EA008891B1 - Способ и устройство для вдувания кислорода с радиальным прохождением через катализатор - Google Patents

Abstract

В изобретении описаны способ и устройство для вдувания кислорода в реактор химического синтеза, например в реактор окислительного дегидрирования, с прохождением потока газообразной смеси через слой катализатора в основном в радиальном направлении. С целью существенно улучшить эффективность примешивания кислорода к обрабатываемому в реакторе газу и перемешивания с ним кислорода перед его входом в катализатор, прежде всего в процессе окислительного дегидрирования, согласно изобретению предлагается подавать кислород в чистом виде, в составе воздуха или в смеси с инертным газом либо водяным паром в кольцевую распределительную систему (5) и через множество выходных отверстий в ней направлять на боковую поверхность слоя (3) катализатора под отличным от прямого углом к ней.

Description

Настоящее изобретение относится к способу и устройству для вдувания кислорода в реактор химического синтеза, например в реактор окислительного дегидрирования, с прохождением потока газообразной смеси через слой катализатора в основном в радиальном направлении.

В настоящее время существует целый ряд каталитических процессов, предусматривающих дополнительную подачу в реактор добавляемого к обрабатываемому в нем газу кислорода, например, при так называемом окислительном дегидрировании пропана или бутана путем примешивания кислорода в реакторах окислительного дегидрирования к потоку подаваемого в них газа перед его входом в катализатор. При этом было установлено, что, главным образом, из-за неравномерного перемешивания поступающего в катализатор газа с кислородом происходит, например, образование сажи над слоем катализатора или не достигается оптимальный выход ценных продуктов, например пропилена.

Исходя из вышеизложенного, в основу настоящего изобретения была положена задача существенно улучшить эффективность примешивания кислорода к обрабатываемому в реакторе газу и перемешивания с ним кислорода перед его входом в катализатор прежде всего в процессе окислительного дегидрирования.

В отношении способа указанного в начале описания типа эта задача решается согласно изобретению благодаря тому, что кислород в чистом виде, в составе воздуха или в смеси с инертным газом либо водяным паром подают в кольцевую распределительную систему и через множество выходных отверстий в кольцевом распределителе направляют на боковую поверхность слоя катализатора под отличным от прямого углом к ней.

При создании изобретения было установлено, что подобный, предлагаемый в нем подход обеспечивает эффективное и достаточно равномерное перемешивание кислорода с обрабатываемым в реакторе газом в течение исключительно короткого промежутка времени, составляющего менее 100 мс, и позволяет благодаря этому свести к минимуму продолжительность протекания реакций в зонах со сверхстехиометрической концентрацией в них кислорода и не каталитические реакции. Перемешивание кислорода с обрабатываемым в реакторе газом в свободном пространстве реактора и отсутствие контакта обогащенной кислородом смеси со стенками реактора, соответственно с катализатором, позволяет далее минимизировать повреждение материалов, из которых изготовлен реактор, вдуваемым в него кислородом.

Различные варианты осуществления предлагаемого в изобретении способа представлены в соответствующих зависимых пунктах формулы изобретения.

В зависимости от конструкции реактора может оказаться целесообразным вдувать в него кислород из цилиндрической поверхности внутри слоя катализатора в направлении стенок реактора. При этом в соответствии с предлагаемым в изобретении способом кислород можно вдувать или подавать в реактор через множество образующих цилиндрическую внутреннюю осевую поверхность параллельных трубок с выходными отверстиями.

В наиболее предпочтительном варианте осуществления предлагаемого в изобретении способа кислород вдувают в реактор из цилиндрической осевой поверхности, расположенной на расстоянии примерно 50-300 мм перед внутренней цилиндрической боковой поверхностью слоя катализатора, обеспечивая таким путем нахождение кислорода в пространстве перед слоем катализатора в течение не более 1 с. Продолжительность нахождения кислорода в пространстве перед слоем катализатора может при этом составлять 100 мс, предпочтительно не более 15 мс.

Положенная в основу изобретения задача решается также с помощью предлагаемого в нем устройства, которое отличается наличием кольцевого распределителя, состоящего из множества образующих внутреннюю цилиндрическую поверхность и расположенных перед внутренней цилиндрической боковой поверхностью слоя катализатора трубок с выходными отверстиями для кислорода, которые обращены или направлены в сторону внутренней цилиндрической боковой поверхности слоя катализатора под отличным от прямого углом к ней.

В предпочтительном варианте выполнения предлагаемого в изобретении устройства выходные отверстия для газа могут иметь изменяющуюся в чередующемся порядке с соседними с ними выходными отверстиями соседней кольцевой трубки ориентацию, при этом соседние выходные отверстия одной трубки могут обеспечивать подачу выходящих из них струй газа в различных направлениях.

В следующем предпочтительном варианте выполнения предлагаемого в изобретении устройства выходные отверстия для подачи в реактор газа (кислорода) могут быть выполнены в виде сверленых отверстий или в виде сопел.

В этом месте настоящего описания следует упомянуть некоторые литературные источники, отражающие уровень техники в данной области. К таким литературным источникам относятся, в частности, заявка ΌΕ 4333372 А, в которой описан способ получения олефинов из содержащих метан газообразных смесей, заявка ΌΕ 3240089 А или патент И8 5935489, где описаны способ и устройство для получения синтез-газа путем частичного окисления, и патенты И8 2518583, И8 2809981 или И8 2954281. В патенте И8 2584391 описано вдувание реагента в реактор в направлении находящегося в нем псевдоожиженного слоя под отличным от прямого углом к его поверхности с целью повысить эффективность контакта между твердыми частицами и газообразными средами в псевдоожиженном слое. В качестве других публикаций, отражающих уровень техники в данной области, можно также назвать патент И8 2632692, патент

- 1 008891

И8 3208833, заявку СВ 2065492 А или заявку ЕР 0364664 В.

Другие отличительные особенности и преимущества изобретения более подробно рассмотрены ниже со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых показано на фиг. 1 - упрощенный вид предлагаемого в изобретении устройства, на фиг. 2 - увеличенный фрагмент изображенного в разрезе реактора в зоне катализатора с обозначением направления подачи в него и прохождения через него газа и на фиг. 3 - поперечный разрез реактора в зоне катализатора.

На фиг. 1 в разрезе схематично показан обозначенный общей позицией 1 реактор окисления с трубой 2 для подачи газа, которая проходит по центру через слой 3 катализатора вплоть до закрывающей его верхней крышки 10, над которой в верхней части реактора 1 находится занятое газом куполообразное пространство 4.

В занятом газом куполообразном пространстве 4 расположен кольцевой распределитель 5, предназначенный для подачи в реактор кислорода в чистом виде, в составе воздуха или в смеси с инертным газом либо водяным паром и имеющий множество снабженных выходными отверстиями 6, обращенных вертикально вниз трубок 7. Выходные отверстия 6 расположены таким образом, чтобы каждая выходящая из них струя газа была направлена на внутреннюю цилиндрическую боковую поверхность слоя катализатора под отличным от прямого углом к ней, что обозначено на фиг. 2 и 3 маленькими стрелками.

На фиг. 1 подача О₂, соответственно газа, в кольцевой распределитель 5 и выход газа из реактора обозначены соответственно стрелками 8 и 9.

Путь прохождения потока газа с дополнительно добавленным к нему кислородом через реактор обозначен на фиг. 2 прерывистой стрелкой 11.

Очевидно, что настоящее изобретение не ограничено рассмотренным выше вариантом его осуществления и предполагает возможность внесения в него различных изменений и модификаций, не выходящих за объем изобретения, при этом в зависимости от конструкции реактора прежде всего можно также иным, отличным от рассмотренного выше и проиллюстрированного на чертежах путем выбирать углы, под которыми струи кислорода можно направлять на слой катализатора. В некоторых случаях на практике может также оказаться целесообразным пропускать поток газа через слой катализатора в радиальном направлении снаружи внутрь. Хотя подобное пропускание потока газа через слой катализатора при окислительных реакциях не всегда приемлемо из-за увеличения объема, тем не менее в некоторых случаях оно может оказаться более предпочтительным (высокие объемные скорости), благодаря уменьшению образования побочных продуктов или по иным причинам.

Claims (8)

1. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

   1. Способ вдувания кислорода в реактор химического синтеза, например в реактор окислительного дегидрирования, с прохождением потока газообразной смеси через слой катализатора в основном в радиальном направлении, отличающийся тем, что кислород в чистом виде, в составе воздуха или в смеси с инертным газом либо водяным паром подают в кольцевую распределительную систему и через множество выходных отверстий в ней направляют на боковую поверхность слоя катализатора под углом, отличным от прямого.
2. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что кислород вдувают в реактор из цилиндрической поверхности внутри слоя катализатора в направлении стенок реактора.
3. 3. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что кислород вдувают в реактор через множество образующих внутреннюю цилиндрическую осевую поверхность параллельных трубок с выходными отверстиями.
4. 4. Способ по одному из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что кислород вдувают в реактор из цилиндрической осевой поверхности, расположенной на расстоянии примерно 50-300 мм перед внутренней цилиндрической боковой поверхностью слоя катализатора, обеспечивая таким путем нахождение кислорода в пространстве перед слоем катализатора в течение не более 1 с.
5. 5. Устройство для вдувания кислорода в реактор химического синтеза, например в реактор окислительного дегидрирования, с прохождением потока газообразной смеси через слой катализатора в основном в радиальном направлении, отличающееся наличием кольцевого распределителя со множеством образующих внутреннюю цилиндрическую поверхность и расположенных перед внутренней цилиндрической боковой поверхностью слоя катализатора трубок (7), имеющих выходные отверстия (6) для кислорода, которые обращены или направлены в сторону внутренней цилиндрической боковой поверхности слоя катализатора под углом, отличным от прямого.
6. 6. Устройство по п.5, отличающееся тем, что выходные отверстия (6) для газа имеют изменяющуюся в чередующемся порядке с соседними с ними выходными отверстиями соседней трубки ориентацию.
7. 7. Устройство по п.5 или 6, отличающееся тем, что соседние выходные отверстия (6) обеспечивают подачу выходящих из них струй газа в различных направлениях.
8. 8. Устройство по одному из пп.5-7, отличающееся тем, что выходные отверстия (6) для газа выполнены в виде сверленых отверстий или сопел.