Каталитический реактор

 

1. КАТАЛИТИЧЕСКИЙ РЕАКТОР окисления аммиака, включающий верти кальный корпус с боковым патрубком для ввода газовой смеси, распредели тельный диффузор, установленный соо но в корпусе с образованием кольцевого канала в виде трубы Вентури и вьтолненный в виде кольцевой камеры с внутренней перфорированной стенкой, и расположенный под диффузором катализатор , при этом кольцевая камера имеет отверстия в. наружной стенке, посредством которых она сообщается с кольцевым каналом, о. тличающ и и с я тем, что, с целью интенсификации процесса за счет повышения равномерности распределения газовой смеси перед катализатором, кольцевая камера снабжена установленным снаруяри напротив отверстий кольцевым соплом, верхний торец которого сообщен с кольцевым каналом. 2. Реактор поп.1, отличаю щ и и с я тем, что кольцевое сопло размещено в верхней части диффузора.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК (19) (и) 4 (51) В 01 Л 8/04

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

1 ; a tt )+НАМ """ 13

ВайднбтВКА

ГОСУДАРСТ8ЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЬПЗФ (21) 3680735/23-26 (22) 27 ° 12.82 (46) 15.01.85 ° Бюл. И - 2 (72) А.П.Кулак, Ю.И.Карцовник, Л.Ф.Хижниченко и А.И.Ковжижин (53) 66.023(088.8) (56) 1. Патент ЧССР У 144224, кл. 12 g 1/01, 1971.

2. Авторское свидетельство СССР

Ф 946641, кл. В 01 3 8/04, 1980. (54) (57) 1 . КАТАЛИТИЧЕСКИЙ РЕАКТОР окисления аммиака, включающий вертикальный корпус с боковым патрубком для ввода газовой смеси, распределительный диффузор, установленный соосно в корпусе с образованием кольцевого канала в виде трубы Вентури и выполненный в виде кольцевой камеры с внутренней перфорированной стенкой, и расположенный под диффуэором катализатор, при этом кольцевая камера имеет отверстия в. наружной стенке, посредством которых она сообщается с кольцевым каналом, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью интенсификации процесса эа счет повышения равномерности распределения газовой смеси перед катализатором, кольцевая камера снабжена установленным снаружи напротив отверстий кольцевым соплом, верхний торец которого сообщен с кольцевым каналом.

2. Реактор по п.1, о т л и ч а ю — g

«О шийся тем, что кольцевое сопло размещено в верхней части диффузора.

1 .11342

Изобретение относится к аппаратурному оформлению каталитических процессов, предпочтительно окисления аммиака.

Производительность каталитических

5 реакторов онределяется степенью конвеРсии, которая в свою очередь зависит от равномерности распределения перед катализатором поля скоростей газовой смеси.

Для распределения потока используют диффузоры различных конструкций, -Однако при прохождении газовой смеси через диффузор в результате резкого увеличения поперечного сечения часть потока, движущаяся вдоль его внутренних стенок, открываЕтсй от них, об разуя вихри, которые уносятся потоком, вызывая неравномерность поля скоростей, что негативно отражается на гидравлическом сопротивлении диффузора и аппарата в целом.

Для снижения этого влияния в диффузоре обычно устанавливают различные газораспределительные элементы в ви25 де направляющих лопаток, решеток, сеток, слоев гранулированного материала и т п.

Известен каталитический реактор для окисления аммйака, включающий корпус с катализатором, установленныйЗ0 над ним диффузор с входным патрубком, а также направляющие элементы и решетки, установленные у узкого основания диффузора (1). .В этом реакторе sa счет установ- З5 ки направляющих элементов и решеток вихреобразование вдоль внутренних . стенок диффуэора сведено к минимуму, что приводит к удовлетворительному распределению потока перед катализа- 40 . тором.

Однако установка газораспределиА тельных элементов и решеток в диффузоре отрицательно сказывается на величине гидравлического сопротивления 45 реактора, а следовательно, и на его производительности

Наиболее близким к предлагаемому ио технической сущности и достигаемому результату является каталитической 50 реактор для окисления аммиака, вклю-, чающий корпус с боковым патрубком для ввода газовой смеси, распределительный диффузор, установленный со,осно в корпусе, выполненный в виде 55 .кольцевой камеры. с внутренней перфорированной стенкой и кольцевым каналом у основания наружной стенки для

31 2 выхода из кольцевой камеры отсосаной через перфорированную стенку части газовой смеси, а также катализатор, расположенный в корпусе под распределительным диффузором. При этом í районе кольцевого канала кольцевой зазор между корпусом и наружной стенкой диффузора выполнен в виде трубы Вен,тури (2).

В этом реакторе по сравнению с предыдущим улучшение распределения .потока, поступающего на катализатор, достигнуто не в результате применения газораспределительных элементов, а за .счет отсоса образующихся вихрей через внутреннюю перфорированную стенку диффузора в кольцевую камеру, где происходит их гашение. Отсосанная часть (2-5X) возвращается посредством инжектирования через кольцевой канал перпендикулярно основному потоку в горловину трубы Вентури, обеспечивая рециркуляцию указанной части потока.

Это позволяет получить достаточно приемлемую равномерность распределенйА потока перед катализатором, а также уменьшить гидравлическое сопротивление диффузора на 30-402 по сравнению с аналогом.

Недостатком реактора является ограничение его производительности ввиду того, что отсасываемой части потока (2-5X) недостаточно для полного отсоса вихрей в диффузоре и, следовательно, полного выравнивания поля скоростей перед катализатором.

Цель изобретения — интенсификация процесса за счет повышения равномер- ности распределения газовой смеси перед катализатором.

Поставленная цель достигается тем, что в каталитическом реакторе, включающем корпус с боковым патрубком для ввода газовой смеси, распределительный диффузор, установленный соосно в корпусе с образованием кольцевого канала в виде трубы Вентури и выполненный в виде кольцевой камеры с внутренней перфорированной стенкой и отверстиями в наружной стенке, сообщающимися с кольцевым каналом, катализатор, расположенный в корпусе под распределительным диффузором, кольцевая камера. снабжена установленным снаружи на уровне отверстий соплом, верхний торец которого сообщен с кольцевым каналом.

j .11342

Кроме того, кольцевое сопло размещено в верхней части диффузора.

Использование сопла, ориентированного в сторону узкого .основания диффуэора, т.е. по движению основного (активного) потока, увеличивает от5 сасываемую часть газовой смеси,:поступившей в кольцевую камеру диффуэора через его внутреннюю перфорированную стенку.

При размещении кольцевого сопла в районе .узкого основания диффузора происходит усиление отсасывающего эффекта именно во входной (узкой) части диффузора, что приводит к повы" шению равномерности потока перед катализатором, а значит к дополнительному росту производительности реактора.

Кроме, того, для упрощения изготов1

20 ления трубы Вентури ее горловина образована наружной частью сопла и корпусом. t

Для снижения пульсации потока, поступающего из сопла, т,е. для стабилизации отсоса, площадь кольцевого сопла не должна превышать ЗОХ площади горловины трубы Вентури (фиг.3).

На фиг.1 изображен предлагаемый реактор, общий вид; на фиг.2 и 3— графики распределения поля скоростей. З0

Каталитический реактор содержит корпус 1 с боковым патрубком 2 для ввода газовой смеси и подачи ее на катализатор 3 через установленный соосно с корпусом диффузор 4, выполнен-35 ный в виде кольцевой камеры с внутренней перфорированной стенкой 5 и наружной 6. При этом наружная стенка

6 имеет канал в виде кольцевого сопла 7, ориентированного в сторону уз- «» кого основания диффузора и выходящего в кольцевую трубу Вентури 8, горловина которой образована корпусом 1 и наружной стенкой сопла 7.

Реактор работает следующим образом.

Газовую смесь через боковой патрубок 2 подают в кольцевой зазор между корпусом 1 реактора и наружной стенкой 6 диффузора. Далее поток через 50 узкое основание попадает внутрь диффуэора! 4, расширяется при движении вдоль его внутренней. стенки 5 и поступает на катализатор 3, где происходит процесс каталитического окисле-5$ ния, а образовавшиеся нитрозные газы выводятся из нижней части реактора.

При движении газовой смеси через кольцевой зазор происходит ускорение потока и падение давления в трубе

Вентури 8 с образованием перепада давлений между диффузором и горловиной трубы Вентури 8. Под действием этого перепада происходит отсос некоторой части смеси (пропорциональный перепаду) через боковую поверхность перфорированной стенки 5 и кольцевое сопла 7 в горловину трубы Вентури и далее отсосанная часть после смешения с основным потоком поступает на вход в диффузор.

Для проведения. испытаний были изготовлены две отличающиеся конструкцией диффузора модели верхней части каталитического реактора со следующими размерами: высота 320 мм, диаметр корпуса 220 мм, диаметры узкого и широкого оснований диффузора соответственно 90 мм и 160 мм, высота диффузора 140 мм,,расстояние от широкого основания диффузора до катализатора 50 мм. Диффузоры отличались исполнением кольцевого канала. В од ном случае он бып выполнен, как в прототипе, в другом — как в предлоI женном решении, причем сопло располагали в районе широкого и узкого. основания диффуэора. Перфорация внутренней стенки во всех случаях была

9 2 мм, шаг 6 мм.

Испытания проводились на воздухе, при этом расход на модели менялся в пределах О, 15-0,26 м /с. Поле скоростей замерялось трубкой Пито перед катализатором. Величина отсасываемой части патока ц. вычислялась как разница между расходами, подсчитанными по распределению поля скоростей во входном (узком) основании диффузора и расходом перед катализатором. Контроль расхода проводился при помощи

Диафрагмы, установленной во входном патрубке реактора.

На модели по прототипу получена величина отсоса p,=3,6Х. Как видно ,из фиг.2 (кривая 1), отклонение от средней скорости д достигает 55Х,что снижает степень конверсии иа 1,8-, 2 ° 2X по сравнению с максимально возможной (отклонение от средней по сечению скорости в сторону увеличения на 25Х уменьшает степень конверсии на 1Х) .

Там же (кривая 2) для сравнения изображено поле скоростей смеси перед катализаторрм, полученное на том же диффузоре беэ отсоса (pO), из

1134231

-ЛР ( И 7.

Заказ 9981/6

Подписное

ВНИИПИ

Тирам 541

Фи8. 3 которого очевидно положительное влияние отсоса, снижающее неравномерность поля скоростей.

В предложенном реакторе была достигнута величина отсоса + =7.,8-8,2%, При размещении кольцевого сопла у широкого основания диффузора неравномерность поля скоростей (кривая:1 на фиг.3) не превышала 30%, что .приводит ,к повышению степени конверсии, а значит и производительности на 1% по, сравнению с прототипом.

Размещение кольцевого. сопла у узкого основания диффузора (при неизменном,са8,2%) уменьшает неравномерность распределения поля скоростей перед катализатором до 25% (кривая 2 на фиг.3), что повышает степень конверсии на 1,2% по сравнению с прототипом.

Для исследования влияния плещади сечения кольцевого сопла на величину и стабильность отсоса испытывались сопла с отношением площадей сопла и

4илиал ШШ. "Юатеат", Й е Ум ОРОд р я3 ° ПдОФетн4и у 4 горловины трубы Вентури n=0,15; 0,25;

0,30, 0,35. Опыты показали, что величина отсоса соответственно равнялась

- а =7,7 8,2; 8,1, 7„8%. Для ) 0,30

5 наблюдались срывные явления в сопле, сопровождавшиеся пульсациями скорости и давления, которые передаются потоком в диффузор и увеличивают неравномерность поля скоростей (линия 3 на фиг.3).

Замерянные на моделях коэффициенты гидравлических потерь в диффуэорах равнялись соответственно „ =0,47.

0,37-0,41, т.е. получено снижейие гидравлических потерь в диффуэоре на 20-30%.

Таким образом, лучший вариант предлагаемой конструкции.каталитического реактора с отсосом в диффузоре части газовой смеси в количестве 8% позволяет повысить производительность, выражаемую степенью конверсии, на 1,0-1,2% по сравнению с реактором по прототипу.