Каталитический реактор

 

Сущность изобретения: каталитический реактор для проведения процессов в газовой фазе, содержит трубчатые элементы, в которых установлены катализаторные блоки, состоящие из каталитических элементов, выполненных в форме дисков из термически расщепленного графита со слоем катализатора. Использование термически расщепленного графита позволяет эффективно отводить тепло реакции и повысить производительность каталитического реактора. 3 ил.

Изобретение относится к химической технологии, в частности к аппаратам, использующим каталитические методы переработки газообразных и жидких химически активных компонентов на неподвижном слое катализатора.

Известен каталитический реактор, содержащий вертикальный цилиндрический корпус, прямоугольные блоки с катализатором, установленные друг под другом по высоте корпуса с образованием зазоров по периферии корпуса, внутри которых поочередно размещены горизонтальные перегородки, образующие коллектор для распределения реагентов через блоки, и нагреватель, расположенный по оси корпуса, причем реактор снабжен вертикальными перегородками, радиально установленными в коллекторе между стенкой корпуса и моноблоками и образующими изолированные друг от друга распределительные каналы, соединяющие секции соседних по высоте блоков между собой [1] Недостатками данного реактора являются сложная конструкция, большие трудозатраты на его изготовление.

Наиболее близким к предлагаемому является реактор для проведения газофазных гетерогенно-каталитических процессов, содержащий внешний контейнер с впускным отверстием для введения реагентов и выпускным отверстием для выведения продуктов реакции и корзину с катализатором, состоящую из внешней и внутренней перфорированных цилиндрических стенок и днища, размещаемую в контейнере в виде обоймы и сообщающуюся с впускным и выпускным отверстиями, причем по крайней мере одна из стенок корзины снабжена размещенной в верхней части глухой цилиндрической перегородкой [2] Недостатками этого реактора являются сложность его конструкции и низкая производительность.

На фиг. 1 изображен реактор; на фиг. 2 блок катализатора; на фиг. 3 каталитический элемент.

Каталитический реактор (фиг. 1) содержит корпус 1, в котором установлены трубчатые элементы 2. В элементах 2 по высоте аппарата размещены блоки катализатора 3 (фиг. 2), которые, в свою очередь, выполнены из каталитических элементов (фиг. 3), между которыми расположены металлические шайбы 4. Катализаторный блок имеет общий канал 5 для прохождения реакционной смеси и пристенные каналы 6. Нижний каталитический элемент 7 в каждом блоке имеет центральное отверстие 8, верхний каталитический элемент 9 имеет пристенные отверстия 10. Остальные каталитические элементы имеют и центральное, и пристенные отверстия. В блоке может содержаться несколько нижних каталитических элементов, имеющих только центральное отверстие, а также несколько верхних каталитических элементов, имеющих только отверстия по периферии. Каталитический элемент выполнен в форме диска из термически расщепленного графита со слоем катализатора. Катализаторные блоки могут крепиться в корпусе, например, на перегородках.

Реактор работает следующим образом.

Реакционная смесь подается через патрубок ввода реагентов 11. В межтрубное пространство через вход 12 подается хладагент. Реакционная смесь попадает в аппарат, равномерно распределяется по трубчатым элементам 2. Через отверстие в катализаторном блоке смесь попадает в общий канал 5 и, пройдя в радиальном направлении между каталитическими элементами, попадает в пристенные каналы 6. Далее реакционная смесь выходит в пространство между блоками и входит в общий канал 5 следующего блока и т.д. Продукты реакции выходят из реактора через патрубок 13. Тепло реакции в блоке отводится по графитовой подложке к стенке трубчатого элемента и далее к хладагенту в межтрубном пространстве.

Направление потока реакционной смеси может быть обратным: реакционная смесь подается через патрубок 13, входит в пристенные каналы 6 и выходит в общий канал 5.

Таким образом, наличие в блоке каталитических элементов, содержащих подложку из термически расщепленного графита, обладающего высокой теплопроводностью, позволит эффективно отводить тепло реакции при том же газодинамическом сопротивлении блока. Это приводит к уменьшению объема блока и аппарата и, следовательно, к повышению их производительности.

В качестве теплоотводящего материала каталитического элемента используется термически расщепленный графит, полученный в соответствии с ТУ 57-1-1326778-92.

В предлагаемой конструкции реактора радиус центрального отверстия каталитического элемента составляет 0,1-0,7 наружного радиуса элемента. Соотношение радиусов менее 0,1 приводит к повышенному сопротивлению блока потоку реакционной смеси. Соотношение радиусов более 0,7 приводит к низкой механической прочности блока и к понижению производительности реактора.

П р и м е р. Проводят процесс гидрирования бензола в циклогексан. При давлении 10 атм и температуре 174^оС бензоло-водородную смесь в соотношении 1: 9 подают в реактор, состоящий из одного блока, со скоростью 7,36 моль бензола в час. Катализаторный блок выполнен из 15 каталитических элементов в форме дисков из термически расщепленного графита (ТУ 57-1-1326778-92) со слоем никель-хромового катализатора (ОСТ 113-03-314-86), разделенных между собой кольцами из нержавеющей стали диаметром 32 мм и толщиной 0,4 мм. Каталитический элемент выполнен следующим образом: диаметр диска 32 мм, толщина графитовой подложки 1,3 мм, масса слоя катализатора 3,2 г, центральное отверстие диаметром 6 мм, 12 периферийных отверстий диаметром 1 мм расположены на расстоянии 2 мм от края диска. Скорость гидрирования бензола в единице объема блока составляет 5,3х10⁴ моль/м³ ˙ч.

Скорость гидрирования бензола в аналогичных условиях в известном реакторе на промышленном гранулированном никельхромовом катализаторе, составляет 5,86х10³ моль/м³ ˙ч.

Таким образом, производительность предлагаемого реактора в 9 раз превышает производительность известного реактора, содержащего промышленный гранулированный катализатор.

Формула изобретения

КАТАЛИТИЧЕСКИЙ РЕАКТОР для проведения процессов в газовой фазе, включающий корпус с размещенными внутри трубчатыми элементами, в которых установлены катализаторные блоки, патрубки ввода реагентов и вывода продуктов, отличающийся тем, что катализаторные блоки выполнены в виде дисков из термически расщепленного графита со слоем катализатора, установленных на расстоянии друг от друга, в дисках, установленных в блоке ближе к патрубку ввода реагентов, выполнено центральное отверстие, в дисках, установленных в блоке ближе к патрубку вывода продуктов, выполнены отверстия по периферии, в остальных дисках блока выполнены и центральное отверстие, и отверстия по периферии, причем радиус центрального отверстия составляет 0,1 0,7 радиуса диска.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3