Номер патенту: 87511

Опубліковано: 27.07.2009

Автори: Філіппі Ерманно, Тароззо Мірко, Різзі Енріко

Є ще 5 сторінок.

Дивитися все сторінки або завантажити PDF файл.

Формула / Реферат

1. Радіальний реактор (10, 110, 210, 310) для проведення каталітичних реакцій, який має по суті циліндричний корпус (12), закритий із протилежних кінців днищем 14 та кришкою 16, розташований на осі корпусу (12) перший шар (18) каталізатора по суті з кільцевим поперечним перерізом, що має вхідний бік (20), через який в нього потрапляють газоподібні реагенти, та вихідний бік (21), через який з нього виходить реакційна суміш, множину розташованих і розподілених по суті в кільцевій частині першого шару (18) каталізатора теплообмінників (22), через які проходить текучий теплоносій, щонайменше один розташований у корпусі (12) на одній осі з першим шаром (18) каталізатора на заданій від нього відстані другий шар (28) каталізатора по суті з кільцевим поперечним перерізом, що має вхідний бік (30), через який у нього потрапляє реакційна суміш, і вихідний бік (31), через який з нього виходять газоподібні продукти реакції, множину розташованих і розподілених по суті в кільцевій частині другого шару (28) каталізатора теплообмінників (32), через які проходить текучий теплоносій, розподільник (62) для розподілення газоподібних реагентів за всією площею вхідного боку (20) першого шару (18) каталізатора, через який газоподібні реагенти потрапляють у нього, з'єднання (64), яке з'єднує вихідний бік (21) першого шару (18) каталізатора із вхідним боком (30) другого шару (28) каталізатора, і розподільник (66) для розподілення реакційної суміші за всією площею вхідного боку (30) другого шару (28) каталізатора, який відрізняється тим, що розташовані в першому шарі каталізатора теплообмінники (22) розташовані тільки в частині цього першого шару (18) каталізатора ближче до його вихідного боку (21), а розташовані в другому шарі каталізатора теплообмінники (32) розташовані тільки в частині цього другого шару (28) каталізатора ближче до його вхідного боку (30).

2. Радіальний реактор (10, 110, 210, 310) за п. 1, який відрізняється тим, що теплообмінники (22, 32) виготовлені з листів і мають форму плоских порожнистих прямокутних паралелепіпедів.

3. Радіальний реактор (10, 110, 210, 310) за п. 1, який відрізняється тим, що щонайменше один з розташованих у шарі (18, 28) каталізатора теплообмінників (22, 32) з'єднаний з патрубком, який розташований на зовнішньому боці корпуса реактора.

4. Радіальний реактор (10, 110) за п. 1, який відрізняється тим, що в обох шарах каталізатора теплообмінники (22, 32) розташовані поруч із корпусом (12) реактора.

5. Радіальний реактор (210, 310) за п. 1, який відрізняється тим, що в першому шарі (18) каталізатора теплообмінники (22) розташовані поруч із корпусом (12) реактора, а в другому шарі (28) каталізатора теплообмінники (32) розташовані ближче до осі (А-А) корпуса (12) реактора.

6. Радіальний реактор (10, 110, 210, 310) за п. 1, який відрізняється тим, що діаметр верхньої кришки (16) його корпуса істотно менше діаметра самого корпуса (12).

7. Спосіб каталітичного синтезу в радіальному реакторі (10, 110, 210, 310), який має по суті циліндричний корпус (12), закритий із протилежних кінців днищем (14) і кришкою (16), розташований на осі корпуса (12) перший шар (18) каталізатора по суті з кільцевим поперечним перерізом, що має вхідний бік (20), через який в нього потрапляють газоподібні реагенти, і вихідний бік (21), через який з нього виходить реакційна суміш, множину розташованих і розподілених по суті в кільцевій частині першого шару (18) теплообмінників (22), через які проходить текучий теплоносій, щонайменше один розташований у корпусі (12) на одній осі з першим шаром (18) каталізатора на заданій від нього відстані другий шар (28) каталізатора по суті з кільцевим поперечним перерізом, що має вхідний бік (30), через який в нього потрапляє реакційна суміш, і вихідний бік (31), через який з нього виходять газоподібні продукти реакції, множину розташованих і розподілених по суті в кільцевій частині другого шару (28) каталізатора теплообмінників (32), через які проходить текучий теплоносій, розподільник (62) для розподілення газоподібних реагентів за всією площею вхідного боку (20) першого шару (18) каталізатора, з'єднання (64), яке з'єднує вихідний бік (21) першого шару (18) каталізатора із вхідним боком (30) другого шару (28) каталізатора, і розподільник (66) для розподілення реакційної суміші за всією площею вхідного боку (30) другого шару (28) каталізатора, який відрізняється тим, що газоподібні реагенти пропускають через першу - адіабатичну - зону в першому шарі каталізатора, а потім через першу - псевдоізотермічну - зону в першому шарі каталізатора, другу - псевдоізотермічну - зону в другому шарі каталізатора та на завершення через другу - адіабатичну - зону в другому шарі каталізатора.

Текст

1. Радіальний реактор (10, 110, 210, 310) для проведення каталітичних реакцій, який має по суті циліндричний корпус (12), закритий із протилежних кінців днищем 14 та кришкою 16, розташований на осі корпусу (12) перший шар (18) каталізатора по суті з кільцевим поперечним перерізом, що має вхідний бік (20), через який в нього потрапляють газоподібні реагенти, та вихідний бік (21), через який з нього виходить реакційна суміш, множину розташованих і розподілених по суті в кільцевій частині першого шару (18) каталізатора теплообмінників (22), через які проходить текучий теплоносій, щонайменше один розташований у корпусі (12) на одній осі з першим шаром (18) каталізатора на заданій від нього відстані другий шар (28) каталізатора по суті з кільцевим поперечним перерізом, що має вхідний бік (30), через який у нього потрапляє реакційна суміш, і вихідний бік (31), через який з нього виходять газоподібні продукти реакції, множину розташованих і розподілених по суті в кільцевій частині другого шару (28) каталізатора теплообмінників (32), через які проходить текучий теплоносій, розподільник (62) для розподілення газоподібних реагентів за всією площею вхідного боку (20) першого шару (18) каталізатора, через який газоподібні реагенти потрапляють у нього, з'єднання (64), яке з'єднує вихідний бік (21) першого шару (18) каталізатора із вхідним боком (30) другого шару (28) каталізатора, і розподільник (66) для розподілення реакційної суміші за всією площею вхідного боку (30) другого шару (28) каталізатора, який відрізняється тим, що розташовані в першому шарі каталізатора теплообмінники (22) 2 (19) 1 3 87511 4 виходять газоподібні продукти реакції, множину розподілення реакційної суміші за всією площею розташованих і розподілених по суті в кільцевій вхідного боку (30) другого шару (28) каталізатора, частині другого шару (28) каталізатора теплообякий відрізняється тим, що газоподібні реагенти мінників (32), через які проходить текучий теплопропускають через першу - адіабатичну - зону в носій, розподільник (62) для розподілення газопопершому шарі каталізатора, а потім через першу дібних реагентів за всією площею вхідного боку псевдоізотермічну - зону в першому шарі каталіза(20) першого шару (18) каталізатора, з'єднання тора, другу - псевдоізотермічну - зону в другому (64), яке з'єднує вихідний бік (21) першого шару шарі каталізатора та на завершення через другу (18) каталізатора із вхідним боком (30) другого адіабатичну - зону в другому шарі каталізатора. шару (28) каталізатора, і розподільник (66) для Даний винахід стосується радіального реактора для проведення гетерогенних каталітичних реакцій, який має по суті циліндричний корпус із вертикальною остю, закритий із протилежних боків днищем та кришкою, розташований у корпусі шар каталізатора та множину розташованих у шарі каталізатора теплообмінників. Винахід стосується, зокрема, реактора зазначеного вище типу, конструкція якого забезпечує можливість проходження газоподібних реагентів та продуктів реакції через шар каталізатора головним чином у радіальному відносно осі корпуса напрямку. Тому в наведеному нижче описі та у формулі винаходу пропонований у винаході реактор названий радіальним реактором, хоч фактично даний винахід рівною мірою стосується і чисто радіальних реакторів, і радіально-осьових реакторів. Відомо, що останнім часом при проведенні гетерогенних каталітичних реакцій для промислового синтезу різних хімічних продуктів, наприклад, аміаку, метанолу, формальдегіду або стиролу, постійно зростає необхідність у підвищенні продуктивності та конверсійного виходу реакторів при одночасному зниженні споживання енергії, капіталовкладень і витрат, пов'язаних з їх обслуговуванням і ремонтом. Для вирішення цієї проблеми були запропоновані так називані псевдоізотермічні реактори, у яких температуру реакції регулюють у вузькому діапазоні відхилень від заданої оптимальної величини. Однак за всіх своїх численних переваг жоден з відомих реакторів подібного типу одночасно не задовольняє всім зазначеним вище вимогам. З одного боку, дуже важливо, щоб вихідні реагенти та продуті реакції залишалися всередині реактора, а точніше, у зоні реакції (у шарі каталізатора) протягом певного періоду часу, необхідного для взаємодії реагентів і теплообміну між сумішшю реагентів та продуктів реакції з текучим теплоносієм, а з іншого боку, проходження через зону реакції (шар каталізатора) газів не повинне супроводжуватися високими втратами тиску та високою витратою енергії і/або значним ускладненням конструкції реактора та підвищенням його вартості. Для підвищення продуктивності та збільшення конверсійного виходу в існуючих псевдоізотермічних реакторах, зокрема, у реакторах з радіальним потоком газів в утвореній шаром каталізатора зоні реакції, доводиться істотно підвищувати висоту шару каталізатора та збільшувати, як, наприклад, у реакторах синтезу аміаку, відношення висоти корпуса до діаметра до 10 або більше. При великій висоті шару каталізатора газоподібні реагенти, які розподіляються уздовж стінки на вході в шар каталізатора, не мають достатню для проходження через шар каталізатора швидкість. Зниження швидкості газоподібних реагентів у шарі каталізатора негативно позначається на ефективності теплообміну між ними та теплообмінниками. Із цих причин у таких реакторах неможливо забезпечити оптимальний контроль температури реакції, яка протікає в реакторі в псевдоізотермічних умовах. В ЕР-А-0314550 описаний радіальний реактор із двома шарами каталізатора. В основу даного винаходу була покладена задача розробити реактор зазначеного на початку опису типу, який був би позбавлений недоліків відомих реакторів подібного типу та завдяки своїм конструктивним та функціональним особливостям мав би високу продуктивність та високий конверсійний вихід і відрізнявся б низьким споживанням енергії, низькими капіталовкладеннями та низькими експлуатаційними витратами та витратами на ремонт і обслуговування. Зазначена вище задача вирішується відповідно до винаходу за допомогою пропонованого в ньому радіального ректора для проведення каталітичних реакцій, який має по суті циліндричний корпус, закритий із протилежних кінців кришкою та днищем, розташований на осі корпуса перший шар каталізатора по суті з кільцевим поперечним перерізом, який має вхідний бік, через який до нього потрапляють газоподібні реагенти, і вихідний бік, через який з нього виходить реакційна суміш, множину розташованих і розподілених по суті в кільцевій частині першого шару каталізатора теплообмінників, щонайменше один розташований у корпусі на одній осі з першим шаром каталізатора на заданій від нього відстані другий шар каталізатора по суті з кільцевим поперечним перерізом, який має вхідний бік, через який в нього потрапляє реакційна суміш, і вихідний бік, через який з нього виходять газоподібні продукти реакції, множину розташованих і розподілених по суті в кільцевій частині другого шару каталізатора теплообмінників, розподільник для розподілення газоподібних реагентів за всією площею вхідного боку першого шару каталізатора, з'єднання, яке з'єднує вихідний бік першого шару каталізатора із вхідним боком другого шару каталізатора, і розподільник для розподілення реакційної суміші за всією площею вхідного боку другого шару каталізатора. 5 87511 6 Інші відмітні риси та переваги даного винаходу корпуса 12 реактора (такий варіант розташування більш докладно розглянуті нижче на прикладі одтеплообмінників на кресленнях не показаний). ного з варіантів виконання пропонованого у винаТеплообмінники 22 мають вхідний патрубок 26 ході реактора з посиланням на прикладені до опидля подачі в них текучого теплоносія та вихідний су креслення, які лише ілюструють винахід і не патрубок 27 для відведення з них текучого теплообмежують його обсяг. носія. На Фіг.1 схематично в поздовжньому розрізі Пропонований в одному з варіантів здійснення показаний пропонований у винаході реактор. винаходу показаний на Фіг.1 реактор 10 має друНа Фіг.1a показаний зображений на Фіг.1 реакгий шар 28 каталізатора по суті з кільцевим попетор у поперечному перерізі площиною В-В. речним перерізом. У принципі пропонований у виНа Фіг.1б показаний зображений на Фіг.1 реакнаході реактор може мати й інші, не показані на тор у поперечному перерізі площиною С-С. кресленнях шари каталізатора. На Фіг.2 схематично в поздовжньому розрізі Другий шар 28 каталізатора звичайним чином показаний реактор, виконаний відповідно до перутримується в корпусі 12 на заданій відстані від шого варіанта здійснення винаходу. розташованого з ним на одній осі першого шару 18 На Фіг.3 схематично в поздовжньому розрізі каталізатора. Другий шар 28 каталізатора має розпоказаний реактор, виконаний відповідно до друготашовані концентрично на одній осі вхідний бік 30, го варіанта здійснення винаходу. через який в нього потрапляє реакційна суміш, та На Фіг.3а показаний зображений на Фг.3 реаквихідний бік 31, через який з нього виходять протор у поперечному перерізі площиною D-D. дукти реакції. Газоподібні реагенти та продукти На Фіг.3б показаний зображений на Фіг.3 реакреакції проходять через другий шар 28 каталізатотор у поперечному перерізі площиною Е-Е. ра по суті в радіальному, а точніше, у радіальноНа Фіг.4 схематично в поздовжньому розрізі осьовому напрямку. показаний реактор, виконаний відповідно до треМежі другого шару 28 каталізатора в напрямтього варіанта здійснення винаходу. ку, паралельному осі А-А, утворені відповідно зовНа Фіг.1, 1а та 1б показаний позначений заганішньою та внутрішньою стінками 29а та 29b корльною позицією 10 пропонований у даному виназини 29, яка має форму циліндричного кільця та ході реактор, призначений для проведення каталістінки 29а та 29b якої виконані перфорованими тичних реакцій. або іншим способом проточними для газів, які Пропонований у винаході реактор 10 є реактопроходять через другий шар 28 каталізатора в ром радіального, а точніше, так називаного радірадіальному напрямку. Знизу корзина 29 закрита ально-осьового типу та має по суті циліндричний днищем 29с. корпус 12 з вертикальною віссю А-А, закритий із У другому шарі 28 каталізатора розташовані протилежних кінців днищем 14 та кришкою 16, і теплообмінники 32. Теплообмінники 32 розташорозташований усередині корпуса перший шар 18 вані та розподілені, зокрема, по окружності всерекаталізатора по суті з кільцевим поперечним передині кільцевої частини другого шару 28 каталізарізом. Перший шар 18 каталізатора звичайним тора. Теплообмінники 32 мають форму чином утримується в корпусі 12 реактора та має розташованих у радіальних площинах плоских вхідний бік 20, через який в нього потрапляють порожнистих прямокутних паралелепіпедів, довгі вихідні газоподібні реагенти, і концентрично розбоки 34 яких паралельні осі А-А корпуса 12 реакташований щодо нього на одній осі вихідний бік тора. 21, через який з нього виходить реакційна суміш, У пропонованому у винаході реакторі можна що разом з газоподібними реагентами та продуквикористовувати теплообмінники 32, розташовані тами реакції проходить через шар 18 каталізатора концентричними рядами навколо центральної осі по суті в радіальному, а точніше, у радіальнокорпуса 12 реактора (такий варіант розташування осьовому напрямку. теплообмінників на кресленнях не показаний). Границі першого шару 18 каталізатора в наТеплообмінники 32 мають вхідний патрубок 36 прямку, паралельному осі А-А, утворені відповідно для подачі в них текучого теплоносія та вихідний зовнішньою та внутрішньою стінками 19а і 19b патрубок 37 для відведення з них текучого теплокорзини 19, яка має форму циліндричного кільця носія. та стінки 19а і 19b якої виконані перфорованими Щонайменше один з теплообмінників 22 або або іншим способом проточними для газів, які 32, розташованих у шарі 18 або 28 каталізатора, у проходять через шар 18 каталізатора в радіальцьому випадку щонайменше один з теплообмінниному напрямку. Знизу корзина 19 закрита днищем ків 22, з'єднаний відповідними трубами з патруб19с. ками, які розташовані зовні на корпусі реактора. У шарі 18 каталізатора розташовані теплообВідповідно до однієї з відмітних рис даного вимінники 22. Теплообмінники 22 розташовані та находу теплообмінники 22 і 32 розташовані тільки розподілені, зокрема, по окружності всередині ків визначеній частині відповідного шару 18 та 28 льцевої частини першого шару 18 каталізатора. каталізатора й утворюють у відповідному реакційТеплообмінники 22 мають форму розташованих у ному просторі псевдоізотермічну та адіабатичну радіальних площинах плоских порожнистих прязони. мокутних паралелепіпедів, довгі боки 24 яких паУ поздовжньому напрямку теплообмінники 22 і ралельні осі А-А корпуса 12. 32 займають майже всю висоту відповідного шару У пропонованому у винаході реакторі можна 18 та 28 каталізатора, а в радіальному напрямку використовувати теплообмінники 22, розташовані від 55 до 95% від його ширини, або товщини. У концентричними рядами навколо центральної осі кращому варіанті ширина теплообмінників, розта 7 87511 8 шованих у першому шарі 18 каталізатора, станоу якій збирається суміш газів і яка розташована вить від 65 до 80% від товщини шару, а теплообміж першим та другим шарами каталізатора. мінників, розташованих у другому шарі 28 каталіРозподільник 66 для розподілення реакційної затора, - від 60 до 75% від товщини шару. суміші газів за всім вхідним боком 30 другого шару У пропонованому у винаході реакторі нижні 28 каталізатора утворений зовнішньою стінкою 29а краї теплообмінників 22, що розташовані у визнаі/або внутрішньою стінкою 29b корзини 29. Для ченій частині першого шару 18 каталізатора, знарівномірного розподілення реакційної суміші за ходяться у площині його вихідного боку 21. всім вхідним боком другого шару каталізатора З іншого боку, верхні краї теплообмінників 32, призначені наскрізні отвори, виконані відповідним що розташовані у другому шарі 28 каталізатора, чином у стінках 29а та 29b корзини. знаходяться у площині його вхідного боку 30. На днищі 14 корпуса реактора розташований У реакторі, приклад якого показаний на Фіг.1, патрубок 15 для подачі в реактор газоподібних теплообмінники 22 та 32 розташовані поруч із корреагентів, а на верхній кришці 16, а точніше, на пусом 12. верхній частині 42 реактора, розташований паруПропонований у винаході реактор містить табок 17 для відбирання з реактора продуктів реаккож розподільник 62 для розподілення газоподібції. Крім того, на верхній кришці корпуса 12 під них реагентів за всім вхідним боком 20 першого верхньою частиною 42 реактора 10 розташований шару 18 каталізатора, з'єднання 64, через яке випатрубок 46 для подачі в перший шар 18 каталізахідний бік 21 першого шару 18 каталізатора з'єдтора іншого потоку свіжих газоподібних реагентів, нується із вхідним боком 30 другого шару 28 катапатрубок 48 для подачі текучого теплоносія в теплізатора, і розподільник 66 для розподілення лообмінники, розташовані в першому шарі 18 кареакційної суміші за всім вхідним боком ЗО друготалізатора, і патрубок 50 для подачі текучого тепго шару 28 каталізатора. лоносія в теплообмінники, розташовані в другому Слід зазначити, що в пропонованому у винашарі 28 каталізатора. ході реакторі, приклад якого показаний на Фіг.1, Пропонований у винаході реактор 10 працює в перший та другий шари 18 та 28 каталізатора розтакий спосіб. ташовані всередині корпуса 12 у циліндричному Газоподібні реагенти, які подаються в реактор патроні 40, вісь якого збігається з віссю корпуса. 10 через патрубок 15, розташований на днищі 14 При цьому між патроном 40 та стінкою корпуса 12 корпуса, піднімаються по кільцевому каналу 41 між залишається вільний простір 41. корпусом 12 та патроном 40 і потрапляють у трубРеактор, приклад якого показаний на Фіг.1, частий теплообмінник 44. має також виконану у вигляді горловини по суті У трубчастому теплообміннику 44 газоподібні циліндричну верхню частину 42, яка кріпиться до реагенти попередньо нагріваються. Газоподібні верхньої кришки 16 корпуса, діаметр якої менше реагенти, які виходять із трубчастого теплообміндіаметра корпуса 12. У цій верхній частині 42 реаника 44 змішуються в розташованій над першим ктора розташований трубчастий теплообмінник 44. шаром 18 каталізатора камері 52 з газоподібними У патроні 40 на вході в перший шар 18 каталіреагентами, які виходять через патрубок 37 з тепзатора розташована камера 52, у якій збираються лообмінників 32, що розташовані у другому шарі реагенти, що подаються в реактор. 28 каталізатора. Газоподібні реагенти, що подаГазоподібні продукти реакції, які виходять із ються в реактор 10 через патрубок 48, проходять другого шару 28 каталізатора, збираються в колечерез пластинчасті теплообмінники 22 та 32 як кторі 54, який розташований у внутрішній стінці текучий теплоносій (про що більш докладно сказа29b корзини 29. Колектор 54 з'єднаний трубою 56 но нижче) і потрапляють у камеру 52, у якій вони із трубчастим теплообмінником 44, розташованим змішуються з газоподібними реагентами, попереу верхній частині 42 реактора. дньо підігрітими в трубчастому теплообміннику 44. Вільний простір, що залишається між внутріЗмінюючи кількість газоподібних реагентів, що шньою стінкою 19b корзини 19 і трубою 56, утвоподаються в камеру 52 через патрубок 46, можна рює кільцевий канал 62а. Другий кільцевий канал регулювати температуру суміші газоподібних реа64а утворений вільним простором, що залишаєтьгентів на вході в перший шар 18 каталізатора. ся між зовнішньою стінкою 19а корзини 19 і патроСуміш газоподібних реагентів, яка утворюєтьном 40. ся в камері 52, рівномірно розподіляється за всім Ще один - третій - кільцевий канал 64b утвовхідним боком 20 першого шару 18 каталізатора, рений вільним простором між патроном 40 та зовпроходить через шар каталізатора в радіальному нішньою стінкою 29а корзини 29. напрямку й виходить через його протилежний бік Розподільник 62 для розподілення газоподіб21. них реагентів за всім вхідним боком 20 першого Як показано на Фіг.1а, розташовані в першому шару 18 каталізатора утворений зовнішньою стіншарі 18 каталізатора теплообмінники 22 утворюкою 19а і/або внутрішньою стінкою 19b корзини 19. ють у ньому дві концентричні кільцеві зони й, зокДля рівномірного розподілення газоподібних реарема, першу - адіабатичну - зону 18а без теплогентів за всім вхідним боком першого шару каталіобмінників і без відбирання тепла, що виділяється затора призначені наскрізні отвори, виконані відв процесі реакції, і другу - псевдоізотермічну - зону повідним чином у стінках 19а та 19b корзини. 18b, у якій тепло, що виділяється, відбирається З'єднання 64, яке з'єднує вихідний бік 21 пертекучим теплоносієм, що протікає через теплообшого шару 18 каталізатора із вхідним боком 30 мінники 22 (тобто в цьому випадку холодоносієм). другого шару 28 каталізатора, утворене кільцевиТаке розташування теплообмінників у першоми каналами 64а та 64b і проміжною камерою 64с, му шарі 18 каталізатора дозволяє підтримувати 9 87511 10 температуру газоподібних реагентів, які проходять На відміну від реактора 10 реактор 110 не має через шар каталізатора на рівні, що відповідає патрубка 48 для подачі газоподібних реагентів як температурі реакції при максимальному конвертекучого теплоносія безпосередньо в пластинчасті сійному виході, і забезпечує можливість роботи теплообмінники. реактора з високим рівнем конверсії реагентів, що Реактор 110 працює в такий спосіб. подаються у нього. Газоподібні реагенти, що подаються в реактор Газоподібні реагенти та продукти реакції, що 110 через патрубок 15, розташовані на днищі 14 виходять з першого шару 18 каталізатора утворюкорпуса, піднімаються по кільцевому каналу 41 між ють реакційну суміш, яка потрапляє в другий шар корпусом 12 та патроном 40. 28 каталізатора й проходить через нього до У трубчастому теплообміннику 44 газоподібні центра реактора 10. реагенти попередньо нагріваються. Газоподібні Як показано на Фіг.1б, другий шар 28 каталізареагенти, що виходять із трубчастого теплообмінтора також розділений на дві зони і, зокрема, перника 44 по трубі 58 через патрубок 26 як текучий шу - псевдоізотермічну - зону 28b, у якій розташотеплоносій (у цьому випадку холодоносій) потрапвані теплообмінники 32, та другу - адіабатичну ляють у пластинчасті теплообмінники першого зону 28а. шару 18 каталізатора. Газоподібні продукти реакції, що виходять із У пластинчастих теплообмінниках першого другого шару 28 каталізатора, збираються в камері шару каталізатора охолоджувач рухається в на54, по трубі 56 потрапляють у трубчастий теплопрямку від осі до корпуса реактора, тобто в прямообмінник 44 (у якому, як вже було відзначено витечії з газоподібними реагентами, що рухаються в ще, відбувається підігрівання газоподібних реагеншарі 18 каталізатора. Температуру текучого холотів, які подаються у реактор) і виходять із реактора доносія в теплообмінниках першого шару каталі10 через патрубок 17. затора регулюють шляхом подачі свіжого текучого Як вже було відзначено вище, частину газопохолодоносія в трубопровід 36а через патрубок 50. дібних реагентів подають як текучий теплоносій у Текучий теплоносій, що виходить через патрутеплообмінники 22 та 32. бок 27 з теплообмінників, що розташовані у перЦей текучий теплоносій через патрубок 26 пошому шарі каталізатора, потрапляє через патрудають у пластинчасті теплообмінники 22, розтабок 36 у пластинчасті теплообмінники, шовані в першому шарі 18 каталізатора. розташовані в другому шарі 28 каталізатора. У пластинчастих теплообмінниках 22 текучий У пластинчастих теплообмінниках другого шатеплоносій рухається в напрямку від осі до корпуру каталізатора текучий теплоносій рухається від са реактора, тобто рухається прямотечією з газокорпуса до осі реактора, тобто в протитечії з газоподібними реагентами, що рухаються в шарі 18 подібними реагентами в другому шарі 28 каталізакаталізатора. Такий прямоточний рух перешкотора. Текучий теплоносій, що виходить із теплоджає надмірному відбиранню тепла із шару катаобмінників другого шару каталізатора через лізатора, через яке звичайно відбувається знипатрубок 37, потрапляє назад у розташовану над ження його ефективності. першим шаром 18 каталізатора камеру 52 і як гаТекучий теплоносій, який виходить з теплообзоподібний реагент проходить через шари 18 та 28 мінників 22 через патрубок 27 потрапляє по трубі каталізатора таким же чином, що й в описаному 36а у патрубок 36 пластинчастих теплообмінників, вище реакторі 10. що розташовані у другому шарі 28 каталізатора. На Фіг.3, 3а та 3б показаний виконаний за друТемпературу цього текучого холодоносія регулюгим варіантом пропонований у винаході реактор, ють шляхом подачі свіжого холодоносія в трубу позначений загальною позицією 210. Елементи 36а через патрубок 50. реактора 210, аналогічні таким же реактора 10, У пластинчастих теплообмінниках 32 другого позначені тими ж, що й на Фіг.1, позиціями та пошару 28 каталізатора текучий теплоносій рухаєтьвторно не розглядаються. ся в напрямку від осі до корпуса реактора, тобто в Пропонований у цьому варіанті здійснення випротитечії з газоподібними реагентами, що руханаходу реактор аналогічно реактору 10 має теплоються в шарі 28 каталізатора. Оскільки цей текуобмінники 22 та 32, розташовані у відповідній зоні чий теплоносій проходить через теплообмінники реакції в певній частині першого та другого шарів 32 другого шару 28 каталізатора частково підігрі18 та 28 каталізатора. тим, такий протитечійний рух полегшує відбирання У першому шарі 18 каталізатора теплообмінтепла із другого шару 28 каталізатора та виключає ники 22 розташовані поруч із вихідним боком 21 небезпеку його переохолодження. Текучий теплошару 18 каталізатора. носій, що виходить із теплообмінників другого шаІ навпаки, у другому шарі 28 каталізатора тепру каталізатора через патрубок 37, по трубі 37а лообмінники 32 розташовані поруч із вхідним бопотрапляє в розташовану над першим шаром 18 ком 30 шару 28 каталізатора. каталізатора камеру 52, у якій він змішується з У реакторі, показаному на Фіг.3, теплообміннипідігрітими в трубчастому теплообміннику газами, ки 22 знаходяться у розташованій ближче до корпро що говорилося вище. пуса 12 частині першого шару 18 каталізатора, а На Фіг.2 показаний виконаний за першим варітеплообмінники 32 знаходяться у розташованій антом пропонований у винаході реактор ПО, консближче до центральної осі А-А корпуса 12 частині труктивно схожий з описаним вище реактором 10. другого шару 28 каталізатора. Елементи реактора 110, аналогічні таким же реакЯк показано на Фіг.3а, перший шар 18 каталітора 10, позначені тими ж, що й на Фіг.1, позиціязатора розділений на дві зони і, зокрема, першу ми та повторно не розглядаються. адіабатичну - зону 18а та другу - псевдоізотерміч 11 87511 12 ну - зону 18b, у якій власне й розташовані теплощонайменше один розташований у корпусі 12 на обмінники 22. одній осі з першим шаром 18 каталізатора на заЯк показано на Фіг.3б, другий шар 28 каталізаданій від нього відстані другий шар 28 каталізатотора також розділений на дві зони і, зокрема, перра по суті з кільцевим поперечним перерізом, що шу - псевдоізотермічну - зону 28b з теплообміннимає вхідний бік 30, через який в нього потрапляє ками 32 і другу - адіабатичну - зону 28а, у якій реакційна суміш, і вихідний бік 31, через який з немає теплообмінників. нього виходять газоподібні продукти реакції, мноРеактор 210, пропонований у цьому варіанті жину розташованих і розподілених по суті в кільздійснення винаходу, працює так само, як і покацевій частині другого шару 28 каталізатора теплозаний на Фіг.1 реактор 10, за винятком того, що обмінників 32, через які проходить текучий газоподібні реагенти, які виходять з першого шару теплоносій, який полягає в тому, що передбачена 18 каталізатора, проходять через другий шар 28 стадія розподілення газоподібних реагентів за всікаталізатора в напрямку від осі до корпуса реактоєю площею вхідного боку 20 першого шару 18 кара, а продукти реакції, що виходять із другого шаталізатора, через який газоподібні реагенти потрару 28 каталізатора, збираються в каналі 60, який пляють у нього, і стадія розподілення реакційної з'єднаний із центральною трубою 56. суміші за всією площею вхідного боку 30 другого На Фіг.4 показаний виконаний за третім варіашару 28 каталізатора, через який реакційна суміш нтом пропонований у винаході реактор 310, конспотрапляє в нього. труктивно схожий з реактором 210, що показаний З наведеного вище опису можна зробити вина Фіг.3. Елементи реактора 310, аналогічні таким сновок про те, що пропонований у винаході радіже реактора 210, позначені тими ж, що й на Фіг.3, альний реактор вирішує зазначену вище покладепозиціями та повторно не розглядаються. ну в основу винаходу задачу та має цілий ряд На відміну від реактора 210 реактор 310 не переваг, перша з яких полягає в розподіленні гамає патрубка 48 для подачі газоподібних реагентів зоподібних реагентів уздовж вхідних боків відповібезпосередньо в пластинчасті теплообмінники. дних шарів каталізатора, довжина яких менше, ніж Реактор 310 працює в такий спосіб. в одного шару каталізатора у відомих реакторах, Газоподібні реагенти, що подаються в реактор що забезпечує більш високу швидкість прохо310 через патрубок 15, розташований на днищі 14 дження газоподібних реагентів через шари каталікорпуса, піднімаються по кільцевому каналу 41 між затора. Пропоновані у винаході рішення сприяють корпусом 12 і патроном 40. більш ефективному контролю ступеня ізотермічУ трубчастому теплообміннику 44 газоподібні ності реакції, що протікає в реакторі, підвищують реагенти попередньо нагріваються. Газоподібні вихід реактора та збільшують термін використання реагенти, що виходять із трубчастого теплообмінкаталізатора та довговічність його внутрішніх деника 44 по трубі 58 через патрубок 26 як текучий талей. теплоносій потрапляють у пластинчасті теплообУ пропонованому у винаході реакторі в кожномінники 22 першого шару 18 каталізатора. му шарі каталізатора можна залежно від кількості Рух текучого теплоносія в пластинчастих тептепла, що виділяється в ньому, встановити різну лообмінниках 22 та 32 відбувається так само, як і в кількість теплообмінників. реакторі 110, і тому не вимагає повторного опису. Іншими словами, у тих місцях, де концентрація Текучий теплоносій, який виходить з теплообреагентів вища, а реакція відповідно протікає мінників другого шару каталізатора через патрубок швидше з виділенням більшої кількості тепла, мо37, збирається в розташованій над першим шаром жна встановити більшу кількість теплообмінників. І 18 каталізатора камері 52 у вигляді підігрітих газонавпаки, у тих місцях, де концентрація реагентів подібних реагентів. нижча, а реакція відповідно протікає повільніше з Температуру цих газоподібних реагентів на виділенням меншої кількості тепла, можна встановході в перший шар 18 каталізатора можна регувити меншу кількість теплообмінників. Таким сполювати і шляхом зміни кількості свіжих газоподібсобом можна зменшити загальну кількість теплоних реагентів, що подаються в камеру 52 через обмінників, що використовуються у реакторі і патрубок 46. відповідно знизити його вартість. Рух реакційної суміші через шари каталізатора За цих причин для регулювання швидкості та відбирання з реактора 310 продуктів реакції в проходження реагентів через шари каталізатора цьому варіанті винаходу відбуваються так само, як та ступені ізотермічності реакцій, що протікають у і в описаному вище реакторі 210, і тому повторно них, у пропонованому у винаході реакторі можна не розглядаються. змінювати довжину шарів каталізатора. У даному винаході пропонується також спосіб Крім того, у пропонованому у винаході реактокаталітичного синтезу в радіальному реакторі, рі температура реакції газоподібних реагентів дуякий має по суті циліндричний корпус 12, закритий же швидко збільшується в адіабатичній зоні періз протилежних кінців днищем 14 і кришкою 16, шого шару каталізатора до температури, що розташований на осі корпуса 12 перший шар 18 відповідає максимальному рівню конверсії, і не каталізатора по суті з кільцевим поперечним перезмінюється в псевдоізотермічній зоні першого шарізом, що має вхідний бік 20, через який в нього ру каталізатора та у псевдоізотермічній зоні другопотрапляють газоподібні реагенти, та вихідний бік го шару каталізатора при повному закінченні реак21, через який з нього виходить реакційна суміш, ції на виході з адіабатичної зони другого шару множину розташованих та розподілених по суті в каталізатора. кільцевій частині першого шару 18 теплообмінниВідносно цього при створенні винаходу неспоків 22, через які проходить текучий теплоносій, дівано було встановлено, що наявність адіабатич 13 87511 14 ної зони в пропонованому у винаході реакторі на обмінники можна легко встановити у відповідному виході із другого шару каталізатора не тільки не шарі каталізатора через виконані в корпусі реактознижує в порівнянні з відповідною псевдоізотерміра люки або через верхню кришку реактора (діачною зоною істотно конверсійний вихід реактора, метр якої, як вже було відзначено вище, менше але помітно спрощує його конструкцію та обслугодіаметра корпуса). вування та полегшує завантаження та вивантаКрім цього, пластинчасті теплообмінники, які ження каталізатора. займають у радіальному напрямку тільки частину Необхідно підкреслити, що істотною перевашару каталізатора, обох шарів каталізатора легко гою так називаних показаних на кресленнях реакдоступні для обслуговування, демонтажу та заміни торів з "пляшковою горловиною" (тобто реакторів, (наприклад, у результаті зносу) і не перешкоджапризначених для роботи при високому тиску, у ють завантаженню та вивантаженню каталізатора. яких діаметр верхньої кришки набагато менше Очевидно, що в описані вище варіанти викодіаметра корпуса) з пропонованим у винаході комнання реактора можна з урахуванням конкретних понуванням теплообмінників є простота їх склавимог та обставин вносити різні зміни та вдоскодання, обслуговування, керування та ремонту. налення, які в кожному разі не виходять за обсяг Розташовані в пропонованому у винаході реавинаходу, що визначається його формулою. кторі в радіальних площинах пластинчасті тепло 15 87511 16 17 87511 18 19 87511 20 21 87511 22 23 87511 24 25 Комп’ютерна верстка А. Рябко 87511 Підписне 26 Тираж 28 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601

Дивитися

Додаткова інформація

Назва патенту англійською

Fixed bed catalytic reactor

Автори англійською

FILIPPI ERMANNO, RIZZI ENRICO, TAROZZO MIRCO

Назва патенту російською

Реактор с неподвижным слоем катализатора

Автори російською

Филиппи Эрманно, Риззи Энрико, Тароззо Мирко

МПК / Мітки

МПК: B01J 8/04

Мітки: нерухомим, шаром, реактор, каталізатора

Код посилання

<a href="https://ua.patents.su/13-87511-reaktor-z-nerukhomim-sharom-katalizatora.html" target="_blank" rel="follow" title="База патентів України">Реактор з нерухомим шаром каталізатора</a>

Подібні патенти