Трубчатый каталитический реактор Советский патент 1993 года по МПК B01J8/06 

Предполагаемое изобретение относится к устройствам трубчатых печей и трубчатых реакторов, в которые загружается катализатор сферической формы, и может найти применение в химической и нефтехимической отраслях промышленности, в частности, в печах конверсии природного газа в производствах аммиака и метанола, в трубчатом реакторе синтеза метанола.

Целью предполагаемого изобретения является снижение затрат на изготовление и обслуживание реактора, а также расширение диапазона размеров используемых ката л изаторных гранул.

Изобретение поясняется чертежом, на котором представлен общий вид реактора с расположением штуцеров, труб и опорных решеток (фиг. 1), а также расположение частиц смежных монослоев (фиг. 2).

Реактор содержит цилиндрический корпус 1, с размещенными в нем верхней и

нижней трубными досками 2, в отверстиях которых закреплены концы реакционных труб 3. В нижней части этих труб установлены опорные решетки 4, зафиксированные с помощью стопорных колец 5. Трубное про- странство реакционных труб заполнено монодисперсным слоем шарового катализатора 6.

Реактор работает следующим образом. Газовый поток через верхний штуцер поступает в заполненные катализатором реакционные трубы, где происходит химическая реакция между компонентами, сопровождающаяся выделением (поглощением) тепла. Съем (подвод) тепла осуществляется за счет циркулирующего в межтрубном пространстве теплоносителя. Продукты реакции, пройдя через перфорацию опорных решеток, попадают в нижнюю часть реактора, откуда через нижний штуцер отводятся на разделение и переработку. Периодически произвоел

С

00

о о

о

о

дится замена отработанного катализатора на новый.

Эффект от использования конусной, с углом 124-135°С при вершине, опорной решетки проявляется уже в процессе загрузки монодисперсного шарового катализатора, когда указанная конфигурация решетки обеспечивает формирование слоя с регулярной кольцевой структурой. Проведенные эксперименты показали, что в начальной стадии загрузки частицы, попадая на конусную поверхность оперной решетки, скатываются к стенкам трубы, стремясь занять наиболее устойчивое положение. При этом на поверхности решетки из гранул формируется некоторое, (зависящее от соотношения диаметра трубы к диаметру гранулы), количество колец, выполняющих роль ориентирующих матриц для вновь поступающих частиц. Последние, располагаясь в перешейке между двумя смежными частицами своего кольца, формируют цилиндрический монослой. Совокупность таких монослоев составляет регулярный слой с кольцевой структурой, подобной той, кото- р ая формируется над опорной решеткой,, взятой в качестве прототипа. Это означает, что механизм формирования упорядоченной структуры в трубе в обоих случаях одинаков. Однако, существенное различие между ними заключается в том, что в прототипе кольца из частиц жестко фиксируется матрицей в радиальном направлении трубы, а в предлагаемом решении кольца формируются самопроизвольно в соответствии с конкретным диаметром шаров. При этом, в зависимости от получающегося соотношения диаметров трубы и гранул, в центре трубы либо располагается одиночный шар, либо кольцо из.2-4 шаров (гранул катализатора).

Эффект ориентирующего влияния конуса при беспорядочной загрузке монодисперсных шаров в трубу с учетом несферичности и шероховатости поверхностей гранул и трубы ограничен диапазоном изменения угла при вершине конуса 124-135°С. Вне этого интервала над опорной решеткой формируется слой, который в своей нижней части может иметь фрагменты регулярной структуры, разрушающиеся с ростом высоты слоя..

Проведенные эксперименты показали, что увеличение угла при вершине конуса приводит к.уменьшению энергии скатывающихся частиц и ее недостаточно для заполнении колец без дефектов типа дырок. С ростом высоты слоя дефекты структуры раз- ррстаются, что приводит к быстрой потере порядка. Это особенно проявляется в случае частиц с шероховатой поверхностью и малым удельным весом.

Напротив, при угле меньше 124° обнаруживается неустойчивость положения частиц в центре трубы, в результате чего появляется большая вероятность появления сбоя в расположении гранул. Как и в случае большого угла, образовавшийся сбой в структуре слоя разростается с увеличени0 ем высоты, нарушая порядок во всем объеме трубы.

Сравнение заявляемого технического решения с прототипом позволяет установить его соответствие критерию новизна.

5 Анализ других технических решений в данной И смежных областях техники показал, что использование конуса в качестве ориентирующей матрицы с заявленным интервалом угла при вершине при формирова0 нии упорядоченной упаковки сферических гранул нигде не описано. Это позволяет сделать вывод о соответствии предлагаемого технического решения критерию существенные отличия.

5 в лабораторных условиях испытывали модели трубчатого реактора предлагаемой конструкции, при этом в стеклянные трубы диаметром Dy 20-50 мм загружали шары из различных материалов (сталь, керамика,

0 стекло, цеолит) диаметром 3-20 мм, используя в качестве матрицы как точеные, так и штампованные конусы с углом при вершине 160-60°. Методика проведения эксперимента следующая. В вертикальную трубу с

5 установленным в нижней части конусом подавали частицы. Результаты загрузки оценивали визуально через прозрачные стенки трубы и по образованию кольцевой структуры в торцевой части слоя. Эксперименты

0 показали, что в диапазоне соотношения диаметра трубы к диаметру частиц 4,4-12,5 в трубах реактора на опорных конических решетках формируются регулярные слои катализатора в тех случаях, когда угол

5 при вершине конуса находился-в пределах 124-135°.

Использование трубчатого аппарата предлагаемой конструкции, например, в качестве реактора синтеза метанола позволит

0 в сравнении с существующими конструкциями повысить в 1,5-2 раза эффективность технологического процесса, обеспечивает равенство гидравлического сопротивления по реакционным трубам за счет формирова5 ния регулярной упаковки шарового катализатора при относительно низких материальных затратах.

Формулаизобретения Трубчатый каталитический реактор, содержащий цилиндрический корпус, трубные

доски и заполненные монодисперсным регулярным слоем шарового катализатора реакционные трубы с коническими опорными решетками, отличающийся тем, что, с целью снижения затрат на изготовление и

обслуживание реактора, а также расширения диапазона размеров используемых гранул, угол при вершине конуса опорной решетки выполнен равным 124-135°.

Область использования: изобретение относится к конструкциям трубчатых реакторов и печей, в которые загружается катализатор сферической формы, и может использоваться в химической и нефтехимической отраслях промышленности, например, в процессе синтеза метанола. Сущность изобретения. Реактор содержит цилиндрический корпус, трубчатые доски и заполненные монодисперсным слоем шарового катализатора реакционные трубы с коническими опорными решетками. Угол при вершине конуса решетки выполнен равным 124-135°. 2 ил.

реакции

Фиг.1