SU1058487A3 - Реактор дл проведени гетерогенного катализа реакций газообразных реагентов под давлением - Google Patents

Abstract

1. РЕАКТОР ДЛЯ ПРОВЕДЕНИЯ ГЕТЕРОГЕННОГО КАТАЛИЗА РЕАКЦИЙ ГАЗООБРАЗНЫХ РЕАГЕНТОВ ПОД ДАВЛЕНИЕМ, содержащий внешний контейнер р впускным отверстием дл  введени  реактивов и выпускным отверстием дл  выведени  продуктов реакции и корзину с катализатором, состо щую из вноиней и внутренней перфорированных цилинд- рических стенок и днища, размещаемую в контейнере в обоймы и сообщающуюс  с впускным и выпускным отвер-. .сти ми, отличающийс  тем, что, с целью снижени  потребл емой электроэнергии, по крайней мере одна из стенок корзины снабжена размещенной в верхней части глухой цилиндрической перегородкой. 2. Реактор по п. 1, отличающ и и с   тем, что обойма образова- р на по меньшей мере двум  или- несколь- S кими корзинами с катализатором. СО ел 00 4 ЭР 1

Description

Изобретение относитс  к конструк ции реактгора дл  гетерогенного ката за и может быть использовано дл  каталитического синтеза аммиака и метанола. Известен реактор дл  гетерогенного катализа, содержащий один слой катализатора, через Который продуваетс  газ в радиальном направлении l . Недостаток данного устройства низка  производительность. Известен реактор дл  проведени  гетерогенного катализа реакций газо образных реагентов под давлением, содержащий внешний контейнер с впус ным отверстием дл  введени  реактивов и выпускным отверстием дл  выведени  продуктов реакции и с катализатором, состо щую из внешн -I внутренней перфорированных цилинд рических стенок и днища, размещаемую в контейнере в виде обоймы и со общающуюс  с впускным и выпускным, отверсти ми 2J . Недостатками известного реактора  вл ютс  большие энергоемкость и ме таллоемкость и сложность Обслуживани . Цель изобретени  - снижение потребл емой электроэнергии. Указанна  цель достигаетс  тем, чтср в реакторе дл  проведени  гетерогенного катализа реакций газообразных реагентов под давлением, содержащем внешний контейнер с впускным отверстием дл  введени  реактиВОВ и выпускным отверстием дл  выведени  продуктов реакции и корзину с катализатором,, состо щую из внешней и ;внутренн1ей перфорированных цилиндрических стенок и днища, размещаемую в контейнере в виде обоймы и сообщающуюс  с впускным и выпускным отверсти ми, по крайней мере одна из стенок корзины снабжена размещенной в верхней части глухой цилиндрической перегородкой. Причем обойма образована по мень шей мере двум  или несколькими корзинами с катализатором. На фиг.1 изображен реактрр, продольный разрез; на фиг.2 - реактор метанола, частичный продольный разрез на фиг.З - вариант выполнени  реактора; на фиг.4 - реактор, части ный разрез; на фиг.5 - вариант выполнени  реактора с обратным ходом газового потока; на фиг.6 - 10 варианты выполнени  модульных реакторов , Реактор состоит из корпуса 1 с крышкой 2, внутри которого расположены две каталитических корзины 3 и 4. Кажда  корзина содержит соот ветственно днища 5 и 6 и две цилиндрические перфорированные обечайки 7 8   9, 10 дл  равномерного распределени  газа в каталитическом слое. Внутренн   труба 11 по «1имо функ- ции направлени  газа от дна к вершине реактора образует поперечную поддержку дл  верхней зоны каждого каталитического сло , причем така  зона образует изолирующую пробку, котора  приводит к равномерному распределению газа в Каждом слое. Теплообменник 12 дает возможность предварительно нагревать свежий газ дл  синтеза, вход щего в реактор, путем отбора тепла от прореагировавшего газа. Реактор также снабжен внутренней стенкой 13, котора  образует воздушное пространство с внутренней поверхностью корпуса 1. Через это воздушное пространство холодный газ подаетс  в реактор через впускное отверстие 14 в корпус 1 и таким образом поддерживаетс  при низкой температуре , вследствие чего избегает контакта с гор чими прореагировавшими газшчи. Свободные зоны в верхней части каждой каталитической корзины 3 и 4 обеспечивают легкий доступ к каталитическому слою 15 дл  эксплуатации , загрузки и вьшгрузки катализатора через, отверстие в крышке 2. Реакторработает следующим образом . Свежий газ, подаваемый в реактор, входит через входное отверстие 1 и распростран етс  в воздушном пространстве от вершины ко дну, достига  теплообменника 12 в нижней -части реактора, проходит через теплообменник 12 в направлении от дна к верхней части реактора во внешней зоне теплообменных трубок и собираетс  внутри центральной трубы 11, котора  переправл ет газ (предварительно нагретый в теплообменнике-. 12) к верхней корзине 1, содер:;;ащей катализатор (предпочтительно в форме гранул ) . Часть газа проходит через зону первого кг1талитического сло  с преимущественным осевым потоком, а оставшийс  газ проходит через зону этого же сло  с преимущественным радиальным потоком. Гор чий газ, прореагировавший в первом каталитическом слое, собираетс  в воздушном пространстве и после смеашвани  со свежим газом, охлажденным до низкой температуры, который вводитс  через тороидальный распределитель 16, собираетс  в верхней части второго каталитического сло . Аналогично первому случаю газ проходит через две зоны каталитического сло  - первую зону с преимущественным потоком и вторую зону с преимущественным радиальным потоком . Объем двух слоев в двух каталити ческих барабанах и таким образом количество газа, проход щего через слои, завис т от характеристик испо катализатора (размер и форм Объем первой зоны равен 5-40% общег объема каталитической корзины. Гор чий газ/ прореагировавший во втором каталитическом слое, собирае с  в воздушном пространстве и прохо дит через теплообменник 12 от верхней его части ко. днУ внутри теплообмен ных трубок, которые передают тепло вход щему газу, Газ удал етс  от реактора через выход 17, На фиг.3-Представлен частичный фронтальный разрез реактора метанолй низкого давлени . Внутри реактора расположены различные каталитические корзины. Корзина состоит из подложки 5 и двух цилиндрических стенок 7 и 8, перфорированных соответствующим образом дл  равномерного распределени  газа в каталитическом слое. Верхн   часть 18 внутренней цилиндрической стенки 6  вл етс  сплош ной (неперфорированной) на прот жении высоты, соответствующей верхней зоне каталитического сло , действующей в качестве изолирующей пробки, с преимущертвенным осевым потоком га за. Свободна  зона указанной корзины обеспечивает легкий доступ к каталитическому слою дл  эксплуатации, загрузки и выгрузки катализатора через крышку 2. Кажда  каталитическа  корзин 1 работает аналогично. Реактор .(фиг.5) построен как цилиндр с низким отношением диаметра к высоте (очень тонкое оборудование типа колонны заполнени ) созначительньам конструкционными и эксплуатационными преимуществами (проста  конструкци , низка  стоимость, легка  эксплуатаци  и замена катализатораУ . Реактор содержит четыре ката литических корзины 3 с трем  промежуточными охлаждающимис  пространст вами. На фиг. 4 и 5 показаны такие же реакторы метанола фиг.2 и 3} с обратньм газовым потоком (реактор с газовым потоком, направленным вверх вместо с газовым потоке, направленным вниз). Пример 1. Реактор дл  производства 1000 т/день аммнака, работающий при давлении 250 атм, имее два каталитических сло  с радиальн осевым потоком (реактор с потоком, направленным вверх) и с общим объемом 30 м катализатора с высоким выходом, образуемого частицами малого размера (1,.2-2 мм) . В каждом слое объем катализатора (работа с i преимущественно осевым потоком) равен 20% от объема каталитического сло  с промежуточным охлаждак цим пространством между двум  сло ми и внутренним обменом газ-газ (Фиг.1). Указанный реактор построен в виде Iцилиндра, имеющего отношение внутреннего диаметра к высоте менее 0,08 и с общим падением давлени  менее 2,5 атм. Кроме того, катализатор замен ют без удалени  внутренних частей реактора менее, чем за два дн . Пример 2. Реактор производительностью 1500 т/день метанола, работающий при давлении 150 атм с четырьм  каталитическими сло ми с радиально-осевым потоком (реактор с потоком, направленным вниз) с общим объемом катализатора дл  синтеза метанола при низком давлении, равным 170 м. Причем в каждом слое объем катализатора,, работающего в режиме Преимущественно осевого потока, составл ет 15% от общего объема сло  с трем  промезкуточными охлаждающими пространствами (фиг.2 и 3) и построен в виде одного цилиндра с отно;шением внутреннего диаметра к высоте менее 0,06 и с общим падением давлени  в реакторе менее 5 атм. -Кроме того. Катализатор замен ют без удаЛени  внутренних частей реактора менее чем за 3 дн . В рад сшьно-осевых реакторах внутренн   кассета может преимущественно .состо ть из модулей,-в то врем  как их внешний корпус 1 и крьиика 2 остаютс  в виде одного образца. Модульна  кассета , котора  в указанном реакторе была в одном образце 1, образуетс  из отдельных кассетных модулей 19,. из -которых (фиг. 6-8) показаны модули 19. Отдельный модуль (фиг.б)  вл етс  цилиндрическим телом, включающим (следу  снаружи внутрь) первую сплошную стенку 18, т.е. неперфорированную стенку, котора  образует воздушное пространство с внутренней поверхностью корпуса 1 оболочки; вторую стенку 7, перфорированную; третью стенку 8, частично перфорированную и дно 5. Внешн   стенка 13 выше, чем две стенки 7 и 8, и т.акр}м образом в верхней части образуетс  кольцева  щель 20, а в нижней - протектор 21. Кольцева  щель 20 обеспечивает подложку и соединение дл  протектора 21 верх-него модул , в тоже обеспечива  . соединение протектора 21 с кольцевой щелью 20 нижнего модул . Две перфорированные стенки 7 и 8 образуют границы корзины 3, в которой находитс  слой гранулированного сло  катализатора, внутренн   стенка 8 всегда отделена от трубы 11 и присоединена к последней св эывс ющим кольцом 22, которое смонтировано на фланце 23, соединенном с трубой 11. Внутренн   стенка 18 не перфорирована в верхней части трубы 11 (сплошна  часть), чтобы получить первую зону с преимущественно осевым потоком, и непосредственно ниже,т.е от начала перфорированной части, зону с радиальным потоком. Центральна  труба 11 такж§ снабжена подвижным сгибом. Дно корзины 3 св зано с двум  стенками 7 и 8, в то врем  как стенки 13 св заны одна с другой нижним протектором или кольцом 24. Сплошна  внешн   стенка 13 (котора  образует воздушное пространство) ограничена в верхней части протектором или кольцом 22, в котором образуетс  кольцевой зазор, служащий дл  присоединени  верхнего протектора 21. На фиг.б показана сплошна  стенка 13 со слоем изолирующего материала 25, который уменьшает теплопередачу . На фиг. 9 схематически представлены полный реактор с оболочкой 1 в виде одного образца, но с кассетой , образуемой трем  модул ми 19, и кольцевой протектор 21 нижнего модул  19 с прорезью 26, образуемой на нижнем уступе днища 27. Прорезь 26 в верхнем конце нижнего модул  19 соедин етс  с кольцевым протекто ром 21 .в основании среднего модул  19, верхн   часть которого с прорезь 26 соедин етс  с протектором 21 верх него модул  19. Верхний конец модул  19 соединен с крышкой 27, котора закрывает верхнюю часть кассеты, образуемой модул ми. Устройство содержит также патрубок 28 ДЛЯ входа охлажденного газа, патрубок 29 дл  входа основного потока (вход основного потока) и выход газа через патрубок 30, тороиДсшьные распределители 16 охлажденного газа, выход щего из патрубка 28, В каждом модуле помещен гранулированный катализатор 15. На фиг, 7 показан упрощенный модуль 19, образующий кассету реактор низкого давлени  без воздушного пространства дл  охлаждени  внутрен ней части корпуса 1 реактора, В этом случае отдегьные модули 19 отличают с  от модулей, изображенных на фиг. и 9, отсутствием внешней стенки 13. Модули 19 не имеют верхних колец 20 которые заменены кольцами подложки 30, закрепленными на внутренней стенке корпуса 1, котора  снабжена кры1аками 2 и 27, расположенными в верхнем конце каждого модул  дл  облегчени  доступа при эксплуатации , загрузке и разгрузке катализато ра. На фиг. 8 показан модуль в случае косвенного теплообмена (с помощь теплообменника, а не с помощью охлажденного газа) между питающим и гор чим газами после каталитического сло . В этом случае модуль 19 включает также сплошную внутреннюю стенку 31 дл  направлени  гор чего газа из каталитического сло  15 между трубками теплообменника 32, через который проходит питающий газ. Модуль 19 снабжен св зывающей трубкой 33, котора  введена в расширение 24. Внутри указанной трубки через газовый распределитель 16 вводитс  свежий питающий газ, так что можно легче контролировать температуру . Можно получить различные типы реакторов с модул ми, согласно требовани м установок синтеза, например реакторы дл  аммиака и метанола, работающие при различных уровн х давлени  (высокое, среднее и низкое давлени ), Считаетс  технически очень слож-. ным получить кассету в несколько модулей в св зи с проблемами изол ции между модул ми, котора  могла бы пропускать газ с приемлемой эффективностью реактора. Благодар  уменьшению падени  давлени  за счет определенной циркул ции газа можно практически преодолеть эти сложности, когда различные модули просто соединены с помощью кольцевых пазов. Модульна  кассета имеет преимущество по отношению к проблемам (вызвсшным техническим распространением кассет), которые могут возникнуть при работе с одним образце. Газовый поток может быть направлен от верхней части книзу, так что центральна  труба 11 и фланцы 23 удал ютс , а св зывающие кольца станов тс  сплошным диском. Модуль.(фиг.8) может не иметь стенку 13, котора  образует воздушное пространство, как в модуле, показанном на фиг, 7. Использование предлагаемого устройства обеспечивает уменьшение потреблени  энергии путем уменьшени  падени  давлени  в результате определенной циркул ции газа внутри реактора; уменьшение капиталовложений и стоимости эксплуатации (при необходимости ,,отдельные модули кассеты. могут быть легко заменены), а также легкость сборки модульной кассеты, загрузки и выгрузки катализатора. Более легкий вес индивидуальных модулей по сравнению с весом целой стандартной кассеты не требует применени  специальных подъемных устройств на установках и уменьшает стоимость перевозки. Конструирование мрнолитных кассет реакторов обусловливает увеличение расхода метеьлла дл  сборки. Они менее дорогосто щие и легче.

.Дл  конструировани  отдельных модулей требуетс  меньше усилий, чем дл  кассеты в виде одного об разца .

.Недостатком стандартных реакторов  вл етс  то, что благодар  усадке каталитического сло  образуетс  полость между дном экрана и верхней частью каталитического сло , что вызывает значительный обвод газа. Зона с преимущественным осевым потоком (определенна  неперфорированной стенкой 18 барабана) действует так же, как изолирующа  пробка, что позвол ет удалить не только стандартный экран, а также преодолеть неэффективность верхнего сло  катализатора , который в стандартных ре . акторах тер ет свою эффективность за счет усадки и не принимает участи  в конверсии, что увеличивает стоимость за счет отходов.

(pU2.Z

фиг.З

Cput.f

(Риг. 7

Р

Claims (2)

1. РЕАКТОР ДЛЯ ПРОВЕДЕНИЯ ГЕТЕРОГЕННОГО КАТАЛИЗА РЕАКЦИЙ ГАЗООБРАЗНЫХ РЕАГЕНТОВ ПОД ДАВЛЕНИЕМ, содержащий внешний контейнер с впуск ным отверстием для введения реактивов и выпускным отверстием для выведения продуктов реакции и корзину с катализатором, состоящую из внешней и внутренней перфорированных цилиндрических стенок и днища, размещаемую в контейнере в виде обоймы и сообщающуюся с впускным 'и выпускным отвер-. стиями, отличающийся тем, что, с целью снижения потребляемой электроэнергии, по крайней мере одна из стенок корзины снабжена размещенной в верхней части глухой цилиндрической перегородкой.

2. Реактор по π. 1, отличающийся тем, что обойма образована по меньшей мере двумя или- несколькими корзинами с катализатором.

. SU 1058487