Реакционный элемент гетерогеннокаталитического реактора

 

Изобретение относится к устройствам для осуществления гетерогенно-каталитических реакций, в частности реакции каталитической паровой конверсии природного газа, может быть использовано в.гетерогенно-каталитических процессах со значительным тепловым эффектом в реакторах с неподвижным слоем катализатора и позволяет интенсифицировать тепломассообмен от стенки реакционной трубы. Для этого металлическая сетчатая трубка реакционного элемента набрана из ряда последовательных слоев сетки с увеличивающимся от внутреннего слоя к наружному шагом ячеек так, что шаг ячеек наружного слоя сетки составляет 2-6 шага ячеек каждого последующего внутреннего слоя. 3 ил.feИзобретение относится к устройствам для осуществления гетерогеннокаталитических реакций, в частности реакции каталитической паровой конверсии природного газа, и может быть использовано в гетерогеннокаталитических процессах со значительным тепловым эффектом в реакторах с неподвижным слоем катализатора.Известен реакционный элемент, выполненный в виде колец Рашига с наружным диаметром 15 мм, внутренним диаметром 7 мм, высотой 15мм, изготовленный из глинозема с никельсодержащими компонентами и промотирующими добавками. Применяется в виде неподвижного слоя насадки, засыпанной в реакционные трубы, с внешним подводом тепла через стенку. Известны также реакционные элементы в виде цилиндров, шаров, седел и др.Подаваемая в трубы газовая смесь вступает в реакцию на поверхности неподвиж-ного слоя катализатора, полученный в результате газ выводится из реактора.Недостатками такого типа насадки являются сравнительно низкая порозность неподвижного слоя (за исключением пристенной зоны), высокое гидравлическое сопротивление, неравномерность поля скоростей по сечению реактора, низкий коэффициент теплопроводности материала насадки и, следовательно, низкая эффективная теплопроводность слоя,затрудняющая процесс переноса тепла, неравномерность поля температур по сечению реактора, низкая общая селективность процесса и низкая удельная производительность.Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому эффекту является реакционный элемент гетерогеннокаталитического реактора с неподвижным слоем катализатора, выпол--х||оi•^>&

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)з В 01 J 8/02

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

4 С

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4815637/26 (22) 26.02.90 (46) 07.02.92. Бюл. ¹5 (71) Московский институт химического машиностроения и Научно-производственное объединение "Техэнергохимпром" (72) B.Ñ.Ðóìÿíöåâ, А.B.Ìàêóíèí, M.Ô.Øoïшин, С.Ф.Халак и И,П.Лузин (53) 66.097 (088.8) (56) Дидушинский- Я. Основы проектирования каталитических реакторов. — М.: Химия, 1972, с.376.

Заявка Японии № 57-16655, кл. В 01 D

53/36, 1982. (54) РЕАКЦИОННЫЙ 3ЛЕМЕНТ ГЕТЕРОГЕННОКАТАЛИТИЧЕСКОГО РЕАКТОРА

Изобретение относится к устройствам для осуществления гетерогеннокаталитических реакций, в частности реакции каталитической паровой конверсии природного . газа, и может быть использовано в гетерогеннокаталитических процессах со значительным тепловым эффектом в реакторах с неподвижным слоем катализатора.

Известен реакционный элемент, выпол- . ненный в виде колец Рашига с наружным диаметром 15 мм, внутренним диаметром 7 мм, высотой 15 мм, изготовленный из глинозема с никельсодержащими компонентами и промотирующими добавками, Применяется в виде неподвижного слоя насадки, засыпанной в реакционные трубы; с внешним подводом тепла через стенку. Известны также реакционные элементы в виде цилиндров, шаров, седел и др.

Подаваемая в трубы газовая смесь вступает в реакцию на поверхности неподвижЫХ 17101 17 А1 (57) Изобретение относится к устройствам для осуществления гетерогенно-каталитических реакций, в частности реакции каталитической паровой конверсии природного газа, может быть использовано в,гетерогенно-каталитических процессах со значительным тепловым эффектом в реакторах с неподвижным слоем катализатора и позволяет интенсифицировать тепломассообмен от стенки реакционной трубы. Для этого металлическая сетчатая трубка реакционного элемента набрана из ряда последовательных слоев сетки с увеличивающимся от внутреннего слоя к наружному шагом ячеек так, что шаг ячеек наружного слоя сетки составляет 2 — 6 шага ячеек каждого последующего внутреннего слоя. 3 ил. ного слоя катализатора, полученный в результате газ выводится из реактора.

Недостатками такого типа насадки являются сравнительно низкая порозность неподвижного слоя (за исключением пристенной зоны), высокое гидравлическое сопротивление, неравномерность поля скоростей по сечению реактора, низкий коэффициент теплопроводности материала насадки и, следовательно, низкая эффективная теплопроводность слоя, затрудняющая процесс переноса тепла, неравномерность поля температур по сечению реактора, низкая общая селективность процесса и низкая удельная производительность.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому эффекту является реакционный элемент гетерогеннокаталитического реактора с неподвижным слоем катализатора, выпол1710117

15

25 нул катализатора и др.

40

55 ненный в виде металлической сетчатой трубки, установленной на оправку соосно с реакционной трубой.

На торцах металлической сетчатой трубки зафиксированы внешние кольца, между которыми наматывают тканевый катализаторр.

Однако известный реакционный элемент характеризуется недостаточным тепломассопереносом от реакционной трубы, обусловленным тем, что в случае намотки катализатора в несколько слоев слои носителя каталитически активного компонента (сетки, ткани и т.д,) представляют собой дополнительное диффузионное и термическое сопротивление, которое ведет к недогрузке катализатора и снижению выхода целевого продукта.

Целью изобретения является интенсификация тепломассообмена от стенки реакционной трубы.

В реакционном элементе, выполненном в виде металлической сетчатой трубки, установленной на оправку соосно с реакционной трубой, металлическая сетчатая трубка набрана из ряда последовательных слоев сетки с каталитически активным слоем и увеличивающимся от внутреннего слоя к наружному шагом ячеек таким образом, что шаг ячеек наружного слоя сетки составляет

2 — 6 шага ячеек каждого последующего внутреннего слоя.

Сопоставительный анализ с известным элементом позволяет сделать вывод, что предлагаемый реакционный элемент гетерогеннокаталитического реактора отличается от известного тем, что металлическая сетчатая трубка набрана из ряда последовательных слоев сетки с каталитически активным покрытием и увеличивающимся от внутреннего слоя к наружному шагом ячеек таким образом, что шаг ячеек наружного слоя сетки составляет 2 — 6 шага ячеек каждого последующего внутреннего слоя.

Экспериментально доказано, что выбор шага ячеек наружного слоя, составляющего менее 2 шагов ячеек каждого последующего внутреннего слоя, приводит к уменьшению конвективного омывания всех последующих внутренних слоев, снижению доступности каталитической поверхности всех последующих слоев, уменьшению доли лучистой составляющей теплового потока от стенки реакционной трубы к расположенным в глубине слоям сетки с каталитически активным покрытием из-за перекрывания внутренней сетки наружной. Увеличение шага ячеек наружного слоя сетки (более 6) по отношению к шагу ячеек каждого последующего внутреннего слоя приводит к уменьшению доли каталитически активной поверхности на каждом последующем слое сетки и снижению эффективности осаждения каталитически активного компонента на сетке с большим размером ячеек. Кроме того, возможно повышение гидравлического сопротивления на более шероховатой поверхности ячейки.

На фиг.1 изображена реакционная труба с реакционным элементом, продольный разрез; на фиг.2 — реакционный элемент; на фиг.3- слои сеток реакционного элемента.

Реакционный элемент выполнен в виде металлической сетчатой трубки 1, установленной в реакционной трубе 2. Металлическая сетчатая трубка 1 набрана из ряда последовательных, навитых на оправку 3 слоев 4 и 5 сетки, причем шаг ячеек от внутреннего слоя 4 к наружному слою 5 увеличивается таким образом, что отношение шага ячеек наружного слоя сетки к шагу ячеек каждого последующего внутреннего слоя составляет 2 — 6, Оправка может выполнять роль реакционного элемента с каталитически активным покрытием либо может быть выполнена в виде каталитически активной трубки, например, набранной из колец, гра, Гетерогеннокаталитический реактор с реакционным элементом работает следующим образом.

Исходная парогазовая смесь поступает в реакционную трубу 2 и вступает в реакцию конверсии на неподвижном каталитически активном слое, нанесенном на сетки реакционного элемента 1.. Реакционные элементы 1 загружают в реакционную трубу 2 в количестве, необходимом для требуемой степени завершения реакции конверсии.

Реакцию паровой конверсии природного газа осуществляют путем подвода тепловой энергии через стенку реакционной трубы 2.

За счет того, что реакционный элемент выполнен из набора сеток с высокой теплопроводностью, температурные градиенты по слою катализатора минимальные, несмотря на высокую эндотермичность реакции.

Обеспечение требуемого шага сеток, из которых изготовлен реакционный элемент, позволяет достичь хорошей достичь хорошей доступности каталитической поверхности конвективной и лучистой составляющих теплового потока, а также потоку реагентов, при этом степень облученности каждого последующего слоя сетки реакционного элемента достаточно высока и составляет 55—

607 от свободной поверхности. Это ведет к тому, что температура внутренних слоев сеток реакционного элемента практически не отличается от температуры наружного слоя

1710117

Составитель В.Румянцев

Редактор Н.Бобкова Техред M.Ìoðãåíòàë Корректор А.Осауленко г

Заказ 289 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул,Гагарина, 101 и эффективность работы внутренних слоев катализатора сопоставима с эффективностью работы внешних слоев, при этом зна- чительно повышается общая удельная производительность единицы каталитиче- 5 ской поверхности, Использование изобретения позволяет интенсифицировать тепломассообмен. от стенки реакционной трубы за счет многослойного выполнения реакционного элемента. 10

Формула изобретения

Реакционный элемент гетерогеннока-, талитического реактора с неподвижным слоем катализатора, выполненный в виде металлической сетчатой трубки, установ- ленной на оправку соосно реакционной трубе, отличающийсятем,что,сцелью интенсификации тепломассообмена от стенки реакционной трубы, металлическая сетчатая трубка набрана из ряда последовательных слоев с каталитически активным слоем и увеличивающимся от внутреннего слоя к наружному шагом ячеек, причем шаг ячеек наружного слоя сетки составляет 2 — 6 шага ячеек каждого последующего внутреннего слоя.