2 Opublikowano dnia 23 grudnia 1957 r.POLSKIEJ RZECZYPOSPOLITEJ LUDOWEJ OPIS PATENTOWY Nr 40464 A%kAfo\i I KI. 13k, 3^ Wadauj Hennel Kedzierzyn, Polska Reaktor do syntezy amoniaku Patent trwa od dnia 24 maja 1957 r.Reaktory do przeprowadzania syntezy amonia¬ ku pod wysokim cisnieniem, zwane tez konwer¬ terami, skladaja sie z naczynia cisnieniowego oraz wnetrza. Wnetrze zawiera wymiennik cie¬ pla, w którym gaz wchodzacy ogrzewa sie od wychodzacego, oraz czesc zawierajaca kataliza¬ tor zwana nizej komora reakcyjna. Zwykle ko¬ mora reakcyjna umieszczona jest nad wymien¬ nikiem. Musi ona byc zaopatrzona w urzadze¬ nie chlodzace zloze katalizatora, poniewaz re¬ akcja jest egzotermiczna, s temperatura calego zloza powinna byc utrzymana w pewnych dosc waskich granicach.Chlodzenie to moze odbywac sie przeponowo lub bezprzeponowo. Najszersze zastosowanie ma¬ ja rozwiazania przeponowe. W nich zloze jest chlodzone rurami, zwykle równoleglymi do osi reaktora, których scianka z jednej strony gra¬ niczy z katalizatorem, a z drugiej jest omywa¬ na czynnikiem chlodzacym, przewaznie gazem nieprzereagowanym. W rozwiazaniach bezprze- ponowych katalizator umieszczony jest na pól¬ kach, pomiedzy którymi prowadzone sa pewne ilosci zimnego gazu nieprzereagowanego. Gaz ten mieszajac sie z glównym strumieniem obni¬ za jego temperature.W obrebie warstwy katalizatora lezacej na pól¬ ce reakcja przebiega adiabatycznie, a wiec ze wzrostem temperatury. Przykladem rozwiaza¬ nia przeponowego moze byc popularny reaktor typu N.E.C. a bezprzeponowego (pólkowego) — reaktor typu Kellog. Konstrukcje te, oraz szereg innych zostaly opisane np. w czasopismie „Che¬ mical Engeneering Progress" — sierpien 1952 strona 413.Porównujac obydwa rozwiazania pod wzgle¬ dem mozliwosci regulowania temperatury w calym zlozu katalizatora, dochodzi sie do wnio¬ sku o wyzszosci bezprzeponowego. Tutaj bo¬ wiem obslugujacy moze bezposrednio zmieniac temperature w tylu miejscach ile jest pólek, podczas gdy w przeponowym moze on dowolnie ustalic tylko temperature na samym poczatku zloza. Temperatury dalszych warstw ustalaja sie automatycznie bardziej lub mniej korzystnie. Ta wyzszosc okupiona jest znacznymi komplikacja-mi kojwtrutayjnymi zwiazanymi z doprowa4za- aleni do wnetrza reaktora duzej liczby przewo- cfow. Pod wzgledem mozliwosci umieszczenia 4 jak najwiekszej ilosci katalizatora w tej samej f pojemnosci naczynia cisnieniowego, korzystniej¬ sze jest rozwiazanie przeponowe w jego czysci poczatkowej (liczac w kierunku przeplywu gazu przez katalizator), natomiast bezprzeponowe — w koncowej.Reakcja zachodzi bowiem w glównej mierze w czesci poczatkowej i dlatego w tej czesci w rozwiazaniu bezprzeponowym trzeba doply¬ wy gazu chlodzacego rozmiescie stosunkowo gesto, czyli podzielic katalizator na wiele cien¬ kich warstw spoczywajacych na pólkach. Duia liczba pólek jest równoznaczna z duza liciba odstepów miedzypólkowych decydujacych o zlym wykorzystaniu przestrzeni, tym bardziej, ze od¬ step miedzypólkowy musi byc dostatecznie du¬ zy, azeby w nim obydwa gazy mogly sie dobrze wymieszac. Przy pomocy analogicznego rozumo¬ wania mozna wykazac, ze pod wzgledem ekono¬ mii miejsca dolna czesc komory omawianego typu jest stosunkowo bardzo korzystna, W ko¬ morze katalitycznej typu przeponowego dobre wykorzystanie miejsca na urzadzenia chlodzace zachodzi tylko w czesci poczatkowej gdzie ruch ciepla jest duzy. W czesci koncowej natomiast wykorzystanie jest gorsze, bo rury zajmuja tu taka sama czesc przestrzeni, podczas gdy ruch ciepla jest maly.Istota wynalazku jest polaczenie w jednym wnetrzu reaktora cech obu opisanych powyzej znanych typów tak, aby wykorzystac zalety kaz-* ctego z nich unikajac ich wad. Wnetrze reaktora wedlug wynalazku posiada dwie komory katalU tyczke. Pierwsza & nieb w kierunku przeplywu gazu prze? katalizator reprezentuje rozwiaza¬ nie przeponowe* druga bezprzeponowe. W pierw¬ si katalizator chlodzony jest rurami równo¬ leglymi do oaU obsypanymi katalizatorem, któ¬ rymi przeplywa gaz nieprzereagowany jako me. diurn cbió&acc. Druga atanowi jedna lub kilka Dolek adiabatycznych (op, 3). przy czym przed kazda z nich doprowadza sie pewna Uoic gazu.Rozwiazanie wedlug wynalazku stwarza pew¬ ne pejOiwo&ci reguiaeji temperatur? aa calej da omówionych wyzej* powszechnie atoaown- nyck rozwiazac przeponowyelu ptiy równoca*** nysa uniknieciu wielu komplikacji konzfeutaró* njN* rozwiazania b*apcz*po»«wego. Mozliwosci te ni* aa tak znaczne jak w rozwiazaniu bez* • przepoiwyca, aj* wystarczaja ealkewfci* w werujakach technologicznych syntezy amoniaku.Roiwitanie wedlug wynalazku — stoaujac ehle~ dzenie przeponowe i bezprzeponowe tam gdzie kazde z nich jest korzystniejsze pod wzgledem ekonomii miejsca, a wiec pierwsze w poczat¬ kowych, a drugie w koncowych warstwach ka¬ talizatora — zapewnia ogólem stosunkowo naj¬ lepsze wykorzystanie cennej pojemnosci naczy¬ nia cisnieniowego.Przy konstrukcji wnetrza reaktora wedlug wynalazku w pierwszym rzedzie powstalo za¬ gadnienie jak dostawac sie w celu wymiany katalizatora do drugiej komory katalitycznej, któ¬ ra od jednego konca naczynia oddzielona jest komora pierwsza, a do drugiego wymiennikiem ciepla. Zagadnienie to rozwiazano ta droga, ze przewód prowadzacy podgrzany gaz swiezy z wymiennika do systemu rur chlodzacych ko¬ more katalityczna przechodzi w bliskosci gór¬ nych zamkniec naczynia cisnieniowego i wne¬ trza, oraz moze byc rozlaczony w miejscu do¬ stepnym po otwarciu tych zamkniec: Po roz- * laczeniu w tym miejscu mozna wyjac system * rur chlodzacych otwierajac przez to dostep do komory drugiej. Drugie równiez wazne zagad¬ nienie konstrukcyjne polegalo na tym, jak do¬ prowadzic dodatkowy gaz do komory drugiej.Zagadnienie to rozwiazano w ten sposób, ze rure lub szereg rur przeprowadzono przez wymien¬ nik ciepla wewnatrz niektórych sposród rur wymiennikowych. W ten sposób powsta¬ la prosta i zwarta konstrukcja wnetrza reaktora wedlug wynalazku, odrózniajaca je od typowych rozwiazan klasycznych równiez i tym, ze zupelnie zbedne staje sie w nim srodkowe zlacze srubowo-kolnierzowe miedzy wymienni¬ kiem* a komora katalityczna, które z reguly staje sie nieszczelne w czasie pracy i czestokroc zmusza do wczesnego zakonczenia okresu pracy przed calkowitym wyczerpaniem zdolnosci pro¬ dukcyjnej katalizatora.Zalaczony rysunek przedstawia schematycznie przyklad rozwiazania konwertera wedlug wyna- lazku* a zarazem sluzy do wyjasnienia jego dzialania* W naczyniu cisnieniowym 1 znajduje sie wklad t stanowiacy wnetrze konwertera. Wne¬ trze sklada sie z pierwszej komory katalitycz¬ nej $ typu przeponowego,.drugiej komory kata¬ litycznej 4 typu bezprzeponowerA wymienhika ciepla & oraz grzejnika elektrycznego & Katali¬ zator spoczywa w obu komorach na rusztach t i *. Strzalki wskazuja kierunek przeplywu gazu, a mianowicie glówny strumien gazu przezna¬ czonego eto reakcji wchodzi kanalem 9 da na¬ czynia cisnieniowego i przebiega miedzy jego sciana a wnetrzem % po czym przechodzi mie¬ dzy furkami wymiennika ciepla 5 i po pod- — 2 —grzaniu sie przeplywa na poczatek pierwszej komory katalitycznej 3 rura, na której zazna¬ czono zlacze 10 w miejscu latwo dostepnym po otwarciu naczynia cisnieniowego i pokrywy wnetrza. Zlacze to moze byc srubowe lub spa¬ wane. Po przejsciu przez zespól rur 11 zawar¬ tych wewnatrz pierwszej komory katalitycznej 3 gaz styka sie z grzejnikiem elektrycznym 6, po czym rozplywa sie po calym przekroju tej komory i przechodzi kolejno przez katalizator zawarty w obu komorach katalitycznych 3 i 4.Nastepnie kieruje sie go wnetrzem rurek wy¬ miennika ciepla 5 do kanalu wylotowego 12.Dodatkowy zimny gaz dodawany w celu obni¬ zenia temperatury w drugiej komorze katali¬ tycznej 4 doprowadza sie z zewnatrz rura 13, która przenika w prosty sposób przez wymien¬ nik ciepla 5, gdyz przepuszczona jest przez jed¬ na z jego rur 14. Jezeli zachodzi potrzeba wpro¬ wadzenia tego gazu wiecej niz jedna rura 13 na ich przejscie przez wymiennik ciepla prze¬ znacza sie odpowiednia ilosc rur wymienniko¬ wych. W miare potrzeby moga one miec wiek¬ sza srednice niz pozostale rury. PL