HU182918B - Methane forming reactor - Google Patents

Description

A találmány tárgya metánosító reaktor, pontosabban: a találmány olyan metánosító reaktorra vonatkozik, amelyben hőkicserélő helyezkedik el azoknak a hideg gázoknak az előmelegítésére, amelyeket alá kívánunk vetni a katalitikus reakciónak.

A metánosító reaktorok már ismeretesek: ezek tulajdonképpen függőleges, hengeres tartályok, amelyeknek belsejében egy vagy több katalizátor-réteg helyezkedik el. Ezen reaktorok működése röviden összefoglalva a következő: a metánosításra kerülő forró gázok kb. 300 °C hőmérsékleten lépnek be a reaktorba, átáramlanak a katalizátor-ágyon, ahol lezajlik a reakció, majd elhagyják a reaktort, kb. 350 °C hőmérsékleten.

Az így előállított forró gáznemű keveréket egy külső hőkicserélőbe vezetik, ahol az előmelegíti a metánosításra kerülő hideg gázokat, kb. 300 °C hőmérsékletre.

A hagyományos technológiának megfelelően konstruált metánosító reaktornak az a hátránya, hogy a reakcióba való bevezetésük előtt a forró gázok érintkezésbe kerülnek bizonyos időre a reaktor-házzal, s ez a körülmény kötelezően megkívánja, hogy kis nyomásokkal dolgozzunk, vagy hogy a reaktor-házhoz igen költséges rozsdamentes acélfajtákat alkalmazzunk szerkezeti anyagként, vagy pedig hogy hőálló bélést alkalmazunk, ilymódon védve ezen házat a gázzal való közvetlen érintkezéstől. Ezen utóbbi megoldás az alapköltségek további emelkedését hordozza magában, mivel az említett bélések jelentős vastagsága következtében a reaktor méretei tekintélyes mértékben megnőnek.

A jelen találmány alkalmazásakor meglepő módon azt találtuk, hogy a metánositott termékek szempontjából ugyanolyan eredmények érhetők el akkor, ha olyan reaktort használunk, amelynek belsejében egy csőköteges hőkicserélő helyezkedik el, amely a gyűrűs katalizátor-ágy alatt található, továbbá, ha áramlásra késztetjük a metánosításra kerülő hideg gázokat egy résen át, amely a reaktor-ház és a katalizátor-ágyból és a hőkicserélőbői álló egység között van kialakítva.

Amennyiben így járunk el, akkor a reaktor-ház belső falai és a ház maga is viszonylag alacsony hőfokú lesz a reakció során, s így a falakat teljesen közönséges szénacélból elkészíteni, vagy legalább olyan acélból, amelyben igen alacsony százalékban vannak az adalék ötvözőelemek.

Ez a körülmény lehetővé teszi, hogy az ammóniaszintézis gázai olyan eredménnyel metánosíthatók, ami egyenlő azzal az eredménnyel, mely a korábban ismert módszerekkel elérhető, azonban azzal a tagadhatatlan előnnyel, hogy a reaktor-ház elkészítésénél, amely a viszonylag nagy nyomásoknak van kitéve, kevésbé ötvözött, s így nem annyira költséges anyagot alkalmazhatunk. Különösen előnyös ebből a szempontból a szénacél, valamint az olyan gyengén ötvözött acélok használata, amelynél a molibdéntartalom 0,5%-ig terjed.

A találmány tárgya fentiek alapján olyan metánosító reaktor, amelyben a reakcióban résztvevő hideg gázok a reaktor fedelén keresztül lépnek be, a reaktor-ház és a katalizátor-ágyból, valamint a hőkicserélőbői álló egység között lévő résen át lefelé haladnak, miközben enyhe hevítésnek vannak kitéve, mivel hűteniök kell a reaktorházat; ezután a reaktor központi részén keresztül feláramlanak és végighaladnak a hőkicserélő csövei mentén (amelyekben a reakcióból kilépett forró gázok áram2 lanak), és addig hevítődnek, amíg elérik a reakcióhoz megfelelő hőmérsékletet.

Ezen állapotában a reakcióhoz előmelegített gázok egy, a katalizátor-ággyal egytengelyű csövön keresztül felemelkednek, és lefelé való mozgással átáramlanak a katalizátoron, ahol reakcióba lépnek és bejutnak a hőkicserélő csöveibe úgy, hogy ott a reakcióból származó hőjüket átadják a hőkicserélő csöveinek falán keresztül a beérkező hideg gázoknak. Ebben az állapotban a kilépő, lehűtött reaktorgázok a reaktor fenékfalán keresztüllépve megjelennek és készek az esetleges ezt követő műveletekhez.

A találmányt a továbbiakban annak példaképpeni kiviteli alakja kapcsán ismertetjük részletesebben ábráink segítségével, amelyek közül:

— az 1. ábra a reaktor hosszmetszete;

— a 2. ábrán a fonadékból készült tömítőrendszer metszetét;

— a 3. ábrán a tömszelence részleteit láthatjuk, ugyancsak metszetben.

A példaképpeni kiviteli alakra természetesen nem korlátozzuk a jelen találmányt.

Rátérve mármost a vázlatos 1. ábrára, az azon bemutatott reaktor 1 házzal rendelkezik, amelyhez a 3 fedél van a 2 csavarok segítségével hozzáerősítve. A 3 fedélhez ugyanakkor a 4 cső csatlakozik, amely a normális üzemeltetés során a reakcióhoz vezetendő friss gázkeverék bevezetését szolgálja, míg az 5 cső szolgál azon forró gázok bevezetéséhez, amelyekre a reaktor működésbe helyezésekor van szükség. A működést a későbbiekben még ismertetni fogjuk. A 3 fedélben van a 6 lyuk, amely a hőelemek bevezetéséhez szolgál.

A reaktor-ház belsejében a 7 jelű, gyűrűs kialakítású katalizátor-ágy található, amelyet a 8 rács, valamint a rajta lévő, alumínium 9 golyókból álló réteg hordoz, a katalizátor-ágy alatt pedig a csőköteges 10 hőkicserélő helyezkedik el, amelynek csupán egyetlen csövét lehet a rajzon látni annak érdekében, hogy ne rontsuk el a rajz áttekinthetőségét. A10 hőkicserélő el van látva 11 terelőlemezekkel, annak érdekében, hogy azok javítsák a hőátadást a forró gázoktól a hideg gázokhoz.

A reaktor 1 háza, valamint a katalizátor-ágy és a hőkicserélő által alkotott egység hőszigeteléséről a 13 szigetelőréteg gondoskodik, amely állhat üveggyapotból, kőgyapotból, de azbesztporból is. A gáznak a reaktorba való bevezetésénél, valamint a reaktorból való elvezetésénél 14 és 15 tömítések találhatók, melyeket a 2. és 3. ábrákkal kapcsolatosan fogunk részletesebben ismertetni, s melyeknek működésmódjáról ugyancsak később lesz még szó.

A hideg gázok a metánosító reaktorba a 4 csövön keresztül lépnekbe, átáramlanak a 12 résen és a 17 ablakon keresztül belépnek a 10 hőkicserélőbe, ahol felmelegszenek. A felhevített gázok a központi 18 csövön át felszállnak és átáramlanak a 7 katalizátor-ágy belsején. A reakción átesett gázok átáramlanak a 10 hőkicserélő csövein (azok belsejében), ott lehűlnek és a metánosító reaktort a 19 csövön keresztül hagyják el.

Amikor a reaktor beindításáról, vagy hideg újraindításáról van szó, akkor arra van szükség, hogy bizonyos mennyiségű forró gázt juttassunk be a reaktortérbe, felhevítsük a reakció hőmérsékletére és így ezen gázok a

-2182 918 csővezetéken át vezethetők be annak érdekében, hogy elkerüljük a ház falainak fűtését. Ennek megelőzésére a reakcióban résztvevő fonó gázokat közvetlenül a katalizátorhoz juttatjuk, az 5 csővezetéken át, míg a hideg gázok betáplálása a 4 csővezetéken át történik, 5 mint az előbb. Annak érdekében, hogy megakadályozzuk a forró gázoknak a hideg gázokkal való összekeveredését, alkalmazást nyert a fonadékos 14 tömítőrendszer, amelyet részletesebben a 2. ábrán mutatunk be. A tömítőrendszer a fonadékos 20 zsinórokból, a 21 támasztó- 10 lapból és a 22 tömszelencéből áll, amely a fonadékot nekinyomja a támasztólapnak, ilymódon biztosítva a szoros tömítést a hideg gázok részére. Másik tömítési problémánk a metánosító reaktor fenékrészénél jelentkezik, ahol a 19 csővezeték lefelé való hőtágulása követ- 15 keztében tömítetlenség, illetve szivárgás állhat elő a reakciógázoknál, éspedig a vezetéknek ezen házfallal való érintkezési övezetében.

Ennek a problémának megoldására egy tömszelencerendszert alkalmaztunk, amely egy belül üres közbenső 20 persellyel van ellátva és lehetővé teszi a nyomás alatt lévő víz kényszer-keringtetését annak érdekében, hogy megakadályozható legyen a folyamatban résztvevő veszélyes gázok kilépése a reaktorból.

A 3. ábrán vázlatosan mutatjuk ezen rendszerű tömi- 25 tés részleteit. A 19 csővezeték külső fala, valamint az 1 ház között azbeszt 23 zsinór (fonadék) van elhelyezve, amelyet a reaktor fenékrészének 24 fala, valamint egy peremes 25 tömszelence tart a helyére nyomva.

A fonadékot a 26 persely osztja két részre; a persely 30 27 csatornán keresztül összeköttetésben van egy nyomás alatt álló vízhálózattal. Ha mármost a tömítőrendszerben szivárgás jön létre, a reakciógáz akkor sem tud kilépni a reaktorból, mivel a víz olyan nyomással lép be a reaktorba, amely meghaladja a reaktorban fenntartott 35 nyomást.

Az előzőekben ismertetett típusú metánosító reaktor különösen előnyös az integrált — azaz egyesített ammónia-karbamid üzemeknél, mivel lehetővé teszi a CO₂ és CO metánosítását, ugyanazon a nyomáson, amit 40 az ammónia-reaktorban tarthatunk fenn. így azután nincs szükség arra, hogy a metánosított gáznemű keveréket a szintézis-nyomásig komprimáljuk, ami nem kis előnyt jelent.

Claims (4)

1. SZABADALMI IGÉNYPONTOK

   1. Metánosító reaktor, azzal jellemezve, hogy van egy külső háza, egy arra erősített fedele, éspedig ugyanabból a fémből készítve, mint a ház, ezen fedélben egy lyuk található a hőelemek bevezetése céljából, továbbá ugyanezen fedélen keresztül vezetnek be azok a csövek, amelyeken át a gázokat a metánosításhoz lehet juttatni, van továbbá egy egysége, amely gyűrű-alakú katalizátorágyból és csőköteges hőkicserélőbői áll, mely utóbbi a katalizátor-ágy alatt helyezkedik el, s mind a hőkicserélő, mind pedig a katalizátor-ágy úgy van elhelyezve a ház belsejében, hogy az említett egység, valamint a ház között rés marad, amelyen át a reakcióban résztvevő hideg gázok lelassulnak és végighaladnak a hőkicserélő csöveinek külső falán, miközben ezen hőkicserélő a házzal egytengelyű csővezetékek útján össze van kötve a katalizátor-ággyal, ahol ezen vezeték viszi a reakcióban résztvevő gázokat, miután azok átáramlottak az említett katalizátor-ágyon és a hőkicserélőben, illetve az által felhevítődtek, úgy, hogy az említett gázok a katalizátorágyon átáramolva és abban reakcióba lépve belépnek a hőkicserélőcsövek belsejébe annak érdekében, hogy reakcióhőjüket leadják, majd a reaktor fenékfalán át felemelkedjenek, végül, hogy a katalizátor-ágyból és hőkicserélőből álló egység el van látva hőszigetelő anyagból készült szigeteléssel, a reaktornak pedig van egy fonadéktömítéses rendszere, hogy megakadályozza a gáz szivárgását a reaktor bevezetési és kivezetési helyeinél.
2. 2 Az 1. igénypont szerinti metánosító reaktor kiviteli alakja, azzal jellemezve, hogy a reaktor fedelén egy cső halad keresztül, és hideg indításkor ezen át juttatható egy adag előmelegített gáz közvetlenül a katalizátorágyhoz, amely előzőleg a reaktoron kívül került felhevítésre, éspedig a reakció hőmérsékletéig.
3. 3. Az 1. igénypont szerinti metánosító reaktor kiviteli alakja, azzal jellemezve, hogy a külső ház szénacélból, vagy olyan ötvözött acélból készült, melynek molibdéntartalma legfeljebb 0,5 %.
4. 4. Tömszelencés tömítőrendszer, különösen az 1. igénypont szerinti reaktorhoz, azzal jellemezve, hogy van egy közbenső perselye, melyen át nyomás alatt víz vezethető be, a veszélyes reakciógázok kiszivárgásának megakadályozására.