Reaktor do egzotermicznych, katalitycznych reakcji prowadzonych pod wysokim cisnieniem w fazie gazowej Przedmiotem wynalazku jest reaktor do egzo¬ termicznych, katalitycznych reakcji prowadzonych pod wysokim cisnieniem w fazie gazowej, zwlasz¬ cza do syntezy amoniaku lub metanolu, wytwa¬ rzajacy jednoczesnie pare odzyskowa o wysokiej temperaturze i cisnieniu rzedu 150 kG/cm2.W znanych dotychczas reaktorach tego typu, katalizator jest zwykle podzielony na szereg warstw, dzieki czemu istnieje mozliwosc, ze gaz przechodzac z jednej warstwy do nastepnej moze ulec ochlodzeniu przed osiagnieciem tej nastepnej warstwy. Taki uklad jest zastosowany ze wzgle¬ dów termodynamicznych. Chlodzenie to przebiega zwykle, albo za pomoca obiegu wodnego, albo przez wykorzystanie swiezego gazu doprowadzanego do reaktora. Ponadto strefy chlodzenia sa calkowicie oddzielone od siebie, co jest konieczne przy za¬ stosowaniu konwencjonalnych sposobów chlodzenia.Wynalazek ma za zadanie umozliwic chlodzenie gazów reakcyjnych za pomoca wody, która od¬ parowuje bezposrednio w elementach chlodzacych oraz spowodowanie, przez odpowiednie rozmiesz¬ czenie warstw katalizatora, na przyklad pierwszej warstwy pomiedzy druga i trzecia, aby gazy przy przechodzeniu od dolu ku górze, opuszczajac pierw¬ sza a nastepnie druga warstwe, znajdowaly sie za¬ sadniczo w tym samym obszarze i mogly byc prze¬ puszczane oddzielnie przez, ten sam element chlo¬ dzacy, który w takim ukladzie moze miec bardzo zwarta konstrukcje, co z kolei pozwala na wy- 10 15 20 25 30 montowanie elementu wymiany ciepla bez naru¬ szenia warstw katalizatora oraz wewnetrznej apa¬ ratury, znajdujacej sie wewnatrz katalizatora.Dalszym celem wynalazku, w przeciwienstwie do znanych reaktorów z posrednim chlodzeniem za pomoca plynu chlodzacego, jest wyeliminowa¬ nie tego plynu, np. wody, jako wtórnego elementu przenoszacego cieplo na zewnatrz reaktora i umo¬ zliwienie bezposredniego parowania czesci plynu chlodzacego wewnatrz reaktora, a przez to zwiek¬ szenie stopnia wykorzystania ciepla prowadzonej reakcji.Równiez regulacja temperatury w reaktorze wedlug wynalazku jest prowadzona w ten sposób, ze nie wymaga stosowania, uzywanych dotych¬ czas do tego celu, zaworów zmieniajacych ilosc przeplywajacego plynu chlodzacego lub doprowa¬ dzania jakichkolwiek gazów chlodzacych. Regula¬ cje te prowadzi sie po prostu przez odprowadzenie odpowiedniej ilosci gazu, wychodzacego z warstwy katalizatora przez zawór obejsciowy. Dzieki temu, uzyskuje sie mozliwosc regulacji temperatury bez koniecznosci stosowania jakichkolwiek zaworów w obiegu wody i bez zmniejszenia wydajnosci konwersji, jak to mialo miejsce i w dotychcza¬ sowych konstrukcjach reaktorów.Mozna przytoczyc nastepujace opisy patentowe dotyczace znanych reaktorów syntezowych, które mozna porównac z reaktorem wedlug wynalazku: opisy patentowe St. Zjedn. Ameryki nr nr 1 980 718, 792623 79262 4 2 512 586, 2 538 738, 2 853 371, 2 898 183, 3 041151, opisy patentowe RFN nr nr 1088 030 i 1096 879 oraz francuski opis patentowy nr 1 381 862.We wszystkich tych opisach omówiono reaktory, w których uklad wymiany ciepla dla odpowiedniej regulacji temperatury reakcji katalitycznych, wy¬ kazuje przynajmniej niektóre sposród wymienio¬ nych wad dotychczas znanych reaktorów, a mia¬ nowicie: wykorzystanie ciepla na zewnatrz reak¬ tora w niewielkim lub stosunkowo niewielkim stopniu, brak elastycznosci i ciaglosci regulacji temperatyry, straty na wydajnosci konwersji, spo¬ wodowane chlodzeniem oraz niedogodnosci kon¬ strukcyjne.Wady te, przynajmniej w pewnym stopniu, usu¬ wa konstrukcja reaktora wedlug wynalazku.Reaktor wedlug wynalazku posiada trzy warstwy katalizatora, z których pierwsza znajduje sie w srodkowej czesci, druga u góry, a trzecia u dolu reaktora, a ponadto jest zaopatrzony w wiazke rur chlodzacych, zainstalowana w drugiej, górnej warstwie katalizatora, znajdujaca sie w zasadniczo cylindrycznej i wspólosiowej oslonie i podzielonej razem z oslona wzdluznie i calkowicie na dwie pojedyncze i oddzielone polowy plaska przegroda, przy czym wylot z pierwszej czesci oslony jest bezposrednio polaczony z wlotem do drugiej, gór¬ nej warstwy katalizatora, wlot do drugiej czesci oslony jest bezposrednio polaczony z wylotem z drugiej warstwy katalizatora, a wylot z drugiej czesci olony jest bezposrednio polaczony z wlotem do~ trzeciej, dolnej warstwy katalizatora.Ponadto jest on zaopatrzony w uklad regulacji temperatury i uklad nastawczy do dlawienia gazu skierowanego do kotla, utworzony przez system bocznikowy kotla, zaopatrzony w zawór, urucha¬ miany z zewnatrz.Rozmieszczenie aparatury wewnetrznej reaktora wedlug wynalazku przedstawiono na zalaczonym schematycznym rysunku.Swieza mieszanina produktów dostaje sie do górnej czesci reaktora przez wlot 1 i opada w kie¬ runku dolnej czesci do przestrzeni 2, znajdujacej sie pomiedzy wewnetrzna aparatura i obudowa ci¬ snieniowa 3, a nastepnie przechodzi przez rury regeneratora 4. W ten sposób górna czesc apara¬ tury, gdzie znajduja sie wszystkie uszczelnienia i zawory oraz wewnetrzna scianka obudowy cis¬ nieniowej sa chlodzone w sposób ciagly, bez¬ pieczny.Po przegrzaniu w regeneratorze, gazy reakcyjne przeplywaja ku górze, poprzez pierwsza warstwe katalizatora 5 i sa chlodzone w pierwszej prze¬ strzeni chlodzacej wymiennika 6.Nastepnie gazy przechodza do pierscieniowej przestrzeni 7, przeplywaja przez druga warstwe katalizatora 8, zostaja chlodzone w drugiej prze¬ strzeni chlodzacej wymiennika 6 i sa doprowa¬ dzane do trzeciej warstwy katalizatora 9.Gorace gazy reakcyjne przechodza na zewnatrz rur regeneratora, w przeciwpradzie do swiezych gazów doprowadzanych do reaktora i opuszczaja reaktor przez wylot 10 w jego dnie.Wewnetrzna aparatura sklada sie z dwóch tak zwanych koszy: górny kosz zawiera zasadniczo pierwsza warstwe 5 i druga warstwe 8 katalizatora i zbiornik 11 wymiennika 6, podczas gdy dolny kosz zawiera trzecia warstwe 9 katalizatora i re¬ generator 4.Wymiennik 6 jest wymiennikiem typu plaszczo- wo-rurowego, posiadajacym wiazke rur i jest za¬ mocowany do pokrywy 12 reaktora. Umozliwia to jego latwe wyciagniecie bez usuwania pokrywy.Cieplo reakcyjne jest doprowadzone przez bez¬ posrednie wytwarzanie pary w wymienniku.Zbiornik 11, wymiennika 6 jest podzielony na dwie polowy, a plyta osadcza 13, dla rur jest ta¬ kiego samego typu, jak w zwykle stosowanych wymiennikach o wiecej niz jednym przewodzie.Regulacja temperatury, pomiedzy warstwami katalizatora jest przeprowadzona za pomoca cze¬ sci odpadowej goracych gazów, kierowanej do obu powierzchni chlodzacych wymiennika. Stosowane zawory, na przyklad typu motylkowego, sa obslu¬ giwane z zewnatrz. Na zalaczonym rysunku przed¬ stawiono, w celu uproszczenia, tylko jeden z dwóch zaworów bocznikowych 14.Szczególna cecha reaktora wedlug wynalazku jest niespotykany uklad chlodzenia pomiedzy war¬ stwami, zastosowany w celu odzysku ciepla reak¬ cji z bardzo duza sprawnoscia cieplna.Dzieki szczególnym ksztaltom wymiennika, to jest dzieki jego podzialowi na dwie polowy i po¬ dobnemu podzialowi zbiornika, równiez na dwie polowy, mozliwe jest bezposrednie wytwarzanie pary o wysokim cisnieniu i przeprowadzenie la¬ twej i bezpiecznej regulacji temperatury pomiedzy warstwami, droga skierowania czesci odlotowej gazów do obu czesci wymiennika.Ponadto istnieje mozliwosc wyciagniecia wy¬ miennika 6 bez zdejmowania pokrywy 42, co po¬ zwala na uproszczenie okresowych przegladów wymiennika.Wymiennik spelnia równiez role pieca o wymu¬ szonej cyrkulacji, uzyskiwanej za pomoca ze¬ wnetrznej pompy nie pokazanej na rysunku, lub pieca o naturalnej cyrkulacji. Woda doplywa do reaktora przez wlot 1, a przez wylot 16 odprowa¬ dzana jest mieszanina wody i pary. Przez wlot 17 Wejscie reaktora Wejscie do pierwszej warstwy katalizatora Wyjscie z pierwszej warstwy katalizatora Wejscie do drugiej warstwy katalizatora Wyjscie z drugiej warstwy katalizatora Wejscie do trzeciej warstwy katalizatora Wyjscie z trzeciej warstwy katalizatora Wyjscie z reaktora cisnienie robocze 270 at.Tempera¬ tura w °C 50 400 526 433 501 415 452 96 Zawartosc NH3 w % molowych 2,1 2,1 10,4 10,4 15,4 15,4 18,2 18,2 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 6079262 6 nastepuje doplyw goracych gazów wyjsciowych i zimnych gazów odlotowych z regeneratora.W przykladzie podanym w tabelce dla orientacji, nie ograniczajacym zakresu wynalazku, zebrano dane uzyskane przy zastosowaniu reaktora o wy¬ dajnosci 1000 ton dziennie amoniaku NHS.Ilosc substancji obojetnych przy wejsciu do reakto¬ ra 10% molowych.Wydajnosc przestrzenna — 13 000 Nm3/godz. m3.Rozdzial katalizatora — pierwsza warstwa 20% druga warstwa 38% trzecia warstwa 42% Odzyskane cieplo — 580 000 Kcal/t NH3 Para nasycona wytworzona o cisnieniu 130 at.Glówne wymiary obudowy cisnieniowej reaktora o wydajnosci 1000 ton dziennie: — srednica wewnetrzna 2200 mim — wewnetrzna wysokosc uzytkowa 16 000 mm PL PL PL