PL163570B1 - Reaktor ze stalym katalizatorem z wewnetrzna wymiana ciepla PL - Google Patents

Abstract

1. Reaktor ze stalym katalizatorem z wewnetrzna wymiana ciepla, zwlaszcza do prowadzenia reakcji egzotermicznych, posia- dajacy dwie przestrzenie: pobierajaca cieplo i oddajaca cieplo, przedzielone przepona, przez która cieplo przenika z jednej przestrzeni do drugiej, a w obu przestrzeniach plynie to samo medium reakcyjne w róznym stopniu przerea- gowania, które poprzez przepone wymienia ze soba cieplo, znamienny tym, ze przestrzen pobierajaca cieplo (1) i przestrzen oddajaca cieplo (2) lub tez tylko przestrzen pobierajaca cieplo (1) lub tez tylko przestrzen oddajaca cieplo (2) wypelniane sa ziarnami substancji nieaktywnej (3) w obszarze ponizej temperatur zaplonu reakcji i ziarnami katalizatora (4) w obszarze powyzej temperatur zaplonu reakcji. Fig 2 PL

Description

Przedmiotem wynalazku jest reaktor ze stałym katalizatorem z wewnętrzną wymianą ciepła, zwłaszcza do prowadzenia reakcji egzotermicznych.

Dotychczas stosowane reaktory dla takich przypadków mają najczęściej postać reaktorów rurowych wypełnionych katalizatorem stałym. Reakcja egzotermiczna wymaga zwykle wstępnego podgrzania reagentów co najmniej do tzw. „temperatury zapłonu reakcji. Wspomniane podgrzanie realizuje się poprzez zastosowanie zewnętrznych układów wymiany ciepła. Najczęściej układy te odbierają ciepło reakcji od medium na wylocie z reaktora, zawracając je z powrotem do układu poprzez przeponowe podgrzewanie medium wlotowego.

Znane są również reaktory posiadające wewnętrzny odbiór ciepła reakcji, najczęściej w formie reaktorów wielorurowych, w których czynnik chłodzący zwykle w fazie ciekłej płynie między rurami reaktora, które wypełnione są ziarnami katalizatora. Rozwiązania takie, zarówno z wewnętrzną jak i zewnętrzną wymianą ciepła znane są z najbardziej podstawowej literatury dotyczącej inżynierii chemicznej (J. Ciborowski „Inżynieria Chemiczna i Procesowa rozdz. 7 lub W. Brotz „Podstawy inżynierii reakcji chemicznych, oraz posiadają bogatą literaturę specjalistyczną.

Rozwiązania reaktorów z wewnętrzną wymianą ciepła posiadają zalety, w stosunku do rozwiązań z zewnętrznym układem wymienników polegające na uzyskiwaniu korzystniejszych rozkładów temperatur w reaktorze oraz w przypadku reakcji silnie egzotermicznych o dużej ilości ciepła wyzwalającej się podczas reakcji umożliwiają osiąganie wyższych stopni przereagowania reagentów. Wadą tych rozwiązań są niewielkie współczynniki wymiany ciepła po stronie międzyrurowej, co powoduje, że wymiana ciepła jest mało intensywna, w tym celu jako czynnik odbierający ciepło stosuje się medium w fazie ciekłej. Są stosowane również specjalne rozwiązania zwiększające intensywność wymiany ciepła w przestrzeni międzyrurowej reaktorów (polski opis patentowy nr 126956).

Znane jest również rozwiązanie według opisu patentowego St. Zjednoczonych Ameryki nr 2 127 561 z roku 1936, w którym dwie przestrzenie reaktora wypełnione są katalizatorem. Jednakże względu na wysoki koszt katalizatora rozwiązanie to nie znalazło szerszego zastosowania.

W reaktorach wielorurowych stwierdzono doświadczalnie, ze współczynniki wnikania ciepła w rurach wypełnionych ziarnami katalizatora są kilkakrotnie większe niż występowałyby w analogicznej rurze niewypełnionej.

163 570

Biorąc jednak pod uwagę fakt, że znaczna część złoża pracuje poniżej temperatur zapłonu -można część reaktora wypełnić znacznie tańszym niż katalizator, nieaktywnym materiałem ziarnistym.

Celem wynalazku jest rozwiązanie konstrukcji reaktora z wewnętrzną wymianą ciepła, umożliwiającego wykorzystanie ciepła reakcji do wstępnego podgrzania reagentów dla poprawy autotermii procesu z jednoczesnym uzyskaniem intensywnej wymiany ciepła poprzez wewnętrzną przeponę w reaktorze, przy znacznie mniejszym koszcie niż w przypadku wypełnienia obu przestrzeni wyłącznie katalizatorem.

Cel został osiągnięty w ten sposób, że po obu stronach wewnętrznej przepony w reaktorze płynie medium reakcyjne, które bierze udział w reakcji, zaś intensyfikację procesu wnikania ciepła do przepony z obu jej stron uzyskuje się drogą wypełnienia, obu przestrzeni tzn. oddającej i pobierającej ciepło materiałem ziarnistym. W szczególnym przypadku mogą to być w obu przestrzeniach do pewnej wysokości licząc od wlotu ziarna nieaktywne a następnie ziarna katalizatora, tak by w obu przestrzeniach możliwa była reakcja między reagentami, od momentu gdy medium reakcyjne osiąga temperaturę zapłonu.

Przykładowe wykonanie reaktora według wynalazku pokazano na rysunku fig. 1-3.

Figura 1 przedstawia szkic reaktora wielorurowego, w którym przestrzeń oddająca ciepło 2 stanowi przestrzeń wewnątrz rur reaktora wypełnionych w górnej części ziarnami katalizatora 4, zaś przestrzeń pobierająca ciepło 1 stanowi przestrzeń międzyrurowa wypełniona nieaktywnym materiałem ziarnistym 3 przez który płynie nośnik ciepła chłodzący przestrzeń reakcyjną reaktora. Odmiana reaktora z autotermiczną wymianą ciepła pokazana została na rysuku fig. 2, na którym medium reakcyjne jest najpierw wprowadzane do wypełnionej nieaktywnym materiałem ziarnistym 3 w dalszej części zaś ziarnami katalizatora 4 w górnej części przestrzeni pobierającej ciepło 1, a następnie to samo medium po ogrzaniu ciepłem wymienianym od przestrzeni wewnątrzrurowej i ewentualnie dodatkowo ciepłem reakcji wprowadzane jest do przestrzeni oddającej ciepło 2 wypełnionej w górnej części ziarnami katalizatora 4, a w dolnej części ziarnami substancji nieaktywnej 3, w której następuje dalszy bieg reakcji a następnie schłodzenie gazu.

Inna odmiana reaktora według wynalazku przedstawiona została jako przykład na rysunku na którym fig. 3 przedstawia reaktor dwustopniowy z międzystopniową absorbcją produktu reakcji. Medium reakcyjne wprowadzane jest do jednej przestrzeni reaktora, na przykład przestrzeni oddającej ciepło 2 wypełnionej warstwami wypełnienia nieaktywnego 3 i katalizatora 4, po czym po częściowym przereagowaniu opuszcza tę przestrzeń i podawane jest do międzystopniowego absorbera 5 celem absorbcji produktu reakcji a następnie wprowadzane jest do drugiej przestrzeni reakcyjnej reaktora na przykład do przestrzeni pobierającej ciepło 1 wypełnionej warstwami wypełnienia nieaktywnego 3 i katalizatora 4, gdzie następuje dalsze przereagowanie reagentów. Obie przestrzenie 1 i 2 rozdzielone są przeponą, którą w przykładzie stanowią ścianki rur, przez którą przenika strumień ciepła wymienianego pomiędzy obu przestrzeniami.

Abs

Fig. 3

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 90 egz. Cena 10 000 zł

Claims (2)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Reaktor ze stałym katalizatorem z wewnętrzną wymianą ciepła, zwłaszcza do prowadzenia reakcji egzotermicznych, posiadający dwie przestrzenie: pobierającą ciepło i oddającą ciepło, przedzielone przeponą, przez którą ciepło przenika z jednej przestrzeni do drugiej, a w obu przestrzeniach płynie to samo medium reakcyjne w różnym stopniu przereagowania, które poprzez przeponę wymienia ze sobą ciepło, znamienny tym, że przestrzeń pobierająca ciepło (1) i przestrzeń oddająca ciepło (2) lub też tylko przestrzeń pobierająca ciepło (1) lub też tylko przestrzeń oddająca ciepło (2) wypełniane są ziarnami substancji nieaktywnej (3) w obszarze poniżej temperatur zapłonu reakcji i ziarnami katalizatora (4) w obszarze powyżej temperatur zapłonu reakcji.
2. 2. Reaktor według zastrz. 1, znamienny tym, że przestrzeń oddająca ciepło (2) oraz przestrzeń pobierająca ciepło (1) połączone są ze sobą za pośrednictwem absorbera (5) w ten sposób, że medium reakcyjne o temperaturze powyżej temperatury zapłonu reakcji wprowadzone do przestrzeni oddającej ciepło (2), po jej opuszczeniu jest kierowane do absorbera (5) a następnie do przestrzeni pobierającej ciepło (1).