ITRM20110176A1

ITRM20110176A1 - "perfezionamento nei reattori catalitici per reazioni endotermiche, in particolare per la produzione di idrogeno e gas di sintesi"

Info

Publication number: ITRM20110176A1
Application number: IT000176A
Authority: IT
Inventors: Francesco Giacobbe
Original assignee: Francesco Giacobbe
Priority date: 2011-04-07
Filing date: 2011-04-07
Publication date: 2012-10-08

Description

Descrizione dell'invenzione industriale dal titolo: "PERFEZIONAMENTO NEI REATTORI CATALITICI PER REAZIONI ENDOTERMICHE, IN PARTICOLARE PER LA PRODUZIONE DI IDROGENO E GAS DI SINTESI";

La presente invenzione ha per oggetto un reattore catalitico per reazioni endotermiche, in particolare per la produzione di idrogeno e gas di sintesi.

Sono noti da tempo reattori catalitici comprendenti una pluralità di contenitori tubolari verticali con gli assi giacenti su un piano di simmetria, alloggiati in un involucro refrattario recante superiormente una camera di irraggiamento o forno in cui è sistemata una doppia schiera di bruciatori, situati in posizioni simmetriche rispetto a detto piano, che agiscono dal cielo del forno con la fiamma rivolta verso il basso sulla zona dei detti contenitori immersa nel forno stesso.

Nella pratica si è però evidenziato che tale disposizione comporta molti inconvenienti e difficoltà, soprattutto per quanto attiene alle operazioni di manutenzione del forno. Sul cielo del forno sono infatti normalmente fissati molti altri elementi funzionali come ad esempio i canali di distribuzione dell'aria di combustione ed i collettori di distribuzione della carica ai tubi catalitici nel caso di tubi non rigenerativi, con complessi sistemi di ancoraggio a molle che consente loro di allungarsi per dilatazione termica liberamente, ma che rende lunga e difficoltosa ogni operazione di manutenzione e controllo dell'esercizio del forno.

Scopo della presente invenzione è quello di apportare perfezionamenti costruttivi e funzionali in un reattore catalitico del tipo ora citato, che ne faciliti la manutenzione e ne migliori il rendimento. In particolare compito del trovato è quello di passare da un reattore catalitico con i bruciatori disposti sul cielo del forno ad un reattore con bruciatori con fiamme verso l'alto dove i gas combusti effettuano un percorso prima ascendente e poi discendente cedendo il calore senza che la fiamma dei bruciatori possa lambire la superficie dei tubi catalitici.

Secondo l'invenzione tale scopo è raggiunto prevedendo un reattore catalitico nel quale la fiamma rivolta verso l'alto dei bruciatori distribuiti sul fondo del forno non può lambire la superficie dei tubi catalitici a causa della presenza di una barriera che può essere sia metallica che costituita da un muro in refrattario con fori o senza fori di qualsiasi forma, la quale, interposta fra i tubi catalitici ed i bruciatori, permette una vita più lunga degli stessi tubi catalitici, che possono essere sia quelli tradizionali che quelli rigenerativi .

Una prima caratteristica vantaggiosa del trovato è che i contenitori tubolari sono fissati esternamente sul cielo della camera radiante e sono liberi di espandersi verso il basso.

Il box del forno ha nella parte alta una sezione leggermente inferiore a quella dei reattori attuali ma la larghezza del box relativa alla parte inferiore al di sotto della quota di installazione dei bruciatori è ridotta al minimo compatibilmente con l'aumento della perdita di carico dei gas combusti non essendovi problemi di "flame impingement ".

Secondo una ulteriore caratteristica dell'invenzione, i canali di distribuzione dell'aria di combustione preriscaldata ai bruciatori, sono installati sotto il piano della camera radiante in modo da avere due dei quattro lati della loro superficie esterna a contatto diretto con la superficie esterna del rivestimento refrattario del reattore catalitico, aumentando così la superficie di scambio e ottenendo un più spinto preriscaldamento dell 'aria,

I gas combusti escono sempre dal fondo del forno, sia impiegando tubi catalitici convenzionali, non rigenerativi, che tubi catalitici rigenerativi.

Nel caso di impiego di tubi catalitici non rigenerativi, la carica al forno entra dalla estremità alta dei tubi ed il prodotto esce dal basso, mentre nell'impiego di tubi catalitici rigenerativi la carica al forno entra dal fondo ed il prodotto esce sempre dal basso.

Ulteriori caratteristiche vantaggi dell 'invenzione risulteranno evidenti dalla descrizione che segue, facendo riferimento ai disegni allegati, che rappresentano a titolo illustrativo e non già limitativo, una sua preferita forma di esecuzione. Nei disegni:

le fig. la e lb rappresentano una vista in sezione di un reattore catalitico a tubi multipli, rispettivamente convenzionali e rigenerativi;

la fig. 2 è una vista in sezione secondo il piano A-A delle figg.la ed lb;

la figura 3 è la vista secondo il piano B-B delle figure la ed lb.

Con riferimento alle figure dalla la a 3 il reattore catalitico secondo l'invenzione è costituito nel caso d'impiego di tubi catalitici non rigenerativi, da una pluralità di elementi tubolari metallici convenzionali 22a, di forma cilindrica, disposti verticalmente, ed aventi gli assi giacenti su un unico piano di simmetria H.

Nel caso di tubi catalitici rigenerativi, il reattore comprenderà una pluralità di elementi tubolari metallici 22b di forma cilindrica disposti verticalmente ed aventi gli assi giacenti su un unico piano di simmetria H, contenenti nel loro interno un condotto tubolare 16, anch'esso metallico, disposto concentricamente, nel quale è alimentata la carica del forno attraverso l'ingresso 17.

Mentre in ciascun elemento tubolare 22a il catalizzatore, che viene caricato e scaricato dal coperchio di sommità 12, si raccoglie nello spazio interno a sezione circolare ila, nel caso dei tubi rigenerativi, in ogni elemento tubolare 22b il catalizzatore viene caricato nella zona anulare llb compresa tra la parete esterna del condotto 16 e la parete interna dello stesso elemento tubolare 22b.

A titolo d'esempio è mostrata una batteria di sette tubi catalitici, indicati genericamente con 22, posti ad intervalli uguali su un piano di simmetria H, ed orientati verticalmente, ma rimane inteso che il loro numero possa variare secondo la potenzialità ed i dati di progetto dell'apparato.

Il complesso di tubi catalitici 22 è contenuto in un involucro refrattario 13, recante in alto una camera di irraggiamento o forno 14, di sezione maggiore. I tubi catalitici 22 vengono introdotti nell'involucro refrattario 13 attraverso aperture superiori 20 e lo attraversano verticalmente per tutta la sua lunghezza, definendo una intercapedine 21, per uscire inferiormente attraverso gli sbocchi 25.

È da notare che la collocazione dei bruciatori 15 differisce in maniera sostanziale dalla sorgente di calore dei reattori tradizionali.

In particolare come si vede in fig. 2 i bruciatori 15 sono simmetricamente disposti lungo due file parallele rispetto alla batteria dei tubi catalitici 22, con l'interposizione di due barriere 24 verticali, metalliche o in materiale refrattario con o senza fori, che delimitano lo spazio in cui sono presenti i tubi catalitici e che sono sufficientemente alte da impedire che la fiamma venga a lambire direttamente le pareti degli stessi tubi catalitici.

I canali di distribuzione dell'aria di combustione preriscaldata 27, che viene distribuita ai bruciatori 15, sono posizionati con due lati a contatto con il refrattario che circonda il reattore con il risultato di diminuire le perdite di calore.

II trovato è stato illustrato e descritto in una sua preferita forma di esecuzione, ma si intende che variabili costruttive potranno in pratica esservi apportate da un esperto del ramo, senza uscire dall'ambito di protezione della presente privativa industriale, come definita dalle rivendicazioni che seguono

Claims

RIVENDICAZIONI 1) Reattore catalitico per reazioni endotermiche, in particolare per la produzione di idrogeno e gas di sintesi, caratterizzato dal fatto di comprendere una pluralità di contenitori metallici tubolari verticali (22,22a,22b), con gli assi giacenti su un piano di simmetria, alloggiati in un involucro di materiale refrattario (13) recante in alto una camera di irraggiamento o radiante (14) sul cui fondo è sistemata una doppia schiera di bruciatori (15) situati in posizioni simmetriche rispetto a detto piano longitudinale, i quali bruciatori (15) agiscono con la fiamma rivolta verso l'alto sulla zona di detti contenitori (22,22a,22b) immersa nella camera di irraggiamento (14).
2) Reattore secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che detti contenitori tubolari (22,22a,22b) sono fissati esternamente sul cielo della camera radiante (14) e sono liberi di dilatarsi verso il basso.
3) Reattore secondo le rivendicazioni 1 e 2 caratterizzato dal fatto che il calore è trasmesso dalla camera radiante (14) ai tubi catalitici non rigenerativi (22a) e rigenerativi (22b) attraverso una barriera (24) metallica o in refrattario forato o non forato.
4) Reattore secondo le rivendicazioni da 1 a 3 caratterizzato dal fatto che detta barriera (24) delimita lo spazio ove sono immersi i tubi catalitici (22) ed ha una altezza sufficiente ad impedire che la fiamma dei bruciatori (15) venga direttamente a contatto con le pareti di detti tubi catalitici.
5) Reattore secondo le rivendicazioni da 1 a 3 caratterizzato dal fatto che il catalizzatore viene caricato e scaricato da un coperchio (12) situato alla sommità dei tubi catalitici (22).
6) Reattore secondo le rivendicazioni da 1 a 5 caratterizzato dal fatto che il prodotto da trattare nel caso dei tubi rigenerativi (22b) entra dal fondo del condotto tubolare (16) attraverso l'ingresso (17) e sale dal basso verso l'alto in controcorrente con i gas combusti, mentre il prodotto finito esce in basso dallo spazio anulare (llb) attraverso l'uscita (19); nel caso dei tubi non rigenerativi il prodotto da trattare entra dall'alto nel contenitore (22a) e scende dall'alto verso il basso, mentre il prodotto finito esce sempre in basso dall'uscita (19).
7) Reattore secondo le rivendicazioni da 1 a 6 caratterizzato dal fatto che i gas combusti dalla camera di combustione (14) entrano nello spazio rettangolare delimitato dalle due barriere verticali parallele (24) metalliche o in refrattario dove sono immersi i tubi catalitici .
8) Reattore secondo le rivendicazioni da 1 a 6 caratterizzato dal fatto che i gas della combustione entrano dall'alto ed escono dal basso in (26) per essere inviati alla sezione convettiva.
9) Reattore secondo le rivendicazioni da 1 a 7 caratterizzato dal fatto che i canali (27) dell'aria di combustione preriscaldata hanno due dei quattro lati della superficie esterna a contatto diretto con la superficie esterna del rivestimento refrattario (13) del reattore catalitico.