RU197030U1 - DEVICE FOR CARRYING OUT CATALYTIC PROCESSES IN THREE-PHASE SUSPENSION LAYER - Google Patents

DEVICE FOR CARRYING OUT CATALYTIC PROCESSES IN THREE-PHASE SUSPENSION LAYER Download PDF

Info

Publication number
RU197030U1
RU197030U1 RU2019134255U RU2019134255U RU197030U1 RU 197030 U1 RU197030 U1 RU 197030U1 RU 2019134255 U RU2019134255 U RU 2019134255U RU 2019134255 U RU2019134255 U RU 2019134255U RU 197030 U1 RU197030 U1 RU 197030U1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
nozzle
suspension
circulation line
phase
gas
Prior art date
Application number
RU2019134255U
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Олег Борисович Чупичев
Алексей Евгеньевич Кузьмин
Майя Валерьевна Куликова
Айрат Инсафович Шамсуллин
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Ордена Трудового Красного Знамени Институт нефтехимического синтеза им. А.В. Топчиева Российской академии наук (ИНХС РАН)
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Ордена Трудового Красного Знамени Институт нефтехимического синтеза им. А.В. Топчиева Российской академии наук (ИНХС РАН) filed Critical Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Ордена Трудового Красного Знамени Институт нефтехимического синтеза им. А.В. Топчиева Российской академии наук (ИНХС РАН)
Priority to RU2019134255U priority Critical patent/RU197030U1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU197030U1 publication Critical patent/RU197030U1/en

Links

Images

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01FMIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
    • B01F23/00Mixing according to the phases to be mixed, e.g. dispersing or emulsifying
    • B01F23/20Mixing gases with liquids
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J19/00Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J19/24Stationary reactors without moving elements inside

Abstract

Полезная модель относится к аппаратам химической и нефтехимической промышленности и предназначена для проведения массобменных процессов в системе реакторов суспензионного катализа и может быть использована, в частности, для проведения реакции синтеза Фишера-Тропша в суспензионных реакторах.Устройство для проведения каталитических процессов в трехфазном суспензионном слое включает барботажную колонну, заполненную суспензией наноразмерного катализатора в жидкой фазе, циркуляционную линию, патрубок для ввода жидкой фазы в колонну через циркуляционную линию, эжектор для ввода газовой фазы, установленный внизу барботажной колонны и соединенный с линией ввода газовой фазы и циркуляционной линией, и патрубок для вывода продуктов реакции. Циркуляционная линия соединена с колонной посредством переливной перемычки с возможностью перетока жидкой фазы. Эжектор включает корпус с расширительным соплом, сменную форсунку и расположенную внутри корпуса. Форсунка и сопло находятся в камере смешения жидкой и газовой фаз, к которой подведены патрубки для ввода этих фаз. Соотношение диаметра форсунки и внутреннего диаметра сопла равно 1:10, а внутренний диаметр сопла и диаметр патрубка для ввода жидкой фазы из циркуляционной линии примерно равны. Сверху сопла в самой широкой части его расширения посредством уплотнительного кольца закреплена рассеивающая сетка с размером ячеек от 0.12 до 0,6 мм.Технический результат: обеспечение интенсивного барботажа с заданным оптимальным размером пузырьков синтез газа, проходящего через слой суспензионного катализатора. 4 пр., 5 ил.The utility model relates to apparatuses of the chemical and petrochemical industry and is intended for carrying out mass transfer processes in a system of suspension catalysis reactors and can be used, in particular, for carrying out the Fischer-Tropsch synthesis reaction in suspension reactors. The device for carrying out catalytic processes in a three-phase suspension layer includes a bubbling a column filled with a suspension of a nanosized catalyst in the liquid phase, a circulation line, a pipe for introducing the liquid phase into the column h Through a circulation line, an ejector for introducing a gas phase mounted at the bottom of the bubble column and connected to a gas phase inlet line and a circulation line, and a pipe for outputting reaction products. The circulation line is connected to the column through an overflow jumper with the possibility of overflow of the liquid phase. The ejector includes a housing with an expansion nozzle, a replaceable nozzle and located inside the housing. The nozzle and nozzle are in the mixing chamber of the liquid and gas phases, to which the nozzles for the input of these phases are connected. The ratio of the diameter of the nozzle and the inner diameter of the nozzle is 1:10, and the inner diameter of the nozzle and the diameter of the nozzle for introducing the liquid phase from the circulation line are approximately equal. On top of the nozzle in the widest part of its expansion, a scattering grid with a mesh size of 0.12 to 0.6 mm is fixed by means of a sealing ring. Technical result: providing intensive sparging with a given optimal size of the synthesis gas bubbles passing through the suspension catalyst layer. 4 ave., 5 ill.

Description

Полезная модель относится к аппаратам химической и нефтехимической промышленности и предназначена для проведения массобменных процессов в системе реакторов суспензионного катализа и может быть использована, в частности, для проведения реакции синтеза Фишера-Тропша в суспензионных реакторах.The utility model relates to apparatuses of the chemical and petrochemical industries and is intended for carrying out mass transfer processes in a system of slurry catalysis reactors and can be used, in particular, for carrying out the Fischer-Tropsch synthesis reaction in slurry reactors.

Широко известны барботажные суспензионные реакторы (в англоязычной литературе - slurry bubble column reactor, SBR) и реакторы с бурлящим слоем (ebullated bed reactor, EBR). Реакторы обоих типов представляют собой полые аппараты, заполненные суспензионным слоем катализатора, в котором в том или ином режиме барботирует газ и различаются, прежде всего, размером используемых частиц - десятки микрон для первого типа и около 1 миллиметра для второго.Bubbling suspension reactors (in the English literature - slurry bubble column reactor, SBR) and bubbling bed reactors (ebullated bed reactor, EBR) are widely known. Both types of reactors are hollow vessels filled with a suspension catalyst layer, in which gas in one mode or another sparges and differs primarily in the size of the particles used - tens of microns for the first type and about 1 millimeter for the second.

Существующие барботажные реакторы для осуществления трехфазных суспензионных процессов отличаются следующими важными конструкционными компонентами:Existing bubble reactors for the implementation of three-phase suspension processes are distinguished by the following important structural components:

а) газораспределительное устройство (диспергатор) - горизонтальная пластина с отверстиями, располагающаяся в основании колонны. При всем возможном разнообразии конструкции отверстий, предназначение этого устройства состоит в том, чтобы при заданных технических условиях обеспечить формирование пузырькового потока с возможно меньшими и однородными по размеру пузырьками, который способствует интенсивному перемешиванию жидкой среды с рованными в ней частицами катализатора и массообмену между последней и газовым потоком, что важно для эффективного осуществления каталитических процессов названного типа. Также данное устройство должно выбираться таким, чтобы исключить провал (по известной аналогии с тарелками ректификационных колонн) жидкой фазы непосредственно в подаваемый поток газа;a) gas distribution device (dispersant) - a horizontal plate with holes located at the base of the column. With all the possible variations in the design of the holes, the purpose of this device is to ensure the formation of a bubble stream with the smallest and most uniform bubbles, which facilitates intensive mixing of the liquid medium with the catalyst particles contained in it and mass transfer between the latter and the gas flow, which is important for the effective implementation of catalytic processes of the named type. Also, this device should be selected so as to exclude a failure (by a known analogy with distillation column plates) of the liquid phase directly into the supplied gas stream;

б) параллельная основной колонне циркуляционная линия, если по тем или иным причинам необходимо обеспечить проточный режим реактора и по суспензии. Циркуляция обеспечивается установкой насоса той или иной конструкции (поскольку, когда речь идет о синтезах из СО и Н2, условия для возникновения развитого движения в режиме газлифта практически нереализуемы); помимо циркуляции, каталитическая суспензия в данной линии может подвергаться другим операциям (отвод отработанной/подвод свежей суспензии и пр.).b) a circulation line parallel to the main column, if for one reason or another it is necessary to ensure the flow regime of the reactor and the suspension. The circulation is provided by installing a pump of one design or another (because, when it comes to syntheses from CO and H2, the conditions for the occurrence of developed movement in the gas lift mode are practically unrealizable); in addition to circulation, the catalytic suspension in this line can undergo other operations (removal of spent / supply of fresh suspension, etc.).

Известно устройство для получения суспензии катализатора, включающее корпус, патрубки для ввода исходных компонентов и готового продукта, вертикальное лопастное тихоходное перемешивающее устройство, на каждой лопасти которого закреплены два лопастных элемента, и боковое быстроходное перемешивающее устройство в виде дисковых активаторов (см., а.с. СССР 1775148 А1, МПК B01F 7/00, опубл. 15.11.1992).A device for producing a catalyst suspension is known, including a housing, nozzles for introducing the starting components and the finished product, a vertical paddle slow-moving mixing device, on each blade of which two paddle elements are fixed, and a lateral high-speed mixing device in the form of disk activators (see.a. USSR 1775148 A1, IPC B01F 7/00, publ. 11/15/1992).

Недостатком известного устройства является сложность конструкции и высокая стоимость изготовления.A disadvantage of the known device is the complexity of the design and the high cost of manufacture.

Известно устройство для получения суспензии катализатора, включающее трубопровод с ферромагнитными элементами, размещенный во вращающемся электромагнитном поле генератора - статора трехфазной машины переменного тока. Компоненты суспензии перемешиваются под действием вращающего момента и неравномерностей магнитного поля. Перемешанные и диспергированные компоненты суспензии выводятся через решетку, предохраняющую от выноса ферромагнитные элементы устройства (а.с. СССР 567481, МПК B01F 13/08, опубл. 22.08.1977).A device for producing a suspension of a catalyst is known, including a pipeline with ferromagnetic elements located in a rotating electromagnetic field of a generator - stator of a three-phase AC machine. The components of the suspension are mixed under the action of torque and magnetic field irregularities. The mixed and dispersed components of the suspension are discharged through a grating that protects the ferromagnetic elements of the device from removal (AS USSR 567481, IPC B01F 13/08, publ. 08/22/1977).

Недостатками известного устройства являются нагрев частиц катализатора от вихревых токов при неконтролируемой температуре нагрева, высокие энергозатраты и отсутствие рециркуляции.The disadvantages of the known device are the heating of the catalyst particles from eddy currents at an uncontrolled heating temperature, high energy consumption and lack of recirculation.

Наиболее близким к заявленному по совокупности существенных признаков и достигаемому техническому результату (прототипом) является устройство для проведения каталитических процессов, а именно синтеза Фишера-Тропша, в трехфазном суспензионном слое в суспензионных реакторах, включающее барботажную колонну, заполненную суспензией наноразмерного катализатора в жидкой фазе, патрубок для ввода жидкой фазы, приспособление для ввода газовой фазы в колонну - перфорированный диспергатор, установленный внизу барботажной колонны и соединенный с линией ввода газовой фазы, циркуляционную линию, соединенную с колонной посредством переливной перемычки с возможностью перетока жидкой фазы, эжектор для осуществления циркуляции жидкой фазы и патрубок для вывода продуктов реакции. (М.В. Куликова, А.Е. Кузьмин, О.Б. Чупичев, «Натурное моделирование барботажа в сларри-реакторе синтеза Фишера-Тропша с наноразмерным катализатором», Журнал прикладной химии. 2018. Т. 91. Вып. 4, с. 528-532)The closest to the claimed by the set of essential features and achieved technical result (prototype) is a device for carrying out catalytic processes, namely, Fischer-Tropsch synthesis, in a three-phase suspension layer in suspension reactors, including a bubbler column filled with a suspension of a nanoscale catalyst in a liquid phase, a pipe for entering the liquid phase, a device for introducing the gas phase into the column is a perforated dispersant installed at the bottom of the bubble column and connected with a line input of the gas phase, a circulation line connected to the column via an overflow jumpers, with overflow of the liquid phase, an ejector for the circulation of the liquid phase and outlet for the withdrawal of the reaction products. (M.V. Kulikova, AE Kuzmin, O. B. Chupichev, “Field simulation of bubbling in a Fischer-Tropsch synthesis reactor with a nanoscale catalyst,” Journal of Applied Chemistry. 2018.V. 91. Issue 4, p. 528-532)

Устройство позволяет обеспечивать оптимальный размер пузырьков синтез-газа, проходящих через слой суспензионного катализатора, эффективное перемешивание и насыщение реагентами суспензионной среды вследствие интенсивного барботажа, и как следствие, обеспечивает высокую конверсию сырья и высокий выход продуктов реакции.The device allows to ensure the optimal size of the synthesis gas bubbles passing through the suspension catalyst layer, effective mixing and saturation of the suspension medium with reagents due to intensive bubbling, and as a result, provides a high conversion of raw materials and a high yield of reaction products.

Недостатком описанного устройства является нестабильный режим барботирования с образованием пузырьков барботирующего газа разного размера, отчего процесс требует постоянного контроля и регулирования. При образовании крупных пузырьков они агломерируют, и производительность и полнота протекания реакции Фишера-Тропша снижается. При малом размере пузырьков происходит вспенивание жидкой фазы и нарушение режима барботирования, что также ухудшает показатели процесса.The disadvantage of the described device is the unstable mode of bubbling with the formation of bubbles of sparging gas of different sizes, which is why the process requires constant monitoring and regulation. When large bubbles form, they agglomerate, and the productivity and completeness of the Fischer-Tropsch reaction decreases. With a small size of the bubbles, foaming of the liquid phase and violation of the bubbling regime occurs, which also worsens the performance of the process.

Задача полезной модели заключается в разработке устройства для проведения каталитических процессов в трехфазном суспензионном слое катализатора с циркуляцией жидкой фазы без насоса, обеспечивающее эффективные диспергирование барботирующего газа.The objective of the utility model is to develop a device for carrying out catalytic processes in a three-phase suspension catalyst bed with circulation of the liquid phase without a pump, which ensures effective dispersion of the bubbling gas.

Поставленная задача решается тем, что предложено устройство для проведения каталитических процессов в трехфазном суспензионном слое, включающее барботажную колонну, заполненную суспензией наноразмерного катализатора в жидкой фазе, циркуляционную линию, соединенную с колонной посредством переливной перемычки с возможностью перетока жидкой фазы, патрубок для ввода жидкой фазы в колонну через циркуляционную линию, приспособление для ввода газовой фазы, установленное внизу барботажной колонны и соединенное с линией ввода газовой фазы и циркуляционной линией, и патрубок для вывода продуктов реакции, в котором приспособление для ввода газовой фазы представляет собой эжектор, включающий корпус с расширительным соплом, сменную форсунку, и расположенную внутри корпуса между форсункой и соплом камеру смешения жидкой и газовой фаз, к которой подведены патрубки для ввода жидкой и газовой фаз, причем соотношение диаметра форсунки и внутреннего диаметра сопла равно 1:10, а внутренний диаметр сопла и диаметр патрубка для ввода жидкой фазы из циркуляционной линии примерно равны, сверху сопла в самой широкой части его расширения посредством уплотнительного кольца закреплена рассеивающая сетка с размером ячеек от 0.12 до 0.6 мм.The problem is solved by the fact that a device for carrying out catalytic processes in a three-phase suspension layer is proposed, including a bubble column filled with a suspension of a nanoscale catalyst in the liquid phase, a circulation line connected to the column through an overflow jumper with the possibility of overflowing the liquid phase, a pipe for introducing the liquid phase into the column through the circulation line, the device for entering the gas phase, mounted at the bottom of the bubble column and connected to the line of input of the gas phase and a circulation line, and a pipe for outputting reaction products, in which the device for introducing a gas phase is an ejector including a housing with an expansion nozzle, a replaceable nozzle, and a liquid and gas phase mixing chamber, to which the nozzles are connected, located inside the housing between the nozzle and the nozzle for introducing the liquid and gas phases, and the ratio of the diameter of the nozzle and the inner diameter of the nozzle is 1:10, and the inner diameter of the nozzle and the diameter of the nozzle for introducing the liquid phase from the circulation line are approximately equal, top nozzle in its widest part by expansion of the sealing ring is fastened diffusing grid with a mesh size of 0.12 to 0.6 mm.

Технический результат от использования полезной модели заключается в обеспечении интенсивного барботажа с заданным оптимальным размером пузырьков синтез газа, проходящего через слой суспензионного катализатора.The technical result of using the utility model is to provide intensive bubbling with a given optimal size of the bubbles of synthesis gas passing through a layer of suspension catalyst.

Предлагаемая модель представлена на Фиг. 1, гдеThe proposed model is presented in FIG. 1 where

1 - эжектор1 - ejector

2 - барботажная колонна2 - bubble column

3 - циркуляционная линия3 - circulation line

4 - линия ввода газовой фазы4 - gas phase input line

5 - патрубок для первоначального заполнения барботажной колонны жидкой фазой и вывода газа.5 - pipe for the initial filling of the bubble column with a liquid phase and gas outlet.

6 - переливная перемычка6 - overflow jumper

Устройство состоит из: барботажной колонны (2), соединенной с циркуляционной линией (3) и линией ввода газовой фазы (4) через эжектор (1), выполненный из нержавеющей стали 12×18н10т), находящийся внизу барботажной колонны и соединенный также с циркуляционной линией через переливную перемычку (6), находящуюся в верхней части устройства. Наверху колонны (2) и циркуляционной линией (3) установлен патрубок (5), служащий как для первоначального заполнения устройства жидкой фазой, так и для вывода газа из устройства.The device consists of: a bubble column (2) connected to the circulation line (3) and the gas phase input line (4) through an ejector (1) made of stainless steel 12 × 18n10t) located at the bottom of the bubble column and also connected to the circulation line through the overflow jumper (6) located in the upper part of the device. At the top of the column (2) and the circulation line (3), a pipe (5) is installed that serves both for the initial filling of the device with a liquid phase and for the gas outlet from the device.

На Фиг. 2 представлены конструктивные особенности эжектора в разрезе:In FIG. 2 presents the design features of the ejector in the context:

7 - сменная форсунка7 - replaceable nozzle

8 - патрубок ввода газовой фазы (эжектирующей среды)8 - pipe input gas phase (ejection medium)

9 - патрубок ввода жидкой фазы (эжектируемой среды)9 - pipe input liquid phase (ejected medium)

10 - корпус эжектора с внутренней камерой смешения жидкой и газовых фаз10 - ejector housing with an internal chamber for mixing liquid and gas phases

11 - расширительное сопло эжектора11 - expansion nozzle of the ejector

12 - рассеивающая сетка12 - diffusion grid

13 - уплотнительное кольцо13 - a sealing ring

14 - соединительная муфта реактора14 - reactor coupling

На фиг. 3 изображены варианты рассеивающей сетки в зависимости от размера ячейки - слева направо, 0,6, 0,4 и 0.12 мм соответственно.In FIG. Figure 3 shows the variants of the scattering grid depending on the cell size — from left to right, 0.6, 0.4, and 0.12 mm, respectively.

Эжектор конструкционно выполнен по классической схеме и состоит из корпуса с внутренней камерой смешения жидкой и газовых фаз (10) и расширительным соплом (11), в котором формируется и эжектируется в барботажную колонну (2) газожидкостный поток, сменной форсунки (7), линии ввода эжектирующей среды (8), в которую поступает газовая фаза, линии ввода эжектируемой среды (9), в которую поступает жидкая фаза (суспензия катализатора). Сверху сопла (11) в самой широкой части его расширения посредством уплотнительного кольца (13) закреплена рассеивающая сетка (12) с размером ячеек от 0.12 до 0.6 мм. Корпус эжектора (10) вместе с рассеивающей сеткой (12) и уплотнительным кольцом (13) закреплен в барботажной колонне (2) с помощью соединительной муфты (14).The ejector is structurally constructed according to the classical scheme and consists of a housing with an internal chamber for mixing liquid and gas phases (10) and an expansion nozzle (11), in which a gas-liquid flow is formed and ejected into the bubble column (2), a replaceable nozzle (7), an input line the ejection medium (8) into which the gas phase enters, the entry lines of the ejected medium (9) into which the liquid phase enters (suspension of the catalyst). On top of the nozzle (11) in the widest part of its expansion, a scattering grid (12) with a mesh size of 0.12 to 0.6 mm is fixed by means of a sealing ring (13). The ejector body (10) together with the scattering net (12) and the sealing ring (13) is fixed in the bubble column (2) with the help of a coupling (14).

Предлагаемая полезная модель выполнена в стекле для возможности визуального контроля гидродинамической ситуации (размеры пузырьков, турбулентные явления, образование поршней и т.д.) с использованием запорно-соединительной арматуры из нержавеющей стали 12×18н10т и предназначена для проведения каталитических процессов в трехфазном суспензионном слое и может быть использована при проведении процессов, использующих парогазовой барботаж в суспензиях, содержащих наноразмерные частицы катализатора, в частности, при проведении реакции синтеза Фишера-Тропша в суспензионных реакторах.The proposed utility model is made in glass for the possibility of visual control of the hydrodynamic situation (bubble sizes, turbulent phenomena, piston formation, etc.) using 12 × 18n10t stainless steel shutoff and connecting valves and is designed to carry out catalytic processes in a three-phase suspension layer and can be used in carrying out processes using vapor-gas bubbling in suspensions containing nanosized catalyst particles, in particular, when carrying out the synthesis reaction for Fischer-Tropsch in slurry reactors.

Полезная модель работает следующим образом:The utility model works as follows:

Суспензию (жидкую фазу) (общий объем около 2.5 л) загружают в устройство через патрубок (5) наверху барботажной колонны (2) либо несколько выше, либо несколько ниже уровня переливной перемычки (6). Подают газовую фазу - сырье соответствующих каталитических процессов (избыточное давление до 2 атм), с рассчитанным объемным расходом в патрубок ввода эжектирующей среды (8) эжектора (1). Газовая фаза выходит из форсунки (7) в расширительное сопло (10) эжектора (1) через рассеивающую сетку (12). Когда газовая фаза проходит через рассеивающую сетку (12), образуются пузырьки газа оптимального заданного размера в зависимости от размера ее ячеек. Уплотнительное кольцо (13) фиксирует рассеивающую сетку (12) в заданном положении и предотвращает проскок газовой фазы в колонну. Соединительная муфта (14) закрепляет эжектор (1) с рассеивающей сеткой (12) в барботажной колонне (2).The suspension (liquid phase) (total volume of about 2.5 l) is loaded into the device through the pipe (5) at the top of the bubble column (2) either slightly higher or slightly lower than the level of the overflow bridge (6). The gas phase is fed - the raw material of the corresponding catalytic processes (overpressure up to 2 atm), with the calculated volumetric flow rate into the inlet port of the ejector medium (8) of the ejector (1). The gas phase leaves the nozzle (7) in the expansion nozzle (10) of the ejector (1) through the scattering grid (12). When the gas phase passes through a scattering grid (12), gas bubbles of an optimal given size are formed depending on the size of its cells. The sealing ring (13) fixes the scattering net (12) in a predetermined position and prevents the breakthrough of the gas phase into the column. The coupling (14) secures the ejector (1) with a scattering net (12) in the bubble column (2).

Затем образовавшиеся пузырьки газовой фазы поступают в объем барботажной колонны (2), увлекая за собой жидкую фазу через линию ввода жидкой фазы (9), куда она поступает из циркуляционной линии (3). После барботажа в колонне (2) газ (газовая фаза) покидает объем суспензионного слоя и затем выводится из устройства через патрубок (5). Жидкая фаза из колонны (2) постоянно перетекает через переливную перемычку (6) в циркуляционную линию (3), откуда снова эжектируется в колонну, замыкая, таким образом, циркуляционный контур.Then, the resulting gas phase bubbles enter the bubble column volume (2), dragging the liquid phase along through the liquid phase input line (9), where it enters from the circulation line (3). After bubbling in the column (2), the gas (gas phase) leaves the volume of the suspension layer and then is removed from the device through the pipe (5). The liquid phase from the column (2) constantly flows through the overflow bridge (6) into the circulation line (3), from where it is again ejected into the column, thus closing the circulation circuit.

Регулирование объемного расхода жидкой фазы осуществляют варьированием расхода газа (в пределах, обуславливаемых ограничениями моделируемого процесса).The volumetric flow rate of the liquid phase is controlled by varying the gas flow rate (within the limits determined by the limitations of the simulated process).

Нижеследующие примеры иллюстрируют работу предлагаемой полезной модели.The following examples illustrate the operation of the proposed utility model.

Пример 1 (сравнительный)Example 1 (comparative)

В предлагаемом устройстве проводят каталитический процесс в трехфазном суспензионном слое на примере реакции синтеза Фишера-Тропша с применением эжектора, обеспечивающего циркуляцию жидкой фазы. При объемном расходе газа (газовой фазы) 25, 50 и 100 нл/ч (см., Фиг. 4, слева направо, соответственно) без рассеивающей сетки возникает барботажный режим, который характеризуется образованием крупных, неоднородных по размеру «линзообразных» пузырей, которые при большой скорости газа могут занять все поперечное сечение барботажной колонны.In the proposed device, a catalytic process is carried out in a three-phase suspension layer using the example of a Fischer-Tropsch synthesis reaction using an ejector that circulates the liquid phase. At a volumetric flow rate of gas (gas phase) of 25, 50, and 100 nl / h (see, Fig. 4, from left to right, respectively) without a scattering grid, a bubbling regime occurs, which is characterized by the formation of large, heterogeneous in size “lens-like” bubbles, which at high gas speeds, they can occupy the entire cross section of the bubble column.

Пример 2Example 2

При использовании сетки с размером ячеек 0.6 мм (Фиг. 3, слева) характер барботажа резко меняется. Образуются мелкие пузырьки газа близкого размера - 7-12 мм в зависимости от расхода газа, причем гомогенность пузырьков по размерам и распределению в сечении барботажной колонны при изменении расхода газа сохраняются.When using a mesh with a mesh size of 0.6 mm (Fig. 3, left), the nature of the bubbling dramatically changes. Small gas bubbles of a close size — 7–12 mm, are formed depending on the gas flow rate, and the homogeneity of the bubbles in size and distribution in the cross-section of the bubble column with the gas flow rate is preserved.

Пример 3Example 3

При использовании сетки рассеивающей с размером ячейки 0.4 мм (Фиг. 3, посередине): размер пузырьков уменьшается до 5-10 мм при расходе газа 25 нл/ч (Фиг. 5, слева). При увеличении расхода до 50 (Фиг. 5, посередине) и 100 нл/ч (Фиг. 5, справа) средний размер пузырька уменьшается до 4-8 мм. Пузырьки равномерно распределяются по сечению колонны, причем гомогенность пузырьков по размерам и распределению в сечении барботажной колонны при изменении расхода газа сохраняются..When using a scattering grid with a mesh size of 0.4 mm (Fig. 3, in the middle): the size of the bubbles decreases to 5-10 mm with a gas flow rate of 25 nl / h (Fig. 5, left). When the flow rate increases to 50 (Fig. 5, in the middle) and 100 nl / h (Fig. 5, to the right), the average bubble size decreases to 4-8 mm. Bubbles are evenly distributed over the cross section of the column, moreover, the homogeneity of the bubbles in size and distribution in the cross section of the bubble column with the gas flow rate is preserved ..

Пример 4.Example 4

При использовании сетки с наименьшим размером ячеек - 0.12 мм (Фиг. 3, справа), пузырьки также равномерно распределяются по сечению колонны, причем гомогенность пузырьков по размерам и распределению в сечении барботажной колонны при изменении расхода газа сохраняются. Размер пузырьков приблизительно равен приведенному в примере 3.When using a mesh with the smallest mesh size of 0.12 mm (Fig. 3, right), the bubbles are also evenly distributed over the column section, and the bubble homogeneity in size and distribution in the bubble column section is preserved with a change in gas flow. The size of the bubbles is approximately equal to that shown in example 3.

Claims (1)

Устройство для проведения каталитических процессов в трехфазном суспензионном слое, включающее барботажную колонну, заполненную суспензией наноразмерного катализатора в жидкой фазе, циркуляционную линию, соединенную с колонной посредством переливной перемычки с возможностью перетока жидкой фазы, патрубок для ввода жидкой фазы в колонну через циркуляционную линию, приспособление для ввода газовой фазы, установленное внизу барботажной колонны и соединенное с линией ввода газовой фазы и циркуляционной линией, и патрубок для вывода продуктов реакции, отличающееся тем, что приспособление для ввода газовой фазы представляет собой эжектор, включающий корпус с расширительным соплом, сменную форсунку, и расположенную внутри корпуса между форсункой и соплом камеру смешения жидкой и газовой фаз, к которой подведены патрубки для ввода жидкой и газовой фаз, причем соотношение диаметра форсунки и внутреннего диаметра сопла равно 1:10, внутренний диаметр сопла и диаметр патрубка для ввода жидкой фазы из циркуляционной линии примерно равны, а сверху сопла в самой широкой части его расширения посредством уплотнительного кольца закреплена рассеивающая сетка с размером ячеек от 0,12 до 0,6 мм.A device for carrying out catalytic processes in a three-phase suspension layer, including a bubble column filled with a suspension of a nanoscale catalyst in the liquid phase, a circulation line connected to the column through an overflow jumper with the possibility of overflow of the liquid phase, a pipe for introducing the liquid phase into the column through the circulation line, a device for the input of the gas phase, installed at the bottom of the bubble column and connected to the input line of the gas phase and the circulation line, and a pipe for outputting reaction products, characterized in that the device for introducing a gas phase is an ejector comprising a housing with an expansion nozzle, a replaceable nozzle, and a chamber for mixing liquid and gas phases located inside the housing between the nozzle and nozzle, to which nozzles for introducing liquid and gas phases are connected moreover, the ratio of the diameter of the nozzle and the inner diameter of the nozzle is 1:10, the inner diameter of the nozzle and the diameter of the nozzle for introducing the liquid phase from the circulation line are approximately equal, and on top of the nozzle in the widest part of it expansion by means of a sealing ring a diffusing grid is fixed with a mesh size of 0.12 to 0.6 mm.
RU2019134255U 2019-10-25 2019-10-25 DEVICE FOR CARRYING OUT CATALYTIC PROCESSES IN THREE-PHASE SUSPENSION LAYER RU197030U1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2019134255U RU197030U1 (en) 2019-10-25 2019-10-25 DEVICE FOR CARRYING OUT CATALYTIC PROCESSES IN THREE-PHASE SUSPENSION LAYER

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2019134255U RU197030U1 (en) 2019-10-25 2019-10-25 DEVICE FOR CARRYING OUT CATALYTIC PROCESSES IN THREE-PHASE SUSPENSION LAYER

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU197030U1 true RU197030U1 (en) 2020-03-25

Family

ID=69941770

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2019134255U RU197030U1 (en) 2019-10-25 2019-10-25 DEVICE FOR CARRYING OUT CATALYTIC PROCESSES IN THREE-PHASE SUSPENSION LAYER

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU197030U1 (en)

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU567481A1 (en) * 1975-12-29 1977-08-05 Омский Филиал Специального Конструкторского Бюро По Автоматике В Нефтепереработке И Нефтехимии Apparatus for continuous preparation of emulsions and suspensions
WO2006028767A1 (en) * 2004-09-02 2006-03-16 Eastman Chemical Company Optimized liquid-phase oxidation in a bubble column reactor

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU567481A1 (en) * 1975-12-29 1977-08-05 Омский Филиал Специального Конструкторского Бюро По Автоматике В Нефтепереработке И Нефтехимии Apparatus for continuous preparation of emulsions and suspensions
WO2006028767A1 (en) * 2004-09-02 2006-03-16 Eastman Chemical Company Optimized liquid-phase oxidation in a bubble column reactor

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
М.В. КУЛИКОВА, А.Е. КУЗЬМИН, О.Б. ЧУПИЧЕВ, Натурное моделирование барботажа в сларри-реакторе синтеза Фишера-Тропша с наноразмерным катализатором, Журнал прикладной химии, Москва, 2018 г., том 91, номер 4, с. 528-532. *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Schrimpf et al. Intensified reactors for gas-liquid-liquid multiphase catalysis: From chemistry to engineering
Peng et al. A review of microreactors based on slurry Taylor (segmented) flow
Patwardhan et al. Design of gas-inducing reactors
Zhang et al. Power consumption and mass transfer in a gas-liquid-solid stirred tank reactor with various triple-impeller combinations
Geng et al. Process intensification in pneumatically agitated slurry reactors
CN100584445C (en) Stirring/flow-guiding multi-phase reactor
KR20140045496A (en) Apparatus and method for hydroconversion
Hashemi et al. Hydrodynamic characteristics of an aerated coaxial mixing vessel equipped with a pitched blade turbine and an anchor
RU2738849C1 (en) Apparatus for growing microorganisms
CN102580629B (en) Gas-liquid-liquid-solid reaction device
Moudoud et al. Global hydrodynamic of hybrid external loop airlift reactor: Experiments and CFD modelling
RU197030U1 (en) DEVICE FOR CARRYING OUT CATALYTIC PROCESSES IN THREE-PHASE SUSPENSION LAYER
Hao et al. Development, simulation, and laboratory test of novel gas-solid-liquid separator for UASB/EGSB reactor of wastewater treatment
CN202527171U (en) Reaction device applied to gas-liquid-liquid-solid multiphase reaction
Buwa et al. Three‐phase slurry reactors
Yang et al. Investigation of hydrodynamics and mass transfer in an internal loop airlift slurry reactor integrating mixing and separation
CN217189491U (en) Nano material multiphase photocatalysis microchannel reactor
RU195804U1 (en) DEVICE FOR CARRYING OUT CATALYTIC PROCESSES IN THREE-PHASE SUSPENSION LAYER
Sayyar et al. Numerical simulation of the hydrodynamics in a novel jet loop bubble column with helical sieve tapes
Liu et al. The Influence of impeller combination on the gas-liquid dispersion performance of a coaxial mixer in viscous fluids
CN202410627U (en) Cycloolefin hydration reactor
Maltby et al. Computational studies of a novel magnetically driven single-use-technology bioreactor: A comparison of mass transfer models
Karthik et al. Enabling Process Innovations via Mastering Multiphase Flows: Gas–Liquid and Gas–Liquid–Solid Processes
Zahradnik et al. Hydrodynamic and mass transfer characteristics of sectionalized aerated slurry reactors
Chen et al. Novel external-loop CO2-lift reactor for desilication of alkaline/surfactant/polymer produced water from oil well

Legal Events

Date Code Title Description
QB9K Licence granted or registered (utility model)

Free format text: LICENCE FORMERLY AGREED ON 20211025

Effective date: 20211025