Реактор киплячого шару

1. Реактор киплячого шару, який включає корпус, нижня частина якого виконана у вигляді тіла обертання, утвореного обертанням кривої навколо вертикальної осі, вхідний і вихідний патрубки для каталізаторів, засоби подачі матеріалу, що переробляється, засіб подачі газоподібного агента, засіб очищення, пристрій для виведення парогазових продуктів, який відрізняється тим, що нижня частина корпусу виконана у вигляді тіла обертання, утвореного обертанням навколо вертикальної осі кривої, що описується виразом: 1  PH K H  1   PH    H  2     , r ( x )  r0   PH  (H  x )   2 61750 1 Винахід відноситься до апаратів для проведення в киплячому шарі процесів з газовиділенням і може бути використаний в установках каталітичного крекінга нафтопродуктів у зваженому шарі або в процесах енерготехнологичної переробки бурого і неспікливих кам'яних вугіль. Відома конструкція реактора для проведення процесів в киплячому шарі, яка включає корпус, нижня частина якого виконана у вигляді тіла обертання, описаного кривою навколо вертикальної осі, вхідного і вихідного патрубків каталізатора, пристрою для подачі додаткового аерируючого аген 3 61750 4 та, пристрою для подачі матеріалу, що переробдомому реакторі киплячого шару, що включає корляється і пристрою для виведення парогазових пус, нижня частина якого виконана у вигляді тіла продуктів [див. РЖ «Хімія», №14, с. 479]. обертання, утвореного обертанням кривої навколо Недоліком даної конструкції є те, що подача вертикальної осі, вхідний і вихідний патрубки для зріджувального агента призначується в нижню каталізаторів, засоби для подачі матеріалу, що частину апарата. При такій подачі зріджувального переробляється, засіб подачі газоподібного агенагента утворюється фонтануючий шар, внаслідок та, засіб очищення, пристрій для виведення парочого виникають нерівномірні по висоті апарату газових продуктів, згідно з винаходом нижня часшвидкості зріджувального агента і формуються тина корпусу виконана у вигляді тіла обертання, різні температурні зони. При цьому, в нижній часутвореного обертанням навколо вертикальної осі тині апарату швидкості газу і температури високі, кривої, що описується виразом: що потрібно для обробки великих фракцій матері1  PH K H  1  алу, а у верхній частині - швидкість газу і темпера PH    H  2     , r x   r0  тура падають, що потрібно для обробки дрібних   PH   H  x   фракцій. Нерівномірна швидкість зріджувального агента і виникнення нерівномірних зон нагріву по висоті апарату приводить до підвищення температури в нижній частині реактора і швидкого винесення дрібних фракцій матеріалу, а також до незавершеності процесів теплообміну, що в кінцевому результаті знижує вихід продуктів термічної обробки. Найбільш близьким до реактора, що заявляється є реактор киплячого шару [а.с. СССР №692154, МПК B01j 8/18, заявлене 05.08.75], вибраний як прототип, який включає корпус, нижня частина якого виконана у вигляді тіла обертання, описаного навколо вертикальної осі, вхідного і вихідного патрубків для каталізатора, пристрій для подачі матеріалу, що переробляється, пристрій подачі додаткового аеруючого агента, і пристрою для пилеочищання і виведення парогазових хімічних продуктів, при цьому форма кривої нижньої частини корпусу реактора описана виразом: cH r  r0  l 2U де: r - радіус реактора на висоті Н, м; r0 - радіус реактора в точці виходу твердого продукту, м; H - висота киплячого шару; U - швидкість зріджувального агента, м/сек; с - постійна, характеризуюча питоме об'ємне газовиділення з матеріалу, що обробляється, 3 3 м /сек, м . Конструкція даного реактора із заданою формою нижньої частини корпусу дозволяє підвищити вихід хімічного продукту і скоротити експлуатаційні витрати за рахунок зменшення витрати додаткового зріджувального агента. Однак вихід хімічного продукту в такому реакторі залишається помітно нижче теоретично можливого. Це відбувається внаслідок того, що в реакторі не вдалося отримати киплячий шар достатньої стійкості, внаслідок чого виникають неоднорідність швидкості і температури в киплячому шарі, що приводить до появи ефекту фонтанування. У основу винаходу поставлена задача створення такого реактора киплячого шару, в якому за рахунок оптимізації форми нижньої частини корпусу реактора і введення додаткового пристрою для подачі газоподібного теплоносія і повітря досягається отримання стійкого киплячого шару, що дозволяє збільшити вихід хімічного продукту. Поставлена задача вирішується тим, щоу ві де: r(х) - радіус реактора на висоті х(Н), м; х - відстань від нижнього перетину киплячого шару, м; 1  2 П  1  n  r0    3600     .    0  T .M.  Рн - тиск над киплячим шаром, кПа;  - ефективна щільність псевдозріджувального 3 шару, кг/м ;  - швидкість зріджувального агента в реакторі, м/з; П - продуктивність по матеріалу, що переробляється, кг/година; n - співвідношення масових витрат твердого і/або газоподібного теплоносія і матеріалу, що переробляється; т.м. - швидкість витікання твердого матеріалу з реактора, м/с; 0 - насипна щільність нерухомого шару часток 3 твердого матеріалу, кг/м ; П  Vr  - коефіцієнт питомого газоКн  3600  V  H виділення внаслідок переробки початкового матеріалу; r V - вихід парогазових продуктів конверсії по3 чаткового матеріалу, м /кг сек;  - час перебування матеріалу в реакторі, сек; 3 V(H) - об'єм киплячого шару висотою Н, м ; H - висота киплячого шару, м. Крім того, реактор додатково містить засоби подачі теплоносія, повітря та водяної пари. Отримана внаслідок розрахунку по заданому виразу форма нижньої частини корпусу реактора є оптимальною і дозволяє отримати в зоні киплячого шару горизонтальний перетин, який так змінюється по висоті, що забезпечується постійна швидкість газу з урахуванням газовиділення нижніх шарів і вирівнювання температури і концентрації по всьому об'єму киплячого шару. Введення додаткового пристрою для подачі газоподібного теплоносія, повітря та водяної пари також сприяє забезпеченню постійної оптимальної швидкості протікання процесу по всьому об'єму киплячого шару і підтримки оптимальної температури. Відбувається рівномірне перемішування як твердих, так і газоподібних часток, тобто утвориться однорідний киплячий шар. У результаті формується стійкий кип 5 61750 6 лячий шар, завдяки чому виключається перегрів приклад, шнековим живильником) в реактор подаабо переохолодження твердих часток, які могли б ють нагріте до 150-250°С буре вугілля, заздалегідь спричинити відхилення від оптимальних параметпідсушене і подрібнене до фракцій розміром 3рів протікання ряду теплових, каталітичних і інших 5мм. У нижню частину реактора через штуцер 3 процесів, усувається можливість виникнення фонвводять конвертуючий газоподібний агент, а через танування, характерного при застосуванні корпусів штуцер 4 подають газоподібний теплоносій, повітз конічною формою. У результаті в процесі переря і водяну пару в нижньому перетині. Суміш тепробки нафтопродуктів або кам'яного вугілля отрилоносія з дрібнозернистим продуктом (наприклад, мують підвищений, близький до теоретичного, вугіллям), а також корисний продукт, що утвориввихід хімічної продукції. Крім того, внаслідок хімічся, наприклад вуглецевий сорбент, виводять через ної реакції, додаткова подача газоподібного тепштуцер 2. лоносія, повітря і водяної пари дозволяє не тільки У робочій зоні реактора, в якій розташований збільшити вихід хімічного продукту, але і отримати киплячий шар, здійснюється процес крекінга сиров залишку корисний продукт, наприклад вуглецевини або випал коксу. Над киплячим шаром розвий сорбент або кокс для спеціальних цілей. ташована сепараційна зона, в якій від газового Суть винаходу пояснюється на кресленні, де потоку відокремлюються найбільш великі частки на Фіг. представлений загальний вигляд заявленокаталізатора, винесені з шару. Більш дрібні частки, го реактора киплячого шару. швидкість винесення яких рівна або менше швидРеактор киплячого шару складається з корпукості газу над шаром, несуться потоком газу в очису 1 змінного перетину, верхня частина якого цилісний циклон 7. Парогазові хімічні продукти, обчиндрична, а нижня частина виконана у відповідності щені від часток каталізатора в очисному циклоні 7, заявленим в формулі виразом. виводяться через відводячий патрубок 8. ВідокреУ нижній частині корпусу реактора 1 розташомлені в очисному циклоні 7 частки каталізатора вані штуцер 2 для виведення відпрацьованого повертаються в киплячий шар. Швидкість парогакаталізатора, штуцер 3 для подачі газоподібного зових продуктів в живому перетині реактора стаконвертуючого агента і штуцера 4 для введення новить 0,6-0,8сек, що є оптимальним для протігазоподібного теплоносія, повітря і водяної пари. кання процесу. Постійна с, що характеризує кільУ середній частині корпусу реактора 1 розмікість парогазовых продуктів, що виділяються, в щений пристрій 5 для введення регенерованого одиниці об'єму киплячого шару для температури каталізатора і пристрій 6 для подачі сировини, 550°С, становить 0,1925 1/сек. який розташований у верхній межі киплячого шару. Таким чином, установка дозволяє провести Для виведення парогазової суміші в даху реапроцес крекінга із збільшенням виходу хімічного ктора змонтований очисний циклон 7 з відводячим продукту і отриманням додаткового корисного патрубком 8. продукту завдяки створенню стійкого киплячого Реактор киплячого шару працює таким чином. шару, що досягається оптимальною формою нижЧерез пристрій для введення регенерованого ньої частини корпусу реактора, розрахованою згікаталізатора 5 з регенератора коксонагрівача (не дно із запропонованим математичним виразом, і показаний) в реактор подають твердий теплоносій введення додаткового пристрою подачі газоподіб- дрібнозернистий буровугільний кокс з температуного теплоносія, повітря і водяної пари. рою 650-850°С. Одночасно через пристрій 6 (на 7 Комп’ютерна верстка М. Мацело 61750 8 Підписне Тираж 26 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