Трубчастий каталітичний реактор

Трубчатый каталитический реактор, содержащий цилиндрический корпус, трубные доски и заполненные монодисперсным регулярным слоем шарового катализатора реакционные трубы с коническими опорными решетками, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что угол при вершине конуса опорной решетки выполнен равным 124-135°С. С > Изобретение относится к устройствам трубчатых печей и трубчатых реакторов, в которые загружается катализатор сферической формы, и может найти применение в химической и нефтехимической отраслях промышленности, в частности, в печах конверсии природного газа в производствах аммиака и метанола, в трубчатом реакторе синтеза метанола. Известен реактор трубчатого типа для каталитического окисления газов [1], в котором опорная решетка состоит из густой проволочной сетки и зажимных колец, либо из скобы, расположенной под сеткой и обращенной к концу трубы. На такой решетке, даже при использовании монодисперсных шаров, формируется нерегулярный (неупорядоченный) слой катализатора с присущими ему недостатками: наличие транспортных каналов, свищей, пристенных зон и др., снижающих эффективность каталитических процессов. ч Известен также трубчатый каталитический реактор [2]. содержащий цилиндрический корпус, трубные доски и заполненные монодисперсным слоем шарового катализатора реакционные трубы с коническими опорными решетками с углом в основании 60° (угол при вершине 60°). Недостатком этой конструкции является то, что в трубном пространстве над решеткой формируется, даже при использовании монодисперсных сферических гранул, катализаторный слой с нерегулярной структурой. Последнее обстоятельство отрицательно влияет на эффективность технологического процесса Неодинаковая плотность катализаторного слоя по высоте и радиусу трубы способству ел О 4573 ет возникновению локальных перегревов стенки трубы, снижению производительности реактора, увеличению разницы гидравлического сопротивления в трубках реактора 5 В основу изобретения поставлена задача усовершенствовать трубчатый каталитический реактор, путем нового выполнения опорной решетки в трубах, что формирует регулярный слой катализатора, приводящий 10 к увеличению эффективности каталитических процессов. Поставленная задача решается тем, что в трубчатом каталитическом реакторе, содержащем цилиндрический корпус, трубные 15 доски и заполненные монодисперсным регулярным слоем шарового катализатора реакционные трубы с коническими опорными решетками, согласно изобретению, угол при вершине конуса опорной решетки выполнен 20 равным 124-135°. Изобретение поясняется чертежом, на котором представлен общий вид реактора с расположением штуцеров, труб и опорных решеток (фиг.1), и расположение частиц 25 смежных монослоев (фиг.2). Реактор содержит цилиндрический корпус 1 с размещенными в нем верхней и нижней трубными досками 2, в отверстиях которых закреплены концы реакционных 30 труб 3. В нижней части этих труб установлены опорные решетки 4. зафиксированные с помощью стопорных колец 5. Трубное пространство реакционных труб заполнено монодисперсным слоем шарового 35 катализатора 6. Для подвода сырьевого потока и отвода продуктов реакции имеются соответствующие штуцера 7 и 8. Реактор работает следующим образом. Газовый поток через верхний штуцер 7 по- 40 ступает в заполненные катализатором реакционные трубы 3, где происходит химическая реакция между компонентами, сопровождающаяся выделением (поглощением) тепла. Сьем (подвод) тепла осуществ- 45 ляется за счет циркулирующего в межтрубном пространстве теплоносителя. Продукты реакции, пройдя через перфорацию опорных решеток 4, попадают в нижнюю часть реактора, откуда через нижний 50 штуцер 8 отводятся на разделение и переработку. Периодически производится замена отработанного катализатора на новый. Эффект от использования конусной, с углом 124-135° при вершине, опорной ре- 55 шетки проявляется уже в процессе загрузки монодисперсного шарового катализатора, когда указанная конфигурация решетки обеспечивает формирование слоя с регулярной кольцевой структурой. Проведенные эксперименты показали, что в начальной стадии загрузки частицы, падая на конусную поверхность опорной решетки, скатываются к стенкам трубы, стремясь занять наиболее устойчивое положение. При этом на поверхности решетки из гранул формируется некоторое, зависящее от соотношения диаметра трубы к диаметру гранул, количество колец, выполняющих роль ориентирующих матриц для вновь поступающих частиц. Последние, располагаясь в перешейке между двумя смежными частицами своего кольца, формируют цилиндрический монослой. Совокупность таких монослоев составляет регулярный слой с кольцевой структурой, формирующийся самопроизвольно в соответствии с конкретным диаметром шаров. При этом в зависимости от получающегося соотношения диаметров трубы и гранул в центре трубы либо располагается одиночный шар, либо кольцо из 2-4 шаров (гранул катализатора). Эффект ориентирующего влияния конуса при беспорядочной загрузке монодисперсных шаров в трубу с учетом несферичности и шероховатости поверхности гранул и трубы ограничен диапазоном изменения угла при вершине конуса 124135°. Вне этого интервала над опорной решеткой формируется слой, который в своей нижней части может иметь фрагменты регулярной структуры, разрушающиеся с ростом высоты слоя. Проведенные эксперименты показали, что увеличение угла при вершине конуса приводит к уменьшению энергии скатывающихся частиц и ее недостаточно для заполнения колец без дефектов типа "дырок". С ростом высоты слоя дефекты структуры разрастаются, что приводит к быстрой потере порядка. Это особенно проявляется в случае частиц с шероховатой поверхностью и малым удельным весом. Напротив, если угол равен менее 124°, обнаруживается неустойчивость положения частиц в центре трубы, в результате чего появляется большая вероятность появления сбоя в расположении гранул. Как и в случае большого угла, образовавшийся сбой в структуре слоя разрастается с увеличением высоты, нарушая порядок во всем объеме трубы. В лабораторных условиях испытывали модели трубчатого реактора согласно изобретению, при этом в стеклянные трубы диаметром 20-50 мм загружали шары из различных материалов (сталь, керамика, стекло, цеолит) диаметром 3-20 мм, используя в качестве матрицы как точеные, так и 4573 штампованные конусы с углом при вершине 60-160°. Методика проведения эксперимента следующая. В вертикальную трубу с установленным в нижней части конусом подавали с некоторой постоянной скоростью монодисперсные сферические частицы. Результаты загрузки оценивали визуально через прозрачные стенки трубы и по образованию кольцевой структуры в торцевой части слоя. Эксперименты показали, 10 что в диапазоне соотношения диаметра трубы к диаметру частиц 4,4-12,5 в трубах реактора на опорных конических решетках формируются регулярные слои катализатор pa в тех случаях, когда угол при вершине конуса находился в пределах 124-135°. Использование трубчатого аппарата согласно изобретению, например, в качестве реактора синтеза метанола позволит в сравнении с существующими конструкциями повысить в 1,5-2 раза эффективность технологического процесса, обеспечить одинаковое гидравлическое сопротивление в реакционных трубах за счет формирования регулярной упаковки шарового катализатора при относительно низких материальных затратах и в широком диапазоне размеров используемых катализаторных гранул. 4573 ОМ Упорядник В.Иванов Замовлення 588 Техред М.Моргентал Коректор Л.Пилипенко Тираж Підписне Державне патентне відомство УкраТни, 254655, ГСП, КиТв-53, Львівська пл., 8 Виробничо-видавничий комбінат "Патент", м. Ужгород, вул.Гагаріма, 101