Устройство для распределения газа и удержания катализатора в каталитических слоях радиальных или аксиально-радиальных реакторов

 

Изобретение касается системы изготовления стенок минимального размера для оптимального распределения газа и поддержания катализатора в каталитических слоях радиальных и аксиально-радиальных реакторов. Устройство включает единый элемент с участками, проницаемыми для газа, обеспечивающими необходимое падение давления, и участками, действующими в качестве механической опоры для катализатора и непроницаемыми для газа, элемент, содержащий катализатор, проницаемый для газа и находящийся в прямом контакте с ним и с участками элемента, действующими как механическая опора. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к устройству для распределения газа и удержания катализатора в каталитических слоях радиально или аксиально-радиальных реакторов.

Важность обеспечения равномерного распределения газа по катализатору в вышеупомянутых реакторах для гетерогенного синтеза на фиксированных слоях: например, для синтеза аммиака, метанола или других соединений, хорошо известна.

Более того, стенки для распределения газа и удержания катализатора в каталитических слоях должны, кроме правильного распределения газа, обеспечивать еще и необходимое механическое удержание каталитических слоев /должно обеспечиваться равномерное распределение газа вдоль всей высоты каталитического слоя и минимальный газовый удар по катализатору для избежания образования каналов и повреждения катализатора/.

Термические и механические напряжения, возникающие в стенках, вследствие воздействия катализатора, а также в результате термического расширения, обуславливаемого высокими рабочими температурами, оказываются весьма значительными.

Таким образом, функция механической поддержки /помимо основной функции равномерного распределения газа/ сказывается весьма важной для правильного функционирования системы.

Оптимальный выбор размеров различных элементов, образующих стенку, несущую каталитический слой, которая одновременно должна обеспечивать оптимальное распределение газа, представляет таким образом критический аспект всей проблемы. Другим критическим аспектом является изготовление указанных стенок с минимальными размерами и радиальной толщиной для того, чтобы обеспечить максимальный возможный объем для каталитических слоев, т.е. максимальный объем самих каталитических слоев при минимальном объеме весьма дорогостоящих контейнеров, работающих при повышенном давлении.

С учетом сформулированных целей указанные стенки обычно выполняют из нескольких элементов, имеющих различные предназначения: a/ тонкий проницаемый для газа элемент /например перфорированная стенка/, единственная функция которого состоит в снижении давления, необходимом для обеспечения равномерного распределения газа вдоль всей высоты каталитического слоя, b/ элемент для удержания катализатора /например сетка/, не участвующий в механическом поддержании каталитического слоя и обеспечивающий малое падение давления, c/ утолщенный промежуточный элемент, расположенный между элементом а/ и элементов b/, функцией которого является механическое поддержание каталитического слоя и создание воздушного промежутка для лучшего распределения газа, такой элемент представляет собой стенку с мостиковыми перфорациями.

Вышеописанный воздушный зазор должен выполнять следующие функции: предотвращать прямой удар по катализатору газа, выходящего из элемента /a/ c высокой скоростью, что обеспечивает падение давления, выравнивать поток питающего газа на каталитический слой по всей высоте этого слоя.

Известное решение представляет собой систему, состоящую из трех элементов, которая доказала свою исключительную эффективность, обеспечивая одновременно оптимальное решение проблемы газораспределения, надежного механического удержания катализатора в каталитических слоях и максимального использования имеющегося объема контейнеров для каталитических патронов.

В отдельных случаях, однако, такая система оказывается не только излишне дорогой, но чрезмерно сложной и трудоемкой в изготовлении. Продолжая свои исследования, заявители с полной неожиданностью для себя смогли решить задачу создания системы, улучшающей операционные возможности трехэлементной стенки и одновременно лишенную ее недостатков.

Указанная и другие цели изобретения будут очевидны из следующего описания и реализуются с помощью системы по изобретению, описанной в описании и раскрытой в пункте 1 формулы изобретения, отличающейся тем, что она состоит из: a/ единственного элемента с частями, проницаемыми для газа, обеспечивающими необходимое падение давления, и частями, действующими как механический носитель катализатора, проницаемый для газа, b/ элемента, содержащего катализатор, проницаемого для газа и находящегося в прямом контакте с ним и с частью, действующей как механическая опора.

В наиболее простом и преимущественном воплощении единственный элемент образован смежными выпуклыми частями, непроницаемыми для газа и действующими как механическая опора, и перфорированными частями, проницаемыми для газа, которые обеспечивают необходимое падение давления, причем перфорации расположены между упомянутыми смежными выступающими частями, а элемент содержит катализатор, который непосредственно удерживается выступающими частями элемента. Желаемый результат таким образом достигается благодаря тому, что элемент, содержащий катализатор, оказывается поддерживаемым выступающими частями элемента, образуя воздушный зазор, соответствующий невыступающим частям, через который протекает газ, претерпевая при этом необходимое падение давления, что обеспечивается его прохождением через перфорацию.

Такое воздушное пространство предотвращает прямой удар по катализатору газа, выходящего с высокой скоростью из перфораций, и обеспечивает выравнивание питания газовым потоком каталитических слоев вдоль всей высоты катализатора.

Кроме указанных характеристик, предлагаемая система обеспечивает некоторые дополнительные преимущества, среди которых следует упомянуть тот факт, что поскольку стенка состоит только из двух элементов, удается обеспечить более полное использование имеющегося объема контейнера для катализаторных патронов /вследствие меньшего размера стенок/, при этом конструкция реактора синтеза оказывается существенно легче.

На фиг. 1 изображен схематический вид спереди в сечении части двухэлементной стенки по изобретению, на фиг. 2 схематическое изображение продольного сечения части двухэлементной стенки по изобретению, на фиг. 3 - поперечное сечение стенки по изобретению.

Устройство содержит стенку, состоящую из по крайней мере проницаемого для газа элемента 2, который обеспечивает падение давления, а также из сетки 3, удерживающей катализатор. Проницаемый для газа элемент 2 имеет выпуклые участки 4, непроницаемые для газа, и участки 5, лишенные выпуклостей, проницаемые для газа через перфорации 6.

Сетка 3 удерживается элементом 2, причем выпуклые области 4 расположены вдоль продольных осей у-у как показано на фиг. 2.

В такой конструкции устройства имеются соответственно участки 5, лишенные выпуклостей. Между участком или сеткой образованы воздушные зазоры 7, позволяющие газу, проходящему через перфорации 6, расширяться перед проникновением в катализатор.

Формула изобретения

1. Устройство для распределения газа и удержания катализатора в каталитических слоях радиальных или аксиально-радиальных реакторов, включающее опорный элемент и сетку, отличающееся тем, что опора выполнена в виде выпуклых участков, не проницаемых для газа, выполняющих роль механической опоры для сетки, и проницаемых для газа перфорированных участков, обеспечивающих необходимое падение давления, которые расположены между выпуклыми участками, удерживающими сетку.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что сетка, опирающаяся на выпуклые участки, образует зазор с перфорированными участками, через которые проходит газ.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3