HU182046B - Reactor of ammonia synthesis - Google Patents

Description

A találmány tárgya reaktor ammónia szintézishez, amely révén az amm< nin szintézissel egyidejűleg nagy hőtartalmu gőz is előállíthat·'’.

Ismertek már ammónia szintézishez használható olyan reaktorok, amelyek lényegében függőleges, henger alakú edényből, ennek belsejében elhelyezett, részben lyuggatott falu és gyűrű alakú tartályokban tartott egy vagy több katalizátor ágyból,hőcserélőből és ezeket összekötő csatornákból állnak. A reaktor működése közben a szintézis gázok a reaktor belső részében a reakcióhő hatására előmelegednek, belépnek a katalizátor ágyba és ezen átáramlanak. Az átáramlás végén a katalizátor ágyból reakciótermékek és reagálatlan gázok lépnek ki, ezek egy gyűrű alakú térben friss szintézis gázokkal keverednek és az igy nyert keverék az előbbi vagy egy második, harmadik stb. katalizátor ágyba lép be és ezen átáramlik. A reagált gázok végül egy hőcserélőn áramlanak át, amelynek fő feladata, hogy előmelegítse a katalizátor ágyba először vezetett gázáramot.

Egy ilyen tipusu reaktort ismertet a 298 517 számú osztrák szabadalmi leírás. Ennél a megoldásnál a szintézis gázt egy katalizátor ágyon sugárirányban, belülről kifelé áramoltatják át úgy, hogy a katalizátor ágyba csigavonal alakú lemezt helyeznek és ezáltal a gázáramot csigavonal alakú útra kényszerítik. A hőmérsékletnek a katalizátor ágy minden részén való kellő értéken tartására a gáz csigavonal alakú útjába függőleges aknákon keresztül hideg gázt vezetnek.

E megoldás révén az átáramlás közbeni nyomásveszteség csökkenthető, kisebb katalizátorszemcsék alkalmazhatók* a hűtés céljára is szolgáló friss gáz könnyen bevezethető es a reaktorban optimális térkihasználás érhető el, azonban e megoldásnak hátrányos tulajdonsága, hogy nincs lehetőség a reaktorban keletkező, a friss gázok előmelegítése után is fennmaradó nagy hőmennyiség hasznosítására.

Egy más megoldású reaktort ismertet a J06 745 számú osztrák szabadalmi leirás. Ennél a megoldásnál a reaktorban két vagy több olyan katalizátor ágy van, amelyek a központi gázvezető cső körül egytengelyűén elhelyezett* hengeres és lyuggatott lemezfalak között vannak kiképezve es a lemezfalak felső és alsó végét lemeztárcsák zárják le, amelyek közül a felső lemeztárcsa belső szélén és az alsó lemeztárcsa külső szélén gázt átbocsátó nyílások vannak. A katalizátor ágyak között és az alsó katalizátor ágy alatt hőcserélők vannak és a hőcserélőket* valamint a katalizátor ágyakat gázt vezető csatornák és nyilasok kötik össze.

Az ilyen tipusu reaktorokban helyi tulhevülés nem következik be és a friss gáz előmelegítése megfelelő eredménnyel végezhető, azonban az ilyen reaktoroknak is hibája, hogy a reaktorból igen nagy hőmennyiség távozik kihasználatlanul.

Az ismertetett és más ismert tipusu reaktorok többé- kevésbé kielégítő termelékenységgel állítanak elő ammóniát,azonban valamennyi ismert reaktor hátrányos tulajdonsága, hogy a reakció folyamat során keletkező hő túlnyomó része kihasználatlanul távozik a reaktorból.

A találmány feladata ammónia szintézishez használható olyan reaktor létrehozása, amely révén a keletkező reakcióhővel magában a reaktorban nagy hőtartalmu gőz állítható elő és igy az ammónia szintézis eddig nem tapasztalt gazdaságos módon végezhető.

A találmány a kitűzött feladatot ammónia szintézishez hasz-2182.046 nálható olyan reaktor létrehozása révén oldja meg, amelynek belsejében hengeres alakú, egytengelyűén elhelyezett lyuggatott lemezek között kiképzett, felül és ólul zárt,’ egymás fölött elhelyezett két vagy több katalizátor ágy és az alsó katalizátor ágy alatt hőcserélő, valamint ezeket egymással és a külső térrel összekötő, gázt vezető csatornák vannak, és amelynek jellemzője, hogy külső köpenyének felső vegére erősített, központi furattal kiképzett fedél furatán keresztül a reaktor . belsejébe, a katalizátor ágy'hossztengelye menti terébe nyúló, csőkötegből álló csőkazánja, a csőkazán tartályának felső, a csőköteg csöveit körülvevő tere és o katalizátor ágy belső lyuggatott lemezen belüli tere között gázt átvezető csöve, valamint a tartály alsó részén a csőköteg csöveit körülvevő tér és a katalizátor ágy belső lyuggatott lemezén belüli tere között gázt átvezető nyílásai vannak.

A találmány szerinti reaktor további jellemzője, hogy a csőkazán tartálya alul a katalizátor ágyat tartó, közepén lyukkal kiképzett és tárcsa alakú lemez révén van tartva, és hogy a tartály felső széle a fedélre erősített és a fedél központi furatát lezáró peremben kialakított, tömitő gyűrűt tartó horonyba nyúlik be.

A reaktor katalizátor ágyának belső tere és a csőkazán felső belső tere közötti, gázt átvezető csőben a reaktor köpenyén kívülre nyúló forgató karral kiképzett szabályozó szelep van.

A találmány szerinti reaktor belső tere teljesen és biztonságosan el van zárva a külső légtértől, mert a fedél és a perem között'körgyűrű alakú és háromszög keresztmetszetű tömitő gyűrű van.

A reakció folyamat közben fellépő hötágulások problémákat nem okozhatnak, mert a csőkazán tartályában és a gázt átvezető csőben hőtágulást kiegyenlítő kötés van.

A találmány szerinti reaktort részleteiben egy a rajzon vázolt példaképpen! kiviteli alakkal kapcsolatban ismertetjük.

Az 1. ábra a találmány szerinti reaktor egy példaképpeni kiviteli alakjának elvi vázlatos metszete, részben nézete.

A 2. ábra a csőkazán felső szélének és a peremnek egymáshoz illeszkedését szemléltető vázlatos, nagyított méretű részletmetszet.

Az 1. ábrán vázolt, találmány szerinti reaktor 1 hőcserélőjének csöveibe előmelegített gázt táplálunk, amely innen a gyűrű keresztmetszet alakú 2 csatornán át beáramlik az első 3 katalizátor ágyba és ezen sugárirányban átáramlik, miközben a reakci ó lejátszódik. A nyert reakciótermékek és a még reagálatlan gáz a gyűrű keresztmetszet alakú 4 csatornába áramlanak és innen részben a 5 nyílásokon, részben a 6 csövön át kiáramlanak a 7 csőkazán tartályába.

A két áram a 7 csőkazán alján egyesül és innen a második, gyűrű keresztmetszet alakú 8 csatornán áthaladva·kérésztüláramlik a második, a 9 katalizátor ágyon. A reagensek és a reakciótermékek is sugárirányban, kívülről befelé áramlanak út a 9 katalizátor ágyon és ezeket a 9 katalizátor ágy központi helyzetű 10 csövében gyűjtjük Össze, ahonnan lefelé kiáramlanak és áthaladnak az 1 hőcserélő csöveinek külső felületei között.

A találmány szerinti reaktor szerkezeti részletei a következők:

Λ reaktornak acélötvözet anyagú 11 külső köpenye és a kö3

-3182.046 peny felső végén 12 fedele van, amely fedélben központi helyzetű furat van kiképezve. E furaton keresztül 7 csőkazán nyúlik be a reaktor belsejébe* amely U” vagy más tipusu csőkötegből áll és 13 perem segítségével csatlakozik a reaktor 12 fedeléhez, igy könnyen eltávolítható. A kazáncsövekbe a víz 14 nyil irányában lép be és a gőz innen 15 nyil irányában lép ki. A 7, csőkazán 16 tartálya előnyösen egy hengeres cső, amely az alján gyűrű vagy tárcsa alakú 17 lemezre van ráhegesztve és elönyösen 18 hőtágulást kiegyenlítő kötéssel van kiképezve. A 16 tartály hossza úgy van megválasztva, hogy a 12 fedélnek 7 csőkazánra való erősítésekor a 16 tartály felső.pereme a 7 csőkazán 13 peremének alsó felületén kiképzett 19 horonyba nyúlik és igy egy belső zárat képez a 16 tartály falán kívül áramló hideg gáz és a 7 csőkazán belsejében levő forró gáz között.

A 2. ábrán a 16 tartály és 13 perem közötti zárás egy példaképpen! megoldását vázlatosan szemléltetjük. A 16 tartály felső széle a 13 perem 19 hornyába illeszkedik, amely horony- ^: bán 20 tömitő gyűrű van elhelyezve. A háromszög keresztmetszet alakú 21 tömitő gyűrű a külső térrel szemben szoros zárást biztosit.

A 7 csőkazánnak 22 szabályozó szelepe van, amelyet kívülről működtetünk és amely lehetővé teszi, hogy a 7 csokazánba bevezetett gáz áramlási sebességét változtassuk. A 7 csőkazán 16 tartályának alsó végénél 5 nyílások vannak, amelyek lehetővé teszik a gáz egy részének ezeken át való áramlását akkor is, amikor a 22 szabályozó szelep teljesen nyitva van. A hideg gázt a 23 csatornán keresztül adagoljuk be a reaktorba·, a katalizátor ágyak fölötti térbe. A hideg gáz innen a gyűrű keresztmetszet alakú 24 csatornán át alulról az 1 hőcserélő 25 csőveibe és ezekből az első 3 katalizátor ágyba, majd ezt követően a második, a 9 katalizátor ágyba áramlik, amint ezt az előzőekben már ismertettük.

A reakció során keletkező forró gáz a 6 csövön át áramlik a 7 csőkazánba. A 6 cső előnyösen szintén ki van képezve hőtágulást kiegyenlítő kötéssel.

A 7 csőkazán körül, a 16 tartály külső felülete és a külső 11 köpennyel egytengelyű 26 hengeres fal által határolt téren belül 24 csatorna van, amelyen a hideg gáz áramlik át. Az első, körgyűrű alakú 5 katalizátor ágy mind a 16 tartály külső felületétől, mind a 26 hengeres fal belső felületétől megfelelő távolságban van elhelyezve. Az első, a 3 katalizátor ágy a 17 lemezen, van elhelyezve és térköz választja el a felső 27 lemeztől, amelyen a 6 cső halad át. A forró gázokat a 7 csőkazánba a 6 cső táplálja.

A tárcsa alakú, felső 27 lemez a külső 11 köpeny belső falához van erősítve, ezzel gyakorlatilag egy darabot képez és a 27 lemez középrészén a 7 csőkazán 16 tartályát átbocsátó lyuk van. A felső 27 lemez a 12 fedélhez képest úgy helyezkedik el, hogy a 6 cső, a 22 szabályozó szelep és az adagoló 23 csatorna számára megfelelő tér álljon rendelkezésre.

A második 9 katalizátor ágy az első 3 katalizátor ágy alatt van elhelyezve és ettől el van választva. A 9 katalizátor ágy szintén gyűrű, alakú és a tárcsa alakú tartó 28 lemezen fekszik. A 9 katalizátor ágy megfelelő távolságban van a 3 katalizátor ágyat tartó 17 lemeztől és a 29 hengeres faltól, amely egytengelyű és párhuzamos a 26 hengeres fallal és amelynek belső átmérője azonos az első 3 katalizátor ágyat tartó 17

-4182.046 lemez átmérőjével. A reagált gáz a második 9 katalizátor ágy központi tereben, a 10 csőben lefelé áramlik, majd az 1 hőcserélő 25 csöveinek külső felületei között halad át. Az 1 hőcserélő hagyományos kialakítása és a második 9 katalizátor ágy alatt van elhelyezve. Az 1 hőcserélőnek két, az első 26 hengeres fallal összeerősitett 30 csőrácsa van, igy a 30 csőrács képezi az.1 hőcserélő fedelét.

A reagált gáz az 1 hőcserélőből a 31 csövön át lép ki. A reaktor alján levő 32 csövön tápláljak be induláskor a reaktoron kívül valamilyen ismert módon előmelegített forró szintézis gázt* Amikor a reaktor megtelik gázzal és eléri a stacioner állapotot, a reagenseket a 23 csatornán át adagoljuk,

Mind a felső 27 lemez, mind a 9 katalizátor ágyat tartó 28 lemez a legnagyobb átmérője közelében nyuggatott annak érdekében, hogy lehetővé váljon a gáz átáramlása.

A találmány szerinti reaktor fontosabb előnyös tulajdonságai a következők:

Az ammónia szintézis folyamán keletkező reakcióhő teljes egészében, részben előmelegítésre, részben magában a reaktorbán” való gőztermelésre, hasznosítható. A reaktor belső tere a külső tértől tökéletesen el van szigetelve. A reaktor belsejében a gáz áramlási sebessége széles határok között szabályozható.

Claims (4)

1. Reaktor ammónia szintézishez, amelynek belsejében hengeres alakú, egytengelyűén elhelyezett lyuggatott lemezek között kiképzett, felül és alul zárt, egymás fölött levő két vagy több katalizátor ágy és az alsó katalizátor ágy alatt hőcserélő, valamint ezeket egymással és a külső tébrel összekötő, gázt vezető csatornák vannak, azzal jellemezve, hogy a külső köpenyének /11/ felső végére erősített, központi furattal kiképzett fedél /12/ furatán keresztül a reaktor belsejébe, a katalizátor ágy /3/ hossztengelye menti terébe nyúló, csőkötegből álló csőkazánja /7/, a csőkazán tartályának /16/ felső, a csőköteg csöveit körülvevő tere és a katalizátor ágy /3/ belső lyuggatott lemezén belüli tere között gázt átvezető csöve /6/, valamint a tartály /16/ alsó részén a csőköteg csöveit körülvevő tér és a katalizátor ágy /3/ belső nyuggatott lemezén belüli tér között gázt átvezető nyílásai /5/ vannak.

2. Az 1. igénypontban meghatározott reaktor kiviteli alakija, azzal jellemezve, hogy a csőkazán /7/ tartálya /16/ alul a katalizátor ágyat /

3/ tartó,középen lyukkal kiképzett és tárcsa alakú lemez /17/ révén van tartva, és hogy a tartály /16/ felső széle a fedélre /12/ erősített és a fedél központi furatát lezáró peremben /13/ kialakított, tömitő gyűrűt /20/ tartó horonyba /19/ nyúlik be.

----------3· Az 1. vagy 2. igénypontban meghatározott reaktor kiviteli alakja, azzal jellemezve, hogy a katalizátor ágy /3/ belső tere és a csőkazán /7/ felső belső tere közötti, gázt átvezető csőben /6/ a rekator köpenyén /11/ kívülre nyúló forgató karral kiképzett szabályozó szelepe /22/ van.

4. Az 1. - 3« igénypontok bármelyikében meghatározott reaktor kiviteli alakja, azzal jellemezve, hogy a fedél /12/ és a perem /13/ között körgyűrű alakú és háromszög keresztmetszetű, a reaktor belső terét ‘a külső légtértől elzáró tömitő gyü-5182.046 i-üje /21/ van.

Az 1. ~ 4. igénypontok bármelyikében meghatározott reaktor kiviteli alakja, azzal jellemezve, hogy a csőkazán /7/ tartályában /16/ és a gázt átvezető csőben /6/ hőtágulást kiegyenlítő kötés /18/ van.