Трубчатый реактор

 

Изобретение относится к конструкции трубчатого каталитического реактора, может быть использовано для получения окиси этилена и позволяет снизить процесс теплоотдачи за счет обеспечения низкотурбулентного режима. Реактор содержит корпус, внутри которого в трубных досках закреплены трубки с катализатором, и камеру охлаждения. Реактор снабжен распределительной камерой, размещенной под камерой охлаждения и выполненной в виде обечайки с двумя пластинами и закрепленными в них трубками, установленными соосно с трубками с катализатором. 2 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК (19) (11) 657 А3 (51)5 В 01 Л 8/06

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К IlATEHTY

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

flQ ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 3 754457/26 (22) 29. 06,84 (3 1) 509695 (32) 30,06.83 (33) (3S (46) 23. 03. 91. Б . В 11 (71) Дзе Халкон СД Груп Инк. (US) (72) Врайан Дж. Озеро и Стенли

Д. Беккер (VS) (53) 66.097 (088.8) (56) Патент Чехословакии 9 123913> кл. 12 G 1/01, 1968. (54) ТРУБЧАТЬЙ РЕАКТОР (57) Изобретение относится к констИзобретение относится к конструктивному выполнению трубчатых реактb-, ров для проведения экзотермических химических реакций, в частности для проведения в нем процесса каталитического окисления этилена до окиси этилена.

Целью изобретения является снижение процесса теплоотдачи за счет обеспечения низкотурбулентного режима.

На фиг.1 показан схематически реактор; на фиг.2 — график рабочей характеристики реактора.

Реактор 1 содержит трубки 2. Каждая трубка уплотнена в виде впускной

3 и выпускной 4 трубных решеток.

Внутренние отбойные перегородки 5 и

6 разделяют нижнюю часть обечайки на зоны распределения и охлаждения.

Отбойная перегородка 5 и выпускная трубная решетка 4 определяют зону

Рукции трубчатого каталитического реактора, может быть использовано для получения окиси этил.ена и позволяет снизить процесс теплоотдачи за счет об еспеч ения низкотур бул ентног о режима. Реактор содержит корпус, внутри которого в трубных досках закреплены трубки с катализатором, и камеру охлаждения. Реактор снабжен распределительной камерой, размещенной под камерой охлаждения и выполненной в виде обечайки с двумя пластинами и закрепленными в них трубками, установленными соосно с трубками с катализатором. 2 ил. распределения, а отбойная перегородка 5 и отб ойная и ер ег ор одка 6, — з ону охлаждения. Вода для питания котлов, имеющая температуру 168 С, подается в зону распределения по трубопроводу 7> где она распределяется с минимальным нагревом так, что водяной пар проходит через круговое отверстие в отб ойной и ep er ор одке 5

1 где каждая трубка проходит через перегородку. Наружный диаметр трубки составляет 38> i мм, а диаметр отверстия — около 3819 мм> что достаточно для создания необходимого равномерного распределения воды для питания котлов.

Вода проходит вверх, в основном

Р в ламинарном режиме течения, прилегая к трубке, с которой она взаимодействует, получая тепло для повышения температуры почти до точки кипения.

1637657

Магистральная рециркуляционная вола пля питания котлов подается выше отбойной перегородки 6 к главному теплоотводному участку, ограниченному впускной трубной решеткой 3 и отбойной перегородкой 6, где вода кипит и отводится в виде пара через трубопровод 8. Длина каждой трубки сос-; тавляет 10,6 м, из которых 8 м наполнены серебряным катализатором на носителе, имеющим 6 — 8 мм подложку, которая откалибрована для обеспечения хорошего контактирования, но без черезмерного ограничения потока газов, проходящих через трубку. Зона подогрева имеет длину приблизительно 0,6 м, которая может варьировать— ся в зависимости от уровня воды на внетрубной стороне, Подогрев подводят к питательным газам на площади, которая уплотнена инертным материалом, подобным тому, который используют в качестве носителя катализатора, 25

Зона охлаждения между отбойными перегородками 5 и 6. имеет длину

1,5 м, а трубки наполнены инертными частицами, которые используют при подогреве. Цель включения инертного материала в обе зоны состоит в облегчении теплопередачи к или от жидкостей, проходящих на внетрубной стороне, т.е. для получения тепла от пара в зоне подогрева и отдачи тепла воде для питания котлов в зоне охлаждения, Отрезок каждой трубки, простирающийся в зону распределения, предпочтительно оставлять свободным от любого инертного материала, который

40 должен содействовать теплопередаче.

Любой твердый материал в трубке 2 не должен нарушать течение газов в значительной степени с тем, чтобы получить желаемую микротурбулентность. Скорость газов внутри трубок замедляется от 3 м/с при прохождении через пространства между инертными частицами в зоне охлаждения до 1 м/с в незаполненной зоне распределения °

Поэтому коэффициент теплоп ер едачи понижается на 90Х.

Скорость воды для питания котлов на внетрубной стороне зоны распределения также поддерживают низкой (т.е. при низкотурбулентном течении) для того, чтобы свести до минимума теплопередачу на внетрубной стороне.

Таким образом, зона распределения служит для разделения воды для питания котлов на множество водных потоков (один для каждой трубки), которые текут вертикально в зону охлаждения и охлаждают отходящие газы.

Реактор при окислении этилена работает следующим образом.

Свежее сырье, содержащее потоки этилена и кислорода, направляется чер е з тр уб опр овод 9 и с о един яется с рециркуляционными газами в трубопроводе 10 с содержанием,7.: этилен 1530 кислород 7-9, CO 5-15; аргон

5-15 с балансом азота и метана. Температура и давление комбинированного питательного потока составляют 180 С и 22 кг/см манометрического.

Газы входят в открытую часть над впускной трубной. решеткой 3 и проходят в трубки 2 реактора, где нагреваются до температуры около 240 С. Реакция начинается в верхней части зоны реакции. Теплота реакции отводится кипящей водой> попперживаемой нри температуре около 240 С и мано-. метрическом павлении 34,5 кг/см2 при помощи регуляторов давления (не показаны). Температура отходящих газов на выходе зоны охлаждения (т.е. отбойной перегородки 6) составляет

245ОС.

Газы проходят вниз по каждой трубке 2 противоточно к воде для питания котлов, протекающей вверх от зоны распределения тем самым охлажо пая газы до 235 С с одновременным нагреганием вопы для питания котлов до 240 С. Температура отходящих гао зов изменяется на очень малую величину от одной трубки до другой, потому что поток воды распределен пропорционально потоку газа и температура воды может только повышаться до точки кипения, которая ограничивает теплопередачу. Газы:входят в зону распределения, где благодаря намеренно низкой теплопередаче происходит дальнейшее охлаждение до 0,3-3,5, С нижней части трубки 2.

Вода для питания котлов распределяется пропорционально потоку газа . при прохождении через круговые отверстия между трубами и горизонтальной отбойной перегородкой 5. Темпео ратура повышается от 168 С до впусо о ка до 171 С около обечайки и до 189 С в центре реактора. Газы охлаждаются почти одинаково. Газы выхопят из каж1637657

20 дой трубки в выпускное пространство реактора где они смешиваются и за7 тем отводятся через трубопровод 11 для восстановления окиси этилена °На графике (фиг.2) показана рабочая характеристика предлагаемого реактора по сравнению с известным, отличающимся тем, что трубки в зоне распределения уплотнены инертным материалом вместо того, чтобы быть незаполненными. Эффект вызывает температурное колебание между газом в обечайке и на средней линии, равное

14,3 С, по сравнению с 3,8аС, когда трубки пустые. Если отходящие газы входят в зону распределения при 235 С, газ в трубках рядом с обечайкой ох.— лаждается до 215аС, тогда как в трубках около средней линии температура составляет 230 С.

Большая разность температуры обусловлена только уплотнением в трубках, находящихся в зоне распределения, вследствие этого возрастание коэффициента теплопередачи крайне нежелательно. Если определенная максимальная температура не должна превышать, например, 230 С, тогда рабочая температура в реакторе должна быть ограничена до величины на 10 С ниже, чем в а изобретении. Долговечность катализат ора укор ачи ва ется, так как т емп ер атуру нельзя повысить настолько, насколь— ко это необходимо для того, чтобы противостоять потери активности катализато6 ра, когда тот стареет. Реактор подвержен в большой мере опасностям, связанным с избыточно высокими температурами на выходе, а именно это потери производства и потенциальное разр ушени е об оруд ова ни я .

Указанные температуры — типичные для начальных условий работы со свежим катализатором, сравнительные разности в температурах будут обнаружены, когда катализатор состарится.

Поскольку температуры в среднем выше в это время, опасности становятся большими, и предлагаемый реактор имеет большие преимущества.

Формула изобретения

Трубчатый реактор для осуществления экзотермических химических реакций в паровой фазе, содержаний корпус, внутри которого в трубных досках с зазором закреплены трубки, заполненные катализатором, и камеру охлаждения, расположенную под нижней ,трубной решеткой, о т л и ч а ю— шийся тем, что, с целью снижения процесса теплоотдачи за счет обеспечения низкотурбулентного режима, он снабжен распределительной камерой, размещенной под камерой охлаждения и выполненной в виде обечайки с двумя пластинами и закрепленными в них трубками, установленными соосно с трубками, заполненными катализатором.

1637657

210

210

Фиг. 2

Составитель И. Кацовская

Редактор И. П1улла Техред С.Мигунова Корректор И ° Эрдейи

Заказ 827 Тираж 338 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открьггиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, И-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", r Ужгород, ул, Гагарина, 101