Контактный аппарат для синтеза аммиака и метанола Советский патент 1935 года по МПК C01C1/04 C07C31/04 

Предлагаемый контактный аппарат для производства синтетического аммиака и метанола при высоком давлении (250-300 атм.) характеризуется тем, что часть катализатора, измельченная до пылевидного состояния, загружается в железные трубки помещенного в слое кускового катализатора. При прохождении сжатого и нагретого до температуры реакции газа через трубки, заполненные пылевидным катализатором, происходит распыление катализатора в трубках и образуется взвешенный слой катализаторной пыли в газе. Так как каталитические гетерогенные реакции синтеза аммиака и метанола зависят от поверхности катализатора, то реакция синтеза в контактном аппарате с взвешенным слоем катализаторной пыли должна происходить при больших объемных скоростях и с высокой производительностью.

На фиг. 1 изображен предлагаемый контактный аппарат для синтеза аммиака и метанола с применением пылевидного катализатора в разрезе, а на фиг. 2- деталь трубки.

Аппарат состоит из стальной цилиндрической бомбы / высокого давления, рассчитанной для работы при 300 атм. давления. Сжатая азотно-водородная смесь через канал 12 поступает в контактный аппарат, предварительно омы(20)

вает катализаторную камеру 3, покрытую снаружи тепловой изоляцией 2,. проходит через теплообменник 9, подогревается в нем, омывая снаружи трубки 17, по которым уходят горячие газы из катализаторной камеры после синтеза. В теплообменнике установлены перегородки 75, значительно удлиняющие путь поступающего газа и способствующие лучшему теплообмену.

Затем подогретые газы поступают в центральную трубу 14, установленную в контактной камере 5, и из нее направляются в распределительную цилиндрическую камеру 10. В нижнюю часть этой камеры вставляются в несколько рядов трубки 5. В эти трубки концентрически установлены другие трубки б меньшего диаметра, в которые помещается катализаторная пыль. Газ из распределительной камеры 10 поступает в кольцевое пространство между трубками 5 и б, где происходит дополнительное нагревание газа за счет теплообмена между стенками трубки 5 и слоем катализатора 4, а также через стенки трубки 6. Внизу трубка 6 имеет конусообразное сечение, заканчивающееся соплом, через небольшое отверстие в нем с большей скоростью вдувается струя нагретого до температуры реакции газа, которая производит интенсивное распыливание пылевидного катализатора 7 в трубке 6. При этом происходит интенсивная реакция синтеза с выделением значительного количества тепла. Выделяющееся тепло реакции удаляется через стенки трубки б и идет на подогрев поступающего газа. Степень измельчения катализаторной пыли (диаметр частиц пыли 0,1-0,01 мм) выбирается в зависимости от давления, температуры и скорости движения газа через трубки с пылевидным катализатором. Все эти факторы так подбираются, чтобы катализаторная пыль все время под действием струи газа подбрасывалась кверху в трубке 6 и затем частицы пыли, под влиянием силы тяжести, падали обратно на конусообразное дно; при этом струя газа вторично подбрасывала бы эти частицы катализатора кверху. Таким образом происходило бы непрерывное движение частиц катализаторной пыли в трубке 6. С другой стороны размер частиц и скорость газа подбираются такими, чтобы частицы пыли не выбрасывались из трубки 6 потоком газа, но поднимались не выше чем на V ее высоты. Для улавливания же небольшого количества очень мелкой пыли катализатора, увлекаемой потоком газа, трубка б имеет вверху фильтр 8. Затем синтезированный газ выходит из трубки 6 и через каналы 7/ поступает в контактную камеру, наполненную зернами катализатора -/ (диаметр 5-8мм), помещенными на решетке 73, где происходит дополнительная реакция синтеза. Так как трубки с пылевидным катализатором помещены в камере, наполненной кусочками катализатора, то температурный режим в трубках сохраняется устойчивым и после кратковременных остановок аппарата гарантируется возобновление реакции синтеза взвешенного пылевид«ого слоя катализатора без внешнего подогрева. Окончательно прореагировавший газ проходит через трубки 77 теплообменника, где он охлаждается. Затем через канал J8 в крышке аппарата газ удаляется из конвертора. При повышении температуры в зоне реакции выше оптимального значения в трубку М непосредственно через трубку 76 поступает холодный газ, который охлаждает зону реакции и создает оптимальные условия для проведения синтеза.

На фиг, 2 показана более детально трубка 5 с пылевидным катализатором. Поступаюйхий из камеры JO газ проходит междуйтрубками 5 б и, нагревшись до температуры реакции, поступает в сопло а, имеющее; небольшое спиралеобразное отверстие, создающее вращающуюся струю газа. Образовавшаяся струя газа проходит через цилиндрическую насадку Ь, установленную для получения более интенсивного движения пылегазовой смеси. После поднятия пыли до определенной высоты частицы пыли катализатора под влиянием силы тяжести начинают падать вниз и затем опять подбрасываются идущей навстречу струей пара. Более тящелые частицы пыли падают на конусообразное дно трубки б и через отверстия в насадке поступают под струю газа. При этом синтезированный газ поступает в пространство между насадкой b и соплом а. Циркуляция газа в трубке происходит от инжектирующего действия струи газа, поступающего через сопло а в насадку Ь. Перед насадкой тогда получается разрежение, создающее многократную циркуляцию синтезированного газа; при этом происходит интенсивное смешивание пыле-газовой смеси и повышается процент контактирования.

Производство синтетического аммиака и метанола в предложенном контактном аппарате имеет следующие преимущества;

1.Большая поверхность катализатора на единицу объема контактной камеры в виду применения пылевидного катализатора в взвешенном слое, создающая высокую интенсивность процесса синтеза.

2.Работа контактного аппарата при больших объемных скоростях (50-100 тысяч м газа на 1 -W катализаторного объема) с большой производительностью.

3.Высокий процент МНз в газе после синтеза.

4.Возможность получать высокие выхода аммиака при более низких температурах синтеза.

Предмет изобретения.

Контактный аппарат для синтеза аммиака и метанола с теплообменником в нижней части, отличающийся тем, что

в целях проведения части процесса синтеза с применением пылевидного катализатора во взвешенном состоянии, в контактном пространстве аппарата, заполняемом зерненым катализатором, расположены трубки 6, предназначенные для помещения в них пылевидного ката лизатора и имеющие в нижней части сопла а и насадку Ь, z в верхней части фильтр 8.

.rS