EA027600B1 - Способ проведения экзотермических каталитических реакций и реактор, применяемый в способе - Google Patents

Способ проведения экзотермических каталитических реакций и реактор, применяемый в способе Download PDF

Info

Publication number
EA027600B1
EA027600B1 EA201490002A EA201490002A EA027600B1 EA 027600 B1 EA027600 B1 EA 027600B1 EA 201490002 A EA201490002 A EA 201490002A EA 201490002 A EA201490002 A EA 201490002A EA 027600 B1 EA027600 B1 EA 027600B1
Authority
EA
Eurasian Patent Office
Prior art keywords
catalytic
feed gas
bypass
surface area
catalyst
Prior art date
Application number
EA201490002A
Other languages
English (en)
Other versions
EA201490002A1 (ru
Inventor
Макс Торхаугэ
Original Assignee
Хальдор Топсёэ А/С
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Хальдор Топсёэ А/С filed Critical Хальдор Топсёэ А/С
Publication of EA201490002A1 publication Critical patent/EA201490002A1/ru
Publication of EA027600B1 publication Critical patent/EA027600B1/ru

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J8/00—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes
    • B01J8/02—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes with stationary particles, e.g. in fixed beds
    • B01J8/04—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes with stationary particles, e.g. in fixed beds the fluid passing successively through two or more beds
    • B01J8/0496—Heating or cooling the reactor
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J8/00—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes
    • B01J8/02—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes with stationary particles, e.g. in fixed beds
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J8/00—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes
    • B01J8/02—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes with stationary particles, e.g. in fixed beds
    • B01J8/0242—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes with stationary particles, e.g. in fixed beds the fluid flow within the bed being predominantly vertical
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J8/00—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes
    • B01J8/02—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes with stationary particles, e.g. in fixed beds
    • B01J8/0285—Heating or cooling the reactor
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J8/00—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes
    • B01J8/02—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes with stationary particles, e.g. in fixed beds
    • B01J8/04—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes with stationary particles, e.g. in fixed beds the fluid passing successively through two or more beds
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C07—ORGANIC CHEMISTRY
    • C07C—ACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
    • C07C41/00—Preparation of ethers; Preparation of compounds having groups, groups or groups
    • C07C41/01—Preparation of ethers
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2208/00—Processes carried out in the presence of solid particles; Reactors therefor
    • B01J2208/00008—Controlling the process
    • B01J2208/00017—Controlling the temperature
    • B01J2208/00106—Controlling the temperature by indirect heat exchange
    • B01J2208/00115—Controlling the temperature by indirect heat exchange with heat exchange elements inside the bed of solid particles
    • B01J2208/00132—Tubes
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2208/00—Processes carried out in the presence of solid particles; Reactors therefor
    • B01J2208/00008—Controlling the process
    • B01J2208/00017—Controlling the temperature
    • B01J2208/00106—Controlling the temperature by indirect heat exchange
    • B01J2208/00115—Controlling the temperature by indirect heat exchange with heat exchange elements inside the bed of solid particles
    • B01J2208/0015—Plates; Cylinders
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2208/00—Processes carried out in the presence of solid particles; Reactors therefor
    • B01J2208/00008—Controlling the process
    • B01J2208/00725—Mathematical modelling
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2219/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J2219/00049—Controlling or regulating processes
    • B01J2219/00245—Avoiding undesirable reactions or side-effects

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Fluid Mechanics (AREA)
  • Devices And Processes Conducted In The Presence Of Fluids And Solid Particles (AREA)

Abstract

Описан способ и реактор для проведения экзотермических каталитических реакций. Способ включает стадии обеспечения потока питающего газа, включающего реагенты для экзотермической каталитической реакции, в каталитический реактор с фиксированным слоем, включающий один или более каталитических слоев, каждый с секциями, заполненными каталитическими частицами, с каталитическим объемом; обеспечения байпаса питающего газа внутри реактора путем расположения внутри как минимум одного каталитического слоя нескольких байпасных путей прохода с отсутствием каталитически активных частиц внутри путей прохода, имеющих площади охлаждающей поверхности.

Description

(57) Описан способ и реактор для проведения экзотермических каталитических реакций. Способ включает стадии обеспечения потока питающего газа, включающего реагенты для экзотермической каталитической реакции, в каталитический реактор с фиксированным слоем, включающий один или более каталитических слоев, каждый с секциями, заполненными каталитическими частицами, с каталитическим объемом; обеспечения байпаса питающего газа внутри реактора путем расположения внутри как минимум одного каталитического слоя нескольких байпасных путей прохода с отсутствием каталитически активных частиц внутри путей прохода, имеющих площади охлаждающей поверхности.
027600 Β1
Данное изобретение относится к способу проведения экзотермических каталитических реакций и к реактору, применяемому в способе.
Экзотермические реакции генерируют тепло и реакции должны охлаждаться, для того чтобы получить разумный выход реакции и предотвратить деструкцию катализатора и реактора, применяемого для реакций.
Так некоторые каталитические процессы имеют верхний предел критической температуры, который не должен быть превышен, что связано с большой деактивацией катализатора или с побочными реакциями. Тем не менее каталитические реакции следует проводить при повышенной или высокой температуре реакции, для того чтобы получить подходящую каталитическую активность.
Интервал между самой низкой температурой реакции и верхней критической температурой часто оказывается меньше, чем адиабатический рост температуры, что очень затрудняет применение дешевых типов реакторов, таких как адиабатический реактор с фиксированным слоем или охлаждаемый реактор.
Температура во время экзотермической реакции условно контролируется охлаждением реакции с помощью охлаждающего агента в дорогостоящих охлаждаемых трубчатых реакторах или путем разбавления питающего потока, для того чтобы понизить адиабатический рост температуры.
Мы обнаружили, что возможность преодоления проблемы адиабатического роста температуры в адиабатическом реакторе или в первом слое охлаждаемого реактора состоит в создании внутреннего байпаса в фиксированном каталитическом слое, и в обеспечении площади переноса тепла таким образом, что тепло реакции из каталитической секции переносится во внутреннюю байпасную секцию. Например, если половину количества питающего газа направляют байпасом к каталитическому слою и тепло реакции каталитической секции переносится как байпасным потоком, так и реагирующим потоком, температура возрастает наполовину от адиабатического роста температуры.
В связи с тем, что нет различий давления между каталитической секцией и байпасной секцией, площадь переноса тепла может быть сделана из тонкой стальной пластины с низкой стоимостью.
Поскольку реактор должен быть способен к работе, как при высокой, так и при низкой нагрузке, является, однако, важным, чтобы отношение байпасного потока и потока через каталитический слой было почти постоянным. Этого можно достигнуть, если зависимость падения давления от скорости потока в катализаторном слое будет идентична с таковой в байпасной секции. Падение давления в каталитическом слое зависит от площади сечения потока. Для того чтобы поддерживать постоянным отношение байпасного потока/потока через катализатор, байпасная секция должна подчиняться той же зависимости.
Мы обнаружили, что постоянное отношение байпасного потока/потока через катализатор и зависимость байпасного потока от площади сечения потока может быть обеспечено, если падение давления в байпасной секции подчинено к моменту потери или во время потери скоростного напора, то есть скорости флюида, выраженной в терминах напорного или статистического давления, требуемого для достижения этой скорости.
Согласно приведенным выше находкам и наблюдениям данное изобретение предлагает способ проведения экзотермической каталитической реакции, включающий стадии обеспечения потока питающего газа, включающего реагенты для экзотермической каталитической реакции, в каталитический реактор с фиксированным слоем, включающий один или более каталитических слоев, каждый с секциями, заполненными каталитическими частицами, с каталитическим объемом (УСАТ);
обеспечения байпаса питающего газа внутри реактора путем расположения внутри, как минимум, одного каталитического слоя нескольких байпасных путей прохода с отсутствием каталитически активных частиц внутри путей прохода, имеющих площади охлаждающей поверхности (АСООЬ);
прохождения части потока питающего газа через байпасные пути прохода и оставшегося потока через секции, заполненные каталитическими частицами;
удаления тепла от реагирующего питающего газового потока, прошедшего через секции, заполненные катализатором, путем непрямого переноса тепла на часть потока питающего газа, проходящего через байпасные пути прохода;
подгонки каталитического объема (УСАТ) и площади охлаждающей поверхности (АСООЬ) таким образом, чтобы отношение каталитического объема и площади охлаждающей поверхности (УСАТ/АСООЬ) находилось между 0,008 и 0,08 м;
и подгонки общей площади поверхности (АЬ) байпасных путей прохода таким образом, чтобы отношение общей площади поверхности (АЬ) байпасных путей прохода к общей площади поверхности (Ас) заполненных катализатором секций составляло величину М между 0,7 и 1,3, где
АЬ/Ас = М * ((сТГас! - ОТ) / ЦТ) * ( (КЬ/Кс) Л (0,5) ).
КЬ означает коэффициент потерь на трение в байпасных путях прохода, при заданной скорости потока,
КЬ = άΡ£ / (0,5*ϋΕΝ3*(ЦЛ2))
Кс означает коэффициент потерь на трение в секции, заполненной катализатором, при заданной
- 1 027600 скорости потока,
Кс = άΡ£ / (0,5*ΩΕΝ5*(ил2)) и
с.1Тас1 [°С] означает возможный адиабатический рост температуры питающего газа, если экзотермическая реакция стремится к равновесию при адиабатических условиях,
ОТ [°С] означает заданное приемлемое повышение температуры в каталитическом реакторе,
ΏΕΝδ [кг/м3] означает плотность питающего газа, и [м/с] означает поверхностную скорость потока питающего газа,
ОРГ [Ра] означает фрикционное падение давление.
В особом варианте изобретения отношение каталитического объема и площади охлаждающей поверхности (УСАТ/АСООЬ) находится между 0,01 и 0,04 м, и общая площадь поверхности (ЛЬ) байпасных путей прохода подгоняется для обеспечения значения М от 0,9 до 1,2.
В еще одном особом варианте изобретения поток питающего газа проходит последовательно через как минимум два каталитических слоя, оснащенные байпасными путями прохода.
В другом особом варианте изобретения поток питающего газа, отведенный как минимум из одного каталитического слоя с байпасными путями прохода далее проходит через фиксированный каталитический слой, не имеющий байпасных путей прохода и действующий адиабатическим образом.
В другом особом варианте изобретения поток питающего газа, отведенный из, как минимум, одного каталитического слоя охлаждают теплообменом или путем быстрого охлаждения питающим газовым потоком.
Изобретение обеспечивает, кроме того, каталитический реактор для проведения экзотермических реакций в потоке питающего газа, охватывающий внутри общего корпуса один или более каталитических слоев, каждый с секциями, заполненными каталитическими частицами, и с каталитическим объемом (УСАТ); несколько байпасных путей прохода, не содержащих каталитических частиц и расположенных внутри как минимум одного из каталитических слоев, байпасные пути прохода имеют площади охлаждающих поверхностей (АСООЬ), причем отношение каталитического объема (УСАТ) к площади охлаждающих поверхностей (АСООЬ) составляет от 0,008 до 0,08 м;
отношение общей площади поверхности (АЬ) байпасных путей прохода к общей площади поверхности (Ас) секций, заполненных катализатором, составляет величину М между 0,7 и 1,3, где
АЬ/Ас = Μ * ((άΤβά - άΤ) / άΤ) * ((КЬ/Кс)Л(0,5))
КЬ означает коэффициент потерь на трение в байпасных путях прохода, при заданной скорости потока,
КЬ = άΡ£ / (0,5*ϋΕΝ3*(ил2))
Кс означает коэффициент потерь на трение в секции, заполненной катализатором, при заданной скорости потока,
Кс - ЬР£ / (0,5*ϋΕΝ5*(СГ2)) и
с.1Тас1 [°С] означает возможный адиабатический рост температуры питающего газа, если экзотермическая реакция стремится к равновесию при адиабатических условиях,
ОТ [°С] означает заданное приемлемое повышение температуры в каталитическом реакторе,
ΟΕΝ8 [кг/м3] означает плотность питающего газа, и [м/с] означает поверхностную скорость потока питающего газа и ОРГ [Па] означает фрикционное падение давление.
В особом варианте приведенного выше каталитического реактора согласно данному изобретению отношение каталитического объема (УСАТ) к площади охлаждающих поверхностей (АСООЬ) составляет от 0,01 до 0,04 м, и общая площадь поверхности (АЬ) байпасных путей прохода такова, что величина М составляет от 0,9 до 1,2.
В другом особом варианте данного изобретения каталитический реактор содержит как минимум два каталитических слоя, расположенных последовательно и каждый оснащен байпасными путями прохода.
В еще одном особом варианте данного изобретения каталитический реактор далее содержит адиабатический каталитический слой без байпасных путей прохода.
В другом особом варианте данного изобретения каталитический реактор далее содержит адиабатически действующий каталитический слой.
В другом особом варианте данного изобретения каталитический реактор содержит один или более теплообменников, установленных между каталитическими слоями, или впуск, предназначенный для потока охлаждающего питающего газа между каталитическими слоями.
Существует несколько путей для достижения зависимости падения давления от скорости потока в каталитическом слое, которая идентична таковой в байпасных путях прохода.
В согласии с особым вариантом данного изобретения байпасные пути прохода заполнены каталитически не активными частицами.
- 2 027600
В другом варианте данного изобретения внутри байпасных путей прохода установлены сопла или перфорированные пластины.
В другом варианте данного изобретения байпасные пути прохода формируют на металлических листах, установленных параллельно и расположенных раздельно и/или в виде трубок.
В другом варианте данного изобретения вышеупомянутые металлические листы или трубки, формирующие байпасные пути прохода, оснащены поперечными гофрированными структурными элементами или металлические пластины имеют гофрированную форму.
Главное преимущество описанного выше способа и реактора согласно данному изобретению состоит в том, что они позволяют применять дешевый тип реактора в способах, в которых адиабатический рост температуры слишком большой. Изобретение обеспечивает дополнительное пониженное рециркуляционное разбавление для контроля роста адиабатической температуры.
Далее изобретение будет описано более подробно со ссылками на сопровождающие рисунки, в которых на фиг. 1а-1с показаны различные формы байпасных путей прохода, применяемых в данном изобретении;
на фиг. 2 приведен вид поперечного сечения слоя катализатора, оснащенного байпасными путями прохода согласно особому варианту данного изобретения; и на фиг. 3 показан вид поперечного сечения байпасного пути прохода, оснащенного поперечными гофрированными элементами согласно особому варианту данного изобретения.
Что касается фиг. 1, то байпасный путь прохода на фиг. 1а состоит из прямой тыльной стенки 1 и складчатой фронтальной стенки 2.
Байпасные пути прохода на фиг. 1Ь состоят из двух стенок 1 и 2, которые параллельны и разделены. Пространство между пластинами может быть заполнено каталитически инертными частицами 3.
Байпасный путь прохода на фиг. 1с состоит из двух гофрированных пластин 1 и 2. Во всех показанных вариантах, конечные части пластин собраны для того, чтобы создать закрытое пространство между пластинами.
На фиг. 2 приведено поперечное сечение каталитического слоя 4, заполненного каталитическими частицами 5. Байпасные пути прохода 6, например, с формой, показанной на фиг. 1Ь, встроены в каталитический слой и окружены каталитическими частицами. Байпасные пути прохода подвешены между опорными перекладинами 7.
На фиг. 3 показан байпасный путь прохода с прямоугольными формами поперечного сечения, образованные пластинами 8, 9, 10 и 11, оснащенные поперечными гофрирующими элементами 12 внутри путей прохода. Внешние стенки элемента 12 расположены обособленно от внутренних стенок пластин 8, 9, 10 и 11.
Пример 1
Конструкция реактора и условия процесса для способа и реактора обсужденного выше типа определяются посредством следующих уравнений, основанных на заданных значениях, как объяснено ниже.
Для каталитического превращения питающего газа, содержащего 90 мол. процентов паров метанола (СН3ОН(г)) и 10 мол. процентов воды (Н2О(г)), в диметиловый эфир (СН3ОСН3(г)) и воду (Н2О(г)) при давлении в реакторе 1,5 МПа предпочтительно иметь температуру впуска 340°С, для того чтобы была высокая активность катализатора, и температура должна быть ниже 410°С, для того чтобы избежать побочных реакций образования углеводородов. Если реакция стремится к равновесию при адиабатических условиях, то рост температуры будет составлять 101°С (бТаб), приводя к температуре выхода 441°С на выходе из каталитического слоя.
Для того чтобы понизить температуру катализатора и избежать побочных реакций, применяют приведенный выше способ согласно данному изобретению, подразумевающий следующие предварительно заданные значения:
заполненная катализатором секция в виде реактора высотой 2 м, заполненного 5 мм каталитическими таблетками, имеет коэффициент потерь на трение в секции, заполненной катализатором (каталитического слоя) Кс, равный 22,716.
Для того чтобы обеспечить байпасные пути прохода внутри реактора для охлаждения катализатора, мы применяем каналы длиной 2 м, сформированные из металлических пластин с высотой гофрирования 4,5 мм и углом гофрирования 60°, приводящие к коэффициенту потерь на трение в байпасных путях прохода КЬ, равному 202 (фиг. 1с, фиг. 2 и 3). Каждый путь прохода имеет ширину 0,4 м и имеет площадь поверхности (АЬ) 0,0018 м2 и эффективную площадь охлаждения (АСООЬ), равную 1,6 м2
Рост температуры понижается до 60°С (6Т) подгонкой отношения общей площади поверхности (АЬ) байпасного пути прохода к общей площади поверхности (Ас) заполненной катализатором секции до величины 0,0677, рассчитанной согласно определенной выше формуле: АЬ/Ас = 1,05-((101°С60°С)/60°С)-((202/22716)Л0,5) путем выбора значения М = 1,05.
Поскольку каждый байпасный путь прохода имеет площадь поверхности, равную 0,0018 м2, должно быть установлено 38 каналов (0,0677 м2/0,0018 м2/канал) на каждый квадратный метр площади поверх- 3 027600 ности заполненной катализатором секции.
Поскольку каждый байпасный путь прохода имеет площадь охлаждающей поверхности 1,6 м2, отношение УСАТ/АСООЬ = (2 м · 1 м2)/(38 · 1,6 м2) = 0,033 м. Это отношение находится в пределах предварительно заданного интервала. Если отношение УСАТ/АСООЬ больше чем 0,033м, потери на трение (падение давления) в байпасном канале слишком малы, и должна применяться более низкая высота гофрирования. Если отношение УСАТ/ЛСООЬ меньше чем 0,033м, потери на трение (падение давления) в байпасном канале слишком высоки и должна применяться более высокая высота гофрирования.
Вниз по потоку охлажденного байпасно каталитического слоя, газ охлаждают добавлением нагретого до 160°С не превращенного питающего газа, для того чтобы получить температуру смеси, равную 340°С. Эту смесь подвергают превращению в адиабатическом каталитическом слое, не имеющем байпасного охлаждения. Поскольку большая часть газа уже превращена в охлажденном байпасом каталитическом слое, рост температуры в адиабатическом слое будет составлять только 60°С.
Пример 2
Конструкция реактора и условия процесса для способа и реактора согласно данному изобретению определяются посредством следующих уравнений, основанных на приведенных ниже заданных значениях.
Для каталитического превращения заданного питающего газа, содержащего пары метанола (СН3ОН(г)) в бензин при давлении 2 МПа, содержание метанола в газе соответствует подъему адиабатической температуры на 160°С (ПТаП). Его приготавливают так, чтобы температура впуска была 340°С, для того чтобы получить высокую каталитическую активность, и температура была ниже 420°С, для того чтобы избежать быстрой деактивации катализатора. Если реакция протекает без охлаждения, то температура на выходе из каталитического слоя будет составлять 340°С + 160°С = 500°С.
Для того чтобы уменьшить рост температуры катализатора и избежать побочных реакций, конструкцию реактора и способ согласно данному изобретению применяют со следующими предварительно установленными значениями и параметрами.
Заполненная каталитическими таблетками секция в виде реактора высотой 4 м заполнена 2 мм каталитическими таблетками и имеет коэффициент потерь на трение в заполненной катализатором секции (каталитического слоя) Кс, равный 85,185.
Для обеспечения байпасных путей прохода и охлаждения катализатора, устанавливают секции байпасных путей прохода длиной 4 м, которые заполнены 5 мм таблетками без каталитической активности и которые имеют коэффициент потерь на трение КЬ, равный 37,074. Байпасные пути прохода отделены от каталитической секции металлическими пластинами, для того чтобы предотвратить смешивание газов, проходящих через каталитический слой, и газов, проходящих по байпасным путям прохода, но в то же самое время создать возможность непрямого переноса тепла.
Рост температуры удается снизить до 80°С (ПТ) путем подгонки отношения АЬ/Ас = 1,00 · ((160°С80°С)/80°С) · ((34074/85185)Л0,5)=0.632 путем подбора М = 1,0. Площадь поверхности байпасных путей прохода должна быть в этом случае равна 0,632 м2 для каждого квадратного метра поверхности заполненной катализатором секции.
Используя предварительно заданное значение УСАТ/ЛСООЬ = 0,02 м, рассчитывают ширину (\Ус) каталитической секции, идентичную расстоянию между байпасными путями прохода. В связи с тем, что каждая каталитическая секция примыкает к двум байпасным путям прохода УСАТ/АСООЬ = \Ус/2 или ширина каталитической секции составляет 0,04 м. Поскольку АЬ/Ас задано равным 0,632, ширина байпасной секции (^Ь) должна быть \УЬ = 0,04 м · 0,632 = 0,025 м.
Вниз по потоку от охлажденного байпасом каталитического слоя газ охлаждают непрямым теплообменом до температуры 340°С, а после этого следует окончательная конверсия в адиабатическом каталитическом слое без охлаждения. В связи с тем, что половина газа была превращена в охлажденном байпасом каталитическом слое, рост температуры адиабатического слоя понижается до 80°С.

Claims (14)

  1. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ
    1. Способ проведения экзотермической каталитической реакции, включающей стадии, на которых вводят поток питающего газа, включающего реагенты для экзотермической каталитической реакции, в каталитический реактор с неподвижным слоем катализатора, включающий один или более каталитических слоев, каждый с секциями, заполненными каталитическими частицами, с каталитическим объемом (УСАТ);
    обеспечивают байпас питающего газа внутри реактора путем расположения внутри как минимум одного каталитического слоя нескольких байпасных путей прохода, с отсутствием каталитически активных частиц внутри путей прохода, имеющих площади охлаждающей поверхности (АСООЬ);
    проводят часть потока питающего газа через байпасные пути прохода и оставшегося потока через секции, заполненные каталитическими частицами;
    удаляют тепло от реагирующего питающего газового потока, прошедшего через секции, заполненные катализатором, путем непрямого переноса тепла на часть потока питающего газа, проходящего через
    - 4 027600 байпасные пути прохода;
    выбирают каталитический объем (УСАТ) и площадь охлаждающей поверхности (АСОО1) таким образом, чтобы отношение каталитического объема и площади охлаждающей поверхности (УСАТ/АСООЬ) находилось между 0,008 и 0,08 м;
    выбирают общую площадь поверхности (АЬ) байпасных путей прохода таким образом, чтобы отношение общей площади поверхности (АЬ) байпасных путей прохода к общей площади поверхности (Ас) заполненных катализатором секций приводило к величине М между 0,7 и 1,3, где
    АЬ/Ас = М * (((Л ад - άΤ)/ άΤ) * ((КЬ/Ке)А(0,5))
    КЬ означает коэффициент потерь на трение в байпасных путях прохода при заданной скорости потока
    КЬ = άΡί / (0,5*ϋΕΝδ*(υΛ2))
    Кс означает коэффициент потерь на трение в секции, заполненной катализатором, при заданной скорости потока
    Кс = άΡί / (0,5*ϋΕΝ5*(υΛ2)) и
    с.1Тас1 [°С] означает возможный адиабатический рост температуры питающего газа, если экзотермическая реакция стремится к равновесию при адиабатических условиях,
    с.1Т [°С] означает заданное приемлемое повышение температуры в каталитическом реакторе,
    ΏΕΝδ [кг/м3] означает плотность питающего газа, и [м/с] означает поверхностную скорость потока питающего газа, άΡ£ [Па] означает потерю давления на трение.
  2. 2. Способ согласно п.1, при котором отношение каталитического объема к площади охлаждающей поверхности УСАТ/АСООЬ составляет от 0,01 до 0,04 м и в котором общая площадь поверхности (АЬ) байпасных путей прохода подогнана с получением значения М между 0,9 и 1,2.
  3. 3. Способ согласно п.1 или 2, при котором поток питающего газа проходит последовательно как минимум через два каталитических слоя, снабженных байпасными путями прохода.
  4. 4. Способ согласно любому их пп.1-3, при котором поток питающего газа, выведенный как минимум из одного каталитического слоя, охлаждают теплообменом или быстрым охлаждением потоком питающего газа перед дальнейшим превращением.
  5. 5. Каталитический реактор для реализации способа проведения экзотермических реакций по любому из пп.1-4 в потоке питающего газа, содержащий внутри общего корпуса один или более каталитических слоев, каждый с секциями, заполненными каталитическими частицами, и с каталитическим объемом (УСАТ);
    несколько байпасных путей прохода, не содержащих каталитических частиц и расположенных внутри как минимум одного из каталитических слоев, байпасные пути прохода имеют площади охлаждающих поверхностей (АСООЬ), причем отношение каталитического объема (УСАТ) к площади охлаждающих поверхностей (АСОО1) составляет от 0,008 до 0,08 м и отношение общей площади поверхности (АЬ) байпасных путей прохода к общей площади поверхности (Ас) секций, заполненных катализатором, составляет величину М между 0,7 и 1,3, где
    АЬ/Ас = М * ((с!Тас1 - άΤ)/ ОТ) * ((КЬ/Кс)Л(0,5))
    КЬ означает коэффициент потерь на трение в байпасных путях прохода при заданной скорости потока
    КЬ = ΰΡί / (0,5*ΟΕΝδ*(υΛ2))
    Кс означает коэффициент потерь на трение в секции, заполненной катализатором, при заданной скорости потока
    Кс = άΡί / (0,5*ΟΕΝδ*(ΙΙΛ2)) и
    с.1Тас1 [°С] означает возможный адиабатический рост температуры питающего газа, если экзотермическая реакция стремится к равновесию при адиабатических условиях,
    с.1Т [°С] означает заданное приемлемое повышение температуры в каталитическом реакторе,
    ΏΕΝδ [кг/м3] означает плотность питающего газа, и [м/с] означает поверхностную скорость потока питающего газа, άΡ£ [Па] означает потерю давления на трение.
  6. 6. Каталитический реактор согласно п.5, в котором отношение каталитического объема (УСАТ) к площади охлаждающей поверхности (АСООЬ) составляет от 0,01 до 0,04 м и общая площадь поверхности (АЬ) байпасных путей прохода такова, что величина М составляет от 0,9 до 1,2.
  7. 7. Каталитический реактор согласно п.5 или 6, содержащий как минимум два каталитических слоя, расположенных последовательно, и каждый оснащен несколькими байпасными путями прохода.
  8. 8. Каталитический реактор согласно любому из пп.5-7, дополнительно содержащий адиабатически
    - 5 027600 действующий каталитический слой.
  9. 9. Каталитический реактор согласно любому из пп.5-8, дополнительно содержащий один или более теплообменников, установленных между каталитическими слоями, или впуск, предназначенный для потока охлаждающего питающего газа между каталитическими слоями.
  10. 10. Каталитический реактор согласно любому из пп.5-9, в котором байпасные пути прохода заполнены каталитически не активными частицами.
  11. 11. Каталитический реактор согласно любому из пп.5-10, в котором внутри байпасных путей прохода установлены сопла или перфорированные пластины.
  12. 12. Каталитический реактор согласно любому из пп.5-11, в котором байпасные пути прохода сформированы на металлических листах, установленных параллельно и расположенных раздельно и/или в виде трубок.
  13. 13. Каталитический реактор согласно п.12, в котором металлические листы или трубки оснащены поперечными гофрированными структурными элементами.
  14. 14. Каталитический реактор согласно п.12, в котором металлические листы являются гофрированными пластинами.
EA201490002A 2011-06-16 2012-06-15 Способ проведения экзотермических каталитических реакций и реактор, применяемый в способе EA027600B1 (ru)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DKPA201100452 2011-06-16
PCT/EP2012/061475 WO2012172065A1 (en) 2011-06-16 2012-06-15 Method for carrying out exothermic catalytic reactions and a reactor for use in the method

Publications (2)

Publication Number Publication Date
EA201490002A1 EA201490002A1 (ru) 2014-03-31
EA027600B1 true EA027600B1 (ru) 2017-08-31

Family

ID=46465191

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EA201490002A EA027600B1 (ru) 2011-06-16 2012-06-15 Способ проведения экзотермических каталитических реакций и реактор, применяемый в способе

Country Status (8)

Country Link
US (1) US20140163260A1 (ru)
EP (1) EP2720786B1 (ru)
KR (1) KR101909990B1 (ru)
CN (1) CN103781540B (ru)
BR (1) BR112013028447A2 (ru)
EA (1) EA027600B1 (ru)
PL (1) PL2720786T3 (ru)
WO (1) WO2012172065A1 (ru)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103585932B (zh) * 2013-10-30 2016-01-13 浙江大学 一种带有分布式进料和出料网络通道的固定床仿生反应器
US10597593B2 (en) 2016-10-07 2020-03-24 Haldor Topsoe A/S Process for hydrotreatment of a fuel gas stream containing more than 4% olefins

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4152407A (en) * 1977-02-02 1979-05-01 Warren Fuchs Process and apparatus for exothermic reactions
US5190731A (en) * 1989-02-16 1993-03-02 Haldor Topsoe A/S Process and apparatus for exothermic reactions
WO2010085926A1 (de) * 2009-01-29 2010-08-05 Gert Ungar Vorrichtung und verfahren zur synthese von ammoniak

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3825501A (en) * 1969-11-26 1974-07-23 Texaco Inc Exothermic reaction process
DE3643856A1 (de) * 1986-12-22 1988-06-30 Uhde Gmbh Vorrichtung zum regeln insbesondere eines ammoniakkonverters
CN1023445C (zh) * 1989-03-15 1994-01-12 中国石油化工总公司 可变床层总高度催化反应方法及其装置
DE102007040707B4 (de) * 2007-08-29 2012-05-16 Lurgi Gmbh Verfahren und Anlage zur Herstellung von Methanol
AU2009228418B2 (en) * 2008-02-25 2013-06-06 Haldor Topsoe A/S Method and reactor for performing Fischer-Tropsch synthesis

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4152407A (en) * 1977-02-02 1979-05-01 Warren Fuchs Process and apparatus for exothermic reactions
US5190731A (en) * 1989-02-16 1993-03-02 Haldor Topsoe A/S Process and apparatus for exothermic reactions
WO2010085926A1 (de) * 2009-01-29 2010-08-05 Gert Ungar Vorrichtung und verfahren zur synthese von ammoniak

Also Published As

Publication number Publication date
CN103781540B (zh) 2015-12-23
KR20140031921A (ko) 2014-03-13
CN103781540A (zh) 2014-05-07
EP2720786A1 (en) 2014-04-23
US20140163260A1 (en) 2014-06-12
WO2012172065A1 (en) 2012-12-20
EA201490002A1 (ru) 2014-03-31
PL2720786T3 (pl) 2018-07-31
KR101909990B1 (ko) 2018-10-19
BR112013028447A2 (pt) 2018-06-19
EP2720786B1 (en) 2018-01-24

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US7468455B2 (en) Process and apparatus for improved methods for making vinyl acetate monomer (VAM)
JP6009732B2 (ja) 吸熱反応を行うプロセス
JP6254974B2 (ja) 触媒プロセスのための反応装置パネル
JP2010532707A5 (ru)
JP2002126498A (ja) 強熱変動性触媒反応用反応器
US6143943A (en) Process using plate exchanger with high thermal density heat transfer fluid and simultaneous reaction
CA2432082C (en) Simplified plate channel reactor arrangement
US8202917B2 (en) Pillow panel reactor and process
AU2001224509A1 (en) Simplified plate channel reactor arrangement
EA027600B1 (ru) Способ проведения экзотермических каталитических реакций и реактор, применяемый в способе
KR101785484B1 (ko) 반응 효율이 우수한 탄화수소 수증기 개질용 촉매반응기
EP1892036A1 (en) Isothermal reactor
US6118038A (en) Arrangement and process for indirect heat exchange with high heat capacity fluid and simultaneous reaction
US20110060149A1 (en) Process for preparing ethylene oxide
US10518236B2 (en) Systems for heating multi-tubular reactors
JP5169784B2 (ja) プレート型反応器及びこれを用いる反応生成物の製造方法
ZA200305320B (en) Simplified plate channel reactor arrangement.

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 KZ KG TJ TM