PL108933B1 - Methanation reactor - Google Patents

Description

Przedmiotem wynalazku jest reaktor prekatalizy, wewnatrz którego znajduje sie wymiennik ciepla podgrzewajacy zimne gazy przeznaczone do reakcji katalizy.Znane sa reaktory prekatalizy o pionowych, wal¬ cowych zbiornikach, zawierajacych jedna lub kil¬ aka warstw katalizatora. Dzialanie ich polega ogól¬ nie na wprowadzeniu do reaktora goracych gazów o temperaturze okolo 300°C, przeznaczonych do metanizacji, przepuszczeniu ich przez zloze kata¬ lizatora, gdzie nastepuje wymieszanie, i wypro¬ wadzeniu z reaktora, przy temperaturze okolo 350°C. Nastepnie mieszanina goracych gazów zo¬ staje skierowana do zewnetrznego wymiennika cie¬ pla, gdzie ogrzewa do temperatury okolo 300°C strumien zimnych gazów przeznaczonych do me¬ tanizacji.Znany jest z belgijskiego opisu patentowego nr 499 694 reaktor prekatalizy z rurowym wymienni¬ kiem ciepla dla wysokich cisnien i temperatur, umieszczone w tym samym zbiorniku. Autoklaw zawierajacy katalizator spoczywa na rurze wy¬ miennika ciepla, która z kolei jest oparta o dno zbiornika wysoko-cisnieniowego. Górna czesc auto¬ klawu jest umieszczona w otworze pokrywy, w którym przesuwa sie w wyniku dylatacji autokla¬ wu. Natomiast dolna czesc wymiennika ciepla jest umieszczona w leju odplywowym wykonanym w dnie zbiornika, i jest uszczelniona za pomoca dla¬ wicy. 10 15 25 30 Wada tradycyjnych reaktorów prekatalizy jest bezposrednia, przez pewien czas, stycznosc substra- tów gazowych z obudowa reaktora, a to narzuca koniecznosc stosowania niskiego cisnienia robocze¬ go badz uzycia do Obudowy bardzo kosztownych odmian stali nierdzewnej, badz tez wykladzin og¬ niotrwalych, oslaniajacych obudowe przed stru¬ mieniem gazów. Ostatnia z metod wiaze sie jed¬ nak ze wzrostem nakladów inwestycyjnych, gdyz przestrzen robocza zajeta przez grube wykladziny musi byc zrównowazona odpowiednio wiekszymi wymiarami reaktora.W celu unikniecia tych niedogodnosci wykonano reaktor prekatalizy zawierajacy zewnetrzna obu¬ dowe, zamocowana do niej pokrywe z tego same¬ go metalu, która ma gniazdo termoelementu i prze¬ chodzace przez nia rury dostarczajace substraty gazowe do matanizacji, oraz zespól utworzony przez pierscieniowe zloze katalizatora, ponizej któ¬ rego jest umieszczony rurkowy wymiennik ciepla, przy czym zarówno wymiennik ciepla jak i zloze katalizatora sa usytuowane wewnatrz obudowy, zas miedzy nimi a obudowa utworzona jest szczeli¬ na, która przemieszczaja sie zimne substraty ga¬ zowe oplywajace rury wymiennika ciepla, którego przestrzenie miedzyrurowe polaczone sa ze zlozem katalizatora wspólosiowa do obudowy rura, która przesylane sa substraty gazowe po przejsciu przez szczeline i podgrzaniu przez wymiennik ciepla, do zloza katalizatora z tym, ze przestrzen pod zlo- 108 933108 933 3 zem jest polaczona z rurami wymiennika, w któ¬ rych produkty reakcji oddaja swoje cieplo, zas wymiennik ciepla i zloze katalizatora maja war¬ stwe izolacyjna, natomiast reaktor ma uszczelnie¬ nie z plecionek, zapobiegajace ulatnianiu sie gazu 5 zarówno w czesci wlotowej jak i wylotowej. Isto¬ ta wynalazku polega na tym, ze uszczelnienie jest utworzone z oplotów dociskanych przez scianke dna reaktora i dlawik, przy czym oploty sa roz¬ dzielane przez tuleje, która jest polaczona kanalem 10 ze zródlem wody pod cisnieniem. Nalezy zauwa¬ zyc, ze wtryskiwana woda nie wchodzi do wne¬ trza reaktora ale przeplywa w obiegu, który obej¬ muje jedynie strefe zespolu dlawikowego tak, ze nie ma ryzyka zanieczyszczenia gazów reakcyjnych 15 woda.Stwierdzono nieoczekiwanie, iz równie korzy¬ stne jak dotad rezultaty produkcyjne mozna uzy¬ skac stosujac zgodnie z wynalazkiem, reaktor z umieszczonym wewnatrz rurkowym wymienni- 2t kiem ciepla, ustawionym pod pierscieniowym zlo¬ zem katalizatora i specjalny obieg zimnych gazów, przeznaczonych do reakcji, w szczelinie miedzy obudowa reaktora a zespolem wymiennika ciepla zlozakatalizatora. 25 W rozwiazaniu takim, wewnetrzne sciany obu¬ dowy, a takze cala obudowa, pracuja podczas re¬ akcji w stosunkowo niskiej temperaturze, moga byc zatem wykonane ze zwyklej stali weglowej lub, w najgorszym razie, ze stali o malej zawartosci 39 procentowej skladników stopowych.A zatem, gazy do syntezy amoniaku moga byc metanizowane z wydajnoscia wlasciwa dotychcza¬ sowym metodom, przy jednoczesnej tej istotnej za¬ lecie, iz obudowa reaktora, podlegajaca stosunko- 35 wo duzemu cisnieniu roboczemu, moze byc wyko¬ nana' z gorszych gatunkowo, a wiec tanszych ma¬ terialów. Szczególnie korzystnie jest stosowac sta¬ le o niskiej zawartosci procentowej, skladników stopowych, na przyklad do 0,5% molibdenu. 40 W reaktorze prekatalizy, zimne substraty gazo¬ we dostaja sie poprzez górna czesc urzadzenia do szczeliny miedzy obudowa reaktora a zespolem wymiennik ciepla — zloze katalizatora, gdzie na¬ stepuje nieznaczne, dla unikniecia nagrzewania 45 obudowy, ich podgrzanie, po czym unosza sie w srodkowej czesci reaktora, oplywajac rury wymien¬ nika, przez które przeplywa goraca mieszanka ga¬ zowa, gdzie nagrzewaja sie do zadanej temperatu¬ ry reakcji. Wówczas, podgrzane substraty gazowe 50 unosza sie rura, ustawiona wspólosiowo ze zlozem katalizatora, po czym przemieszczaja sie opadajac przez katalizator, gdzie nastepuje reakcja, a naste¬ pnie dostaja sie do rur wymiennika, przekazujac swe cieplo reakcji poprzez scianki rur, wchodza- 55 cym do urzadzenia zimnym substratom gazowym.Tak uzyskana, ochlodzona, gotowa mieszanka ga¬ zowa opuszcza reaktor przez dolna scianke urza¬ dzenia i zostaje skierowana do dalszych ogniw technologicznych. to Przedmiot wynalazku jest uwidoczniony w przy¬ kladzie wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia reaktor w przekroju podluznym, fig. 2 — szczególy uszczelnienia górnego przewodu do¬ plywowego, w przekroju podluznym oraz fig. 3 15 4 — szczególy uszczelnienia dolnej scianki reaktora, w przekroju podluznym.Reaktor ma obudowe 1 z pokrywa 3 dokrecona do obudowy 1 srubami 2. Do pokrywy 3 zamoco¬ wana jest rura 4 doprowadzajaca, w zwyklym cyklu pracy, przeznaczone do wymieszania sklad¬ niki gazowe, i rura 5, która dosylane sa gorace ga¬ zy podczas uruchamiania reaktora oraz w trakcie czynnosci omówionych dalej. W pokrywie 3 znaj¬ duja sie takze gniazdo 6 termoelementu. W obu¬ dowie 1 spoczywa, na siatce 8 i warstwie kulek aluminiowych 9, pierscieniowe zloze 7 katalizato¬ ra. Pod zlozem 7 umieszczono rurkowy wymien¬ nik 10 ciepla. Dla przejrzystosci pokazano tylko jedna z rur. Wymiennik 10 ciepla ma przegrody kierujace H, które ulatwiaja przenikanie ciepla z gazów goracych do zimnych.Pomiedzy obudowa 1 a zespolem utworzonym przez zloze 7 katalizatora oraz wymiennik 10 cie¬ pla znajduje sie szczelina 12. Zespól ten ma war¬ stwe izolacyjna 13 z materialu izolacyjnego np. waty szklanej, welny mineralnej badz proszku azbestowego. Zarówno czesc wlotowa, dla gazów dostajacych sie do reaktora, jak i wylotowa, dla opuszczajacej reaktor gotowej mieszanki, ma usz¬ czelnienia 14, 15 z plecionek (fig. 1). Szczególy dzialania zostana omówione dalej.Zimne substraty gazowe dostaja sie do reakto¬ ra rura 14, nastepnie poprzez szczeline 12 i otwory 17 przechodza do wymiennika 10 ciepla, gdzie zo¬ staja ogrzane, po czym unosza sie rura srodko¬ wa 18 przez zloze 7 katalizatora. W zlozu 7 zacho¬ dzi reakcja i gotowa mieszanka gazowa przemie¬ szcza sie rurami wymiennika 10, obnizajac przy tym swa temperature, i zostaje odprowadzona na zewnatrz reaktora rura 19.W przypadku uruchamiania reaktora lub ponow¬ nego rozruchu chlodnego urzadzenia, nalezy do- slac pewna ilosc substratów gazowych podgrza¬ nych do temperatury reakcji. Aby uniknac na¬ grzewania scian obudowy 1, podgrzane gazy do- syla sie nie przewodem 4, lecz przewodem 5 bez¬ posrednio do katalizatora podczas, gdy chlodne substraty gazowe wprowadzane sa jak zwykle, przewodem 4. Uszczelnienia 14 z plecionek (fig. 1) zapobiegaja mieszaniu sie gazów cieplych z zim¬ nymi. Uszczelnienie 14 sklada sie z oplotów 20 (fig. 2) wystepu oporowego 21 i dlawika 22. Dla¬ wik 22 dociska oploty 20 do wystepu 21, a to daje mocne uszczelnienie strumienia zimnych ga¬ zów. Trudnym zadaniem jest równiez uszczelnie¬ nie dna reaktora, w miejscu gdzie przewód 19 wy¬ chodzi przez obudowe, gdyz moga sie tu ulatniac substancje gazowe.W tym przypadku zastosowano dlawik z posred¬ nia tuleja i wymuszonym obiegiem wody pod cis¬ nieniem. Wyklucza to przenikanie na zewnatrz re¬ aktora szkodliwych skladników gazowych.Uszczelnienie to przedstawiono schematycznie na fig. 3. Pomiedzy przewodem 19 i obudowa 1 znaj¬ duja sie oploty wlókien azbestowych 23 np. ple¬ cionka, dociskane przez scianke dna 24 reaktora i dlawik kolnierzowy 25. Tuleja 26 dzieli oploty 23 na dwie czesci i jest polaczona kanalem 27 ze zródlem wody pod cisnieniem. Przenikaniu na108 933 6 zewnatrz skladników gazowych zapobiega woda, dostajaca sie do reaktora pod cisnieniem przekra¬ czajacym robocze cisnienie urzadzenia, w przypad¬ ku pojawienia sie nieszczelnosci.Przedstawiony typ reaktora prekatalizy jest szczególnie przydatny w zakladach azotowych o lacznej produkcji amoniaku i mocznika, gdyz me- tanizacja C02 oraz CO zachodzi pod wysokim cis¬ nieniem wystepujacym w reaktorze amoniaku. Od¬ pada przeto koniecznosc sprezania zmetanizowanej mieszanki gazowej do wartosci wymaganej przy syntezie amoniaku, a to stanowi powazna zalete.Zastrzezenia patentowe 15 1. Reaktor prekatalizy zawierajacy zewnetrzna obudowe, zamocowana do niej pokrywe z tego sa¬ mego metalu, która ma gniazdo termoelementu i przechodzace przez nia rury dostarczajace sub- straty gazowe do metanizacji, oraz zespól utwo- 2o rzony przez pierscieniowe zloze katalizatora, po¬ nizej którego jest umieszczony rurkowy wymien¬ nik ciepla, przy czym zarówno wymiennik jak i zloze katalizatora sa usytuowane wewnatrz obu¬ dowy, miedzy nimi zas a obudowa utworzona jest 2s szczelina, która przemieszczaja sie zimne substra- ty gazowe oplywajace rury wymiennika, którego przestrzenie miedzyrurowe polaczone sa ze zlo¬ zem katalizatora wspólosiowa do obudowy rura, która przesylane sa suhstraty gazowe po przejsciu przez szczeline i podgrzaniu przez wymiennik ciep¬ la do zloza katalizatora z tym, ze przestrzen pod zlozem jest polaczona z rurami wymiennika, w których produkty reakcji oddaja swoje cieplo, zas wymiennik ciepla i zloze katalizatora maja war¬ stwe izolacyjna, natomiast reaktor ma uszczelnie¬ nia z plecionek, zapobiegajace ulatnianiu sie gazu zarówno w czesci wlotowej jak i wylotowej, zna¬ mienny tym, ze uszczelnienie jest utworzone z oplotów (23) dociskanych przez scianke dna (24) reaktora i dlawik (25), przy czym oploty (23) sa rozdzielone przez tuleje (26), która jest polaczona kanalem (27) ze zródlem wody pod cisnieniem. ' 2. Reaktor wedlug zastrz. 1, znamienny tym, ze przez pokrywe (3) reaktora jest przeprowadzona rura (5) do doprowadzenia pewnej ilosci podgrza¬ nych gazów bezposrednio do zloza (7) katalizatora. ' 3. Reaktor wedlug zastrz. 1, znamienny tym, ze obudowa (1) reaktora jest ze stali weglowej badz stopowej o zawartosci molibdenu do 0,5%. /108 933 trr-Ti Bltk 1738/80 r. 100 egz. A4 Cena 45 zl PL

Claims (3)

1. Zastrzezenia patentowe 15 1. Reaktor prekatalizy zawierajacy zewnetrzna obudowe, zamocowana do niej pokrywe z tego sa¬ mego metalu, która ma gniazdo termoelementu i przechodzace przez nia rury dostarczajace sub- straty gazowe do metanizacji, oraz zespól utwo- 2o rzony przez pierscieniowe zloze katalizatora, po¬ nizej którego jest umieszczony rurkowy wymien¬ nik ciepla, przy czym zarówno wymiennik jak i zloze katalizatora sa usytuowane wewnatrz obu¬ dowy, miedzy nimi zas a obudowa utworzona jest 2s szczelina, która przemieszczaja sie zimne substra- ty gazowe oplywajace rury wymiennika, którego przestrzenie miedzyrurowe polaczone sa ze zlo¬ zem katalizatora wspólosiowa do obudowy rura, która przesylane sa suhstraty gazowe po przejsciu przez szczeline i podgrzaniu przez wymiennik ciep¬ la do zloza katalizatora z tym, ze przestrzen pod zlozem jest polaczona z rurami wymiennika, w których produkty reakcji oddaja swoje cieplo, zas wymiennik ciepla i zloze katalizatora maja war¬ stwe izolacyjna, natomiast reaktor ma uszczelnie¬ nia z plecionek, zapobiegajace ulatnianiu sie gazu zarówno w czesci wlotowej jak i wylotowej, zna¬ mienny tym, ze uszczelnienie jest utworzone z oplotów (23) dociskanych przez scianke dna (24) reaktora i dlawik (25), przy czym oploty (23) sa rozdzielone przez tuleje (26), która jest polaczona kanalem (27) ze zródlem wody pod cisnieniem. '
2. 2. Reaktor wedlug zastrz. 1, znamienny tym, ze przez pokrywe (3) reaktora jest przeprowadzona rura (5) do doprowadzenia pewnej ilosci podgrza¬ nych gazów bezposrednio do zloza (7) katalizatora. '
3. 3. Reaktor wedlug zastrz. 1, znamienny tym, ze obudowa (1) reaktora jest ze stali weglowej badz stopowej o zawartosci molibdenu do 0,5%. /108 933 trr-Ti Bltk 1738/80 r. 100 egz. A4 Cena 45 zl PL