NO149629B - Reaktor for metanisering av karbonoksyder i en ammoniakk-syntesegass - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse vedrører en reaktor for metanisering 'av karbonoksydforurensningene i en ammoniakk-syntesegass, omfattende en reaktormantel, foretrukket av karbonstål eller lavlegert stål med ikke mer enn 0,5% Mo,

hvor det i reaktoren befinner seg en ved hjelp av isolasjons-materiale isolert enhet, omfattende et ringformet katalysatorlag og et gjennom dette forløpende, sentralt rør, koaksialt med reaktormantelen,

gjennom hvilket rør forvarmet syntesegass skal ledes før den tilføres til katalysatorlaget,

idet det mellom reaktormantelen og den nevnte enhet er anordnet et ringrom,

og at det ved bunnen av reaktoren er anordnet en utløpsledning for behandlet gass,

og det særegne ved reaktoren i henhold til oppfinnelsen er at ringrommet er udelt og innrettet for gjennomstrømning bare av den tilførte, kalde syntesegass,

at den isolerte enhet foruten katalysatorlaget også inneholder en rørbuntvarmeveksler, innrettet for forvarming av syntesegassen,

at reaktoren, som i og for seg kjent, har et lokk med gjennom-føringer for gasstilførselsrør og termoføler,

og at utløpsledningen er forsynt med et tetningssystem som inneholder en todelt pakning av isolerende pakningsmateriale, idet det mellom de to pakningsdeler er anordnet en hul bøssing for innføring av vann under et trykk som er større enn arbeidstrykket i reaktoren.

Fordelaktig er reaktoren utstyrt med et separat innløpsrør for igangkjøringsgass, idet dette er ført gjennom lokket ned til katalysatorlaget og forsynt med et innløps-tetningssystem.

Disse trekk ved oppfinnelsen fremgår av patentkravene.

Metaniseringsreaktorer er vanligvis loddrette sylindriske be-holdere som i sitt indre inneholder et eller flere lag av en katalysator. Deres virkemåte er kort fortalt at de varme gasser som skal metaniseres kommer inn i reaktoren ved en temperatur på omtrent 300°C, strømmer gjennom katalysatorlaget, hvori de reagerer, og går ut fra reaktoren ved en temperatur på omtrent 350°C. Den varme gassformede blanding oppnådd på denne måte sendes til en utvendig varmeveksler for forvarming av de kalde gasser som skal sendes til metanisering til omtrent 300°C.

Metaniseringsreaktorer oppbygget i henhold til konvensjonell teknikk har den ulempe at de bringer de varme gasser som skal reagere til kontakt med reaktor-mantelen i en viss tid og dette gjør det nødvendig å arbeide under lave trykk eller for oppbygging av reaktormantelen å anvende meget dyre typer av rustfritt stål, eller å anvende ildfaste foringer for skjerm-ing av mantelen fra direkte kontakt med gassene. Den siste løsning medfører en ytterligere økning av byggeomkostningene da størrelsen av reaktoren på grunn av den betraktelige tykkelse av foringen må tilsvarende forstørres.

Det er overraskende funnet at de samme resultater kan oppnås ved å anvende en reaktor med en innmontert varmeveksler av rørbunttypen, anordnet under et ringformet katalysator1ag, og ved å anordne en sirkulasjon av kalde gasser som skal omsettes i ringrommet mellom reaktormantelen og den isolerte enhet av katalysatorlag/varmeveksler, idet det nevnte ringrom er udelt og innrettet for gjennomstrømning bare av den tilførte, kalde syntesegass.

Ved å gjøre dette vil de indre veggflater i mantelen og selve mantelen som sådan under reaksjonen befinner seg ved en forholdsvis lav temperatur og de kan således bygges opp av et helt vanlig karbonholdig stål, eller eventuelt av et stål med en lav prosentandel av tilsatte legeringselementer. Dette forhold tillater at ammoniakk-syntesegassene kan metaniseres med utbytter som tilsvarer utbyttene ved tidligere kjente metoder, med den unektelige fordel at det for reaktormantelen, som utsettes for innvirkning av forholdsvis høye trykk, kan anvendes et mer alminnelig og således billigere material.

I denne henseende er karbonholdige stål og stål som inneholder en lav prosentandel av legeringselementer, f.eks. opptil 0,5% molybden, spesielt fordelaktige.

Prosessføringen under anvendelse av metaniseringsreaktoren i henhold til oppfinnelsen vil foregå på følgende måte: De kalde gasser som skal omsettes kommer inn gjennom toppen av reaktoren, synker ned i ringrommet mellom reaktormantelen og den isolerte enhet av katalysatorlag/varmeveksler, hvori de underkastes bare en lett oppvarming da de holder reaktor-mantelen kjølig, stiger opp gjennom den sentrale del av reaktoren og stryker over rørene i varmeveksleren (hvorigjennom de omsatte varme gasser strømmer) og oppvarmes inntil de når den temperatur som er egnet for reaksjonen. I dette trinn stiger de forvarmede gasser som skal omsettes opp gjennom et rør som er koaksialt med katalysatorlaget og strømmer deretter med en synkende bevegelse gjennom katalysatoren, hvori de reagerer og sendes inn i rørene i varmeveksleren slik at de overfører sin reaksjonsvarme til de innkommende kalde gasser gjennom rørveggene i varmeveksleren. Ved dette trinn slipper de utgående avkjølte reaktorgasser ut gjennom reaktorens bunnvegg og er klar for anvendelse i mulige etterfølgende operasjoner.

Metaniseringsreaktoren skal nå beskrives mer detaljert med henvisning til fig. 1, som er et langsgående tverrsnitt av reaktoren.

Reaktoren er sammensatt av en mantel 1 hvortil lokket 3 er festet ved hjelp av et antall skruer 2. Til lokket 3 er i sin tur festet røret 4 for innføring av den friske blanding av gasser som skal omsettes under det normale prosessforløp, røret 5 for innføring av de varme gasser for å starte opp reaktordriften og som skal forklares nærmere senere, og en boring 6 for innføring av et termoelement.

I det indre av mantelen er det anordnet et ringformet katalysatorlag, antydet ved 7, understøttet av et gitter 8 og et lag av aluminiumoksydkuler 9, og under katalysatorlaget er montert en rørbunt-varmeveksler 10, hvorav bare et enkelt rør er vist i illustrerende hensikt. Varmeveksleren er utstyrt med ledeplater 11 for å forbedre varmeoverføringen fra de varme gasser til de kalde gasser.

Mellom reaktormantelen 1 og enheten som utgjøres av katalysatorlaget og varmeveksleren er det et ringrom 12. Enheten er varmeisolert ved hjelp av et lag av isolasjonsmaterial 13 som kan bestå av glassull, stenull eller også asbestpulver. Ved innløpet henholdsvis utløpet for gassene inn i og ut fra reaktoren er det anordnet pakkbokstetninger 14 og 15 som skal beskrives mer detaljert i forbindelse med fig. 2 og 3, og deres virkemåte skal også forklares mer detaljer i det følgende..

De kalde gasser passerer inn i metaniseringsreaktoren gjennom røret 4, strømmer gjennom ringrommet 12 og kommer gjennom portene 17 inn i varmeveksleren 10 for derved å bli oppvarmet. De oppvarmede gasser stiger opp gjennom det sentrale røret 18 og strømmer gjennom det indre av katalysatorlaget 7. De omsatte gasser strømmer gjennom varmevekslerrørene 10 (inne i disse) og avkjøles derved og kommer ut fra metaniseringsreaktoren gjennom røret 19.

Når reaktoren settes igang, eller settes i gang på nytt etter avkjøling, er det nødvendig at en viss mengde av varme gasser som skal omsettes tilføres og oppvarmes til reaksjonstempera-turen, og slike gasser kan da innføres gjennom røret 4. For å unngå oppvarming av mantelveggene føres mengden av reagerende varme gasser direkte til katalysatoren gjennom det separate rør 5, mens de kalde gasser innføres gjennom røret 4 som tidligere. For å forhindre sammenblanding av de varme gasser med de kalde gasser er det anordnet et pakkboks-tetningssystem 14 som fremgår best av fig. 2. Innløpstetningssystemet omfatter skrueviklede trådbunter 20, anslag 21 og en pakningsring 22 som presser de skrueviklede trådbunder mot anslagene slik at det tilveiebringes en god tetning for de kalde gasser. Et annet tetningsproblem foreligger ved bunnen av metaniseringsreaktoren hvor det på grunn av nedoverrettet ekspansjon av røret 19 kan oppstå lekkasjer av reagerende gasser i kontakt-området mellom røret og mantelveggene.

For å løse dette problem er det tilpasset et pakkbokssystem som er utstyrt med en mellomliggende hul bøssing og som tillater tvangsmessig sirkulasjon av vann under trykk for å forhindre at farlige reaksjonsgasser kan slippe ut av reaktoren.

Fig. 3 er et skjematisk riss som viser denne spesielle type tetning. Mellom den ytre vegg av røret 19 og huset 1 er det anordnet en skrueviklet asbest-trådbunt 23 som holdes fast-presset i stilling ved hjelp av reaktor-bunnveggen 24 og ved hjelp av en flens-pressring 25. Pakningen er delt opp i to deler ved hjelp av en hul bøssing 26 og denne er via en kanal 27 forbundet til en kilde for vann under trykk. Når en lekkasje forekommer i tetningssystemet kan ikke de reagerende gasser trenge ut av reaktoren da vannet holdes under et trykk som overstiger det trykk som oppnås i reaktoren.

Den type metaniseringsreaktor som er beskrevet i det foregå-ende er spesielt fordelaktig i integrerte ammoniakk-ureaanlegg da den tillater metanisering av CC^ og CO under det samme trykk som oppnås i ammoniakk-reaktoren. Nødvendigheten av å komprimere den metaniserte gassblanding opp til syntesetrykket bortfaller, og dette er en vesentlig fordel.

Claims (2)

1. Reaktor for metanisering av karbonoksydforurensningene i en amrnoniakk-syntesegass, omfattende en reaktormantel (1), foretrukket av karbonstål eller lavlegert stål med ikke mer enn 0,5% Mo, hvor det i reaktoren befinner seg en ved hjelp av isolasjons-materiale (13) isolert enhet, omfattende et ringformet katalysatorlag (7) og et gjennom dette forløpende, sentralt rør (18), koaksialt med reaktormantelen (1), gjennom hvilket rør forvarmet syntesegass skal ledes før den tilføres til katalysatorlaget (7), idet det mellom reaktormantelen (1) og den nevnte enhet er anordnet et ringrom (12), og at det ved bunnen av reaktoren er anordnet en utløpsledning (19) for behandlet gass, karakterisert ved at ringrommet (12) er udelt og innrettet for gjennomstrømning bare av den tilførte, kalde syntesegass, at den isolerte enhet foruten katalysatorlaget (7) også inneholder en rørbuntvarmeveksler (10), innrettet for forvarming av syntesegassen, at reaktoren, som i og for seg kjent, har et lokk (3) med gjennomføringer for gasstilførselsrør og termoføler, og at utløpsledningen (19) er forsynt med et tetningssystem (15) som inneholder en todelt pakning av isolerende pakningsmateriale (23), idet det mellom de to pakningsdeler er anordnet en hul bøssing (26) for innføring av vann under et trykk som er større enn arbeidstrykket i reaktoren.

2. Reaktor som angitt i krav 1, karakterisert ved a t den er utstyrt med et separat innløpsrør (5) for igangskjøringsgass,som er ført gjennom lokket (3) ned til katalysatorlaget (7) og forsynt med et innløps-tetningssystem (14).