EA009954B1 - Способ осуществления химического превращения сырья - Google Patents
Способ осуществления химического превращения сырья Download PDFInfo
- Publication number
- EA009954B1 EA009954B1 EA200601155A EA200601155A EA009954B1 EA 009954 B1 EA009954 B1 EA 009954B1 EA 200601155 A EA200601155 A EA 200601155A EA 200601155 A EA200601155 A EA 200601155A EA 009954 B1 EA009954 B1 EA 009954B1
- Authority
- EA
- Eurasian Patent Office
- Prior art keywords
- reaction zone
- heat
- zone
- reaction
- temperature
- Prior art date
Links
Landscapes
- Devices And Processes Conducted In The Presence Of Fluids And Solid Particles (AREA)
- Physical Or Chemical Processes And Apparatus (AREA)
- Organic Low-Molecular-Weight Compounds And Preparation Thereof (AREA)
Abstract
Способ осуществления химического превращения сырья отличается тем, что зона реакции размещается между тепловыми трубами и тепловую энергию в зону реакции подводят или из зоны реакции отводят теплообменом с поверхностью тепловых труб. Используют тепловые трубы с внешним диаметром не более 300 мм при расстоянии между теплообменными поверхностями не выше 300 мм. В предпочтительном случае условия превращения сырья в зоне реакции близки к изотермическим.
Description
Изобретение относится к способам осуществления каталитических реакций и может быть использовано в нефтяной и химической промышленности.
Любой химический процесс предпочтительно осуществлять в некоторой оптимальной области температур, для каталитических процессов это связано не только с количеством и качеством продукта, но и с продолжительностью работы катализатора. Максимальный выход продукта получают в изотермическом процессе, одним из условий более или менее полного приближения к которому является непрерывная компенсация теплового эффекта реакции.
Одним из способов решения этой задачи для химических процессов с высоким тепловым эффектом является подвод тепловой энергии в зону реакции или ее отвод из зоны реакции с помощью теплообменных элементов, контактирующих с зоной реакции. Теплообменные элементы погружают в зону реакции или располагают вокруг нее. Обычно теплообменными элементами являются трубчатые теплообменники, в качестве теплоносителей в которых используют в зависимости от температуры реакции горячие топочные газы, расплавленные металлы или соли, а в качестве хладагентов - воду и другие жидкости.
Если зону реакции заполняет твердый катализатор, то обычно его помещают в трубки теплообменника с внутренним диаметром 20-50 мм, а межтрубное пространство заполняет поток теплоносителя или хладагента. Использование трубчатых реакторов для осуществления химических процессов имеет известные недостатки: невысокая доля полезного объема реактора (катализатор заполняет не более 55% объема реактора при указанном внутреннем диаметре трубок), сложность загрузки катализатора, ограниченные возможности для создания оптимального температурного профиля в трубках (ред. Огородников С.К. Справочник нефтехимика. Л.: Химия, 1978г., т. 1, с. 125).
Описанный выше известный способ осуществления каталитических реакций, включающий нагревание сырья и выдержку сырья в условиях его превращения в зоне реакции, в которую подводят или из которой отводят тепловую энергию, используют для многочисленных процессов гидрирования, в том числе для синтеза аммиака, дегидрирования, для процессов окисления нафталина во фталевый ангидрид (прототип, ред. Мухленов И.П., Померанцев В.М. Катализ в кипящем слое. Л.: Химия, с. 145), аммиака до окиси азота, диоксида серы, этилена, для получения акрилонитрила совместным окислением пропилена и аммиака (там же, 1978г., с. 116-159), для процессов дегидрирования, риформинга бензинов (там же, с. 164, 214), для получения синтез-газа из метана, для синтеза метанола (Караваев М.М., Леонов В.Е., Попов И.Г., Шепелев Е.Т. Технология синтетического метанола. М.: Химия, 1984г.), для получения ароматических углеводородов из парафинов С2-С8 (И8 № 5053570, 1991, С 07 С 002/00).
При использовании известных способов для осуществления химических процессов с большим тепловым эффектом, таких как синтез метанола, дегидроциклоолигомеризация парафинов, риформинг бензинов, или при необходимости проведения реакций в узком интервале температур остается проблема поддержания необходимой температуры в зоне реакции, связанная с высокой разностью температур в зоне реакции и в слое теплоносителя.
С целью решения этой проблемы для подвода тепловой энергии в зону реакции или ее отвода из зоны реакции предлагается использовать тепловые трубы, являющиеся самым эффективным средством теплопередачи (мощность теплопередачи - до 20 кВт/см2, скорость теплопередачи ограничивается звуковым пределом), позволяющим осуществлять термостатирование и регулирование температуры.
Предлагается способ осуществления химического превращения сырья, включающий нагревание сырья и выдержку сырья в условиях его превращения в зоне реакции, в которую подводят или из которой отводят тепловую энергию, с получением потока продуктов, отличающийся тем, что зона реакции размещается между тепловыми трубами и тепловую энергию в зону реакции подводят или из зоны реакции отводят теплообменом с поверхностью тепловых труб.
Тепловые трубы известны с 1942 года и используются в различных областях техники (Дан П.Д., Рей Д.А. Тепловые трубы. М., Энергия, 1979г.). Тепловая труба состоит из корпуса, рабочей жидкости и фитиля - капиллярно-пористого материала. Корпус изолирует рабочую жидкость от внешней среды и обеспечивает подвод теплоты к рабочей жидкости и отвод теплоты от нее. Теплопередача от источника тепла до точки (зоны) поглощения тепла в тепловой трубе осуществляется парами рабочей жидкости, образующимися в зоне испарения и конденсирующимися в зоне поглощения тепла - в зоне конденсации.
Рабочая жидкость имеет высокую теплоту парообразования и температуру фазового перехода в диапазоне рабочих температур в зоне реакции. В зависимости от интервала температур в зоне реакции в качестве рабочей жидкости могут быть использованы различные вещества, приведенные к жидкой фазе: ацетон (от 0 до 120°С), вода (30-200°С), ртуть (250-650°С), натрий (более 600°С) и другие. Рабочая жидкость в тепловой трубе в предпочтительном случае имеет температуру кипения на 5-150°С выше, чем температура в зоне реакции, и температура кипения изменяется адекватно изменению температуры в зоне реакции. Температура кипения выбранной рабочей жидкости зависит от давления в тепловой трубе, и изменением давления можно ее регулировать при изменении температуры в зоне реакции.
Для осуществления эндотермических каталитических процессов, протекающих в интервале температур 400-600°С, например риформинга и цеоформинга бензиновых фракций, дегидроциклоолигомеризации парафинов С2-С8, в качестве рабочей жидкости может быть использован расплавленный натрий.
- 1 009954
Для поглощения тепла экзотермических процессов нефтепереработки может быть использована вода.
Капиллярно-пористый материал обеспечивает возврат рабочей жидкости из зоны конденсации в зону испарения независимо от их взаимного расположения, а также ее равномерное распределение по всей зоне испарения. Обычно используют металлические сетки, металлические ткани, металлический войлок, спеченные металлические порошки. Наиболее часто используемые металлы - медь, никель, титан, нержавеющая сталь, фосфористая бронза. При некоторых условиях тепловая труба может работать без фитиля.
При осуществлении эндотермических процессов подвод тепловой энергии в зону реакции осуществляют при теплообмене реакционной среды с поверхностью тепловых труб в зоне конденсации. От внешнего источника подводят тепло к части поверхности тепловой трубы - к зоне подогрева (зоне испарения), рабочая жидкость испаряется и в зоне конденсации, охлаждаемой при контакте поверхности тепловой трубы с зоной реакции, происходит конденсация паров рабочей жидкости с выделением тепловой энергии, которая и поглощается реакционной средой при теплообмене с поверхностью тепловой трубы. Конденсат по капиллярным каналам фитиля возвращается в зону испарения.
Подвод тепла к зоне подогрева тепловых труб осуществляют хотя бы одним способом: открытым пламенем при сжигании топлива или конвективным теплообменом с различными теплоносителями (дымовыми газами, водяным паром и т.п.). Далее теплоносители могут быть использованы для нагревания сырья перед подачей его в зону реакции. Не исключаются и другие способы подвода тепла в зону испарения.
При осуществлении экзотермических процессов тепловую энергию отводят из зоны реакции при теплообмене с поверхностью тепловых труб в зоне испарения. Выделенная в химическом процессе тепловая энергия расходуется в зоне испарения тепловой трубы на испарение рабочей жидкости. Пары рабочей жидкости поступают по паровым каналам в зону конденсации, охлаждаемую конвективным теплообменом с охлаждающим агентом или испарением охлаждающего агента, где конденсируются и передают охлаждающему агенту тепловую энергию, поглощенную в зоне испарения при фазовом переходе. В предпочтительном случае температура охлаждающего агента ниже температуры в зоне реакции не менее чем на 10°С. Конденсат возвращают в зону испарения тепловой трубы.
В предпочтительном случае часть обогреваемой или охлаждаемой поверхности тепловых труб, не имеющая контакта с зоной реакции, является общей для 2-10 тепловых труб: вне зоны реакции они образуют единую трубу, поверхность которой нагревают или охлаждают для подвода тепловой энергии к зоне реакции или отвода тепловой энергии из зоны реакции.
Тепловые трубы позволяют точно дозировать количество тепловой энергии, подводимой в зону реакции или отводимой из зоны реакции. Расчет показывает, что теплообмен с зоной реакции будет осуществляться достаточно интенсивно при использовании тепловых труб диаметром не более 300 мм, расположенных на расстоянии не более 300 мм между их поверхностями. Степень приближения к изотермическим условиям в этом случае будет определяться разностью температур в зоне реакции и в паровом канале тепловой трубы.
Если зона реакции включает твердый катализатор, размещенный между тепловыми трубами, то в предпочтительном случае расстояние между поверхностями тепловых труб не превышает 150 мм.
Превращение сырья осуществляют следующим образом. Сырье нагревают с использованием печей и рекуперационных теплообменников или, хотя бы частично, при теплообмене с поверхностью тепловых труб. Нагретое сырье направляют в зону реакции и осуществляют выдержку в зоне реакции в условиях превращения сырья. Реакция протекает в жидкой или газовой фазе, в объеме зоны реакции или на поверхности катализатора с поглощением или выделением тепла, и тепловую энергию подводят к зоне реакции или из зоны реакции отводят при теплообмене с поверхностью тепловых труб. Продукт выводят из зоны реакции и разделяют известными в технике методами.
Ниже приведены примеры осуществления химических превращений с использованием тепловых труб для теплообмена с зоной реакции.
Пример 1.
Эндотермическую реакцию дегидроциклодимеризации пропана осуществляют на пилотной установке с загрузкой цеолитного катализатора 50 см3. Катализатор кроме оксида алюминия содержит 65% цеолита ΗΖ8Μ-5, 1,5% оксида цинка, 0,8% оксидов редкоземельных элементов и позволяет осуществить превращение пропана с селективностью по ароматическим углеводородам 65-70% при температуре 530-600°С и ~ -1 расходе жидкого сырья 3 ч .
Селективность по ароматическим углеводородам не менее 70% в этом процессе получают при теплопередаче в зону реакции около 0,44 ккал на 1 г превращенного пропана. При объемном расходе сырья 3 ч.-1 и полном превращении пропана это соответствует 0,66 ккал на 1 см3 катализатора.
Превращение пропана осуществляют в реакторе, зона реакции которого - заполненный катализатором цилиндр высотой 16 см, с внутренним диаметром основания 2 см, боковая поверхность которого является поверхностью тепловой трубы, через которую осуществляют подачу тепла в зону реакции. Реактор снабжен термопарами для контролирования температуры в центре сечений зоны реакции на расстоянии 0,5 и 8 см от оснований реактора.
- 2 009954
В качестве рабочей жидкости тепловой трубы используют расплавленный натрий. Разность температур поверхности тепловой трубы и в зоне реакции - в среднем, 30°С. Удельная поверхность теплопередачи в зону реакции - 2 см2 на 1 см3 катализатора, тогда как необходимая расчетная поверхность теплообмена для осуществления реакции с заданными показателями - 1,5 см2 на 1 см3 катализатора.
Для предварительного нагрева сырья в тепловой трубе до температуры реакции ее длина увеличена на 4 см.
В реактор подают пропан при температуре 21°С, реакцию осуществляют в изотермическом режиме при температуре 530°С и давлении около 0,1 МПа в течение 24 ч со средней конверсией пропана 61% и селективностью по ароматическим углеводородам 57%.
Пример 2.
Для эндотермической реакции по примеру 1 при разности температур поверхности тепловой трубы и в зоне реакции 5° необходимая поверхность теплообмена увеличится в 6 раз по сравнению с рассчитанной в примере 1, а при разности температур 150° снизится в 5 раз.
Пример 3.
Экзотермическую реакцию получения углеводородов из синтез-газа осуществляют на пилотной установке с загрузкой катализатора 100 см3. Катализатор конверсии синтез-газа содержит 50% цеолита ЦВМ типа пентасилов и смесь оксида цинка и хромового ангидрида с атомной долей цинка 0,8. После восстановления при 400°С в течение 3 ч катализатор при температуре 350-500°С и при давлении до 6 МПа обеспечивает получение с 1 см3 до 0,25 г/ч углеводородов из 0,22 г/ч превращенного в составе СО углерода.
Максимальный тепловой эффект реакции 3,2 ккал на 1 г превращенного в составе СО углерода и с учетом производительности катализатора - 0,704 ккал/ч-см3 катализатора. Для поглощения выделяющегося тепла реакции используют тепловую трубу.
Превращение синтез-газа в углеводороды осуществляют в реакторе, зона реакции которого - заполненное катализатором кольцевое пространство, образованное цилиндрической тепловой трубой высотой 25 см, с внешним диаметром 2 см, помещенной в цилиндр равной высоты с внутренним диаметром 3 см так, что их вертикальные оси совпадают.
В качестве рабочей жидкости тепловой трубы используют воду. Разность температур поверхности тепловой трубы и в зоне реакции - в среднем, 30°С. Удельная поверхность теплопередачи в зону реакции 1,57 см2 на 1 см3 катализатора, тогда как необходимая расчетная поверхность теплообмена для осуществления реакции с заданными показателями - 1,56 см2 на 1 см3 катализатора.
Контактирующий с зоной реакции участок тепловой трубы является ее зоной испарения, здесь рабочая жидкость испаряется, поглощая тепло, выделяющееся в зоне реакции, а в зоне конденсации тепловой трубы пары воды охлаждают и конденсируют при теплообмене поверхности тепловой трубы с подогретой водой при давлении 0,6 МПа с получением водяного пара. Зона конденсации тепловой трубы имеет длину 3 см.
В реактор в течение 12 ч подают 2,46 л/ч синтез-газа с соотношением Н2/СО=2,4 моль/моль. Контакт сырья с катализатором осуществляют в изотермическом режиме при 350°С и давлении 5,9 МПа. При средней конверсии синтез-газа 57% получают 301 г углеводородов, из них 244 г углеводородов С2+ и 225 г углеводородов С5+.
Claims (3)
- ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ1. Способ осуществления каталитического превращения сырья, в котором сырье приводят в контакт с твердым катализатором в условиях реакции и подводят тепловую энергию в зону реакции или отводят ее из зоны реакции с использованием теплообменных труб, отличающийся тем, что тепловую энергию подводят или отводят при помощи тепловых труб, расстояние между поверхностями которых не превышает 150 мм, при этом температуру кипения рабочей жидкости в тепловой трубе поддерживают на 530°С отличающейся от температуры в зоне реакции и изменяют адекватно повышению температуры в зоне реакции, компенсирующему снижение активности катализатора.
- 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в зоне реакции осуществляют превращение сырья в условиях, близких к изотермическим.
- 3. Способ по п.1, отличающийся тем, что сырье хотя бы частично нагревают при теплообмене с поверхностью тепловых труб.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
EA200601155A EA009954B1 (ru) | 2006-06-07 | 2006-06-07 | Способ осуществления химического превращения сырья |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
EA200601155A EA009954B1 (ru) | 2006-06-07 | 2006-06-07 | Способ осуществления химического превращения сырья |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
EA200601155A1 EA200601155A1 (ru) | 2007-12-28 |
EA009954B1 true EA009954B1 (ru) | 2008-04-28 |
Family
ID=40848897
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
EA200601155A EA009954B1 (ru) | 2006-06-07 | 2006-06-07 | Способ осуществления химического превращения сырья |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
EA (1) | EA009954B1 (ru) |
Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU852341A1 (ru) * | 1979-01-08 | 1981-08-07 | Предприятие П/Я Р-6956 | Реактор |
WO1990009234A1 (en) * | 1989-02-16 | 1990-08-23 | Haldor Topsøe A/S | Process and apparatus for exothermic reactions |
RU2013118C1 (ru) * | 1989-09-08 | 1994-05-30 | Фег-Газинститут Н.В. | Каталитический реактор для осуществления химической реакции |
DE4326643A1 (de) * | 1993-08-09 | 1995-02-16 | Balcke Duerr Ag | Rohrbündel-Reaktionsapparat |
RU2074530C1 (ru) * | 1992-06-02 | 1997-02-27 | Товарищество с ограниченной ответственностью "Научно-техническое предприятие "Ликташ" | Микроволновый нагреватель жидких сред |
RU2085279C1 (ru) * | 1993-08-09 | 1997-07-27 | Грозненский нефтяной научно-исследовательский институт | Реактор каталитических процессов с экзо- и эндотермическими эффектами |
RU2139135C1 (ru) * | 1998-06-04 | 1999-10-10 | Институт катализа им.Г.К.Борескова СО РАН | Каталитический реактор и способ осуществления сильно экзотермических реакций |
-
2006
- 2006-06-07 EA EA200601155A patent/EA009954B1/ru not_active IP Right Cessation
Patent Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU852341A1 (ru) * | 1979-01-08 | 1981-08-07 | Предприятие П/Я Р-6956 | Реактор |
WO1990009234A1 (en) * | 1989-02-16 | 1990-08-23 | Haldor Topsøe A/S | Process and apparatus for exothermic reactions |
RU2013118C1 (ru) * | 1989-09-08 | 1994-05-30 | Фег-Газинститут Н.В. | Каталитический реактор для осуществления химической реакции |
RU2074530C1 (ru) * | 1992-06-02 | 1997-02-27 | Товарищество с ограниченной ответственностью "Научно-техническое предприятие "Ликташ" | Микроволновый нагреватель жидких сред |
DE4326643A1 (de) * | 1993-08-09 | 1995-02-16 | Balcke Duerr Ag | Rohrbündel-Reaktionsapparat |
RU2085279C1 (ru) * | 1993-08-09 | 1997-07-27 | Грозненский нефтяной научно-исследовательский институт | Реактор каталитических процессов с экзо- и эндотермическими эффектами |
RU2139135C1 (ru) * | 1998-06-04 | 1999-10-10 | Институт катализа им.Г.К.Борескова СО РАН | Каталитический реактор и способ осуществления сильно экзотермических реакций |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
Mikhail R. i dr. Reaktory v khimicheskoy promyshlennosti. Khimiya, 1968, s. 2894-287 * |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
EA200601155A1 (ru) | 2007-12-28 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Kim et al. | Performance of catalytic reactors for the hydrogenation of CO2 to hydrocarbons | |
US9505617B2 (en) | Radiating wall catalytic reactor and process for carrying out a chemical reaction in this reactor | |
GB2191212A (en) | Integrated process for the production of liquid hydrocarbons from methane | |
KR102183215B1 (ko) | 에너지 효율적인 이산화탄소의 전환 시스템 및 방법 | |
JP2004503516A (ja) | プロパンからアクロレイン又はアクリル酸又はそれらの混合物を製造する方法 | |
JPS5892456A (ja) | 反応器 | |
US3048476A (en) | Conversion of hydrocarbons and carbonaceous materials | |
Ji et al. | Catalytic partial oxidation of methane to synthesis gas over Ni/γ-Al2O3 catalyst in a fluidized-bed | |
JPS5929632B2 (ja) | 炭化水素の加熱方法と燃焼式管状ヒ−タ | |
CN101306971A (zh) | 制备烃的至少一种部分氧化和/或氨氧化产物的方法 | |
AU2022228210A1 (en) | Process for producing synthesis gas with reduced steam export | |
CA2004218A1 (en) | Production of methanol from hydrocarbonaceous feedstock | |
CN101353590B (zh) | 烃的热裂解方法 | |
KR101785484B1 (ko) | 반응 효율이 우수한 탄화수소 수증기 개질용 촉매반응기 | |
JPS6124372B2 (ru) | ||
US20140056766A1 (en) | Methane Conversion Apparatus and Process Using a Supersonic Flow Reactor | |
EA009954B1 (ru) | Способ осуществления химического превращения сырья | |
US7038065B2 (en) | Process for catalytically producing organic substances by partial oxidation | |
RU59049U1 (ru) | Установка для переработки природного газа (варианты) | |
RU2721837C2 (ru) | Способ получения сингаза и устройство для охлаждения сингаза | |
RU2629354C1 (ru) | Способ получения этилена из этанола и реактор для его осуществления | |
RU2185359C2 (ru) | Способ получения ароматических углеводородов из алифатических углеводородов c5-c12 | |
FI128568B (en) | Method and apparatus for the formation and use of hydrocarbons | |
RU2769054C2 (ru) | Способ производства метанола | |
KR102633853B1 (ko) | 이산화탄소 함유 합성가스의 직접 전환 반응기 및 이를 이용한 선형 알파 올레핀의 제조방법 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | Lapse of a eurasian patent due to non-payment of renewal fees within the time limit in the following designated state(s) |
Designated state(s): AM AZ BY KG MD TJ TM |
|
MM4A | Lapse of a eurasian patent due to non-payment of renewal fees within the time limit in the following designated state(s) |
Designated state(s): KZ |
|
MM4A | Lapse of a eurasian patent due to non-payment of renewal fees within the time limit in the following designated state(s) |
Designated state(s): RU |