Способ проведения гетерогенных каталитических реакций Советский патент 1992 года по МПК B01J8/02 

Изобретение относится к способам проведения гетерогенных каталитичес- киз реакций с распределением синтез- газа в слоях катализатора в цилиндрических аппаратах высокого давления с внутренним патроном с катализатором, а котором находятся по меньшей мере два слоя,.в которых помещается катализатор, причем каждый слой представляет собой две цилиндрические-стенки, проницаемые для газа, коаксиальные Друг другу и оси аппарата высокого давления, газ, проходящий через ката- , литические.слои при направленной внутрь или наружу радиальном потоке или направленном внутрь или наружу аксиально-радиальном потоке, распределяется через газовые впускной и выпускной коллекторы.

Известны реакторы, которые состоят из цилиндрического аппарата высокого давления с внутренним патроном с ка- тализаторомр помещенным по меньшей мере в два слоя, причем каждый слой представляет две цилиндрические стенки, проницаемые для газа и коаксиальные одна другой и оси аппарата высокого давления. Газ проходит упомянутые каталитические слои при направленном внутрь или наружу радиальном потоке или направленном внутрь или наружу аксиально-радиальном потоке и распределяется через газовые впускной и выпускной коллекторы. Каждый коллектор может быть представлен центральным трубопроводом, коаксильным аппарату высокого давления, стенка которого является

2

(Ј О О

СО

проницаемой для газа на внутренней стенке каталитического слоя, либо воздушным пространством между цилиндрической стенкой, проницаемой для газа, и неперфорированной сплошной стенкой (выпускной коллектор газа), либ-о двойной стенкой, проницаемой для газа, одна часть которой с боль17

шеи площадью поверхности контактирует со слоем катализатора непосредственно или через проволочно-сетчатую подложку катализатора, а другая имеет поперечное сечение для газа, которое находится значительно ниже чем первое поперечное сечение, и обеспечивает концентрированный перелад давления, по меньшей мере равный перепаду давления слоя катализатора, что способствует равномерному распределению газа по всей осевой длине слоя,

В наиболее широко используемых реакторах используют распределители со слоем катализатора, впускной коллектор которых представлен двойной стенкрй, проницаемой для газа, с , внутренней частью, которая ближе к слою катализатора, и внешней частью с меньшим поперечным сечением для прохождения газа в которой имеет место значительный перепад давления (более высокий, чем перепад давления слоя катализатора), следовательно, специальные устройства должны применяться для того, чтобы придавать газ идущему с высокой скоростью от внешней стенки распределителя (высокая скорость является последствием уменьшенного поперечного сечения самой внешней стенки), направление паралг дельно стенкам распределителя ва избежание прямого столкновения с проницаемой внутренней стенкой, что могло бы служить причиной неравномерного распределения газа в этом слое и повреждения катализатора.

В упомянутых выше реакторах выпускной коллектор не обеспечивает какого-либо концентрированного перепада давления, равномерное распределение газа в слое катализатора достигается за счет перепада давления во внешней стенке впускного коллектора.

При упомянутой выше конструкции коллектора требуется очень эффективное уплотнение верхнего приемника слоя, которое должно обладать высокой механической прочностью для поддержания большого перепада давления,

,

10

15

25.

741600

во избежание состояния, когда часть газа обходит слой катализатора.

Цель изобретения - повышение эффективности процесса путем более равномерного распределения газа.

Согласно предлагаемому способу падение давления регулируют на внешних стенках входного и выходного распределителей (одного впускного распределителя газа в слоях катализатора и одного распределителя для выпуска газа, каждый из которых образован двумя цилиндрическими стенками, коаксиальными друг другу и оси цилиндрического аппарата высокого давления, причем обе стенки каждого распределителя являются проницаемыми для газа), при этом живое

2Q сечение распределителей выбирают в зависимости от величины падения давления «в слое катализатора. Предпочтительно живое сечение внешних стенок распределителей выбирают в зависимости от падения давления на входном распределителе в пределах, превышающих падение давления в каталитическом слоев 1 - Зраза, а на выходном - не менее чем в 2 - раза

По другому варианту живое сечение внешних стенок выбирают в зависимости от падения давления на внешней стенке выходного раслределителя, равного по меньшей мере падению давления на внешней стенке входного распределителя, которое ограничивают в пределах до 0,9 падения давления в каталитическом слое

Способ может применяться в реакторах с потоком газа в радиальном или

40 аксиально-радиальном направлениях в каталитических слоях и осуществляется с помощью комплекта распределителей, один из которых впускает газ в слои катализатора, а другой

4S выпускает, газ, причем каждый распределитель составлен из двух цилиндрических стенок, коаксиальных друг другу и оси цилиндрического аппарата высокого давления, ,а обе стенки яв50 ляются проницаемыми для газа.

Для осуществления способа по первому варианту живое сечение внешних стенок распределителей выбирают так, что во впускном газораспределителе I внешняя стенка менее проницаема для газа, чем внутренняя, ближайшая к катализатору, стенка, чтобы лимитировать падение давления в один 30

35

55

три раза выше падения давления в самом слое катализатора, а в выпускном газораспределителе проницаемость внешней стенки обеспечивает падение давления в 2 - k выше падения давления в слое катализатора „По второму варианту живое сечение внешних стенок распределителей выбирают соответственно так, что падение давления на внешней стенке выходного распределителя по меньшей мере равно падению давления на внешней стенке входного распределителя, которое ограничивают в пределах от 0,9 падения давления в каталитическом слоев

На фиг„1 представлено сечение комплекта из двух каталитических слоев с распределителями, обеспечивающими радиальное направление /к центру/ потоков газа; на - то же, с аксиально-радиальным направлением потоков газа; на фиг.З то же, с противоположным направлением потоков.

На фиг. схематически изображен комплект из двух последовательно расположенных (один над другим) кольцеобразных слоев Т и 2 с радиальным (к центру) потоком 3 газа в слое, каждый из которых заключен в сплошной (неперфорированной) цилиндрической стенке k и образован из двух комплектов распределителей, один из которых - внешний - состоит из двух коаксиальных проницаемых для газа цилиндрических стенок - внешней 5 и внутренней 6 (ближайшей к катализатору) , причем внутренняя стенка 6 является более проницаемой для газа, чем внешняя стенка 5, а другой - внутренний (выходной) распределитель состоит из двух коаксиальных проницаемых для газа цилиндрических стенок - внешней 7 и внутренней 8, причем внутренняя (ближайшая к катализатору) стенка 8 является более проницаемой для газа, чем внешняя стенка 7 закрытой донной части 9 размещенной в ограниченном пространстве между стенкой 7 и неперфорирован- ной стенкой 4, и верхней части (крышки) 10, размещенной в ограниченном пространстве между стенкой 8 и неперфорированной цилиндрической стенкой И,, являющейся частью средства для . выпуска газа.

При этомстенки 5-8 рэспреде-ъ fлителей обычно имеют непроницаемую

О

5

для газа верхнюю часть 12, Из фиг.1 видно, что большее количество газа проходит через каталитические слои в радиальном ( к центру) потоке в соответствии с большой площадью живого сечения распределителей, а остальное (малое) количество газа проходит через каталитические слои в аксиальном потоке в закрытой зоне, образованной верхней частью 12, которые выполнены непроницаемыми для газа

На фиг.2 показана система с аксиально-радиальным (к центру) потоком газа через катализатор, при этом донная часть расположена в зоне, ограниченной стенками 5 и 11, а крышка 10 ограничена стенками k и 7« Q На фиг.З показана система, аналогичная изображенной на фиг.1, но с противоположным (от центра) радиальным направлением потока газа 3. В этом варианте функция распределителей 5 меняется: стенки 7 и 8 становятся впускными, а стенки 5 и 6 - выпускными о

При соответствующем изменении направления подачи газа аналогично может быть изменено направление радиальных потоков и в системе по фиГо2„

Пример 1, В реакторе синтеза аммиака с двумя слоями катализатора (аналогично фиг.1) и направленным внутрь радиальным потоком газа реали- 5 зуют следующие рабочие условия.: катализатор - гранулы неправильной формы, размером 1,5-3 мм; гидравлическое сопротивление (падение давления) газа в слое катализатора 0,015 кгс/см2; па- 0 дение давления на стенке 5 входного распределителя 0,02 кгс/см2 (падение давления на стенке 6 входного распределителя является незначительным и не учитывается); падение давления на $ стенке 7 выходного распределителя 0,05 кгс/см2 (падение давления на стенке 8 является незначительным).

Избыточное давление на крышку 10 в зоне слоя катализатора пренебрежимо 0 мало (не требуется никакого уплотнения). Соотношение перепада давления на стенках распределителей и в слое катализатора 1,3 1 3,3о

Пример2. 8 реакторе синтеза аммиака, аналогичном изображенному на фиг.2, с тремя слоями катаяизато- рэ и основном при радиальном (к центру) потоке газа и частично ак аксиальнбм потоке газа осуществляют

0

следующие рабочие условия: катализатор - гранулы беспорядочной формы, размер 1,5 - 3 мм; перепад давления газа в слое катализатора 0,015 кг/ /см2; перепад давления на стенке 5 впускного распределителя 0,015 кг/ /см2 (перепад давления на стенке 6 впускного распределителя пренебрежимо мал); перепад давления на стенке 7 выпускного распределителя 0,06 кг/ /см2 (перепад давления на стенке 8 пренебрежимо мал); соотношение перепадов давления 1 : 1 : .

ПримерЗ В реакторе синтеза аммиака по фиг.З используют катализатор в виде гранул размером 1,5 3 мм, при этом перепад давления на стенке 7 входного распределителя 0,005 кг/см2, на стенке 5 выходного распределителя 0,01 кг/см2, а перепа давления в слое катализатора при этдм 0,015 кг/см2о

Здесь выполняется условие, что перепад давления на входном распределителе меньше перепада давления на выходном распределителе и меньше 0,9 падения давления в слое катализатора „

Пример1). По примеру 3, перепад давления на стенке 7 входного распределителя 0,075 кг/см2 и примерно равен перепаду давления на стенке 5 выходного распределителя Падение давления в слое катализатора 0,015 кг/см2.

Формула иэо бр

е т

е н и я

1. Способ проведения гетерогенных каталитических реакций в цилиндричес

s

0

5

0

5

0

ком аппарате высокого давления путем предварительного распределения посредством входных и выходных распределителей, каждый из которых образован двумя коаксиальными цилиндрическими стенками,и последующего пропускания газа через по крайней мере два слоя катализатора, размещенные в патроне между двумя коаксиально установленными проницаемыми для газа стенками, в радиальном или аксиально- радиальном потоке, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности процесса путем более равномерного распределения газа, падение давления регулируют на внешних стенках входного и выходного распре--, делителей, живое сечение которых выбирают в зависимости от величины падения давления в слое катализатора.

2,Способ по п.1, отличающий с я тем, что живое сечение внешних стенок распределителей выбирают в зависимости от падения давления на входном распределителе в пределах, превышающих падение давления в каталитическом слое -в 1 - 3 раза,,а на входном - не менее чем

2 - k раза.

3.Способ по п о 1, о т- л и ч а ю- щ и и с я тем, что живое сечение внешних стенок распределителей выбирают в зависимости от падения давления на внешней стенке выходного распределителя, равного по меньшей мере падению давления на внешней стенке входного распределителя, которое ограничивают в пределах до 0,9 падения давления в каталитическом олое«

Изобретение относится к способам проведения гетерогенных каталитических реакций в цилиндрическом аппарате высокого давления путем предварительного распределения посредством распределителей и последующего пропускания газа через слои катализатора, размещенного в патроне между проницаемыми для газа стенками в радиальном или аксиально-радиальном потоке, падений давления регулируют на внешних стенках входного и выходного распределителей, живое сечение которых выбирают в зависимости от величины падения давления в слое катализатора. 2 з,п« ф-лы, 3 ил.

Фие.2.

Фа г. 3