PL116376B1 - Ammonia producing reactor with radial flow - Google Patents

Description

Przedmiotem wynalazku jest reaktor o przeply¬ wie promieniowym do syntezy amoniaku z wytwa¬ rzaniem pary o wysokiej temperaturze, a zwlaszcza reaktor do syntezy amoniaku z dwoma zlozami ka¬ talitycznymi.Znane reaktory o przeplywie promieniowym, do syntezy amoniaku zbudowane sa z pionowego na¬ czynia cylindrycznego, wewnatrz którego umiesz¬ czone sa dwa zloza katalityczne zamkniete w po¬ jemnikach pierscieniowych o dziurkowanych scian¬ kach. Reaktory te dzialaja w nastepujacy sposób: czesc gazów syntezowych po wstepnym ogrzaniu we wnetrzu reaktora kosztem ciepla wydzielajace¬ go sie podczas trwania reakcji, wprowadzona zo¬ staje do pierwszego zloza katalitycznego i przeply¬ wa przez nie promieniowo w kierunku od we¬ wnatrz na zewnatrz.• Produkty reakcji i nieprzereagowane gazy ucho¬ dzace ze zloza pierwszego mieszaja sie z pozostala czescia gazów syntezowych w strefie pierscieniowej utworzonej miedzy zewnetrznym naczyniem cylin¬ drycznym a pierscieniowymi pojemnikami dziur¬ kowanymi, po czym mieszanina ta dochodzi do dru¬ giego zloza katalitycznego, przeplywajac przez nie promieniowo w kierunku od obszaru zewnetrznego do wnetrza.Nastepnie wymusza sie przeplyw gazów przerea- gowanych, przez wymiennik cieplny, którego jed¬ nym z zadan jest wstepne ogrzanie strumienia ga- 15 25 30 zów przed wprowadzeniem ich do pierwszego zloza katalitycznego.Znane dotychczas reaktory z przeplywem promie¬ niowym wytwarzaly amoniak w sposób zadowala¬ jacy lecz wada ich byla strata ciepla reakcji, któ¬ re nalezalo odzyskiwac, przy czym odzyskiwanie to musialo byc prowadzone poza reaktorem.Znany jest z polskiego opisu patentowego nr 79262 reaktor zawierajacy przegrizewacz pary zamonto¬ wany w górnej pokrywie reaktora, umieszczony w górnym zlozu katalitycznym reaktora o przeply¬ wie wzdluznym, w którym gazy przeplywaja wzdluz zloza katalitycznego w celu odbierania ciepla re¬ akcji.Jednakze ten reaktor zawiera trzy zloza katali¬ tyczne, a to wymaga konstrukcji o duzych gaba¬ rytach a wiec ciezkich i kosztownych, z powodu zastosowania wiekszej ilosci zlóz katalitycznych.Celem wynalazku jest odzyskiwanie ciepla re¬ akcji w sposób prosty i tani, przy jednoczesnym wytwarzaniu pary o wysokiej temperaturze, a jed¬ noczesnie przy zachowaniu zasad dzialania reak¬ tora o przeplywie promieniowym, a wiec o zwartej konstrukcji.Cel ten osiagnieto przez wykonanie reaktora o przeplywie promieniowym, do syntezy amoniaku zawierajacego obudowe zewnetrzna ze stali stopo¬ wej, wspólosiowa z nia obudowa wewnetrzna, w której powyzej wymiennika ciepla sa umieszczone dwa zloza katalityczne, jedno nad drugim, z któ- 116 376116: ; 3 rych .zloze górne zawiera wewnatrz parownik ma¬ jacy wlot wody zasilajacej i wlot pary przegrzanej, zamontowany w górnej pokrywie reaktora.Istota wynalazku polega na tym, ze parownik jest otoczony rura cylindryczna przyspawana doi- 5 nym koncem do krawedzi otworu plyty podpiera¬ jacej, w poblizu którego ta rura ma otwory prze¬ lotowe, przy czym górne zloze katalityczne, w gór¬ nym koncu, przykryte jest pierscieniowa plyta za¬ mykajaca przylegajaca do obudowy wewnetrznej, 1C zas w pewnej odleglosci od osi plyty zamykajacej jest ona polaczona z parownikiem 'przewodem prze¬ chodzacym przez cala dlugosc komory wejsciowej i posiadajacym zawór regulacyjny do regulacji przeplywu gazu do parownika, natomiast rura pro- 15 wadzaca polaczona jest z krawedzia obwodu ze¬ wnetrznego plyty podpierajacej i rozdziela pier¬ scieniowa przestrzen pomiedzy obudowa wewnetrz¬ na i dolnym zlozem katalitycznym, na zewnetrzny pierscieniowy kanal prowadzacy do zewnetrznego 20 obwodu górnego zloza katalitycznego i wewnetrzny kanal pierscieniowy polaczony przez kanal poprzecz¬ ny utworzony pomiedzy plyta podpierajaca i plyta zakrywajaca umieszczona w górnym koncu dolnego zloza katalitycznego, z dolnym koncem rury cylin- 25 drycznej parownika.Rura cylindryczna parownika jest umieszczona swoja górna krawedzia w rowku pierscieniowym usytuowanym na dolnej powierzchni kolnierza..Rura cylindryczna ma zlaczke dylatacyjna do 30 uwzgledniania jej rozszerzalnosci cieplnej.Przewód laczacy górne zloze katalityczne z pa¬ rownikiem, ma zlaczke dylatacyjna do uwzglednia¬ nia jego rozszerzalnosci cieplnej.Zgodnie z wynalazkiem stwierdzono, ze jest ko- 35 rzystne umieszczenie parownika do odzyskiwania ciepla w reaktorze z dwoma zlozami gdy przeplyw gazu nastepuje promieniowo przez te zloza a nie wzdluznie. Taka konstrukcja jest prostsza a dzia¬ lanie reaktora moze latwiej byc kontrolowane, gdyz 40 katalizator jest ulozony w dwóch jednakowych zlo¬ zach.Ponadto konstrukcja takiego reaktora jest zwarta, a cieplo reakcji odzyskuje sie malym kosztem uzy¬ skujac pare o wysokiej temperaturze. 45 Przedmiot wynalazku jest uwidoczniony w przykladzie wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia reaktor wedlug wynalazku w przekroju podluznym, fig. 2 — uszczelnienie miedzy rura a kolnierzem, w przekroju podluznym. 50 Reaktor o przeplywie promieniowym wedlug wy¬ nalazku zawiera obudowe zewnetrzna 1 (fig. 1 i 2) wykonana ze stali stopowej, przykryta górna po¬ krywa 2 umieszczona na wierzcholku obudowy i posiadajaca centralny otwór 3, przez który prze- 55 chodzi parownik 4 utworzony z rurek w ksztalcie U lub typu bagnetowego, przy czym ten parownik jest przymocowany bezposrednio do pokrywy 2 re¬ aktora za pomoca kolnierza 5, dzieki czemu parow¬ nik ten mozna latwo wyciagac. Woda wplywa do 60 rurek parownika wlotem 6, a para uchodzi wylo¬ tem 7.'Pojemnik parownika jest rura cylindryczna 8 przyspawana w dolnej czesci do plyty pierscienio'- wej 18 i wyposazona w zlaczke dylatacyjna 9. Dlu- fi5 4 gosc rury 8 parownika dobrano w taki sposób, ze podczas mocowania pokrywy do parownika górna krawedz rury 8 zostala umieszczona w specjalnym rowku 10 utworzonym w dolnej powierzchni kol¬ nierza 5 tak, aby utworzyc wewnetrzne uszczelnie¬ nie miedzy gazem zimnym przeplywajacym poza scianka rury 8 a gazem goracym przeplywajacym wewnatrz parownika 4.Na figurze 2 przedstawiono schematycznie u- szczelnienie miedzy parownikiem 4 a kolnierzem 5, przy czym krawedz rury 8 jest umieszczona w row¬ ku 10 zaopatrzonym w plaska uszczelke 11. Nastep¬ nie tworzy sie uszczelnienie od zewnatrz za pomo¬ ca uszczelki soczewkowej 12.Ponadto parownik 4 jest wyposazony w zawór regulacyjny 34 uruchamiany z zewnatrz, który umozliwia regulowanie natezenia gazu wplywaja¬ cego do parownika. Dno parownika ma otwory 29 umozliwiajace przeplyw czesci gazu, po pelnym otwarciu zaworu. Zimny gaz jest dostarczany do reaktora rurka 35, a stamtad wplywa kanalem pier¬ scieniowym 16 do rurek 22 wymiennika ciepla, skad dostaje sie do zloza pierwszego a nastepnie do dru¬ giego jak to zostanie opisane ponizej.Goracy gaz powstaly w wyniku reakcji wplywa do parownika przewodem 33 równiez wyposazonym w zlaczke dylatacyjna.Pierwsze zloze katalityczne 17 znajduje sie w ob¬ szarze pierscieniowym miedzy zewnetrzna po¬ wierzchnia rury 8 i scianka cylindryczna obu¬ dowy wewnetrznej 15 wspólosiowej z obudowa zewnetrzna 1, tworzacej z nia kanal 16 o prze¬ kroju pierscieniowym, przez który przeplywa zimny. gaz. Pierwsze zloze katalityczne jest od¬ suniete odpowiednio od zewnetrznej powierzchni parownika i od powierzchni wewnetrznej obu¬ dowy 15. Pierwsze zloze katalityczne 17 lezy na plycie 18 i jest odsuniete od plyty górnej 13, przez która przechodzi przewód 33 wprowadzajacy gorace gazy do parownika.Pierscieniowa plyta górna 13, jest przymocowana z zewnatrz do wewnetrznej scianki obudowy ze¬ wnetrznej 1 i jest dopasowana od wewnatrz do pa¬ rownika 4. Plyta górna 13 jest oddzielona od pokry¬ wy 2 przez komore 14 umozliwiajaca pomieszczenie przewodu 33 i wprowadzenie zaworu 34 i rurki za¬ silajacej 35.Drugie zloze katalityczne 19 lezy ponizej pierw¬ szego i jest od niego oddzielone przez przykrycie plyta 27. Ma ono równiez ksztalt pierscieniowy i spoczywa na pierscieniowej plycie 20. Jest ono odpowiednio odsuniete od plyty wsporczej 18 zloza pierwszego i od scianki cylindrycznej drugiej rury 25 wspólosiowej z obudowa 15, która ma srednice wewnetrzna równa srednicy zewnetrznej plyty wsporczej 18 pierwszego zloza katalitycznego 17.W pustej7 strefie srodkowej drugiego zloza kata¬ litycznego 19 przeplywa gaz przereagowany, który nastepnie oplywa zewnetrzne powierzchnie rurek 22 wymiennika ciepla, który ma konstrukcje konwen¬ cjonalna, i jest umieszczony ponizej drugiego zloza katalitycznego 19 i ma dwie plyty 23 i 24 laczace rurki 22 wymiennika, polaczone wspólosiowo ze scianka cylindryczna obudowy wewnetrznej 15 wy¬ miennika. ,116 376 6 Gaz przereagowariy uchodzi z wymiennika prze¬ wodem 32 o przekroju pierscieniowym. Przewód 30 umieszczony w podstawie reaktora dostarcza goracy gaz syntezowy w okresie poczatkowym. Po napel¬ nieniu reaktora i osiagnieciu przez niego stanu ustalonego reagenty wprowadza sie rurka 35.Nalezy zauwazyc, ze kazde sposród dwu zlozy ka¬ talitycznych jest zawarte miedzy dwiema cylindrycz¬ nymi sciankami dziurkowanymi i zamkniete od góry plyta pierscieniowa, a od dolu plyta wsporcza zloza.Zarówno plyta górna 13, jak i plyta wsporcza 20 drugiego zloza katalitycznego sa dziurkowane w poblizu swej najwiekzsej srednicy, aby umozliwic przeplyw gazu.Reaktor wedlug wynalazku dziala nastepujaco: Gaz wprowadzony ogrzany wstepnie w rurkach wy¬ miennika 22 (figj 1), z których pokazano tylko jedna, wplywa przez komore 31 do kanalu 26 o przekroju pierscieniowym, a z niego do pierwszego zloza kata¬ litycznego 17 i przeplywa przez nie promieniowo, biorac udzial w reakcji chemicznej. Produkty re¬ akcji i gaz nieprzereagowany plyna kanalem o prze¬ kroju pierscieniowym, wyplywajac czesciowo z niego przez otwory 29, a czesciowo wplywaja przewodem 33 do cylindrycznej rury 8.Te dwa strumienie l^cza sie w dolnej czesci rury 8 i wyplywaja stamtad przez drugie zloze katalitycz¬ ne 19 za posrednictwem kanalu poprzecznego 28.Reagenty i produkty reakcji plyna promieniowo przez drugie zloze 19 i zbieraja sie w przewodzie centralnym tego zloza, skad wyplywaja do komory 21 omywajac zewnetrzne powierzchnie rurek wy¬ miennika 22.Zastrzezenia patentowe 1. Reaktor o przeplywie promieniowym, do syn¬ tezy amoniaku zawierajacy obudowe zewnetrzna ze stali stopowej, wspólosiowa z nia obudowe we¬ wnetrzna, w #której powyzej wymiennika ciepla sa umieszczone dwa zloza katalityczne jedno nad dru¬ gim, z których zloze górne zawiera wewnatrz pa¬ rownik majacy wlot wody zasilajacej i wylot pary przegrzanej, zamontowany w górnej pokrywie re- .aktora, znamienny tym, ze parownik (4) jest oto^ 5 czony cylindryczna rura (8) przyspawana dolnym koncem do krawedzi otworu plyty podpierajacej (18) w poblizu którego ta rura (8) ma przelotowe otwory (29), przy czym górne zloze katalityczne (17) w górnym koncu, przykryte jest pierscieniowa ply- io ta zamykajaca (13) przylegajaca do obudowy we¬ wnetrznej (15), zas w pewnej odleglosci od osi plyty zamykajacej (13) jest ona polaczona z parownikiem (4) przewodem (33) przechodzacym przez cala dlu¬ gosc komory wejsciowej (14), i posiadajacym zawór 15 regulacyjny (34) do regulacji przeplywu gazu do parownika (4), natomiast rura prowadzaca (25) po¬ laczona jest z krawedzia obwodu zewnetrznego ply¬ ty podpierajaceji (18) i rozdziela pierscieniowa przes¬ trzen pomiedzy obudowa wewnetrzna (15) i dolnym 20 zlozem katalitycznym (19) na zewnetrzny pierscie¬ niowy kanal (26) prowadzacy do zewnetrznego ob¬ wodu górnego zloza katalitycznego (17) i wewnetrz¬ ny kanal pierscieniowy polaczony przez kanal,po¬ przeczny (28) utworzony pomiedzy plyta podpiera- 25 jaca (18) i plyta zakrywajaca (27) umieszczona w górnym koncu dolnego zloza katalitycznego (19), z dolnym koncem rury cylindrycznej (8) parowni- . ka (4). 2. Reaktor wedlug zastrz. 1, znamienny tym, ze 30 rura cylindryczna (8) parownika (4) jest umiesz¬ czona górna krawedzia w rowku pierscieniowym (10) usytuowanym na dolnej powierzchni kolnie¬ rza (5). 3. Reaktor wedlug zastrz. 1, znamienny tym, ze rura cylindryczna (8) ma zlaczke dylatacyjna (9) do uwzgledniania jej rozszerzalnosci cieplnej. 4. Reaktor wedlug zastrz. 1, znamienny tym, ze przewód (33) laczacy górne zloze katalityczne (17) 40 z parownikiem (4) ma zlaczke dylatacyjna do u- wzgledniania jego rozszerzalnosci cieplnej. 35116 376 LDA — Zaklad 2 — zam. 671/82 — 95 e?z.Cena 100 zl PL

Claims (4)

1. Zastrzezenia patentowe 1. Reaktor o przeplywie promieniowym, do syn¬ tezy amoniaku zawierajacy obudowe zewnetrzna ze stali stopowej, wspólosiowa z nia obudowe we¬ wnetrzna, w #której powyzej wymiennika ciepla sa umieszczone dwa zloza katalityczne jedno nad dru¬ gim, z których zloze górne zawiera wewnatrz pa¬ rownik majacy wlot wody zasilajacej i wylot pary przegrzanej, zamontowany w górnej pokrywie re- .aktora, znamienny tym, ze parownik (4) jest oto^ 5 czony cylindryczna rura (8) przyspawana dolnym koncem do krawedzi otworu plyty podpierajacej (18) w poblizu którego ta rura (8) ma przelotowe otwory (29), przy czym górne zloze katalityczne (17) w górnym koncu, przykryte jest pierscieniowa ply- io ta zamykajaca (13) przylegajaca do obudowy we¬ wnetrznej (15), zas w pewnej odleglosci od osi plyty zamykajacej (13) jest ona polaczona z parownikiem (4) przewodem (33) przechodzacym przez cala dlu¬ gosc komory wejsciowej (14), i posiadajacym zawór 15 regulacyjny (34) do regulacji przeplywu gazu do parownika (4), natomiast rura prowadzaca (25) po¬ laczona jest z krawedzia obwodu zewnetrznego ply¬ ty podpierajaceji (18) i rozdziela pierscieniowa przes¬ trzen pomiedzy obudowa wewnetrzna (15) i dolnym 20 zlozem katalitycznym (19) na zewnetrzny pierscie¬ niowy kanal (26) prowadzacy do zewnetrznego ob¬ wodu górnego zloza katalitycznego (17) i wewnetrz¬ ny kanal pierscieniowy polaczony przez kanal,po¬ przeczny (28) utworzony pomiedzy plyta podpiera- 25 jaca (18) i plyta zakrywajaca (27) umieszczona w górnym koncu dolnego zloza katalitycznego (19), z dolnym koncem rury cylindrycznej (8) parowni- . ka (4).
2. 2. Reaktor wedlug zastrz. 1, znamienny tym, ze 30 rura cylindryczna (8) parownika (4) jest umiesz¬ czona górna krawedzia w rowku pierscieniowym (10) usytuowanym na dolnej powierzchni kolnie¬ rza (5).
3. 3. Reaktor wedlug zastrz. 1, znamienny tym, ze rura cylindryczna (8) ma zlaczke dylatacyjna (9) do uwzgledniania jej rozszerzalnosci cieplnej.
4. 4. Reaktor wedlug zastrz. 1, znamienny tym, ze przewód (33) laczacy górne zloze katalityczne (17) 40 z parownikiem (4) ma zlaczke dylatacyjna do u- wzgledniania jego rozszerzalnosci cieplnej. 35116 376 LDA — Zaklad 2 — zam. 671/82 — 95 e?z. Cena 100 zl PL