SU1000098A1 - Способ проведени химической реакции и устройство дл его осуществлени - Google Patents

Description

Изобретение относитс  к технике псевдоожижени  зернистых слоев и может найти применение в химической промышленности, в частности дл  проведени  реакции синтеза СО + Hj на железном., никелевом или кобальтовом катсшизаторах, а также в сушильном деле.

Известен способ магнитной стабилизации псевдоожиженного сло  ферромагнитных частиц, заключающийс  в наложении на такой слой непрерывного магнитного пол , переменного или посто нного Cl 3Недостаток данного способа состоит в том, что в нем по сравнению собычным псевдоожиженным слоем многократно снижаетс  температуропроводность, что снижает интенсивность проведени  реакции синтеза СО .+ 2, сопровождаемое значительным выделением тепла , поскольку при полном или;, частичном торможений частиц сло  уменьшаетс  как подвод к нему, так и отвод |ИЭ него тепла. Причем при значительной неоднородности магнитного пол  по мере увеличени  его напр женности сопротивление сло  уменьшаетс  и структура его неодинакова по объему: там, где напр женность выше час1иц,сцеплива сь между собой образуют конгломераты (,крупные флокулы ), а где она ниже процесс магнитной флокул ции может лишь только начинатьс  ИЛИ отсутствовать. Кроме того, в случае бинарного сло  ферромагнитных и немагнитных частиц через некоторое врем  после вклю-чени  магнитного пол  начинаетс  процесс сепарации фер10 ромагнитных флокул конгломератов ) из сцепленных между собой ферромагнитных частиц.

Известен аппарат с ферромагнитным псевдоожиженным слоем, в котором

15 реализуетс  предлагаемый cnocOi6, содержащий корпус со слоем ферромагнитной насадки и соленоид, охватываюдий корпус; газ подаетс  в слой через Полые пластины с щел ми, соединен20 ные в нижней части корпуса с общим коллектором, между которыми размещены патрубки, отвод щие насадку на регенерацию, охваченные в нижней части соленоидом с расположенной

25 под ним наклонной ферромагнитной плас тиной, выполненной в виде элемента наружного магнитопровода данного ; соленоида .21,

Недостаток этого аппарата в том,

30 что он снабжен специальным устройстBOM дл  изменени  скорости фильтрации по заданной программе, в то же врем  при наличии такого устройства необходимо реишть, каким образом обеспечить непрерывно.сть работы аппа рата в оптимальном режиме при заданной производительности, без снижени - ее во времени. Цель изобретени  - интенсификаци  процесса за счет увеличени  скорости фильтрации газового потока через псевдоожиженный слой ферромагнитных частиц при его электромагнитной стабилизации .. Поставленна  цель достигаетс  тем что согласно способу проведени  химической реакции путем подачи газа в виде восход щего потока в слой фер ромагнитных частиц до его псевдоожижени  и наложени  на псевдоожиженный слой ферромагнитных частиц периодически прерываемого однородного посто  нного или переменного электромагнит ного пол , в интервалах между наложением электромагнитного пол  подачу газа снижают до скорости начала псев доожи кени , которую увеличивают до начальной одновременно с наложением электромагнитного пол . . Известно.устройство дл  осуществлени  способа, содержащее реактор, выполненный в виде вертикального кор пуса с помещенным в него слоем фёррф магнитных частиц, электромагнитную катушку, охватывающую корпус, газораспределительное приспособление, размещенное в нижней части корпуса и выполненное в виде полых пластин со щел ми, патрубки дл  отвода газа и ферромагнитных частиц, снабжено дополнительным реактором, уста.новленны параллельно основному, газоходами, соединенными своими верхними концами с газораспределительными приспо .соблени ми реакторов, газораспределительными решетками, установленными в газоходах, дополнительными электро магнитными катушками, расположенными снаружи газораспределительных решето на газоходах, сло ми ферромагнитных частиц, помещенных внутрь газоходов на газораспределительные решетки, и коллектором, соедин ющим йижние конц газоходов. Дополнительно оно снабжено электронагревател ми, размещенными внутри дополнительных электро .магнитных катушек. На чертеже изображен продольный разрез аппарата, в котором реализован способ получени  псевдоожиженного сло .. Аппарат состоит из параллельных вертикальных цилиндрических корпусов 1 и 2, охваченных соленоидами 3 и 4 с. внешними магнитопроводами 5 и 6. В нижней части корпусов 1 и 2 размещ ны газораспределительные решетки 7 и 8 в виде концентрических полых ребер iпластин ), св занных с коллекторами § и 10, Между ребрами решеток 7 и 8. имеютс  каналы дл  отвода частиц сло  на регенерацию. Скорость .отвода ферромагнитных частиц (катализатора ) 11 управл етс  электромагнитами 12 с токопровод щим листом 13, .напри-, мер,, выполненным из алюминиевого сплава, с. отверсти ми, смещенными относительно каналов, отвод щих катализатор 11. Под электромагнита.ми 12 размещены бункеры 14 дл  сброса катализатора с патрубками 15 дл  отвода его на регенерацию. Газ и коллекторы 9 .и 10. поступают из коллектора 16, газоходы 17 и 18, секционирован-, ные решетками 19, на которых размеще ,на шарова  насадка 20., выполненна  из 1агнитом гкого материала, слои которой о.хвачены электромагнитными обмотками 21 .с. магнитопроводами 22. Газоходы 17 и 18 снабжены также элек.тронагре:вател ми 23 дл  дополнительного подогрева газа, представл ющимикороткозамкнутые токопровод щие контуры ., . -.. . Аппарат работает следующим обра3 ом. . При псевдоожижении слоев ферромагнитных частиц 11 в корпусах 1 и 2 восход щим потоком газа, подаваемым через коллектор 16/ газоходы 17 и 18,. коллекторы 9 и 10, газораспределительные решетки. 7 и 8 и наложении на эти слои посто нных магнитных полей соленоидов 3 и 4, достигаетс  матнитна  стабилизаци  псевдоожижени , характеризующа с  полным отсутствием в слое газовых пузырей. Соленоиды 3 и 4 создают однородное магнитное поле , дл  чего -число витков их у нижHei:o и верхнего оснований повышенное; чтобы компенсировать падение напр женности магнитного пол , вследствие повышенного там рассеивани  магнитного потока. В качестве газа используергс  . смесь газов СО и- H . Э.та смесь получае:тс  в результате пропускани  через раскаленный уголь вод ного пара , на предшедствующей стадии технологического процесса. При этом поглощаетс  значительное количество тепла и газова  смесь нагреваетс  до 250°С. В предлагаемом аппарате идет реакци  синтеза 2СО + 2 СО2 + + 59 ккал. Благодар  тому, что в слое нет газовых пузырей 100%-на  конверси  получаетс  уже при высоте всевдоожиженного сло  20 см. Однако в св зи со значительным выделением тепла слой может перегреватьс , а это ведет к термической деструкции с уменьшением выхода целевых продуктов . Например, при возрастании температуры газов до 1000°С имеет место полна  обратимость реакции: СО2+ 59 ккал 2СО + Hg; при температурах, меньших 1000°С реакци  будет частично обратимой, но при Т 250-300°С реакци  уже необратима . Дл  поддержани  заданной температуры () необходимо отводить тепло из сло , но внешний теплообме сло  с магнитной стабилизацией всев доожижени  вследствие неподвижности ферромагнитных частиц имеет очень низкую интенсивность. Поэтому дл  интенсификации отвода тепла из сло  магнитов поле прерывают,слой кратк временно перемешиваетс , но из-за кратности промежутка времени между импульс.ами не успевают развитьс  крупные газовые пузыри - неоднородность сдо . Слой при этом дополнительно расшир етс , контакты между частицами разрушаютс . При повторном наложении магнитного пол  упор  доченна  структура сло  формируетс  при гораздо более низких скорост х фильтрации по сравнению со случаем, ;когда магнитное поле действует посто нно ,. а скорость фильтрации расте Поскольку при перемешивании в те .чение 2-Зс высота сло  колеблетс , магнитное поле фактически фиксирует структуру сло  в момент его наложени , .когда высота этого.сло  может. быть максимальной,.средней или минимальной , то и гидравлическое сопр тивление сло  и-его.структура будут неоднородными, т. .е.будут зависить от момента наложени  магнитного пол Например, в зависимости от степени расширени  псевдоожиженного сло  в мент включени  посто нного однородного магнитного пол  кА./м скорость фильтрации W 0,5 м/с, гидравлическое сопротивление сло  частиц восстановленного железа размером О,2 мм было после включени  магнитного пол  вод. 4Р2 220 мм вод.ст. и . ЛР 260 мм вод. ст. При меньшей напр женности магнитного пол  пор дка Н 4-5 кА/м после его прерывани  магнитной стабилизации вообще не по лучалось , хот  .при одновременном на ложе.нии этого пол  и подачи газа в слой имела, место магнитна  стабилизаци  псевдоожижени . Если случайно ка.к в. предыдущем примере, момент на ложени .магнитного пол  совпал с мо ментом оседани  сло , то при .последующем его расширении достигалась магнитна  стабилизгщи  псевдоожижени с характерным гидравлическим сопротивлением ДРз 260 мм вод.ст. При несовпадении этих моментов и более низком гидравлическом сопротивлении сло  в нем всегда обнаруживалось кан лообразование и проскок газа через эти каналы. При более низкой напр женности Н 4-5 кА/м после прерывани  и повторного наложени  магнит .кого пол  остановить процесс интенсивного перемешивани  сло  было невозможно . Это объ сн етс  тем, что основу магнитной стабилизации псевдоожижени  составл ет сила S:/2 где В - индукци , $ - площадь контактов между частицами. У плотного сло  S максимальное. В ходе псевдоожижени  газом слой расшир етс  по мере роста скорости фильтрации. .Это расширение идет за счет уменьшени  числа контактов между частицами , с одновременным возрастанием в контактах индукции.В. При прерывании магнитного пол  упор доченное контактирование частиц друг с другом разрушаетс , между ними, имеетс  какое то среднее рассто ние tмагнитные зазоры ), и сила взаимодействи  между. частицами определ етс  . F2 , где. зе - магнитна  вЬсприимчивость , V - ,объем частиц; Н - напр женность магнитного пол  между частицами -напр женность, наведенного в них собственного магнитного пол  под действием внешнего магнитного пол , Н д -градиеат напр жённости собственного магнитного пол . Но отнор ение сил . Р Ю; поэтому дл  торможени  сло  при 0,5 м/с после его перемешивани  ПРИХОДИТСЯ налагать магнитное поле напр женностью 30 кА/м как в предыдущем примере. Но,тогда структура сло  зависит от момента в.ключени  магнитного пол . После сцеплени  частиц между собой в магнитном поле,Н 30 кА/м его можно понизить до Н 4-5 кА/м, поскольку удержание частиц в контакте друг с. другом достигаетс  силой F. При меньших скорост х фильтрации структур ра сло  обратима, т. е. после прерывани  магнитного пол , перемешивани  сло  и повторного наложени  этого пол  имеет место устойчива  магнитна  стаб.илизаци  псевдоожижени . Следует чэтметить, что тепло из сло  отводитс  через двойные стенки корпусов 1 и 2, между которыми циркулирует охлаждающа  жидкость и пар. В случае проведени  эндотермичес кой реакции или поддержани  температуры сло  не ниже заданной двойные стенки выполн ют роль теплоизолзтора, если между ними создать вакуум, в этом случае между ними можно разместить подогреватели. Уменьшение скорости фильтрации после перемешивани  сло  до скорое-. ти начала псевдоожижени  с наложением при этой скорости магнитного пол  с одновременным увеличением скорости фильтрации до заданной обеспечивает увеличение предельной дл  осуществлени  магнитной стабилизации псевдоожижени  скорости фильтрации. Выполнение аппарата в виде двух параллельных ступеней с двум  патрубка ли дл  подвода газа в каждую ступень с общим коллекторомтак, что

эти патрубки секционированы газораспределит1зльными решетками с размещенными в них сло ми ферромагнитных шаров , охваченных электромагнитными обмотками, обеспечивает простое переключение газовых потоков без сокраще ни  общего расхода газа через общий коллектор, что, в свою очередь, сокр щает количество секций с шаровой насадкой по сравнению с подобным устройством , но работающим в качестве запорного вентил , так как в режиме переключени  газовых потоков потребуетс  создание значительно меньшего гидравлического сопротивлени , чем в режиме запора газового потока.

Размещение электронагревателей внутри электромагнитных обмоток в патрубках дл  подвода газа обеспечивает дополнительный подогрев обрабатываемого газа, например, в диапазоне 200-300С, что расшир ет возможность .аппарата.

Включение электромагнитных катушек каждой ступени в электросеть таким образом, что когда в первой ступени создают уменьшение скорости фильтрации до скорости начала псевдоожижени  в другой ступени создают увеличение скорости фильтрации и перемешивани  сло , обеспечивает осуществление предлагаемого способа без прерывани  работы аппарата при посто нном расходе Обрабатываемого газа

, Предлагаемый способ всевдоожиже1ни  может быть применен не только дл магнитной стабилизации ферромагнитны слоев, но и дл  электростатической стабилизации, например в электрическом поле коронного разр да, пс вдоожиженного сло  диэлектрических частиц.

Данное изобретение найдет примеение в различных процессах, осуществл емых в псевдбожиженных сло х

, 45

катализатора, имеющего ферромагнит ные свойства таких., как каталитичес- . ких крекинг, каталитическое дегидриование нефтепродуктов, изомеризаци , коксование, полимеризаци , алкирование , неполное окисление, хлорирование50 дегидрирование, обессеривание, восстановление , газификаци  угл , сжигание угл  в дсевдоожиженном слое и перегонка горючих сланцев, в фильтрах дл  улавливани  пыли из потока 55 газа, а также дл  утилизации тепла отход щих газов металлургических

предпри тий с одновременным химическим превращением их, например, синтезом углеводородов,

Claims (3)

1.Способ проведени  химической реакции путем подачи газа в виде восход щего потока в слой ферромагнитных частиц до его псевдоожижени  и наложени  на псевдоожиженный слой ферромагнитных частиц периодически прерываемого однородного посто нного или переменного электромагнитного пол , отличающийс  тем, что, с целью интенсификации процесса за счет увеличени  скорости фильтрации газового потока через псевдоожижениый слой ферромагнитных частиц

при его электромагнитной стабилизаци в интервалах между наложением электрмагнитного пол  подачу газа снижают до скорости начала псевдоожижени , которую увеличивают до начальной одновременно с наложением электромагнитного пол .

2.Устройство дл  проведени  химической реакции, содержащее реактор выполненный в виде ёертикального корпуса с помещенным в него слоем ферромагнитных частиц, электромагнитную катушку, охватывающую корпус, газораспределительное приспособление, рамещенное в нижней части корпуса и выполненное в виде полых пластин со щел ми, патрубки дл  отвода ферромагнитных частиц, размещенные между полыми пластинами, и патрубки дл  подвода газа и ферромагнитных частиц , отличающеес  тем, что, с целью интенсификации процесса оно снабжено дополнительным реактором , установленным-параллельно основному , газоходами, соединенными своими верхними концами с газораспределительными приспособлени ми реакторов, газораспределительными решетками, установленными в газоходах, дополнительными электромагнитными катушкаiMH , расположенными снаружи газораспр делительных решеток на газоходах, сло ми ферромагнитных частиц, помещенных внутрь газоходов на газораспределительные решетки, и коллектором , соедин ющим нижние концы газоходов .

3.Устройство по п. 2, о т л ич а ю щ е е с   тем, что оно снабжено электронагревател ми, размещенными внутри дополнительных электромагнитных катушек.

Источники информации, прин тые во внимание при экспертизе

1.Патент США № 3440731, кл. 34-1, опублик. 1971.

2.Авторское свидетельство СССР № 768427, кл. В 01 D 35/00, 1979.