EA041776B1 - ADIABATIC CONVERTER WITH AXIAL FLOW - Google Patents
ADIABATIC CONVERTER WITH AXIAL FLOW Download PDFInfo
- Publication number
- EA041776B1 EA041776B1 EA202091528 EA041776B1 EA 041776 B1 EA041776 B1 EA 041776B1 EA 202091528 EA202091528 EA 202091528 EA 041776 B1 EA041776 B1 EA 041776B1
- Authority
- EA
- Eurasian Patent Office
- Prior art keywords
- modules
- catalyst
- converter
- adiabatic
- converter according
- Prior art date
Links
Description
Изобретение относится к адиабатическому конвертеру с осевым потоком, в котором технологический газ поступает от внешнего кольцевого пространства во внутреннюю центральную трубу через слой катализатора, причем осуществляют конверсию технологического газа с получением продукта.The invention relates to an axial flow adiabatic converter in which process gas flows from an outer annular space into an inner central tube through a catalyst bed, wherein the process gas is converted to produce a product.
В частности, настоящее изобретение относится к техническим решениям изотермических или псевдоизотермических химических реакторов. Известно, что изотермические или псевдоизотермические химические реакторы снабжены внутренним теплообменником, который используют для обеспечения реактора теплом или для отвода тепла химической реакции, которая происходит в реакторе. Теплообменник, как правило, расположен в каталитическом слое внутри реакционной зоны, и он служит для поддержания температуры реагентов в оптимальном диапазоне и для компенсации тепла, которое вырабатывается или поглощается в ходе самой реакции. Помимо прочего изотермические реакторы обычно используют на заводах по производству метанола или аммиака, при этом реакции синтеза метанола и аммиака являются экзотермическими.In particular, the present invention relates to technical solutions for isothermal or pseudo-isothermal chemical reactors. It is known that isothermal or pseudo-isothermal chemical reactors are provided with an internal heat exchanger which is used to provide the reactor with heat or to remove the heat of a chemical reaction that takes place in the reactor. The heat exchanger is usually located in the catalytic bed within the reaction zone, and it serves to maintain the temperature of the reactants in the optimum range and to compensate for the heat that is generated or absorbed during the reaction itself. Among other things, isothermal reactors are commonly used in methanol or ammonia plants where the methanol and ammonia synthesis reactions are exothermic.
Общеизвестно, что для области промышленного производства химических соединений, таких как метанол и аммиак, необходимо разработать процессы гетерогенного синтеза с высоким коэффициентом конверсии реагентов, а также разработать установки с большими мощностями и с низким энергопотреблением, которые не требовали бы больших капиталовложений. Для таких целей известны реакторы для осуществления каталитических химических реакций с практически цилиндрическим внешним корпусом с соответствующими входными/выходными отверстиями для реагентов и продуктов реакции и с каталитическим слоем, в который встроен теплообменный блок, способный отводить тепло от реагирующих газов, если реакция является экзотермической, или наоборот, способный обеспечивать реактор теплом, если реакция является эндотермической. Такие реакторы именуются псевдоизотермическими или просто изотермическими, поскольку температура в реакторе поддерживается теплообменным блоком в определенном диапазоне.It is well known that for the field of industrial production of chemical compounds such as methanol and ammonia, it is necessary to develop heterogeneous synthesis processes with a high conversion rate of reagents, as well as to develop plants with large capacities and low energy consumption, which would not require large investments. For such purposes, reactors for carrying out catalytic chemical reactions are known with a substantially cylindrical outer casing with appropriate inlet/outlet openings for reactants and reaction products and with a catalytic bed in which a heat exchange unit is incorporated, capable of removing heat from the reacting gases if the reaction is exothermic, or on the contrary, capable of providing heat to the reactor if the reaction is endothermic. Such reactors are referred to as pseudo-isothermal or simply isothermal, since the temperature in the reactor is maintained within a certain range by the heat exchange unit.
Конвертеры аммиака представляют собой сложные устройства из-за того, что, как уже упоминалось, синтез аммиака из азота и газообразного водорода (приблизительно в отношении 1:3) является экзотермической реакцией, которая проходит при высоких температурах и при высоком давлении. Таким образом, между несколькими каталитическими зонами, как правило, используют промежуточное охлаждение для поддержания кинетики и условий равновесия для обеспечения оптимальной эффективности конверсии. Кроме того, при этом должна быть предусмотрена возможность обслуживания каталитических зон, например, для регулярного удаления и замены катализаторов, когда катализаторы теряют эффективность.Ammonia converters are complex devices due to the fact that, as already mentioned, the synthesis of ammonia from nitrogen and hydrogen gas (approximately in a ratio of 1:3) is an exothermic reaction that takes place at high temperatures and at high pressure. Thus, intercooling is typically used between multiple catalytic zones to maintain kinetics and equilibrium conditions for optimum conversion efficiency. In addition, it should be possible to maintain the catalytic zones, for example, to regularly remove and replace the catalysts when the catalysts lose efficiency.
Из-за того, что конвертеры аммиака представляют собой сложные устройства, и из-за того, что они являются важной частью оборудования, предпринимается много усилий для повышения их эффективности. Так, в документе US 2004/0096370 А1 описан вертикальный конвертер аммиака с раздельным потоком, в котором каталитическая зона с неподвижным слоем катализатора механически разделена на два параллельно функционирующих объема катализатора и два газовых потока. При такой конструкции отношение газового потока к объему катализатора поддерживают таким образом, что эффективность катализатора не снижается. Слои катализатора и линии газового потока выполнены таким образом, что через каждый объем катализатора газовый поток поступает сверху вниз.Due to the fact that ammonia converters are complex devices and because they are an important piece of equipment, much effort is being made to improve their efficiency. Thus, US 2004/0096370 A1 describes a split-flow vertical ammonia converter in which the fixed bed catalytic zone is mechanically divided into two catalyst volumes operating in parallel and two gas streams. With this arrangement, the ratio of gas flow to volume of catalyst is maintained such that the efficiency of the catalyst is not reduced. The catalyst beds and gas flow lines are designed in such a way that the gas flow flows through each catalyst volume from top to bottom.
В соответствии с документом US 2008/0014137 А1, производство аммиака осуществляют в конвертере, в котором могут быть обеспечены псевдоизотермические условия с помощью конвекционного охлаждения реакционной зоны путем расположения по меньшей мере части указанной зоны в непрямом контакте с потоком горячего газа, например, отработанного газа или предварительно нагретого газа.According to US 2008/0014137 A1, ammonia production is carried out in a converter in which pseudo-isothermal conditions can be provided by convection cooling of the reaction zone by placing at least part of said zone in indirect contact with a hot gas stream, for example exhaust gas or preheated gas.
Использование реакторов с осевым радиальным потоком в процессах синтеза само по себе известно специалистам. Такое использование известно, например, из документа US 5.427.760, в котором описаны реакторы с осевым радиальным потоком в контуре синтеза Брауна с внешним теплопоглотителем. В документе US 4.372.920 описан реактор с осевым радиальным потоком для использования в гетерогенном синтезе, а в документе US 5.352.428 описан синтез аммиака с высокой эффективностью конверсии. На фиг. 4 указанного последним патента США приведено изображение реактора с осевым радиальным потоком, предназначенного для использования в описанном устройстве и процессе.The use of axial radial flow reactors in synthesis processes is per se known to those skilled in the art. Such use is known, for example, from US 5,427,760, which describes axial radial flow reactors in a Brown synthesis loop with an external heat sink. US 4,372,920 describes an axial radial flow reactor for use in heterogeneous synthesis, and US 5,352,428 describes ammonia synthesis with high conversion efficiency. In FIG. 4 of the latter US patent shows an axial radial flow reactor for use in the apparatus and process described.
В документе US 2002/0102192 А1 описан каталитический реактор, в котором может быть обеспечен осевой радиальный поток, преимуществом чего является уменьшение разницы давлений, при этом отсутствует необходимость в использовании сложных внутриреакторных устройств. В указанном реакторе имеются входные и выходные порты и слой катализатора в виде частиц, который расположен вокруг центральной зоны, которая имеет сообщение с одним из портов и в которой обеспечивается меньшее сопротивление потоку по сравнению с частицами катализатора. Высота центральной области в слое катализатора равна высоте, по меньшей мере, большей части слоя катализатора, внешняя поверхность слоя катализатора меньше поверхности реактора, таким образом, между внешней поверхностью слоя катализатора и внутренними стенками реактора остается пространство, при этом указанное пространство заполнено материалом в виде частиц, который обеспечивает меньшее сопротивление потоку по сравнению с частицами катализатора.US 2002/0102192 A1 describes a catalytic reactor in which axial radial flow can be provided, which has the advantage of reducing pressure differences without the need for complicated reactor internals. Said reactor has inlet and outlet ports and a bed of particulate catalyst which is located around a central zone which is in communication with one of the ports and which provides less resistance to flow compared to the catalyst particles. The height of the central region in the catalyst layer is equal to the height of at least most of the catalyst layer, the outer surface of the catalyst layer is smaller than the surface of the reactor, thus, there is space between the outer surface of the catalyst layer and the inner walls of the reactor, while this space is filled with particulate material , which provides less resistance to flow compared to catalyst particles.
В документе ЕР 2167226 В1 описана система стенок для каталитических слоев реакторов гетеро- 1 041776 генного синтеза химических соединений. Такие реакторы снабжены неподвижными слоями катализатора, поперек которых проходит поток синтез-газа, в частности, осевой радиальный поток. Эта конструкция может иметь сходство с конструкцией реактора по настоящему изобретению, однако в указанном документе не рассматривается конфигурация емкости.EP 2167226 B1 describes a wall system for catalytic beds in reactors for the heterogeneous synthesis of chemical compounds. Such reactors are provided with fixed catalyst beds, across which flows a synthesis gas flow, in particular an axial radial flow. This design may be similar to the design of the reactor of the present invention, however, this document does not discuss the configuration of the vessel.
Многослойный каталитический конвертер с промежуточными межслойными теплообменниками, содержащий несколько каталитических слоев, расположенных один над одним, и обычное теплообменное устройство, описан в документе ЕР 2759338 А1. Конструкция этого конвертера имеет мало общего с конструкцией реактора с осевым/радиальным потоком по настоящему изобретению.A multilayer catalytic converter with intermediate interlayer heat exchangers, containing several catalytic layers located one above one, and a conventional heat exchange device, is described in document EP 2759338 A1. The design of this converter has little in common with the design of the axial/radial flow reactor of the present invention.
Наконец, в документе US 2004/0204507 А1 описан охлаждаемый конвертер с осевым радиальным потоком, содержащий кольцевой слой катализатора и несколько охлаждающих панелей, которые расположены радиально внутри слоя катализатора, и которые окружают центральную трубу. Слой катализатора и корпус конвертера образуют внешнее кольцевое пространство, через которое в слой катализатора поступает технологический газ. Технологический газ поступает через слой катализатора в осевом радиальном направлении и затем собирается в центральной трубе. Конвертер с осевым/радиальным потоком по настоящему изобретению отличается от конвертера, описанного в указанной заявке на патент США, в том аспекте, что слой катализатора разделен на несколько одинаковых модулей, которые расположены один над одним, а также в том аспекте, что технологический газ поступает через охлаждающие панели для предварительного нагревания газа.Finally, US 2004/0204507 A1 describes an axial radial flow cooled converter comprising an annular catalyst bed and a plurality of cooling panels that are positioned radially within the catalyst bed and that surround a central tube. The catalyst bed and converter housing form an outer annulus through which process gas enters the catalyst bed. The process gas enters through the catalyst bed in the axial radial direction and is then collected in the central tube. The axial/radial flow converter of the present invention differs from the converter described in said U.S. patent application in that the catalyst bed is divided into several identical modules that are stacked one on top of one, and also in that the process gas is supplied through cooling panels to preheat the gas.
Когда в каталитическом конвертере с неподвижным слоем необходим низкий перепад давления, зачастую предпочтительным является тип конвертера с радиальным потоком. Тем не менее, в отдельных случаях, например, в случае с охлаждаемым слоем катализатора, в случае усадки катализатора или в случае, когда частицы катализатора имеют низкую прочность одновременно при большой высоте слоя катализатора, такое решение не является целесообразным, поэтому в таких случаях предпочтительными являются реакторы с межслойным охлаждением или параллельные реакторы.When a low pressure drop is required in a fixed bed catalytic converter, the radial flow converter type is often preferred. However, in some cases, for example, in the case of a cooled catalyst bed, in the case of catalyst shrinkage, or in the case where the catalyst particles have low strength at the same time as the catalyst bed is high, such a solution is not appropriate, therefore, in such cases, it is preferable interlayer reactors or parallel reactors.
Решение может состоять в замене слоя с радиальным потоком несколькими, расположенными одна над одной одинаковыми емкостями с осевым потоком. Несмотря на то, что в каждой отдельной емкости направление потока является осевым, весь блок может представлять собой реактор с радиальным потоком, в котором, например, исходный поток идет от внешнего кольцевого пространства, а выходящий поток из реактора поступает во внутреннюю трубу. Высота слоя может регулироваться таким образом, чтобы обеспечить соответствие требованию по перепаду давления и силе катализатора без изменения принципиальной схемы реактора.The solution may be to replace the radial flow layer with several identical axial flow containers one above the other. Although the direction of flow is axial in each individual vessel, the entire unit may be a radial flow reactor in which, for example, the feed stream is from the outer annulus and the reactor effluent enters the inner tube. The bed height can be adjusted to meet pressure drop and catalyst strength requirements without changing the reactor design.
Таким образом, настоящее изобретение относится к адиабатическому конвертеру с осевым потоком, выполненным с возможностью поступления технологического газа от внешнего кольцевого пространства, образованного между корпусом конвертера и слоем катализатора, во внутреннюю центральную трубу через слой катализатора, предназначенного для осуществления в нем конверсии технологического газа с получением продукта, при этом он содержит по меньшей мере один модуль, содержащий один или более слоев катализатора с высотой (Нади), для подачи потока технологического газа от внешнего кольцевого пространства к входной части одного или более модулей предусмотрено устройство подачи, так, что технологический газ проходит в осевом направлении через слой катализатора в одном или более модулях, а для подачи полученного в результате конверсии технологического газа потока продукта в центральную трубу предусмотрено коллекторное устройство, выполненное с возможностью радиальной подачи упомянутого полученного потока продукта в центральную трубу.Thus, the present invention relates to an axial flow adiabatic converter configured to introduce process gas from an outer annular space formed between the converter body and a catalyst bed into an inner core tube through a catalyst bed for converting the process gas therein to produce product, while it contains at least one module containing one or more layers of catalyst with a height (N adi ), for supplying the process gas stream from the outer annular space to the inlet of one or more modules, a supply device is provided, so that the process gas passes in the axial direction through the catalyst bed in one or more modules, and for supplying the product stream obtained as a result of the conversion of the process gas into the central pipe, a collector device is provided, made with the possibility of radial supply of the said obtained stream product into the central tube.
Конструкция, когда конвертер включает внешнее кольцевое пространство, через которое подается технологический газ, устройство подачи для подачи технологического газа от кольцевого пространства к входной части, по меньшей мере, одного модуля, содержащего по меньшей мере один слой катализатора, а также коллекторное устройство для сбора потока продукта, т.е. технологического газа, прошедшего через катализатор в модуле, и для подачи собранного потока продукта во внутреннюю центральную трубу, обеспечивает несколько преимуществ, например в случае экзотермической реакции для корпуса реактора поддерживается минимально возможная температура;Design when the converter includes an outer annular space through which process gas is supplied, a supply device for supplying process gas from the annular space to the inlet part of at least one module containing at least one catalyst layer, and a collector device for collecting the flow product, i.e. of the process gas passing through the catalyst in the module and for supplying the collected product stream to the inner center tube, provides several advantages, for example, in the case of an exothermic reaction, the reactor vessel is kept at the lowest possible temperature;
с использованием модулей, содержащих катализатор(-ы), упрощается загрузка/разгрузка катализатора, поскольку загрузка/разгрузка катализатора в модули может осуществляться вне конвертера;using modules containing the catalyst(s) simplifies the loading/unloading of the catalyst, since the loading/unloading of the catalyst into the modules can be carried out outside the converter;
модульная конструкция обеспечивает внутреннее разделение потока, что значительно снижает общий перепад давления в реакторе;modular design provides internal flow separation, which significantly reduces the overall pressure drop in the reactor;
уникальная модульная конструкция позволяет использовать модули с разным диаметром для более эффективного использования объема реактора.the unique modular design allows the use of modules with different diameters for more efficient use of the reactor volume.
Модульная конструкция обеспечивает низкое отношение диаметра и высоты реактора, в результате чего уменьшается площадь, необходимая для размещения реактора, и упрощается его транспортировка.The modular design provides a low diameter-to-height ratio of the reactor, resulting in a reduced space required to accommodate the reactor and simplifies its transportation.
В соответствии с еще одним предпочтительным вариантом осуществления конвертер с осевым потоком выполнен с возможностью параллельного и/или последовательного функционирования двух или более модулей. В частности, с использованием конструкции с параллельными модулями обеспечивается конструкция реактора с общим низким перепадом давления в слоях катализатора с осевым потоком. Мо- 2 041776 дули могут быть расположены параллельно, чтобы уменьшить перепад давления, или модули могут быть расположены последовательно, чтобы увеличить степень конверсии.According to another preferred embodiment, the axial flow converter is configured to operate two or more modules in parallel and/or in series. In particular, using a parallel module design provides a reactor design with an overall low pressure drop across the axial flow catalyst beds. The modules may be arranged in parallel to reduce pressure drop, or the modules may be arranged in series to increase conversion.
Предпочтительно конвертер выполнен с возможностью обеспечения во всех параллельно функционирующих модулях перепада давления Dp и, следовательно, объёмной скорости spv в пределах ±5%. Это обеспечит равномерное распределение газа относительно катализатора между модулями, чтобы обеспечить одинаковый или практический одинаковый поток технологического газа через модули. Предпочтительно перепад давления между модулями близок к 0%, поскольку это обеспечит равномерное распределение газа между модулями, благодаря чему обеспечивается оптимальная производительность реактора.Preferably, the converter is configured to provide all modules operating in parallel with a differential pressure Dp and hence a space velocity spv within ±5%. This will ensure that the gas is evenly distributed relative to the catalyst between the modules to ensure the same or substantially the same flow of process gas through the modules. Preferably, the pressure drop between the modules is close to 0%, as this will ensure an even distribution of gas between the modules, thereby ensuring optimum reactor performance.
Каждый модуль может содержать один или более адиабатических слоев катализатора, причем указанный адиабатический слой (слои) имеет диаметр dαgu, площадь поперечного сечения Аади и высоту Нади, при этом в параллельно функционирующих модулях высота Нади слоя/слоев адиабатического катализатора является одинаковой ±5%, предпочтительно ± 0%, чтобы обеспечить в конвертере оптимизированный поток через все модули реактора. Каждый из параллельно функционирующих модулей предпочтительно содержит катализатор одного и того же типа.Each module may contain one or more adiabatic catalyst layers, and the specified adiabatic layer (layers) has a diameter d αgu , cross-sectional area A adi and height H adi , while in parallel functioning modules, the height H adi of the adiabatic catalyst layer/layers is the same ± 5%, preferably ±0%, to ensure that the converter has an optimized flow through all reactor modules. Each of the modules operating in parallel preferably contains the same type of catalyst.
Модули предпочтительно могут иметь одинаковую или практически одинаковую высоту катализатора и/или могут содержать катализатор одного и того же типа.The modules may preferably have the same or substantially the same catalyst height and/or may contain the same type of catalyst.
Таким образом, предпочтительно, чтобы параллельно функционирующие модули имели одинаковую конфигурацию катализатора, тогда как последовательно функционирующие модули могут иметь разные конфигурации катализатора, поскольку оптимальные требования в отношении практически одинакового dP для параллельных модулей не применяются к последовательным модулям.Thus, it is preferable that modules operating in parallel have the same catalyst configuration, while modules operating in series may have different catalyst configurations, since the optimal requirement for substantially the same dP for parallel modules does not apply to serial modules.
В целом, может быть желательно иметь одинаковую объемную скорость потока, по меньшей мере, через некоторые модули, предпочтительно через все модули, чтобы обеспечить равную конверсию технологического газа при его прохождении через модули.In general, it may be desirable to have the same volumetric flow rate through at least some of the modules, preferably through all of the modules, to ensure equal process gas conversion as it passes through the modules.
Таким образом, предпочтительно модули выполнены с возможностью обеспечения одинаковой объемной скорости в каждом из модулей, функционирующих параллельно. Например, все модули могут иметь одинаковую высоту и содержать слои одинакового катализатора. Диаметр модулей может варьироваться, например, чтобы модули могли физически размещаться в разных зонах конвертера, при условии, что конфигурация катализатора одинакова для катализатора во всех модулях.Thus, the modules are preferably configured to provide the same space velocity in each of the modules operating in parallel. For example, all modules may have the same height and contain layers of the same catalyst. The diameter of the modules may vary, for example, so that the modules can be physically located in different areas of the converter, provided that the catalyst configuration is the same for the catalyst in all modules.
Как правило, корпус реактора имеет дно, а иногда также верхнюю сферическую или эллипсоидальную секцию с уменьшенным диаметром. Важным признаком настоящего изобретения является то, что модули могут иметь разные диаметры также при их параллельном функционировании, что может быть достигнуто при соблюдении вышеуказанных требований к модулю, так как при этом все равно будет достигаться равномерное распределение газа на площадь катализатора.As a rule, the reactor vessel has a bottom, and sometimes also an upper spherical or ellipsoidal section with a reduced diameter. An important feature of the present invention is that the modules can have different diameters also when they operate in parallel, which can be achieved by meeting the above requirements for the module, since this will still achieve a uniform gas distribution over the catalyst area.
Все или некоторые модули могут быть снабжены устройствами, позволяющими извлекать модуль из реактора и/или вставлять модуль в реактор, чтобы обеспечить возможность загрузки катализатора/выгрузки катализатора/обслуживания модуля вне реактора.All or some of the modules may be provided with devices to allow removal of the module from the reactor and/or insertion of the module into the reactor to allow catalyst loading/unloading/service of the module outside of the reactor.
Модуль/модули предпочтительно имеет/имеют диаметр, который меньше внутреннего диаметра корпуса конвертера/реакционной емкости, оставляя внешнее кольцевое пространство, в котором поступающий неочищенный газ может распределяться в соответствующие модули.The module/modules preferably has/have a diameter that is smaller than the inside diameter of the converter/reaction vessel body, leaving an outer annulus in which incoming raw gas can be distributed to the respective modules.
Каждый модуль предпочтительно дополнительно снабжен внутренней центральной трубой, в которой газообразный продукт собирается перед выходом из модулей.Each module is preferably further provided with an internal central tube in which the gaseous product is collected before exiting the modules.
Реактор может иметь две или более модульных секций, при этом каждая модульная секция содержит один или более модулей. Секции могут быть отдельными с возможностью обеспечения различных условий потока и давления.The reactor may have two or more modular sections, with each modular section containing one or more modules. Sections can be separate with the ability to provide different flow and pressure conditions.
Зона резкого охлаждения может быть выполнена с возможностью осуществления резкого охлаждения газообразного продукта по меньшей мере из одной модульной секции с получением потока охлажденного продукта, в этом случае конвертер также может содержать устройство для подачи по меньшей мере части охлажденного технологического потока в качестве исходного потока для одной или более последующих секций.The quench zone may be configured to quench a gaseous product from at least one module section to produce a chilled product stream, in which case the converter may also include a device for supplying at least a portion of the chilled process stream as a feed stream to one or more subsequent sections.
В качестве газа для резкого охлаждения может использоваться свежий технологический газ и/или газ, прошедший частичную конверсию, при необходимости охлажденный технологический газ. Применение резкого охлаждения представляет собой способ снижения реактивной способности газа и отведения тепла из экзотермической реакции.The quench gas can be fresh process gas and/or partially reformed gas, optionally cooled process gas. The use of quenching is a way to reduce the reactivity of a gas and remove heat from an exothermic reaction.
Модули в разных модульных секциях могут отличаться друг от друга, содержать разные катализаторы и располагаться по-разному. Например, модули в первой секции, куда поступает свежий несмешанный технологический газ с высокой реакционной способностью, могут работать при более низкой температуре и содержать менее реактивный катализатор по сравнению с модулями в следующей секции, куда поступает газообразный продукт из первой секции (при необходимости смешанный, например, с охлажденным технологическим газом), который является менее реактивным по сравнению с несмешанным, не вступавшим в реакцию технологическим газом, который поступает в модули в первой секции.Modules in different modular sections may differ from each other, contain different catalysts and be located in different ways. For example, modules in the first section receiving fresh, highly reactive unmixed process gas may operate at a lower temperature and contain less reactive catalyst than modules in the next section receiving product gas from the first section (optionally mixed, e.g. , with cooled process gas) which is less reactive than the unmixed, unreacted process gas that enters the modules in the first section.
По меньшей мере две или более модульных секций могут быть выполнены с возможностью парал- 3 041776 лельного функционирования для обеспечения низкого общего перепада давления. Примером могут служить параллельные секции, каждая из которых содержит два модуля, функционирующих последовательно. Такая конструкция обеспечит значительно меньший перепад давления для двойной объемной скорости.At least two or more modular sections may be configured to operate in parallel to provide a low overall pressure drop. An example would be parallel sections, each containing two modules operating in series. This design will provide a significantly lower pressure drop for double the space velocity.
В качестве альтернативы две или более модульных секций выполнены с возможностью последовательного функционирования, с зоной резкого охлаждения между первой и второй модульными секциями. Расположение модулей в каждой секции может в этом случае меняться.Alternatively, two or more modular sections are configured to operate in series, with a quench zone between the first and second modular sections. The location of the modules in each section may change in this case.
Кроме того, также возможна комбинация параллельных и последовательных секций, если этого требует процесс реакции. Некоторые модульные секции могут быть расположены параллельно, чтобы уменьшить перепад давления, в то время как другие секции могут быть расположены последовательно, чтобы увеличить степень конверсии.In addition, a combination of parallel and serial sections is also possible, if required by the reaction process. Some modular sections may be arranged in parallel to reduce pressure drop while other sections may be arranged in series to increase conversion.
Помимо прочего конвертер с осевым потоком по настоящему изобретению может быть использован в качестве реактора синтеза аммиака, реактора синтеза метанола, реактора метанирования или реактора сдвига, и его также можно использовать в связи с другими реакционными процессами.Among other things, the axial flow converter of the present invention can be used as an ammonia synthesis reactor, a methanol synthesis reactor, a methanation reactor or a shift reactor, and it can also be used in connection with other reaction processes.
Таким образом, в соответствии с настоящим изобретением предоставляется конвертер, содержащий модульный слой катализатора, обеспечивающий высокую вариативность конструкции. Модульная конструкция обеспечивает возможность использования узкоспециализированных конвертеров/реакторов и слоев катализатора, которые адаптированы под требования различных процессов и ограничения реактора. Физические характеристики модулей могут варьироваться и оптимизироваться, например, таким образом, чтобы в верхней и/или нижней части реактора могли размещаться модули с меньшим радиусом, а в наиболее широкой части емкости конвертера могли размещаться модули полного диаметра. Модульная конструкция также обеспечивает возможность использования узкоспециализированного слоя катализатора с различными типами катализатора в разных секциях конвертера, а также обеспечивает возможность размещения зоны резкого охлаждения между секциями, при необходимости. В зависимости от применения конвертера, например, помимо прочего, при применении его в качестве реактора синтеза аммиака, реактора синтеза метанола, реактора метанирования, реактора сдвига и реактора для других экзотермических реакций, различные параметры конвертера могут изменяться и оптимизироваться. Например, в конвертере может варьироваться количество модулей, и конвертер может содержать одну, две, три или более секций с возможностью размещения зон резкого охлаждения между всеми секциями или лишь между некоторыми секциями.Thus, in accordance with the present invention, there is provided a converter containing a modular catalyst bed providing high design variability. The modular design allows the use of highly specialized converters/reactors and catalyst beds that are tailored to the requirements of different processes and reactor limitations. The physical characteristics of the modules can be varied and optimized, for example, so that smaller radius modules can be placed in the top and/or bottom of the reactor, and full diameter modules can be placed in the widest part of the converter vessel. The modular design also allows for the use of a highly specialized catalyst bed with different types of catalyst in different sections of the converter, as well as the ability to place a quench zone between sections if required. Depending on the application of the converter, for example, but not limited to, when used as an ammonia synthesis reactor, a methanol synthesis reactor, a methanation reactor, a shift reactor, and a reactor for other exothermic reactions, various parameters of the converter can be changed and optimized. For example, the number of modules in the converter may vary, and the converter may contain one, two, three or more sections, with the possibility of placing quench zones between all sections or only between some sections.
В модулях также могут использоваться различные типы катализатора, поскольку каждый модуль может быть выполнен с возможностью содержания одного слоя катализатора или нескольких одинаковых или различных слоев катализатора. В некоторых вариантах осуществления изобретения все модули содержат катализатор одного и того же типа в одной и той же конфигурации, тогда как в других вариантах осуществления, по меньшей мере, некоторые модули содержат катализатор другого типа или катализатор в другой конфигурации, то есть модули содержат различное количество слоев катализатора с различной высотой и т.д.The modules can also use different types of catalyst because each module can be configured to contain one catalyst layer or multiple identical or different catalyst layers. In some embodiments of the invention, all modules contain the same type of catalyst in the same configuration, while in other embodiments, at least some of the modules contain a different type of catalyst or a catalyst in a different configuration, that is, the modules contain a different amount catalyst layers with different heights, etc.
Модульное расположение слоев катализатора в конвертере позволяет осуществлять загрузку катализатора в некоторые модули или во все модули вне емкости конвертера, а затем помещать модули в емкость конвертера. Модульное расположение катализатора также может облегчить выгрузку катализатора из конвертера, поскольку модули могут подниматься из конвертера по очереди. Возможность удаления всех или некоторых модулей может быть не только преимуществом при необходимости замены слоя катализатора, но также может быть выгодной в ходе технического обслуживания конвертера, когда можно достать весь слой катализатора или его часть, а затем можно загрузить модули по очереди обратно в конвертер и даже повторно использовать существующий катализатор.The modular arrangement of the catalyst layers in the converter allows the catalyst to be loaded into some modules or all modules outside the converter tank, and then the modules are placed in the converter tank. The modular arrangement of the catalyst can also facilitate the unloading of the catalyst from the converter, since the modules can be lifted from the converter one by one. The ability to remove all or some of the modules can be not only an advantage when a catalyst bed needs to be replaced, but can also be beneficial during converter maintenance, where you can remove all or part of the catalyst bed and then you can load the modules one by one back into the converter and even reuse an existing catalyst.
При базовой конструкции с осевым/радиальном потоком, когда технологический газ протекает в осевом направлении через слой катализатора и проходит радиально через коллекторное устройство к центральной трубе, даже с одним модулем может быть получен конвертер с низким перепадом давления. Кроме того, поток технологического газа во внешнем кольцевом пространстве приводит к меньшему температурному воздействию на корпус конвертера и, таким образом, более низкой температуре наружной стенки реактора.With the basic axial/radial flow design, where the process gas flows axially through the catalyst bed and travels radially through the manifold to the center tube, even with a single module, a low pressure drop converter can be obtained. In addition, the process gas flow in the outer annulus results in a lower temperature effect on the converter housing and thus a lower temperature of the outer wall of the reactor.
Благодаря более низкому перепаду давления в сочетании с возможностью иметь несколько расположенных друг над другом модулей можно использовать высокие тонкие конвертеры с малым диаметром и с большим объемом катализатора.Due to the lower pressure drop, combined with the possibility of having several stacked modules, tall thin converters with a small diameter and a large catalyst volume can be used.
Далее настоящее изобретение поясняется более подробно со ссылкой на прилагаемые чертежи. Чертежи предоставляются для иллюстрации некоторых аспектов изобретения и не должны рассматриваться в качестве ограничения объема настоящего изобретения.Hereinafter, the present invention is explained in more detail with reference to the accompanying drawings. The drawings are provided to illustrate certain aspects of the invention and should not be construed as limiting the scope of the present invention.
На фиг. 1 приведено схематическое изображение конвертера 1 в разрезе в соответствии с настоящим изобретением. Конвертер содержит четыре модуля 2, каждый из которых содержит один слой 3 катализатора. Четыре модуля функционируют параллельно при прохождении технологического газа 4 от внешнего кольцевого пространства 5 к входной части 6 каждого из модулей. Технологический газ проходит в осевом направлении через каждый слой катализатора и собирается в коллекторном устройстве 7,In FIG. 1 is a schematic sectional view of a converter 1 in accordance with the present invention. The converter contains four modules 2, each of which contains one layer 3 of the catalyst. Four modules operate in parallel with the passage of the process gas 4 from the outer annular space 5 to the inlet 6 of each of the modules. The process gas passes axially through each catalyst bed and is collected in the collector device 7,
--
Claims (14)
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DKPA201700732 | 2017-12-20 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| EA041776B1 true EA041776B1 (en) | 2022-12-01 |
Family
ID=
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US11161084B2 (en) | Cooled axial flow converter | |
| US8071059B2 (en) | Chemical reactor | |
| US4714592A (en) | Radial flow catalytic reactor including heat exchange apparatus within the bed | |
| GB2053017A (en) | Apparatus and processes for carrying out catalytic exothermic and endothermic high-pressure gas reactions | |
| US6214296B1 (en) | Method of catalytic reaction carried out near the optimal temperature and an apparatus for the method | |
| KR102660387B1 (en) | Adiabatic axial flow converter | |
| US10329159B2 (en) | Axial-radial flow converter | |
| EA041776B1 (en) | ADIABATIC CONVERTER WITH AXIAL FLOW | |
| EA041640B1 (en) | COOLED CONVERTER WITH AXIAL FLOW | |
| BR112020012389B1 (en) | ADIABATIC AXIAL FLOW CONVERTER | |
| RU2371243C1 (en) | Catalytic reactor | |
| EA041161B1 (en) | METHOD AND REACTOR FOR EXOTHERMAL REACTIONS | |
| BR112020012541B1 (en) | COOLED AXIAL FLOW CONVERTER | |
| NZ788625A (en) | Axial/radial flow converter |