RU2684382C2 - Способ выполнения внутренних стенок каталитических реакторов - Google Patents
Способ выполнения внутренних стенок каталитических реакторов Download PDFInfo
- Publication number
- RU2684382C2 RU2684382C2 RU2017126265A RU2017126265A RU2684382C2 RU 2684382 C2 RU2684382 C2 RU 2684382C2 RU 2017126265 A RU2017126265 A RU 2017126265A RU 2017126265 A RU2017126265 A RU 2017126265A RU 2684382 C2 RU2684382 C2 RU 2684382C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- reactor
- wall
- panels
- collector
- cartridge
- Prior art date
Links
- 230000003197 catalytic effect Effects 0.000 title claims abstract description 19
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 11
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 claims abstract description 34
- 239000010410 layer Substances 0.000 claims abstract description 16
- 239000002356 single layer Substances 0.000 claims abstract description 7
- 239000000376 reactant Substances 0.000 claims abstract description 4
- 239000007795 chemical reaction product Substances 0.000 claims abstract description 3
- 230000035699 permeability Effects 0.000 claims abstract 2
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 13
- 230000005489 elastic deformation Effects 0.000 claims description 4
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims description 2
- 239000000470 constituent Substances 0.000 claims 1
- 238000007599 discharging Methods 0.000 claims 1
- 230000002441 reversible effect Effects 0.000 claims 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 abstract description 6
- 230000009467 reduction Effects 0.000 abstract description 4
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 abstract description 3
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 11
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 9
- 241000237503 Pectinidae Species 0.000 description 8
- 235000020637 scallop Nutrition 0.000 description 8
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 6
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 4
- 230000035882 stress Effects 0.000 description 4
- OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N Methanol Chemical compound OC OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 3
- QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N Ammonia Chemical compound N QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 description 2
- 239000012634 fragment Substances 0.000 description 2
- 238000003780 insertion Methods 0.000 description 2
- 230000037431 insertion Effects 0.000 description 2
- 230000000284 resting effect Effects 0.000 description 2
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 description 2
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 2
- 238000003466 welding Methods 0.000 description 2
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000009471 action Effects 0.000 description 1
- 229910021529 ammonia Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000006227 byproduct Substances 0.000 description 1
- 239000003153 chemical reaction reagent Substances 0.000 description 1
- 230000006835 compression Effects 0.000 description 1
- 238000007906 compression Methods 0.000 description 1
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 230000013011 mating Effects 0.000 description 1
- 238000004806 packaging method and process Methods 0.000 description 1
- 238000003825 pressing Methods 0.000 description 1
- 239000000047 product Substances 0.000 description 1
- 230000008439 repair process Effects 0.000 description 1
- 125000006850 spacer group Chemical group 0.000 description 1
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 1
- 230000008646 thermal stress Effects 0.000 description 1
- 238000009827 uniform distribution Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J8/00—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J19/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
- B01J19/02—Apparatus characterised by being constructed of material selected for its chemically-resistant properties
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J8/00—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes
- B01J8/008—Details of the reactor or of the particulate material; Processes to increase or to retard the rate of reaction
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J8/00—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes
- B01J8/02—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes with stationary particles, e.g. in fixed beds
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J8/00—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes
- B01J8/02—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes with stationary particles, e.g. in fixed beds
- B01J8/0207—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes with stationary particles, e.g. in fixed beds the fluid flow within the bed being predominantly horizontal
- B01J8/0214—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes with stationary particles, e.g. in fixed beds the fluid flow within the bed being predominantly horizontal in a cylindrical annular shaped bed
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J8/00—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes
- B01J8/02—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes with stationary particles, e.g. in fixed beds
- B01J8/0278—Feeding reactive fluids
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J2208/00—Processes carried out in the presence of solid particles; Reactors therefor
- B01J2208/00796—Details of the reactor or of the particulate material
- B01J2208/00884—Means for supporting the bed of particles, e.g. grids, bars, perforated plates
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J2208/00—Processes carried out in the presence of solid particles; Reactors therefor
- B01J2208/00796—Details of the reactor or of the particulate material
- B01J2208/00893—Feeding means for the reactants
- B01J2208/0092—Perforated plates
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J2208/00—Processes carried out in the presence of solid particles; Reactors therefor
- B01J2208/02—Processes carried out in the presence of solid particles; Reactors therefor with stationary particles
- B01J2208/023—Details
- B01J2208/027—Beds
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J2219/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
- B01J2219/00002—Chemical plants
- B01J2219/00018—Construction aspects
- B01J2219/0002—Plants assembled from modules joined together
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J2219/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
- B01J2219/00002—Chemical plants
- B01J2219/00018—Construction aspects
- B01J2219/00024—Revamping, retrofitting or modernisation of existing plants
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J2219/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
- B01J2219/02—Apparatus characterised by their chemically-resistant properties
- B01J2219/025—Apparatus characterised by their chemically-resistant properties characterised by the construction materials of the reactor vessel proper
- B01J2219/0277—Metal based
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P20/00—Technologies relating to chemical industry
- Y02P20/50—Improvements relating to the production of bulk chemicals
- Y02P20/52—Improvements relating to the production of bulk chemicals using catalysts, e.g. selective catalysts
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Fluid Mechanics (AREA)
- Devices And Processes Conducted In The Presence Of Fluids And Solid Particles (AREA)
- Physical Or Chemical Processes And Apparatus (AREA)
Abstract
Изобретение относится к способу выполнения внутренних стенок каталитических реакторов, в частности выполнения внешнего коллектора каталитических реакторов с радиальным или радиально-осевым потоком. Реактор включает: частично открытый внешний корпус, не имеющий отверстий с диаметром, равным его полному диаметру, а имеющий отверстия и фланцы с диаметром значительно меньше его диаметра, люк для доступа внутрь, впускное и выпускное отверстия для ввода и вывода реагентов и продуктов реакции, по меньшей мере одну внутреннюю стенку и картридж с катализатором, содержащий слой катализатора и имеющий несущую внешнюю стенку, при этом внутренняя стенка реактора является однослойным внешним коллектором слоя катализатора, имеющим перфорацию и обладающим газопроницаемостью, а слой катализатора ограничен внутренним коллектором и однослойным внешним коллектором. Внешний коллектор включает несколько панелей, смонтированных внутри корпуса для его формирования и обладающих гибкостью и способностью к деформации так, что обеспечивается их введение через люк и/или через одно из впускного и выпускного отверстий, и не обладает самонесущей способностью, а опирается на несущую стенку картриджа. Панели коллектора имеют размеры, превышающие размеры люка и отверстий, и выполнены с возможностью ввода в реактор в упругодеформированном состоянии и восстановления своего первоначального недеформированного состояния после введения в реактор. Изобретение обеспечивает упрощение конструкции внутренних стенок частично открытых каталитических реакторов, снижение количества деталей, необходимых для изготовления этих стенок, и снижения трудозатрат, связанных с выполнением соответствующих сварных швов. 2 н. и 7 з.п. ф-лы, 7 ил.
Description
Область техники
Изобретение относится к способу выполнения внутренних стенок каталитических реакторов, в частности, выполнения внешнего коллектора каталитических реакторов с радиальным или радиалыю-осевым потоком.
Уровень техники
В области каталитических химических реакторов существует задача создания стенок внутри корпуса реактора. Обычно эти стенки предназначены для удерживания катализатора и передачи потока газообразных реагентов. У каталитических реакторов сдвига, реакторов синтеза метанола и реакторов синтеза аммиака обычно имеются, также и внутренние стенки, называемые коллекторами.
Каталитические реакторы с радиальным или радиально-осевым потоком, например, содержат каталитический слой, ограничиваемый внутренней стенкой (внутренний коллектор) и внешней стенкой (внешний коллектор), имеющими перфорацию и проницаемыми для газа. Внешний коллектор является, соответственно впускным или выпускным коллектором каталитического слоя, в зависимости от того, куда направлен, внутрь или наружу, радиальный поток.
Для создания этих стенок внутри корпуса требуется решить ряд технологических задач, в частности, в случае частично открытых реакторов, которые составляют большинство. Термин "частично открытый реактор" обозначает реактор, у которого отсутствует фланец, диаметр которого равен или примерно равен диаметру корпуса, и в котором внутрь реактора можно попасть только через окно (люк) значительно меньшего диаметра. Частично открытая конструкция более предпочтительна, поскольку фланцы большого диаметра дороги и склонны к нарушению герметичности, однако доступ внутрь реактора, очевидно, ограничен относительно небольшим диаметром люка.
В результате, внутреннюю стенку, размеры которой слишком велики для установки ее через люк, монтируют по секциям. Отдельные секции стенки вводятся через люк и свариваются непосредственно внутри корпуса. Например, реакторах с радиальным потоком, внутренний коллектор имеет довольно небольшой диаметр и, как правило, может быть введен через люк, но внешний коллектор, диаметр которого лишь немного меньше диаметра корпуса, необходимо монтировать из секций.
Недостатком такого способа являются высокие затраты как при изготовлении, так и при сборке реактора. Максимальный размер секций определен необходимостью введения их через люк, и площадь поверхности каждой секции обычно мала по сравнению с площадью всей поверхности стенки поэтому должно быть подготовлено большое количество деталей для их дальнейшей сварки внутри корпуса. Высокие расходы обусловлены большим числом деталей и временем, необходимым для выполнения длинных швов внутри корпуса.
В случае модернизации существующего оборудования, необходимость снижения продолжительности сборки приобретает еще большее значение, поскольку занимаемое модернизацией время означает потери выпускаемой продукции из-за простоя установки, что ведет к значительным издержкам.
Сооружение внутренней стенки может быть еще больше усложнено, если люк расположен в малодоступном месте. Например, при поперечном или наклонном расположении люка относительно оси устройства (обычно проходит по вертикали), введение секций усложняется, что заставляет изготавливать их меньшего размера, с соответствующим ростом расходов. Поперечное расположение люка типично для реакторов низкотемпературного сдвига (LTS -от англ. low temperature shift), которые располагаются под реактором высокотемпературного сдвига (HTS - от англ. high temperature shift). При таком расположении, верхняя часть LTS реактора занята трубой подвода газа, а люк располагается на боковой поверхности.
Сборка внешнего коллектора реакторов с радиальным потоком, в частности, усложняется большими размерами коллектора, диаметр которого близок к диаметру самого реактора, и тем, что во многих случаях, этот внешний коллектор является и силовым элементом конструкции.
В ЕР 1818094 описаны внутренний и внешний коллекторы, выполненные с двойной стенкой. Такая конструкция имеет ряд признанных функциональных преимуществ, однако, в силу описанных выше причин, может иметь высокую стоимость.
Для сокращения времени сборки, была предложена конструкция с использованием так называемых "скаллопов". В этой конструкции внешний коллектор, сформирован не в виде одиночного цилиндра, а в виде последовательности перфорированных элементов из металлического листа с двойной стенкой, расположенных продольно параллельно оси реактора, называемых "скаллопами", опирающихся на внутреннюю стенку картриджа с катализатором. Скаллопы отделены друг от друга зазорами, увеличивающимися или уменьшающимся в соответствии с тепловым расширением в процессе работы.
Преимуществом конструкции со скаллопами является отсутствие необходимости в продольных сварных швах и значительно, в разы, более высокая скорость их установки и сборки по сравнению с цилиндрическими коллекторами. При использовании этой конструкции, однако, возникает ряд проблем: скаллопы не окружают всю массу катализатора (но погружаются в нее), а в результате наличия упомянутых зазоров катализатор приходит в соприкосновение с внутренней стенкой картриджа. Это приводит к появлению неохлаждаемых зон катализатора, с возможным образованием горячих участков и вырабатывания побочных продуктов, и локального нагрева картриджа. Более того, конструкция со скаллопами имеет высокую стоимость из-за большого количества деталей, необходимых для формирования внешнего коллектора, и конструкции с двойной стенкой. Эти недостатки делают конструкцию со скаллопами не вполне удовлетворительной.
Раскрытие изобретения
Настоящее изобретение направлено на упрощение конструкции внутренних стенок частично открытых каталитических реакторов, в частности, применительно к созданию внешнего коллектора каталитических реакторов с радиальным или радиально-осевым потоком. Более конкретно, изобретение направлено на снижение количества деталей, необходимых для изготовления этих стенок, и снижения трудозатрат, связанных с выполнением соответствующих сварных швов.
Указанная задача решается реактором для каталитических химических реакций, включающим: частично открытый внешний корпус, имеющий люк для доступа внутрь, впускное и выпускное отверстия для впуска и выпуска реагентов и продуктов реакции, соответственно, и по меньшей мере одну внутреннюю стенку, отличающимся тем, что:
по меньшей мере одна стенка содержит несколько панелей, которые собираются внутри корпуса для формирования упомянутой стенки, обладающих гибкостью и способностью деформироваться, что обеспечивает их введение через люк и/или через по меньшей мере одно из впускного и выпускного отверстий, а получившаяся стенка не является самонесущей и опирается на несущую стенку реактора.
Термин "частично открытый внешний корпус" подразумевает, что корпус не имеет отверстий полного диаметра, т.е., отверстий, диаметр которых равен или приблизительно равен диаметру корпуса. Т.е., диаметр единственно имеющихся отверстий и фланцев корпуса (например, люков) существенно меньше этого диаметра.
Термин "не самонесущая стенка" подразумевает, что внутренняя стенка не предназначена для выдерживания напряжений, обусловленных нормальными условиями работы в реакторе, а функция несущей конструкции выполняется стенкой реактора.
Предпочтительной областью применения изобретения является создание внешнего коллектора каталитического слоя с радиальным или радиально осевым сквозным потоком. Внешний коллектор представляет собой цилиндрическую или многоугольную стенку, расположенную вокруг каталитического слоя и предназначенную для передачи или газового потока реагентов в каталитический слой или из него сбора (в зависимости от направления - внутрь или наружу). Реактор включает картридж с катализатором, содержащий слой и образующий внешнюю несущую стенку. Коллектор имеет однослойную стенку и опирается на несущую стенку картриджа с катализатором.
Коллектор, не обладающий самонесущей способностью, согласно изобретению, не предназначен для выдерживания напряжений, создаваемых давлением катализатора, обусловленных собственным весом катализатора, и нагрузочными потерями, создаваемыми газом (при его прохождении через коллектор и массив катализатора), а также из-за разницы коэффициентов расширения между катализатором и коллектором. Эти напряжения, согласно изобретению, передаются на коллектор, но их принимает на себя несущая стенка картриджа с катализатором, благодаря рабочему (несущему) контакту коллектора с этой стенкой.
В сравнении с упомянутой конструкцией со скаллопами, предложенный в изобретении коллектор, не обладающий самонесущей способностью, имеет рядом преимуществ, включая то, что окружена вся масса катализатора и отсутствует зазор между двумя смежными панелями (что предотвращает контакт между катализатором и картриджем) и, кроме того, они сформированы однослойными стенками, что снижает стоимость.
Благодаря предложенной геометрической форме, расстояние между двумя смежными панелями может быть сокращено при необходимости, что, по сравнению с уровнем техники, обеспечивает значительное сокращение толщины коллекторов, с соблюдением в приемлемых пределах требований механической прочности. Этим обеспечивается необходимая гибкость упомянутых панелей, допускающая их деформацию при введении через люк. Поэтому панели, из которых выполняется внутренняя стенка, могут быть выполнены из стального листа небольшой толщины, например, не более 1 мм, что обеспечивает их гибкость.
Таким образом, главное преимущество изобретения состоит в том, что одиночные панели могут иметь размер, превышающий размер имеющегося люка, поскольку благодаря гибкости они могут быть согнуты для введения в люк. Например, панели могут быть свернуты в рулон с использованием подходящего инструмента, известного в уровне техники (например, обвязочного инструмента, обычно используемого в транспортном упаковывании), пока они не будут проходить в имеющийся люк. Кроме того, панели могут быть свернуты в рулон и зафиксированы в этом состоянии, с сокращением их общего объема и расходов на транспортировку, что является важным преимуществом при проведении модернизации.
Благодаря способности к упругой деформации (за счет малой толщины), панели следуют кривизне стенки картриджа. Более того, поскольку панели не несут механических нагрузок, стыки между панелями также могут выполняться простым и недорогим способом. Скрепление панелей друг с другом может выполняться, например, с использованием болтов или известных средств механического крепления. Между панелями могут использоваться разъемные соединения, что упрощает их проверку, ремонт или замену.
Другое преимущество гибкости панелей состоит в их способности компенсации различий в расширении. Поэтому конструкция внутренней стенки в соответствии с изобретением легко выдерживает термические напряжения.
Благодаря небольшой толщине, также возможно выполнение отверстий и прорезывание пазов для прохождения потока газа посредством высекания (вырубания). Известно, что высекание является наиболее экономичным способом перфорирования, но может использоваться только в тех случаях, когда размер отверстий примерно равен (или превосходит) толщине металлического листа. С другой стороны, для удерживания катализатора требуются довольно маленькие отверстия и, поэтому, высекание не может использоваться в известных конструкциях, где толщина стенок коллектора относительно велика и минимальный размер отверстий, которые могут быть выполнены этим способом, оказался бы слишком большим. Коллектор, согласно настоящему изобретению, имеет малую толщину и может перфорироваться посредством высекания, что дает значительную экономию.
В предпочтительном варианте выполнения, на поверхности панелей имеются гребни или ребра, проходящие параллельно оси реактора, определяющие линии несущего контакта с несущей стенкой картриджа с катализатором. Например, панели могут быть выполнены из гофрированного (волнистого) металлического листа, и более предпочтительно, из металлического листа с ребристым профилем. При использовании изобретения в конструкции внешнего коллектора, гребни действуют как распорные элементы между внешним коллектором и несущей стенкой картриджа, образуя, тем самым, промежуточное пространство (кольцевую полость) для потока газа между этими двумя частями.
Профилированный ребристый металлический лист особенно предпочтителен благодаря тому, что расстояние между коллектором и стенкой, т.е., поперечное сечение промежуточного пространства, может легко устанавливаться выбором глубины ребер и, по существу, не зависит от расстояния между смежными ребрами (шага ребер). Другими словами, при изменении глубины ребер, шаг ребер может устанавливаться независимо от поперечного сечения потока газа между коллектором и картриджем. Эта особенность имеет преимущество по сравнению с использованием гофрированного металлического листа, где размер промежутков для прохода газа зависит в значительной степени от периода волны гофра металлического листа.
Более предпочтительно, также используются кольца разделения секций, прикрепленные к панелям внешнего коллектора с подходящими интервалами вдоль направления оси. Кольца разделения секций предотвращают возможность аварии из-за неустойчивости (сжимания) внутренней стенки, сформированной разными панелями.
В соответствии с различными вариантами выполнения изобретения, панели могут иметь проницаемые зоны, имеющие проходы для газа, и непроницаемые зоны, не имеющие таких проходов. Проходы для газа формируются, например, отверстиями или щелями. Разные части поверхности панелей могут иметь различное распределение проходов для газа, например, отверстий с разным размером и/или разным интервалом.
Панели, в соответствии с предпочтительным вариантом выполнения, могут быть изготовлены из плоских металлических листов с использованием следующих технологических операций:
I. выполнение перфораций, например, щелей (металлических листов со щелями) или отверстий путем высекания вдоль данных секций (эта операция не требуется, если используется уже перфорированный металлический лист);
II. формирование отверстий для скрепления деталей друг с другом и отверстий для систем крепления;
III. формирование сгибов посредством прессования в формах или фасонным инструментом вдоль заданных продольных линий;
IV. при необходимости, использование крепления сварки, контрящих гаек;
V. скручивание в рулон, с закреплением при необходимости, например для транспортирования или для сборки;
VI. монтаж, путем введения панели и ее расположения в непосредственной близости к стенке картриджа.
В процессе установки, панель может удерживаться в скрученном состоянии соответствующими обвязочными лентами. После удаления (например, разрезки) этих лент, панель удерживается в нужном положении посредством опорного кольца, выполняющего роль шаблона, и/или кольцами разделения секций.
Изобретение также относится к способу обеспечения внутренней стенки реактора, в соответствии с приложенной формулой.
Согласно предложенному в изобретении способу, стенку формируют несколькими панелями, размер которых в недеформированном состоянии превышает размер люка реактора. В соответствии с этим способом, каждую панель деформируют так, что она может быть введена в реактор через имеющийся люк. После введения в реактор, панели восстанавливают свою первоначальную форму, и их монтируют так, чтобы они прилегали к несущей стенке реактора, например, стенке картриджа катализатора. Деформация панелей является упругой деформацией, или частично упругой и частично пластичной деформацией. После введения в реактор, панели упруго восстанавливают свою первоначальную форму, либо делают это под действием прилагаемой силы, имеющей в любом случае ограниченные размеры. По меньшей мере частично упругая деформация панелей, позволяющая ввести их в люк, возможна благодаря их малой толщине, что, в свою очередь, является следствием того, что они не являются самонесущими, а силовые нагрузки воспринимаются стенкой самого реактора.
Способ в соответствии с изобретением также может быть использован для модернизации существующего реактора, например, посредством замены обычного коллектора коллектором, выполненным в соответствии с настоящим изобретением.
Преимущества изобретения будут более понятны при ознакомлении с приведенным далее подробным описанием, относящимся к ряду предпочтительных вариантов выполнения.
Краткое описание чертежей
Ниже изобретение более подробно рассмотрено со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых:
на фиг. 1 представлен схематичный вид поперечного сечения реактора в соответствии с вариантом выполнения изобретения;
на фиг. 2 представлен коллектор реактора, показанного на фиг. 1, расположенный внутри корпуса реактора и опирающийся на стенку его картриджа с катализатором;
на фиг. 3 изображен фрагмент стыка между двумя панелями коллектора, показанного на фиг. 2;
на фиг. 4 показан фрагмент изображения на фиг. 2, относящийся к зоне контакта между коллектором и стенкой картриджа;
на фиг. 5 показан предпочтительный способ формирования замыкающего стыка коллектора;
на фиг. 6 представлен вид поперечного сечения стыка между двумя панелями коллектора;
на фиг. 7 представлен другой вариант выполнения изобретения.
Подробное описание осуществления изобретения
На фиг. 1 схематично изображен химический реактор 1 с радиальным или радиально-осевым потоком, направленным к центру (внутрь), в основном включающий: частично открытый корпус 2, картридж 3 с катализатором, содержащий слой 4 катализатора с радиальным или радиально-осевым сквозным потоком; внешний коллектор 5, расположенный вокруг слоя 4 катализатора.
Частично открытый корпус 2 имеет люк 6, диаметр которого меньше диаметра корпуса 2, верхнее впускное отверстие 30 и нижнее выпускное отверстие 31, диаметр которых меньше диаметра люка 6.
Радиально-осевой сквозной поток в слое 4 формируется между внешним коллектором 5 и внутренним коллектором 20.
Внешний коллектор 5 опирается на картридж 3 и имеет модульную конструкцию, сформированную в основном несколькими панелями, которые могут быть введены через люк 6 и/или через верхнее отверстие 30.
Следует заметить, что коллектор 5 обладает гибкостью в поперечном направлении, но является жестким в продольном направлении. Соответственно, если бы ось люка 6 не проходила вертикально, через него нельзя было бы ввести длинные элементы, превосходящие внутренний диаметр устройства, зато элементы меньшего размера, но имеющие длину, равную длине устройства, могут быть введены через верхнее впускное отверстие 30.
Предпочтительный вариант выполнения представлен на фиг. 2, где частично показаны две панели 5.1 и 5.2, образующие часть внешнего коллектора 5, опирающегося на несущую стенку 7 картриджа 3 с катализатором. Панели, формирующие коллектор 5 в данном примере, выполнены из тонкого упруго сгибаемого профилированного ребристого металлического листа и соединены друг с другом продольным соединением с использованием болтов 8.
Предпочтительный вариант соединения показан на фиг. 3. Между панелями 5.1 и 5.2 имеется зона 9 перекрытия, а концевой фланец 10 панели 5.1 прикреплен болтом к лежащей под ним плоской части 11 панели 5.2.
Панели имеют ребра 12, опирающиеся на стенку 7 и касающиеся ее, отделяя коллектор 5 от этой стенки 7 и образуя промежуточное пространство 13 для потока газа, как это также подробно показано на фиг. 4.
Панели имеют проходы для газа, например отверстия с равномерным или переменным расположением. Например, панели имеют первую схему расположения проходов для газа на плоских поверхностях 14 и вторую схему расположения проходов для газа на боковых сторонах 15, причем первая и вторая схемы расположения отличаются по форме, и/или размеру, и/или шагу проходов для газа. Например, проходы для газа включают отверстия или щели, и имеют различное расположение, соответствующее различному расположению щелей. В примере, показанном на чертежах, каждая панель имеет фланец 10, используемый для крепления (фиг. 2) и имеющий непрерывную поверхность без проходов для газа.
На этом чертеже также показано кольцо 6 разделения секций. Предпочтительно, кольцо 6 разделения секций имеет выступы 17, сопряженные с пазами 18, образуемыми ребрами 12. Несколько колец 6 разделения секций могут быть расположены на подходящем расстоянии друг от друга, в зависимости от напряженного состояния коллектора 5. Обычно это расстояние составляет от одного до двух метров.
На фиг. 5 представлен предпочтительный вариант выполнения последнего замыкающего стыка коллектора. Две концевые панели 5.1 и 5.n соединены друг с другом замыкающей панелью 5.с, с противоположных сторон которой имеются соответственно, два фланца 10, посредством которых она может быть прикреплена болтами к двум концевым панелям, в частности, вдоль секции 19, не имеющей отверстий.
Поперечное сечение типового болтового соединения между панелями коллектора 5 показано на фиг. 6.
На фиг. 7 представлен вариант выполнения, в котором панели 5.1, 5.2, … содержат дугообразные части 21. Предпочтительно, эти части 21 представляют собой круговые дуги. Части 21 скреплены между собой соединителями 22, выполненными в виде V-образных наконечников 23, которые частично перекрываются. Преимуществом этого варианта выполнения является равномерное распределение напряжений, благодаря круговой форме частей 21. Как и в ранее описанных вариантах выполнения, коллектор 5 не имеет нарушений непрерывности, а корпус 7 не соприкасается с катализатором.
Предпочтительно, панели 5.1, 5.2, … 5.n имеют небольшую толщину, например, не более 1 мм, благодаря чему они легко подвергаются деформации. Благодаря их способности к деформации, панели могут быть согнуты или скручены для их введения в люк 6 реактора 1. Благодаря этому, могут быть увеличены размеры единичной панели, по сравнению с обычными панелями, что позволяет уменьшить число панелей, требующихся для формирования коллектора 5, для получения той же площади поверхности. Также упрощается и сборка, поскольку соединения между панелями механически не нагружены, и больше не требуется выполнения высококачественных длинных сварных швов, как в существующих конструкциях. Таким образом, в изобретении решены задачи, описанные выше.
Claims (23)
1. Реактор (1) для каталитических химических реакций, включающий: частично открытый внешний корпус (2), имеющий люк (6) для доступа внутрь, впускное и выпускное отверстия (30, 31) для ввода и вывода реагентов и продуктов реакции соответственно, и по меньшей мере одну внутреннюю стенку (5), при этом частично открытый корпус (2) не имеет отверстий с диаметром, равным полному диаметру корпуса, а имеющиеся отверстия и фланцы корпуса имеют диаметр значительно меньше диаметра корпуса,
причем реактор имеет картридж (3) с катализатором, содержащий слой катализатора для радиального или радиально-осевого сквозного потока и имеющий несущую внешнюю стенку (7);
по меньшей мере одна внутренняя стенка (5) является однослойным внешним коллектором (5) слоя катализатора,
а слой катализатора ограничен внутренним коллектором (20) и однослойным внешним коллектором (5), имеющим перфорацию и обладающим газопроницаемостью,
отличающийся тем, что однослойный внешний коллектор (5) включает несколько панелей (5.1, 5.2, …5.n), смонтированных внутри корпуса (2) для формирования этого внешнего коллектора (5) и обладающих гибкостью и способностью к деформации так, что обеспечивается их введение через люк (6) и/или через по меньшей мере одно из впускного и выпускного отверстий (30, 31), а получившийся внешний коллектор (5) не обладает самонесущей способностью и опирается на несущую стенку (7) картриджа (3), и
упомянутые панели имеют размеры, превышающие размеры люка и отверстий, и выполнены с возможностью ввода в реактор в упругодеформированном состоянии и восстановления своего первоначального недеформированного состояния после введения в реактор.
2. Реактор по п. 1, отличающийся тем, что панели выполнены по форме с гребнями или ребрами (12), расположенными параллельно оси реактора и определяющие линии несущего контакта внешнего коллектора (5) с несущей стенкой (7).
3. Реактор по п. 2, в котором гребни или ребра (12) панелей определяют расстояние между внешним коллектором (5) и несущей стенкой (7) картриджа, создавая тем самым промежуточное пространство (13) для прохождения газа между стенкой и коллектором.
4. Реактор по п. 2 или 3, в котором панели выполнены из профилированного ребристого металлического листа или гофрированного металлического листа.
5. Реактор по любому из предыдущих пунктов, в котором по меньшей мере часть поверхности каждой из панелей проницаема для газа, а часть поверхности для газа непроницаема.
6. Реактор по любому из предыдущих пунктов, в котором каждая панель имеет по меньшей мере:
первую зону поверхности с первой схемой расположения проходов (14) для газа, и
вторую зону поверхности со второй схемой расположения проходов (15) для газа,
причем первая и вторая схемы расположения отличаются в отношении формы, и/или размера, и/или интервалов между проходами для газа.
7. Реактор по любому из предыдущих пунктов, также содержащий одно или более колец (16) разделения секций, прикрепленных к панелям.
8. Реактор по любому из предыдущих пунктов, в котором панели (5.1, 5.2, …5.n) могут быть введены в корпус (2) через упомянутый люк благодаря их упругой или частично упругой обратимой деформации.
9. Способ обеспечения внутренней стенки и коллектора (5) внутри частично открытого каталитического реактора (1), содержащего внешний корпус (2) и по меньшей мере один люк (6) для доступа внутрь корпуса, отличающийся тем, что:
внутреннюю стенку (5) монтируют внутри корпуса (2) из нескольких панелей (5.1, 5.2, …5.n),
панели подвергают упругой деформации так, чтобы они могли быть введены внутрь реактора через люк реактора,
и панели вводят в реактор в упругодеформированном состоянии, а после введения в реактор они восстанавливают свою первоначальную недеформированную форму,
после введения в реактор, панели монтируют так, что они опираются на несущую стенку (7) реактора, образуя коллектор (5), не обладающий самонесущими свойствами,
причем реактор (1) имеет картридж (3) с катализатором, содержащий слой катализатора для радиального или радиально-осевого сквозного потока и имеющий несущую внешнюю стенку (7);
и внутреннюю стенку формируют внешним коллектором (5) слоя катализатора, расположенного внутри картриджа (3), а коллектор (5) монтируют из составляющих его панелей (5.1, 5.2, …5.n), опирающихся на несущую стенку (7) картриджа (3).
Applications Claiming Priority (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
EP14199991.2A EP3037165A1 (en) | 2014-12-23 | 2014-12-23 | Method for realizing internal walls of catalytic reactors |
EP14199991.2 | 2014-12-23 | ||
PCT/EP2015/077599 WO2016102135A1 (en) | 2014-12-23 | 2015-11-25 | Method for realizing internal walls of catalytic reactors |
Publications (3)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2017126265A RU2017126265A (ru) | 2019-01-24 |
RU2017126265A3 RU2017126265A3 (ru) | 2019-02-12 |
RU2684382C2 true RU2684382C2 (ru) | 2019-04-08 |
Family
ID=52484316
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2017126265A RU2684382C2 (ru) | 2014-12-23 | 2015-11-25 | Способ выполнения внутренних стенок каталитических реакторов |
Country Status (11)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US10155211B2 (ru) |
EP (2) | EP3037165A1 (ru) |
CN (1) | CN107107010B (ru) |
AU (1) | AU2015371598A1 (ru) |
BR (1) | BR112017013502A2 (ru) |
CA (1) | CA2972273A1 (ru) |
CL (1) | CL2017001668A1 (ru) |
DK (1) | DK3237104T3 (ru) |
MX (1) | MX2017007777A (ru) |
RU (1) | RU2684382C2 (ru) |
WO (1) | WO2016102135A1 (ru) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2816824C2 (ru) * | 2019-06-27 | 2024-04-05 | Хальдор Топсёэ А/С | Каталитический реактор с плавающим улавливателем частиц |
Families Citing this family (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP3474976B1 (en) | 2016-06-22 | 2020-05-27 | Casale SA | Wall for catalytic beds of reactors and method for realizing the same |
FR3056119B1 (fr) * | 2016-09-20 | 2018-10-05 | Total Raffinage Chimie | Paroi cylindrique de filtrage de particules solides dans un fluide |
DE102017208319A1 (de) | 2017-05-17 | 2018-11-22 | Thyssenkrupp Ag | Radialstromeinsatzvorrichtung zum Vorgeben wenigstens eines radialen Strömungspfades in einem Schüttungsreaktor sowie Montageverfahren und Verwendung |
EP3476470B1 (en) | 2017-10-26 | 2022-11-09 | ALFA LAVAL OLMI S.p.A. | Shell-and-tube equipment with distribution device |
EP3646945A1 (en) * | 2018-10-29 | 2020-05-06 | Casale Sa | Radial or axial-radial chemical reactor with a fine catalyst |
CN109289724B (zh) * | 2018-11-08 | 2020-11-10 | 中石化炼化工程(集团)股份有限公司 | 一种用于反应器的收集装置及反应器 |
US11207648B2 (en) * | 2020-01-30 | 2021-12-28 | Uop Llc | Slotted plate scallops |
CN112588207B (zh) * | 2020-12-04 | 2022-09-16 | 中国成达工程有限公司 | 一种立式径向流反应器 |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4971771A (en) * | 1987-05-20 | 1990-11-20 | Haldor Topsoe A/S | Modular manifold means for distributing a flow of a gas in a preferably catalytic reactor |
SU1611208A3 (ru) * | 1986-09-25 | 1990-11-30 | Аммониа Казеле С.А. (Фирма) | Катализаторна корзина дл реакторов гетерогенного синтеза |
WO2001023080A1 (en) * | 1999-09-29 | 2001-04-05 | Imperial Chemical Industries Plc | Catalytic reactor |
RU2420348C2 (ru) * | 2006-02-13 | 2011-06-10 | Аммония Касале С.А. | Система стенок для слоев катализатора в реакторах синтеза |
Family Cites Families (10)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US2886517A (en) * | 1954-05-06 | 1959-05-12 | Kellogg M W Co | Method and apparatus for catalytic reactions |
US3620685A (en) * | 1969-07-30 | 1971-11-16 | Phillips Petroleum Co | Radial flow catalyst reactor |
US4568524A (en) * | 1984-06-18 | 1986-02-04 | Mobil Oil Corporation | Hydroprocessing reactor for catalytically dewaxing liquid petroleum feedstocks |
JPS63283741A (ja) * | 1987-05-18 | 1988-11-21 | Toyo Eng Corp | 接触反応装置 |
EP0365929A3 (en) * | 1988-10-24 | 1990-07-04 | Ammonia Casale S.A. | System for the optimal gas distribution in reactors and walls thereof |
DE3919750A1 (de) * | 1989-06-16 | 1990-12-20 | Linde Ag | Reaktor |
US5372792A (en) * | 1992-02-03 | 1994-12-13 | Exxon Research & Engineering Co. | Radial flow cold wall reactor |
DE69217967T2 (de) * | 1992-12-18 | 1997-08-14 | Shell Int Research | Reaktor für katalytische Verfahren |
FR2931702B1 (fr) * | 2008-06-02 | 2011-08-26 | Euroslot | Systeme de retention externe d'un lit de catalyseur dans un reacteur a flux radial |
WO2013053890A1 (en) * | 2011-10-14 | 2013-04-18 | Danmarks Tekniske Universitet | An apparatus for conducting physical, chemical, or biological interaction between gases and solid particles |
-
2014
- 2014-12-23 EP EP14199991.2A patent/EP3037165A1/en not_active Withdrawn
-
2015
- 2015-11-25 US US15/539,353 patent/US10155211B2/en active Active
- 2015-11-25 RU RU2017126265A patent/RU2684382C2/ru active
- 2015-11-25 DK DK15802030.5T patent/DK3237104T3/en active
- 2015-11-25 MX MX2017007777A patent/MX2017007777A/es unknown
- 2015-11-25 CA CA2972273A patent/CA2972273A1/en not_active Abandoned
- 2015-11-25 BR BR112017013502-7A patent/BR112017013502A2/pt not_active Application Discontinuation
- 2015-11-25 CN CN201580070249.2A patent/CN107107010B/zh active Active
- 2015-11-25 EP EP15802030.5A patent/EP3237104B1/en active Active
- 2015-11-25 AU AU2015371598A patent/AU2015371598A1/en not_active Abandoned
- 2015-11-25 WO PCT/EP2015/077599 patent/WO2016102135A1/en active Application Filing
-
2017
- 2017-06-22 CL CL2017001668A patent/CL2017001668A1/es unknown
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU1611208A3 (ru) * | 1986-09-25 | 1990-11-30 | Аммониа Казеле С.А. (Фирма) | Катализаторна корзина дл реакторов гетерогенного синтеза |
US4971771A (en) * | 1987-05-20 | 1990-11-20 | Haldor Topsoe A/S | Modular manifold means for distributing a flow of a gas in a preferably catalytic reactor |
WO2001023080A1 (en) * | 1999-09-29 | 2001-04-05 | Imperial Chemical Industries Plc | Catalytic reactor |
RU2420348C2 (ru) * | 2006-02-13 | 2011-06-10 | Аммония Касале С.А. | Система стенок для слоев катализатора в реакторах синтеза |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2816824C2 (ru) * | 2019-06-27 | 2024-04-05 | Хальдор Топсёэ А/С | Каталитический реактор с плавающим улавливателем частиц |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
US20180326382A1 (en) | 2018-11-15 |
DK3237104T3 (en) | 2018-12-03 |
WO2016102135A1 (en) | 2016-06-30 |
RU2017126265A (ru) | 2019-01-24 |
EP3237104B1 (en) | 2018-09-05 |
AU2015371598A1 (en) | 2017-07-06 |
RU2017126265A3 (ru) | 2019-02-12 |
CN107107010B (zh) | 2020-05-29 |
EP3237104A1 (en) | 2017-11-01 |
EP3037165A1 (en) | 2016-06-29 |
US10155211B2 (en) | 2018-12-18 |
CA2972273A1 (en) | 2016-06-30 |
BR112017013502A2 (pt) | 2018-03-06 |
CL2017001668A1 (es) | 2018-02-02 |
CN107107010A (zh) | 2017-08-29 |
MX2017007777A (es) | 2017-10-02 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
RU2684382C2 (ru) | Способ выполнения внутренних стенок каталитических реакторов | |
US8398930B2 (en) | System for externally holding a catalyst bed in radial-flow reactor | |
US7871579B2 (en) | Tubular reactor with expandable insert | |
RU2036711C1 (ru) | Устройство для проведения каталитических реакций | |
AU766169B2 (en) | Improved scallop design for radial flow reactor internals | |
US8158074B2 (en) | Wall system for catalytic beds of synthesis reactors | |
EP1992406B1 (en) | Louver front faced inlet ducts | |
EP0068558B1 (en) | Moving catalyst bed reactor | |
US20160326005A1 (en) | Ammonia converter comprising a tubular inner wall | |
US7794676B2 (en) | Reactor for a catalytic conversion reaction | |
EP3608579B1 (en) | Verstärkte bewegliche wärmedämmung | |
US9702494B2 (en) | Duct assemblies with internally bolted expansion joint | |
US10232334B2 (en) | Gasket free grid modules for catalyst support and a modular system hereof | |
EP3471872B1 (en) | Scallop support distributor for radial flow reactor | |
CN109328103B (zh) | 用于反应器的催化床的壁以及用于实现该壁的方法 |