Каталитический реактор

 

Изобретение относится к гелиоэнергетике, в частности к устройствам преобразования солнечной энергии в химическую и аккумулирования ее в продуктах парогазовой конверсии углеводорода. Каталитический реактор для проведения эндотермических реакций содержит размещенные в корпусе с изоляцией теплообменник, трубопровод подачи воды, испаритель и конверторные элементы, которые образованы двумя вставленными друг в друга трубками разного диаметра, пространство между которыми заполнено катализатором. Конверторные элементы размещены внутри нагреваемой полости по образующей цилиндра или конуса. Реактор снабжен полированными свеотоотражающими конусом и обечайкой, при этом полированный светоотражающий конус установлен на оси реактора, а полированная светоотражающая обечайка коаксиально снаружи от конверторных элементов. 3 з. п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к гелиоэнергетике, в частности к устройствам преобразования солнечной энергии в химическую и аккумулирования ее в продуктах парогазовой конверсии углеводородов.

Известен ряд устройств, используемых для этих целей. В конструкциях этих устройств солнечная энергия превращается в тепловую в полостном приемнике, в котором размещен спиралеобразный конверторный элемент. В конверторный элемент помещен катализатор, ускоряющий процесс конверсии углеводородов.

Недостатками этих конструкций являются большое гидродинамическое сопротивление конверторного элемента и неравномерный (односторонний) нагрев катализатора [1] Наиболее близким к предлагаемому является каталитический химический реактор для проведения эндотермических реакций, содержащий теплоизолированный полостной гелиоприемник в виде спирального трубчатого конвертора конической формы, размещенного по боковой стенке полости и сообщенного у ее основания и днища с отводящим и подводящим патрубками, при этом гелиоприемник снабжен плоским испарительным элементом, размещенным в области днища полости, сообщенным с подводящим патрубком и подключенным к водоподводящему патрубку, а каждый виток спирали конвертора снабжен по меньшей мере двумя загрузочными патрубками с крышками.

Недостатком конструкции такого реактора является сложность в эксплуатации, связанная с трудностью загрузки катализатора в трубки и выгрузки отработанного катализатора.

Задача изобретения упрощение эксплуатации каталитического реактора для проведения эндотермических реакций [2] В известном реакторе происходит односторонний нагрев катализатора излучением только со стороны внутренней обечайки конверторного элемента, что вследствие малой теплопроводности катализатора не позволяет достичь высокой эффективности преобразования излучения.

Цель изобретения интенсификация процесса конверсии путем более равномерного прогрева катализатора излучением и лучшего перемешивания и подогрева смеси на входе в конверторный элемент.

На фиг. 1 и 2 представлен каталитический реактор.

Реактор содержит корпус 1 с теплоизоляцией 2, находящейся в зазоре между корпусом 1 и полированный изнутри светоотражающей обечайкой 3, внутри которой на полированном светоотражающем металлической корпусе 4 испарителя 5 симметрично по окружности по образующей цилиндра или конуса размещены с зазором цилиндрические конверторные элементы 6. Каждый конверторный элемент образован двумя трубками разного диаметра 7 и 8, пространство между которыми заполнено катализатором 9, причем один из концов внешней трубки 8 закрыт съемной герметичной заглушкой 15, а внутренняя трубка 7 служит одновременно противоточным теплообменником для реакционной смеси. Внутри корпуса 4 испарителя 5 расположена жестко соединенная с ним пористая металлическая или керамическая вставка 10. Теплообменник 11 соединен непосредственно с испарителем 5 и снабжен трубкой 12 с коническим соплом 14 на выходе и центральной трубкой 13.

Каталитический реактор работает следующим образом.

Углеводородный газ поступает по центральной трубке 13 в теплообменник 11 и затем в испаритель 5. Вода подается в теплообменник через трубку 12. Подогрев воды и частичное парообразование происходит в спиралях теплообменника 11 за счет использования тепла выходящих из конверторных элементов на входе в конверторный элемент продуктов реакции. На срезе конического сопла 14 трубки 12 и центральной трубки 11, а также в пористой вставке 10 происходит интенсивное перемешивание распыляемой пароводяной смеси и углеводородного газа. Окончательное испарение воды и перегрев пара происходят в пористой вставке 10 и на внутренней поверхности конуса 4, жестко соединенных между собой. Из испарителя 5 нагретая парогазовая смесь пропускается сверху вниз через слой катализатора 9, в котором происходит ее конверсия, после чего продукты конверсии возвращаются в теплообменник 11 по внутренней трубке 7 конверторного элемента, термостабилизируя катализатор 9 с внутренней стороны.

Сфокусированное солнечное излучение направляется на полированную поверхность конуса 4 через входное отверстие реактора. Поглощенная поверхность часть энергии излучения идет на нагрев парогазовой смеси в испарителе 5, остальная часть энергии отражается на поглощающую поверхность наружных трубок 8 конверторных элементов и через зазоры между трубками на полированную поверхность светоотражающей обечайки 3. Отраженное поверхностью обечайки 3 излучение поглощается на поверхности трубок 8 со стороны обечайки 3.

Таким образом, в предлагаемом реакторе имеет место всесторонний лучистый обогрев трубок 8 конверторного элемента, что обеспечивает равномерный прогрев катализатора и, соответственно, интенсификацию процесса конверсии. Кроме того, интенсификации процесса конверсии способствуют интенсивное перемешивание и подогрев парогазовой смеси в пористой вставке испарителя, обеспечивающие отсутствие отложения углерода на катализаторе и равномерность температуры.

Формула изобретения

1. КАТАЛИТИЧЕСКИЙ РЕАКТОР для проведения эндотермических реакций, содержащий размещенные в корпусе с изоляцией теплообменник, трубопровод подачи воды, испаритель и конверторные элементы, отличающийся тем, что конверторные элементы образованы двумя вставленными одна в другую трубками разного диаметра, пространство между которыми заполнено катализатором, причем один из концов внешней трубки имеет заглушку, а внутренняя трубка служит одновременно противоточным теплообменником для реакционной смеси.

2. Реактор по п.1, отличающийся тем, что конверторные элементы размещены внутри нагреваемой полости по образующей цилиндра или конуса с зазором между ними.

3. Реактор по пп.1 и 2, отличающийся тем, что реактор снабжен полированными светоотражающими конусом и обечайкой, при этом полированный светоотражающий конус установлен на оси реактора, а полированная светоотражающая обечайка установлена коаксиально снаружи от конверторных элементов.

4. Реактор по пп. 1 3, отличающийся тем, что реактор снабжен соплом и пористой вставкой, обеспечивающими распыл воды, смешение и перегрев парогазовой смеси, причем сопло размещено на выходе трубопровода подачи воды, а пористая вставка между соплом и конусом и жестко соединена с ним.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2