Реактор для проведения каталитических процессов радиального типа

 

Использование: для проведения химических и нефтехимических процессов и в производстве стирола, изопрена, бутадиена и др. Сущность изобретения: реактор радиального типа для проведения каталитических процессов содержит перфорированный контейнер, в котором расположен катализатор. Наружные и внутренние стенки контейнера выполнены из профилированных металлических элементов, образующих цилиндры и скрепленных между собой жестко горизонтальными элементами. Горизонтальные элементы выполнены в виде колец. Расстояние между профилированным элементами составляет не более 0,8 диаметра частицы катализатора, а ширина профилированного элемента не более чем в 1,4 раза превышает длину частицы катализатора. Профиль профилированного элемента на выходе из слоя катализатора или на входе в него выполняют в виде полусферы, полуэллипса, треугольника или усеченного треугольника. 1 з.п. ф-лы, 5 ил.

Изобретение относится к контактным аппаратам радиального типа для проведения химических и нефтехимических процессов и может быть использовано в производстве стирола, а также изопрена, бутадиена и др.

Известны конструкции реакторов с радиальной направленностью потока газообразного или жидкого сырья, отличающиеся большой производительностью и меньшим перепадом давления по сравнению с аксиальными реакторами [1-8]. Катализатор в этих реакторах располагается между двумя перфорированными отверстиями цилиндрами (корзинами). В большинстве случаев для удержания катализатора к цилиндрам прикрепляется стальная сетка.

Недостатками указанной конструкции являются значительные зоны застоя между отверстиями цилиндра и, как следствие, преждевременное закоксовывание катализатора, его разрушение из-за трения о сетку, возможные деформации и разрыв сетки. Вероятно и почти полное закрытие отверстий частицами катализатора.

Наиболее близким к предлагаемому по своей технической сущности является реактор, радиальный слой катализатора в котором создается контейнерами, представляющими собой сегменты цилиндра, разделенного в аксиальной плоскости с размерами поперечного сечения, позволяющими помещать и извлекать контейнер через отверстия в верхней или нижней части реактора. Жидкость в этих контейнерах проходит через входную и выходную решетки, соединенные между собой боковыми, а также верхними и нижними сплошными пластинами [9].

Недостатком указанного устройства является возможность неизбежных пропусков газа, особенно при работе при температуре 500-650^oC, через щели, образованные между боковыми пластинами, и, как следствие, снижение конверсии сырья. Идеальное совмещение каждого контейнера в промышленных реакторах, высота катализаторного слоя в которых достигает 10-15 м и диаметр 5-6 м, представляется нереальным. Извлекать контейнеры и снова возвращать их в зону реакции в подобных реакторах также представляет трудноразрешимую задачу. Видимо, авторы заявки имели ввиду маломощные реакторы с подачей жидких продуктов при низких температурах.

Предлагаемая конструкция реактора лишена указанных недостатков, так как позволяет не только избежать застойных зон, но и отказаться от использования сетки в реакторах для удержания катализатора.

Поставленная цель достигается описываемой конструкцией реакторов, согласно которой катализатор располагается между цилиндрами, образованными из элементов различного профиля, жестко скрепленных между собой горизонтальными кольцами. При этом профиль элементов на входе и выходе продукта из слоя катализатора выполняется в виде полусферы, полуэллипса, треугольника или усеченного треугольника, плоским основанием направленного в сторону слоя катализатора. Расстояние между профилированными элементами в цилиндре для удержания катализатора должно быть не более 0,8 диаметра, а ширина элемента должна не более чем в 1,4 раза превышать длину частицы катализатора. Что касается горизонтальных колец, то их количество и расстояние между ними определяются конкретно для каждого случая в зависимости от размера и назначения реактора.

В частности, для реактора с диаметром во внутреннем входном стакане 1500 мм и толщиной слоя 900 мм и его высотой 8000-9000 мм расстояние между горизонтальными кольцами находится на уровне 100 мм.

Применительно к процессу дегидрирования этилбензола на железоокисном катализаторе, диаметр частиц которого составляет 5-6 мм, а длина 6-8 мм, расстояние между профилированными элементами в данном реакторе должно быть 4-5 мм, а ширина элемента соответственно не более 8-11 мм.

Профиль элементов и расстояние между ними рассчитаны так, чтобы обеспечивались минимальный перепад давления, наименьшая вероятность закрытия выхода газа катализатором и плавный вход или выход газа в стакан или из него.

На фиг. 1 схематически изображен радиальный реактор; на фиг. 2-5 показаны элементы предлагаемого устройства.

Реактор состоит из цилиндрического корпуса 1 с входным патрубком подачи газообразного сырья вверху и выходным патрубком контактного газа внизу. Возможна конструкция с вводом сырья снизу и выходом контактного газа сверху или сбоку реактора.

Катализатор 4 располагается между двумя цилиндрами 2 и 3, выполненными из элементов 5, жестко скрепленных между собой горизонтальными кольцами 6. Элементы выполняются различного профиля: в виде полусферы, квадратов, треугольников, усеченных треугольников и т.д. (фиг. 5).

Газообразное сырье поступает сверху во внутренний цилиндр и равномерно распределяется в горизонтальном направлении по всему объему катализатора. Контактный газ поступает через внешний цилиндр в свободную между стенками реактора 1 и внешним цилиндром 2 зону, после чего выходит через нижний штуцер.

Поскольку в реакторах подобной конструкции основной перепад давления создается слоем катализатора, сопротивление, создаваемое элементами во внешнем и внутреннем цилиндрах, незначительно и не отражается на показателях процесса.

Изготовление подобных устройств, а также отдельных их элементов не представляет трудности и может осуществляться машинным способом.

Таким образом, внедрение изобретения позволит избежать застойных зон в катализаторном слое, т.е. задействовать в процесс весь катализатор и, следовательно, увеличить срок его службы; отказаться от использования сетки для удержания катализатора, что снижает его разрушение; несколько снизить перепад давления по реактору; по сравнению с контейнерным расположением катализатора избежать пропуск сырья между неплотностями и предотвратить снижение конверсии сырья.

Источники информации 1. Патент США N 2945897, 1960.

2. Патент США N 3951561, 1962.

3. Патент США N 3167399, 1965.

4. Патент США N 32111537, 1965.

5. Авт.св. СССР N 713584, 1980.

6. Патент США N 4244922, 1981.

7. Патент СССР N 1060214, 1983.

8. Патент СССР N 969141, 1982.

9. ЕРО N 483975, 1991.

Формула изобретения

1. Реактор радиального типа для проведения каталитических процессов, катализатор, в котором расположен в перфорированном контейнере, наружные и внутренние стенки которого выполнены из профилированных металлических элементов, образующих цилиндры и скрепленных между собой жестко горизонтальными элементами, отличающийся тем, что горизонтальные элементы выполнены в виде колец, расстояние между профилированными элементами составляет не более 0,8 диаметра частицы катализатора, а ширина профилированного элемента не более чем в 1,4 превышает длину частицы катализатора.

2. Реактор по п.1, отличающийся тем, что профиль профилированного элемента на выходе из слоя катализатора или на входе в него выполняют в виде полусферы, полуэллипса, треугольника или усеченного треугольника.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5