РЕАКТОР ДЛЯ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ НЕПРЕРЫВНОЙ ОКИСЛИТЕЛЬНОЙ ДЕГИДРОГЕНИЗАЦИИ, А ТАКЖЕ СПОСОБ Российский патент 2012 года по МПК B01J8/00 

Изобретение относится к реактору для осуществления непрерывной окислительной дегидрогенизации применяемого газового потока насыщенных углеводородов, а также к способу для осуществления непрерывной окислительной дегидрогенизации в реакторе.

Окислительная дегидрогенизация в химической технологии применяется в промышленных масштабах для повышения ценности содержащих парафины потоков углеводородов до соответствующих олефинов. Так как реакция является эндотермической, тепло должно подводиться снаружи. Промышленной окислительной дегидрогенизацией является, к примеру, дегидрогенизация пропана или дегидрогенизация бутана.

Согласно способу для дегидрогенизации пропана в пропилен, известному как UOP-Oleflex-процесс, применяемый газовый поток, содержащий пропан, предварительно нагревается до повышенной температуры, зачастую от 700 до 750°C и подвергается дегидрогенизации в реакторе для дегидрогенизации с подвижным катализаторным слоем, который содержит платину на оксиде алюминия, причем получается произведенный газовый поток, содержащий преобладающим образом пропан, пропилен и водород. Согласно UOP-Oleflex-способу теплота реакции, необходимая для эндотермической реакции, подается через промежуточный нагреватель, причем часто предусмотрена система, состоящая из четырех промежуточных нагревателей с последующим работающим в адиабатическом режиме реактором. Недостатком при этом являются, в частности, повышенные инвестиционные затраты для промежуточных нагревателей, кроме того, при непрерывной опосредованной передаче тепла требуются повышенные энергозатраты, по сравнению с прямой теплопередачей, на нагрев применяемого газового потока до высоких температур с соответственно усиленно протекающими побочными реакциями.

Прямая теплопередача реализована в автотермическом BASF-способе, при котором для получения тепла, требуемого для эндотермической реакции, часть содержащего парафины применяемого газового потока и, кроме того, часть водорода, возникающего при окислительной дегидрогенизации, сжигается. Преимуществом является лучшее энергетическое использование и, кроме того, то, что при прямой теплопередаче требуются более низкие температуры с соответственно более низкой нагрузкой на применяемый газовый поток. Для автотермического BASF-способа, как правило, необходимы два реактора со стационарным слоем, которые попеременно работают в режиме окислительной дегидрогенизации или регенерации, с соответствующими инвестиционными затратами.

В связи с этим задачей изобретения являлась предоставить в распоряжение реактор и способ осуществления окислительной дегидрогенизации насыщенных углеводородов, который сочетает преимущества известных реакторов и способов, в частности преимущества катализаторного подвижного слоя в соответствии с UOP-Oleflex-способом и энергетические преимущества автотермического BASF-способа.

Соответственно был разработан реактор для осуществления непрерывной окислительной гидрогенизации применяемого газового потока насыщенных углеводородов после предварительного смешивания с газовым потоком, содержащим кислород, на катализаторном подвижном слое, который помещен в продольном направлении реактора между двумя концентрическими цилиндрическими фиксирующими устройствами при высвобождении центрального внутреннего пространства и промежуточного пространства между катализаторным подвижным слоем и внутренней оболочкой реактора, при получении реакционной газовой смеси, который отличается тем, что реактор имеет две или несколько секций реактора, которые разделены друг от друга на частичные области с помощью чередующихся, расположенных в центральной пространстве, имеющих форму диска перегородок для изменения направления движения и кольцевых перегородок для изменения направления движения, расположенных в промежуточном пространстве между катализаторным подвижным слоем (4) и внутренней оболочкой реактора, с соответственно перемешивающим устройством, расположенным перед катализаторным подвижным слоем в направлении потока реакционной газовой смеси, которое образовано следующими элементами:

- двумя или тремя расположенными друг за другом рядами труб с генераторами турбулентности на наружной стороне труб, которые сужают проходное сечение для применяемого газового потока на от ½ до 1/10 свободного проходного сечения, причем через внутренние пространства труб направляется содержащий кислород газовый поток и через отверстия труб подается через насадки в применяемый газовый поток, а также с

- установленным перед трубами перфорированного листом и установленным за

трубами перфорированным листом,

- и что реакционная газовая смесь в следующих друг за другом секциях реактора

попеременно направляется из центрального внутреннего пространства в

промежуточное пространство между катализаторным подвижным слоем и внутренней оболочкой реактора и наоборот.

Генераторы турбулентности, расположенные на внешней стороне труб, могут иметь устройство различной геометрии, причем существенно, что они повышают турбулентность текучих сред, обтекающих трубы. Предпочтительно речь может идти об элементах, которые известны для статичного смесителя или также в качестве насадочных элементов дистилляционных колонн или также, к примеру, о перекрещивающихся полосках из листовой стали. Предпочтительно трубы с генераторами турбулентности представляют собой ребристые трубы.

Было установлено, что с помощью применения специального смешивающего устройства, которое обеспечивает в значительной степени однородное перемешивание при очень коротком времени задержки, ниже 150 мс или даже ниже 50 мс, возможен непрерывный подвод содержащего кислород газа в соответствующих течению реакции количествах на катализаторный подвижный слой.

В смешивающем устройстве осуществляется предварительное смешивание применяемого газового потока насыщенных углеводородов и содержащего кислород газового потока. Под предварительным смешиванием понимается в данном случае смешивание перед поступлением в катализаторный подвижный слой.

С помощью применения известных в качестве теплообменников стандартных ребристых труб благодаря их незначительной модификации за счет того, что предусматриваются отверстия в витках ребер между ребрами, используются промежуточные пространства витков ребер между ребрами, как почти идеальные смесительные камеры с высокой турбулентностью, тем временем применяемый газовый поток подается с помощью насадок в основном поперек к ребристым трубам и содержащий кислород газовый поток по внутренним пространствам ребристых труб подается через отверстия в витках ребер в применяемый газовый поток.

Объемные потоки применяемого газового потока и газового потока, содержащего кислород, как правило, сильно разнятся, что соответственно усложняет задачу смешивания: количественный поток содержащего кислород газа может, в частности, составлять между 5 и 30% количественного потока применяемого газа.

Катализатор расположен в вертикально прямо стоящем, как правило, цилиндрическом реакторе между двумя концентричными цилиндрическими фиксирующими устройствами, которые в предпочтительной форме осуществления могут быть щелевыми грохотами с ребрами и которые заполняются сверху, в частности, через запасную емкость и опустошаются в нижней области через соответствующие устройства. Отформованные в виде крупинок частицы катализатора скользят в реакторе между цилиндрическими фиксирующими устройствами по всей высоте реактора сверху вниз в сквозных, узких щелях. Максимальные линейные размеры щели предпочтительно меньше или равны половине самого маленького наружного диаметра отформованной крупинки катализатора и составляют предпочтительно от 0,75 до 2,00 мм, в частности предпочтительно примерно 1, 2 мм.

Между отдельными секциями реактора в катализаторном подвижном слое находятся короткие уплотнительные участки, длина которых, в частности, примерно соответствует толщине слоя, чтобы в значительной степени препятствовать перепуску реакционной газовой смеси.

Предпочтительный катализатор, который селективно катализирует сгорание водорода, содержит оксиды и/или фосфаты, выбранных из группы, состоящей из оксидов и/или фосфатов германия, олова, свинца, мышьяка, сурьмы или висмута. Другой предпочтительный катализатор, который катализирует сгорание водорода, содержит благородные металлы VIII и/или I подгруппы.

Примененные катализаторы для дегидрогенизации имеют в общем подложку и активную массу. При этом подложка, как правило, состоит из термостойкого оксида или смеси оксидов. Предпочтительно катализаторы для гидрогенизации в качестве подложки содержат оксид металла, который выбирается из группы, содержащей оксид циркония, оксид цинка, оксид алюминия, оксид кремния, оксид титана, оксид магния, оксид лантана, оксид церия и их смеси. В случае смесей речь может идти о физических смесях или также химических смешанных фазах, как смешанные оксиды магния или оксиды цинк-алюминия. Предпочтительными являются подложки из оксида циркония и/или оксида кремния, особенно предпочтительны смеси из оксида циркония и оксида кремния.

Активная масса катализаторов для дегидрогенизации содержит в общем один или несколько элементов VIII-й подгруппы, предпочтительно платину и/или палладий, особенно предпочтительна платина. Кроме того, катализаторы для дегидрогенизации имеют один или несколько элементов I-й и/или II-й главной группы, предпочтительно калий и/или цезий. Далее катализаторы для гидрогенизации могут содержать один или несколько элементов III-й подгруппы, включая лантаниды и актиниды, предпочтительно лантан и/или церий. Наконец катализаторы для дегидрогенизации могут иметь один или несколько элементов III-й и/или IV-й главной группы, предпочтительно один или несколько элементов из группы, представленной бором, галлием, кремнием, германием, оловом и свинцом, особенно предпочтительно олово.

В предпочтительной форме осуществления катализатор для гидрогенизации содержит, по меньшей мере, элемент VIII-подгруппы, по меньшей мере, элемент I-й и/или II-й главной группы, по меньшей мере, элемент III-й и/или IV-й главной группы и, по меньшей мере, элемент III-й подгруппы, включая лантаниды и актиниды.

К примеру, согласно изобретению могут применяться все катализаторы для гидрогенизации, которые раскрыты в международной заявке WO 99/46039, патенте США 4.788,371, английской заявке на патент ЕР-А 705 136, международной заявке WO 99/29420, патенте США US 5,220,091, патенте США US 5,877,369, английском патенте ЕР 0 117 146, немецкой заявке на патент DE-A 199 37 106, немецкой заявке на патент DE-A 199 37 105 и немецкой заявке на патент DE-A 199 37 107. Особенно предпочтительными катализаторами для описанных выше вариантов автотермической дегидрогенизации пропана являются катализаторы согласно примеру 1, 2, 3 и 4 немецкой заявки на патент DE-A 199 37 107.

Предпочтительно применяются пневматически транспортируемые и стойкие к водяному пару катализаторы.

Автотермическая дегидрогенизация пропана предпочтительно осуществляется в присутствии водяного пара. Добавленный водяной пар служит в качестве теплоносителя и поддерживает газификацию органических отложений на катализаторах, благодаря чему осуществляется противодействие коксованию катализаторов и повышается срок службы катализаторов. При этом органические отложения превращаются в окись углерода, двуокись углерода и при необходимости воду.

Свежий и/или восстановленный катализатор подается сверху, в частности, через запасную емкость и выгружается на нижнем конце реактора, унося вредные продукты. Таким образом, катализатор движется сверху вниз через реактор. Выпускаемый катализатор, в частности, пневматически транспортируется в регенерационные башни и там восстанавливается известным образом с помощью содержащего кислород газа путем снятия напряжений, промывки, выжигания, рекристаллизации, прессования под низким давлением и присоединения и затем точно также пневматически подводится снова к головке реактора.

Реакционная газовая смесь набегает на подвижный катализаторный слой со стороны поверхности набегания и покидает катализаторный подвижный слой через поверхность оттока.

Согласно изобретению перед поверхностью набегания подвижного катализаторного слоя предусмотрено смешивающее устройство для подлежащих преобразованию продуктов, которое включает следующие элементы:

- два или три расположенных друг за другом ряда труб с генераторами турбулентности, предпочтительно ребристых труб, а также

- установленный перед ребристыми трубами и

- установленный за ребристыми трубами перфорированный лист.

Ребристые трубы известны из химической технологии и применяются, в частности, в качестве труб теплообменников. Ребристые трубы и их изготовление, к примеру, описаны в немецкой заявке на патент DE-A1 950246 или немецкой заявке на патент DE-A2 131085.

Ребристая труба образована из трубы, как правило, металлической трубы с цилиндрическим наружным диаметром, на котором, как правило, с помощью сварки вдоль продольной кромки прикреплены продольные полосы, ребра. Ребра часто крепятся в виде спирали или витков на внешнем диаметре трубы, но могут быть установлены и в продольном направлении. Они имеют нормальным образом гладкую непрерывную поверхность, но могут иметь также перфорации. Они могут быть сплошными, но также предпочтительно могут быть надрезаны с образованием сегментов на основании ребер. Сегменты при этом могут иметь различную геометрию, к примеру, в форме прямоугольников, трапеций и т.д. Надрезы между сегментами могут быть выполнены с изъятием материала или без него. Особенно предпочтительны могут быть сегменты, которые повернуты по отношению к основанию под углом или смещены, чтобы с помощью угла атаки повысить турбулентность в областях между ребрами и соответственно улучшить эффект смешивания.

Плотное расположение ребер по длине трубы является предпочтительным, в частности, может быть предусмотрено от 100 до 300 витков ребер на метр длины трубы.

Предпочтительно применяются трубы с наружным диаметром в диапазоне от 25 до 150 мм, в частности от 20 до 50 мм.

Высота ребер, отнесенная к наружному диаметру трубы, составляет предпочтительно от 1/10 до ½.

Толщина ребер может предпочтительно составлять от 0,3 до 1,5 мм.

В надрезанных ребрах предпочтительно сегменты должны быть образованы шириной от 3 до 12 мм, предпочтительно от 4 до 8 мм.

Трубы могут иметь любое поперечное сечение, к примеру, в форме круга овала или также иметь полигональное сечение, к примеру, треугольное.

Ребристые трубы расположены в рядах параллельно друг другу, причем ряд ребристых труб расположен вдоль радиуса круга.

В представленном реакторе с радиальном потоком, с радиальным направлением потока реакционной газовой смеси, катализаторный подвижный слой в форме полого цилиндра с толщиной стенки, соответствующей толщине слоя, расположен в соответствующих установочных устройствах, как описано выше. На стороне набегания потока на подвижный катализаторной слой, который попеременно набегает изнутри или снаружи, ребристые трубы расположены вдоль концентричного катализаторному подвижному слою кругового кольца.

Оказалось, что для предложенной согласно изобретению задачи смешивания годится два или три ряда ребристых труб.

В предпочтительной форме осуществления состав содержащего кислород газа в отдельных рядах труб с генераторами турбулентности может отличаться друг от друга. В частности, в первом ряду труб с генераторами турбулентности содержащий кислород газ может направляться с другим составом, по сравнению со вторым рядом труб с генераторами турбулентности.

При этом предпочтительно, если второй ряд ребристых труб по сравнению с первым расположен во впадинах первого ряда, для случая с тремя рядами ребристых труб, третий ряд ребристых труб расположен во впадинах второго ряда ребристых труб. Второй и при необходимости также третий ряд ребристых труб могут преимущественно пропускать теплоноситель. Также возможно второй и при необходимости третий ряд ребристых труб образовывать из массивного материала любого поперечного сечения.

Внутри одного ряда ребристых труб должны применяться ребристые трубы одинаковой геометрии, однако они могут варьировать внутри рядов ребристых труб.

Ребристые трубы имеют на наружном периметре их образующих труб в витках ребер между ребрами в каждом витке соответственно два диаметрально противоположных отверстия, в местах с наименьшим расстоянием до соответственно смежной ребристой трубы в ряду ребристых труб. Через эти отверстия подается газовый поток, содержащий кислород, в витки между ребрами в применяемый газовый поток. Таким образом в витках ребер создается огромное количество имеющих точную установку смесительных камер с высокой турбулентностью, в частности в виде сегментов надрезанных ребер, причем этот эффект может еще повышаться за счет перекрестной установки сегментов ребер. Благодаря этому достигается достаточное качество смешивания в создающихся микрообластях.

Во внутреннем пространстве ребристых труб предпочтительно может быть предусмотрена концентричная вставная труба на соответствующем расстоянии от наружного периметра предпочтительно с двумя диаметрально противоположно расположенными отверстиями для выхода потока, чтобы обеспечить предварительное распределение содержащего кислород газового потока по длине трубы и таким образом обеспечить выравнивание температуры потока.

Предпочтительно содержащий кислород газовый поток равномерно подается в ребристые трубы по кольцевому трубопроводу, в качестве основного распределителя, и особенно предпочтительно по двум кольцевым трубопроводам на каждом конце ребристой трубы.

Впереди рядов ребристых труб, точно также поперек к направлению набегания газового потока, содержащего кислород, и таким образом в основном в виде концентричного кругового кольца по отношению к рядам ребристых труб, установлен перфорированный лист.

Установленный перед ребристыми трубами (далее: установленный впереди) перфорированный лист имеет отверстия, общая площадь которых, предпочтительно отнесенная к площади поперечного сечения линии подачи содержащего кислород газового потока, меньше или равна 0,5, в частности меньше или равна 0,3.

Установленный впереди перфорированный лист отстоит предпочтительно от поверхности набегания первого ряда ребристых труб на расстоянии, которое кратно семи-двадцати-кратному диаметру отверстий в перфорированном листе.

Диаметр отверстий в установленном впереди перфорированном листе предпочтительно меньше, чем половина расстояния в свету ребер между двумя следующими друг за другом витками.

Смешивающее устройство имеет в направлении оттока из него второй, установленный сзади перфорированный лист с отверстиями, диаметр которых больше или равен диаметру перфорированного листа, установленного впереди.

Толщина обоих перфорированных листов, установленных впереди и сзади, отнесенная к диаметру отверстий в перфорированных листах, лежит предпочтительно в диапазоне между 0.75 и 2,0.

Установленный сзади перфорированный лист установлен предпочтительно на расстоянии от плоскости оттока последнего ряда ребристых труб от 0.75 до двукратного диаметра ребристых труб последнего ряда ребристых труб.

Установленный сзади перфорированный лист отстоит на расстоянии от входа в катализаторный подвижный слой на расстоянии между 5 и 20-кратном диаметру отверстий в том самом листе.

Материал для всех областей реактора, контактирующих с реакционной газовой смесью, в частности ребристых труб и перфорированных листов, как и оболочка реактора предпочтительно не упрочняющаяся сталь.

Смешивающее устройство расположено в основном поперек к направлению газового потока, содержащего кислород. Под этим подразумевается, что содержащий кислород газовый поток подводится перпендикулярно к основной поверхности смешивающего устройства, которая изогнута у реакторов с радиальным потоком. Под этим в основном следует понимать, однако, также отклонения от перпендикулярности между ±5° или ±10° или даже ±30°.

Смешивающее устройство с конструктивной шириной, т.е. при расстоянии между установленным впереди и установленным сзади перфорированными листами между 100 и 200 мм, может давать отличное, почти 100% качество смеси, при потере напора применяемого газового потока порядка 20 мбар и потере напора содержащего кислород потока, который из соображений безопасности должен находится под известным избыточным давлением, в диапазоне от примерно 50 до 100 мбар.

Экстремально высокое количество мест подачи через насадки применяемого газового потока в газовый поток, содержащий кислород, достигает порядка величины 10000 мест подачи на м².

Предметом изобретения является также способ осуществления непрерывной окислительной дегидрогенизации в описанном выше реакторе.

Применяемый газовый поток насыщенных углеводородов может, в частности, представлять собой газовый поток, содержащий пропан или бутан.

В применяемый газовый поток непрерывно через смешивающее устройство через насадки подается содержащий кислород газовый поток, в частности воздух или технически чистый кислород. При этом в конце первой секции реактора образуется реакционная газовая смесь, которая, в частности, наряду с не преобразованными насыщенными углеводородами, содержит соответствующие олефины и водород и которая поступает в следующую секцию реактора в качестве применяемого газового потока, где непрерывно через насадки подается другой содержащий кислород газовый поток. Такой порядок осуществления способа повторяется, пока смесь реакционного газа не покинет последнюю секцию реактора. Даже при этом после последней секции реактора происходит не полное преобразование насыщенных углеводородов, а, к примеру, в объеме примерно 30%.

В особой форме осуществления частичный поток реакционной газовой смеси смешивается со свежим, содержащим насыщенные углеводороды применяемым газовым потоком, и снова направляется в реактор, в первую секцию реактора. Остальной частичный поток реакционной газовой смеси отводится в качестве потока продукта.

В другой предпочтительной форме осуществления реакционная газовая смесь, выходящая из последней секции реактора, используется для тепловой интеграции, с помощью того, что она благодаря опосредованному теплообмену предварительно нагревает применяемый газовый поток, содержащий насыщенные углеводороды.

Реактор и способ отличаются, в частности, полностью непрерывным направлением потока реакционной газовой смеси, благодаря чему достигается однообразный, постоянный состав продукта.

Регенерация катализатора также осуществляется непрерывно, в небольшой, специально разработанной для этого аппаратуре и в основном проще по сравнению с регенерацией катализатора способом согласно уровню техники, с помощью регенерации катализатора, использованного в реакторе для окислительной дегидрогенизации, для чего требуются сложная последовательность этапов для регенерации, с изменением хода реакции, снятием напряжений, промывкой, выжиганием, инертизацией, повторным прессованием и изменением хода реакции, последовательно подвергая катализатор экстремально вредящим переменам температуры и давления.

Благодаря предложенному согласно изобретению способу действия в значительной степени достигается преимущество в части инвестиций порядка 40% и равномерный состав получаемого произведенного потока.

Изобретение ниже более подробно поясняется с помощью рисунка. Где, в частности, показывают:

Фигура 1 - вырез в виде кругового сегмента предложенного согласно изобретению реактора с направлением потока применяемого газового потока снаружи внутрь,

Фигура 2A - детальное изображение ребристой трубы, с изображением отдельного ребра и технические операции для их образования на фигуре 2B, а также изображение поперечного сечения ребристой трубы на фигуре 2C,

Фигура 3 - перспективное изображение ребристой трубы,

Фигура 4A - изображение продольного разреза предпочтительной формы осуществления ребристой трубы с изображением поперечного сечения на фигуре 4B,

Фигура 5 - продольный разрез одной формы осуществления предложенного согласно изобретению реактора,

Фигура 6 - продольный разрез другой формы осуществления предложенного согласно изобретению реактора, с рециркуляцией частичного произведенного газового потока и

Фигура 7 - продольный разрез другой формы осуществления предложенного согласно изобретению реактора с предварительным подогревом применяемого газового потока с помощью произведенного газового потока.

Одинаковые позиции на фигурах присвоены соответственно одинаковым или соответствующим деталям конструкции.

На фигуре 1 показан круговой сегмент поперечного сечения при первой форме осуществления предложенного согласно изобретению реактора 1 с подачей применяемого газового потока 2 к внешней оболочке реактора и отвода его через внутреннее пространство реактора. Применяемый газовый поток 2 поступает перпендикулярно к смешивающему устройству 12, включающему два ряда ребристых труб 19, которые расположены на свободных местах, и в направлении потока впереди установлен перфорированный лист 17 и второй перфорированный лист 18 установлен сзади. Оба ряда ребристых труб 19, установленный впереди перфорированный лист 17 и установленный сзади перфорированный лист 18 расположены в виде концентрических колец. Реакционная газовая смесь, предварительно смешанная в смешивающем устройстве 12, проходит затем через катализаторный подвижный слой 4.

На фигурах 2A-2C показаны детальные изображения ребристых труб 19 с диаметрально противоположно расположенными отверстиями 14 в витках ребер 15 между ребрами 16 ребристой трубы 19. В связи с этим на фигуре 2В показано ребро 16, которое до основания ребра 21 разделено надрезами на сегменты 20, и на фигуре 2С показано поперечное сечение ребристой трубы 19 с трубой 13, витками ребер 15 и сегментами 20.

На фиг.3 показано перспективное изображение ребристой трубы 19 с трубой 13 и установленного в виде спирали ребра 16, которое за исключением сплошного основания 21 ребра разделено на сегменты 20.

На фиг.4 показано изображение продольного разреза ребристой трубы 19 с трубой 13 и ребрами 16, с отверстиями 14 в витках 15 ребер между ребрами 16 ребристой трубы 19. Внутри трубы предусмотрена концентричная центральная вставная труба 24, которая через диаметрально противоположно расположенные отверстия 25, которые видны на изображении поперечного сечения в плоскости D-B на фигуре 4В, распределяет газовый поток 3, содержащий кислород, в продольном направлении ребристой трубы 13. На фигуре 4А конец ребристой трубы 19 изображен с кольцевым распределителем для газового потока 3, содержащего кислород, по ребристым трубам 19.

На фигуре 5 показан продольный разрез одной формы осуществления предложенного согласно изобретению реактора 1 с расположенными одна на другой секциями 9. Содержащий кислород газовый поток 3 вдувается через внутреннее пространство ребристой трубы 19 в применяемый газовый поток 2. Применяемый газовый поток 2, содержащий насыщенный углеводород, направляется в центральное внутреннее пространство 7 первой секции 9 реактора и проходит перед установленным в концентричных цилиндрических фиксирующих устройствах 5 и 6 катализатором 4 с подвижным слоем, через смешивающее устройство 12 с ребристыми трубами 19 и установленный впереди перфорированный лист 17, а также установленный сзади перфорированный лист 18. Первая секция 9 реактора разделена на частичные области, а именно в области центрального внутреннего пространства 7, имеющей форму диска перегородкой 10 для изменения направления движения, таким образом, что уходящая из первой секции 9 реактора реакционная газовая смесь через промежуточное пространство 8 направляется к внутренней оболочке реактора в расположенную над ней, вторую секцию 9 реактора. Во второй секции 9 реактора расположено опять же в направлении потока перед катализаторным подвижным слоем 4 смешивающее устройство, т.е. в этом случае концентрично снаружи его. Вторая секция 9 реактора с помощью кольцевой перегородки 11 для изменения направления движения в области промежуточного пространства 8 на внутренней оболочке реактора отделена от следующей потом третьей секции 9 реактора. Чередование имеющих форму диска перегородок 10 для изменения направления движения и кольцевых перегородок 11 для изменения направления движения выполнено таким образом, что третья секция 9 реактора опять же вверх отделена имеющей форму диска перегородкой 10 для изменения направления движения и четвертая секция 9 реактора соответственно кольцевой перегородкой 11 для изменения направления движения.

На фигуре 6 показан продольный разрез другой формы осуществления предложенного в соответствии с изобретением реактора с рециркуляцией частичного потока произведенного газового потока.

Форма осуществления на фигуре 7 дополнительно имеет в верхней области реактора теплообменник для пополнения тепла, причем горячий произведенный газ предварительно нагревает применяемый газовый поток 2, содержащий насыщенные углеводороды.

Перечень позиций

1 Реактор

2 Применяемый газовый поток

3 Содержащий кислород газовый поток

4 Катализаторный подвижный слой

5, 6 Концентричные цилиндрические фиксирующие устройства

7 Центральное внутреннее пространство

8 Промежуточное пространство на внутренней оболочке реактора

9 Секция реактора

10 Имеющая форму диска перегородка для изменения направления движения

11 Кольцевая перегородка для изменения направления движения

12 Смешивающее устройство

13 Трубы

14 Отверстия

15 Витки ребер

16 Ребра

17 Установленный впереди перфорированный лист

18 Установленный сзади перфорированный лист

19 Ребристые трубы

20 Сегменты

21 Основание ребер

22 Отверстия в 17

23 Отверстия в 18

24 Центральная вставная труба

25 Отверстия в 24

26 Кольцевой распределитель

Изобретение относится к способу и реактору, которые могут использоваться для осуществления непрерывной окислительной дегидрогенизации газового потока насыщенных углеводородов. Реактор содержит катализаторный подвижный слой, который размещен между двумя концентрическими цилиндрическими фиксирующими устройствами с образованием центрального внутреннего пространства и промежуточного пространства между катализаторным подвижным слоем и внутренней оболочкой реактора. Реактор имеет несколько секций, которые разделены дискообразными перегородками и кольцевыми перегородками для изменения направления движения. Перед катализаторным подвижным слоем размещено смешивающее устройство, образованное из двух или трех расположенных друг за другом рядов труб с генераторами турбулентности на наружной стороне труб. Через внутренние пространства труб направляется газовый поток, содержащий кислород. Технический результат состоит в повышении эффективности процесса. 2 н. и 23 з.п. ф-лы, 9 ил.

1. Реактор (1) для осуществления непрерывной окислительной дегидрогенизации применяемого газового потока (2) насыщенных углеводородов после предварительного смешивания с газовым потоком (3), содержащим кислород, на катализаторном подвижном слое (4), который помещен в продольном направлении реактора между двумя концентрическими цилиндрическими фиксирующими устройствами (5, 6) с высвобождением центрального внутреннего пространства (7) и промежуточного пространства (8) между катализаторным подвижным слоем (4) и внутренней оболочкой реактора, при получении реакционной газовой смеси, отличающийся тем, что реактор (1) имеет две или несколько секций, которые частично отделены друг от друга с помощью чередующихся, расположенных в центральном внутреннем пространстве (7), дискообразных перегородок (10) для изменения направления движения и расположенных в промежуточном пространстве между катализаторным подвижным слоем (4) и внутренней оболочкой реактора кольцевых перегородок (11) для изменения направления движения, при этом каждая секция имеет расположенное перед катализаторным подвижным слоем (4) в направлении потока реакционной газовой смеси перемешивающее устройство (12), которое образовано следующими элементами:
двумя или тремя расположенными друг за другом рядами труб (13) с генераторами турбулентности на наружной стороне труб, которые сужают проходное сечение для применяемого газового потока (2) до 1/2-1/10 свободного проходного сечения, причем содержащий кислород газовый поток (3) направляется через внутренние пространства труб (13) и через отверстия (14) труб (13) подается в применяемый газовый поток, а также с установленным перед трубами (13) перфорированным листом (17) и установленным за трубами (13) перфорированным листом (18).

2. Реактор по п.1, отличающийся тем, что трубы (13) с генераторами турбулентности представлены ребристыми трубами (19), при этом отверстия (14) расположены в витках (15) ребер между ребрами (16) ребристых труб (19).

3. Реактор по п.1, отличающийся тем, что он имеет от двух до восьми секций (9) реактора, предпочтительно четыре секции (9).

4. Реактор по п.2, отличающийся тем, что ребристые трубы (19) сужают свободное поперечное сечение прохода для применяемого газового потока (2) до 1/3-1/6.

5. Реактор по п.2, отличающийся тем, что ребристые трубы (19) образованы из труб (19) с цилиндрическим наружным периметром, с наваренными в виде спирали на нем вдоль продольной кромки, состоящими из продольных полос ребрами (16), которые с образованием сегментов (20) надрезаны, за исключением основания (21) ребра.

6. Реактор по п.5, отличающийся тем, что сегменты (20) повернуты на угол по отношению к основанию (21) ребра.

7. Реактор по п.2, отличающийся тем, что ребристые трубы (19) имеют от 100 до 300 витков ребер на метр длины ребристой трубы (19).

8. Реактор по п.1, отличающийся тем, что трубы (13) имеют наружный диаметр в диапазоне от 25 до 150 мм, предпочтительно в диапазоне между 20 и 50 мм.

9. Реактор по п.2, отличающийся тем, что отношение высоты ребер (16) к наружному диаметру трубы (13) составляет от 1/10 до 1/2.

10. Реактор по п.2, отличающийся тем, что ребра (16) имеют толщину в диапазоне между 0,3 и 1,5 мм и сегменты имеют ширину в диапазоне между 3 и 12 мм, предпочтительно в диапазоне между 4 и 8 мм.

11. Реактор по п.2, отличающийся тем, что второй ряд ребристых труб (19) расположен в впадинах первого ряда ребристых труб (19).

12. Реактор по п.11, отличающийся тем, что он имеет третий ряд ребристых труб (19), причем третий ряд ребристых труб (19) расположен в впадинах второго ряда ребристых труб (19).

13. Реактор по п.2, отличающийся тем, что на каждый виток (15) между ребрами (16) ребристой трубы (19) в диаметрально противоположных местах витков (15) расположены два отверстия (14), имеющих наименьшее расстояние до соответственно смежной ребристой трубы (19) в ряду ребристых труб.

14. Реактор по п.2, отличающийся тем, что установленный перед трубами (13) перфорированный лист (17) расположен на расстоянии от поверхности набегания применяемого газового потока первого ряда ребристых труб (19), равном от 7- до 20-кратному диаметру отверстий (22) в установленном перед трубами (13) перфорированном листе (17).

15. Реактор по п.2, отличающийся тем, что диаметр отверстий (22) в установленном перед трубами (13) перфорированном листе (17) меньше половины расстояния в свету ребер (16) между двумя следующими друг за другом витками.

16. Реактор по п.1, отличающийся тем, что отношение общей площади отверстий (22) в установленном перед трубами (13) перфорированном листе (17) к площади поперечного сечения линии подачи содержащего кислород газового потока (2) к смешивающему устройству (12) равно 0,5 или меньше, предпочтительно, 0,3 или меньше.

17. Реактор по п.1, отличающийся тем, что отношение толщины перфорированного листа к диаметру отверстий (22, 23) в перфорированном листе (17, 18) лежит в диапазоне между 0,75 и 2,0.

18. Реактор по п.2, отличающийся тем, что установленный за трубами (13) перфорированный лист (18) расположен от плоскости оттока из ребристых труб (19) на расстоянии, равном от 0,5- до 2-кратному диаметру ребристых труб (19) последнего ряда ребристых труб (19).

19. Реактор по п.1, отличающийся тем, что диаметр отверстий (23) в установленном за трубами (13) перфорированном листе (18) больше или равен диаметру отверстий (22) в установленном перед трубами (13) перфорированном листе (17).

20. Реактор по одному из пп.1-19, отличающийся тем, что расстояние установленного за трубами (13) перфорированного листа (18) до входа реакционной смеси в стационарный слой катализатора (4) равно от 5- до 20-кратному диаметру отверстий (23) в установленном за трубами (13) перфорированном листе (18).

21. Способ для осуществления непрерывной окислительной дегидрогенизации применяемого газового потока (2) насыщенных углеводородов, отличающийся тем, что процесс осуществляют в реакторе по одному из пп.1-20.

22. Способ по п.21, отличающийся тем, что применяемый газовый поток представляет собой газовый поток, содержащий пропан или бутан.

23. Способ по п.21, отличающийся тем, что содержащий кислород газовый поток представляет собой воздух или технический чистый кислород.

24. Способ по п.21, отличающийся тем, что часть реакционной газовой смеси возвращают из последней в направлении потока секции реактора в его первую секцию.

25. Способ по одному из пп.21-24, отличающийся тем, что применяемый газовый поток предварительно нагревают покидающей последнюю секцию реактора реакционной газовой смесью путем косвенной теплопередачи.