Реактор для проведения каталитических процессов

 

Область использования: химическая промышленность, контактные аппараты для проведения каталитических процессов. Сущность изобретения: реактор состоит из корпуса, горизонтальных колосниковых решеток со слоями катализатора теплообменника . Корпус реактора разделен вертикальными глухими перегородками на радиальные секции в каждой из которых в одной плоскости установлены колосниковые решетки. В центральной части корпуса расположен общий для всех секций теплообменник . Соседние секции соединены между собой наружными газоходами. Каждый газоход снабжен байпасом и слоями гофрированных в плоских пластин с углом гофра относительно оси газохода 30-60° и размером каналов образованных плоской и гофрированной пластиной 5-8 мм. 2 з.п., 4 ил. fe

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (! 9) (I! ) (я)э В 01 J 8/04

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

2 з.п„

4 ил

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4857572/26 (22} 13.08.90 (46) 23.12.92. Бюл. М 47 (71) Кооператив "Научно-техническая фирма

"Реверс" при Межотраслевом научно-техническом комплексе "Катализатор" (72) M.Ã.Màêàðåíêî. О.tl.Êëåíîâ, 10.Ш,Матрос, В.Н.Степанов и С.Д.Цыганов (56) Авторское свидетельство СССР

М 1095980, кл В 01 J 8/04, 1984.

Патент Великобритании М 2127321, кл. В 01 J 8/04, 1984.

А.Э.Генкин " Оборудование химических заводов", М., 1965, с. 239. (54) РЕАКТОР ДЛЯ ПРОВЕДЕНИЯ КАТАЛИТИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ (57) Область использования: химическая промышленность, контактные аппараты для

Изобретение относится к химическому машиностроению, а именно к конструкциям контактных аппаратов для проведения каталитических процессов.

В химиче:кой технологии широко используются конструкции многослойных полочных реакторов, корпус которых разделен горизонтальными перегородками на отдельные секции с последовательно соединенными -слся ми катализатора и размещенными вне реактора промежуточными теплообменниками (l j, Недостатком этих конструкций является относительно большая высота реактора, что затрудняет обслуживани» реакторов, герегрузку катализатора и вь полнение ремонтных работ.

Известна конструкция многослойного реактора (2), в котором корпус по всей высо2 проведения каталитических процессов.

Сущность изобретения: реактор состоит из корпуса, горизонтальных колосниковых решеток со слоями катализатора теплообменника. Корпус реактора разделен вертикальными глухими перегородками на радиальные секции в каждой из которых в одной плоскости установлены колосниковые решетки. В центральной части корпуса расположен общий для всех секций теплообменник. Соседние секции соединены между собой наружными газоходами. Каждый гаэоход снабжен байпасом и слоями гофрированных в плоских пластий с углом гофра относительно оси газохода 30-60 и размером каналов образованных плоской и гофрированной. пластиной 5-8 мм. те разделен вертикальными перегородкамина секции с размещенными в них слоями катализатора. Внутри по крайней мере од- C© ной секции в слое катализатора размещены ЬЭ вертикально теплообменные трубки. Ход.ra- (Ь за в секциях — радиальный. Недостатками фв, такой конструкции является следующие.

Размещение теплообменных трубок непосредственно внутри слоя во-первых загрудняет быстродействующую температурную регулировку, которая осуществляется в многослойных реактора, как правило, байпасированием части реакционной смеси мимо теплообменной аппаратуры, во-вторых, создает предпосылки для возникновения температурных неоднородностей в слое, формируя относительно "холодные" уча тки в окрестностях трубок и "горячие" вдали от

1782641 них, что для реакций парциального окисления снижает селективность процесса.

Известна конструкция реактора для проведения каталитических процессов, содержащего вертикальный цилиндрический корпус, внутри которого размещены колосниковые решетки со слоями катализатора, штуцеры для подвода и отвода реакционной смеси, теплообменник, расположенный в

10 нижней части реактора 3, Этот аппарат по наибольшему числу сходных признаков принят за прототип. Прототип обладает следующими недостатками:

1. Высокие теплопотери слоя катализатора в окружающее пространство, обусловленные, большой поверхностью его контакта с корпусом реактора. Возникновение захоложенных пристенных участков слоя приводит к радиальным неодйородно20 стям температур, снижая тем самым эффективность проводимых в реакторе процессов.

2. Большая металлоемкость аппарата укаэанная цель достигается тем, что в реакторе, содержащем корпус, штуцера для подвода и отвода реакционной смеси,.горизонтально установлены колоснихдвые ре35 шетки со слоями катализатора на них и размещенный под колосниковыми решетками с зазором теплообменник, установлены вертикальные глухие перегородки, разделяющие его внутренний объем на отдельные радиальные секции. В каждой секции размещена горизонтальная колосниковая решетка co слоем катализатора. При этом колосниковые решетки всех секций распо- -" ложенй в одной горизонтальной плоскости.

В средней части реактора с зазором относи- 45 тельно колосниковых решеток расположен общий для всех секций теплообменник.:

Объем реактора под теплообменником разделен на радиальные секции точно также, как и объем над теплообменником.

Внутренние объемы радиальных секций над теплообменников и под теплообменником соединены между собой наружными газоходами таким образом: объем под

55 теплообменников одной секции соединен с объемом над теплообменником соседней секции.

Такая конструкция аппарата позволяет по сравнению с прототипом увеличить эффективность проведения каталитических raиз-за размещения секций са слоями катализатора по вертикали. 25

Целью изобретения является: 1) повышение эффективнбсти проводимых в реакторе процессов эа счет уменьшения теплопотерь м 2) снижение его металлоемкости. 30 эофазных процессов и снизить металлоемкость реактора. Эффективность работы аппарата повышается, если каждый газоход снабдить байпасом с управляемой задвижкой, связывающим надслоевой объем секции с газоходом. Для обеспечения пожаро-взрывобезопасности в конце гаэохода последовательно установлены слои пакетов иэ гофрированных и плоских пластин, с углом гофра относительно оси газохода 30-60 и поперечным размером каждого канала, образованного плоской и гофрированной пластинами 5 — 8 мм.

Сопоставительный анализ заявляемого технического решения с прототипом пока- . зал, что они имеют следующие общие признаки;.

1, Реактор предназначен для проведения химических процессов;

2. Реактор содержит корпус со штуцерами:

3. Реактор содержит колосниковые решетки со слоем катализатора на каждой из них;

4. В нижней части реактора расположен теплообменник.

И следующие отличительные:

1. Корпус реактора разделен вертикальными, установленными под теплообменником и на колосниковой решетке глухими перегородками на радиальные секции..2. Внутренний объем под теплообменником каждой секции соединен газоходом c внутренним объемом над теплообменником соседней с ней секции.

3. Каждый газоход снабжен байпасом с управляемой задвижкой, связывающим . подслоевой объем секции с газоходом, 4. В. каждом гаэоходе установлены слои пакетов из гофрированных и плоских пластин с углом гофра относительно оси газохода 30 — 60 и поперечным размером каждого "канала, образованного плоской и гофрированной пластинами, 5 — 8 мм.

Совокупность прйведенных сходных и отличительных признаков заявляемого тех-. ническогд решения не известйа из уровня техники, что позволяет сделать вывод о соответствии его критерию изобретения "новизна".

Сравнение заявляемого решения с другими техническими решениями показывает, что отличительные признаки 1, 2 известны из уровня техники; признаки 3, 4 являются новыми, что указывает на соответствие его критерию "существенные отличия".

На рис.1 схематично изображен реактор, на фиг.2 — вид реактора сверху; на фиг.3 . — смесительно — огнепреграждающее устройство; на фиг,4 — сечение по А-А фиг.3.

1782641

Реактор для проведения каталитиче- часть смеси после слоя катализатора постуских процессов содержит корпус 1, перего- пает в газоход 8 через байпас 9 и задвижку родки 2, разделяющие корпус на секции,, 10, минуя теплообменник 7. Затем смесь которые обозначены цифрами на фиг.2, шту- проходит через смесительно — огнепреграцера для входа 3 и выхода 4 газа, опорные 5 дительное устройство 11 и поступает в секрешетки 5 с размещенными на них слоями цию Ш, где процесс .повторяется, После катализатора 6, теплообменник 7, разме- секции Ш реакционная смесь удаляется иэ щенный с зазором под слоями каталиэато- реактора через выходной штуцер 4. ра, наружные гаэоходы 8, соединяющие Оптимальныеусловия для перемешивапоследовательносекции реактора, байпасы 10 ния потока в смесительное устройстве пол9 с управляемой задвижкой 10 (показаны учаются, как было проверено схематично). Каждый соединительный газо- экспериментально, при угле наклона гофра ход 8 снабжен также смесительно — огне- в пластинах 13 в диапазоне 30-60О. При преграждающими устройствами 11, величине угла наклона менее 30О, снижаетсхематично изображенными на фиг.3, и вы- 15 ся радиальное перемешивание в каждом пэполненными из собранных в пакеты 12 гоф- кете 12 и для достижения удовлетворированных 13 и плоских 14 пластин. рительного качества перемешивэния необНаправление угла наклона гофра соседних ходимо смесительйое устройство 11 набипластин в пакете показано на фиг.3 вид А рать из большего числа пакетов. При стрелками; 20 величине угла наклона гофра более 60, раРаботу реактора рассмотрим на приме- дйальное перемешиванйе увеличивается, ре процесса окисления метанола s фор- однако, резко возрастает и гидравлическое мальдегид на окисных катализаторах. сопротивление смесительного устройства, Спиртовоздушная смесь поступает в реак-. т.к. скорость потока в газоходах более 10 торе 1 через входной штуцер 3 с температу- 25 . м/с. Э кспериментэльные исследования порой 230 С. Пройдя слой катализатора 6 . казали, что предпочтительно угол наклона секции 1 (см.фиг.2) смесь разогревается до гофров следует выбирать в диапазоне 30температуры 320 С и поступает в теплооб- 60 при числе пакетов в устройстве 3-5 и менник 7, где охлаждается до температуры . толщине каждого пакета 75-100 мм. Попе200 — 220 С, Затем смесь поступает в газо- 30 речный размер каждого сквозного канала, ход 8, Экспериментальные исследования образованного гофром и плоской пластиной газораспределения потока, выполненные 14, определяется составом реакционной на специальном стенде, воспроизводящем . смеси, проходящей через гаэоход. Для пр секцию реактора, с помощью замеров по- цесса окисления метанола в формальдегид, лей скорости до и после слоя термоанемо- 35 где используется смесь состоящая иэ мета-. метром, показали, что. минимальные нола с концентрацией 0-7об.%, формальде-. неоднородности газораспределения в слое гида 0 — 8 аб., кислорода 0-10 об.%; реализуются при расположении штуцеров остальное — инертные Мэы, эксперименвхода и выхода газового патока в секции тальные исследования по прохождению максимально разнесенном в горизонталь- 40 фронта пламени через указанное устройстном плане по дуге обечайки секции, вблизи во показали. что последнее обладает пламявертикальных перегородок, Для.точной ре- носящими свойствами при. поперечном гулировки температуры входа на последую- " размере каждбго скаозного канала не более щий слой„равной 230 С, части горячей 8.0 мм. При большем размере каналов смеси после слоя подается через байпас 9 в 45 фоонт пламени свободно проходит, не эатугазоход8. Количество байпасируемого газа хая, через пакет 12. С другой стороны, регулируется в процессе рэботы.управляе- уменьшение размеров канала менее 5 мм мой задвижкой 10. Для перемешивания хо- при одной и той же толщине листового мелодной смеси из теплообменника и. горячей талла, из которого выполнены пластины 13 иэ байпаса в гаэоходе ниже по потоку от 50 и 14, снижает "живое сечение" пакета, что врезки байпаса установлено смесительное приводит к увеличению гидравлического соогнепреграждающее устройство 11. противления устройства, Таким образом.

Из газохода смесь поступает в секцию экспериментально были ойределены предП и подается с температурой 230ОС на вто- почтительные размеры каналов в диапазоне . рой слой катализатора, проходя который ра- 55. 5-8 мм. зогревается до температуры 320ОC. Разделение реакционного объема на

Основная часть смеси поступает далее в секции вертикальными перегородками и теплообменник 7, где охлаждается до тем- размещение слоев ката",изаторэ в одной гопературы 200-220 С и поступает в газоход ризонтальной плоскости позволяет умень8. Для точной регулировки температуры шить поверхность слоя катализа ора, 1782641 контактирующего с внешней обечайкой реактора в ФГ раз. где N — число слоев, по сравнению с конструкцией полочного реактора со слоями, размещенными на разной высоте. Это позволяет снизить теплопотери 5 от слоя катализатора и создать более однородное температурное. распределение в слоях катализатора, что в свою очередь увеличивает эффективность проводимых химических процессов. Металлоемкость 10 предполагаемого реактора на 30 мень-, ше, чем металлоемкость полочного реактора аналогичной производительности по газу.

Кроме того, размещение слоев в одной 15 плоскости позволяетобеспечить перегрузку катализатора, т.к; люки для загрузки слоя расположены на уровне 5-6 м от днища реактора, облегчить обслуживание управляющих задвижек, расположенных в одной 20 плоскости и обслуживаемых с одной и той же технологической площадки (для сравнения, в реакторе окисления. метанола в формальдегид мощностью 60 тыс.т, год на

Кемеровском НПО "Карболит" управляю- 25 щие задвижки расположены на отметках +

10 м, + 17 м и +24 м).

Формула изобретения

1. Реактор для проведения каталитических процессов, включающий вертикальный 30 корпус, внутри которого размещены колосниковые решетки со слоями катализатора, расположенный -в нижней части теплообменник, и штуцеры для подвода и отвода реакционной смеси, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности процесса за счет уменьшения теплопотерь и снижения металлоемкости, он снабжен радиальными глухими перегородками, размещенными под теплообменником и на колоснйковой решетке и образующими радиальные секции, при этом каждая секция под теплообменником соединена с надслоевым пространством соседней верхней секцией посредством наружного газохода, 2. Реактор по п,1, отличающийся тем, что каждый газоход снабжен байпасом с управляемой задвижкой, соединяющим подслоевой объем с газоходом.

3. Реактор по пп,1 и 2, о тл и ч а ю щий с я тем. что, с целью обеспечения пожаровзрывобезопасности, он снабжен последовательно установленными в газоходе слоями пакетов из плоских и гофрированных пластин, образующих между собой каналы шириной 5 — 8 мм . при этом угол наклона гофра к оси газохода составляет

30-60

1782641 фи2.3

Редактор З.Хорина

Корректор Н,Ревская.Заказ 4473 . Тираж .. Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и откры гиям при ГКНТ СССР

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

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

Составитель О.Кленов

Техред М.Моргентал

А (у е иуемо)