Реактор для проведення гетерогенного каталізу реакцій газоподібних реагентів під тиском

1. РЕАКТОР ДЛЯ ПРОВЕДЕНИЯ ГЕТЕРОГЕННОГО КАТАЛИЗА РЕАКЦИЙ ГАЗООБРАЗШЛХ РЕАГЕНТОВ ПОД ДАВЛЕНИЕМ, содержащий внешний контейнер с впуск ным отверстием для введения реактивов и выпускным отверстием для выэедени" продуктов реакции и корзину с катализатором, состоящую из внешней и внутренней перфорированных цилиндрических стенок и днища, размещаемую в контейнере в виде обоймы и сообщающуюся с впускным ' выпускным отвер-. и стиями, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с цепью снижения потребляемой электроэнергии, по крайней мере одна из стенок корзины снабжена размещенной в верхней части глухой цилиндрической перегородкой, 2. Реактор по п. 1, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что обойма образована по меньшей мере двумя или несколькими корзинами с катализатором. 00 1 10Ь8487 Изобретение относится к конструкраспределения газа в каталитическом ции реактора для гетерогенного катали- слое. за и может быть использовано для Внутренняя труба 11 помимо функкаталитического синтеза аммиака и ции направления газа от дна к верметанола. * шине реактора образует поперечную ч поддержку для верхней зоны каждого Известен реактор для гетерогенкаталитического слоя, причем такая ного катализа, содержащий один слой зона образует изолирующую пробку, катализатора, через который продукоторая приводит к равномерному . вается газ в радиальном направлераспределению газа в каждом слое. нии W ' щ Теплообменник 12 дает возможность 1и Недостаток данного устройства' предварительно нагревать свежий газ низкая производительность, для синтеза, входящего в реактор, пуИзвестен реактор для проведения тем отбора тепла от прореагировавшегетерогенного катализа реакций газого газа. Реактор также снабжен внутобразных реагентов под давлением, ренней стенкой 13, которая образует содержащий внешний контейнер с впуск-15 воздушное пространство с внутренней ным отверстием для введения реактиповерхностью корпуса 1. Через это вов и выпускным отверстием для вывоздушное пространство холодный газ ведения продуктов реакции и корзину подается в реактор через впускное с катализатором, состоящую из внешней отверстие 14 в корпус 1 и таким об-\ внутренней перфорированных цилинд- 20 разом поддерживается при низкой темрических стенок и днища, размещаепературе, вследствие чего избегает мую в контейнере в виде обоймы и соконтакта с горячими прореагировав- • общающуюся с впускным и выпускным шими газами. Свободные зоны в верхотверстиями (YJ , ней части каждой каталитической корНедостатками известного реактора 25 зины 3 и 4 обеспечивают легкий доступ являются большие энергоемкость и мек каталитическому слою 15 для эксп-' таллоемкость и сложность обслуживалуатации, загрузки и выгрузки каталиния . затора через отверстие в крышке 2. Цель изобретения - снижение по- ' Реактор'работает следующим обратребляемой электроэнергии. 30 зом. Указанная цель достигается тем, Свежий газ, подаваемый в реактор, что в реакторе для проведения гете, входит через входное отверстие I и рогенного катализа реакций газообраспространяется в воздушном простразных реагентов под давлением, соранстве от вершины ко дну, достигая держащем внешний контейнер с впускным отверстием для введения реакти- 35 теплообменника 12 в нижней -части реактора, проходит через теплообменвов и выпускным отверстием для выник 12 в направлении от дна к верхведения продуктов реакции и корзину ней части реактора во внешней зоне с катализатором, состоящую из внештеплообменных трубок и собирается ней и внутренней перфорированных цилиндрических стенок и днища, раз- 40 внутри центральной трубы 11, которая переправляет газ (предварительно наметаемую в контейнере в виде обойгретый в теплообменнике', 12) к верхмы и сообщающуюся с впускным и выней корзине 3, содержащей катализапускным отверстиями, по крайней тор (предпочтительно в форме грамере одна из стенок корзины снабженул) . на размещенной в верхней части глу- 45 хой цилиндрической перегородкой. Часть газа проходит через зону Причем обойма образована по меньпервого каталитического слоя с прешей мере двумя или несколькими коримущественным осевым потоком, а осзинами с катализатором. тавшийся газ проходит через зону На фиг.1 изображен реактрр, про- ел этого же слоя с преимущественным радольный разрез; на фиг.2 - реактор диальным потоком. метанола, частичный продольный разГорячий газ, прореагировавший рез; на фиг.З - вариант выполнения в первом каталитическом слое, собиреактора; на фиг.4 - реактор, частичрается в воздушном пространстве и ный разрез; на фиг.5 - вариант вы55 после смешивания со свежим газом, полнения реактора с обратным ходом охлажденным до низкой температуры, газового потока; на фиг.6 - 10 который вводится через тороидальный варианты выполнения модульных реакраспределитель 16, собирается в верхторов , ней части второго каталитического Реактор состоит из корпуса 1 с крышкой 2» внутри которого располо- °" слоя'. Аналогично первому случаю газ проходит через две зоны каталитичесжены две каталитических корзины кого слоя - первую зону с преимущест3 и 4, Каждая корзина содержит соотвенным осевым потоком и вторую зону ветственно ,днища 5 и 6 и две цис преимущественным радиальным потолиндрические перфорированные обечайки 1ц 8 и 9, 10 для равномерного 65 ком. 1058487 Объем двух слоев в двух каталитипространством между двумя слоями и ческих барабанах и таким образом внутренним обменом газ-газ (фиг,1), количество газа, проходящего через Указанный реактор построен в виде слои, зависят от характеристик исполь- цилиндра, имеющего отношение внутзуемого катализатора {размер и форма), реннего диаметра к высоте менее 0,08 Объем первой 'зоны равен 5-40% общего * и с общим падением давления менее объема каталитической корзины. 2,5 атм. Кроме того, катализатор Горячий газ, прореагировавший во заменяют без удаления внутренних втором каталитическом слое, собираетчастей реактора менее чем за два ся в воздушном пространстве и проходня. дит через теплообменник 12 от верх- 10 П р и м е р 2. Реактор произвоней его части ко.дну внутри теплообдит ельностьго 1500 т/день мет анола, менных трубок, которые передают тепработающий при давлении 150 атм с ло входящему газу. Газ удаляется от четырьмя каталитическими слоями с рареактора через выход 17. диально-осевым потоком {реактор с потоком, направленным вниз) с общим На фиг.З представлен частичный объемом катализатора для синтеза мефронтальный разрез реактора метанотанола при низком давлении, равным ла низкого давления. Внутри реактора 170 м^. Причем в каждом слое объем расположены различные каталитические катализатора, работающего в режиме корзины. преимущественно осевого потока, сосКорзина состоит из подложки 5 и 20 тавляет 15% от общего объема слоя с двух цилиндрических стенок 7 и 8, тремя промежуточными охлаждающими перфорированных соответствующим обпространствами (фиг.2 и 3) и постразом для равномерного распределения роен в виде одного цилиндра с отногаза в каталитическом слое. шением внутреннего диаметра к высоте Верхняя часть 18 внутренней цилиндрической стенки 8 является сплош- 25 менее 0,06 и с общим падением давления в реакторе менее 5 атм. Кроме ной (неперфорированной) на протяжетого, катализатор заменяют без удании высоты, соответствующей верхней 'ления внутренних частей реактора мезоне каталитического слоя, Действуюнее чем за 3 дня, щей в качестве изолирующей пробки, с преимущественным осевым потоком га- 30 В радиально-осевых реакторах внутза. Свободная зона указанной корзины ренняя кассета может преимущественно обеспечивает легкий доступ к катали'состоять из модулей, в то время как их тическому слою для эксплуатации, завнешний корпус 1 и крышка 2 остаются грузки и выгрузки катализатора через в виде одного образца. Модульная кас-крышку 2. Каждая каталитическая кор- 35 сета, которая в указанном реакторе зина работает аналогично. была в одном образце 1, образуется из отдельных кассетных модулей 19, Реактор .{фиг.3} построен как цииз которых (фиг. Ь - 8) показаны мо-линдр с низким отношением диаметра 'дули 19. Отдельный модуль (фиг,6) к высоте (очень тонкое оборудование типа колонны заполнения) со значи40 является цилиндрическим телом, включающим (следуя снаружи внутрь) пертельными конструкционными и эксплувую спчошную стенку 18, т.«. неператационными преимуществами (простая форированную стенку, которая образует конструкция, низкая стоимость, легвоздушное пространство с внутренней кая эксплуатация и замена катализаповерхностью корпуса 1 оболочки; тора) . Реактор содержит четыре катавторую стенку 7, перфорированную; литических корзины 3 с тремя прометретью стенку 8, частично перфорирожуточными охлаждающимися пространстванную и дно 5. вами. На фиг, 4 и 5 показаны такие і же реакторы метанола (фиг,2 и 3) с обратным газовым потоком (реактор с Внешняя стенка 13 выше, чем две газовым потоком, направленным вверх 50 стенки 7 и 8, и такі-jM образом в верхвместо реактора с газовым потоком, ней части образуется кольцевая щель направленным вниз). 20, а в нижней - протектор 21, КольП р и м е р 1. Реактор для процевая щель 20 обеспечивает подложку изводства 1000 т/день аммиака, раи соединение для протектора 21 верх-* ботающий при давлении 250 атм, имеет 55 него модуля, в Т о ж е вреіуя обеспечивая два каталитических слоя с радиальносоединение протектора 21 с кольцеосевым потоком (реактор с потоком, вой щелью 20 нижнего модуля. Две направленным вверх) и с общим объеперфорированные стенки 7 и 8 обрамом 30 м^ катализатора с высоким зуют границы корзины 3, в которой выходом, образуемого частицами мало- 60 находится слой гранулированного слоя го размера (1,2-2 м м ) . В каждом катализатора, внутренняя стенка 8 слое объем катализатора (работа с всегда отделена от трубы 11 и присое• преимущественно осевым потоком) радинена к последней связывающим кольвен 20% от объема каталитического цом 22, которое смонтировано на слоя с промежуточным охлаждающим *с фланце 23, соединенном с трубой 11, 1058487 Внутренняя стенка 18 не перфорирована в верхней части трубы 11 (сплошная часть), чтобы получить первую зону с преимущественно осевым потоком, и непосредственно ниже,т.е. от начала перфорированной части, эо ну с радиальным потоком. Центральная труба 11 также, снабжена подвижным сгибом. Дно корзины 3 связано с двумя стенками 7 и 8, в то время как стенки 13 связаны одна с другой н'иж- W ним протектором или кольцом 24. Сплошная внешняя стенка 13 (которая образует воздушное пространство) ограничена в верхней части протектором или кольцом 22, в котором 15 образуется кольцевой зазор, служащий для присоединения верхнего протектора 21. На фиг.6 показана сплошная стенка 13 со слоем изолирующего материала 25, который уменьшает тепло- эд передачу. На фиг. 9 схематически представлены полный реактор с оболочкой 1 в виде одного образца, но с кассетой, образуемой тремя модулями 19, 25 и кэльцевой протектор 21 нижнего модуля 19 с прорезью 26, образуемой на нижнем уступе днища 27, Прорезь 26 в верхнем конце нижнего модуля 19 соединяется d кольцевым протектором 21 в основании среднего модуля 19, верхняя часть которого с прорезью 26 соединяется с протектором 21 верхнего модуля 19. Верхний конец модуля 19 соединен с крышкой 27, которая закрывает верхнюю часть кассеты, об- 35 раэуемой модулями. Устройство содержит также патрубок 28 для входа охлажденного газа, патрубок 29 для входа основного потока (вход основного потока) и вы40 ход газа через патрубок 30, тороидальные распределители 16 охлажден-* ного газа, выходящего из патрубка 28. В каждом модуле помещен грану'лированный катализатор 15. 45 На фиг. 7 показан упрощенный модуль 19, образующий кассету реактора низкого давления без воздушного пространства для охлаждения внутренней части корпуса 1 реактора. В этом сп случае отдельные модули 19 отличаются от модулей, изображенных на фиг.6 и 9, отсутствием внешней стенки 13, Модули 19 не имеют верхних колец 20 г которые заменены кольцами подложки „ 30, закрепленными на внутренней " стенке корпуса X, которая снабжена крышками 2 И 27, расположенными в верхнем конце каждого модуля для облегчения доступа при эксплуатации, загрузке и разгрузке катализато-60 ра. На фиг. 8 показан модуль в случае косвенного теплообмена (с помощью теплообменника, а н е с помощью ох' лажденного газа) между питающим и 65 горячим газами после каталитического слоя. В этом случае модуль 19 включает также сплошную внутреннюю стенку 31 для направления горячего газа из каталитического слоя 15 между трубками теплообменника 32, через который проходит питающий газ. Модуль 19 снабжен связывающей трубкой 33, которая введена в расши-' рение 24. Внутри указанной трубки через газовый распределитель 16 вводится свежий питающий- газ, так что можно легче контролировать температуру. Можно получить различные типы реакторов с модулями, согласно требованиям установок синтеза, например реакторы для аммиака и метанола, работающие при различных уровнях давления (высокое, среднее и низкое давления). Считается технически очень сложным получить кассету в несколько модулей в связи с проблемами изоляции между модулями, которая могла бы пропускать газ с приемлемой эффективностью реактора. Благодаря уменьшению падения давления за счет определенной циркуляции газа можно практически преодолеть эти сложности, когда различные модули просто соединены с помощью кольцевых пазов. Модульная кассета имеет преимущество по отношению к проблемам (вызванным техническим распространением кассет), которые могут возникнуть при работе с одним образцом. Газовый поток может быть направлен от верхней части книзу, так что центральная труба її и фланцы 23 удаляются, а связывающие кольца становятся сплошным диском. Модуль.(фиг.8) может не иметь стенку 13, которая образует воздушное пространство, как в модуле, показанном на фиг. 7. Использование предлагаемого устройства обеспечивает уменьшение потребления энергии путем уменьшения падения давления в результате определенной циркуляции газа внутри реактора; уменьшение капиталовложений и стоимости эксплуатации (при необходимости ^отдельные модули кассеты могут быть легко заменены), а также легкость сборки модульной кассеты, загрузки и выгрузки катализатора. Более легкий вес индивидуальных модулей по сравнению с весом целой стандартной кассеты не требует применения специальных подъемных устройств на установках и уменьшает стоимость перевозки. Конструирование мрнолитных кассет реакторов обусловливает увеличение расхода металла для сборки. Они менее дорогостоящие и легче. ; s : зо 10Ь8487 Для конструирования отдельных модулей требуется меньше усилий, чем для кассеты в виде одного об раэца. * Недостатком стандартных реакторов является то, что благодаря усадке каталитического слоя образуется полость между дном экрана и верхней частью каталитического слоя, что вызывает значительный обвод газа. Зона с преимущественным осевым пото 8 ком (определенная нелерфорированной* стенкой 18 барабана) действует так жег как изолирующая пробка, что позволяет удалить не только стандартный экран, а также преодолеть неэффективность верхнего слоя катализатора, который в стандартных реакторах теряет свою эффективность за счет усадки и не принимает участия в конверсии, что увеличивает стоимость за счет отходов. JLJ І Ч фигЛ Фиг. 5 фиг.З 30 11 фиг.В фиг. 7 10Ь8487 Фиг. З Фи*.W Редактор А. Мотыль Составитель Н, Кацовская Техред Л.Пилипенко Корректор Г• Решетник Заказ 9bO9/59 Тираж Ь37 ' Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5 Филиап ППП ''Патент'', г. Ужгород, ул. Проектная, 4