Колонна для синтеза аммиака Советский патент 1935 года по МПК C01C1/04 

Известны выгоды, которые получаются при проведении газовых каталитических реакций, происходящих с выделением тепла, в две фазы. Первая фаза работает при температурах и объемных скоростях, значительно больших, чем вторая фаза, при получении большего количества продукта на первой фазе. Вследствие этого количество тепла реакции выделяющегося на первой фазе больше, чем на второй фазе. Исходя из этого, на первой фазе катализа приходится отводить на единицу работающего катализатора тепла больше, чем на второй фазе.

При проведении реакции синтеза аммиака в условиях высокого давления обе фазы должны быть конструктивно оформлены в одном аппарате, свободное пространство которого ограничивает возможность осуществления всех требуемых конструктивных элементов в тех пределах, которые создавали бы гибкость работы аппарата.

Общий ход процесса при двухфазном проведении газовой каталитической реакции представляется следующим образом. Свежий газ поступает в первый теплообменник, который передает циркуляционное тепло, необходимое для повышения его температуры до определенного предела. Далее газ поступает во второй теплообменник, где он также повышает свою температуру до определенного предела, затем газ поступает в зону первой фазы, где он еще повышает свою температуру, проходя вдоль поверхности теплопередачи. После этого газ входит на катализатор, где происходит энергичное образование аммиака. По выходе из первой зоны катализа газ имеет температуру, превышающую ту, которая ему необходика для входа во вторую фазу. Кроме того, перед поступлением во вторую фазу газ должен еще пройти вдоль поверхности теплообмена данной фазы для того, чтобы отводить тепло реакции из зоны ее непосредственного проведения, так как в противном случае оно уйдет на повышение температуры газа, что уничтожает преимущества проведения реакции в две фазы.

Таким образом температуру газа, выходящего из первой зоны, необходимо понизить до пределов, удовлетворяющих описанным условиям. Для этого газ входит во второй теплообменник, где он отдает тепло газу, идущему на первую фазу катализа. Далее газ с первой фазы омывает теплообменную поверхность второй фазы, входит вновь в катализатор, после чего поступает в первый теплообменник, где отдает часть тепла свежему газу, унося с собой физическое тепло, которое в нем заключалось при входе его в аппарат, и тепло реакции.

Осуществление столь сложного движения газового потока в одном аппарате, ограничивающем необходимые конструктивные размеры, вынуждает, в целях упрощения конструкции для аппарата больщой мощности, искать других средств для достижения намеченной цели.

Одним из таковых средств является настоящее предложение, которое заключается в том, что при определенной системе конструкции колонны, изображенной на прилагаемом чертеже, создается возможность: 1) менять в щироких пределах температуру газа прошедшего первую фазу катализа и идущего на вторую фазу катализа; 2) менять в любых практически оправдываемых пределах температуру реакции в первой фазе; 3) менять в любых практически оправдываемых пределах объемную скорость во второй фазе.

Изменение температуры газа, прошедщего первую фазу катализа, и изменение температуры реакции в первой фазе, осуществляется впуском в колонну некоторого избыточного количества газа, который, пройдя последовательно второй теплообменник и поверхность теплопередачи первой фазы катализа, может быть выпущен из колонны в общий цикл газа, не уменьшая своего давления.

Изменение температуры газа перед входом его во вторую фазу может быть осуществлено еще тем, что к нему подмешивается некоторое небольшое количество холодного избыточного газа, впускаемое прямо из цикла.

Изменение объемной скорости на второй фазе осуществляется впуском только что отмеченного количества холодного избыточного газа или выпуском по тому же газовому пути части газа прямо в общий цикл.

Схема колонны, осуществляющей изложенные принципы, изображена на прилагаемом чертеже.

Колонна состоит из корпуса /, внутри которого размещены первый теплообменник 2, второй теплообменник 3, катализатор для проведения первой фазы катализа 4 и второй 5.

Впуск газа в колонну осуществляется через каналы 6, 7 vi 8, причем через канал 7 осуществляется впуск избыточного газа, который дает возможность понизить температуру газа, входящего во вторую зону катализа, или уменьшить объемную скорость.

Выпуск газа, прошедшего последовательно обе фазы, производится через выход 10. Для выпуска избытка газа предусмотрен канал. 9

Данная конструкция применима ко всем газовым каталитическим реакциям, происходящим с выделением тепла и осуществляемым под давлением.

Предмет изобретения.

1.Колонна для синтеза аммиака из водорода и азота под давлением, в две фазы, с расположенными внутри нее двумя теплообменниками, отличающаяся тем, что, в целях регулирования количества газа, поступающего на вторую фазу синтеза, в верхней головке ее расположен канал 8, сообщающийся с полостью над контактным пространством второй фазы.

2.Форма выполнения колонны, означенной в п. 1, отличающаяся тем, что, в целях регулирования также и количества газа, поступающего на первую фазу синтеза, в ее головке расположен канал 9, сообщающийся с полостью над контактным пространством первой фазы.