Газофазный каталитический реактор
Изобретение относится к устройствам для проведения теплонапряженных процессов в присутствии зернистого катализатора, например для синтеза метанола, аммиака, окисления углеводородов, и позволяет увеличить удельную производительность катализатора, снизить энерго - и металлоемкость цикла синтеза путем интенсификации переноса тепла реакции. Реактор содержит корпус, в трубных досках которого закреплены трубы, заполненные катализатором, а в межтрубном пространстве циркулирует жидкий теплоноситель. Под нижней трубной доской встроена газораспределительная решетка, образующая с корпусом и контактными трубами единую тепломассообменную камеру, заполненную, исключая объем, занятый зернами катализатора, твердыми мелкодисперсными частицами. Потоком газа частицы приводятся в состояние псевдоожижения и по мере протекания химической реакции внутри труб аккумулируют выделившееся тепло, которое далее используется для нагрева исходной смеси регулирующих газов. Для улучшения подвижности мелкодисперсных частиц, и как следствие, более интенсивного перераспределения тепла, часть труб заполняется исключительно твердыми мелкодисперсными частицами. 2 з. п. ф-лы, 1 ил.
Изобретение относится к области гетерогенного катализа в химической технологии, в частности, к конструкции газофазных каталитических реакторов, и может быть использовано для теплонапряженных процессов, например, синтеза метанола, аммиака, окисления углеводородов. Целью изобретения является увеличение удельной производительности катализатора, снижение энерго- и металлоемкости цикла синтеза и упрощение процессов загрузки и выгрузки катализатора путем интенсификации переноса тепла реакции. На чертеже схематично изображена конструкция предлагаемого реактора. Реактор содержит цилиндрический корпус 1 с технологическими штуцерами: входа 2 и выхода 3 газа; входа 4 и выхода 5 жидкого теплоносителя; загрузки 6 и выгрузки 7 катализатора. В нижней 8 и верхней 9 трубных дисках реактора закреплены контактные трубы 10, заполненные катализатором 11. Межтрубное пространство 12 заполнено жидким теплоносителем. Под нижней трубной доской 8 в реактор встроена газораспределительная решетка 13, образующая с корпусом реактора и контактными трубами единую тепломассообменную камеру 14, заполненную, исключая объем, занятый зернами катализатора, твердыми мелкодисперсными частицами. Под штуцером выхода газа расположена фильтрующая поверхность 15. На верхней трубной доске помещен слой крупнозернистой инертной насадки 16. Реактор работает следующим образом. Исходная смесь реагирующих газов поступает в реактор через входной штуцер 2. Двигаясь в реакторе, поток газовой смеси взвешивает находящиеся в тепломассообменной камере мелкодисперсные частицы в режиме свободного псевдоожижения в объеме камеры, образованном газораспределительной решеткой и нижней трубной доской, и в режиме заторможенного псевдоожиженного слоя в объеме порового пространства зоны катализа. По мере протекания химической реакции взвешенные мелкодисперсные частицы аккумулируют выделившееся тепло реакции, перераспределяют его путем перемешивания в зоне катализа и переносят часть тепла в объем свободного псевдоожиженного слоя, нагревая исходную смесь реагирующих газов. На выходе из зоны катализа прореагировавшая газовая смесь отделяется от твердых мелкодисперсных частиц, проходит через фильтрующую поверхность 15 и покидает реактор через выходной штуцер. Через штуцеры 4 и 5 в межтрубном пространстве непрерывно циркулирует жидкий теплоноситель. При осуществлении химических процессов с различным тепловым эффектом реакции подвижность мелкодисперсных частиц в зоне катализа может оказаться недостаточной для перераспределения тепла и формирования заданного профиля темпе- ратуры по высоте контактной трубки, а также для передачи необходимого количества тепла в зону свободного псевдоожиженного слоя, где происходит нагрев исходной газовой смеси. В этой связи конструкция реактора предусматривает возможность дополнительной организационной циркуляции мелкодисперсных частиц из зоны катализа в зону свободного псевдоожиженного слоя за счет того, что весь объем части контактных труб изначально заполнен только мелкодисперсными частицами и при работе реактора выполняют функцию переточных устройств. Одной из важных особенностей заторможенного псевдоожиженного слоя является практически полное отсутствие газовых пузырей, с которыми, как правило, связывают унос мелкодисперсных частиц. Предложенная конструкция реактора предусматривает режим заторможенного псевдоожиженного слоя в зоне катализа, а значит, и минимально возможный унос мелкодисперсных частиц. Вместе с тем, в условиях эксплуатации возможен подъем мелкодисперсных частиц за пределы верхнего уровня слоя катализатора. Для сохранения минимальной величины выноса частиц из слоя конструкция реактора предусматривает размещение слоя крупнозернистой инертной насадки на верхней трубной доске. Созданная совокупностью признаков предлагаемого изобретения возможность перераспределения тепла реакции в зоне катализа, между зоной катализа и зоной нагрева исходной газовой смеси в тепломассообменной камере, а также между отводимым из реактора теплом с циркулирующим в межтрубном пространстве жидким теплоносителем и потоком прореагировавшей газовой смеси позволяют характеризовать трубчатый реактор принципиально новыми качествами: практически полностью исключены условия для высокой параметрической чувствительности и возникновения "горячих точек", сняты, в разумных пределах, ограничения по увеличению диаметра контактной трубки; нет ограничений по управлению уровнем температуры газовой смеси на входе в зону катализа; миграция мелкодисперсных частиц в пределах тепломассообменной камеры позволяет множеству контактных труб работать в режиме сообщающихся сосудов в однородной гидродинамической и тепловой обстановке; интенсивный перенос тепла в реакторе позволяет подавать в реактор смесь газов, близкую по составу к стехиометрической, работать без рецикла, с высокой удельной производительностью катализатора; применение контактных труб относительно большого диаметра упрощает конструкцию реактора, существенно снижает его металлоемкость, не требует разработки специальных мер по загрузке и выгрузке катализатора, сокращает простои агрегатов.
Формула изобретения
1. ГАЗОФАЗНЫЙ КАТАЛИТИЧЕСКИЙ РЕАКТОР, содержащий цилиндрический корпус с технологическими штуцерами, внутри которого в трубных досках закреплены контактные трубы, заполненные катализатором, отличающийся тем, что, с целью увеличения удельной производительности катализатора, снижения энерго- и металлоемкости цикла синтеза и упрощения процесса загрузки и выгрузки катализатора путем интенсификации переноса тепла реакции, он снабжен расположенной под нижней трубной доской газораспределительной решеткой, образующей с ней и контактными трубами единую тепломассообменную камеру, заполненную твердыми мелкодисперсными теплоаккумулирующими частицами. 2. Реактор по п.1, отличающийся тем, что часть контактных труб заполнена мелкодисперсными частицами. 3. Реактор по п.1, отличающийся тем, что он снабжен размещенным на верхней трубной доске слоем крупнозернистой инертной насадки.
