Способ проведения химической реакции Советский патент 1982 года по МПК B01J8/04 

диальном направлении поток газа существует и развивается по высоте каждого слоя катализатора, следовательно, увеличивается скорость переноса тепла и средняя по сечению трубы температура газа, кроме того, увеличивается скорость переноса исходного газа в зону реакции, продуктов реакции из зоны реакции, а тепла в зону реакции.

Пример 1. В реакционную трубу диаметром 98 мм и высотой 8 м трубчатой печи загружают кольцевидный никелевый катализатор с наружным диаметром 10 мм, 15 мм, 20 мм по квазисинусоидальному закону. Слои катализатора каждого размера высотой 400 мм загружают в следующем порядке:

1-й слой - гранулы с наружным диаметром 10 мм; 2-й слой - 15 мм; 3-й слой - 20 мм; 4-й слой - 15 мм; 5-й слой - 10 мм; 6-й слой - 15 мм; 7-й слой - 20мм и.т. д:

Всего загружают 20 слоев катализатора.

Предлагаемая многослойная загрузка, Б которой чередуются слои с гранулами 3-х размеров, обеспечивает прерывание каналов в местах контакта соседних слоев и позволяет не допустить образование сквозных каналов по всей длине трубы.

В реакционную трубу подают смесь метана и водяного пара при 480° С и соотношении парогазовой смеси 4:1. Расход метана составляет 95 . Газовая смесь проходит последовательно через 1-й слой катализатора, 2-й слой, 3-й слой, 4-й слой и т. д. 20 слоев катализатора.

Гидравлическое сопротивление 4acTeiJ слоев, расположенных ближе к оси трубы, изменяется от слоя к слою намного меньше, чем частей слоев, находящихся у стенки трубы. Чем больше диаметр гранул, тем это сопротивление частей слоев, находящихся у стенки трубы, меньше. Поэтому при переходе газовой смеси из первого слоя во второй и далее по мере ее движения по второму слою газовая смесь движется в радиальном направлении к стенке трубы. При переходе газовой смеси в третий слой и далее при ее движения в третьем слое смесь продолжает двигаться в радиальном направлении к стенке трубь, а расход газовой смеси ближе к оси трубы и у стенки достигает минимальной и максимальной величины соответственно. Благодаря этому радиальному движению газа происходит перемешивание потоков более холодных частей газовой смеси, находящихся ближе к оси трубы, с потоками более горячими, расположенными у стенки трубы.

Скорость переноса тепла увеличивается, поэтому увеличивается средняя температура газовой смеси, вследствие чего растет степень химического реагирования. Кроме того, перемешивание газовой смеси, благодаря движению газовой смеси в радиальном направлении, приводит к тому, что растет скорость процесса переноса продуктов реакции из зоны реакции и в зону реакции газовой смеси и увеличивается скорость переноса тепла в зону реакции. При дальнейшем движении газовой смеси в четвертом, пятом и шестом слоях возникает и развивается движение газа в радиальном направлении от стенки трубы к оси. При

этом влияние на конверсию метана радиального движения газовой смеси от стенки трубы к оси аналогично движению газовой смеси к стенке трубы.

В следующих слоях газовая смесь также меняет свое направление аналогично описанному. Из 20-го слоя катализатора газовая смесь выходит с температурой 800° С, давлением 25 ати и составом,. %: 3,47 СН4; 6,13 СОг; 43,2 ПзО; 41,5 На; 5,68 СО.

Указанный способ по сравнению с аналого.м при том же расходе метана, отношении парогазовой смеси и при тех же условиях парогазовой смеси на входе в реакционную трубу обеспечивает повышение

выхода водорода на 4 об. %, и уменьшение содержания остаточного метана на

2об.%, что говорит о значительном увеличении степени химического реагирования и соответственно производительности по водороду.

Пример 2. Интенсификация процессов тепло- и массообмена имеет место и при проведении реакции каталитического превращения пропилена в акролеин в трубе, загруженной чередующимися слоями сферического катализатора.

В трубу с внутренним диаметром 20 мм

загрузили 35 слоев катализатора вьшотой

по, 100 мм следующих размеров:

1-й слой - 3 мм; 2-й слой - 4 мм; 3-й

слой - 6 мм; 4-й слой - 4 мм; 5-й слой -

3мм; 6-й слой - 4 мм и т. д.

Давление и температура газовой смеси на входе в трубу - 4 ати и 250° С. Состав смеси на входе, вес. %: 92,8 СзНб и 2,7 Og. Весовой расход смеси 35500 кг/ч м2.

Состав на выходе из трубы, загруженной чередующимися слоями катализатора, сравнивался с аналогичным составом при однослойной загрузке катализатора размером 4 мм в трубу того же диаметра при тех же условиях на входе в трубу.

Количество остаточного кислорода на

выходе из трубы при многослойной загрузке 4,54%, а при однослойной загрузке

4,78%

Уменьшение процента остаточного кислорода объясняется так же, как и в предыдущем примере: при переходе от слоя катализатора одного размера к слою катализатора другого размера происходит смешение более горячих потоков реагирующей смеси с более холодными, увеличивается средняя (по сечению) температура смеси, увеличиБаются скорости химических реакций и 5 процессов тепло- и массопереноса. Все это приБодит к увеличению степени химического реагирования. Формула изобретения5 Способ проведения химической реакции путем пропускания газа через многослойный катализатор с изменением размера гранул по слоям в реакционной трубе, от-10 личающийся тем, что, с целью повышения удельной производительности и выхода целевого продукта, изменение размера гранул катализатора в последовательных 59462 6 6 слоях по ходу газа осуществляют по квазисинусоидальному закону, причем высота каждого слоя гранул катализатора составляет не более 2-5% общей длины реакционной трубы, но не менее десяти размеров наименьших гранул катализатора. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе: 1. Вакк Э. Г. и Семенов В. П. Каталитическая конверсия углеводородов в трубчатых печах. М., «Химия, 1973. 2. Патент США № 2006078, кл. 23-288, 25.06.35.