CS235065B2 - Reactor for chemical especially for catalytic reactions - Google Patents

Description

Vynález se týká reaktoru pro chemické, zejména katalytické reakce, při kterých se uvádí ve styk plyn nebo tekutina s ložem pevné látky, který má radiální odstředivou nebo dostředivou cirkulaci uvedeného plynu nebo tekutiny skrze lože pevné látky, a který je tvořen válcovým pláštěm, ve kterém je proveden přívod reakčního plynu nebo tekutiny a umístěn vnější válcovitý perforovaný plášť a vnitřní válcovitý perforovaný plášť spojený s odvodem zreagovaného plynu nebo tekutiny.

Jako příklady uvedených katalytických reakcí je možné uvést dehydrogenaci uhlovodíků a zejména výrobu styrenu z ethylbenzenu, která se obvykle provádí tak, že se směs uhlovodíku a přehřáté vodní páry vede skrze lože katalyzátoru, umístěné uvnitř válcovitého reaktoru. V takovém reaktoru může cirkulace plynu probíhat buď rovnoběžně s osou válcovitého reaktoru a tento typ reaktoru se nazývá axiální reaktor, nebo ve směru poloměrů průřezu ložem, kolmých k ose válcovitého reaktoru a tento typ reaktoru se nazývá radiálním reaktorem., Vzhledem ke konstrukcím reaktorů neustále se zvětšující kapacitou, upouští se postupně od používání axiálních reaktorů a přechází se pozvolna na výlučné používání reaktorů radiálních.

V radiálních reaktorech může docházet k cirkulaci plynu nebo tekutiny buď od středu reaktoru, k jeho obvodu a tento typ radiálního reaktoru se nazývá radiálním odstředivým reaktorem, nebo od obvodu válcovitého reaktoru k jeho středu a tento reaktor nazýváme radiálním dostředivým reaktorem.

Odstředivé radiální reaktory jsou mnohdy výhodnější vzhledem k tomu, že při proudění plynu nebo tekutiny skrze tento typ reaktoru dochází k malým tlakovým ztrátám, což je příznivé z hlediska selektivity reakce, tudíž i z hlediska výtěžku uvedené reakce. Naproti tomu dostředivé radiální reaktory mají určité výhody, které mluví zase ve prospěch použití tohoto typu reaktoru: jejich výroba je jednodušší; vstupní přehřáté tekutiny jsou uváděny ve styk s největším povrchem pevné látky, což snižuje nebezpečí zanesení a ucpání lože pevné látky a zajišťuje lepší distribuce tekutiny v loži pevné látky a konečně největší prázdný objem reaktoru, kterým je centrální trubice, je udržován na nejnižší teplotě.

V radiálních reaktorech dochází během jejich provozu k postupnému slehávání lože pevné látky. Za účelem kompenzace tohoto slehnutí a zachování radiálního proudění tekutiny skrze lože pevné látky je nezbytné umístit do horní části reaktoru nadbytek pevné látky. Rovněž již bylo navrženo nahradit alespoň zčásti tento nadbytek pevné látky nějakou inertní látkou. Bylo však zjištěno, že tato inertní látka postupně proniká do vlastního lože pevné látky, což má za následek špatnou funkci tohoto lože. Kromě toho se tato vrchní část lože pevné látky postupně zanáší a ucpává v důsledku toho, že není proplachována proudem reakčního plynu nebo tekutiny.

Výše uvedené nevýhody jsou v podstatné míře eliminovány použitím reaktoru podle vynálezu, ve kterém při v podstatě radiální cirkulaci dochází k průtoku reakčních plynů a tekutin skrze veškerý objem lože pevné látky.

Výše uvedené nedostatky tedy nemá reaktor pro chemické, zejména katalytické reakce, při kterých se uvádí ve styk plyn nebo tekutina s ložem pevné látky, například pro dehydrogenaci uhlovodíků nebo výrobu styrenu z ethylbenzenu, který má radiální odstředivou nebo dostředivou cirkulaci uvedeného plynu nebo tekutiny skrze lože pevné látky, a který je tvořen válcovým pláštěm, ve kterém je proveden přívod reakčního plynu nebo tekutiny a umístěn vnější válcovitý perforovaný plášť a vnitřní válcovitý perforovaný plášť spojený s odvodem zreagovaného plynu nebo tekutiny, jehož podstata spočívá v tom, že nad vnějším válcovitým perforovaným pláštěm je uspořádán vnější polokulovitý perforovaný vrchník a nad vnitřním válcovitým perforovaným pláštěm je uspořádán vnitřní polokulovitý perforovaný vrchlík.

Vnější polokulovitý perforovaný vrchlík je s výhodou tvořen množinou na sebe navazujících komolokuželových ploch, nejvýhodněji dvěma komolokuželovými plochami, a vnitřní polokulovitý perforovaný vrchlík je s výhodou tvořen množinou na sebe navazujících komolokuželových ploch, nejvýhodněji dvěma komolokuželovými plochami.

Vnější polokulovitý perforovaný vrchlík má s vhodou plochu perforace větší, než vnější válcovitý perforovaný plášť a vnitřní polokulovitý perforovaný vrchník má celkovou plochu perforace větší než vnitřní válcovitý perforovaný plášť.

Z hlediska technologie výroby uvedeného typu reaktoru je spíše než polokulovitý vrchlík snadnější vyrobit vrchlík složený z určitého množství na sebe navazujících komolokuželových ploch, vepsaných do uvedeného polokulovitého vrchlíku.

Mezi vnějším a vnitřním polokulovitým perforovaným vrchlíkem je vymezena polokulovitá reakční zóna. Uvnitř této polokulovité reakční zóny dochází k proudění plynu nebo' tekutiny podél množiny poloměrů takto vytvořené polokoule pevné látky, nacházející se mezi uvedenými vrchlíky.

Cirkulace plynu nebo tekutiny v reaktoru podle vynálezu může být buď odstředivá, nebo dostředivá. S výhodou se používá dostředivé cirkulace.

V takovém reaktoru roste odpor proti průtoku reakčního plynu nebo tekutiny tou měrou, jak plyn nebo tekutina postupuje směrem ke středu reaktoru. Tlaková ztráta na jednotku délky v obvodové zóně lože pevné látky je malá. K mnohem větší tlakové ztrátě dochází v té části lože pevné látky, která se nachází v blízkosti středu · reaktoru. Z toho ' vyplývá, že snížení hladiny pevného lože v horní části reaktoru v důsledku slehnutí uvedeného lože·· má jen malý vliv · na· tlakovou ztrátu, tudíž na cirkulaci plynu nebo tekutiny v pevném loži.

Lože pevné látky je drženo v daném objemu · o sobě známým způsobem · pomoeí síta nebo sít rozličných tlouštěk. , Kromě · toho je v reaktoru podle vynálezu vložen mezi pevnou látku a prázdný objem reaktoru perforovaný plech, jehož úkolem je vedle držení pevného lože v daném objemu zajistit zanedbatelnou dodatečnou tlakovou ztrátu 0,5 až 12, s výhodou 1 až 6 %, vztaženo na tlakovou ztrátu způsobenou samotným pevným ložem. Tato tlaková ztráta umožňuje lepší distribuci plynu nebo tekutiny v pevném loži. Úkolem této ztráty je rovněž snížit na minimum účinek změny tlakové ztráty v horní části reaktoru v důsledku slehnutí pevného lože v této části na průběh cirkulace plynu nebo tekutiny skrze pevné lože.

V reaktoru podle vynálezu je tedy pevná látka oddělena od prázdného objemu reaktoru v obvodu reaktoru perforovaným plechem, zajišťujícím stanovenou tlakovou ztrátu. Rovněž od centrální trubice reaktoru je pevná látka oddělena perforovaným plechem.

Plechy vymezující polokulovitou reakční zónu a plechy vymezující válcovou část pevného lože mají však rozdílnou perforaci. Ve skutečnosti je tlaková ztráta plynu nebo tekutiny, proudících skrze polokulovitou reakční zónu, větší než tlaková ztráta plynu nebo tekutiny, proudících skrze válcovitou zónu pevného lože. Je tedy třeba vypočíst plochu perforace vnějšího a vnitřního polokulovitého vrchlíku tak, aby byl výše uvedený rozdíl tlakových ztrát kompenzován. Tento výpočet bere na zřetel střední slehnutí pevného lože v horní části reaktoru.

V následující části popisu bude vynález blíže objasněn na jednom konkrétním provedení reaktoru podle vynálezu s odkazy na · připojený výkres. Na tomto výkresu je na obr. 1 znázorněn příklad provedení reaktoru podle vynálezu s dostředivou cirkulací, použitelný pro katalytickou dehydrogenaci a zejména pro katalytickou dehydrogenaci ethylbenzenu na styren. Na obr. 2 je znázorněn ve větším měřítku detail z obr.

1.

Reaktor obsahuje prostor 1 pro lože katalyzátoru, nacházející se · mezi perforovaným plechem 2, vymezujícím centrální trubici 15 . reaktoru, a· perforovaným plechem 3, oddělujícím' prostor · 1 pro lože katalyzátoru od prázdné obvodové · části 14 reaktoru. Uvedený perforovaný plech 2 tvoří vnitřní válcovitý perforovaný plášť 4, překlenutý dvěma komolokuželovými plochami 5 a· 6, které · vymezují· polokulovitou · reakční zónu. Perforace · uvedeného vnitřního válcovitého perforovaného · pláště 4. představuje 8 % z jeho · plochy (tlaková ztráta asi 0,5 kPa), zatímco perforace , komolokuželových ploch 5· a 6· představuje, asi · 16 % jejich plochy (tlaková ztráta= asi 0,1 kPa). Perforovaný · plech 3 zase tvoří , vnější válcovitý perforovaný plášť · 7, překlenutý dvěma· komol.okuželovými plochami· 8 a 9. Perforace vnějšího válcovitého · perforovaného · pláště 7 představuje 3 % z jeho plochy (tlaková ztráta asi 0,8 kPa). Perforace Ikomolokuželových ploch 0 a 9 představuje asi 8 % z jejich plochy (tlaková ztráta asi 0,5 kPa). Prostor 1 pro lože katalyzátoru je od perforovaných plechů 2 a 3 oddělen dvěma kovovými drátěnými pletivy 28 a 21 (viz obr. 2), přičemž první drátěné pletivo 20 s velkými oky, přiložené na perforovaný plech ze strany prostoru 1 pro lože katalyzátoru, umožňuje distribuci plynu mezi perforace perforovaného plechu a druhé drátěné pletivo 21 s malými oky, přiložené na první drátěné pletivo 20, udržuje katalyzátor v daném objemu a brání ucpání perforace perforovaného plechu. Prostor 1 pro lože katalyzátoru je dále vymezen podložkou · 10, která je vytvořena tak, že umožňuje volnou dilataci reaktoru. Středící prvky 11 zajišťují správnou polohu vnějšího válcovitého perforovaného pláště 7 uvnitř reaktoru.

Zahřátý reakční plyn vstupuje do reaktoru otvorem 12. Kužel 13 z perforovaného plechu zajišťuje distribuci uvedeného plynu do prázdné obvodové části 14 dříve, než tyto plyny vstoupí do prostoru 1 pro lože katalyzátoru. Plyn potom postupuje skrze prostor 1 pro lože katalyzátoru, přičemž se ochlazuje, neboť uvedená dehydrogenace je endotermní reakcí. Po dosažení centrální trubice 15 odchází plyn otvorem 15.

Reaktor má kromě toho otvor 17 pro vyprázdnění katalyzátoru, vnější izolaci 18 a tlakové a teplotní čidlo 19.

Claims (3)

1. Reaktor -pro 'chemické, ^: zejména - katalytické reakce, - při kterých - se - uvádí - ve styk plyn - nebo - tekutina - s ložem -pevné látky, jako - například -pro dehydrogenaci uhlovodíků a pro výrobu styrenu -z - ethylbenzenu, který má - radiální - odstředivou nebo dostředivou cirkulaci uvedeného - plynu - nebo tekutiny -skrze lože pevné látky, - a který je tvořen - válcových -pláštěm, -ve -kterém je -proveden -přívod - reakčního plynu nebo - tekutiny -a umístěn- vnější - válcovitý perforovaný plášť - a vnitřní - válcovitý perforovaný - plášť spojený -s - odvodem - zreagovaného plynu - nebo tekutiny, vyznačený - tím, - že nad - vnějším válcovitým - perforovaným - pláštěm (7) - je uspořádán - vnější -polokulovitý -perforovaný vrchlík a nad - vnitřním válcovitým perforovaným pláštěm (4) -je - uspořádán vnitrní - po- lokulovitý - perforovaný -vrchlík.

VYNALEZU

2. Reaktor podle bodu 1, - vyznačený - tím, že vnější polokulovitý perforovaný vrchlík je tvořen množinou na - sebe navazujících komolokuželových - ploch, -výhodně -dvěma - komolokuželovými plochami (8, --9·), a -vnitřní polokulovitý - perforovaný vrchlík -je tvořen množinou na - sebe - navazujících -komolokuželových -ploch, výhodně dvěma komolokuželovými - -plochami -(5, - 6).

3. Reaktor - podle bodů 1 a 2, vyznačený tím, -že vnější - polokulovitý perforovaný - vrchlík má celkovou plochu perforace větší - než vnější -válcovitý - perforovaný plášť - (7) a vnitřní - polokulovitý perforovaný vrchlík má celkovou - plochu - perforace -větší než vnitř- ní - válcovitý -perforovaný - plášť - (4).