízení jsou následující: .

výška válcové části 14 000 mm

v.n^ější ^prům^ěr v^álcov^{é č}ásti 5 500 mm vnější průměr válcové středky vložky katalyzátoru 4—1 800 mm vnitřní průměr válcové obvodové vložky katalyzátoru 4—0 5 280 mm chladicí trubky 15 vnitřní průměr trubky 49,5 mm tloušťka trubky '5,5 mm uspořádání chladicích trubek:

chladicí trubky jsou uspořádány v rovnoměrný^ intervalech šesti kružnic •ssuutředných s válcovými středními a obvodovými vložkami katalyzátoru.

Trubky na první kružnici: průměr kružnice počet trubek

Trubky na druhé kružnici: průměr kružnice počet trubek

Trubky na třetí kružnici: průměr kružnice počet trubek

Trubky na čtvrté kružnici: průměr kružnice počet trubek

Tru^bky na ^páté kružnicň průměr kružnice počet trubek

Trubky na šesté kružnici: průměr kružnice počet trubek

Druhé rozváděči trubky 18:

000· mm

600 mm

120

200 mm

150

800 mm

170

400 mm

200'

900· mm

230 tvar kruhový vnitřní průměr trubky 146,4mm tloušťka · trubky 11,0mm první sběrné trubky 19 tvar 146,4mm tloušťka tru^bky 11,0mm

Chladicí -trubky na první -a druhé kružnici jsou -spojeny -s jednou z druhých rozváděčích trubek 18 na svých spodních koncích a s jednou - z prvních sběrných trubek 19 na -svých horních -koncích. Chladicí trubky na -třetí a čtvrté jkiružnici a chladicí trubky na páté a šesté kružnici jsou podobně ispojeny s každou ze dvou oddělených druhých rozváděčích trubek a- každou ze dvou oddělených prvních -sběrných trubek.

Tři druhé rozváděči trubky jsou spojeny s první rozváděči trubkou 17 pomocí spojovacích trubek 23 [tři spojovací trubky pronejvnitřnější druhou rozváděči trubku, šest spojovacích trubek pro- -střední druhou rozváděči -trubku a osm spojovacích trubek pro vnější rozváděči trubku). Každá z těchto tří ^pnvních sběrných trubek je ^podobn^{ě -}s^pojena s druhou -sběrnou trubkou 20 pomocí tří, šesti a osmi spojovacích trubek 24. Vzdálenost mezi druhými rozváděcími trubkami 18 a prvními -sběrnými trubkami 19 je 13 -000 mm.

•Prostor mezi druhými rozváděcími -trubkami 18 a prvními sběrnými trubkami je na^plněn 2⁷⁵ m³ zrn^ěn^ého katelyzátoru ^pro syntézu amoniaku, čímž -se vytvoří vrstva ^kata^lyzátoru. Mezi ²⁷⁵ m³ katatyzátoru 254 m³ tohoto- ^kata^lyzátoru (co^ž od^pov^ídá 12 m náplňové výšky) -tvoří účinnou vrstvu -katalyzátoru. Prostory jak nad vrstvou katalyzátoru, tak pod vrstvou katalyzátoru jsou naplněny koulemi z -oxidu které mají průměr 19 mim.

Jak je výše popsáno, nej -vnitřnější - zóna (o vehkosti 31 m³) vrstoy kata^lyzátoru nemá v -sobě chladicí trubky a reakce se provádí adiabaticky. Vcelku jsou chladicí -trubky ve -vrstvě katalyzátoru uspořádány nerovnoměrně.

671 6^{40 N}-m³/h ^plynné směsi, ^která je sm^ěsí upraveného plynu a cirkulujícího plynu, který je -^popsán ^později a obsahuje ^64,7 % molárních vodfcp 21^,6 % ^- molárních ^dusí^ku, ^9,6 % -molárníc^h methany ^4,0 % mo^lárníc^h argonu a ^0,01 % molám^ amoniaku a má teplotu 367 °C a přetlak - 4,6 MPa, se zavádí do -reaktoru vstupem 8. Plynná směs prochází prostorem 14 a -se střední vložkou katalyzátoru 4—1 a pak v podstatě -v -radiálním směru vrstvou katalyzátoru.

Když plynná směs prochází vrstvou katalyzátoru, synthetizuje -se amoniak. Plynná reakční směs, která -se -získává, obsahuje ^57,1 %ⁱ mol. vod^íku, I^9,0 % molárníc^h dusíky l^0,5 % molárních methany ^4,4 % molárrnch argonu, ⁹ % mol^árníc^h amoniak a má teplotu 390 °C.

Plynná -reakční -směs prochází prostorem 13 a vypouští -se výstupem 7 a -ochlazuje se. Z ochlazené /plynné reakční -směsi se oddělí amoniak, ~ přičemž zůstane -zbytková ^plynná směs. Gast (8300 mm³/hod) zbyt^kové ^pl^ynné směsi ^-se odeMrfy ab^y se ^přede^šlo akumulaci methanu a argonu. Zbývající -část (553 000 ^Nm³/^hod) zbytoové ^pl^ynné směsⁱ se míchá jako cirkulační plyn· se 118 400 ^Nm/³ ho^{d p}ř^ipraveného ^plynu obsahuj^ího ^74,2 % moterrnch vodfau, ^24,7 % molárrnc^{h -d}us^íku, ^0,8 % molármho methanu a O,³ - %! molárntoo argonu a ^pa^k se oc^hla^dí a odstraní vlhkost. Výsledná plynná směs se stlačí na přetlak 4,6 MPa a předehřeje na 367 °C teplem vyměněným s plynnou - reakční -směsí z reaktoru a pak se dávkuje - do reaktoru vstupem 8. .

Voda, která má přetlak 11,8 MPa a teplotu 320 °C se dávkuje do prvních -rozváděčích trubek 17 vstupem 9 pro chladicí prostředek. Voda prochází -spojovacími trubkami 23 a pak třemi druhými rozváděcími trubkami 18 do každé -z chladicích trubek. Zatímco postupuje chladicími trubkami 15, voda se vaří pomocí reakčního- tepla, které přijímá. Vařící voda postupuje chladicími trubkami 15 a je -shromažďována v každé z prvních -sběrných trubek 19 a pak v druhé sběrné -trubce 20 skrze spojovací trubky 24, Pak se vařící voda vypouští výstupem 10 pro chladicí prostředek. Vysokotlaká pára o přetlaku 11,8 MPa a teplotě 320 °C, která se oddělí z vařiči vody, má hmotoost ^97,8 tun^/h.

^poizměr reatooru a množství ^použi^tého ^katalyzátoru v tomto -příkladu jsou mnohem menší, než rozměr a množství, které jsou použity ve známých postupech za stejného tlaku -a při stejném provozním měřítku. Podle známého postupu je reaktor přibližně 32 000- mm vysoký, - má průměr 6500- mm - a je ^po^třeba 370 m³ totalyzátoru.

Claims (2)

1. Způsob exotermní konverze plynných surovin ve styku s vrstvou tuhého katalyzátoru vytvořenou mezi válcovou obvodovou vložkou katalyzátoru a válcovou střední vložkou katalyzátoru ve vertikálním válcovém reaktoru, při němž procházejí plynné suroviny prakticky radiálním směrem skrze vrstvu katalyzátoru, ve které jsou uspořádány vertikálně podélné chladicí zóny o relativně malém průměru a chladicí prostředek prochází těmito chladicími zónami к odstranění tepla vytvořeného reakcí probí hající ve vrstvě katalyzátoru, vyznačený tím, že vrstva katalyzátoru se vytvoří z jediné vrstvy a plynné suroviny procházejí jen jedenkrát vrstvou katalyzátoru v radiálním směru od obvodu směrem ke středu nebo v opačném směru.

2. Způsob podle bodu 1 vyznačený tím, že se plynné suroviny obsahující katalytický jed nechají reagovat v předběžné reakční zóně obsahující katalyzátor, před jejich průchodem -vrstvou katalyzátoru.