При проведении химических реакций с высокими тепловыми эффектами известные трудности представляют отвод (подвод) тепла реакции и регулирование температурного режима в реакционной зоне. Теплообмен в реакционных устройствах для ведения подобных процессов обычно осуществляют при помощи кипящих теплоносителей. При применении К;шящих теплоносителей температурный режим в реакционной зоне регулируется либо ступенчато (канч:дая ступень имеет свою систему теплообмена), либо непрерывно (система ректификационного охлаждения).
Многоступенчатые реакционные устройства для ведения нроцессов над стационарным слоем катализатора без рециркуляции, имеющие изотермический режим в системе теплообмена ступени, являются, в основном, аппаратами с небольшой производительностью единицы катализаторного пространства.Основное превращение происходит в первых по ходу реагентов слоях катализатора, что приводит к недоиспользованию слоя катализатора и необходимости ведения реакции в тонких слоях (в реакторных трубках малого диаметра).
Рециркуляция приводит к более равномерному превращению по длине реакционного устройства, позволяет намного увеличить производительность единицы катализаторного пространства и уменьшить технологические трудност ведения процесса. Однако рециркул.чция связана со значительными энергетическими затратами и увеличением объема конденсационной аппаратуры.
Ректификационное охлаждение являете; недостаточно гибкой системой для регулирования на ходу реакционных устройств и в определенных зсловиях ведения высокоэкзотермических реакций мож;ет привести к перегреву реакционной зоны. Кроме того, регулирование температурного режима возможно лишь при подаче реагирующих веш.еств сверху вниз (пр1 температурном коэффициенте реакции К„, 1).
NO 116463- 2 -
Предлагается способ непрерывного регулировапия температзрного режима реакционных устройств для проведения необратимых и обратимых химических превращений с высокими тепловыми эффектами и температурным коэффициентом Кг 1, при подаче реагентов в любом направлении (сверху вниз, снизу вверх, горизонтально и т. д.). Этот способ регулирования осуществляется путем прокачивания через систему теплообмена, заполненную частично или полностью насадкой, кипящего теплоносителя, представляющего смесь не менее компонентов с различной температурой кипения, причем теплоноситель и реагенты имеют одно и то направление движения. Заданная температура начала реакции должна быть выще температуры начала кипения теплоносителя. По мере прохождения теплоиосителя вдоль системы теплообмена, его температура непрерывно повышается за счет накопления в жидкой фазе тяжелокипящего компонента вследствие преимущественного испарения легкокипящего компоиента, имеющего больщую упругость паров. Насадка в системе теплообмена препятствует интенсивной циркуляции тенлоиосителя вдоль системы, т. е. выравниванию температурного перепада по длине.
Таким o6pa3OiM, для необратимых химических процессов в зоне реакции устанавливается такой температурный режим, при котором реагеиты проходят из области низких температур к области более высоких температур.
Для регулирования обрати}, химических реакций, в которых термодинамические осложнения начииают играть больщую роль при определен1 ом проценте превращения, теплоноситель подается в различные по высоте точки системы теплообмена. При этом в зоне реакции устанавливается вначале повышающийся температурный режим, а по достижении заданного процента превращения-понижающийся.
На фиг. 1 приведеиа схема реакционного устройства для проведения, например, синтеза углеводородов из СО и Н2 на стационарном слое катализатора; на фиг. 2-схема реакционного устройства для проведения, например, синтеза углеводородов из СО и На на стационарном слое катализатора в жидкой фазе; па фиг. 3-схема реакциоиного устройства, например, для окисления SOs в SOs иа стационарном слое катализатора.
По первой схеме реагенты 1 проходят реакционное устройство 2 сверху вниз. В реакторных трубках 3 размещен катализатор. Система теплообмена занолиепа насадкой 4. Теплоноситель забирается насосом 5 из нижнего коллектора 6 и через теплообменник 7 и распределительное устройство 8 подается в верхнюю часть системы теплообмена.
Паровая фаза через верхний коллектор 9 поетзпает в конденсатор 10, а конденсат - в распределительное устройство.
По второй схеме реагепты / проходят реакционное устройство 2 снизу вверх. Катализатор 11 одиовременно является насадкой системы теплообмена. Легколетучие продукты реакции совместно с паровой фазой теплоиосителя через сепарациоииую часть 12 реакционного устройства и конденсатор 10 ноступают в разделительный сосуд 13, а газообразные продукты 14 реакции удаляются. Тенлоноситель подается в реакционное устройство насосом 5 через распределитель 15. Жидкая фаза теплоносителя совместно с тяжелокипящими продуктами реакции соединяется с конденсатом и поступает на разделение в ректификационную колонну 16, в которой пз теплоносителя выделяются продукты реакции через щтуцеры 17, 18, 19 и 20.
По схеме 3 реагенты / проходят реакционное устройство 2 снизу вверх. В реакторных трубках 3 размещен катализатор. С истема теплообмена заполнена насадкой, меняющей свои линейные размеры по высоте. Насадка 4 имеет меньщий свободный объем, чем насадка 21. Теплоноситель подается в реакционное устройство насосом 5 через распределительные устройства 15. Жидкая и паровая фазы поступают в разделительный сосуд 22 с теплообменным устройством. Паровая фаза конденсируется в конденсаторе 10 и присоединяется к жидкой фазе.
По предлагаемому способу контроля температурного режима в реакционном устройстве регулирование процесса осуществляется: подбором компонентов теплоносителя; скоростью прокачивания теплоносителя; подбором насадки (кольца Рашига, тарелки и т. п.); давлением инертного газа (азот, углекислота и т. п.) или применением вакуума; подачей регулируемых количеств кипящего теплоносителя в различные по высоте точки системы.
Предлагаемый способ регулирования теплового режима может найти применение для экзо-и эндотермических реакций с температурным коэффициентом . При применении предлагаемого способа для проведения эндотермических реакций необходимо предусмотреть источники тепла в системе теплообмена (паровая рубашка, электропечи, штыковые нагреватели).
Предлагаемый способ может найти применение при различном технологическом оформлении химических процессов: со стационарным слоем катализатора, с псевдоожиженным слоем, жидкофазным слоем и т. п.
Предлагаемый способ может быть применен для специальных случаев теплообмена, при которых требуется заданное распределение температур.
Способ регулирования темнературного режима в реакционном устройстве путем прокачивания кипящего теплоносителя, состоящего из двух компонентов и более с различными температурами кипепия, через систему теплообмена, заполненную насадкой, отличающийся тем, что теплоноситель прокачивается в том же направлении, в каком движутся и реагенты в реакционном пространстве.
- 3 -№ 116463
Предмет изобретепия
or
,
