RU2040330C1

RU2040330C1 - Catalytic reactor

Info

Publication number: RU2040330C1
Application number: RU93033166A
Authority: RU
Inventors: С.И. Сердюков; М.С. Сафонов; А.А. Фомин; И.С. Насоновский
Original assignee: Совместное советско-американское предприятие "Георам"
Priority date: 1993-07-12
Filing date: 1993-07-12
Publication date: 1995-07-25

Abstract

FIELD: chemical industry. SUBSTANCE: catalytic reactor to carry out processes in gas phase has tube-type members, in which catalyst blocks, made of catalytic members, are mounted. The members are made in the form of disks of thermally split graphite with layer of catalyst. EFFECT: usage of thermally split graphite allows effectively carry off heat of reaction and to increase productivity of catalytic reactor. 3 dwg

Description

Изобретение относится к химической технологии, в частности к аппаратам, использующим каталитические методы переработки газообразных и жидких химически активных компонентов на неподвижном слое катализатора. The invention relates to chemical technology, in particular to apparatuses using catalytic methods for processing gaseous and liquid chemically active components on a fixed catalyst bed.

Известен каталитический реактор, содержащий вертикальный цилиндрический корпус, прямоугольные блоки с катализатором, установленные друг под другом по высоте корпуса с образованием зазоров по периферии корпуса, внутри которых поочередно размещены горизонтальные перегородки, образующие коллектор для распределения реагентов через блоки, и нагреватель, расположенный по оси корпуса, причем реактор снабжен вертикальными перегородками, радиально установленными в коллекторе между стенкой корпуса и моноблоками и образующими изолированные друг от друга распределительные каналы, соединяющие секции соседних по высоте блоков между собой [1]
Недостатками данного реактора являются сложная конструкция, большие трудозатраты на его изготовление.A known catalytic reactor containing a vertical cylindrical body, rectangular blocks with a catalyst mounted one below the other in the height of the body with the formation of gaps on the periphery of the body, inside of which horizontal partitions are arranged alternately, forming a collector for distributing reagents through the blocks, and a heater located along the axis of the body moreover, the reactor is equipped with vertical partitions radially mounted in the collector between the wall of the housing and monoblocks and forming isolated distribution channels connecting the sections of blocks adjacent in height to each other [1]
The disadvantages of this reactor are complex design, high labor costs for its manufacture.

Наиболее близким к предлагаемому является реактор для проведения газофазных гетерогенно-каталитических процессов, содержащий внешний контейнер с впускным отверстием для введения реагентов и выпускным отверстием для выведения продуктов реакции и корзину с катализатором, состоящую из внешней и внутренней перфорированных цилиндрических стенок и днища, размещаемую в контейнере в виде обоймы и сообщающуюся с впускным и выпускным отверстиями, причем по крайней мере одна из стенок корзины снабжена размещенной в верхней части глухой цилиндрической перегородкой [2]
Недостатками этого реактора являются сложность его конструкции и низкая производительность.Closest to the proposed is a reactor for conducting gas-phase heterogeneous catalytic processes, containing an external container with an inlet for introducing reagents and an outlet for removing reaction products and a basket with a catalyst, consisting of external and internal perforated cylindrical walls and a bottom, placed in a container in in the form of a cage and communicating with the inlet and outlet openings, and at least one of the walls of the basket is provided with a blind cylinder located at the top -symmetric partition [2]
The disadvantages of this reactor are the complexity of its design and low productivity.

На фиг. 1 изображен реактор; на фиг. 2 блок катализатора; на фиг. 3 каталитический элемент. In FIG. 1 shows a reactor; in FIG. 2 catalyst block; in FIG. 3 catalytic element.

Каталитический реактор (фиг. 1) содержит корпус 1, в котором установлены трубчатые элементы 2. В элементах 2 по высоте аппарата размещены блоки катализатора 3 (фиг. 2), которые, в свою очередь, выполнены из каталитических элементов (фиг. 3), между которыми расположены металлические шайбы 4. Катализаторный блок имеет общий канал 5 для прохождения реакционной смеси и пристенные каналы 6. Нижний каталитический элемент 7 в каждом блоке имеет центральное отверстие 8, верхний каталитический элемент 9 имеет пристенные отверстия 10. Остальные каталитические элементы имеют и центральное, и пристенные отверстия. В блоке может содержаться несколько нижних каталитических элементов, имеющих только центральное отверстие, а также несколько верхних каталитических элементов, имеющих только отверстия по периферии. Каталитический элемент выполнен в форме диска из термически расщепленного графита со слоем катализатора. Катализаторные блоки могут крепиться в корпусе, например, на перегородках. The catalytic reactor (Fig. 1) contains a housing 1 in which tubular elements 2 are installed. In the elements 2, catalyst blocks 3 are placed along the height of the apparatus (Fig. 2), which, in turn, are made of catalytic elements (Fig. 3), between which there are metal washers 4. The catalyst block has a common channel 5 for passing the reaction mixture and wall channels 6. The lower catalytic element 7 in each block has a central hole 8, the upper catalytic element 9 has wall openings 10. The rest are catalytically and elements have central, and near-wall hole. The block may contain several lower catalytic elements having only a Central hole, as well as several upper catalytic elements having only holes on the periphery. The catalytic element is made in the form of a disk of thermally split graphite with a catalyst layer. The catalyst blocks can be mounted in the housing, for example, on partitions.

Реактор работает следующим образом. The reactor operates as follows.

Реакционная смесь подается через патрубок ввода реагентов 11. В межтрубное пространство через вход 12 подается хладагент. Реакционная смесь попадает в аппарат, равномерно распределяется по трубчатым элементам 2. Через отверстие в катализаторном блоке смесь попадает в общий канал 5 и, пройдя в радиальном направлении между каталитическими элементами, попадает в пристенные каналы 6. Далее реакционная смесь выходит в пространство между блоками и входит в общий канал 5 следующего блока и т.д. Продукты реакции выходят из реактора через патрубок 13. Тепло реакции в блоке отводится по графитовой подложке к стенке трубчатого элемента и далее к хладагенту в межтрубном пространстве. The reaction mixture is fed through the inlet of the reagent 11. Refrigerant is supplied to the annulus through the inlet 12. The reaction mixture enters the apparatus, is evenly distributed over the tubular elements 2. Through the hole in the catalyst unit, the mixture enters the common channel 5 and, passing in the radial direction between the catalytic elements, enters the wall channels 6. Then the reaction mixture enters the space between the blocks and enters to the common channel 5 of the next block, etc. The reaction products exit the reactor through the nozzle 13. The heat of reaction in the block is removed along the graphite substrate to the wall of the tubular element and then to the refrigerant in the annulus.

Направление потока реакционной смеси может быть обратным: реакционная смесь подается через патрубок 13, входит в пристенные каналы 6 и выходит в общий канал 5. The direction of flow of the reaction mixture can be reversed: the reaction mixture is fed through a pipe 13, enters the wall channels 6 and exits into a common channel 5.

Таким образом, наличие в блоке каталитических элементов, содержащих подложку из термически расщепленного графита, обладающего высокой теплопроводностью, позволит эффективно отводить тепло реакции при том же газодинамическом сопротивлении блока. Это приводит к уменьшению объема блока и аппарата и, следовательно, к повышению их производительности. Thus, the presence in the block of catalytic elements containing a substrate of thermally split graphite with high thermal conductivity will allow the heat of reaction to be effectively removed with the same gas-dynamic resistance of the block. This leads to a decrease in the volume of the unit and apparatus and, therefore, to increase their productivity.

В качестве теплоотводящего материала каталитического элемента используется термически расщепленный графит, полученный в соответствии с ТУ 57-1-1326778-92. As the heat-removing material of the catalytic element, thermally split graphite obtained in accordance with TU 57-1-1326778-92 is used.

В предлагаемой конструкции реактора радиус центрального отверстия каталитического элемента составляет 0,1-0,7 наружного радиуса элемента. Соотношение радиусов менее 0,1 приводит к повышенному сопротивлению блока потоку реакционной смеси. Соотношение радиусов более 0,7 приводит к низкой механической прочности блока и к понижению производительности реактора. In the proposed reactor design, the radius of the Central hole of the catalytic element is 0.1-0.7 of the outer radius of the element. A ratio of radii of less than 0.1 leads to increased block resistance to the flow of the reaction mixture. A ratio of radii of more than 0.7 leads to low mechanical strength of the unit and to a decrease in reactor productivity.

П р и м е р. Проводят процесс гидрирования бензола в циклогексан. При давлении 10 атм и температуре 174^оС бензоло-водородную смесь в соотношении 1: 9 подают в реактор, состоящий из одного блока, со скоростью 7,36 моль бензола в час. Катализаторный блок выполнен из 15 каталитических элементов в форме дисков из термически расщепленного графита (ТУ 57-1-1326778-92) со слоем никель-хромового катализатора (ОСТ 113-03-314-86), разделенных между собой кольцами из нержавеющей стали диаметром 32 мм и толщиной 0,4 мм. Каталитический элемент выполнен следующим образом: диаметр диска 32 мм, толщина графитовой подложки 1,3 мм, масса слоя катализатора 3,2 г, центральное отверстие диаметром 6 мм, 12 периферийных отверстий диаметром 1 мм расположены на расстоянии 2 мм от края диска. Скорость гидрирования бензола в единице объема блока составляет 5,3х10⁴ моль/м³ ˙ч.PRI me R. The process of hydrogenation of benzene to cyclohexane is carried out. At a pressure of 10 atm and a temperature of 174 ^{° C} Benzene-hydrogen mixture ratio of 1: 9 is fed to the reactor, consisting of one unit, at a rate of 7.36 moles of benzene per hour. The catalyst block is made of 15 catalytic elements in the form of disks of thermally split graphite (TU 57-1-1326778-92) with a layer of nickel-chromium catalyst (OST 113-03-314-86), separated by stainless steel rings with a diameter of 32 mm and a thickness of 0.4 mm. The catalytic element is made as follows: the diameter of the disk is 32 mm, the thickness of the graphite substrate is 1.3 mm, the mass of the catalyst layer is 3.2 g, the central hole is 6 mm in diameter, 12 peripheral holes 1 mm in diameter are located at a distance of 2 mm from the edge of the disk. The hydrogenation rate of benzene per unit volume of the block is 5.3x10 ⁴ mol / m ³ ˙ h.

Скорость гидрирования бензола в аналогичных условиях в известном реакторе на промышленном гранулированном никельхромовом катализаторе, составляет 5,86х10³ моль/м³ ˙ч.The hydrogenation rate of benzene under similar conditions in a known reactor on an industrial granular nickel-chromium catalyst is 5.86x10 ³ mol / m ³ ˙ h.

Таким образом, производительность предлагаемого реактора в 9 раз превышает производительность известного реактора, содержащего промышленный гранулированный катализатор. Thus, the performance of the proposed reactor is 9 times higher than the performance of a known reactor containing an industrial granular catalyst.

Claims

CATALYTIC REACTOR for carrying out processes in the gas phase, including a housing with tubular elements inside, in which catalyst blocks are installed, reagent inlet and product outlet pipes, characterized in that the catalyst blocks are made in the form of disks of thermally split graphite with a catalyst layer mounted on the distance from each other, in the disks installed in the block closer to the reagent inlet, a central hole is made, in the disks installed in the block closer to the outlet Recreatives Products, openings peripherally, in the other discs, and the block made a central opening and openings around the periphery and the radius of the central opening of radius 0.1 0.7 disc.