UA58417C2

UA58417C2 - Reactor

Info

Publication number: UA58417C2
Application number: UA2003043725A
Authority: UA
Inventors: Ziia Naimovych Memedliaiev; Valerii Mykolaiovych Oliinyk; Petro Pavlovych Borysov; Oleksandr Petrovych Mitronov; Oleksandr Pavlovych Kakichiev
Original assignee: Khimtekhnolohiia State Res And
Priority date: 2003-04-23
Filing date: 2003-04-23
Publication date: 2005-09-15
Also published as: RU2246345C1

Abstract

Invention relates to the structures of mine catalytic reactors, which are used in the chemical and contiguous branches of industry. Reactor includes housing, units of inlet and outlet of reaction mixture and reaction products, loading and unloading of catalyst, catalyst bed with located along its height in one or several horizontal planes groups of parallel hollow gas-permeable chambers, each of which has perforated gas-distributing pipe with impenetrable end connected to the group collector for introduction of additional quantity of reaction mixture. Each of hollow gas-permeable chambers is equipped with second perforated gas-distributing pipe with impenetrable end, moreover, the impenetrable ends of pipes are located from the opposite sides.

Description

Опис винаходуDescription of the invention

Винахід належить до конструкцій шахтних каталітичних реакторів, які використовуються в хімічній та 2 суміжних галузях промисловості.The invention belongs to the designs of mine catalytic reactors, which are used in the chemical and 2 related industries.

Відомий реактор для проведення екзотермічних каталітичних реакцій, який містить шар каталізатору з розташованими по його висоті у двох горизонтальних площинах змішувальними тарілками, які становлять собою набір порожнистих радіально розташованих газопроникних касет, кожна з котрих має перфоровану газорозподільну трубу з непроникним торцем, приєднану до групового колектору, а також вбудоване 70 технологічне обладнання (авт.св. ЧССР Мо150463, 00199/04, з.23.04.69р., оп. 15.09.73Зр.).A known reactor for carrying out exothermic catalytic reactions, which contains a catalyst layer with mixing plates located along its height in two horizontal planes, which are a set of hollow radially arranged gas-permeable cassettes, each of which has a perforated gas distribution pipe with an impermeable end, connected to a group collector, as well as built-in 70 technological equipment (authority certificate of the Czechoslovak SSR Mo150463, 00199/04, dated 23.04.69, op. 15.09.73Zr.).

Недоліком відомого реактору є великий розкид температур у поперечних перетинах шару каталізатору через нерівномірне змішування основного потоку гарячої та додаткового потоку холодної реакційної суміші, що обумовлено нерівномірним витіканням холодної реакційної суміші по довжині газорозподільних труб і великий об'єм, який займають порожнисті газорозподільні касети і вбудоване технологічне обладнання. 12 Найбільш близьким за технічною суттю є каталітичний конвертор, який містить шар каталізатору з розташованими по його висоті в одній або кількох горизонтальних площинах групами паралельних порожнистих газопроникних камер, кожна з яких має перфоровану газорозподільну трубу з непроникним торцем, приєднану зовні конвертору до групового колектору для вводу додаткової кількості реакційної суміші (Патент АнгліїThe disadvantage of the known reactor is a large spread of temperatures in the cross sections of the catalyst layer due to the uneven mixing of the main flow of the hot and additional flow of the cold reaction mixture, which is due to the uneven outflow of the cold reaction mixture along the length of the gas distribution pipes and the large volume occupied by the hollow gas distribution cassettes and the built-in technological equipment. 12 The closest in technical essence is a catalytic converter, which contains a layer of catalyst with groups of parallel hollow gas-permeable chambers located along its height in one or more horizontal planes, each of which has a perforated gas distribution pipe with an impermeable end, connected outside the converter to a group manifold for input of an additional amount of the reaction mixture (Patent of England

Мо1105614, В0199/04, з.22.04.64р., оп.06.03.68р., прототип). 20 Недоліками відомого конвертору є великий розкид температур у поперечних перетинах шару каталізатору через нерівномірне змішування основного поток) гарячої та додаткового потоку холодної реакційної суміші, що обумовлено нерівномірним витіканням холодної реакційної суміші по довжині газорозподільних труб і великий об'єм, який займають порожнисті газопроникні камери. Крім того, розташування групового колектору зовні конвертору сполучено з великою кількістю вхідних штуцерів, що нетехнологічно і знижує міцнісні характеристики с 29 останнього. Ге)Mo1105614, B0199/04, dated April 22, 1964, approved March 6, 1968, prototype). 20 The disadvantages of the known converter are a large spread of temperatures in the cross-sections of the catalyst layer due to uneven mixing of the main flow) of the hot and additional flow of the cold reaction mixture, which is due to the uneven outflow of the cold reaction mixture along the length of the gas distribution pipes and the large volume occupied by the hollow gas-permeable chambers. In addition, the location of the group collector outside the converter is combined with a large number of inlet fittings, which is non-technological and reduces the strength characteristics of the latter. Gee)

В основу винаходу поставлено задачу створення такого реактору, в якому завдяки новому групуванню і новому розташуванню газорозподільних труб зростає рівномірність і повнота змішування основного потоку гарячої та додаткового потоку холодної реакційної суміші, що зменшує розкид температур у поперечних перетинах шару каталізатору. - 30 Поставлена задача вирішується тим, що в реакторі, який містить корпус, вузли вводу та виводу реакційної «- суміші і продуктів реакції, завантаження та вивантаження каталізатору, шар каталізатору з розташованими по його висоті в одній або кількох горизонтальних площинах групами паралельних порожнистих газопроникних М камер, кожна з яких має перфоровану газорозподільну трубу з непроникним торцем, приєднану до групового о колектору для вводу додаткової кількості реакційної суміші, згідно з винаходом, кожна з порожнистихThe invention is based on the task of creating such a reactor, in which, thanks to the new grouping and new location of gas distribution pipes, the uniformity and completeness of mixing of the main flow of the hot and additional flow of the cold reaction mixture increases, which reduces the spread of temperatures in the cross sections of the catalyst layer. - 30 The problem is solved by the fact that in the reactor, which contains the body, input and output nodes of the reaction mixture and reaction products, loading and unloading of the catalyst, a layer of the catalyst with groups of parallel hollow gas-permeable M arranged along its height in one or more horizontal planes chambers, each of which has a perforated gas distribution pipe with an impermeable end, connected to a group o collector for introducing an additional amount of the reaction mixture, according to the invention, each of the hollow

Зо газопроникних камер забезпечена другою перфорованою газорозподільною трубою з непроникним торцем, о причому непроникні торці труб розташовані з протилежних боків.The gas-permeable chambers are equipped with a second perforated gas distribution pipe with an impermeable end, and the impermeable ends of the pipes are located on opposite sides.

Газорозподільні труби в кожній газопроникній камері розташовані одна над другою.Gas distribution pipes in each gas permeable chamber are located one above the other.

Отвори на верхній та нижній газорозподільних трубах розташовані відповідно на їх нижній та верхній « половинах під кутом 459. ЗThe holes on the upper and lower gas distribution pipes are located, respectively, on their lower and upper halves at an angle of 459. With

На сусідніх газорозподільних трубах отвори виконані з горизонтальним зміщенням один відносно другого. с Крім того, кожний груповий колектор виконаний у вигляді кільця, або кільця та півкільця, або двох "з півкілець, розташованих по периферії поперечного перетину реактору.On the adjacent gas distribution pipes, the holes are made with a horizontal offset relative to each other. c In addition, each group collector is made in the form of a ring, or a ring and a half-ring, or two "half-rings" located on the periphery of the cross-section of the reactor.

Відмінною особливістю запропонованого винаходу, у порівнянні з прототипом, є попарне групування перфорованих газорозподільних труб та розташування їх непроникних торців з протилежних боків, що 75 автоматично веде до рівномірного розподілу додаткового потоку холодної реакційної суміші по довжині о газопроникних камер, тому що на нерівномірність витікання суміші з однієї труби накладається протилежна (ее) нерівномірність її витікання з другої, а мінімальна відстань між паралельними газопроникними камерами, яке визначається з умови вільного просипання сукупності каталізаторних зерен певного розміру, забезпечує т підвищення рівномірності і повноти змішування додаткового потоку холодної і основного потоку гарячої - 70 реакційної суміші, що зводить до мінімуму розкид температур у поперечних перетинах шару каталізатору. що Розташування газорозподільних труб одна над другою при їх попарному групуванні забезпечує мінімальне завалювання поперечного перетину шару каталізатору, тобто створює мінімальний гідравлічний опір основному потоку реакційної суміші при інших рівних умовах.A distinctive feature of the proposed invention, in comparison with the prototype, is the paired grouping of perforated gas distribution pipes and the location of their impermeable ends on opposite sides, which automatically leads to the uniform distribution of the additional flow of the cold reaction mixture along the length of the gas-permeable chambers, because the unevenness of the flow of the mixture from the opposite (ee) unevenness of its outflow from the second pipe is superimposed on one pipe, and the minimum distance between parallel gas-permeable chambers, which is determined from the condition of free spillage of a collection of catalyst grains of a certain size, ensures an increase in the uniformity and completeness of mixing of the additional flow of the cold and the main flow of the hot - 70 reaction mixture, which minimizes the spread of temperatures in the cross sections of the catalyst layer. that the location of the gas distribution pipes one above the other when they are grouped in pairs ensures minimal clogging of the cross-section of the catalyst layer, i.e. creates minimal hydraulic resistance to the main flow of the reaction mixture under other equal conditions.

Розташування отворів на верхній та нижній газорозподільних трубах відповідно на їх нижній та верхній 22 половинах під кутом 45 обумовлює наявність у струменя, який витікає, рівновеликих різноспрямованихThe location of the holes on the upper and lower gas distribution pipes, respectively, on their lower and upper 22 halves at an angle of 45 causes the presence of equal-sized, multi-directional

ГФ) горизонтальної та вертикальної складових швидкості, що дозволяє охопити процесом змішування весь 7 навколотрубний простір.HF) of the horizontal and vertical velocity components, which allows the mixing process to cover the entire 7-pipe space.

Виконання отворів на сусідніх газорозподільних трубах з горизонтальним зміщенням один відносно другого розосереджує витікаючи струмені, що сприяє їх більш рівномірному та повному змішуванню з основним потоком 60 реакційної сумішіMaking holes on adjacent gas distribution pipes with a horizontal displacement relative to each other disperses the flowing jets, which contributes to their more uniform and complete mixing with the main flow 60 of the reaction mixture

Кожний груповий колектор доцільно виконувати у вигляді кільця (або кільця та півкільця, або двох півкілець, розташованих по периферії поперечного перетину реактору, що дозволяє просто вирішувати питання "живлення" труб трубних пар з протилежних боків.It is advisable to make each group collector in the form of a ring (or a ring and a half-ring, or two half-rings located on the periphery of the cross-section of the reactor, which allows you to simply solve the issue of "feeding" the pipes of the pipe pairs from opposite sides.

На Фіг.1 схематично зображений реактор, поздовжній розріз; на Фіг.2 - розріз А-А на Фіг.1; на Фіг.З - бо розріз Б-Б на Фіг.1; на Фіг.4 - розріз В-В на Фіг.2 та 3.Figure 1 schematically shows the reactor, longitudinal section; in Fig. 2 - section A-A in Fig. 1; in Fig. 3 - because section B-B in Fig. 1; in Fig. 4 - section B-B in Fig. 2 and 3.

Реактор складається з корпусу 1, вузлів вводу 2 та виводу З реакційної суміші, вузлів завантаження 4 та вивантаження 5 каталізатору, шару каталізатору б з розташованими по його висоті в одній або кількох горизонтальних площинах групами паралельних порожнистих газопроникних камер 7, кожна з яких містить дві перфоровані газорозподільні труби 8 та 9 з протилежним розташуванням непроникних торців 10 та 11, причому труба 8 розташована над трубою 9, а отвори 12 та 13 виконані відповідно на їх нижній та верхній половинах під кутом 452 зі зміщенням по горизонталі як між ними, так і отворами других сусідніх труб, приєднаних до групового колектору 14 з вузлом вводу 15 додаткової кількості реакційної суміші.The reactor consists of a body 1, input nodes 2 and output C of the reaction mixture, loading nodes 4 and unloading 5 of the catalyst, a layer of the catalyst b with groups of parallel hollow gas-permeable chambers 7 arranged along its height in one or more horizontal planes, each of which contains two perforated gas distribution pipes 8 and 9 with the opposite arrangement of impermeable ends 10 and 11, and the pipe 8 is located above the pipe 9, and the holes 12 and 13 are made, respectively, on their lower and upper halves at an angle of 452 with a horizontal offset both between them and the holes of the second adjacent pipes connected to the group collector 14 with the input node 15 of an additional amount of the reaction mixture.

Реактор працює наступним чином. 70 Основний потік реакційної суміші подають в реактор крізь вузол 2 вводу на шар каталізатору 6, в якому здійснюється, наприклад, екзотермічна реакція. Для управління температурою процесу в одній або кількох горизонтальних площинах по його висоті крізь вузол 15 вводять додаткову кількість реакційної суміші, яка за допомогою групового колектору 14 роздається з протилежних боків по перфорованим газорозподільним трубам 8 та 9 і витікає крізь отвори 12 та 13 в газопроникну камеру 7, де нерівномірність витікання вздовж однієї 7/5 труби автоматично компенсується протилежною нерівномірністю витікання вздовж другої і, таким чином, рівномірно розподілений по довжині газопроникних камер додатковий потік холодної реакційної суміші зліва та справа пронизує міжкамерний каталізаторний простір мінімально можливої ширини, отже і низхідний основний потік гарячої реакційної суміші.The reactor works as follows. 70 The main flow of the reaction mixture is fed into the reactor through the input node 2 to the catalyst layer 6, in which, for example, an exothermic reaction is carried out. To control the temperature of the process in one or more horizontal planes along its height, an additional amount of the reaction mixture is introduced through the node 15, which, with the help of a group collector 14, is distributed from opposite sides along the perforated gas distribution pipes 8 and 9 and flows out through the holes 12 and 13 into the gas permeable chamber 7 , where the unevenness of the flow along one 7/5 pipe is automatically compensated by the opposite unevenness of the flow along the other and, thus, the additional flow of the cold reaction mixture evenly distributed along the length of the gas-permeable chambers from the left and right penetrates the inter-chamber catalyst space of the minimum possible width, hence the downward main flow of hot reaction mixture.

Підсумком такої взаємодії є найбільш рівномірне зміщення гарячого та холодного потоків з встановленням температури, близької до балансової по всьому поперечному перетину шару каталізатору.The result of such an interaction is the most uniform displacement of hot and cold flows with the establishment of a temperature close to the balance across the entire cross section of the catalyst layer.

Описаний процес газорозподілення та зміщення, який при необхідності повторюється по висоті шару каталізатору кілька разів, забезпечує проведення тієї чи іншої цільової реакції в оптимальному діапазоні температур.The described process of gas distribution and displacement, which, if necessary, is repeated several times along the height of the catalyst layer, ensures that one or another target reaction is carried out in the optimal temperature range.

Ефективність нового технічного рішення підтверджена у ході експериментальної оцінки газорозподілу та сThe effectiveness of the new technical solution was confirmed during the experimental evaluation of gas distribution and p

Зміщення потоків з різними температурами на прямокутному стенді зі сторонами 800х40Омм, крізь який хвостовим вентилятором просмоктують повітря з навколишнього середовища кількістю 480м З/д і о температурою 209С, а в розташовану горизонтально і по центру поздовжню газопроникну камеру довжиною 800мм і максимальною шириною ЗО0Омм крізь одну (згідно з прототипом) та дві перфоровані газорозподільні труби з протилежним розташуванням непроникних торців (згідно з винаходом) нагнітають повітря у кількості о вомЗ/год з температурою 402. В першому випадку заміри температур під газопроникною камерою фіксують «- поздовжній градієнт температур в 2,52С/м, а в другому - хаотичний розкид температур не перевищує 0,520.Displacement of flows with different temperatures on a rectangular stand with sides of 800x40Omm, through which the tail fan sucks air from the environment with an amount of 480m W/d and a temperature of 209С, and into a longitudinal gas-permeable chamber located horizontally and in the center with a length of 800mm and a maximum width of ZO0Omm through one ( according to the prototype) and two perforated gas distribution pipes with the opposite arrangement of impermeable ends (according to the invention) inject air in the amount of about vomZ/h with a temperature of 402. In the first case, temperature measurements under the gas-permeable chamber record "- a longitudinal temperature gradient of 2.52С/ m, and in the second - the chaotic spread of temperatures does not exceed 0.520.

Таким чином, запропонований реактор мінімізує розкид температур у поперечних перетинах та, як наслідок, в збільшує вихід цільового продукту при інших рівних умовах. соThus, the proposed reactor minimizes the spread of temperatures in the cross-sections and, as a result, increases the output of the target product, other things being equal. co

Використання реактору пропонується в першу чергу при створенні нових та реконструкції діючих виробництв метанолу; наприклад таких як М-100, М-300, М-750. оThe use of the reactor is proposed primarily for the creation of new and reconstruction of existing methanol production plants; for example, such as M-100, M-300, M-750. at

Claims

The formula of the invention « 40 1. The reactor, which contains the body, input and output nodes of the reaction mixture and reaction products, o) loading and unloading of the catalyst, the catalyst layer with groups of parallel hollow gas-permeable chambers arranged along its height in one or several horizontal planes , each of which has a "perforated gas distribution pipe with an impermeable end connected to a group manifold for the introduction of an additional amount of the reaction mixture, which is characterized in that each of the hollow gas permeable chambers 45 is provided with a second perforated gas distribution pipe with an impermeable end, and the impermeable ends of the pipes are located from opposite sides. so 2. The reactor according to claim 1, which differs in that the gas distribution pipes in each gas permeable chamber are located one above the other. p Z. The reactor according to claims 1, 2, which differs in that the holes on the upper and lower gas distribution pipes -lШ 20 are located, respectively, on their lower and upper halves at an angle of 452.

4. The reactor according to claims 1-3, which differs in that the holes on the adjacent gas distribution pipes are made of

What. horizontal displacement relative to each other.

5. The reactor according to claims 1-4, which is characterized by the fact that each group collector is made in the form of a ring or a ring and a half-ring, or two half-rings, located horizontally along the periphery of the cross-section of the reactor. F) name) 60 b5