Способ проведения гетерогенных каталитических реакций

 

Изобретение относится к способам проведения гетерогенных каталитических реакций в цилиндрическом аппарате высокого давления путем предварительного распределения посредством распределителей и последующего пропускания газа через слои катализатора , размещенного в патроне между проницаемыми для газа стенками в радиальном или аксиально-радиальном потоке, падений давления регулируют на внешних стенках входного и выходного распределителей, живое сечение которых выбирают в зависимости от величины падения давления в слое катализатора. 2 з,п« ф-лы, 3 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУ БЛИН (39) (I I) (51.)5 В 01 J 8/02

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

flO ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

1 (21) 4202223/26 (22). 12.03.87 (31.) -1025/86 (32). 13.03.86 (З3) СН

{46) 15.06.92. Бюл, М 22 (71) Аммониа Казале С.А. СН, Унберто

Зарди .(ХТ) (72) Умберто Зарди: (ХТ) (53),66.097(088.8}. (56) Патент Англии М 1352550> кл. В 01 3 8/02, 1974.

Патент Англии Р.1118750, кл. B 01 J 8/02, 1971.. (54) СПОСОБ ПРОВЕДЕНИЯ ГЕТЕРОГЕННЫХ

КАТАЛИТИЧЕСКИХ РЕАКЦИЙ

Изобретение относится к способам проведения гетерогенных каталитичвскиз реакций с распределением синтез" газа в слоях катализатора в цилиндрических аппаратах высокого давления с внутренним патроном с катализатором, в котором находятся по меньшей:мере два слоя,.в которых помещается ката лизатор, причем каждый слой представляет собой две цилиндрическме стенки, проницаемые для газа, коаксиальные-, :: друг другу и оси аппарата высокого давления, газ, проходящий через ката, литические.слои при направленно : внутрь или наружу радиальном e6tcee. или направленном внутрь или наружу аксиально-радиальном потоке, распределяется через газовые впускной и вы.пускной коллекторы.

2 (57) Изобретение отйосится к способам проведения гетерогенных . каталитических реакций 9 цилиндрическом. аппарате высокого давлЕния. путем предварительного распределения пос" редством распределйтелей и последующего пропускания газа через. слои катализатора, раэиещенного в патроне между проницаемыми для газа стенками в радиальном или аксйально-радиальном потоке, падение давления.:регули" руют на внещних стенках. входного и выходного распределителей, живое ce" чение которых выбйрает,в.зависимости от величины падения давления в слое катализатора. 2 з.п. ф лы, 3 ил.

Ф с

Фю

Известны реакторы, которые состоят из цилиндрического аппарата высокого давления с внутренним патроном с"катализатором, помещенным по меньвей мере в два слоя, причем каждый слой представляет две цилимдрические стен- .в, ки, проницаемые для газа и коаксиаль- О ные одна другой и оси аппарата высо" кого давления. Газ .проходит через

- упомянутые каталитичеекие слои при направленном внутрь .или наружу радиальном потоке или;: направленном внутрь или наружу аксиально-радиальном потоке .и:,распределяется через газовые впускной и выпускной коллекторы. Каждый коллектор может быть представлен центральным трубопроводом, коаксильным апйарату.аысокого давления, стенка которого является

3 . rye проницаемой . для гаэа на внутренней стенке. каталитического слоя, либо воздушным пространством между. цилиндрической стенкой, проницаемой для га- . за, и неперфорированной сплошной стенкой (выпускной коллектор. газа), либо двойной стенкой, проницаемой для газа, одна часть .которой с боль. шей площадью поверхности контактирует со слоем катализатора -непосредственНо или через проволочно-сетчатую:год" ,ложку .катализатора, а другая имеет поперечное:сечение для газа, которое находится значительно- ниже, чеи. riepвое поперечйое сечение, и обеспечи- .вает. концентрированный перепад давления, по меньшей-: мере равный пере" паду .давления слоя катализатора,". что способствует. равномерному расйределению газа по всей осевой длине слоя.

9 наиболее широко используеиых реактарах используют распределители со, слоем катализатора,: впускной кол.лектор которйх представлен, двойной стенкрй,.;проницаемой для;.газа, с внутренней; частью, которая .ближе к слой:катализатора, и внешней частью

: . с иеиьайи поперечным -сечением :для прохождения .. газа,, B::. êîòîðîé, Mìeåò . место значительный перепад::.давления (более::высокий.,,чем перепад давления слоя. катадизатора); следовательно; специальные устройства должны. применя гься для того, чтобй йридавать:газу, идущему с .высокой скоростью- от- внешней стенки распределителя (высокаяскорость является последствием уиень-. . венного поперечного сечения: атакой внешней стенки), направление парал» лельно "стенкам распределителя. Во. избежание прямого .столкновения с. проницаемой внутренней стенкой, что могло бы. служить причиной неравномер" ного распределения газа, в этом слое и повреждения катализатора.

В упоиянутых выше реакторах выпускной коллектор не обеспечивает какого-либо концентрированного перепада- давления., равномерное .распределение газа в ..слое катализатора достигается за счет: перепада давления во внешней стенке впускного коллектора.

При упомянутой выше конструкции коллектора требуется очень- эффектив. ное уплотнение верхнего приемника слоя, которое должно обладать высокой механической прочностью для поддеожания большого перепада давления, 1600 во избежание: состояния, когда часть. газа обходит слой катализатора..

Цель изобретения - повышение эффективности процесса путеи более равномерного распределения газа.

Согласно предлагаемому способу падение давления регулируют на внешних стенках входного и выходного. распределителей (одного впускного распределителя газа в слоях катализатора к одйого распределителя для выпуска газа, каждый из которых. образован двуия цилиндрическими стенками, коаксиальными. друг:другу и . оси цилиндрического аппарата высоко. го давления, причеи обе стенки каж-дого распределителя являются прони-. цаемыми: для- газа), при этои живое .сечение распределителей выбирают в

: зависимости.,от величины падения. давления в слое катализатора. Предпочтительно живое сечение внешних стенок распределителей выбирают в зависй мости.от падения давления на входной распределителе в пределах, превышаю-. щих падение;давления в каталитическом,слое:в 1- 3раза, ана вы хорномне. менее.чем.в:2 -. 4 раза.

По другому, варианту живое сечение внешних стенок:.выбирают в зависимос" .ти от падения давления на внешней стенке выходного:распределителя, равйого по меньшей мере падению:дав- . ления на. внешней стенке:.входного

33,распределителя, которое.ограничивают в пределах до 0,9 падения давления в каталитическом. слое..

Способ иожет. примейяться в реакторах с потоком газа в: радиальном или

46 аксиальйо-радйальнои. направленйях в каталитических слоях. и осуществляется с помощью комдлекта расйределителей,.один из .которых впускает . гаэ в. слои катализаторе, а другой

4% выпускает. газ, причем каждый распределитель составлен из двух цилиндрических:стенок, коаксиальных друг дру-. гу и оси цилиндрического аппарата высокого давленйя, в.обе стейки яв® ляются проницаеиыми для газа.

Для осуществления способа по первому варианту живое сечение внешнйх стенок распределителей выбирают так, что во впускном гаэораспределителе М

55 внешняя стенка менее пронйцаема для ,газа, чем внутренняя, ближайшая к катализатору, стенку, чтобы лимитировать падение давления в один

41600 6

t0

Э5

5 17 трй раза выше падения давления в самом слое катализатора, а в выпускном газораспределителе пронйцаемость . внешней стенки обеспечивает падение давления.в 2 - 4 выше падения давления в слое катализатора;

По второму варианту, живое сечение внешних стенок распределителей выби" рают соответственно. так,.что падение давления на внешней стенке выходного распределителя по меньшей мере равно падению давления на внешней стенке входного распределителя,: которое ограничивают в пределах от

0,9 падения давления в каталитическои слое.

На фиг. 1 .представлено. сечение комплекта из двух каталитических слоев. с распределителями, обеспечивающими радиальное направление /к центру/ потоков газа; на фиг.2 - то же, с аксиально-радиальным направлением потоков газа; на фиг.3 - то:же,,с противоположным направлением пото-. ков.

На фиг.1 схематически изображен коиплект из двух последовательно расположенных (один над другим) коль.цеобразных слоев 1 и 2 с радиальным (к центру) потоком 3 газа в слое, каждый йз которых заключен в сплошной (неперфорированной) цилиндрической стенке 4 и образован из двух: комплектов распределителей., один .из которых - .внешний - состоит из двух коаксиальных проницаеиых для газа цилиндрических стенок - внешней . и внутренней 6 (ближайшей к катализа- тору), йричем внутренняя стенка 6 является более проницаемой для газа, чем .внешняя стенка 5, а другойвнутренний (выходной) распределитель состоит из двух коаксиальных проницаемых для газа цилиндрических сте". нок - внешней 7 и.внутренней 8, причем внутренняя (ближайшая к катали" затору) стенка 8 является более fTp0» ннцаемой для газа, чем внешняя стенка 7; закрытой донной части 9, раз".. . мещенной в ограниченном пространст- . . ве между стенкой 7 и неперфорирован» ной стенкой 4, и верхней части (крыш" ки) 10, размещенной в ограниченном пространстве между стенкой 8 и непвр." форированной цилиндрической стенкой .

11, являющейся частью средства для выйуска газа.

Ори этои стенки 5 - 8 распреде лителей обычно имеют непроницаемую ю для газа верхнюю часть 12. Из фиг.1 видно, что большее количество газа проходит через каталитические слои в радиальном (к центру) потоке в соответствии с большой площадью живого сечения распределителей, а остальное {малое). количество газа проходит через каталитические слои в аксиальном потоке в закрытой зоне, образованной верхней частью 12, ко". торые выполнены.нейроницаеиыми для газа.

На фиг.2 показана система с аксиально-радиальным (к центру) потоком газа через катализатор, при этом донная часть расположена в зоне, ограниченной стенками 5 и 11, а крышка

10 ограничена стенками. 4- и 7.

На фиг.3 показана система,. аналогичная изображенной на -фиг. 1, но с противоположныи (от центра) радиальным направлением потока газа .3. В этом варианте функция распределителей меняется: стенки 7 и 8 становятся впускными, а стенки 5 и б - выпускными.

При соответствующем изиенении напРавления подачи газа аналогично иожет быть изменено направление радиальных потоков и в системе по фиг.2.

Пример 1. В реакторе синтеза аммиака с двумя слояии катализатора (аналогично фиг.1) и направленныи внутрь радиальным потоком газа реализуют следующие Рабочие условия.: ката." лизатор - гранулы неправильной формы, размером 1,5 - 3 мм; гидравлическое сопротивление (падение давления) газа в слое катализатора 0,015 кгс/см2; падение давления на стенке 5 входного распределителя 0,02 кгс/смз (падение давления на стенке 6 входного распределителя является незначительным и не учитывается); падение давления на стенке 7 выходного распределителя

0,05 кгс/см (падение давления на стенке 8 является незначительным) .

Избыточное давление на крышку 10 в зоне слоя катализатора пренебрежимо мало (не требуется никакого уплотнения). Соотношение перепада давления на стенках распределителей и в слое катализатора 1,3 1 : -3,3

Пример 2. 8 реакторе синтеза аммиака, аналогичном изображенному на фиг.2, с тремя слоями. катализатора в основнои при радиальном (к центру) потоке газа . и частично акаксиальн6м .потоке газа осуществляют

7 1741 следующие рабочие:условия: катализатор - гранулы . беспорядочной Формы, размер 1,5 - 3 мм; перепад давления. газа в слое катализатора 0,015 кг/

/см ; перепад давления. на:стенке впускного распределителя-0,015 кг/

/иФ (перепад давления на стенке 6 впускного: распределителя пренебрежимо мал):; перепад давления на стенке

7 выпускного распределителя 0,06 кг/

/смэ (перепад давления на стенке 8 пренебрежимо мал), соотношение пере.падов давления 1 :,.1 : 4.

П -р и м .e p 3. В реакторе синтеза амииака. по Фиг,3 используют катали" .затор в виде гранул размером;1,5 "

3 мм, при этом перепад давления на стенке: 7 входного распределителя

0,005 кг/см, на .стенке 5 выходного расщ еделителя 0,01 кг/см2, а перепад давления в слое:катализатора при этом. 0,015 кг/см . . Здесь выполняется условие,: что перю ад давления:-на, вхадном распре делителе иеньше перепада. давления на выходном распределителе и.меньше

0,9 падения давления в слое катали.. затора.

Л. р и м е р 4. По:примеру 3:, перепад давлений-на стенке 7 входного-. распределителя 0,075 кг/см .и примерно равен .перепаду давления на стенке 5 выходного распределителя. .Падение давления в слое катализатора

0,015 кг/см .

Ф о р м у л а и з î .b р е т: е н и я ь

1. Способ проведения гетерогенных каталитических реакций в цилиндричесI

600 ком аппарате высокого давления путем предварительного распределения посредством входных и -выходных распре; .делителей, каждый из которых образован двумя коаксиальными цилиндричес.кими стенками, и последующего пропускания газа через по крайней мере два слоя катализатора, размещенные в атроне между двумя.коаксиально установленными. проницаемыми для газа стен» кани, в.радиальном или ахсиально" радиальном патоке; о т л- и ч а. юшийся тем, что, с целью повышения

И ФФективности .Процесса утем более равномерного распределения газа, падение давления регулируют на внешних стенках входного. и выходного распре-делителей, живое сечение которых .. у выбирают -в зависимости от величины падения: давления в слое катализатора.

2. Способ по. и 1, о т л-и ч а юшийся тем, .что живое сечение внешних стенок распределителей: выби25 рают в. завйсимости ot падения давления на входном расйределйтеле в . пределах, превышающих падение давления в каталитическом слое .в 1 - 3. раза,,а:на-.входном - не менее чем

2 - 4 р аэа.

3. Способ. по п.1, о т л и ч а юшийся тем, что живое .сечение внешних стенок распределителей.выбирают в зависимости от падения давле" ния на внешней стенке выходного распределителя, равного по меньшей мере падению давления на внешней стенке входного распределителя, которое ограничивают в пределах до

0,9 падения давления в каталитическом слое.

1741600

И

1 7141600 с

Составитель H.Êàöîsñêàí

Техред М.Моргентал Корректор Э.Лончакова

Редактор Л,Вишневская

Заказ 209ч . Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ. СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г.ужгород, ул. Гагарина,101