RU2366499C2 - Reactor for implementation of heterogeneous catalytical reactions - Google Patents
Reactor for implementation of heterogeneous catalytical reactions Download PDFInfo
- Publication number
- RU2366499C2 RU2366499C2 RU2007131073/12A RU2007131073A RU2366499C2 RU 2366499 C2 RU2366499 C2 RU 2366499C2 RU 2007131073/12 A RU2007131073/12 A RU 2007131073/12A RU 2007131073 A RU2007131073 A RU 2007131073A RU 2366499 C2 RU2366499 C2 RU 2366499C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- catalyst
- gas
- reactor
- basket
- perforated
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Description
Изобретение относится к реакторам для проведения гетерогенных каталитических реакций, например для синтеза аммиака, конверсии оксида углерода с водяным паром, и может быть использовано в химической и нефтехимической промышленности.The invention relates to reactors for conducting heterogeneous catalytic reactions, for example, for the synthesis of ammonia, the conversion of carbon monoxide with water vapor, and can be used in the chemical and petrochemical industries.
Известен радиальный каталитический реактор, содержащий корпус со штуцерами для ввода и вывода реагентов. Внутри корпуса коаксиально расположены внутренний и наружный перфорированные цилиндры, между которыми размещен слой зернистого катализатора (Справочник азотчика. М.: «Химия» 1986, издание 2-ое, стр.156-157).Known radial catalytic reactor containing a housing with fittings for input and output of reagents. Inside the housing, the inner and outer perforated cylinders are coaxially located, between which a layer of granular catalyst is placed (Nitrogen Guide. M: Chemistry 1986, 2nd edition, pp. 156-157).
Описанный реактор используется для проведения экзотермических химических реакций при среднем давлении, например конверсии оксида углерода с водяным паром.The described reactor is used for conducting exothermic chemical reactions at medium pressure, for example, the conversion of carbon monoxide with water vapor.
Также известны реакторы для проведения экзотермических реакций под давлением, например синтеза аммиака. В корпусе каждого реактора размещены кольцевые корзины для катализатора с расположенными друг против друга перфорированными стенками, в которых каждый слой катализатора снабжен средствами для обеспечения радиального и аксиально-радиального потока газа через них (Патент RU 2154524, B01J 8/04, 20.08.2000 г., патент RU 2262381, B01J 8/04, 20.10.2005 г.).Reactors for conducting exothermic pressure reactions, for example, ammonia synthesis, are also known. In the casing of each reactor, annular catalyst baskets with perforated walls located opposite each other are placed, in which each catalyst layer is equipped with means for providing a radial and axial-radial gas flow through them (Patent RU 2154524,
Наиболее близким к предлагаемому изобретению является реактор для проведения гетерогенных каталитических реакций, содержащий корпус, внутри которого размещены три катализаторные корзины с перфорированными газоподводящими и газоотводящими боковыми стенками и катализатором внутри. Реактор имеет байпасные устройства для регулирования температуры между катализаторными корзинами, подводящие и отводящие коллекторы, внутренние теплообменники и центральную трубу (Патент США 5171543, кл. 422/148, B01J 8/04, 15.12.1992 г.).Closest to the proposed invention is a reactor for conducting heterogeneous catalytic reactions, comprising a housing, inside of which there are three catalyst baskets with perforated gas supply and gas outlet side walls and a catalyst inside. The reactor has bypass devices for controlling the temperature between the catalyst baskets, inlet and outlet manifolds, internal heat exchangers and a central pipe (US Patent 5171543, CL 422/148, B01J 8/04, 12/15/1992).
Недостатками этих реакторов является то, что для создания равномерного потока реагентов через слой катализатора перфорация стенок катализаторных корзин выполняется с чрезвычайно малым свободным сечением. Стенки корзин образуют с газонепроницаемыми стенками внутреннего корпуса узкие зазоры, заканчивающиеся в нижней части тупиком. Эти зазоры служат коллекторами для подвода реагентов к катализаторным слоям и вывода продуктов реакции из них.The disadvantages of these reactors is that to create a uniform flow of reagents through the catalyst bed, the perforation of the walls of the catalyst baskets is performed with an extremely small free section. The walls of the baskets form narrow gaps with gas-tight walls of the inner case, ending in a dead end at the bottom. These gaps serve as collectors for the supply of reagents to the catalyst layers and the withdrawal of reaction products from them.
Опыт эксплуатации реакторов для синтеза аммиака такой конструкции показал, что в стационарном режиме скорость истечения газа через перфорацию газоподводящей обечайки катализаторной корзины достигает 30-40 м/с. При пусковых режимах скорость истечения газа может превышать 50 м/с. При таких условиях происходит деструкция примыкающих к перфорации частиц катализатора. Следствием этого является образование катализаторной пыли и попадание ее в газовый поток с увеличением эрозионного воздействия потока на сетку и катализатор. Измельченная пыль мигрирует через зернистый слой катализатора и выносится через выходной коллектор предыдущего слоя во входные коллекторы последующих слоев. Происходит постепенное накопление катализаторной пыли в слоях катализатора и коллекторах и, соответственно, увеличение гидравлического сопротивления. Кроме того, накопление катализаторной пыли в коллекторах нарушает однородность потока реагентов в слое катализатора, что приводит к снижению степени конверсии. Все вместе принуждает к остановке производства для ремонта внутренних устройств реактора, удаления катализаторной пыли и замены катализатора, что снижает надежность и эффективность реактора.The operating experience of reactors for the synthesis of ammonia of such a design showed that in a stationary mode the velocity of gas outflow through the perforation of the gas supply shell of the catalyst basket reaches 30–40 m / s. Under starting conditions, the gas outflow velocity can exceed 50 m / s. Under such conditions, the destruction of the catalyst particles adjacent to the perforation occurs. The consequence of this is the formation of catalyst dust and its ingress into the gas stream with an increase in the erosive effect of the stream on the grid and the catalyst. The crushed dust migrates through the granular catalyst layer and is carried out through the output collector of the previous layer to the input collectors of the subsequent layers. There is a gradual accumulation of catalyst dust in the catalyst layers and reservoirs and, accordingly, an increase in hydraulic resistance. In addition, the accumulation of catalyst dust in the collectors violates the uniformity of the flow of reagents in the catalyst bed, which leads to a decrease in the degree of conversion. All together, it forces a shutdown of production to repair the internal devices of the reactor, remove catalyst dust and replace the catalyst, which reduces the reliability and efficiency of the reactor.
Техническим результатом, на который направлено изобретение, является повышение надежности и эффективности реактора.The technical result to which the invention is directed is to increase the reliability and efficiency of the reactor.
Технический результат достигается тем, что в реакторе для проведения гетерогенных каталитических реакций, содержащем корпус, внутри которого размещены одна или несколько последовательно установленных по ходу газа катализаторных корзин с перфорированными газоподводящими и газоотводящими боковыми стенками и катализатором внутри, коллекторы для подвода и отвода газа, согласно изобретению внутри катализаторной корзины или катализаторных корзин по периметру у газоподводящей стенки установлены дополнительные коллекторы с газопроницаемыми по всей длине стенками. Дополнительные коллекторы выполнены преимущественно в виде труб, установлены на расстоянии от газоподводящей стенки катализаторной корзины, обеспечивающем свободное заполнение образующегося зазора катализатором. Газопроницаемые стенки дополнительных коллекторов со всех сторон закрыты сеткой в один или несколько слоев, с размерами ячеек не более 0,8 от диаметра зерна катализатора. Кроме того, на нижнем конце каждого дополнительного коллектора размещены устройства для сбора катализаторной пыли и частиц катализатора, выполненные в виде части тора, повторяющего профиль днища катализаторной корзины.The technical result is achieved in that in a reactor for carrying out heterogeneous catalytic reactions, comprising a housing, inside of which one or more catalyst baskets are arranged in series along the gas, with perforated gas supply and gas outlet side walls and a catalyst inside, collectors for supplying and removing gas, according to the invention inside the catalyst basket or catalyst baskets, additional collectors with gas permeation are installed around the perimeter at the gas supply wall mymi the entire length of the walls. Additional collectors are made mainly in the form of pipes, installed at a distance from the gas supply wall of the catalyst basket, providing free filling of the gap formed by the catalyst. The gas-permeable walls of the additional collectors are closed on all sides by a grid in one or more layers, with mesh sizes not exceeding 0.8 of the grain diameter of the catalyst. In addition, devices for collecting catalyst dust and catalyst particles, made as a part of a torus repeating the profile of the bottom of the catalyst basket, are located at the lower end of each additional collector.
Основные отличительные признаки предлагаемого реактора состоят в том, что внутри катализаторной корзины или катализаторных корзин по периметру у газоподводящей стенки установлены перфорированные по всей длине дополнительные коллекторы.The main distinguishing features of the proposed reactor are that inside the catalyst basket or catalyst baskets around the perimeter of the gas supply wall, additional collectors are perforated along the entire length.
Дополнительными отличительными признаками является то, что дополнительные коллекторы выполнены преимущественно в виде труб, установлены на расстоянии от газоподводящей стенки катализаторной корзины, обеспечивающем свободное заполнение образующегося зазора катализатором. Перфорированные стенки дополнительных коллекторов также со всех сторон закрыты сеткой в один или несколько слоев с размерами ячеек не более 0,8 от диаметра зерна катализатора, а на нижних концах каждого дополнительного коллектора размещены устройства для сбора катализаторной пыли и частиц катализатора, выполненные в виде части тора, повторяющего профиль днища катализаторной корзины.Additional distinctive features is that the additional collectors are made predominantly in the form of pipes, installed at a distance from the gas supply wall of the catalyst basket, providing free filling of the resulting gap with the catalyst. The perforated walls of the additional collectors are also covered on all sides by a grid of one or several layers with mesh sizes not exceeding 0.8 of the grain diameter of the catalyst, and devices for collecting catalyst dust and catalyst particles placed in the form of a torus are placed at the lower ends of each additional collector repeating the profile of the bottom of the catalyst basket.
Настоящее изобретение соответствует условию патентоспособности «новизна», поскольку из уровня техники не удалось найти технического решения, существенные признаки которого полностью совпадали бы со всеми признаками, имеющимися в независимом пункте формулы изобретения.The present invention meets the condition of patentability "novelty", since the prior art failed to find a technical solution, the essential features of which would completely coincide with all the features available in the independent claim.
Настоящее изобретение соответствует условию патентоспособности «изобретательский уровень», поскольку из уровня техники не удалось найти технического решения, существенные признаки которого обеспечивали выполнение такой же технической задачи, на выполнение которой направлено данное изобретение.The present invention meets the condition of patentability "inventive step", since the prior art could not find a technical solution, the essential features of which ensured the fulfillment of the same technical task to which this invention is directed.
Предлагаемый реактор изображен на:The proposed reactor is depicted in:
фиг.1 - общий вид реактора, продольный разрез,figure 1 - General view of the reactor, a longitudinal section,
фиг.2 - дополнительный коллектор,figure 2 - additional collector,
фиг.3 - первая катализаторная корзина, продольный разрез,figure 3 - the first catalyst basket, a longitudinal section,
фиг.4 - разрез А-А фиг.3.figure 4 is a section aa of figure 3.
Реактор содержит: корпус высокого давления 1, внутренний корпус 2, камеру смешения потоков реакционной смеси 3, расположенную в надслоевом пространстве первой катализаторной корзины 4, вторую и третью катализаторные корзины 5 и 6, подводящие 7, 8, 9 и отводящие 10, 11, 12 коллекторы на каждой катализаторной корзине.The reactor contains: a high pressure vessel 1, an inner vessel 2, a mixing chamber for the flows of the
Внутри корзины заполнены катализатором 13, 14, 15. Катализаторные корзины имеют расположенные друг против друга перфорированные газоподводящие 16, 17, 18 и газоотводящие стенки 19, 20, 21 и непроницаемые эллиптические днища 22, 23 и 24, дополнительные перфорированные коллекторы 25, 26 и 27, которые расположены по периметру у газоподводящих стенок 16, 17, 18 катализаторных корзин 4, 5, 6. Все дополнительные перфорированные коллекторы 25, 26 и 27 покрыты защитной сеткой 28 в один или несколько слоев с размерами ячеек не более 0,8 от диаметра зерна катализатора и имеют на нижних концах устройства для сбора катализаторной пыли 29, выполненные в виде части тора, повторяющего профиль днищ 22, 23, 24 катализаторных корзин 4, 5, 6. Для регулирования температуры между катализаторными корзинами 4, 5 и 6 установлены байпасные устройства 30, 31 и 32. В верхней части корпуса реактора размещен теплообменник 33. Между газоотводящими перфорированными стенками 19 и 20 катализаторных корзин 4 и 5 установлен теплообменник 34. Центральная труба 35 соединена с трубным пространством теплообменника 33, для вывода прореагировавшей газовой смеси из реактора.Inside the basket, the
Реактор работает следующим образом.The reactor operates as follows.
Холодная реакционная смесь перед входом в реактор делится на основной и байпасные потоки. Основной поток смеси поступает на вход в нижнюю часть реактора и проходит снизу вверх по зазору между корпусом высокого давления 1 и внутренним корпусом 2 реактора, далее через межтрубное пространство верхнего теплообменника 33 и поступает в камеру смешения 3. Второй поток через байпас 31 проходит по трубкам промежуточного теплообменника 34 и попадает в ту же камеру смешения 3. Третий поток холодной реакционной смеси по байпасу 32 вводят непосредственно в камеру смешения 3.The cold reaction mixture before entering the reactor is divided into main and bypass flows. The main stream of the mixture enters the lower part of the reactor and passes from bottom to top along the gap between the high pressure vessel 1 and the inner vessel 2 of the reactor, then through the annular space of the
Суммарный поток после камеры смешения 3 при температуре начала реакции поступает на катализаторный слой первой корзины 4 тремя способами:The total flow after mixing
- на катализаторный слой 13 в аксиальном направлении,- on the
- по подводящему коллектору 7 через газоподводящую стенку 16 катализаторной корзины 4 в радиальном направлении,- along the
- по дополнительным коллекторам 25 через их перфорацию в радиальном направлении.- on
Прореагировавшая смесь из слоя катализатора первой корзины 4 поступает через газоотводящую перфорированную стенку 19 в отводящий коллектор 10, смешивается с холодным газом (байпас 30) и поступает на слой катализатора второй катализаторной корзины 5 аналогичным образом:The reacted mixture from the catalyst layer of the first basket 4 enters through the exhaust gas perforated
- на катализаторный слой 14 в аксиальном направлении,- on the
- по подводящему коллектору 8 через газоподводящую стенку 17 катализаторной корзины 5 в радиальном направлении,- on the
- по дополнительным коллекторам 26 через их перфорацию в радиальном направлении.- on
После второй катализаторной корзины 5 газ поступает через газоотводящую перфорированную стенку 20 в отводящий коллектор 11, далее в межтрубное пространство теплообменника 34, охлаждается холодным газом трубного пространства и поступает на слой катализатора третьей катализаторной корзины 6 аналогичным образом:After the
- на катализаторный слой 15 в аксиальном направлении,- on the
- по подводящему коллектору 9 через газоподводящую стенку 18 катализаторной корзины 6 в радиальном направлении- along the supply manifold 9 through the
- по дополнительным коллекторам 27 через их перфорацию в радиальном направлении.- on
Прореагировавшая реакционная смесь через газоотводящую перфорированную стенку 21 поступает в отводящий коллектор 12 третьей катализаторной корзины 6. Далее газовый поток проходит в центральную трубу 35 и попадает в трубки теплообменного устройства 33, отдает свое тепло холодному газу и выходит из реактора.The reacted reaction mixture through the gas exhaust perforated
Таким образом, поток газа входит в слой катализатора тремя способами: через боковую перфорированную стенку катализаторной корзины, через дополнительные коллекторы с перфорированными по всей длине стенками, установленные по периметру у газоподводящей стенки катализаторной корзины, и в продольном направлении через затворный слой катализатора.Thus, the gas flow enters the catalyst layer in three ways: through the side perforated wall of the catalyst basket, through additional collectors with perforated walls along the entire length, installed around the perimeter at the gas supply wall of the catalyst basket, and in the longitudinal direction through the gate catalyst layer.
Это дает возможность приблизиться к наиболее равномерному распределению газового потока по всему слою катализатора и равномерно использовать весь загружаемый катализатор, чем достигается наибольший выход продукта при выбранных условиях эксплуатации. Равным образом, предотвращается накопление пыли в коллекторах и слое катализатора, что позволяет утверждать о неизменности гидравлического сопротивления радиально-аксиальных реакторов с тройным потоком в течение срока эксплуатации.This makes it possible to approach the most uniform distribution of the gas flow over the entire catalyst layer and to evenly use the entire loaded catalyst, thereby achieving the highest product yield under the selected operating conditions. Similarly, the accumulation of dust in the collectors and the catalyst bed is prevented, which allows us to assert the immutability of the hydraulic resistance of radial-axial triple-flow reactors over the lifetime.
Благодаря установке дополнительных коллекторов в катализаторной корзине или в катализаторных корзинах достигается:By installing additional collectors in the catalyst basket or in the catalyst baskets, the following is achieved:
1. Равномерное распределение газового потока по слою катализатора и, как следствие, в каждой катализаторной корзине однородный профиль концентраций и температур по аксиальной координате в любой радиальной позиции.1. Uniform distribution of the gas flow over the catalyst layer and, as a result, in each catalyst basket a uniform profile of concentrations and temperatures along the axial coordinate in any radial position.
2. Низкое гидравлическое сопротивление реактора синтеза, зависящее, главным образом, от распределения перфорации газоотводящих перфорированных стенок катализаторных корзин (регулируемый параметр).2. Low hydraulic resistance of the synthesis reactor, depending mainly on the distribution of perforation of the exhaust gas perforated walls of the catalyst baskets (adjustable parameter).
3. Низкая скорость газа на выходе из отверстий газоподводящих перфорированных стенок катализаторных корзин, что исключает разрушение катализаторной сетки и прилегающего слоя катализатора и, как следствие, появление катализаторной пыли и попадание ее в газоподводящий коллектор.3. Low gas velocity at the outlet of the holes of the gas supply perforated walls of the catalyst baskets, which eliminates the destruction of the catalyst network and the adjacent catalyst layer and, as a result, the appearance of catalyst dust and its entry into the gas supply manifold.
4. Исключение накопления катализаторной пыли благодаря специальным устройствам в газоподводящих коллекторах - пылесборникам, которые выводят ее в нижнюю часть катализаторных корзин.4. The exception of the accumulation of catalyst dust due to special devices in the gas supply manifolds - dust collectors, which bring it to the bottom of the catalyst baskets.
5. Практически одинаковое гидравлическое сопротивление реактора на протяжении всего срока службы катализатора вследствие отсутствия катализаторной пыли.5. Almost the same hydraulic resistance of the reactor throughout the life of the catalyst due to the absence of catalyst dust.
6. Гибкая система регулирования температурного режима в катализаторном слое, обеспеченная равнодоступностью всех слоев катализатора для холодных байпасов.6. A flexible temperature control system in the catalyst layer, ensured by equal accessibility of all catalyst layers for cold bypasses.
Таким образом, повышается надежность и эффективность реактора.Thus, the reliability and efficiency of the reactor are increased.
Claims (6)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2007131073/12A RU2366499C2 (en) | 2007-08-15 | 2007-08-15 | Reactor for implementation of heterogeneous catalytical reactions |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2007131073/12A RU2366499C2 (en) | 2007-08-15 | 2007-08-15 | Reactor for implementation of heterogeneous catalytical reactions |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2007131073A RU2007131073A (en) | 2009-02-20 |
RU2366499C2 true RU2366499C2 (en) | 2009-09-10 |
Family
ID=40531449
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2007131073/12A RU2366499C2 (en) | 2007-08-15 | 2007-08-15 | Reactor for implementation of heterogeneous catalytical reactions |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2366499C2 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2495910C1 (en) * | 2012-11-27 | 2013-10-20 | Андрей Владиславович Курочкин | Reactor for hydraulic treatment of hydrocarbon stock |
-
2007
- 2007-08-15 RU RU2007131073/12A patent/RU2366499C2/en not_active IP Right Cessation
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2495910C1 (en) * | 2012-11-27 | 2013-10-20 | Андрей Владиславович Курочкин | Reactor for hydraulic treatment of hydrocarbon stock |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2007131073A (en) | 2009-02-20 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US20220289583A1 (en) | Chemical Reactor with Integrated Heat Exchanger, Heater, and High Conductance Catalyst Holder | |
RU2398733C2 (en) | Converter system with maximum reaction speed for exothermic reactions | |
RU2435639C2 (en) | Isothermal reactor | |
KR20200096929A (en) | Cooling axial flow transducer | |
RU2007107174A (en) | FIXED CATALYST REACTOR | |
EP2473267B1 (en) | Vertical isothermal shell-and-tube reactor and use thereof for methanol synthesis | |
CN112204120B (en) | Method for carrying out catalytic gas phase reactions, tube bundle reactor and reactor system | |
US6214296B1 (en) | Method of catalytic reaction carried out near the optimal temperature and an apparatus for the method | |
US4482523A (en) | Ammonia synthesis converter | |
RU2006110354A (en) | REACTOR FOR HETEROGENEOUS SYNTHESIS OF CHEMICAL COMPOUNDS | |
AU2018264580B2 (en) | Multi-bed catalytic converter with inter-bed cooling | |
US9120068B2 (en) | Isothermal chemical reactor with plate heat exchanger | |
RU2381057C2 (en) | Reaction vessel | |
RU2366499C2 (en) | Reactor for implementation of heterogeneous catalytical reactions | |
EP0253350A2 (en) | Ammonia synthesis converter | |
US10329159B2 (en) | Axial-radial flow converter | |
KR102660387B1 (en) | Adiabatic axial flow converter | |
RU2371243C1 (en) | Catalytic reactor | |
KR20200096928A (en) | Single axial flow transducer |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PC4A | Invention patent assignment |
Effective date: 20100519 |
|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20110816 |