СТЕНКА ДЛЯ СЛОЕВ КАТАЛИЗАТОРА В РЕАКТОРАХ И СПОСОБ ЕЕ ВЫПОЛНЕНИЯ Российский патент 2020 года по МПК B01J8/02 

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к области каталитических химических реакторов, в частности, к технологии изготовления газопроницаемой стенки.

Уровень техники

Каталитический химический реактор вмещает по меньшей мере один слой катализатора, который может быть заложен в каталитический картридж.

Каталитический реактор требует наличия газопроницаемых стенок (например, перфорированной стенки) для распределения газообразных реагентов к слою катализатора, или сбора продуктов реакции, поступающих из слоя катализатора.

Создание газопроницаемой стенки внутри сосуда представляет собой довольно трудную задачу с технологической точки зрения. В частности, изготовление перфорированной стенки зачастую предпринимают как часть операции по модернизации или реконструкции существующего реактора, а это значит, что тогда необходимо соблюдать ряд ограничений, наложенных особенностями существующего реактора. Например, если реактор принадлежит к частично открытому типу (т.е. не имеет фланца с размером, равным диаметру и доступ вовнутрь возможен только через относительно малый люк), то перфорированную стенку нужно было поделить на секторы, достаточно малые для просовывания внутрь реактора, а сборку стенки из них приходилось проводить уже внутри самого реактора.

В реакторах с каталитическим картриджем картридж имеет опорную (несущую) стенку, предназначенную для удержания катализатора, и к тому же внутри картриджа может иметься газопроницаемая стенка для распределения или сбора газа, которая в совокупности с его указанной опорной стенкой образует систему с двойной стенкой. Например, известно решение, заключающееся в создании внешнего коллектора для реактора с радиальным потоком посредством второй стенки, имеющей по меньшей мере частично перфорированную поверхность для обеспечения ее газопроницаемости и находящейся на некотором расстоянии от периферической опорной стенки картриджа, для образования полости между этими двумя стенками.

Каталитический реактор, содержащий оболочку и каталитический картридж, описан в документе US 5250270.

В документе ЕР 3037165, принадлежащем заявителю настоящей заявки, описан перфорированный коллектор, выполненный из нескольких гибких и деформируемых панелей, которые можно вводить через люк. Получающаяся в результате сборки указанных панелей стенка не является самонесущей и опирается на опорную стенку самого реактора. Указанная опорная стенка образована, например, стенкой каталитического картриджа.

Следовательно, в качестве несущего элемента конструкции можно использовать подходящую стенку, такую как стенка каталитического картриджа. Эта мера позволяет освободить коллектор от необходимости несения нагрузок и, следовательно, создать его можно с использованием легких и гибких панелей которые могут быть сложены и введены в доступное отверстие (люк).

Это решение является предпочтительным, в частности для работ по модернизации существующих реакторов, но все еще остается открытым ряд проблем технического характера. Панели, образующие перфорированную стенку, представляют собой элементы малой толщины, и длина их намного превосходит другие размеры; как следствие этого, они очень гибкие. Отмечалось, что после расположения панелей по соседству с опорной стенкой (например, стенкой каталитического картриджа) они значительно изгибаются в своей срединной зоне. Это затрудняет правильное размещение панелей в ходе операции сборки стенки. Более того, в результате изгибания существуют зоны панелей, которые более уже не опираются на опорную стенку и, следовательно, не имеют поддержки. Введение катализаторной массы может вызвать искривление панелей в этих неподдерживаемых зонах.

В свете вышеизложенного, изготовление газопроницаемых стенок или систем с двойными стенками в каталитическом реакторе составляет техническую проблему, до настоящего времени полностью не решенную.

Раскрытие изобретения

Задача настоящего изобретения состоит в усовершенствовании вышеупомянутой технологии для изготовления перфорированных стенок внутри химического реактора, реализуемой посредством панелей, опирающихся на опорную стенку. Указанная опорная стенка может представлять собой оболочку реактора или стенку помещенного в реактор каталитического картриджа. Опорная стенка выполняется цилиндрической или по существу цилиндрической.

Поставленная задача решается согласно изобретению каталитическим химическим реактором, охарактеризованным в формуле изобретения.

В одном аспекте изобретения предложен химический реактор, содержащий слой катализатора и газопроницаемую стенку, обращенную к слою катализатора, в котором:

указанная газопроницаемая стенка содержит нескольких панелей, каждая из которых проходит на протяжении углового сектора (участка) проницаемой стенки;

газопроницаемая стенка имеет первые секторы, упирающиеся в опорную стенку, находящуюся смежно (по соседству) с газопроницаемой стенкой, и вторые секторы, расположенные с промежутком (на некотором удалении) от указанной опорной стенки, при этом имеется чередование между собой первых и вторых секторов вдоль окружной протяженности проницаемой стенкой;

при этом указанные вторые секторы стенки имеют проходы для газа;

реактор дополнительно содержит средства местного крепления указанной газопроницаемой стенки к указанной опорной стенке, включающие в себя:

несколько опор, жестко прикрепленных к опорной стенке и проходящих через соответствующие отверстия в первых секторах газопроницаемой стенки;

несколько соответствующих фиксирующих элементов, которые могут быть связаны с указанными опорами, причем панели газопроницаемой стенки зажаты между указанной опорной стенкой и указанными фиксирующими элементами.

Опорная стенка может представлять собой оболочку реактора или стенку указанного каталитического картриджа, если таковой имеется.

Соответственно, другим аспектом изобретения является реактор, имеющий оболочку и заключенный внутри нее каталитический картридж с цилиндрической или по существу цилиндрической опорной стенкой, дополнительно содержащий по меньшей мере одну газопроницаемую стенку, расположенную по соседству с указанной опорной стенкой картриджа, в котором:

указанная газопроницаемая стенка имеет несколько панелей, каждая из которых образует угловой сектор указанной проницаемой стенки;

указанная газопроницаемая стенка имеет полезные поверхности, расположенные на некотором удалении от указанной опорной стенки с образованием промежутка между этими двумя стенками, и имеющие перфорацию, обеспечивающую возможность прохождения газа, а также имеет несколько несущих ребер, выступающих из указанных полезных поверхностей с упиранием в указанную опорную стенку;

реактор содержит средства крепления между панелями указанной газопроницаемой стенки и указанной опорной стенкой, в том числе:

несколько опор, жестко прикрепленных к опорной стенке и проходящих через соответствующие отверстия в указанных несущих ребрах, и

несколько соответствующих фиксирующих элементов, которые могут быть связаны с указанными опорами,

причем при нахождении фиксирующих элементов в состоянии связанности с указанными опорами панели газопроницаемой стенки зажаты между указанной опорной стенкой и указанными фиксирующими элементами.

В случае наличия каталитического картриджа получается преимущество, состоящее в том, что между катализатором и наружной оболочкой реактора остается свободное пространство, через которое может проходить охлаждающая среда, например, предварительно подогреваемый свежий заряд, во избежание возникновения в наружной оболочке тепловых напряжений за счет непосредственного воздействия со стороны горячего катализатора. Тем не менее, в некоторых случаях наличие каталитического картриджа не обязательно, например, в реакторах сдвига он может отсутствовать. Когда реактор имеет в составе каталитический картридж, вышеупомянутая опорная стенка предпочтительно представляет собой стенку картриджа, а в случае отсутствия каталитического картриджа в реакторе вышеупомянутая опорная стенка предпочтительно является наружной оболочкой реактора.

Опорная стенка и газопроницаемая стенка, полученная в результате состыковки между собой указанных панелей, являются соосными. Общая для опорной стенки и проницаемой стенки ось параллельна оси (предпочтительно совпадает с ней) оболочки самого реактора. Проницаемая стенка имеет по существу цилиндрическую конструктивную форму с тем, чтобы очертания ее следовали контурам опорной стенки, на которую она опирается, и воспроизводили их. Таким образом, опорная стенка и проницаемая стенка совместно образуют двойную стенку.

В собранном состоянии газопроницаемая стенка образует единый узел, вмещающий и ограничивающий всю катализаторную массу. Газопроницаемая стенка работает как коллектор или распределитель газов, направляющихся к слою катализатора или, соответственно, истекающих от слоя катализатора.

Газопроницаемая стенка является результатом сборки нескольких панелей. Предпочтительно, чтобы указанные панели имели кромки, по меньшей мере частично наложенные друг на друга в области несущих секторов.

В подробном описании и в формуле изобретения под несущими ребрами понимаются ребра, рельефные места или, в более общем смысле, несущие участки, которые могут иметь различные конструктивные исполнения, не выходя за пределы объема настоящего изобретения.

Указанные ребра могут содержать две наклонные поверхности, сходящиеся по направлению к опорной стенке, и, не обязательно, плоскую поверхность, упирающуюся в опорную стенку. В предпочтительных вариантах выполнения указанные ребра имеют по существу V-образное или трапециевидное поперечное сечение вдоль секущей плоскости, перпендикулярной оси стенки.

При выполнении ребер с V-образной или трапециевидной формой поперечного сечения фиксирующие элементы предпочтительно сформированы в расчете на вхождение в зацепление с поперечным сечением ребер по принципу расклинивания.

Предпочтительно, чтобы когда ребра имеют плоскую поверхность, опирающуюся на опорную стенку, фиксирующие элементы имели форму плоских пластин.

Предпочтительно, чтобы зацепление между опорами, прикрепленными к опорной стенке, и соответствующими отверстиями несущих ребер позволяло некоторое перемещение газопроницаемой стенки по отношению к опорной стенке. Еще более предпочтительно, чтобы указанная свобода перемещения дозволялась по меньшей мере в осевом направлении. В предпочтительном варианте выполнения вышеупомянутые отверстия имеют форму проушин, удлиненных в осевом направлении.

Предпочтительно, чтобы каждое ребро имело придонное (самое нижнее) отверстие, сопоставленное с соответствующей опорой с сопряжением их по точной посадке, по меньшей мере в осевом направлении, для обеспечения фиксированной точки относительно вертикального перемещения панели.

В особенно предпочтительном варианте выполнения указанные опоры представляют собой шпильки, приваренные к опорной стенке. Указанные фиксирующие элементы имеют прорезь для зацепления с указанными шпильками и застопорены, например, при помощи гайки.

Предпочтительно, чтобы вдоль каждого ребра было предусмотрено несколько фиксирующих элементов. Фиксирующие элементы, например, эквидистантно разнесены вдоль осевого направления, т.е. вдоль образующей опорной стенки.

Полезные поверхности газопроницаемой стенки могут иметь, например, по существу плоский профиль, треугольный профиль, профиль в форме дуги окружности или иные формы. Перфорация для обеспечения возможности прохода газа и получения желаемой проницаемости в некоторых вариантах выполнения может состоять из круглых прорезей или отверстий удлиненной формы.

Предпочтительно, чтобы газопроницаемая стенка была изготовлена из нержавеющей стали или, смотря по необходимости, сплава с высоким содержанием никеля, такого как известные под торговой маркой "Inconel®".

В предпочтительных вариантах выполнения газопроницаемая стенка имеет толщину от 1 до 3 мм, более предпочтительно от 1 до 1,5 мм. В некоторых вариантах выполнения подходящая толщина газопроницаемой стенки определяется как функция внутреннего диаметра сосуда, так как чем крупнее сосуд, тем больше вызванное катализатором напряжение. В предпочтительном варианте выполнения, особенно для реакторов для синтеза аммиака, толщина газопроницаемой стенки составляет около 1/1000 указанного диаметра.

Например, в сосуде с внутренним диаметром 3 м толщина газопроницаемой стенки составляет около 3 мм.

В некоторых вариантах выполнения панели армированы для выдерживания вертикальных нагрузок и во избежание проблем потери устойчивости. Панели могут быть армированы, например, полосами из листового металла, имеющими подходящую толщину, предпочтительно превышающую толщину панелей (например, 3 или 5 мм). Предпочтительно, чтобы армирующие элементы против воздействия вертикальных нагрузок (где таковые имеются) были расположены вдоль несущих ребер с тем, чтобы исключить влияние на гибкость панелей, а еще более предпочтительно, чтобы они проходили на протяжении некоторого расстояния, начиная от нижнего конца панелей (где вертикальная нагрузка является максимальной).

Другим объектом изобретения является способ изготовления газопроницаемой стенки внутри химического реактора, содержащего каталитический картридж, охарактеризованный в формуле изобретения. В следующем аспекте изобретения предлагаемый в изобретении способ осуществляют в связи с модернизацией или реконструкцией существующего химического реактора.

Изобретение применимо к химическим реакторам различных типов, таким, например, как реакторы для синтеза аммиака, реакторы для синтеза метанола или реакторы сдвига (также называемые реакторами конверсии или конвертерами для проведения реакции сдвига).

В числе самых существенных преимуществ, обеспечиваемых изобретением, можно отметить следующие.

Позиционирование панелей газопроницаемой стенки облегчается за счет прикрепления панелей к опорной стенке посредством указанных фиксирующих элементов. В частности, наличие нескольких фиксирующих элементов вдоль осевого направления (образующей) предотвращает изгибание панелей и позволяет им держать равнение с опорной стенкой. Таким образом, панели, которые уже расположены на месте, не мешают сборке следующих панелей. Более того, набор панелей остается в тесном соприкосновении с опорной стенкой и, следовательно, ни одна из зон панелей не изгибается внутрь и, следовательно, не подвергается искривлению или поломке во время введения катализаторной массы. Сборка проводится очень быстро и не требует специального оборудования.

Другое преимущество изобретения состоит в том, что фиксирующие элементы упираются в ребра, т.е. в секторы газопроницаемой стенки, находящиеся в непосредственном соприкосновении с опорной стенкой. Эта форма исполнения имеет преимущество с конструктивной точки зрения в силу того, что напряжение, являющееся следствием радиальной нагрузки, создаваемой весом катализатора, максимально вдоль центральной линии между двумя опорными точками, а минимально на самих опорных точках.

Осевое скольжение газопроницаемой стенки по отношению к опорной стенке дает еще одно преимущество, заключающееся в том, что оно позволяет некоторую осадку во время сборки и компенсацию разности теплового расширения опорной стенки и газопроницаемой стенки.

Краткое описание чертежей

Другие преимущества изобретения будут понятны из приведенного ниже подробного описания ряда предпочтительных вариантов его осуществления, поясняемого чертежами, на которых:

на фиг. 1 - схематический разрез реактора согласно варианту выполнения настоящего изобретения;

на фиг. 2 - часть перфорированной стенки по соседству с опорной стенкой каталитического картриджа согласно варианту выполнения изобретения;

на фиг. 3 - выносной фрагмент изображения, показанного на фиг. 2;

на фиг. 4, 5 и 6 - разные варианты выполнения стенки, показанной на фиг. 2;

на фиг. 7 - иллюстративный вариант выполнения замыкающего стыка для стенки показанного на фиг. 3 типа;

на фиг. 8 - иллюстративный вариант выполнения замыкающего стыка для стенки показанного на фиг. 4 типа;

на фиг. 9 - пример панели с армированием для выдерживания вертикальных нагрузок;

на фиг. 10 - поперечное сечение панели, показанной на фиг. 9.

Осуществление изобретения

На фиг. 1 схематически показан каталитический химический реактор 1, содержащий корпусообразующую оболочку (обечайку) 2 и каталитический картридж 3 внутри оболочки 2. Указанный каталитический картридж имеет цилиндрическую опорную стенку 4 и вмещает и ограждает катализаторную массу, образующую слой 5 катализатора.

Реактор также содержит газопроницаемую стенку 6, в данном примере действующую в качестве распределителя газа в слой 5 катализатора.

Показанная на фиг. 1 конструкция реактора относится к типу с направленным вовнутрь радиальным потоком. Поток, проходящий через слой 5 катализатора, на чертеже указан стрелками. Такой реактор известен специалистам в данной области и потому его подробное описание излишне и здесь не приводится.

Газопроницаемая стенка 6 (фиг. 2) по существу содержит ряд рельефных мест или ребер 9, создающих поддержку за счет упирания в опорную стенку 4 каталитического картриджа, и ряд полезных поверхностей 10, расположенных на некотором удалении от указанной опорной стенки 4, так что между опорной стенкой 4 и газопроницаемой стенкой 6 образован промежуток 11.

В показанном на фиг. 2 примере ребра 9 имеют по существу V-образную форму поперечного сечения. В полезных поверхностях 10 имеется множество перфорационных отверстий, например, щелей 12, обеспечивающих возможность прохождения газа.

Как можно видеть на этом чертеже, каждая полезная поверхность 10 ограничена двумя соседними ребрами 9. Ребра 9 проходят по направлению к стенке 4 и непосредственно соприкасаются с ней. Ребра 9 и полезные поверхности 10 чередуются друг с другом с шагом повторения, обозначенным на фиг. 2 номером позиции "8".

Газопроницаемая стенка 6 имеет модульную конструкцию, а именно содержит несколько панелей 7, собранных вместе для формирования самой стенки 6. На фиг. 2 показана часть панели 7.

Каждая из указанных панелей 7 проходит на протяжении заданного углового сектора стенки 6. Точнее, каждая панель 7 проходит в окружном направлении на протяжении по меньшей мере одного шага, а именно содержит по меньшей мере одно ребро 9 и полезную поверхность 10. Одиночная панель 7 может проходить в окружном направлении на протяжении нескольких шагов и, как следствие этого, тогда она содержит некоторое количество ребер 9 и полезных поверхностей 10.

В большинстве случаев шаг 8 предпочтительно составляет от 100 до 200 мм. Одиночная панель 7 может иметь ширину, например, около 1 м. Число панелей 7, необходимых для комплектования стенки 6 (т.е. для покрывания стенки 4) зависит от диаметра реактора. К примеру, в реакторе диаметром 3 м для стенки 6 может потребоваться 8-10 панелей.

Во время эксплуатации газовый поток, подаваемый в полость 11, проходит внутрь слоя катализатора через проницаемую стенку 6 (точнее, сквозь перфорированные секторы 10) или, наоборот, газ, потоком истекающий из слоя катализатора, проходя через стенку 6, собирается внутри промежутка 11.

В реакторе также имеются средства для местного скрепления вместе газопроницаемой стенки 6 и указанной опорной стенки 4, которые в рассматриваемом примере включают шпильки 13, зацепленные с фиксирующими клиньями 14.

Шпильки 13 приварены к опорной стенке 4 и проходят через отверстия 15, образованные в ребрах 9. Клинья 14 вставлены в V-образные выемки, образованные указанными ребрами 9 на внутренней стороне стенки 6, то есть стороне, обращенной к катализатору.

Клинья 14 предпочтительно входят в зацепление с указанными V-образными выемками с образованием контакта между боковыми поверхностями, чем создается соединение с небольшим силовым замыканием (посадка с натягом, дающая эффект расклинивания). Клинья 14 фиксированы подходящими средствами; например, каждый клин 14 имеет прорезь 16, служащую для приема шпильки 13, после чего это состояние стопорится при помощи гайки 17.

Головка шпильки 13 приварена к поверхности опорной стенки 4. Таким образом, как только клин 14 и гайку 17 помещают на предназначенное им место, стенка 6 и связанная с ней панель 7 оказываются прикреплены к опорной стенке 4.

Для каждого из ребер 9 предпочтительно предусмотрено по нескольку фиксационных элементов (т.е. шпилек 13 и соответствующих клиньев 14), выстроенных вдоль образующей опорной стенки 4.

Панели 7 предпочтительно имеют кромки, перекрывающиеся с взаимным наложением, например, вдоль ребер 9.

Проушина 15, как более четко можно видеть на фиг. 3, проходит в осевом направлении для обеспечения возможности некоторого скольжения соответствующей панели 7 относительно опорной стенки 4.

На фиг. 2 показаны панели 7, опирающиеся на поддерживающее кольцо 18. Предпочтительно зацепление между находящимися ниже по высоте парами шпилек 13а и клиньев 14а представляет собой зацепление с фиксацией, а не скользящее, для задания тем самым фиксированной точки наложения механических связей для проницаемой стенки 6. Более предпочтительно, нижняя полоса 19 стенки 6 армирована, например, образованием складки путем отбортовки краев листа металла.

На фиг. 4 показан вариант изобретения, в котором ребра 9 имеют плоскую поверхность 20, упирающуюся в опорную стенку 4, а фиксирующие элементы выполнены в форме плоских пластин 21.

Конструктивное исполнение с плоской поверхностью 20 обладает преимуществом по сравнению с конструктивным исполнением с V-образным ребром, так как оно обеспечивает большее пространство для фиксирующих элементов, которые также можно разработать с более простой формой, т.е. ими могут быть не клинья, а плоские пластины, подвергшиеся механической обработке или выполненные из сложенного листового металла.

На фиг. 5 показан вариант изобретения, в котором панели 7 имеют профиль в форме равнобедренного треугольника. Как следствие, полезные поверхности 10 имеют две плоские поверхности 10а, 10b, находящиеся под углом друг к другу.

На фиг. 6 показан вариант изобретения, в котором панели 7 имеют криволинейный профиль, более предпочтительно в форме дуги окружности. Профиль в форме дуги окружности может быть предпочтительным, так как он открывает возможность максимального полного использования прочности материала, т.е. позволяет панелям 7 иметь минимальную толщину, при всех прочих равных условиях. Более того, профиль в форме дуги окружности предлагает максимальную площадь полезной поверхности 10 для одинакового расстояния между соседними ребрами 9.

Показанный на фиг. 6 вариант выполнения имеет преимущество еще и с точки зрения формирования поперечным сечением (в виде полукруга) проточного канала для прохождения газового потока между опорной стенкой 4 и панелью 7. Указанное проточное сечение представляет собой поперечное сечение, необходимое для равномерного распределения газа по всей высоте слоя катализатора или для газосбора на выходе указанного слоя катализатора.

Панели 7 расположены бок о бок для формирования стенки 6 по соседству с опорной стенкой 4 вдоль всей ее окружной протяженности. В некоторых вариантах выполнения для первой и последней панелей можно предусмотреть особый замыкающий стык.

На фиг. 7 показан пример замыкающего стыка для панелей с V-образными ребрами типа, показанного на фиг. 3.

На этом чертеже показаны две концевые (первая и последняя) панели 7 и замыкающий стык 30, содержащий два элемента 31 с V-образным концевым ребром 32, наложенным на ребра панелей 7. Стык 30 дополнительно содержит поддерживающую деталь 33, на которую опираются элементы 31, будучи скреплены с ней болтами.

На фиг. 8 показан пример замыкающего стыка 40 для панелей с плоскими несущими поверхностями типа, показанного на фиг. 4. Две концевые панели 7 оканчиваются фланцами 41, снабженными проушинами 44, накладывающимися друг на друга с перекрытием в зоне 42, где расположена фиксирующая пластина 43, по существу аналогичная пластинам 21. Пластина 43 предпочтительно имеет два зубца 45 для предотвращения избыточного натяжения стенки 6. Избыточное натяжение фактически сделало бы невозможным относительное скольжение перфорированной стенки 6 и опорной стенки 4.

На фиг. 9 и 10 показан еще один вариант выполнения, содержащий полосы 50 из листового металла, расположенные в ребрах 9 и разработанные для усиления панелей 7 и их защиты от опасности потери устойчивости вследствие вертикальной нагрузки. Добавление армирующих элементов для защиты от вертикальных нагрузок уместно в случае тонких панелей и/или имеющего значительную длину слоя катализатора.

Следует отметить, что вариант типа, показанного на фиг. 9 и 10, включающий армирование против воздействия вертикальных нагрузок, равнозначным образом применим к различным формам панелей, все из которых можно считать попадающими в объем изобретения, таким как варианты выполнения, показанные на фиг. 2-6.

В некоторых вариантах выполнения каталитический картридж в реакторе отсутствует, а газопроницаемая стенка 6 опирается непосредственно на оболочку 2. Показанные на фиг. 2-10 варианты выполнения равным образом применимы, при условии, что проиллюстрированная на чертежах опорная стенка 4 заменена оболочкой 2.

Ниже со ссылками на фиг. 2 приведено описание процедуры сборки, включающей в себя по существу следующие операции.

Позиционируют первую панель 7, для чего соответствующие ребра 9 упирают в стенку 4 и ставят нижнюю кромку панели 7 так, что она опирается на кольцо 18.

Шпильки 13 приваривают к стенке 4 через отверстия 15. Эту сварочную операцию можно с успехом проделать с использованием сварочного аппарата для конденсаторной сварки, снабженного сварочным пистолетом для приварки крепежа, позволяющим приваривать головку шпильки 13 к поверхности стенки 4.

Затем вставляют фиксирующие клинья 14 и стопорят их соответствующими гайками. Таким образом панель 7 оказывается жестко скреплена со стенкой 4.

Устанавливают следующие панели 7 до момента полного завершения стенки 6 вдоль всей окружной протяженности опорной стенки 4.

Замыкающий стык 30 выполняют, например, в соответствии с приведенной на фиг. 7 схемой или же по-другому, в зависимости от конструктивного исполнения панелей 7.

Вышеупомянутую процедуру можно осуществлять в контексте модернизации существующего реактора. В этом случае панели 7 вставляют внутрь реактора через имеющееся отверстие, такое как люк. Панели, ввиду их малой толщины, могут быть сложены и подходящим образом бандажированы с тем, чтобы их можно было просунуть через люк.

Изобретение относится к каталитическому химическому реактору с газопроницаемой стенкой и способу изготовления газопроницаемой стенки. Реактор содержит слой катализатора, газопроницаемую стенку, представляющую собой узел из нескольких панелей, проходящих на протяжении углового сектора проницаемой стенки, и имеющую первые секторы, упирающиеся в опорную стенку, смежную с газопроницаемой стенкой и выполненную цилиндрической или по существу цилиндрической, и вторые секторы, расположенные с промежутком от опорной стенки и имеющие проходы для газа, при этом первые и вторые секторы чередуются друг с другом вдоль окружной протяженности проницаемой стенкой, а панели, будучи зафиксированы вместе и прикреплены к опорной стенке, образуют единый стеночный элемент, ограничивающий слой катализатора, и средства местного крепления газопроницаемой стенки к опорной стенке, включающие несколько опор, жестко прикрепленных к опорной стенке и проходящих через соответствующие отверстия в первых секторах газопроницаемой стенки, а также несколько соответствующих фиксирующих элементов, которые могут быть связаны с опорами, и панели газопроницаемой стенки зажимаются между опорной стенкой и фиксирующими элементами. При этом газопроницаемая стенка способна функционировать в качестве газораспределителя или коллектора-газосборника по отношению к слою катализатора. Изобретение обеспечивает предотвращение изгибания панелей газопроницаемой стенки и облегчение сборки, распределение напряжения, создаваемого весом катализатора, максимально вдоль центральной линии между двумя опорными точками, а минимально на самих опорных точках, а также осадку во время сборки и компенсацию разности теплового расширения опорной стенки и газопроницаемой стенки. 2 н. и 12 з.п. ф-лы, 10 ил.

1. Каталитический химический реактор, содержащий слой катализатора и газопроницаемую стенку (6), обращенную к слою катализатора, отличающийся тем, что:

указанная газопроницаемая стенка (6) представляет собой узел из нескольких панелей (7), каждая из которых проходит на протяжении углового сектора проницаемой стенки (6);

газопроницаемая стенка (6) имеет первые секторы (9) стенки, упирающиеся в опорную стенку (2, 4), расположенную смежно с газопроницаемой стенкой, и вторые секторы (10) стенки, расположенные с промежутком от опорной стенки, при этом первые (9) и вторые (10) секторы чередуются друг с другом вдоль окружной протяженности проницаемой стенкой (6);

причем опорная стенка (2, 4) выполнена цилиндрической или по существу цилиндрической;

указанные вторые секторы (10) стенки имеют проходы (12) для газа;

реактор дополнительно имеет средства местного крепления газопроницаемой стенки к опорной стенке, включающие несколько опор (13), жестко прикрепленных к опорной стенке и проходящих через соответствующие отверстия (15) в первых секторах (9) газопроницаемой стенки, а также несколько соответствующих фиксирующих элементов (14), которые могут быть связаны с указанными опорами, и панели газопроницаемой стенки зажимаются между указанной опорной стенкой и указанными фиксирующими элементами;

причем указанные панели, будучи зафиксированы вместе и прикреплены к опорной стенке, образуют единый стеночный элемент, ограничивающий слой катализатора; и

указанная газопроницаемая стенка (6) способна функционировать в качестве газораспределителя или коллектора-газосборника по отношению к слою катализатора.

2. Реактор по п. 1, в котором опорная стенка представляет собой его оболочку (2).

3. Реактор по п. 1, дополнительно содержащий каталитический картридж, в который помещен указанный слой катализатора, а указанная опорная стенка (4) является стенкой картриджа.

4. Реактор по любому из предыдущих пунктов, в котором соседние панели (7) имеют кромки, по меньшей мере частично наложенные друг на друга в области несущих секторов (9).

5. Реактор по любому из предыдущих пунктов, в котором несущие секторы (9) образованы рельефными местами или ребрами проницаемой стенки (6).

6. Реактор по п. 5, в котором указанные несущие секторы имеют V-образное или трапециевидное поперечное сечение вдоль секущей плоскости, перпендикулярной оси стенки.

7. Реактор по п. 6, в котором указанные несущие секторы имеют V-образное поперечное сечение, образующее выемку для приема фиксирующих элементов, имеющих клиновую часть, выполненную с возможностью зацепления с указанной выемкой.

8. Реактор по любому из пп. 1-7, в котором указанные несущие секторы (9) имеют плоскую поверхность (20), опирающуюся на опорную стенку, а фиксирующие элементы выполнены в виде плоских пластин (21).

9. Реактор по любому из предыдущих пунктов, в котором зацепление между опорами, прикрепленными к опорной стенке, и соответствующими отверстиями в несущих секторах газопроницаемой стенки обеспечивает возможность перемещения газопроницаемой стенки по отношению к опорной стенке предпочтительно в осевом направлении.

10. Реактор по любому из предыдущих пунктов, в котором указанные опоры представляют собой шпильки, приваренные к опорной стенке.

11. Реактор по любому из предыдущих пунктов, содержащий несколько фиксирующих элементов для каждого из несущих секторов, причем фиксирующие элементы одного несущего сектора выстроены вдоль образующей опорной стенки (4).

12. Реактор по любому из предыдущих пунктов, в котором секторы проницаемой стенки имеют форму одного из: по существу плоского профиля, треугольного профиля, криволинейного профиля или профиля в форме дуги окружности.

13. Реактор по любому из предыдущих пунктов, дополнительно содержащий армирующие элементы панелей (7), выполненные с возможностью выдерживания вертикальных нагрузок, причем указанное армирование расположено предпочтительно в области несущих секторов (9).

14. Способ выполнения газопроницаемой стенки (6) внутри химического реактора, расположенной смежно с цилиндрической опорной стенкой (2, 4) реактора или помещенного в реактор каталитического картриджа и выполненной с возможностью образования газораспределителя или коллектора на пути к слою катализатора в реакторе или от слоя катализатора, причем указанная проницаемая стенка представляет собой узел из нескольких панелей (7), каждая из которых имеет по меньшей мере первый несущий сектор (9), опирающийся на опорную стенку, и второй сектор (10), имеющий перфорированную поверхность, выполненную с возможностью пропускания газа, и первый сектор каждой панели имеет несколько отверстий, а второй сектор каждой панели расположен с промежутком от опорной стенки при опоре панели на опорную стенку, и способ включает по меньшей мере следующие шаги:

располагают первую панель смежно с опорной стенкой;

приваривают несколько шпилек к опорной стенке через указанные отверстия в несущем секторе;

вставляют подходящие фиксирующие элементы и сцепляют их с указанными шпильками для прикрепления панели к опорной стенке;

повторяют вышеперечисленные операции для следующих панелей до момента полного завершения газопроницаемой стенки, при необходимости с использованием элемента (30, 40) для замыкания стенки.