NL8301737A - Two=stage reactor having vessel contg. annular catalyst bed - with plug between stages, radially outward flows, heat exchanger, and feed mixer - Google Patents

Two=stage reactor having vessel contg. annular catalyst bed - with plug between stages, radially outward flows, heat exchanger, and feed mixer Download PDF

Info

Publication number
NL8301737A
NL8301737A NL8301737A NL8301737A NL8301737A NL 8301737 A NL8301737 A NL 8301737A NL 8301737 A NL8301737 A NL 8301737A NL 8301737 A NL8301737 A NL 8301737A NL 8301737 A NL8301737 A NL 8301737A
Authority
NL
Netherlands
Prior art keywords
stage
heat exchanger
reactor
catalyst
reactants
Prior art date
Application number
NL8301737A
Other languages
Dutch (nl)
Other versions
NL178943C (en
NL178943B (en
Original Assignee
Lummus Co
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
Priority claimed from NL7303559A external-priority patent/NL174526C/en
Application filed by Lummus Co filed Critical Lummus Co
Publication of NL8301737A publication Critical patent/NL8301737A/en
Publication of NL178943B publication Critical patent/NL178943B/en
Application granted granted Critical
Publication of NL178943C publication Critical patent/NL178943C/en

Links

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J8/00Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes
    • B01J8/02Chemical 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
    • B01J8/0207Chemical 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 horizontal
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2208/00Processes carried out in the presence of solid particles; Reactors therefor
    • B01J2208/00008Controlling the process
    • B01J2208/00017Controlling the temperature
    • B01J2208/00106Controlling the temperature by indirect heat exchange
    • B01J2208/00265Part of all of the reactants being heated or cooled outside the reactor while recycling
    • B01J2208/00283Part of all of the reactants being heated or cooled outside the reactor while recycling involving reactant liquids
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2208/00Processes carried out in the presence of solid particles; Reactors therefor
    • B01J2208/00008Controlling the process
    • B01J2208/00548Flow
    • B01J2208/00557Flow controlling the residence time inside the reactor vessel

Landscapes

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

Abstract

Catalytic reactor comprises a vertical cylindrical vessel with inlets for the reactants and outlets for the reaction prods. and contg. an annular catalyst bed divided by a plug into an upper and a lower section through which the reactants pass in radially outward direction. A heat exchanger pre-heats the initial feed stock using the reactants from the first section before these pass into the second section. The bed is contained between concentric outer and inner perforated walls, the inner space contg. a body dividing this space into an upper first-stage and a lower second-stage feed chamber. The initial feed stock leaving the exchanger passes through an external line to a mixer receiving further reactant. The flow from the first section moves through annular passages and via the exchanger tubes, the chamber and the section to separate annular passages and the outlets. Catalytic two-stage reactor with heat exchanger between the stages to pre-heat initial feed stock and act as inter-cooler of reactants between the stages.

Description

\ * 3 VO 4672\ * 3 VO 4672

Katalytische reactor.Catalytic reactor.

De uitvinding heeft betrekking op een katalytische reactor, omvattend een verticaal, langwerpig en cilindrisch reactievat met inlaten en uitlaten voor rèactiefluïdum en binnen dat vat een warmte-uitwisselaar en twee boven elkaar geplaatste, ringvormige katalysator-5 bedden, die in radiale richting doorstroomd worden, alsmede een warmtewisselaar en verbindingsleidingen.The invention relates to a catalytic reactor, comprising a vertical, elongated and cylindrical reaction vessel with reactant fluid inlets and outlets, and within that vessel a heat exchanger and two superimposed annular catalyst beds, which flow through in radial direction, as well as a heat exchanger and connecting pipes.

Een dergelijke reactor is bekend uit het Franse octrooischrift 2.001.518. Dit octrooischrift beschrijft een reactor voor ammoniak-synthese uit stikstof en waterstof bij hoge temperatuur en hoge druk, 10 terwijl twee of meer achtereenvolgens doorlopen katalysatorbedden aanwezig zijn. Bij dergelijke werkwijzen is het van belamg dat het druk-verval over de bedden klein blijft en dat de temperatuurvariaties in de verschillende bedden beperkt blijven zodat verschuiving van het evenwicht in een ongewenste richting wordt vermeden. Dat kan onder andere 15 worden bevorderd door warmteuitwisseling tussen toevoer en gedeeltelijk omgezet gas en zo nodig met andere fluida. Bij de daar beschreven reactor bevinden zich binnen de huls ook enkele katalysatorbedden in de vorm vanjaen holle cilinder, terwijl het om te zetten mengsel met behulp van keerschotten meermalen: van binnen naar buiten en van buiten naar binnen 20 door deze katalysatorlagen wordt gevoerd. Tevens zijn in die reactor en ten dele ook in de katalysatorbedden zelf warmteuitwisselaars aangebracht om de temperatuur zo goed mogelijk te beheersen.Such a reactor is known from French patent 2,001,518. This patent describes a reactor for ammonia synthesis from nitrogen and hydrogen at high temperature and high pressure, with two or more sequentially run through catalyst beds. In such processes, it is important that the pressure drop across the beds remains small and that the temperature variations in the different beds are limited so that shifting of the equilibrium in an undesired direction is avoided. This can be promoted, inter alia, by heat exchange between supply and partially converted gas and, if necessary, with other fluids. The reactor described there also contains some catalyst beds in the form of a hollow cylinder within the sleeve, while the mixture to be converted is passed through these catalyst layers several times by means of baffles: from the inside to the outside and from the outside to the inside. Heat exchangers are also arranged in that reactor and partly in the catalyst beds themselves in order to control the temperature as well as possible.

De daar beschreven constructie is echter vrij ingewikkeld en dit leidt tot ernstige moeilijkheden bij het verwisselen van de katalysator, 25 wanneer daarvan de werkzaamheid te ver is verminderd.However, the construction described there is quite complicated, and this leads to serious difficulties in exchanging the catalyst when its effectiveness has been reduced too far.

Het Franse octrooischrift 1.293.205 beschrijft eveneens een katalytische reactor, bijvoorbeeld voor kraken, reformen of isomeriseren van 'koolwaterstoffen in gasfase. Daarbij is binnen de huls op korte afstand van de buitenwand een geperforeerde wand aangebracht, die de katalysa-30 torruimte begrenst. Centraal in de huls zijn een geperforeerde toevoerbuis en een geperforeerde afvoerbuis in eikaars verlengde aangebracht.French Patent 1,293,205 also describes a catalytic reactor, for example for cracking, reforming or isomerizing gas phase hydrocarbons. A perforated wall is provided within the sleeve at a short distance from the outer wall, which boundary is the catalyst space. A perforated feed pipe and a perforated discharge pipe are arranged in line in the center of the sleeve.

De gassen worden dan vanuit de toevoerbuis radiaal door de katalysator gevoerd naar de ringvormige buitenruimte en vandaar uit stromen zij door het onderste gedeelte van de katalysator naar de afvoerbuis. Een 55 warmtewisselaar is bij een dergelijke werkwijze veelal niet nodig en 8301737 A * -2- die is ook niet beschreven. Bij een variant van die reactor is aangegeven, dat de katalysatorruimte door een horizontale metalen wand is verdeeld in een onderste en een bovenste gedeelte. Een dergelijke scheidingswand veroorzaakt echter weer moeilijkheden bij vervangen 5 van de katalysator.The gases are then fed radially from the feed tube through the catalyst to the outer annular space and from there flow through the lower portion of the catalyst to the exhaust tube. A 55 heat exchanger is often unnecessary in such a process and 8301737 A * -2- it has not been described either. In a variant of this reactor, it has been indicated that the catalyst space is divided by a horizontal metal wall into a lower and an upper part. However, such a partition wall again causes difficulties when replacing the catalyst.

Het Britse octrooischrift 1.140.071 beschrijft een katalytische reactor, die is voorzien van een centraal geplaatste warmteuitwisselaar en van een daaromheen geplaatste ringvormige katalysatorruimte. Deze katalysatorruimte is door radiale wanden verdeeld in twee of meer sec-10 tors, die achtereenvolgens worden doorlopen, terwijl voor het doorlopen van een sector de doorgevoerde gassen in de warmtewisselaar kunnen worden gekoeld of opgewarmd.British patent specification 1,140,071 describes a catalytic reactor which is provided with a centrally placed heat exchanger and an annular catalyst space placed around it. This catalytic converter room is divided by radial walls into two or more sec- tors which are passed through consecutively, while the gases passed through in the heat exchanger can be cooled or heated up before passing through a sector.

Behalve de genoemde constructies van katalytische reactors zijn ook vele variaties daarvan bekend.Besides the mentioned constructions of catalytic reactors, many variations thereof are also known.

15 Een probleem bij al dergelijke reactors is, dat de katalysator- bedden geplaatst zijn binnen de reactorhuls en de toegang daartoe voor het vervangen door verse katalysator zowel moeilijk als duur is, en de buiten-bedrijf-tijd aanzienlijk kan zijn. In vele katalytische systemen wordt een aparte eenheid voor elke trap toegepast. Zo worden voor een 20 tweetraps reactie twee reactoren gebruikt met een tussenliggende warmteuitwisselaar die gebruikt wordt om voeding van de eerste trap voor te verhitten. Indien meer dan een reactiecomponent aanwezig is kan een aparte menger worden toegepast. Voor grote volumesystemen zoals lage druk- of vacuum-fase dehydrogenering, waar de temperaturen zeer hoog 25 zijn geven de verbindingsleidingen grote thermische uitzettingsproble- men, hetgeen leidt tot groot drukverval en buitensporige verblijfstijden. Verder is bekend dat in systemen waar ongewenste nevenreacties plaats kunnen vinden een verblijfstijd buiten het katalysatorbed leidt tot verlaagde opbrengsten van het gewenste produkt en tot toevoerverliezen.A problem with all such reactors is that the catalyst beds are located within the reactor shell and access to it for fresh catalyst replacement is both difficult and expensive, and the downtime can be significant. In many catalytic systems, a separate unit is used for each stage. For example, for a two-stage reaction, two reactors are used with an intermediate heat exchanger used to preheat feed from the first stage. If more than one reactant is present, a separate mixer can be used. For large volume systems such as low pressure or vacuum phase dehydrogenation, where temperatures are very high, the connecting lines present large thermal expansion problems, leading to large pressure drop and excessive residence times. It is further known that in systems where undesired side reactions can take place, a residence time outside the catalyst bed leads to reduced yields of the desired product and to feed losses.

30 Een reactor die ontworpen is voor een gemakkelijker onderhoud wordt beschreven in het Amerikaanse octrooischrift 3.475.136. Het grootste gedeelte van de katalysator wordt daarbij door zwaartekracht-stroming verwijderd door valpijpen die met elke mand in verbinding staan, maar het overige gedeelte moet met de hand worden verwijderd.A reactor designed for easier maintenance is described in US Pat. No. 3,475,136. Most of the catalyst is thereby removed by gravity flow through downcomers communicating with each basket, but the remainder must be removed manually.

35 Buizen met dubbele wanden worden geplaatst in het katalysatorbed in de reactor,beschreven in het Amerikaanse octrooischrift 3.459.511 waarbij 8301737 * + -3- koelgas geleid wordt door de binnenste buis en toevoergas wordt verspreid door openingen in de buitenste buis. Er zijn vele octrooischrif-ten die reactoren beschrijven van het integrale warmteuitwisselingstype naast de zojuist genoemde. In het Amerikaanse octrooischrift 3.472.631 5 wordt een horizontale rèactantstroming beschreven door de katalysator-bedden met koelhuizen aan beide zijden.' Een gebruikelijke voorziening bestaat uit een omloopstroom van koude toevoer die gebruikt kan worden om de "hete plekken" in het katalysatorbed onder controle te houden, zoals beschreven in het Amerikaanse octrooischrift 3.475.137. Andere 10 kenmerkende integrale warmteuitwisselaarsreactoren worden beschreven in de Amerikaanse octrooischriften 3.366.461 en 3.372.988.Double walled tubes are placed in the catalyst bed in the reactor, described in U.S. Pat. No. 3,459,511, wherein 8301737 * + -3 cooling gas is passed through the inner tube and feed gas is distributed through openings in the outer tube. There are many patents which describe reactors of the integral heat exchange type in addition to those just mentioned. United States Patent 3,472,631 5 describes a horizontal reactant flow through the catalyst beds with cold stores on both sides. A common feature consists of a cold feed bypass flow which can be used to control the "hot spots" in the catalyst bed, as described in U.S. Pat. No. 3,475,137. Other typical integral heat exchanger reactors are described in U.S. Pat. Nos. 3,366,461 and 3,372,988.

Volgens de uitvinding is een katalytische reactor vein het in de aanhef beschreven type voorzien van een langwerpig, ringvormig katalysatorbed (26), concentrisch met het vat, welk bed is opgesloten tussen 15 een buitenste geperforeerde wand (28) en een binnenste geperforeerde wand (30), welk bed door een of meer pluggen (34) is verdeeld in een eerste trap (20) en een tweede trap (22), waarbij de ruimte binnen de wand (30) door een vullichaam (72) is verdeeld in een eerste (50) en een tweede (48) toevoerkamer, terwijl verder inlaat (10) via de warmte-20 wisselaar (12), een buiten het reactorvat gemonteerde leiding (14) en menger (16) is verbonden met toevoerkamer (50), en buiten de geperforeerde wand (28) kamers (54a, 56B) platen (71) en openingen (68, 70) zijn aangebracht om de fluidumafvoer uit de eerste trap via warmtewisselaar (12) en de tweede toevoerkamer (48) te leiden naar de tweede 25 katalysatortrap (22) en kamers (54B, 56A), platen (71) en openingen (68, 70) om de fluidumafvoer uit de tweede trap naar de uitlaat (24) te leiden.According to the invention, a catalytic reactor of the type described in the preamble comprises an elongated, annular catalyst bed (26) concentric with the vessel, which bed is enclosed between an outer perforated wall (28) and an inner perforated wall (30). ), which bed is divided by one or more plugs (34) into a first stage (20) and a second stage (22), the space within the wall (30) being divided by a filler body (72) into a first ( 50) and a second (48) supply chamber, while further inlet (10) is connected to supply chamber (50) via the heat exchanger (12), a conduit (14) mounted outside the reactor vessel and mixer (16), and outside the perforated wall (28) chambers (54a, 56B) plates (71) and openings (68, 70) are provided to direct the fluid discharge from the first stage through heat exchanger (12) and the second supply chamber (48) to the second catalyst stage (22) and chambers (54B, 56A), plates (71) and openings (68, 70) to allow fluid from the second stage to the outlet (24).

Figuur 1 illustreert schematisch een tweetraps katalytisch reac-torsysteem met een tussenliggende toevoer-afvoer warmteuitwisselaar en 30 menging voorafgaande aan de reactie. Zoals aangegeven wordt een toe-voerstroom 10 door de kemzijde van een warmteuitwisselaar 12 geleid in warmteuitwisselingsverhouding met de afvoer uit het katalytische bed 20 van de eerste trap die geleid wordt door de buiszijde van de warmteuitwisselaar 12. De voorverhitte toevoer in leiding 14 wordt 35 naar menger 16 gevoerd en gemengd met een tweede toevoer in leiding 18.Figure 1 schematically illustrates a two-stage catalytic reactor system with an intermediate supply-exhaust heat exchanger and pre-reaction mixing. As indicated, a feed stream 10 is passed through the core side of a heat exchanger 12 in heat exchange ratio with the effluent from the first stage catalytic bed 20 passing through the tube side of the heat exchanger 12. The preheated feed in conduit 14 is fed to mixer 16 and mixed with a second feed in line 18.

De gecombineerde stroom wordt daarna geleid door het katalytische bed van de eerste trap (20), de buiszijde van warmteuitwisselaar 12 en het ,830 1 73 7 -4- * % katalytische bed van de tweede trap (22) respectievelijk. Een produkt-stroom 24 wordt uit het katalysatorbed 22 afgevoerd naar een opwerk-inrichting. Het zal duidelijk zijn, dat wanneer een dergelijk systeem geconstrueerd werd uit individuele eenheden, talrijke verbindingslei-5 dingen vereist zijn met daarmee gepaard gaande thermische uitzettings-problemen, grote drukvervallen en lange verblijfstijden. Zelfs een systeem waarin bijvoorbeeld de menger 16 een geheel vormt met de eerste trap 20, en uitwisselaar 12 een geheel vormt met de tweede trap 22, zouden meerdere uitwendige verbindingen noodzakelijk maken.The combined stream is then passed through the first stage catalytic bed (20), the tube side of heat exchanger 12, and the second stage (22) catalytic bed (22), respectively. A product stream 24 is discharged from the catalyst bed 22 to a reprocessor. It will be understood that when such a system is constructed from individual units, numerous connection lines are required with associated thermal expansion problems, large pressure drops and long residence times. Even a system in which, for example, the mixer 16 is integral with the first stage 20, and the exchanger 12 is integral with the second stage 22, would require multiple external connections.

10 Figuur 2 illustreert in schematische vorm de algemene opzet en de stromingspatronen voor een tweetrapsreactor R volgens de uitvinding, waarin alle boven weergegeven functies, uitgevoerd worden met een enkel vat, dat duidelijkheidshalve in figuur 2 slechts is gestippeld.Figure 2 schematically illustrates the general arrangement and flow patterns for a two-stage reactor R according to the invention, in which all the functions shown above are performed with a single vessel, which is only dotted for clarity in Figure 2.

De uitvinding is tenminste gedeeltelijk gebaseerd op het gebruik 15 van een enkel katalysatorbed 26, in de vorm van een cilinder met een buitenste geperforeerde wand 28, een binnenste geperforeerde wand 30 en een katalysator 32 die de ruimte daartussen opvult. Dit bed is verdeeld in een lagere zone die de eerste reactietrap vormt, in het algemeen aangeduid als 20 en een bovenste zone die de tweede reactie-20 trap vormt, in het algemeen aangeduid als 22. De warmteuitwisselaar 12 vormt een geheel met de reactor R en is geplaatst aan het ene einde van het katalysatorbed 26, terwijl menger 16 aan het andere eind daarvan is geplaatst. (Het zal duidelijk zijn dat de reactor ook ondersteboven kan worden ontworpen, maar in fig. 2 is de warmteuitwisselaar 12 geplaatst 25 bij het boveneind). In bedrijf worden de reactiecomponenten in leiding 10 gevoerd en geleid door de kemzijde van de warmteuitwisselaar 12 en vandaar door leiding 14 naar menger 16. Een tweede reactiecomponent kan bij 18 al of niet worden toegevoegd aan de menger 16. Zoals weergegeven door de gestreepte stromingslijnen stromen de reactiecomponenten 30 uit menger 16 in bovenwaartse richting door de ruimte, gedefinieerd door vullichaam 72 en de binnenste wand 30, en radiaal naar buiten door de lagere, eerste reactiezone 20. De reactiecomponenten en de reactiepro-, dukten van de eerste trap worden dan in bovenwaartse richting gevoerd door een ringvormig kanaal naar de top van de reactor waar zij de 35 buiszijde van warmteuitwisselaar 12 binnenkomen. Uit warmteuitwisselaar 12 stromen de reactiecomponenten weer in de ruimte gedefinieerd door vullichaam 72 en de binnenwand 30, maar nu stromen zij in benedenwaartse richting in plaats van opwaartse richting. De reactiecomponenten stromen 8301737 * > -5- in radiale richting naar buiten door de bovenste, tweede trap reactie-zone 22, in een tweede ringvormig. kanaal waarna zij uit de reactor worden verwijderd door uitlaat 24. Het verwisselen van de katalysator 32 vindt plaats door verbruikte katalysator onder invloed van de zwaar-5 tekracht te laten vallen uit de bodem van bed 26 en verse katalysator bovenin toe te voeren. Aangezien volgens de uitvinding slechts een enkel bed 26 wordt toegepast voor beide reactietrappen is het noodzakelijk te zorgen dat de reactiecomponenten in radiale buitenwaartse richting daardoorheen stromen en niet naar beneden of naar boven, hetgeen 10 zou leiden tot het vermengen van eerste en tweede traps reactiecompo-nenten. Dit wordt bewerkt door horizontale pluggen, aangegeven als 34, samen met de katalysator in te voeren zodat periodiek pluggen aanwezig zijn in de kolom en een "neutrale zone" leveren tussen de bovenste en lagere trappen waar de reactanten niet radiaal kunnen binnentreden, en 15 die voldoende lang is om daarin ten alle tijde een plug te hebben. Een vereenvoudigde verticale dwarsdoorsnede van een reactor R volgens de uitvinding wordt geïllustreerd in fig. 5. Een drukvat 36 is zodanig geconstrueerd dat het geschikt is voor het beoogde gebruik van de reactor R. De reactor R is voorzien van een afneembaar deksel 38, een 20 aantal inlaatopeningen 4(1 om de katalysator aan de bovenkant in te voeren en een aantal uitlaatopeningen 42 bij het onderste'einde om de katalysator af te voeren. De opstelling van interne gedeelten is in het algemeen gelijk aan die schematisch weergegeven in figuur 2 en dezelfde verwijzingscijfers zijn toegepast. Men ziet, dat een verschil tussen 25 fig. 2 en fig. 3 is, dat wat in fig. 2 boven is geplaatst, in fig. 3 juist onder zit, met uitzondering natuurlijk van de tussen- en afvoer-openingen voor de katalysator. In het bijzonder is de warmteuitwisselaar 12 van een algemene constructie, waarbij de kemzijde daarvan in verbinding staat met de inlaatleidingen 10 en aan het boveneinde met een lei-30 ding 14. De leiding 14 heeft een lengte die bijna gelijk is aan de totale lengte van de reactor en is buiten het reactorvat gemonteerd. Het boveneinde van leiding 14 staat in verbinding met een mengzone 16, waar ook een toevoerleiding 18 voor een tweede reactiecomponent uitkomt. Men ziet, dat in het centrale gedeelte van de badstructuur bij de neutrale 35 zone een vullichaam 72 is geplaatst, zodat de ruimte tussen de binnenwand 30 vein het katalysatorbed door dit vullichaam 72 in een bovenkamer 50 en een lagere kamer 48 wordt verdeeld, die overeenkomen met de 8301737 „ λ -6- respectievelijk tweede en eerste reactiezones die aan elkaar grenzen.The invention is based at least in part on the use of a single catalyst bed 26, in the form of a cylinder with an outer perforated wall 28, an inner perforated wall 30 and a catalyst 32 filling the space therebetween. This bed is divided into a lower zone constituting the first reaction stage, generally designated 20 and an upper zone constituting the second reaction stage, generally designated 22. The heat exchanger 12 is integral with reactor R and is placed at one end of the catalyst bed 26, while mixer 16 is placed at the other end thereof. (It will be understood that the reactor can also be designed upside down, but in Fig. 2 the heat exchanger 12 is placed at the top end). In operation, the reactants are fed into conduit 10 and passed through the core side of heat exchanger 12 and from there through conduit 14 to mixer 16. A second reactant may or may not be added to mixer 16 at 18 as shown by the dashed flow lines the reactants 30 from mixer 16 upwardly through the space, defined by filler body 72 and inner wall 30, and radially outwardly through the lower, first reaction zone 20. The reactants and the reaction products of the first stage are then introduced into upward through an annular channel to the top of the reactor where they enter the tube side of heat exchanger 12. From heat exchanger 12, the reactants flow back into the space defined by filler body 72 and inner wall 30, but now flow downward rather than upward. The reaction components flow out radially through the upper, second stage reaction zone 22, in a second annular form, in a radial direction. channel, after which they are removed from the reactor through outlet 24. The catalyst 32 is exchanged by dropping spent catalyst from the bottom of bed 26 under the influence of gravity and feeding fresh catalyst at the top. Since, according to the invention, only a single bed 26 is used for both reaction stages, it is necessary to ensure that the reactants flow in radial outward direction through them and not down or up, which would lead to mixing of first and second stage reaction components. nents. This is accomplished by inserting horizontal plugs, designated 34, along with the catalyst so that plugs are periodically present in the column and provide a "neutral zone" between the upper and lower stages where the reactants cannot enter radially, and which is long enough to have a plug in it at all times. A simplified vertical cross-section of a reactor R according to the invention is illustrated in Fig. 5. A pressure vessel 36 is constructed such that it is suitable for the intended use of the reactor R. The reactor R is provided with a removable cover 38, a 20 number of inlet openings 4 (1 to introduce the catalyst at the top and a number of outlet openings 42 at the lower end to discharge the catalyst. The arrangement of internal parts is generally similar to that shown schematically in Figure 2 and the same reference numerals have been used It will be seen that a difference between FIG. 2 and FIG. 3 is that what is placed in FIG. 2 above is in FIG. 3 just below, with the exception, of course, of the intermediate and discharge openings. In particular, the heat exchanger 12 is of a general construction, the core side of which is in communication with the inlet pipes 10 and at the top end with a pipe 14. D The line 14 has a length almost equal to the total length of the reactor and is mounted outside the reactor vessel. The top end of line 14 communicates with a mixing zone 16, where a supply line 18 for a second reaction component also exits. It can be seen that a filler body 72 is placed in the central portion of the bath structure at the neutral zone so that the space between the inner wall 30 of the catalyst bed is divided by this filler body 72 into an upper chamber 50 and a lower chamber 48, which correspond with the 8301737 „λ -6- second and first reaction zones adjacent to each other, respectively.

Het buitenoppervlak van vullichaam 72 is bij voorkeur zo gevormd dat het werkt als een deflector van de reactiecomponenten naar de katalysator 32, zodat, het bed gelijkmatig wordt gebruikt. Tussen het katalysa-5 torbed 32 en de binnenwand van het drukvat 36 is een ringvormige binnenwand 52 aangebracht die de beschikbare ruimte verdeelt in twee bij benadering gelijke, ringvormige kamers 54 en 56. Beide kamers 54 en 56 worden verdeeld in bovenste en lagere gedeelten, waarbij de lage gedeelten worden aangegeven door B en de· bovenste gedeelten door A. Op het niveau 10 van de neutrale zone 34 is er een overgangsopstelling, algemeen aangeduid als 58, zodat de lagere binnenste ringvormige kamer 54 B in vloei- » stofverbinding staat met de bovenste, buitenste ringvormige kamer 56 A.The outer surface of filler body 72 is preferably formed to act as a deflector of the reactants to the catalyst 32 so that the bed is used evenly. Between the catalyst bed 32 and the inner wall of the pressure vessel 36 is arranged an annular inner wall 52 which divides the available space into two approximately equal, annular chambers 54 and 56. Both chambers 54 and 56 are divided into upper and lower sections, the lower parts being indicated by B and the upper parts by A. At the level 10 of the neutral zone 34 there is a transition arrangement, generally designated 58, so that the lower inner annular chamber 54 B is in fluid communication with the upper, outer annular chamber 56 A.

Op soortgelijke wijze is de bovenste, binnenste kamer 54 A in vloeistof-communicatie met'de lagere, buitenste kamer 56 B. Elk van de binnenkamers 15 54 B en 54 A staan in verbinding met de. naburige gedeelten van het kata- lysatorbed 32 via de geperforeerde wand 30, maar zij staan niet in verbinding met elkaar. De onderste, buitenste kamer 56 B is onder open en staat in verbinding met de buiszijde van uitwisselaar 12. Daardoor worden de reactiecomponenten door kamer ‘50 geleid naar de bovenste, eerste 20 trap 20 en vandaar door kamers 54 A en 56 B naar uitwisselaar 12.Similarly, the upper, inner chamber 54A is in fluid communication with the lower, outer chamber 56B. Each of the inner chambers 54B and 54A are in communication with the. neighboring portions of the catalyst bed 32 through the perforated wall 30, but they are not in communication with each other. The lower, outer chamber 56 B is open at the bottom and communicates with the tube side of exchanger 12. Thereby, the reactants are passed through chamber 50 to the upper first 20 stage 20 and from there through chambers 54 A and 56 B to exchanger 12. .

De reactiecomponenten worden in omhoog richting geleid door de buizen van uitwisselaar 12 naar kamer 48 van waaruit de reactiecomponenten op gelijkmatige wijze worden geleid door de tweede reactietrap 22. Het ondereinde van kamer 54 B is gesloten, zodat reactieprodukten 25 die de tweede reactiezone 22 verlaten door kamer 54 B naar kamer 56 A moeten passeren, waarbij de laatste in verbinding staan met uitlaat 24 van het vat 36.The reactants are passed upwardly through the tubes from exchanger 12 to chamber 48 from which the reactants are uniformly passed through the second reaction stage 22. The bottom end of chamber 54B is closed such that reaction products leaving the second reaction zone 22 by chamber 54 B must pass to chamber 56 A, the latter communicating with outlet 24 of vessel 36.

Het boveneinde van het bed 26 is gesloten, en een veelvoud van valbuizen 68 staat in verbinding met inlaatopeningen 40 voor het in-30 voeren van katalysator (één is getoond). De uitlaatopeningen 42 staan rechtstreeks in verbinding met de bodem van het bed. Er valt op te merken dat menger 16 op een minimale afstand van de voedingsdeflector is (dat wil zeggen de wand van vullichaam 72) om de niet-katalytische verblijfstijd tot een minimum terug te brengen. Dezelfde relatie is van 35 toepassing op de top van uitwisselaar 12 en de tweede reactietrap 22.The top end of the bed 26 is closed, and a plurality of drop tubes 68 communicate with catalyst inlet ports 40 (one is shown). The outlet openings 42 communicate directly with the bottom of the bed. It should be noted that mixer 16 is a minimum distance from the feed deflector (i.e. the wall of filler body 72) to minimize non-catalytic residence time. The same relationship applies to the top of exchanger 12 and the second reaction stage 22.

De structuur van een geschikte dynamische afdichting of plug die met de katalysator naar beneden zal bewegen en gaslekkage tussen 8301737 -7- t de trappen zal verhinderen wordt weergegeven in figuur 3. Een plug kan bestaan uit een aantal lagen van een inert korrelvormig materiaal met gekozen deeltjesgrootte, dat chemisch inert is, zoals zand. Door een geschikte keuze van de deeltjesgrootte kan het systeem zo worden opge-5 steld dat migreren van fijne deeltjes in het lagere katalysatorbed en lekkage tussen de trappen wordt vermeden. Onder verwijzing naar figuur 3 is afdichting 34 samengesteld uit een sandwich met vijf lagen die top en bodemlagen 60 omvat van overlappende stukken metaalwol, tussenliggende lagen 62 van fijne katalysatordeeltjes en een centrale laag 64 van stuk-10 jes metaalfolie. Het zal duidelijk zijn dat bijzonderheden van de reac-torconstructie, de instrumentatie, de isolatie en dergelijke duidelijk zullen verschillen afhankelijk van het beoogde gebruik, en gemakkelijk zullen worden bepaald door een vakman op het gebied van dit soort reacties en reactieomstandigheden. Het zal echter dtd.de-15 lijk zijn dat reactoren volgens de uitvinding in het bijzonder geschikt zijn voor vacuum of lage druk systemen waarvan de reactiviteit voortgaat buiten de katalytische omgeving. Alle stromingen zijn ringvormig of radiaalvormig, en de inwendige wanden zijn alleen ontworpen voor drukverval en katalysatorondersteuning. indien een interne stzuctu-20 rele storing zal optreden zal die beperkt blijven binnen het vat en geen gevaar opleveren. Het ontwerp van het vullichaam 72 behoort een geleidelijke afneming in de inlaatdwarsdoorsnede langs de inlaatwand 30 van het katalysatorbed te leveren alsmede voorreactieruimte te vullen om de verblijfstijden van hete reactiecomponenten te verminderen.The structure of a suitable dynamic seal or plug that will move down with the catalyst and prevent gas leakage between the stages is shown in Figure 3. A plug may consist of a number of layers of an inert granular material with selected particle size, which is chemically inert, such as sand. By a suitable choice of particle size, the system can be arranged to avoid migration of fine particles in the lower catalyst bed and leakage between stages. Referring to Figure 3, seal 34 is composed of a five-layer sandwich comprising top and bottom layers 60 of overlapping pieces of metal wool, intermediate layers 62 of fine catalyst particles, and a central layer 64 of pieces of metal foil. It will be appreciated that details of the reactor construction, instrumentation, isolation and the like will clearly differ depending on the intended use, and will be readily determined by one skilled in the art of these types of reactions and reaction conditions. However, it will be apparent that reactors of the invention are particularly suitable for vacuum or low pressure systems whose reactivity proceeds outside the catalytic environment. All flows are annular or radial, and the internal walls are designed for pressure drop and catalyst support only. if an internal structural failure should occur, it will remain limited within the vessel and present no danger. The design of the filler body 72 should provide a gradual decrease in the inlet cross-section along the inlet wall 30 of the catalyst bed as well as fill pre-reaction space to reduce the residence times of hot reactants.

25 Interne thermische uitzettingsproblemen worden opgelost door te voorzien in uitzettingsafdichtingen voor concentrische cilinders. Vele typen zijn bekend. Een verscheidenheid van middelen zijn ook beschikbaar voor de constructie van het overgangsgedeelte, maar één voorbeeld is in meer detail geïllustreerd in figuren 4 en 6. Zo is bij het over-30 gangspunt de ringvormige wand 52 taps toelopend om zich aan te passen bij de geperforeerde wand 28 (een gedeelte daarvan is weergegeven) aan de ene kant en de buitenste wand 3& aan de andere kant, waarbij uitzet-tingsverbindingen en afdichtingen 66 in het bijzonder bij het laatste punt zijn voorzien. Horizontaal zich uitstrekkende platen 71 zijn ge-35 lijkvormig geplaatst in de overgangssectie 58, waarbij zij overgangs-sub-secties vormen. Een aantal openingen 68 en 70 zijn voorzien van tapse gedeelten die tegenover elkaar liggen in afwisselende subsecties, waar- 8301737 -8- door een vloeiende verbinding wordt verkregen tussen kamer 56 A en 54 B. De kamers 56 B en 54 A zijn geheel analoog geconstrueerd.Internal thermal expansion problems are solved by providing expansion seals for concentric cylinders. Many types are known. A variety of means are also available for the construction of the transition section, but one example is illustrated in more detail in Figures 4 and 6. Thus, at the transition point, the annular wall 52 is tapered to adapt to the perforated wall 28 (a portion of which is shown) on one side and outer wall 3 & on the other side, with expansion joints and seals 66 in particular provided at the last point. Horizontally extending plates 71 are arranged in the shape of transition section 58 to form transition sub-sections. A number of openings 68 and 70 are provided with tapered sections which face each other in alternating sub-sections, whereby a fluid connection is obtained between chambers 56 A and 54 B. The chambers 56 B and 54 A are constructed entirely analogously .

83017378301737

Claims (1)

t -9- C O N C L O S I E. Katalytische reactor, omvattend een verticaal, langwerpig en cilindrisch reactorvat met inlaten en uitlaten voor reactiefluïdum en binnen dat vat twee boven elkaar geplaatste ringvormige katalysatorbedden, die in radiale richting doorstroomd worden, almede een warmteuitwisselaar 5 en verbindingsleidingen, met het kenmerk, dat de reactor is voorzien van een langwerpig, ringvormig kat alys at orbed (26), concentrisch met het vat, welk bed is opgesloten tussen een buitenste geperforeerde wand (28) en een binnenste geperforeerde wand (30) welk bed door een of meer pluggen (34) is verdeeld in een eerste trap (20) en een tweede trap (22), waar-10 bij de ruimte binnen wand (30) door een vullichaam (72) is verdeeld in een eerste (50) en een tweede (48) toevoerkamer, terwijl verder inlaat (1Ó) via de warmteuitwisselaar (12), een buiten het reactorvat gemonteerde leiding (14) en menger (16) is verbonden met toevoerkamer (50), dat buiten de geperforeerde wand (28) kamers (54 A, 56 B), platen (71) 15 en openingen (68, 70) zijn aangebracht om de fluldumafvoer uit de eerste trap via de warmtewisselaar (12) en de~tweede—toevoerkamer (48) te leiden naar de tweede katalysatortrap (22) en kamers (54 Bv 56 A), platen (71) en openingen (68, 70) om de fluldumafvoer uit de tweede trap naar de uitlaat (24) te leiden. 8301737CONCLOSI E. Catalytic reactor, comprising a vertical, elongated and cylindrical reactor vessel with inlets and outlets for reaction fluid and within that vessel two superimposed annular catalyst beds, which are flowed in radial direction, as well as a heat exchanger 5 and connecting pipes, with characterized in that the reactor is provided with an elongated, annular cat alys at orbed (26) concentric with the vessel, which bed is enclosed between an outer perforated wall (28) and an inner perforated wall (30) which bed or more plugs (34) is divided into a first stage (20) and a second stage (22), the space within wall (30) being divided by a filler body (72) into a first (50) and a second (48) supply chamber, while further inlet (10) via the heat exchanger (12), a conduit (14) mounted outside the reactor vessel and mixer (16) is connected to supply chamber (50), which is outside the perforated wall (28) ers (54 A, 56 B), plates (71) 15 and openings (68, 70) are provided to direct the first stage fluid discharge through the heat exchanger (12) and the second supply chamber (48) to the second catalyst stage (22) and chambers (54 Bv 56 A), plates (71) and openings (68, 70) to direct second stage fluid drain to outlet (24). 8301737
NLAANVRAGE8301737,A 1972-03-15 1983-05-16 CATALYTIC REACTOR. NL178943C (en)

Applications Claiming Priority (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US23483172A 1972-03-15 1972-03-15
US23483172 1972-03-15
NL7303559 1973-03-14
NL7303559A NL174526C (en) 1972-03-15 1973-03-14 CATALYTIC REACTOR.

Publications (3)

Publication Number Publication Date
NL8301737A true NL8301737A (en) 1983-09-01
NL178943B NL178943B (en) 1986-01-16
NL178943C NL178943C (en) 1986-06-16

Family

ID=26644865

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
NLAANVRAGE8301737,A NL178943C (en) 1972-03-15 1983-05-16 CATALYTIC REACTOR.

Country Status (1)

Country Link
NL (1) NL178943C (en)

Also Published As

Publication number Publication date
NL178943C (en) 1986-06-16
NL178943B (en) 1986-01-16

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US4405562A (en) Axial-radial reactor for heterogeneous synthesis
US5405586A (en) Radial flow heat exchanging reactor
US5250270A (en) Catalytic reactor bed
US4372920A (en) Axial-radial reactor for heterogeneous synthesis
US4181701A (en) Apparatus and process for the synthesis of ammonia
CA2337824C (en) Radial flow reactor
US6190624B1 (en) Simplified plate channel reactor arrangement
RU2361657C2 (en) Fixed-bed catalytic reactor
US8071059B2 (en) Chemical reactor
US8343433B2 (en) Tube reactor
RU2031702C1 (en) Reactor for exothermic gaseous-phase reaction and a method to perform the exothermic gaseous-phase reaction
US7803331B2 (en) Isothermal chemical reactor
JPS627435A (en) Catalytic conversion of gas or liquid in multitubular type reactor
US3918918A (en) Catalytic reactor
JPH03502422A (en) bundle tubular reactor
KR100588437B1 (en) Reactor comprising a contact tube bundle
JPH0347135B2 (en)
CN101687161A (en) Reactor panel for catalytic processes
AU2011238066B2 (en) Chemical reactor with a plate heat exchanger
US4482523A (en) Ammonia synthesis converter
US8404188B2 (en) Heat exchange unit for isothermal chemical reactors
EP3621725B1 (en) Multi-bed catalytic converter with inter-bed cooling
JPH06205966A (en) Reactor for contact process
EP0212689B1 (en) Catalytic conversion of liquid and/or gas
NL8301737A (en) Two=stage reactor having vessel contg. annular catalyst bed - with plug between stages, radially outward flows, heat exchanger, and feed mixer

Legal Events

Date Code Title Description
A1A A request for search or an international-type search has been filed
BB A search report has been drawn up
BC A request for examination has been filed
A85 Still pending on 85-01-01
V1 Lapsed because of non-payment of the annual fee