початок розділу Виробничі, аматорські радіоаматорські Авіамодельний, ракетомодельного Корисні, цікаві	хитрощі майстру електроніка фізика технології винаходи	таємниці космосу таємниці Землі таємниці Океану хитрощі Карта розділу
Використання матеріалів сайту дозволяється за умови посилання (для сайтів - гіперпосилання)

ВИНАХІД
Патент Російської Федерації RU2136359

РЕАКТОР ДЛЯ ПРОВЕДЕННЯ гетерогенних екзотермічних СИНТЕЗУ

Ім'я винахідника: Кленов О.П .; Золотарського І.А .; Даут В.А .; Цукерман М.Я.
Ім'я патентовласника: Інститут каталізу ім.Г.К.Борескова СО РАН
Адреса для листування: 630090 Новосибірськ, пр.Лаврентьева 5, Інститут каталізу, Керівнику патентного відділу Т.Д.Юдіной
Дата початку дії патенту: 1997.07.14

Винахід відноситься до процесів та апаратів хімічної технології і може бути використано для здійснення екзотермічної гетерогенного синтезу, зокрема у виробництві метанолу або аміаку з синтез-газу. Описується реактор, який включає вертикальний корпус, кришку і днище, штуцера для введення вихідної газової суміші і виведення цільового продукту, газопроникні горизонтальні перегородки, на яких розташовані шари каталізатора, по крайней мере одну камеру змішання для перемішування гарячого газового потоку, що виходить з шару каталізатора, і холодного газового потоку, що подається через розподільчий засіб від штуцера для введення вихідної газової суміші, нижче і паралельно газопроницаемой перегородки встановлена ​​глуха перегородка, між якими утворено проміжний простір, куди надходять гарячий і холодний газові потоки, а камера змішання повідомляється з проміжним простором і забезпечена газоходів , який встановлений таким чином, що через нього виходить, додатково перемішуючись, газовий потік з камери змішування в обсяг реактора нижче проміжного простору. Камера змішування виконана в формі полого циліндра з глухими кришкою і днищем і отворами для надходження в неї частково перемішаного в проміжному просторі газового потоку, виконаними в його стінці на рівні проміжного простору. Вона розташовується коаксіально і уздовж осі реактора, герметично з'єднана з газопроницаемой перегородкою і частково занурена в шар каталізатора. Газохід в камері змішання виконаний у формі труби і встановлений коаксіально і уздовж осі реактора. Технічний результат - усунення програвав і дезактивації каталізатора.

ОПИС ВИНАХОДИ

Винахід відноситься до області процесів і апаратів хімічної технології і може бути використано для здійснення екзотермічної гетерогенного синтезу, зокрема у виробництві метанолу або аміаку з синтез-газу.

Відомо, що для досягнення оптимальних величин конверсії в процесі екзотермічної гетерогенного синтезу реакцію проводять, пропускаючи реакційну суміш через кілька розташованих послідовно верств каталізатора, причому гарячий газовий потік, що виходить з кожного шару каталізатора, повинен бути охолоджений перед подачею в наступний шар, щоб уникнути перегріву і дезактивації каталізатора в шарі. Для цього реактори екзотермічної синтезу постачають засобами, які змішують холодну реакційну суміш з гарячим газом, які виходять з шару каталізатора, забезпечуючи таким чином пряме охолодження останнього перед надходженням в наступний шар.

Тут вираз "гарячий газ" означає газ або суміш частково прореагували газів, що виходять з шару каталізатора реактора синтезу, в якому відбувається екзотермічна реакція. Наприклад, при екзотермічних каталітичному синтезі метанолу такий гарячий газ має температуру від 240 до 290 ^{o C.} Вираз "холодний газ" позначає газ з температурою нижче температури гарячого газу, що виходить із шару каталізатора. Зазвичай такий газ складається з газоподібних реагентів в заданих співвідношеннях і має в разі синтезу метанолу температуру від 60 до 200 ^{o C.}

Відома конструкція реактора, що дозволяє проводити гетерогенний екзотермічний синтез в послідовно розташованих адиабатических шарах каталізатора з введенням в межслоевое простір холодного реакційного газу для температурного регулювання процесу. Реактор складається з вертикального циліндричного корпусу, сферичних кришки і днища, штуцерів для введення вихідної газової суміші і виведення цільового продукту, розподільників холодного газу, розташованих горизонтально на різних рівнях в реакторі і розділяють суцільний шар каталізатора на умовні послідовно розташовані шари (Заявка Японії N 58- 47214, кл. C 07 C 31/04). Змішання гарячого і холодного газу відбувається в порожніх камерах, що мають вертикальний перетин у формі ромба і розміщених навколо розподільників холодного газу. Стінки камер виконані проникними для газу і непроникними для частинок каталізатора. Досвід експлуатації реакторів такої конструкції показав, що вони забезпечують низьку якість перемішування, що призводить до зниження продуктивності реактора через виникнення в шарах каталізатора температурних неоднорідностей.

Відома конструкція реактора, що дозволяє збільшити ступінь перемішування гарячого і холодного газу шляхом розміщення кожного шару каталізатора на окремій газопроницаемой решітці, освіти вільного простору між шарами і введення холодного газу в цей простір за допомогою спеціальних розподільників (Заявка Японії N 58-52692, кл. C 07 C 31/04). Однак ступінь перемішування гарячого і холодного потоків в цих реакторах і незадовільна.

Більш якісне перемішування потоків досягають в реакторах, які передбачають змішування потоків в камері змішання (Патент США N 3787189, кл. C 07 C 31/04).

Але при цьому наявність камери змішання (патент США N 3787189, кл. C 07 C 31/04) не дозволяє встановити центральну колону, необхідну для реакторів діаметром більше 3 м, без ризику погіршити якість змішування, тому що основний внесок в перемішування потоків вносить зіткнення і турбулізація струменів в центрі реактора.

Відомі й реактори, в яких зміщення здійснюють в криволінійному каналі, розміщеному між шарами каталізатора, що забезпечує якісне перемішування потоків, але вимагає при цьому досить великої висоти для монтажу змішувача, знижуючи тим самим ступінь використання внутрішнього реакторного обсягу, що важливо для економічних характеристик реакторів синтезу, працюючих, як правило, під високим тиском.

Найбільш близьким за кількістю подібних ознак до заявляється є реактор для проведення гетерогенного екзотермічної синтезу (патент США N 3480407, кл. C 07 C 31/04), що має вертикальний циліндричний корпус, кришку і днище, штуцера для введення вихідної газової суміші і виведення цільового продукту , а й горизонтальні газопроникні перегородки, на яких розташовані шари каталізатора. Між газопроникними перегородками з шарами каталізатора є камера змішання, утворена двома горизонтальними глухими перегородками, розміщеними з зазором один щодо одного. Змішуються гарячий і холодний потоки газу надходять в камеру змішання через вікна, виконані в бічній стінці камери, яка з'єднує горизонтальні перегородки. Гарячий потік утворюється в шарі каталізатора, а холодний потік надходить від штуцерів введення вихідної газової суміші через розподільчий засіб. Для забезпечення додаткового перемішування газових потоків камера забезпечена вертикально розташованими лопатками, створюють в ній периферійні турбулентні потоки. Вихід з камери змішування виконаний у вигляді отвору в нижній горизонтальній перегородці в центральній частині реактора. Цей реактор прийнятий за прототип винаходу.

Недоліком конструкції цього реактора є те, що вона не дозволяє усувати температурні неоднорідності в газовому потоці, що надходить в наступний шар каталізатора після камери змішання. У реакторі забезпечується змішання гарячого і холодного газових потоків, однак у випадках, коли в гарячому газовому потоці є температурні неоднорідності, сформовані в попередньому шарі каталізатора, вони не усуваються в камері змішання, залишаються в змішаному газовому потоці і передаються таким чином в наступний шар каталізатора.

Винахід направлено на досягнення гомогенного перемішування гарячого і холодного газових потоків, яке дозволяє практично повністю усунути виникнення температурних неоднорідностей в потоці газу, що надходить в шари каталізатора, і, як наслідок, програвав в реакторі каталізатора і стабільної його роботи.

Зазначений результат досягається тим, що реактор для проведення екзотермічної гетерогенного синтезу включає вертикальний корпус, кришку і днище, штуцера для введення вихідної газової суміші і виведення цільового продукту, горизонтальні газопроникні перегородки, на яких розміщені шари каталізатора, по крайней мере одну камеру змішання, в якій відбувається перемішування гарячого газового потоку, що виходить з шару каталізатора, і холодного газового потоку, що надходить через розподільчий засіб від штуцера для введення вихідної газової суміші, глуху перегородку, розташовану нижче і паралельно згаданої газопроницаемой перегородці, між якими утворюється під шаром каталізатора проміжний простір, куди надходять гарячий і холодний газові потоки, а камера змішання пов'язана з проміжним простором і забезпечена газоходів, який встановлений таким чином, що в нього надходить попередньо перемішаний в проміжному просторі і камері змішання газовий потік, проходить через нього, додатково перемішуючись, і виходить гомогенно перемішаний в обсяг реактора нижче проміжного простору. Камера змішування може мати будь-яку форму, придатну для здійснення попереднього перемішування газових потоків, але переважно виконання її в формі циліндра з герметичними кришкою і дном і отворами на рівні проміжного простору в бічних стінках. Для оптимального використання об'єму реактора камера змішання розташована уздовж осі реактора, герметично з'єднана з газопроницаемой перегородкою і частково занурена в шар каталізатора. Найбільш доцільним для досягнення повного перемішування газового потоку є розташування газоходу коаксиально з віссю реактора по всій висоті камери змішання, з мінімальним зазором щодо її кришки, що забезпечує надходження в нього газового потоку.

На фіг. 1 показаний в розрізі багатошаровий реактор для проведення гетерогенного екзотермічної синтезу. На фіг. 2 в збільшеному масштабі зображено фрагмент реактора, що включає шар каталізатора, проміжний простір, камеру змішування і газохід.

Реактор гетерогенного екзотермічної синтезу складається з вертикального циліндричного корпусу 1, кришки 2 і днища 3, штуцерів для введення вихідної газової суміші 4 і виведення цільового продукту 5, горизонтальних газопроникних перегородок 7, на яких розміщені шари каталізатора 8, горизонтальних глухих перегородок 9, розміщених з зазором під газопроникними перегородками, які разом утворюють проміжний простір 10, куди надходить гарячий газовий потік через газопроникних перегородку з шару каталізатора, штуцерів 11 і патрубків 12 і розподільників холодного газу 13, за допомогою яких в проміжний простір 10 надходить холодний газовий потік, циліндричної форми камери змішення 14 , сполученої за допомогою отворів 15 з проміжним простором 10, газоходу 16, що має вхід 17 у верхній частині камери змішання 14 вище газопроницаемой перегородки 7 і вихід 18, розташований нижче глухий перегородки 9. Камера змішування закрита зверху і знизу герметичними перегородками 19 і 20. На виході 18 з патрубка 16 встановлено розподільчий засіб 21 для рівномірного розподілу перемішаного потоку на вході в наступний шар каталізатора.

Реактор працює наступним чином. Потік вихідної газової суміші надходить в реактор через вхідний штуцер 4, проходить перший шар каталізатора 8, газопроникних перегородку 7 і надходить в проміжний простір 10, змінює напрямок руху під впливом глухий перегородки 9 і змішується з холодним газом, що надходять через штуцер 11, патрубок 12 і розподільник 13. потім частково перемішаний в проміжному просторі потік гарячого і холодного газу з проміжного простору 10 через отвори 15 надходить в камеру змішання 14. Проходячи по кільцевому простору між стінкою камери змішання 14 і газоходів 16, а потім через газохід 16, газовий потік повністю гомогенно перемішується. Потім газовий потік через вихід 18 газоходу 16 виходить в обсяг реактора, проходить розподільчий засіб 21 і далі подається в наступний шар каталізатора. Послідовність проходження газовим потоком другого і наступних шарів каталізатора повністю ідентична описаній. Після проходження останнього в реакторі шару каталізатора потік цільового продукту через вихідний штуцер 5 виходить за межі реактора.

Приклад. У реакторі синтезу метанолу, конструкція якого відповідає наведеній на фіг. 1, з діаметром корпусу 4,38 м і висотою 9,0 м на чотирьох газопроникних перегородках розміщено сумарно 140 т каталізатора. На вхід в перший шар подають синтез-газ в кількості 340 тис. М ³ / год, нагрітий до 220 ^{o C.} Між першим і другим шарами вводять через розподільник 170 тис. М ³ / ч холодного синтез-газу, між другим і третім шарами - 195 тис м ³ / год, між третім і четвертим - 150 тис м ³ / год з температурою 50 ^{o C.} результати обстеження розподілу температури на виході з шарів каталізатора після п'яти місяців роботи зафіксували незначні температурні неоднорідності, існуючі в шарах каталізатора. Максимальна різниця температур в кожному шарі склала не більше 5 ^{o C.} Забезпечено практично повне перемішування гарячого газу, що виходить із шару каталізатора, і додається до нього холодного газу. Розподіл температури газового потоку на вході в наступний шар каталізатора однорідно - максимальна різниця температур не перевищує 1,0 ^o.

Усунення температурних неоднорідностей в шарах каталізатора в цьому прикладі дозволило збільшити на 3-4% вихід метанолу при одночасному зниженні енерговитрат на транспортування газового потоку через реактор за рахунок зниження ступеня рецикла при збільшенні конверсії при одноразовому проході газу через шари каталізатора.

ФОРМУЛА ВИНАХОДУ

1. Реактор для проведення гетерогенного екзотермічної синтезу, що включає вертикальний корпус, кришку і днище, штуцера для введення вихідної газової суміші і виведення цільового продукту, газопроникні горизонтальні перегородки, на яких розташовані шари каталізатора, і принаймні одну камеру змішання для перемішування гарячого газового потоку , що виходить із шару каталізатора, і холодного газового потоку, що надходить через розподільчий засіб, поєднане зі штуцером для введення вихідної газової суміші, причому камера змішання виконана з можливістю повідомлення з проміжним простором, утвореним між газопроницаемой перегородкою і відповідної глухою перегородкою, встановленої нижче і паралельно газопроницаемой перегородки, що відрізняється тим, що він забезпечений газоходів, встановленим коаксиально камері змішання і осі реактора і виконаним у вигляді труби, яка має вихід в обсяг реактора нижче глухий перегородки, при цьому камера змішання герметично з'єднана з газопроницаемой перегородкою і частково занурена в шар каталізатора.

2. Реактор по п. 1, який відрізняється тим, що камера змішання виконана у вигляді порожнього циліндра з глухими кришкою і днищем, причому на рівні проміжного простору в стінці камери виконані отвори для надходження частково перемішаного в проміжному просторі газового потоку.

Версія для друку
Дата публікації 09.04.2007гг

НОВІ СТАТТІ ТА ПУБЛІКАЦІЇ
	Технологія виготовлення універсальних муфт для бесварочного, безрезьбовиє, бесфлянцевого з'єднання відрізків труб в трубопроводах високого тиску (мається відео)
	Технологія очищення нафти і нафтопродуктів
	Про можливість переміщення замкнутої механічної системи за рахунок внутрішніх сил
	Світіння рідини в тонких діелектричних каналох
	Взаємозв'язок між квантової і класичної механікою
	Міліметрові хвилі в медицині. Новий погляд. ММВ терапія
	магнітний двигун
	Джерело тепла на базі нососних агрегатів