Реактор синтеза аммиака Советский патент 1983 года по МПК B01J8/04 

Изобретение относится к 6бласт1а химического машиностроения, в частности к устройствам для ведения хи мических процессов, и может быть использовано в нефтеперерабатывающей и нефтехимической промЕшшеннести для ведения .процессов синтеза аммиака, метанола и других подобных процессов, где химическое преврацение протекает с выделением или поглощением тегша.

Известен реактор высокого давления, состоящий из корпуса, главного, . теплообменника и. катализаторной коробки, находящегося внутри катализа тора, через который проходят двойные охлаждгишше трубы, конец каждой внутренней трубы, расположенный напротив входного отверстия, зсжрыт; в стен.ках каждой внутренней трубы на некотором расстоянии от входа выполнены отверстия, наружные трубы открыты на концах, противолежащих входным отверстиям внутренних труб, другие концы внешних труб закрыты til.

Такая конструкция реактора обеспечивает удовлетворительный температурный режим в зоне химической реакции при оптимальных условиях ведения процесса. Однако она не позволяет поддерживать оптимальное значение температур во всей зоне химической реакции при изменении этих условий, . что ведет к снижению выхода целевого продукта.;

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому устройству, является реактор для л1Нтеза амтака, содержащий корпус, размещенные в нем теплообменник, катапизаторную

10 коробку с группами концентрически установленных трубок, внутренние из которых выполнены переменного диаметра по высоте, и коллектор для подвода газа. Сырье, поступающее во

15 внутренние трубки, проходит последовательно по ним и по кольцевому каналу между трубками Г2 .

Недостатком Э1ого реактора является иизкий выход целевого продукта

20 из-за невозможности обеспечения оптимальной температуры во всей зоне химической реакции при различных условиях ведения процесса, так как реактор выполнен на создание оптимального

25 температурного режима по длине зоны химической реакции только лишь при номинальных значениях условий ведения процесса. В этом реакторе невозможно осуществить изменение темпе30ратуры на одном из участков зоны химической реакции без изменения температуры на других участках, хотя такая необходимость возникает при и менении условий ведения процесса. Целью изобретения является увели ние выхода целевого продукта при ра личных условиях ведения процесса. Поставленная цель доятигается те что в реакторе для синтеза аммиака, содержащем корпус, размещенные в не теплообменник, катализаторную короб ку с группами концентрических трубо внутренние из которых выполнены переменного диаметра по высоте, и коллектор для подвода газа, внутрен ние трубки выполнены переменной выс ты увеличивающиеся по ходу газа снизу вверх, а коллектор снабжен поперечными глухими перегородками, образующими кольцевые каналы-, к каждому из которых подключены группы трубок одинаковой длины. Выполнение наружных трубок открытыг и с обоих концов и укорочение каждой последую 1 ей концентрической трубки по .отношению к предыдущей обеспечивает образование кольцевых концентрических каналов разной длины, расположенных вдоль зоны химической реакции. Изменение скорости движения сырья в концентрических каналах обеспечивает регулирование интенсивности теплообмена по участкам зоны химической реакции, что дает возможность создать оптимальные значения температур по всей зоне и увеличить выход целевого продукта. Снабжение каждой группы трубок одинаковой длины общим вводом сырья позволит регулировать расхрд сырья, а значит, и его скорость, в кольцевы каналах независимо друг от друга. Это обеспечивает возможность независимого регулирования.интенсивности теплообмена на отдельных участках зоны химической реакции при изменени условий ведения процесса,а следовательно, способствует увеличению выхо да целевого продукта. На чертеже изображен предлагаемый реактор, продольный разрез. Реактор для синтеза аммиака содер жит цилиндрический корпус 1, в котором установлены катализаторная короб ка 2 и теплообменник 3. В слое катализатора 4, находящегося в коробке 2, размещены группы концентрических трубок 5-7. Наружные трубки 5, предназначенные для отвода тепла из слоя катализатора 4, т.е. из зоны химической реакции, открыты с обоих кцнцов. В трубках 5 концентрически размещены внутренние трубки 6 и 7 меньшег диаметра, также открытые с обоих кон цов. Причем внутренняя трубка 6 выполнена короче наружной трубки 5, а трубка .7 вьтолнена короче трубки б. наружной по отношению к ней. Трубки 5-7 образуют центральный и кольцевые каналы. Внутренние трубки б выполнены переменного диаметра. Все трубки.6 закреплены в трубной доске 8 и имеют общий ввод 9, а трубки 7 закреплены в трубной доске 10 и имеют общий ввод 11. Вводы 9 и 11 служат для введения в реактор потоков сырья, управляющих интенсивностью теплообмена между основным потоком сырья и зоной химической реакции в слое катализатора 4. Ввод 12 предназначен дпя подачи основного потока сырья в реакторе через межтрубное пространство теплообменника 3 , а Ввод 13 - для подачи дополнительного холодного сырья, минуя теплообменник 3, так называемого холодного байпаса, вывод 14 - для отвода готового продукта. В зоне химической реакции, благодаря разнице в длине трубок 5-7, образуются участки 15-17 независимого регулирования интенсивности теплообмена. Практически число внутренних трубок и, следовательно, число кольцевых каналов может быть различным и определяется числом участков, на которых требуется осуществить независимое регулирование интенсивности.теплообмена. Реактор для синтеза, например, аммиака, работает следующим образом. Основной поток сырья поступает в реактор для синтеза аммиака через ввод 12, движется сверху вниз по зазору между стенкой корпуса 1 и катализаторлой коробкой 2, затем прохожит межтрубное пространство теплообменника 3, где нагревается за счет тепла продуктов реакции, смешивается с потоком холодного байпаса, поступающего через ввод 13, и поступает в группы концентрических трубок 5-7. Двигаясь далее по этим трубкам, сырье поступает в слой катализатора 4, где претерпевает химические превращения , ведущие к образованию аммиака. Реакция образования аммиака протекает с выделением большого количества тепла. Излишнее тепло из зоны химической реакции отводит-ся посредством теплообмена между сырьем, проходящим через группы концентрических трубок 5-7, и зоной химической реакции. Для этого необходимо регулировать расход холодного байпаса через ввод 13. )1зменение этого расхода влечет за собой изменение температуры сырья, поступающего в группы трубок 5-7, что в свою очередь регулирует температуру в зоне химической реакции. Однако с целью обеспечения максимального выхода аммиака при изменении условий ведения .

процесса, например при изменении состава сырья, активности катализатора и т.д. нeoбx6ди 40 пдддерживать оптимальную температуру на отдельных участках зоны xи iичecкoй реакции.

При изменении условий ведения процесса изменяется количество теп- ла, выделяюсоееся на том или ином участке, что вызывает необходимость изменить интенсивность отвода тепла на отдельных участках зоны химической реакции.

Интенсивность теплообмена регулируют изменением расхода управляющих потоков сырья через кольцевые,каналы, образованные концентрическими трубками 5-7.

Например, увеличение расхода сы1рья через кольцевс)й канал вызывает увеличение скорости движения сырья в нем, а следовательно, интенсифицирует теплообмен между поверхностями, разделенными кольцевым каналом.

Изменение интенсивности теплообмена на участке 15 достигается за счет изменения расхода потока холодного байпаса через ввод 13, а на участках 16 и 17 за счет изменения расхода управляющих потоков, соответственно, через вводы 9 и 11. Так, изменение расхода сырья через ввод 11 приведет к изменению теплопередачи через кольцевой канал, образованный трубками 6 и 7, а значит, к изменению интенсивности теплообмена между основным потоком сырья в центральном канале и участком 17 зоны реакции.

На этом участке кольцевой канал южду.трубками 5 и 6 очень узок, поэтому скорость движения сырья через него при любом расходе велика и не оказывает существенного, влияния на теплообмен.

Изменение расхода управлякяцего потока через ввод 9 приводит к изменению скорости движения сырья в кольцевом канале, образованном трубками 5 и 6. Вследствие изменения теплопроводности этого канала изменяется и интенсивность теплообмена на участке 16.

Благодаря тому, что внутренние трубки 6 имеют переменный диаметр, скорость движения в кольцевых каналах изменяется по длине зтих трубок и при неизменном расходе через вводы 9 и 11, что также влияет на интенсивность теплообмена.

Предлагаемое устройство реактора для синтеза аммиака позволяет изменять температуру в зоне химической реакции на отдельных участках практически независимо друг от друга, что обеспечивает оптимальное значение

5 температур в зоне реакции на всем ее протяжении при различных условиях ведения процесса, благодаря чему увеличится выход аммиака на 1%.

0

Формула изобретения

Реактор синтеза аммиака, содержащий корпус, размещенные в нем теплообменник, катализато| ную коробку с

5 группами концентрически установленных трубок, внутренние из которых выполнены переменного диаметра по высоте, и коллектор для подвода газа, отличающийся тем, что,

0 с целью увеличения выхода целевого продукта путем осуществления регулировани.я температуры по высоте катализатора, внутренние трубки выполнены переменной высоты, увеличивающей5ся по ходу газа снизу вверх, а коллектсч) снабжен поперечными глухими перегородками, образующими кольцевые каналы, к каждому из которых подключены группы трубок одинаковой длины.

0

Источники информсщии, принятые во внимание при экспертизе

1.Патент ФРГ 1542215, КЛ. 12 q, 4/02, 1965.

2.Патент Франции 9 2141488, КЛ. В 01.J 8/04, 1971.

Jl