RU2371243C1

RU2371243C1 - Catalytic reactor

Info

Publication number: RU2371243C1
Application number: RU2008116262/12A
Authority: RU
Inventors: Дмитрий Львович Астановский (RU); Дмитрий Львович Астановский; Лев Залманович Астановский (RU); Лев Залманович Астановский
Original assignee: Дмитрий Львович Астановский
Priority date: 2008-04-28
Filing date: 2008-04-28
Publication date: 2009-10-27

Abstract

FIELD: oil and gas industry.

SUBSTANCE: invention relates to chemical, petroleum-refining, gas processing industries. Inside the vertical barrel-type reactor there are installed one or several blocks of heat-transmitting elements. Each block is formed by spiral heat-transmitting elements, forming two channels for actuating mediums axial and radial-helical. By channel, filled by close-grained accelerator, there are flushed reactants, and by other channel - heat carrier, providing uniform heat supply, necessary for implementation of endothermal reaction, or its abstraction at exothermal reaction.

EFFECT: particular invention provides increasing of efficiency of flow catalytic reactor operation, reduction of expenditure of energy, steel intensity, mass and dimensions of apparatus, and also to increase quality of desired product.

9 cl, 6 dwg, 4 ex

Description

Изобретение относится к технике проведения каталитических процессов, а конкретно к проточным каталитическим реакторам, и может быть использовано в химической, нефтеперерабатывающей, газоперерабатывающей и в других отраслях промышленности.The invention relates to techniques for carrying out catalytic processes, and specifically to flow catalytic reactors, and can be used in chemical, oil refining, gas processing and other industries.

В современной химии, нефтехимии и нефте- и газопереработке широко используются различные технологические процессы, в которых переработка исходных продуктов осуществляется с применением катализа, например, при получении синтез-газа паровой, паровоздушной и пароуглекислотной конверсией природного газа, при паровой конверсии оксида углерода, при синтезе аммиака, метанола, диметилового эфира, окислении диоксида серы в производстве серной кислоты, дегидрировании этилбензола при получении стирола, при синтезе Фишера-Тропша и др.In modern chemistry, petrochemistry, and oil and gas processing, various technological processes are widely used, in which the processing of the starting products is carried out using catalysis, for example, when producing synthesis gas by steam, vapor-air and steam-carbon dioxide conversion of natural gas, during steam conversion of carbon monoxide, during synthesis ammonia, methanol, dimethyl ether, oxidation of sulfur dioxide in the production of sulfuric acid, dehydrogenation of ethylbenzene in the preparation of styrene, in the Fischer-Tropsch synthesis, etc.

Основной составной частью такой установки является проточный каталитический реактор. По направлению движения реагента известные реакторы разделяются на аппараты с аксиальным потоком (т.е. с преимущественным перемещением реагентов вдоль продольной оси) и аппараты с радиальным потоком (т.е. с движением реагентов от продольной оси к периферии или от периферии к оси аппарата). Преимуществом реакторов с радиальным потоком является меньшее гидравлическое сопротивление зернистого слоя катализатора, а поэтому возможно использование наиболее активного мелкозернистого катализатора, что позволяет улучшить массогабаритные показатели аппарата и повысить эффективность его работы.The main component of such an installation is a flow catalytic reactor. In the direction of movement of the reagent, known reactors are divided into devices with an axial flow (i.e., with the predominant movement of the reagents along the longitudinal axis) and devices with a radial flow (i.e. with the movement of the reagents from the longitudinal axis to the periphery or from the periphery to the axis of the apparatus) . The advantage of radial flow reactors is the lower hydraulic resistance of the granular catalyst layer, and therefore it is possible to use the most active fine-grained catalyst, which allows to improve the overall dimensions of the apparatus and increase its efficiency.

В большинстве случаев в конструкции применяемых реакторов предусматривается предварительный и/или промежуточный подогрев или охлаждение реагентов (в зависимости от эндотермического или экзотермического типа реакции), причем от точности поддержания параметров процесса (температуры, давления и т.п.) зависят производительность реактора, качество целевого продукта и срок службы катализатора.In most cases, the design of the used reactors provides for preliminary and / or intermediate heating or cooling of the reagents (depending on the endothermic or exothermic type of reaction), moreover, the productivity of the reactor and the quality of the target depend on the accuracy of maintaining the process parameters (temperature, pressure, etc.) product and catalyst life.

Существенное влияние на экономические показатели реактора оказывает и величина гидравлического сопротивления слоя катализатора.A significant effect on the economic performance of the reactor is also exerted by the hydraulic resistance of the catalyst bed.

Известен контактный аппарат для проведения каталитических реакций газообразных реагентов, в корпусе которого располагаются два или более вертикальных кольцевых слоев катализатора, ограниченных внешней и внутренней перфорированными стенками, причем центры кольцевых слоев катализатора смещены относительно центра корпуса аппарата и друг друга с образованием распределительных и собирающих каналов переменного сечения. Поступающие в аппарат газообразные реагенты распределяются таким образом, что проходят параллельно через все кольцевые слои катализатора в радиальном направлении. Продукты каталитической реакции поступают в собирающие каналы и выводятся из аппарата (патент РФ №1364358, кл. В01J 8/00, с пр. от 05.12.85, публ. 1988, бюл. №1).A contact apparatus for carrying out catalytic reactions of gaseous reactants is known, in the housing of which there are two or more vertical annular catalyst layers bounded by external and internal perforated walls, and the centers of the annular catalyst layers are displaced relative to the center of the apparatus housing and each other with the formation of distribution and collecting channels of variable cross section . Gaseous reactants entering the apparatus are distributed in such a way that they pass in parallel through all the annular catalyst layers in the radial direction. The products of the catalytic reaction enter the collecting channels and are removed from the apparatus (RF patent No. 1364358, class B01J 8/00, pr. From 05.12.85, publ. 1988, bull. No. 1).

Недостаток этого аппарата заключается в том, что в его конструкции не предусмотрена возможность подачи теплоносителя для отвода тепла от катализатора при экзотермической реакции или подвода тепла при эндотермической реакции. В результате не может быть обеспечено проведение реакции при оптимальной температуре, что приводит к сокращению срока службы катализатора и к снижению селективности процесса, а для сильно экзотермических и сильно эндотермических процессов такой реактор вообще не может быть использован.The disadvantage of this apparatus is that its design does not provide for the possibility of supplying a coolant to remove heat from the catalyst during an exothermic reaction or to supply heat during an endothermic reaction. As a result, the reaction cannot be ensured at the optimum temperature, which leads to a decrease in the catalyst service life and to a decrease in the selectivity of the process, and such a reactor cannot be used at all for highly exothermic and highly endothermic processes.

Известен также кожухотрубный каталитический реактор для проведения экзотермических и эндотермических реакций, содержащий корпус и пучок труб, внутри которых размещен катализатор, а корпус снабжен патрубками для подвода и отвода подаваемого в межтрубное пространство теплоносителя. В нижнюю часть каждой трубы упомянутого пучка вставлено распределительное устройство, выполненное в виде трубки со щелевыми прорезями, причем каждая трубка снабжена подвижным колпачком или клапаном, частично закрывающим проходное сечение прорезей. Перераспределение потоков реагентов осуществляется перемещением колпачка с помощью регулировочной гайки или изменением положения клапана под воздействием потока реагентов в соответствии с изменением расхода этого потока (авт.св. №1134230, кл. В01J 8/00 с пр. от 15.04.82, публ. 1985, бюлл. №2).A shell-and-tube catalytic reactor for conducting exothermic and endothermic reactions is also known, comprising a casing and a bundle of pipes inside which a catalyst is placed, and the casing is equipped with nozzles for supplying and discharging the coolant supplied to the annular space. A distribution device made in the form of a tube with slotted slots is inserted into the lower part of each tube of the said bundle, and each tube is equipped with a movable cap or valve, partially covering the passage section of the slots. Redistribution of reagent fluxes is carried out by moving the cap with the help of an adjusting nut or by changing the valve position under the influence of the reagent flux in accordance with the change in the flow rate of this flow (ed. St. No. 1134230, class B01J 8/00 from apr. 15.04.82, publ. 1985 , bull. No. 2).

Недостатком этого устройства является практическая невозможность осуществления регулирования потоков, т.к. трубный пучок размещен внутри корпуса реактора, а распределительные трубки установлены внутри труб, заполненных катализатором. Поэтому для изменения положения регулировочных гаек необходима разборка аппарата, а регулировочное устройство с автоматическим подъемом клапанов весьма ненадежно из-за возможности их перекоса и заклинивания фрагментами катализатора.The disadvantage of this device is the practical impossibility of regulating flows, because a tube bundle is placed inside the reactor vessel, and distribution tubes are installed inside the tubes filled with the catalyst. Therefore, to change the position of the adjusting nuts, it is necessary to disassemble the apparatus, and an adjusting device with automatic valve lift is very unreliable due to the possibility of their distortion and jamming by catalyst fragments.

Известен также реактор для проведения экзотермических каталитических процессов, представляющий собой вертикальную двухсекционную колонну, в первой секции которой катализатор размещен внутри труб трубного пучка, а отвод тепла реакции осуществляется хладоносителем, подаваемым в межтрубное пространство. Во вторую секцию хладоноситель не подводится, и процесс в ней осуществляется без отвода тепла (патент Великобритании №156824, кл. В01J 8/04, 1980).Also known is a reactor for conducting exothermic catalytic processes, which is a vertical two-section column, in the first section of which the catalyst is placed inside the tube bundle, and the heat of the reaction is removed by the coolant supplied to the annulus. The refrigerant is not supplied to the second section, and the process is carried out therein without heat removal (UK patent No. 156824, class B01J 8/04, 1980).

Недостатком известного реактора является отсутствие отвода тепла во второй секции, что приводит к перегреву в ней реакционной массы и ухудшению качества целевого продукта.A disadvantage of the known reactor is the lack of heat removal in the second section, which leads to overheating of the reaction mass in it and deterioration of the quality of the target product.

Известен также проточный реактор с радиальным потоком для проведения одно- или многостадийного каталитического процесса переработки углеводородов ((патент РФ №2234975, кл. В01J 8/00 с пр. от 06.07.99, публ. 2004, бюл. №24). В вертикальном цилиндрическом корпусе концентрически относительно центральной оси размещены одна или несколько вертикальных кольцевых реакционных зон, ограниченных проницаемыми цилиндрическими перегородками и заполненных катализатором, а в центральной зоне и/или вне первой реакционной зоны и между последующими реакционными зонами установлены кольцевыми группами теплообменные трубы, в которые подается высокотемпературный теплоноситель для подвода тепла при эндотермической реакции или хладоноситель для отвода тепла при экзотермической реакции. Для направления потока реагентов в радиальном направлении от оси к периферии и равномерного его распределения по высоте аппарата вдоль оси установлено тело вытеснения. Оговорена также возможность направления потока реагента от периферии к центру.Also known is a flow reactor with a radial flow for carrying out a one- or multi-stage catalytic process for the processing of hydrocarbons ((RF patent No. 2234975, class B01J 8/00, etc. dated 06.07.99, publ. 2004, bull. No. 24). In the vertical one or more vertical annular reaction zones, limited by permeable cylindrical baffles and filled with a catalyst, are placed concentrically relative to the central axis of the cylindrical body, and in the central zone and / or outside the first reaction zone and between subsequent reaction zones and heat exchanger tubes are installed in ring groups into which a high-temperature coolant is supplied to supply heat during an endothermic reaction or a coolant to remove heat during an exothermic reaction. For the direction of the reagent flow in the radial direction from axis to periphery and its uniform distribution along the height of the apparatus along the axis, a displacement body The possibility of directing the flow of the reagent from the periphery to the center is also stipulated.

Основной недостаток этого реактора заключается в том, что поскольку термопроводящие трубы размещены вне реакционных зон, подвод (отвод) тепла осуществляется только к реагентам, а непосредственный нагрев (охлаждение) слоев катализатора внешним источником отсутствует, что исключает возможность поддержания оптимального температурного режима по потоку реагента в каталитической зоне. Поэтому для проведения реакций, требующих интенсивного подвода (отвода) тепла, вынужденно предусматривается установка нескольких последовательно расположенных концентрических каталитических зон, а в промежутках между ними размещены теплообменные поверхности (трубы) для подержания температуры потока в приемлемых пределах. При этом не обеспечивается стабильное значение температуры, т.к. профиль температур по ходу потока имеет пилообразную форму. Такое колебание температур даже в приемлемом диапазоне отрицательно влияет на качество целевого продукта. Кроме того, такая конструкция реактора приводит к существенному усложнению и удорожанию аппарата и ухудшению его массогабаритных характеристик.The main disadvantage of this reactor is that since the heat-conducting pipes are located outside the reaction zones, heat is supplied (removed) only to the reactants, and there is no direct heating (cooling) of the catalyst layers by an external source, which excludes the possibility of maintaining the optimum temperature regime for the reagent flow in catalytic zone. Therefore, to carry out reactions that require intensive supply (removal) of heat, it is necessary to install several consecutive concentric catalytic zones, and heat exchange surfaces (pipes) are placed between them to maintain the flow temperature within acceptable limits. At the same time, a stable temperature value is not provided, because the temperature profile along the flow has a sawtooth shape. Such temperature fluctuations even in an acceptable range adversely affect the quality of the target product. In addition, this design of the reactor leads to a significant complication and appreciation of the apparatus and the deterioration of its overall dimensions.

Наиболее близким к изобретению является выбранный в качестве прототипа аппарат для проведения физических и химических процессов (патент РФ №1775166, кл. В01J 8/04 с пр. от 29.04.88, публ. 1992 г., бюл. №42), корпус которого снабжен патрубками подвода и отвода газообразного реагента и теплоносителя, причем в корпусе установлены наружный и внутренний вертикальные перфорированные цилиндры с верхней и нижней горизонтальными разделительными полками, полость между цилиндрами заполнена мелкозернистым катализатором, а для направления потока реагента между перфорированными цилиндрами установлены вертикальные спиральные перегородки. Для отвода тепла от катализатора при экзотермической каталитической реакции или подвода тепла к нему при эндотермической реакции в аппарате предусмотрена циркуляция теплоносителя по установленной в корпусе трубной системе, образованной верхним и нижним кольцевыми коллекторами и подсоединенными к ним вертикальными трубами, которые соединены между собой установленными в горизонтальных плоскостях спиральными трубами, прикрепленными к спиральным направляющим перегородкам.Closest to the invention is a device selected for use as a prototype for carrying out physical and chemical processes (RF patent No. 1775166, class B01J 8/04 with pr. From 04.29.88, publ. 1992, bull. No. 42), the case of which equipped with nozzles for supplying and discharging gaseous reagent and coolant, the outer and inner vertical perforated cylinders with upper and lower horizontal dividing shelves installed in the casing, the cavity between the cylinders is filled with a fine-grained catalyst, and to direct the reagent flow between rforirovannymi cylinders mounted vertical spiral partition. In order to remove heat from the catalyst during an exothermic catalytic reaction or to supply heat to it during an endothermic reaction, the coolant is circulated in the apparatus through a pipe system installed in the housing, formed by upper and lower ring collectors and vertical pipes connected to them, which are interconnected installed in horizontal planes spiral pipes attached to spiral guide walls.

Недостатками этого аппарата являются следующие:The disadvantages of this device are the following:

не обеспечивается равномерный подвод (отвод) тепла из-за невозможности выполнения достаточно узких каналов для прохода реагента и неравномерности распределения теплоносителя по трубам циркуляционной системы;uniform supply (removal) of heat is not ensured due to the impossibility of performing sufficiently narrow channels for the passage of the reagent and uneven distribution of the coolant through the pipes of the circulation system;

вертикальные и спиральные теплообменные трубы необходимо устанавливать на достаточно большом расстоянии друг от друга (во избежание перекрытия проходного сечения для реагента), что уменьшает площадь теплообменной поверхности в единице объема аппарата, не обеспечивает постоянной температуры по сечению потока, а также увеличивает его габаритные размеры и массу;vertical and spiral heat exchange tubes must be installed at a sufficiently large distance from each other (to avoid overlapping the flow cross section for the reagent), which reduces the heat exchange surface area per unit volume of the apparatus, does not provide a constant temperature over the flow cross section, and also increases its overall dimensions and weight ;

из-за неравномерного распределения температур по объему катализатора не обеспечиваются оптимальные условия для проведения каталитической реакции и ухудшается качество конечного продукта, а, кроме того, в случае экзотермической реакции, создается опасность ухудшения или потери материалом катализатора своих потребительских свойств и уменьшения его срока службы;due to the uneven distribution of temperatures over the volume of the catalyst, optimal conditions for the catalytic reaction are not provided and the quality of the final product is deteriorated, and, in addition, in the case of an exothermic reaction, there is a risk of deterioration or loss of the consumer material of the catalyst and its service life;

невозможна практическая реализация этого изобретения в аппаратах малой производительности.the practical implementation of this invention in low-performance devices is impossible.

Таким образом, ни один из упомянутых выше патентов не содержит описания конструкции проточного каталитического реактора, в котором обеспечивается равномерный подвод тепла к реагентам при эндотермической реакции или равномерный отвод тепла от реагентов при экзотермической реакции непосредственно в зоне каталитической реакции, т.е. в процессе прохождения реагентов через слой катализатора.Thus, none of the above patents contains a description of the design of a flow catalytic reactor, which provides uniform heat supply to the reactants during the endothermic reaction or uniform heat removal from the reactants during the exothermic reaction directly in the catalytic reaction zone, i.e. during the passage of the reagents through the catalyst bed.

Задачей настоящего изобретения является повышение эффективности работы и производительности проточного каталитического реактора с одной/или многостадийной обработкой реагентов за счет интенсивного равномерного подвода тепла в зону реакции (при эндотермических процессах) или отвода тепла из нее (при экзотермических процессах) и обеспечения оптимального поля температур по сечению и длине слоя катализатора.The objective of the present invention is to increase the efficiency and productivity of a flow catalytic reactor with one / or multi-stage processing of reagents due to the intense uniform heat supply to the reaction zone (during endothermic processes) or heat removal from it (during exothermic processes) and to ensure the optimum temperature field cross section and the length of the catalyst bed.

Дополнительной задачей изобретения является повышение экономичности работы проточного каталитического реактора за счет утилизации тепла конечного целевого продукта.An additional objective of the invention is to increase the efficiency of the flow catalytic reactor by utilizing the heat of the final target product.

Дополнительной задачей изобретения является также снижение металлоемкости и уменьшение габаритов проточного каталитического реактора.An additional objective of the invention is also to reduce the intensity and size of the flow catalytic reactor.

Поставленные задачи решаются путем создания следующей конструкции каталитического реактора.The tasks are solved by creating the following design of a catalytic reactor.

В проточном каталитическом реакторе, содержащем вертикальный цилиндрический корпус с патрубками подвода и отвода рабочих сред (продуктов, участвующих в каталитическом процессе (реагентов), и теплоносителя), вдоль вертикальной оси корпуса установлены один или более блоков теплопередающих элементов с образованием периферийного кольцеобразного и центрального цилиндрического распределительных коллекторов для одной из рабочих сред и распределительной и сборной камер для второй рабочей среды, которые отделены от упомянутых распределительных коллекторов герметичными горизонтальными перегородками;In a flow-through catalytic reactor containing a vertical cylindrical body with nozzles for supplying and discharging working fluids (products involved in the catalytic process (reagents) and coolant), one or more blocks of heat-transmitting elements are installed along the vertical axis of the body with the formation of a peripheral ring-shaped and central cylindrical distribution collectors for one of the working environments and distribution and prefabricated chambers for the second working environment, which are separated from the mentioned distribution flax collectors with hermetic horizontal partitions;

каждый блок сформирован из вертикально установленных, примыкающих друг к другу теплопередающих элементов, сваренных между собой вертикальными швами и образующих кольцевой ряд вокруг вертикальной оси корпуса;each block is formed of vertically mounted heat-transfer elements adjacent to each other, welded together by vertical seams and forming an annular row around the vertical axis of the housing;

каждый теплопередающий элемент выполнен полым из двух стенок с дистанционирующими выступами, имеющих в поперечном сечении форму спирали Архимеда, сваренных между собой по двум горизонтальным сторонам и образующих во внутренней полости радиально-спиральный щелевой канал, каждый из которых сообщен с периферийным и центральным распределительными коллекторами для перемещения одной из рабочих сред;each heat transfer element is made hollow of two walls with spacing protrusions having a cross-section in the form of an Archimedes spiral, welded together on two horizontal sides and forming a radially spiral slotted channel in the inner cavity, each of which is connected to the peripheral and central distribution manifolds for movement one of the working environments;

благодаря наличию дистанционирующих выступов между прилегающими друг к другу теплопередающими элементами образованы наружные вертикальные щелевые каналы спиралеобразного сечения, сообщенные с распределительной и сборной камерами для перемещения в аксиальном направлении второй рабочей среды.Due to the presence of spacing protrusions between adjacent heat-transmitting elements, external vertical slotted channels of spiral cross-section are formed, which are in communication with the distribution and assembly chambers to move the second working medium in the axial direction.

В зависимости от специфики конкретного каталитического процесса поток реагентов может быть направлен либо по радиально-спиральным щелевым каналам, либо по вертикальным щелевым каналам, а каналы, к которым подключены реагенты, заполнены мелкозернистым катализатором с размером гранул в пределах 0,5-7 мм; для предотвращения уноса катализатора каждый блок теплопередающих элементов в первом случае снабжен наружной и внутренней перфорированными цилиндрическими стенками, а во втором случае закрыт сверху и снизу перфорированными крышками с размером ячеек перфорации, меньшим размера гранул катализатора.Depending on the specifics of a particular catalytic process, the flow of reagents can be directed either through radially spiral slotted channels or through vertical slotted channels, and the channels to which the reactants are connected are filled with a fine-grained catalyst with a grain size in the range of 0.5-7 mm; To prevent entrainment of the catalyst, each block of heat transfer elements in the first case is equipped with external and internal perforated cylindrical walls, and in the second case it is closed with perforated covers at the top and bottom with perforation cell sizes smaller than the granule size of the catalyst.

Аксиальный поток - одноходовой (сверху вниз или снизу вверх). Радиально-спиральный поток при наличии двух или более блоков теплопередающих элементов может иметь несколько ходов, последовательно перетекая из одного блока в следующий. Для этой цели между смежными блоками теплопередающих элементов поочередно в периферийном и центральном распределительных коллекторах предусмотрена установка горизонтальных перегородок, разделяющих каждый из распределительных коллекторов на отдельные изолированные полости и направляющих поток после истечения из внутренних полостей теплопередающих элементов одного блока во внутренние полости теплопередающих элементов последующего блока. При этом для оптимизации теплообменного процесса за счет противотока последовательность перетекания рабочей среды, движущейся по радиально-спиральным щелевым каналам из одного блока в следующий блок, принанята противоположной направлению перемещения аксиального потока второй рабочей среды.Axial flow - one-way (top to bottom or bottom to top). Radial-spiral flow in the presence of two or more blocks of heat transfer elements can have several strokes, sequentially flowing from one block to the next. For this purpose, between the adjacent blocks of heat transfer elements alternately in the peripheral and central distribution collectors, horizontal partitions are provided that divide each of the distribution collectors into separate isolated cavities and direct the flow after the outflow from the internal cavities of the heat transfer elements of one block into the internal cavities of the heat transfer elements of the subsequent block. Moreover, in order to optimize the heat transfer process due to counterflow, the sequence of overflowing of the working medium moving along radial-spiral slotted channels from one block to the next block is adopted opposite to the direction of axial flow of the second working medium.

Кроме того, для проведения экзотермической каталитической реакции в изотермическом режиме может использоваться известный метод испарительного охлаждения теплоносителем, кипящим при заданной температуре.In addition, for carrying out an exothermic catalytic reaction in isothermal mode, the known method of evaporative cooling with a heat carrier boiling at a given temperature can be used.

Кроме того, для проведения двухстадийного каталитического процесса реактор, содержащий два или более блоков теплопередающих элементов, с размещением катализатора в вертикальных щелевых каналах может быть разделен герметичными горизонтальными перегородками, установленными в центральном и периферийном распределительных коллекторах, на две секции;In addition, to conduct a two-stage catalytic process, a reactor containing two or more blocks of heat transfer elements, with the catalyst in vertical slotted channels, can be divided into two sections by sealed horizontal partitions installed in the central and peripheral distribution manifolds;

распределительные коллекторы каждой секции снабжены патрубками для подвода и отвода соответствующего теплоносителя, обеспечивающего для данной стадии каталитического процесса требуемую температуру;distribution manifolds of each section are equipped with nozzles for supplying and discharging the corresponding coolant, which provides the required temperature for this stage of the catalytic process;

подвод реагентов выполнен через патрубок распределительной камеры, а отвод целевого продукта - через патрубок сборной камеры.the supply of reagents is performed through the pipe of the distribution chamber, and the outlet of the target product through the pipe of the collection chamber.

Кроме того, для обеспечения внутренней рекуперации тепла реактор, содержащий два или более блоков теплопередающих элементов, с размещением катализатора в вертикальных щелевых каналах может быть разделен герметичными горизонтальными перегородками, установленными в центральном и периферийном распределительных коллекторах, на две секции;In addition, to ensure internal heat recovery, a reactor containing two or more blocks of heat transfer elements, with the catalyst placed in vertical slotted channels, can be divided into two sections by sealed horizontal partitions installed in the central and peripheral distribution manifolds;

на распределительной камере размещен патрубок подвода первичных реагентов, полости периферийного распределительного коллектора первого и последнего блоков второй по ходу аксиального потока реагентов секции снабжены патрубками для подвода и отвода внешнего теплоносителя, а периферийный канал первого блока первой по ходу аксиального потока реагентов секции снабжен патрубком для отвода охлажденного целевого продукта;on the distribution chamber there is a nozzle for supplying primary reagents, cavities of the peripheral distribution manifold of the first and last blocks of the second section along the axial flow of reagents are equipped with nozzles for supplying and discharging an external coolant, and the peripheral channel of the first block of the first along the axial flow of section reagents is equipped with a branch for cooling target product;

снаружи корпуса соосно с ним установлен герметичный цилиндрический кожух, образующий с корпусом вертикальный кольцеобразный канал, в стенке корпуса по его периметру в зоне сборной камеры и в зоне последнего блока первой по ходу аксиального потока реагентов секции выполнены отверстия, соединяющие полости периферийного коллектора этого блока и сборной камеры с вертикальным кольцеобразным каналом, причем крышка цилиндрического кожуха присоединена к корпусу выше верхнего ряда отверстий, а днище цилиндрического кожуха присоединено к корпусу ниже нижнего ряда отверстий.outside the casing, a sealed cylindrical casing is installed coaxially with it, forming a vertical annular channel with the casing, holes are made in the wall of the casing along its perimeter in the area of the collection chamber and in the area of the last block of the first along the axial reagent flow section of the section of the peripheral collector of this block and the assembly chambers with a vertical annular channel, and the cover of the cylindrical casing is attached to the housing above the upper row of holes, and the bottom of the cylindrical casing is attached to the core Pusu below the bottom row of holes.

В данном варианте процесс эндотермической каталитической реакции начинается уже в первой по ходу аксиального потока реагентов секции реактора за счет рекуперации тепла, отбираемого реагентами от отходящего целевого продукта, а завершается во второй секции реактора с использованием тепла от внешнего источника. В качестве альтернативного варианта такого аппарата может быть реактор, в котором первая секция катализатором не заполнена и в ней осуществляется только передача тепла от целевого продукта к поступающим реагентам, а каталитический процесс протекает только во второй секции.In this embodiment, the endothermic catalytic reaction process begins already in the first section of the reactor along the axial flow of reagents due to the recovery of heat taken by the reagents from the waste target product, and ends in the second section of the reactor using heat from an external source. An alternative to such an apparatus may be a reactor in which the first section is not filled with catalyst and only heat transfer from the target product to the incoming reagents is carried out in it, and the catalytic process proceeds only in the second section.

Предлагаемое изобретение поясняется конкретными примерами его использования и прилагаемыми чертежами.The invention is illustrated by specific examples of its use and the accompanying drawings.

На фиг.1 изображен общий вид реактора с одним блоком теплопередающих элементов, продольный разрез;Figure 1 shows a General view of the reactor with one block of heat transfer elements, a longitudinal section;

на фиг.2 - поперечное сечение А-А фиг.1 реактора с радиально-спиральным потоком реагентов;figure 2 is a cross section aa of figure 1 of a reactor with a radially spiral flow of reagents;

на фиг.3 - поперечное сечение Б-Б на фиг.2, фрагмент блока теплопередающих элементов;figure 3 is a cross section bB in figure 2, a fragment of a block of heat transferring elements;

на фиг.4 - общий вид реактора с четырьмя блоками теплопередающих элементов, продольный разрез;figure 4 is a General view of the reactor with four blocks of heat transfer elements, a longitudinal section;

на фиг.5 - общий вид реактора для проведения двухстадийного каталитического процесса, продольный разрез;figure 5 is a General view of the reactor for conducting a two-stage catalytic process, a longitudinal section;

на фиг.6 - общий вид реактора с внутренней рекуперацией тепла, продольный разрез.Fig.6 is a General view of a reactor with internal heat recovery, a longitudinal section.

Пример 1.Example 1

На фиг.1 схематично показан продольный разрез реактора с одним блоком теплопередающих элементов, на фиг.2 - поперечное сечение А-А на фиг.1, а на фиг.3 - сечение Б-Б на фиг.2. Реактор содержит цилиндрический корпус 1 с патрубками подвода 2 и отвода 3 одной рабочей среды и патрубками подвода 4 и отвода 5 второй рабочей среды. В корпусе 1 вдоль вертикальной оси установлен блок 6 теплопередающих элементов 7 с образованием центрального распределительного коллектора 8 и периферийного кольцевого распределительного коллектора 9 для одной из рабочих сред, а также нижней распределительной камеры 10 и верхней сборной камеры 11 для второй рабочей среды. Нижняя распределительная камера 10 отделена от центрального 8 и периферийного 9 распределительных коллекторов внутренней и наружной перегородками 12 и 13 соответственно, а верхняя сборная камера - внутренней и наружной перегородками 14 и 15 соответственно. Блок 6 сформирован из вертикально установленных, примыкающих друг к другу теплопередающих элементов 7, сваренных между собой вертикальными швами и образующих кольцевой ряд вокруг вертикальной оси корпуса 1. Каждый теплопередающий элемент 7 выполнен полым и представляет собой две сваренные по двум горизонтальным сторонам стенки 16 с дистанционирующими выступами, имеющие в поперечном сечении форму спирали Архимеда и образующие во внутренней полости радиально-спиральный щелевой канал для одного из теплоносителей. Все радиально-спиральные щелевые каналы сообщаются с центральным 8 и периферийным 9 распределительными коллекторами для перемещения одной из рабочих сред. Между прилегающими друг к другу теплопередающими элементами 7 образованы вертикальные щелевые каналы 17 спиралеобразного сечения, сообщенные с нижней распределительной камерой 10 и верхней сборной камерой 11 для перемещения в аксиальном направлении второй рабочей среды. Прокачка реагентов через реактор может осуществляться по радиально-спиральным щелевым каналам через патрубки 2 и 3 или по вертикальным щелевым каналам через патрубки 4 и 5. Мелкозернистый катализатор с размером гранул 1-6 мм загружен в ту группу каналов, по которым предусмотрена прокачка реагентов, а вторая группа каналов используется для прокачки теплоносителя. Блок 6 теплопередающих элементов 7 при загрузке катализатором радиально-спиральных каналов снабжен внутренней 18 и наружной 19 цилиндрическими стенками, а при загрузке катализатором в вертикальных щелевых каналов - верхней 20 и нижней 21 крышками. Указанные стенки и крышки изготовлены из сетки или перфорированного листа с размером ячеек, меньшим размера гранул катализатора. Для обеспечения доступа во внутреннюю полость реактора с целью первоначальной загрузки, пополнения или замены катализатора корпус 1 снабжен разъемом 22.Figure 1 schematically shows a longitudinal section of a reactor with one block of heat transfer elements, figure 2 is a cross section aa in figure 1, and figure 3 is a section bB in figure 2. The reactor contains a cylindrical body 1 with nozzles for supply 2 and outlet 3 of one working medium and nozzles for inlet 4 and outlet 5 of the second working medium. A block 6 of heat transfer elements 7 is installed in the housing 1 along the vertical axis to form a central distribution manifold 8 and a peripheral annular distribution manifold 9 for one of the working media, as well as a lower distribution chamber 10 and an upper collecting chamber 11 for the second working medium. The lower distribution chamber 10 is separated from the central 8 and peripheral 9 distribution manifolds by the internal and external partitions 12 and 13, respectively, and the upper collection chamber is separated by the internal and external partitions 14 and 15, respectively. Block 6 is formed of vertically mounted, adjacent to each other heat transfer elements 7, welded together by vertical seams and forming an annular row around the vertical axis of the housing 1. Each heat transfer element 7 is made hollow and consists of two walls 16 welded along two horizontal sides with spacer protrusions having a cross-sectional shape of a spiral of Archimedes and forming in the inner cavity a radial-spiral slotted channel for one of the coolants. All radial-spiral slotted channels communicate with the central 8 and peripheral 9 distribution manifolds to move one of the working media. Between adjacent heat transfer elements 7 are formed vertical slotted channels 17 of a spiral cross section, communicated with the lower distribution chamber 10 and the upper collection chamber 11 for moving in the axial direction of the second working medium. The reagents can be pumped through the reactor through radially spiral slotted channels through nozzles 2 and 3 or through vertical slotted channels through nozzles 4 and 5. A fine-grained catalyst with a granule size of 1-6 mm is loaded into the group of channels through which the reagents are pumped, and the second group of channels is used for pumping coolant. Block 6 of the heat transfer elements 7 when loaded with a catalyst of radial spiral channels is provided with inner 18 and outer 19 cylindrical walls, and when loaded with a catalyst in vertical slotted channels, there are upper 20 and lower 21 covers. These walls and covers are made of mesh or perforated sheet with a mesh size smaller than the size of the catalyst granules. To provide access to the internal cavity of the reactor for the purpose of initial loading, replenishment or replacement of the catalyst, the housing 1 is equipped with a connector 22.

В данном примере реактор работает следующим образом. Реагенты поступают через патрубок 2 в центральный распределительный канал 8, откуда распределяются во все радиально-спиральные каналы 7, заполненные катализатором. В слое катализатора протекает каталитическая реакция, после чего продукты реакции поступают в периферийный коллектор 9, откуда через патрубок 3 выводятся для дальнейшего использования. В процессе каталитической реакции тепло реакции через стенки 16 теплопередающих элементов 7 подводится (при эндотермической реакции) или отводится (при экзотермической реакции) теплоносителем, который через патрубок 4 поступает в распределительную камеру 10, затем прокачивается по вертикальным щелевым каналам 17 и, выйдя из них, попадает в сборную камеру 11, откуда через патрубок 5 выводится из аппарата.In this example, the reactor operates as follows. The reagents enter through a pipe 2 into a central distribution channel 8, from where they are distributed into all radial-spiral channels 7 filled with a catalyst. A catalytic reaction proceeds in the catalyst bed, after which the reaction products enter the peripheral reservoir 9, from where they are discharged through pipe 3 for further use. In the process of the catalytic reaction, the heat of reaction through the walls 16 of the heat transfer elements 7 is supplied (during an endothermic reaction) or removed (during an exothermic reaction) with a coolant that enters the distribution chamber 10 through the pipe 4, then is pumped through the vertical slot channels 17 and, leaving them, enters the collection chamber 11, from where through the pipe 5 is removed from the apparatus.

В описанном выше реакторе предусмотрена прокачка реагентов через радиально-спиральные каналы с соответствующей загрузкой их катализатором, однако возможно и противоположное распределение потоков: реагентов - через заполненные катализатором вертикальные щелевые каналы, а теплоносителя - через радиально-спиральные каналы.In the reactor described above, the reagents are pumped through radial-spiral channels with a corresponding charge by their catalyst, however, the opposite distribution of flows is possible: the reagents through vertical slotted channels filled with the catalyst, and the coolant through radial-spiral channels.

Кроме того, в данном примере один из потоков направляется в радиально-спиральные каналы от оси аппарата к периферии, а второй поток - снизу вверх; однако возможно и противоположное направление потоков: радиально-спирального - от периферии к центру, а аксиального потока - сверху вниз.In addition, in this example, one of the flows is directed into radial-spiral channels from the axis of the apparatus to the periphery, and the second stream is from the bottom up; however, the opposite direction of flows is possible: radial-spiral - from the periphery to the center, and axial flow - from top to bottom.

Пример 2.Example 2

На фиг.4 схематично показан продольный разрез четырехходового реактора, содержащего четыре блока 6 теплопередающих элементов, установленных один над другим в вертикальном цилиндрическом корпусе 1 с образованием центрального цилиндрического 8 и периферийного кольцевого 9 распределительных коллекторов, а также распределительной 10 и сборной 11 камер, которые отделены от распределительных коллекторов 8 и 9 внутренними 12 и наружными 13 герметичными горизонтальными перегородками. Устройство каждого блока теплопередающих элементов аналогично описанному в примере 1. В данном примере предусмотрена прокачка реагентов через заполненные катализатором вертикальные щелевые каналы, а теплоносителя - через радиально-спиральные каналы, для чего корпус 1 снабжен патрубками подвода 2 и отвода 3 теплоносителя, патрубком 4 подвода реагентов и патрубком 5 отвода конечного продукта. Между смежными блоками 6 теплопередающих элементов поочередно в периферийном распределительном коллекторе 9 и центральном распределительном коллекторе 8 установлены горизонтальные перегородки 23 и 24, которые разделяют распределительные коллекторы на отдельные изолированные полости (периферийный коллектор 9 на три полости, а центральный коллектор 8 на две полости) и образуют четыре хода для среды, прокачиваемой по радиально-спиральным каналам.Figure 4 schematically shows a longitudinal section of a four-way reactor containing four blocks 6 of heat transfer elements mounted one above the other in a vertical cylindrical body 1 with the formation of a central cylindrical 8 and peripheral annular 9 distribution manifolds, as well as distribution 10 and assembly 11 of the chambers, which are separated from distribution manifolds 8 and 9, internal 12 and external 13, sealed horizontal partitions. The device of each block of heat transfer elements is similar to that described in example 1. In this example, the reagents are pumped through vertical slotted channels filled with catalyst, and the coolant through radial-spiral channels, for which case 1 is equipped with inlet 2 and outlet 3 coolant pipes, reagent inlet 4 and pipe 5 outlet of the final product. Between adjacent blocks 6 of the heat transfer elements, horizontal partitions 23 and 24 are installed alternately in the peripheral distribution manifold 9 and the central distribution manifold 8, which divide the distribution manifolds into separate isolated cavities (the peripheral manifold 9 into three cavities, and the central collector 8 into two cavities) and form four strokes for the medium pumped through radial-spiral channels.

Реактор работает следующим образом. Реагенты поступают через патрубок 4 в распределительную камеру 10, откуда направляются во все вертикальные щелевые каналы, заполненные катализатором. В слое катализатора протекает каталитическая реакция, после чего продукты реакции поступают в сборную камеру 11, откуда через патрубок 5 выводятся для дальнейшего использования. Теплоноситель поступает через патрубок 2 в полость периферийного коллектора 9 первого по ходу потока блока, проходит по радиально-спиральным каналам в верхнюю полость центрального коллектора 8, а затем направляемый перегородками 23 и 24 проходит последовательно через радиально-спиральные каналы остальных блоков и через патрубок 3 выводится наружу.The reactor operates as follows. The reagents enter through the pipe 4 into the distribution chamber 10, from where they are sent to all vertical slotted channels filled with the catalyst. A catalytic reaction proceeds in the catalyst bed, after which the reaction products enter the collection chamber 11, from where they are discharged through the pipe 5 for further use. The coolant enters through the pipe 2 into the cavity of the peripheral collector 9 of the first unit in the flow direction, passes through the radial-spiral channels into the upper cavity of the central collector 8, and then guided by partitions 23 and 24 passes sequentially through the radial-spiral channels of the remaining blocks and is discharged through the pipe 3 out.

В процессе каталитической реакции тепло реакции через стенки теплопередающих элементов подводится (при эндотермической реакции) или отводится (при экзотермической реакции) циркулирующим теплоносителем. Реактор этой конструкции может использоваться также с прокачкой реагентов через радиально-спиральные каналы, заполненные катализатором, а теплоносителя - через вертикальные щелевые каналы.During the catalytic reaction, the reaction heat is supplied through the walls of the heat transfer elements (during the endothermic reaction) or removed (during the exothermic reaction) by the circulating heat carrier. A reactor of this design can also be used with pumping reagents through radial-spiral channels filled with a catalyst, and a coolant through vertical slotted channels.

Благодаря противоточному направлению движения реагентов и теплоносителя обеспечивается оптимальные условия для теплообмена между рабочими средами.Thanks to the counter-current direction of movement of the reagents and the coolant, optimal conditions for heat transfer between the working media are ensured.

Пример 3.Example 3

На фиг.5 схематично показан продольный разрез реактора, предназначенного для проведения двухстадийного каталитического процесса. Реактор содержит четыре блока 6 теплопередающих элементов, установленные один над другим в вертикальном цилиндрическом корпусе 1 с образованием центрального цилиндрического 8 и периферийного кольцевого 9 распределительных коллекторов, а также распределительной 10 и сборной 11 камер, которые отделены от распределительных коллекторов 8 и 9 внутренними 12 и наружными 13 герметичными горизонтальными перегородками. Конструкция всех блоков 6 теплопередающих элементов аналогична конструкции блока, описанного в примере 1, причем в данном случае катализатором заполнены вертикальные щелевые каналы всех блоков. Реактор разделен перегородками 25 и 26 на две секции, каждая из которых состоит из двух блоков 6. Корпус 1 снабжен патрубками 4 подвода реагентов и 5 отвода конечного целевого продукта, а каждая секция - установленными на корпусе патрубками подвода 2 и отвода 3 теплоносителей. Тип и марка катализатора, загруженного в каждую из секций, а также параметры (тип, температура и давление) прокачиваемых через эти секции теплоносителей должны соответствовать требованиям технологического процесса, в частности, какой температурный режим должен быть обеспечен при проведении каталитической реакции в данной секции (на данной стадии). Для оптимизации условий теплообмена в каждой из секций аналогично предыдущему примеру предусмотрен противоток участвующих в теплообмене рабочих сред.Figure 5 schematically shows a longitudinal section of a reactor designed to conduct a two-stage catalytic process. The reactor contains four blocks 6 of heat transfer elements mounted one above the other in a vertical cylindrical housing 1 with the formation of a central cylindrical 8 and peripheral annular 9 distribution manifolds, as well as distribution 10 and 11 assembly chambers, which are separated from the distribution manifolds 8 and 9 by internal 12 and external 13 tight horizontal partitions. The design of all blocks 6 of the heat transfer elements is similar to the design of the block described in example 1, and in this case, the vertical slotted channels of all blocks are filled with a catalyst. The reactor is divided by partitions 25 and 26 into two sections, each of which consists of two units 6. Case 1 is equipped with nozzles 4 for supplying reagents and 5 for outlet of the final target product, and each section is equipped with nozzles for supplying 2 and outlet 3 of coolants mounted on the housing. The type and brand of the catalyst loaded into each of the sections, as well as the parameters (type, temperature and pressure) of the coolants pumped through these sections must comply with the requirements of the process, in particular, what temperature conditions must be ensured during the catalytic reaction in this section (at this stage). To optimize the heat transfer conditions in each of the sections, a countercurrent to the working media involved in the heat exchange is provided, similarly to the previous example.

Реактор работает следующим образом. Реагенты поступают через патрубок 4 в распределительную камеру 10, откуда направляются во все вертикальные щелевые каналы, заполненные катализатором, и последовательно проходят обе секции. По радиально-спиральным каналам каждой секции прокачивается теплоноситель с температурой, обеспечивающей выполнение технологических требований по температурному режиму каталитической реакции для данной стадии катализа. В слоях катализатора первой по ходу потока реагентов секции, а затем второй секции протекают две стадии катализа с подводом тепла через стенки теплопередающих элементов от теплоносителя (при эндотермической реакции) или отводом тепла (при экзотермической реакции), после чего конечные продукты реакции поступают в сборную камеру 11, откуда через патрубок 5 выводятся для дальнейшего использования. Благодаря противоточному направлению движения реагентов и теплоносителя обеспечиваются оптимальные условия для теплообмена между рабочими средами.The reactor operates as follows. The reagents enter through the pipe 4 into the distribution chamber 10, from where they are sent to all vertical slotted channels filled with the catalyst, and both sections pass sequentially. A coolant with a temperature is pumped through the radial-spiral channels of each section, ensuring the fulfillment of technological requirements for the temperature regime of the catalytic reaction for this stage of catalysis. In the catalyst layers of the first section along the reagent stream, and then the second section, two stages of catalysis proceed with the supply of heat through the walls of the heat transfer elements from the coolant (during the endothermic reaction) or by heat removal (during the exothermic reaction), after which the final reaction products enter the collection chamber 11, from where through the pipe 5 are displayed for further use. Thanks to the counter-current direction of movement of the reagents and the coolant, optimal conditions are provided for heat transfer between the working media.

Пример 4.Example 4

На фиг.6 схематично показан продольный разрез реактора, предназначенного для проведения эндотермического каталитического процесса с внутренней рекуперацией тепла. Реактор содержит четыре блока 6 теплопередающих элементов, установленные один над другим в вертикальном цилиндрическом корпусе 1 с образованием центрального цилиндрического 8 и периферийного кольцевого 9 распределительных коллекторов, а также распределительной 10 и сборной 11 камер, которые отделены от распределительных коллекторов 8 и 9 внутренними 12 и наружными 13 герметичными горизонтальными перегородками. Конструкция всех блоков 6 теплопередающих элементов аналогична конструкции блока, описанного в примере 1, причем в данном случае катализатором заполнены вертикальные щелевые каналы всех блоков. Реактор разделен перегородками 25 и 26 на две секции, каждая из которых состоит из двух блоков 6. Корпус 1 снабжен патрубком 4 подвода реагентов, установленным на распределительной камере 10, патрубком 5 отвода целевого продукта, установленным в зоне полости периферийного коллектора первого по ходу аксиального потока реагентов блока, а также патрубками подвода 2 и отвода 3 теплоносителя, установленными в зоне полостей периферийных коллекторов блоков второй по ходу аксиального потока реагентов секции.Figure 6 schematically shows a longitudinal section of a reactor designed for carrying out an endothermic catalytic process with internal heat recovery. The reactor contains four blocks 6 of heat transfer elements mounted one above the other in a vertical cylindrical housing 1 with the formation of a central cylindrical 8 and peripheral annular 9 distribution manifolds, as well as distribution 10 and 11 assembly chambers, which are separated from the distribution manifolds 8 and 9 by internal 12 and external 13 tight horizontal partitions. The design of all blocks 6 of the heat transfer elements is similar to the design of the block described in example 1, and in this case, the vertical slotted channels of all blocks are filled with a catalyst. The reactor is divided by partitions 25 and 26 into two sections, each of which consists of two blocks 6. The housing 1 is equipped with a reagent supply pipe 4 installed on the distribution chamber 10, a target product pipe 5 installed in the zone of the peripheral collector cavity of the first axial flow reagents of the block, as well as nozzles for supplying 2 and removal 3 of the coolant installed in the zone of the cavities of the peripheral collectors of the blocks of the second section along the axial flow of reagents.

Снаружи корпуса 1 соосно с ним установлен герметичный цилиндрический кожух 27 с крышкой 28 и днищем 29, образующий с корпусом 1 вертикальный кольцеобразный канал 30. В стенке корпуса 1 по его периметру в зоне сборной камеры 11 и в зоне последнего блока первой по ходу аксиального потока реагентов секции выполнены отверстия 31 и 32 соответственно, соединяющие полости периферийного коллектора 9 этого блока и сборной камеры 11 с вертикальным кольцеобразным каналом 30, причем крышка 28 присоединена к корпусу 1 выше верхнего ряда отверстий 32, а днище 29 присоединено к корпусу ниже нижнего ряда отверстий 31. Для оптимизации условий теплообмена в каждой из секций аналогично предыдущему примеру предусмотрен противоток участвующих в теплообмене рабочих сред.Outside the casing 1, a sealed cylindrical casing 27 with a cover 28 and a bottom 29 is installed coaxially with it, forming a vertical annular channel 30 with the casing 1. In the wall of the casing 1 along its perimeter in the area of the collection chamber 11 and in the area of the last block of the first axial flow of reagents sections are made holes 31 and 32, respectively, connecting the cavity of the peripheral collector 9 of this block and the collection chamber 11 with a vertical annular channel 30, and the cover 28 is attached to the housing 1 above the upper row of holes 32, and the bottom 29 priso united to the body below the lower row of holes 31. To optimize the heat transfer conditions in each of the sections, as in the previous example, a countercurrent of the working media involved in the heat transfer is provided.

Реактор работает следующим образом. Реагенты поступают через патрубок 4 в распределительную камеру 10, откуда направляются во все вертикальные щелевые каналы, заполненные катализатором, последовательно проходят обе секции и по завершении каталитической реакции в виде целевого продукта поступают в сборную камеру 11. По радиально-спиральным каналам второй по ходу аксиального потока секции прокачивается теплоноситель с температурой, обеспечивающей проведение завершающей фазы каталитической реакции. Целевой продукт из сборной камеры 11 через окна 31 поступает в полость кожуха 30, затем через окна 32 в полость периферийного коллектора 9 последнего блока первой по ходу аксиального потока реагентов секции, прокачивается по радиально-спиральным каналам всех блоков этой секции, отдавая тепло реагентам, прокачиваемым через вертикальные щелевые каналы блоков первой секции, и выводится через патрубок 5 для дальнейшего использования.The reactor operates as follows. The reagents pass through the pipe 4 to the distribution chamber 10, from where they are sent to all vertical slotted channels filled with the catalyst, both sections pass sequentially and, upon completion of the catalytic reaction, enter the collection chamber 11 as the target product. The second axial flow along the radial-spiral channels section the coolant is pumped with a temperature that ensures the completion of the catalytic reaction. The target product from the collection chamber 11 through the windows 31 enters the cavity of the casing 30, then through the windows 32 into the cavity of the peripheral collector 9 of the last block of the first along the axial flow of reagent section, it is pumped through the radial-spiral channels of all blocks of this section, giving off heat to the reactants pumped through the vertical slotted channels of the blocks of the first section, and is discharged through the pipe 5 for further use.

В данном примере исполнения реактора процесс эндотермической каталитической реакции проходит в секции реактора, первую по ходу аксиального потока реагентов, за счет рекуперации тепла, передаваемого реагентам отходящим целевым продуктом, а завершается во второй секции реактора с использованием тепла от внешнего источника. В качестве альтернативного варианта такого аппарата может быть реактор, в котором первая секция катализатором не заполнена и в ней осуществляется только передача тепла от целевого продукта к поступающим реагентам, а каталитический процесс протекает только во второй секции.In this example reactor, the endothermic catalytic reaction process takes place in the reactor section, the first along the axial flow of the reactants, due to the recovery of heat transferred to the reactants by the waste target product, and ends in the second section of the reactor using heat from an external source. An alternative to such an apparatus may be a reactor in which the first section is not filled with catalyst and only heat transfer from the target product to the incoming reagents is carried out in it, and the catalytic process proceeds only in the second section.

Таким образом, по сравнению с известными техническими решениями предлагаемый проточный каталитический реактор имеет следующие преимущества:Thus, in comparison with the known technical solutions, the proposed flow catalytic reactor has the following advantages:

а) обеспечивается эффективный подвод тепла непосредственно в зону реакции при эндотермических каталитических процессах и отвод тепла непосредственно из зоны реакции при экзотермических каталитических процессах с поддержанием оптимального температурного режима на всем пути реагентов и благодаря этому предотвращается опасность термической деструкции исходных веществ и целевого продукта, а также термической дезактивации катализатора, что способствует повышению качества продуктов реакции и увеличению срока службы катализатора;a) an effective heat supply is provided directly to the reaction zone during endothermic catalytic processes and heat removal directly from the reaction zone during exothermic catalytic processes while maintaining the optimum temperature regime along the entire path of the reactants and this prevents the risk of thermal degradation of the starting materials and the target product, as well as thermal catalyst deactivation, which helps to improve the quality of reaction products and increase the life of the catalyst;

б) обеспечивается равномерное распределение реагентов по зернистому слою катализатора;b) provides a uniform distribution of reagents over the granular catalyst bed;

в) обеспечивается возможность использования наиболее активного мелкозернистого катализатора при низкой потере давления реагентов, проходящих через зернистый слой; использование мелкозернистого катализатора существенно уменьшает металлоемкость и габаритные размеры аппарата;c) it is possible to use the most active fine-grained catalyst with a low pressure loss of the reactants passing through the granular layer; the use of a fine-grained catalyst significantly reduces the metal consumption and overall dimensions of the apparatus;

г) достигается высокая плотность размещения теплообменной поверхности в единице объема реактора и, как следствие, обеспечивается возможность проведения каталитических процессов сильно экзотермических и сильно эндотермических реакций;d) a high density of the heat exchange surface is achieved in a unit volume of the reactor and, as a result, it is possible to carry out catalytic processes of highly exothermic and strongly endothermic reactions;

д) обеспечивается возможность создания реактора практически на любую производительность;e) it is possible to create a reactor for almost any capacity;

е) создается возможность реализации двухстадийного каталитического процесса с оптимальным температурным режимом для каждой стадии;f) it becomes possible to implement a two-stage catalytic process with an optimal temperature regime for each stage;

ж) достигается возможность использования внутренней рекуперации тепла для снижения энергозатрат.g) the possibility of using internal heat recovery to reduce energy consumption is achieved.

При рассмотрении изложенного выше материала следует понимать, что для специалистов в данной области техники представляются очевидными другие изменения и модификации вышеупомянутого реактора, не выходящие за пределы объема настоящего изобретения. Все варианты предмета изобретения, описанные выше, следует рассматривать как иллюстрации сущности изобретения, не ограничивающие объем изобретения.When considering the above material, it should be understood that for those skilled in the art, other changes and modifications of the aforementioned reactor are apparent without departing from the scope of the present invention. All variants of the subject matter described above should be considered as illustrations of the essence of the invention, not limiting the scope of the invention.

Claims

1. A radial-spiral type catalytic reactor containing a vertical cylindrical body with nozzles for supplying and discharging working fluids, namely, products involved in the catalytic process, and a coolant, one or more blocks of heat transfer elements are installed along the vertical axis of the shell with the formation of a peripheral ring-shaped and central cylindrical distribution manifolds for one of the working media and distribution and collection chambers for the second working medium, which are separated from the aforementioned distribution manifolds with internal and external sealed horizontal partitions, each block is formed of vertically mounted, adjacent to each other heat transfer elements welded together by vertical seams and forming an annular row around the vertical axis of the housing, each heat transfer element is made hollow of two walls with spacing protrusions having in cross section the shape of a spiral of Archimedes, welded together on two horizontal sides and forming in the inner Radial-spiral slotted channel, each of which communicates with peripheral and central distribution manifolds to move one of the working media, and vertical slotted spiral-shaped channels formed between the adjacent heat transfer elements communicating with the upper distribution and lower collection chambers to move to the axial direction of the second working medium, and the slotted channels along which the products participating in the catalytic process are directed are filled with light-grained catalyst.

2. The reactor according to claim 1, characterized in that a catalyst with a granule size in the range of 0.5-7 mm is used to fill it.

3. The reactor according to claim 1, containing one or more blocks of heat transfer elements with radial-spiral slotted channels filled with catalyst, in which each block of heat transfer elements is provided with inner and outer cylindrical walls of a mesh or perforated sheet with a mesh size smaller than the granule size of the catalyst.

4. The reactor according to claim 1, containing one or more blocks of heat transfer elements with vertical slit channels filled with catalyst, in which each block of heat transfer elements is closed from above and from the bottom by covers of a mesh or perforated sheet with a mesh size smaller than the size of the catalyst granules.

5. The reactor according to claim 1, containing two or more blocks of heat transfer elements, in which horizontal partitions are installed between adjacent blocks of heat transfer elements in the peripheral and central distribution manifolds, dividing each of the distribution manifolds into separate isolated cavities and directing the flow after expiration from the internal cavities of the heat transfer elements of one block into the internal cavity of the heat transfer elements of the subsequent block.

6. The reactor according to claim 1, containing two or more blocks of heat transfer elements, in which the flow of a working medium moving along radial-spiral slotted channels from one block to the next block is opposite to the direction of movement of the axial flow of the second working medium.

7. The reactor according to claim 1, characterized in that for carrying out a catalytic reaction of the isothermal type, the method of evaporative cooling using a coolant boiling at a given temperature is used.

8. The reactor according to claim 1, containing two or more blocks of heat transfer elements, divided into two sections for carrying out a two-stage catalytic process, the vertical slotted channels of all blocks of both sections are filled with a catalyst, the sections are separated from each other by horizontal sealed walls installed in the central and peripheral distribution manifolds, and the distribution manifolds of each section are equipped with nozzles for supplying and discharging the coolant at a rate required for this stage of catalysis by injection, the products involved in the catalytic process were supplied through the nozzle of the distribution chamber, and the outlet of the target product, which passed through channels filled with the catalyst, through the nozzle of the collection chamber.

9. The reactor according to claim 1, containing two or more blocks of heat transfer elements divided into two sections, vertical slotted channels of all blocks of both sections are filled with a catalyst, sections are separated from each other by horizontal sealed partitions installed in the central and peripheral distribution manifolds, on the distribution the chamber is equipped with a pipe for supplying primary reagents, cavities of the peripheral distribution manifold of the first and last blocks of the second along the axial flow of reagents sec The sections are equipped with nozzles for supplying and discharging an external coolant, the peripheral channel of the first block of the first section along the axial flow of reagents is equipped with a nozzle for discharging the cooled target product, and a sealed cylindrical casing is installed coaxially with the outside of the casing; an annular channel in the housing wall in the area of the collection chamber and in the area of the last block of the first section along the axial flow of reagents Stia arranged along the perimeter and reporting inner housing cavity with the aforementioned annular passage, wherein the cylindrical housing cover attached to the housing above the upper row of holes, and the bottom of the cylindrical housing is connected to the casing below the lower row of holes.