RU124888U1

RU124888U1 - REACTOR FOR HETEROGENEOUS CATALYTIC PROCESS

Info

Publication number: RU124888U1
Application number: RU2012134207/05U
Authority: RU
Inventors: Андрей Николаевич Загоруйко; Сергей Алексеевич Лопатин; Олег Павлович Кленов
Priority date: 2012-08-09
Filing date: 2012-08-09
Publication date: 2013-02-20

Abstract

1. Реактор для проведения гетерогенного каталитического процесса, включающий вертикальный корпус, крышку и днище, штуцера для ввода исходной газовой смеси и вывода продуктов реакции, непроницаемую горизонтальную перегородку, на которой расположены каталитические блоки, верхним торцом без зазора соприкасающиеся с крышкой реактора и образующие кольцевой слой с радиальным ходом потока, отличающийся тем, что он снабжен двумя горизонтальными дисками, размещенными на определенном расстоянии друг над другом во входном канале перед каталитическими блоками и кольцевой проницаемой перегородкой на выходе из блоков, закрепленной нижним краем на горизонтальной перегородке, а верхний край кольцевой проницаемой перегородки образует с крышкой реактора зазор.2. Реактор по п.1, отличающийся тем, что указанные горизонтальные диски имеют одинаковый диаметр, равный 0,58 диаметра входа в каталитические блоки, и размещены на высоте 2/3 и 0,92 высоты слоя катализатора.3. Реактор по п.1, отличающийся тем, что указанная кольцевая проницаемая перегородка делит площадь горизонтального сечения свободного пространства между каталитическими блоками и корпусом реактора на кольцевые части с соотношением площадей сечений 2 к 1, считая от корпуса, высота перегородки равна половине высоты слоя катализатора, а величина «живого» сечения перегородки равна 0,35.1. A reactor for carrying out a heterogeneous catalytic process, including a vertical body, a lid and a bottom, fittings for introducing the initial gas mixture and outputting reaction products, an impenetrable horizontal partition on which the catalytic blocks are located, contacting the reactor lid with an upper end without a gap and forming an annular layer with a radial flow path, characterized in that it is equipped with two horizontal disks placed at a certain distance one above the other in the inlet channel in front of the catalytic eskimi blocks and annular permeable barrier at the exit of blocks attached to the lower edge of the horizontal wall and the upper edge of the annular partition forms with the permeable lid zazor.2 reactor. The reactor according to claim 1, characterized in that said horizontal disks have the same diameter equal to 0.58 of the diameter of the entrance to the catalytic blocks, and are placed at a height of 2/3 and 0.92 of the height of the catalyst layer. The reactor according to claim 1, characterized in that the annular permeable partition divides the horizontal cross-sectional area of the free space between the catalytic blocks and the reactor vessel into annular parts with a sectional ratio of 2 to 1, counting from the housing, the height of the partition is equal to half the height of the catalyst layer, and the value of the "live" section of the septum is 0.35.

Description

Полезная модель относится к области процессов и аппаратов химической технологии и может быть использована для осуществления каталитического гетерогенного процесса, в частности, каталитической очистки отходящих газов от токсичных примесей.The utility model relates to the field of processes and apparatuses of chemical technology and can be used to carry out a catalytic heterogeneous process, in particular, catalytic purification of exhaust gases from toxic impurities.

Известно, что технико-экономические показатели очистных установок, основным узлом которых является каталитический реактор, зависят от потери давления очищаемого потока на реакторе, иными словами, от затрат энергии на пропускание потока через очистную установку. Для достижения минимальных потерь давления и, таким образом, улучшения эксплуатационных характеристик установки слои катализатора в реакторе выполняются в виде структурированных блоков. Примером таких блоков могут служить сотовые частицы с большим числом (60-155 на 1 кв. см) сквозных параллельных каналов, либо блоки, собранные в пакет из гофрированных пластин, инертных или с нанесенным катализатором, которые могут перемежаться слоями катализатора на тканевой основе. Как правило, величина гидравлического сопротивления таких блоков в разы меньше, по сравнению с сопротивлением насыпных слоев из частиц катализатора.It is known that the technical and economic indicators of treatment plants, the main unit of which is a catalytic reactor, depend on the pressure loss of the stream being cleaned at the reactor, in other words, on the energy consumption for passing the stream through the treatment plant. To achieve minimal pressure losses and, thus, improve the operational characteristics of the installation, the catalyst layers in the reactor are made in the form of structured blocks. An example of such blocks can be cellular particles with a large number (60-155 per 1 sq. Cm) of through parallel channels, or blocks assembled in a package of corrugated plates, inert or coated with a catalyst, which can be interleaved with fabric-based catalyst layers. As a rule, the hydraulic resistance of such blocks is several times lower compared to the resistance of bulk layers of catalyst particles.

С целью минимизации капитальных затрат и достижения компактности очистных установок слой катализатора выполняют в виде кольца с созданием радиального хода потока.In order to minimize capital costs and achieve compact treatment plants, the catalyst layer is made in the form of a ring with the creation of a radial flow path.

Известно также, что для достижения оптимальных величин конверсии каталитического гетерогенного процесса и обеспечения полной очистки отходящих газов от токсичных примесей, распределение очищаемого потока через слои катализатора должно быть максимально равномерным. С этой целью реакторы снабжают распределительными устройствами, предназначенными для обеспечения минимальных неравномерностей реакционной смеси в слое катализатора. Эта проблема становится особенно актуальной при использовании структурированных каталитических блоков с низким гидравлическим сопротивлением.It is also known that in order to achieve optimal conversion values of the catalytic heterogeneous process and to ensure complete purification of the exhaust gases from toxic impurities, the distribution of the stream to be cleaned through the catalyst layers should be as uniform as possible. To this end, the reactors are equipped with switchgears designed to ensure minimal irregularities in the reaction mixture in the catalyst bed. This problem becomes especially relevant when using structured catalytic units with low hydraulic resistance.

Известна конструкция каталитического реактора с радиальным ходом газа, в котором во входном участке расположено распределительное устройство в форме усеченного конуса [US 6623707, С07С 5/32, 23.09.2003]. Выходной участок выполнен в форме кольцевого канала постоянного сечения. Предполагается, что указанная конструкция позволяет создавать постоянный перепад статического давления по высоте слоя катализатора, что должно обеспечить равномерное распределение скорости фильтрации. Опыт эксплуатации такого рода распределительных устройств показывает, что равномерное распределение скорости фильтрации в слое катализатора достигается при сравнительно большом гидравлическом сопротивлении слоя ΔР относительно величины динамического напора входного потока ρW²/2, т.е. ΔP>>ρW²/2 (ρ - плотность, W - скорость газа на входе в слой). Использование каталитических блоков с низким гидравлическим сопротивлением приводит к неоднородному распределению потока в слое.A known design of a catalytic reactor with a radial gas flow, in which a distribution device in the form of a truncated cone is located in the inlet section [US 6623707, С07С 5/32, 09/23/2003]. The output section is made in the form of an annular channel of constant cross section. It is assumed that this design allows you to create a constant pressure drop over the height of the catalyst layer, which should ensure uniform distribution of the filtration rate. Operating experience such distribution devices demonstrates that uniform distribution of fluid velocity across the catalyst bed is achieved at relatively high hydraulic resistance .DELTA.P layer relative to the magnitude of dynamic pressure input ρW ^2/2, i.e. ΔP >> ρW ^2/2 (ρ - density, W - the gas velocity at the inlet to the bed). The use of catalytic units with low hydraulic resistance leads to an inhomogeneous distribution of flow in the layer.

Известна конструкция реактора с радиальным слоем катализатора, в котором входной участок выполнен в форме пустого цилиндрического канала постоянного сечения, а выходной участок выполнен конусообразным с расширением по ходу движения потока [SU 388441, B01J 9/00, 23.04.82]. Выходной канал с переменным по высоте слоя сечением играет роль распределительного устройства, причем величина поперечного сечения выходного канала изменяется по высоте в соответствии с приведенной математической формулой. К недостаткам указанной конструкции следует отнести то, что приведенная формула расчета выходного участка реактора не учитывает возможности изменения расхода потока и, соответственно, изменения динамического напора потока ρW²/2. Известно, что распределение скорости фильтрации в слое катализатора зависит от соотношения величин сопротивления слоя ΔР и динамического напора потока на входе ρW²/2 [И.Е.Идельчик, Аэрогидродинамика технологических аппаратов. М., Машиностроение, 1983].A known design of a reactor with a radial catalyst bed, in which the inlet section is made in the form of an empty cylindrical channel of constant cross-section, and the outlet section is cone-shaped with expansion along the flow [SU 388441, B01J 9/00, 04/23/82]. The output channel with a cross-section variable in height of the layer plays the role of a switchgear, and the cross-sectional value of the output channel varies in height in accordance with the mathematical formula. The disadvantages of this construction include the fact that the above formula for calculating the output section of the reactor does not consider the possibility of flow rate change and accordingly changes the dynamic flow pressure ρW ^2/2. It is known that the distribution of fluid velocity in the catalyst bed depends on the ratio of resistance values of? P layer and the dynamic pressure at the inlet flow ρW ^2/2 [I.E.Idelchik, aerohydrodynamics technological devices. M., Engineering, 1983].

Известен контактный аппарат, в котором входной и выходной участки выполнены переменного сечения по ходу потока, для входного участка поперечное сечение канала выполнено уменьшающимся, для выходного - увеличивающимся [SU 993985, B01D 53/04, 04.07.80]. В данном случае распределительные устройства - профилированные входной и выходной участки, установлены как на входе, так и на выходе из слоя катализатора. Эта конструкция реактора принята за прототип.A contact apparatus is known in which the inlet and outlet sections are made of variable cross-section along the flow, for the inlet section, the channel cross-section is made decreasing, for the output section, increasing [SU 993985, B01D 53/04, 04.07.80]. In this case, switchgears — profiled inlet and outlet sections — are installed both at the inlet and at the outlet of the catalyst bed. This reactor design is adopted as a prototype.

Недостатком конструкции этого реактора является то, что равномерное распределение скорости фильтрации в слое катализатора достигается при сравнительно большом гидравлическом сопротивлении слоя относительно величины динамического напора входного потока. Применение в такой конструкции структурированных каталитических блоков с низким гидравлическим сопротивлением приводит к неоднородному распределению потока в слое.A disadvantage of the design of this reactor is that a uniform distribution of the filtration rate in the catalyst bed is achieved with a relatively large hydraulic resistance of the bed relative to the dynamic pressure of the input stream. The use of structured catalytic units with low hydraulic resistance in this design leads to an inhomogeneous distribution of the flow in the layer.

Полезная модель направлена на достижение равномерного распределения скорости фильтрации в каталитических блоках с низким гидравлическим сопротивлением, расположенных в реакторе с радиальным ходом газа.The utility model is aimed at achieving uniform distribution of the filtration rate in catalytic units with low hydraulic resistance, located in a reactor with a radial gas flow.

Указанный результат достигается тем, что реактор с радиальным ходом газа для проведения гетерогенного каталитического процесса включает вертикальный цилиндрический корпус, крышку и днище, штуцеры для ввода исходной газовой смеси и вывода конечных продуктов, горизонтальную непроницаемую перегородку, на которой размещены катализаторные блоки, верхний торец которых размещен без зазора с крышкой реактора, горизонтальные диски, размещенные на определенном расстоянии друг над другом осесимметрично во входном канале перед каталитическими блоками, кольцевую проницаемую перегородку на выходе из блоков, закрепленную нижним краем на горизонтальной перегородке, а верхний край кольцевой проницаемой перегородки образует с крышкой реактора зазор для свободного прохода потока.This result is achieved in that the reactor with a radial gas flow for carrying out a heterogeneous catalytic process includes a vertical cylindrical body, a cover and a bottom, fittings for introducing the initial gas mixture and outputting the final products, a horizontal impermeable partition on which the catalyst blocks are placed, the upper end of which is placed without a gap with the reactor cover, horizontal disks placed at a certain distance one above the other axisymmetrically in the inlet channel in front of the catalytic units annular permeable barrier at the exit of the blocks secured to the lower edge of the horizontal wall and the upper edge of the annular partition forms with the permeable lid reactor clearance for free flow passage.

На Фиг.1 показан в разрезе реактор для проведения гетерогенного каталитического процесса. На Фиг.2 приведены обозначения основных размеров реактора.Figure 1 shows a sectional view of a reactor for conducting a heterogeneous catalytic process. Figure 2 shows the designation of the main dimensions of the reactor.

Реактор для проведения гетерогенного каталитического процесса состоит из вертикального цилиндрического корпуса 1, крышки 2 и днища 3, штуцеров для ввода исходной газовой смеси 4 и вывода конечных продуктов 5, горизонтальной непроницаемой перегородки 6, на которой размещены катализаторные блоки 7, верхний торец которых размещен без зазора с крышкой реактора 2, горизонтальных дисков 8, размещенных на определенном расстоянии друг над другом осесимметрично во входном канале перед каталитическими блоками, кольцевой проницаемой перегородки 9 на выходе из блоков, закрепленной нижним краем на горизонтальной перегородке 6, а верхний край кольцевой проницаемой перегородки образует с крышкой реактора 2 зазор для свободного прохода потока. Указанные диски 8 имеют одинаковый диаметр D1=D2 и равны 0.58D_кат1, где D_кат1 - диаметр входа в каталитические блоки. Верхний диск установлен на высоте H1 от горизонтальной непроницаемой перегородки 6, равной 0.92Н_кат, H_кат - высота слоя каталитических блоков. Нижний диск установлен на высоте Н2 от горизонтальной непроницаемой перегородки 6, Н2=2/3Н_кат. Диаметр D3 кольцевой проницаемой перегородки 9 выбран таким образом, чтобы площадь горизонтального сечения свободного пространства между каталитическими блоками и корпусом реактора была поделена на кольцевые части S₁ и S₂ с соотношением площадей сечений 2 к 1. Высота Н3 перегородки 9 равна половине высоты H_кат слоя катализатора, т.е. НЗ=0.5Нкат.Проницаемость перегородки 9 обеспечивается равномерно распределенными по поверхности перегородки отверстиями. Величина «живого» сечения перегородки 9, равная отношению суммарной площади отверстий к общей площади перегородки, равна 0.35.The reactor for carrying out a heterogeneous catalytic process consists of a vertical cylindrical body 1, a cover 2 and a bottom 3, fittings for introducing the initial gas mixture 4 and outputting the final products 5, a horizontal impenetrable partition 6 on which the catalyst blocks 7 are placed, the upper end of which is placed without a gap with the cover of the reactor 2, horizontal disks 8 placed at a certain distance one above the other axisymmetrically in the inlet channel in front of the catalytic blocks, an annular permeable partition 9 on the exit of the blocks, fixed by the lower edge on the horizontal partition 6, and the upper edge of the annular permeable partitions with the lid of the reactor 2 forms a gap for free passage of flow. These disks 8 have the same diameter D1 = D2 and are equal to 0.58D _cat1 , where D _cat1 is the diameter of the entrance to the catalytic blocks. The upper disk is installed at a height of H1 from the horizontal impermeable partition 6, equal to 0.92 N _cat , H _cat - the height of the layer of catalytic blocks. The lower disk is installed at a height of H2 from the horizontal impenetrable partition 6, H2 = 2 / 3H _cat . The diameter D3 of the annular permeable partition 9 is selected so that the horizontal cross-sectional area of the free space between the catalytic blocks and the reactor vessel is divided into annular parts S ₁ and S ₂ with the ratio of the cross-sectional areas 2 to 1. The height H3 of the partition 9 is equal to half the height H _cat layer catalyst, i.e. НЗ = 0.5Nkat. The permeability of the partition 9 is provided by holes uniformly distributed over the surface of the partition. The value of the "live" section of the partition 9, equal to the ratio of the total area of the holes to the total area of the partition, is 0.35.

Реактор работает следующим образом. Поток исходной газовой смеси поступает в реактор через входной штуцер 4 и, проходя вдоль блоков катализатора, обтекает последовательно горизонтальные диски 8. Обтекание потоком дисков вызывает локальное увеличение статического давления в этой области входа в каталитические блоки и выравнивает распределение давления по высоте входной поверхности блоков катализатора 7. Далее поток проходит через каталитические блоки, в которых протекает гетерогенная каталитическая реакция, и выходит в участок реактора, ограниченный стенкой корпуса 1 и выходной поверхностью каталитических блоков 7. Этот участок имеет кольцевую форму и частично разделен кольцевой проницаемой перегородкой 9. Цель установки перегородки 9 - повысить статическое давление на выходе из нижнего по высоте участка катализатора и обеспечить постоянную величину перепада статического давления по высоте слоя катализатора. Далее поток поступает в выходной штуцер 5.The reactor operates as follows. The flow of the initial gas mixture enters the reactor through the inlet fitting 4 and, passing along the catalyst blocks, sequentially flows around the horizontal disks 8. The flow around the disks stream causes a local increase in static pressure in this region of the entrance to the catalytic blocks and equalizes the pressure distribution over the height of the inlet surface of the catalyst blocks 7 Next, the flow passes through the catalytic blocks in which the heterogeneous catalytic reaction proceeds, and enters the reactor section bounded by the wall of the vessel 1 and into the exit surface of the catalytic blocks 7. This section has an annular shape and is partially divided by an annular permeable partition 9. The purpose of installing the partition 9 is to increase the static pressure at the outlet of the lower height of the catalyst section and to provide a constant static pressure drop along the height of the catalyst layer. Next, the flow enters the outlet 5.

Такая конструкция распределительных устройств, установленных на входе и выходе каталитических блоков, обеспечивает равномерное распределение перепада статического давления по высоте катализатора. Это обеспечивает, в свою очередь, равномерное распределение скорости фильтрации потока через каталитические блоки.This design of switchgears installed at the inlet and outlet of the catalytic blocks ensures uniform distribution of the static pressure drop over the height of the catalyst. This, in turn, ensures a uniform distribution of the flow rate through the catalyst blocks.

Claims

1. A reactor for carrying out a heterogeneous catalytic process, including a vertical body, a lid and a bottom, fittings for introducing the initial gas mixture and outputting reaction products, an impenetrable horizontal partition on which the catalytic blocks are located, contacting the reactor lid with an upper end without a gap and forming an annular layer with a radial flow path, characterized in that it is equipped with two horizontal disks placed at a certain distance one above the other in the inlet channel in front of the catalytic eskimi blocks and annular permeable barrier at the exit of blocks attached to the lower edge of the horizontal wall and the upper edge of the annular partition forms with the permeable lid of the reactor gap.

2. The reactor according to claim 1, characterized in that the said horizontal disks have the same diameter equal to 0.58 of the diameter of the entrance to the catalytic blocks, and are placed at a height of 2/3 and 0.92 of the height of the catalyst layer.

3. The reactor according to claim 1, characterized in that the annular permeable partition divides the horizontal cross-sectional area of the free space between the catalytic blocks and the reactor vessel into annular parts with a sectional ratio of 2 to 1, counting from the vessel, the height of the partition is equal to half the height of the catalyst layer , and the value of the "live" section of the septum is 0.35.