Спосіб розігріву реактора з шаром каталізатора

1. Способ разогрева реактора со слоем катализатора, включающий подачу газа в реакционную камеру, отличающийся тем, что разогрев реактора осуществляет в псевдоожиженном или стационарном слое катализатора, при этом разогрев псевдоожиженного слоя катализатора проводят при порозности слоя 0,55-0,85, создаваемой потоком воздуха, горючий газ подают в количестве, образующем концентрацию горючего газа в смеси с воздухом в пределах 1,4 НПВ < СГ ≤ СС, а разогрев стационарного слоя катализатора при эквивалентном диаметре каналов слоя меньше крити C2 (54) СПОСІБ РОЗІГРІВУ РЕАКТОРА З ШАРОМ КАТАЛІЗАТОРА 39964 технологическую схему и удорожающих создание установки. Поставленная задача решается тем, что в способе разогрева слоя катализатора в реакторе, включающем подачу горючего газа и воздуха в реакционную камеру, воспламенение и горение, согласно предлагаемому способу, разогрев реактора осуществляют в псевдоожиженном или стационарном слое катализатора, при этом разогрев псевдоожиженного слоя катализатора проводят при порозности слоя 0,55-0,85, создаваемой потоком воздуха, горючий газ подают в количестве, образующем концентрацию горючего газа в смеси с воздухом в пределах 1,4 НПВ < СГ ≤ СС, а разогрев стационарного слоя катализатора - при эквивалентном диаметре каналов слоя меньше критического диаметра, проводят путем подачи горючей смеси в реактор в количестве, обеспечивающем движение высокотемпературной зоны реакции навстречу потокам газа; горючий газ подают в слой катализатора или в смеси с воздухом в количестве 1,4 НПВ < СГ ≤ СС, а при эквивалентном диаметре каналов слоя катализатора больше критического диаметра горючую смесь подают в реактор в количестве, при котором линейная скорость потока, отнесенная к свободному сечению реактора, и нормальная скорость пламени находятся в соотношении W ≤ 0,6 U n, где: НПВ - нижний предел воспламенения; СГ - концентрация горючего в смеси с воздухом; СС - стехиометрическая концентрация горючего в реакции полного окисления горючего; W - линейная скорость, отнесенная к свободному сечению; Un - нормальная скорость пламени. Отличительной особенностью предлагаемого способа является то, что разогрев реактора осуществляют в псевдоожиженном или стационарном слое катализатора, причем для разогрева псевдоожиженного слоя катализатора воздухом создают режим псевдоожижения слоя с порозностъю 0,550,85. При порозности меньшей 0,55 взаимодействие пламени со слоем катализатора не достаточно, и слой не разогревается. А при порозности большей 0,85 слой не разогревается, видимо, изза выноса пламени из слоя и недостаточной ввиду этого, поверхности теплообмена. При концентрации горючего газа большей, чем СС происходит выделение углерода на частицах катализатора, а при концентрации горючего газа меньше 1,4 НПВ происходит угасание пламени ввиду флегматизации горючей фазы продуктами гетерогенного окисления при недостаточной глубине зоны прогрева слоя катализатора. Для разогрева стационарного слоя катализатора, при эквивалентном диаметре каналов слоя меньше критического диаметра, подают горючую смесь в реактор в количестве, обеспечивающем движение высокотемпературной зоны реакции навстречу потокам газа, ибо, если подача горючей смеси в реактор не будет обеспечивать движение высокотемпературной зоны реакции навстречу газовому потоку, разогрева слоя катализатора, естественно, не будет происходить. Подача горючего газа в слой катализатора или в смеси с воздухом равноценна, так как горючая смесь при этом образуется или вне слоя катализатора или непосредственно в слое катализатора. В случае, когда эквивалентный диаметр слоя катализатора, больше критического диаметра, если линейная скорость будет больше, чем величина 0,6 Un, то пламя не будет проникать в каналы слоя и не будет происходить разогрев слоя катализатора. На чертеже, схематически изображен реактор со слоем катализатора (фиг.). Предлагаемый способ реализуется следующим образом. Конструктивно реактор представляет собой корпус 1, внутри которого на газораспределительной решетке 2 располагают катализатор 3. Над слоем катализатора установлена спираль 4 из нихрома, пропусканием тока через которую осуществляют поджог метановоздушной смеси. Для предотвращения уноса катализатора в верхней части реактора имеется сепарационная зона 5. Разогрев псевдоожиженного слоя осуществляют путем создания потоком воздуха I режима псевдоожижения с порозностью 0,55-0,85. 3атем в псевдоожиженный слой катализатора подают горючую смесь II в количестве, при котором концентрация горючего будет в пределах 1,4 НПВ < СГ ≤ СС. Инициируют пламенное горение. Происходит воспламенение горючей смеси. Реакция окисления горючего переходит из гомогенной зоны в гетерогенно-каталитическую на поверхность катализатора. Пламя гаснет. После достижения псевдоожиженным слоем необходимой, по условиям процесса, температуры подачу горючей смеси для разогрева и инициирования горения прекращают. Разогрев стационарного слоя катализатора при эквивалентном диаметре каналов слоя меньше критического проводят путем подачи воздуха I в реактор в количестве, обеспечивающем движение высокотемпературной зоны навстречу потоку газов. Осуществляют инициирование горения. Горючее II подают или в слой катализатора, или в смеси с воздухом в количестве 1,4 НПВ < СГ ≤ СС. После разогрева слоя подачу горючего газа для разогрева слоя и инициирования горения прекращают. Количество окислителя (воздуха), скорость движения газа в реакторе Wp, обеспечивающего движение высокотемпературной зоны окисления навстречу потоку газов определяют экспериментально в лабораторных условиях. Разогрев слоя при эквивалентном диаметре каналов слоя катализатора больше критического диаметра проводят путем подачи воздуха I в реактор в количестве, при котором линейная скорость потока, отнесенная к свободному сечению реактора и нормальная скорость пламени, находятся в соотношении W ≤ 0,6 Un. Осуществляют инициирование горения над слоем. Подают в слой катализатора горючее II в количестве, при котором концентрация горючего будет в пределах воспламенения. После разогрева слоя до нужной температуры подачу горючего для разогрева слоя и инициирование горения прекращают. Эквивалентный диаметр каналов слоя - наиболее характерный определяющий размер стационарного зернистого слоя. Для слоя шаров одинакового диаметра dэ = 4εd/6(1-ε), (Аэров М.Э., Тодес О.М., Наринский Д.А. Аппараты со стационарным зернистым слоем; Гидравлические и тепловые основы работы. - Л.: Химия, 1979. - С. 23), 2 39964 где dэ - эквивалентный диаметр каналов слоя, ε порозность, d - диаметр частиц слоя. Критический диаметр гашения является характеристикой горючей газовой смеси при определенных температуре и давлении и представляет собой минимальный диаметр канала, через который пламя стационарной газовой смеси еще может распространяться неограниченно (Стрижевский И.И., Заказнов В.Ф. Промышленные огнепреградители. - М.: Химия, 1974. - С. 15-18). Нормальная скорость распространения пламени - скорость распространения пламени в горючей смеси от слоя к слою, не искаженная возмущениями, обусловленными движением массы газа (Стрижевский И.И., 3аказнов В.Ф. Промышленные огнепреградители. - М.: Химия, 1974. - С. 264.). Доказательством осуществления предлагаемого способа разогрева реактора со слоем катализатора являются приведенные ниже примеры. Примеры 1-6 (см. табл. 1). Испытания предлагаемого способа проводят на установке по описанному способу. Горючую смесь поджигают над слоем катализатора пропусканием электрического тока через нихромовую спираль диаметром 2,5 мм и длиной 25 мм, закрепленную на высоте 50 мм от свободной верхней поверхности слоя. Диаметр реактора 70 мм, высота – 1000 мм. В качестве катализатора используют медно-хромовый катализатор на g-окиси алюминия (ИК-12-70). Диаметр частиц катализатора 12 мм. Объем засыпанного катализатора 1,2 л. Псевдоожижение слоя достигают подачей газовой смеси. Порозность слоя рассчитывают по формуле: ε = (Нсл - 0,6Н)/Нсл, где ε -порозность слоя, Нсл высота псевдоожиженного слоя, 0,6 - доля твердой фазы в неподвижном слое, Н - высота слоя, наводящегося в неподвижном состоянии. Результаты эксперимента приведены в таблице 1. Примеры 7-10 (см. табл. 2). Способ осуществляют в условия х примеров 1-6, но засыпан катализатор АПК-2, содержащий: палладия - 0,9-1,0%, оксид алюминия - остальное носитель. Разогревают стационарный слой ката лизатора с эквивалентным диаметром каналов слоя меньше критического. Нижний предел воспламенения метана в смеси метан-воздух - 5% об. Скорость движения газового потока обеспечивает движение высокотемпературной зоны реакции навстречу потоку. Результаты приведены в табл. 2. Примеры 11-15. (см. табл. 3). Способ осуществляют в условия х примеров 1-6, но разогревают стационарный слой катализатора с эквивалентным диаметром каналов слоя больше критического. Катализатор АПК-2. Результаты испытаний приведены в таблице 3. Из таблиц видно, что в примере 1 - неподвижный слой катализатора, контакт пламени с материалом слоя незначителен, и слой на разогревается. В примере 2 при порозности 0,5 поверхность контакта пламени и слоя незначительна, и слой не разогревается. В примерах 3-6 в результате неоднородности слоя в интервале порозностей 0,550,85 создается достаточная поверхность теплообмена между пламенем и слоем. За счет проникновения пламени в верхние области слоя и переноса тепла в нижние области псевдоожиженными частицами слоя слой разогревается. В примере 10 концентрация метана меньше 1,4 НПВ - слой не разогревается. Видимо, газовая смесь выводит из области воспламенения за счет выгорания горючего, и пламя гаснет раньше, чем разогревается достаточно большой слой катализатора. В примерах 12-15 W 0,6 Un инициированное горение не распространяется в каналы слоя. Разогрев не происходит. Осуществление предлагаемого способа разогрева реактора со слоем катализатора позволяет разогревать реактор без использования дополнительных пусковых сооружений, что значительно удешевляет те хнологию. Таблица 1 Результаты испытаний разогрева псевдоожиженного слоя Пример № п/п 1 2 3 4 5 6 Катализатор ИК-12-70 -”-”-”-”-” Объем газовой смеси, м 3/час 2,1 8,2 8,7 9,3 12,6 15,0 Порозность слоя 0,40 0,50 0,55 0,60 0,72 0,85 3 Время разогрева слоя, сек 250 180 90 60 39964 Таблица 2 Результаты испытаний разогрева псевдоожиженного слоя Эквивалентный диаметр каналов слоя меньше критического Скорость Расход Концентрация Нормальная движения Скорость скорость Время Высота слоя Пример газовой метана потока, высокотем. разогрева, катализатора, № п/п смеси, в смеси, пламени, м/сек зоны, мин. см м 3/час % об. м/сек см/мин 7 4,1 9,5 0,3 0,34 1 30 20 СГ=СС 8 1,22 9,5 0,9 0,34 1 20 20 СГ=СС 9 1,22 7,0 0,9 0,15 0,6 35 20 СГ>1,4 НПВ 10 1,22 6,0 0,9 0,05 20 СГ0,6 U n W