Способ модификации гетерогенного экзотермического реактора синтеза, реактор синтеза и способ осуществления гетерогенных экзотермических реакций синтеза

 

Способ модификации гетерогенного экзотермического реактора синтеза включает стадии обеспечения, по крайней мере, первого и, по крайней мере, второго каталитического слоя в верхней и, соответственно, нижней части реактора, обеспечения дополнительно самого нижнего каталитического слоя в нижней части реактора, имеющего реакционный объем меньший, чем реакционный объем второго каталитического слоя, и загрузки самого нижнего каталитического слоя катализатором, имеющим активность более высокую, чем активность катализатора, загруженного в другие слои. Изобретение позволяет получить реактор с высокой степенью превращения. 3 с. и 8 з. п. ф-лы, 2 ил.

Настоящее изобретение относится к способу модернизации in-situ гетерогенного экзотермического реактора синтеза, включающего внешний кожух, в котором располагается на подложке множество наложенных друг на друга каталитических слоев, находящихся в пространственной взаимосвязи.

Более конкретно, изобретение относится к способу модернизации такого типа, который включает предварительную стадию: - обеспечение, по крайней мере, первого каталитического слоя в верхней части указанного кожуха и, по крайней мере, второго каталитического слоя в нижней части указанного кожуха; указанного первого и указанного второго слоя, которые загружаются первым катализатором, имеющим заранее установленную активность.

В описании, которое дается ниже, и в последующей формуле изобретения термин "модернизация in-situ" предназначается для обозначения модернизации на месте уже существующего реактора для того, чтобы улучшить его эксплуатационные качества и получить, например, производственную мощность и/или степень превращения сравнимые с показателями вновь построенного реактора.

В терминологии области индустрии этот тип модернизации называется также модификацией или переделкой.

В описании, которое дается ниже, и в последующей формуле изобретения термин "верхняя часть относительно нижней части кожуха" предназначается для обозначения пространства внутри кожуха, которое определяется в верхней части относительно нижней его половины. Более точно, верхняя часть занимает обычно около 20-50% внутреннего пространства кожуха, в то время как нижняя часть занимает около 50-80% внутреннего пространства кожуха.

Как известно, в области гетерогенного экзотермического синтеза в целом и более конкретно при производстве аммиака и метанола двойное требование, которое должно удовлетворяться именно для увеличения производства, состоит в том, что является необходимым удовлетворить двойную потребность, т.е., с одной стороны, увеличить производственную мощность уже существующего реактора синтеза и, с другой стороны, достигнуть улучшения степени превращения и уменьшения потребления энергии реактором.

Предыдущий уровень техники С целью удовлетворения вышеозначенной потребности так называемая техника модернизации уже существующих реакторов, которая направлена на то, чтобы избежать дорогой замены последних и достижения в то же самое время максимальной конверсии согласующейся с доступными объемами катализатора, становится особенно приемлемой.

Например, в US-A-5585074 способ модернизации, который описан, основывается на замене каталитических слоя(ев) уже существующего реактора новыми слоями высоко производительного радиального и аксиально-радиального типа, и где промежуточное охлаждение газов, проходящих между различными каталитическими слоями, создается в модернизированном реакторе с помощью косвенного теплообмена в двух газ-газовых теплообменниках, расположенных между первым и вторым слоем, соответственно в третьем каталитическом слое.

Несмотря на преимущества в некоторых отношениях, способы модернизации согласно предыдущему уровню техники не позволяют достигнуть степеней превращения сравнимых со степенями превращения, которые можно получать с помощью последних реакторов синтеза, которые используют специальный катализатор на основе рутения при высокой реакционной активности.

Фактически, такие способы не принимают во внимание возможность модернизации уже существующих реакторов путем использования конструкции, которая может содержать эффективно и при низких капиталовложениях упомянутый выше высокоактивный катализатор.

Это в основном обусловлено тем фактом, что устройство и объемы каталитических слоев модернизированного реактора задумывались для традиционного катализатора и, следовательно, мало пригодны для использования с высокоактивным катализатором.

В частности, кинетические и термодинамические характеристики традиционных катализаторов требуют реакционных пространств, которые существенно больше, чем реакционные пространства, которые требуются, если используется высокоактивный катализатор.

Соответственно, общее реакционное пространство реактора, модернизированного согласно способам предыдущего уровня техники, значительно увеличивается при использовании с высокоактивным катализатором, или, если желательно использовать по возможности как можно больше указанного реакционного пространства, количество высокоактивного катализатора, который будет загружаться в слои, может оказаться таким, что потребуются недопустимые капиталовложения.

С учетом этого аспекта, является убедительным, что катализатор на основе рутения имеет до сих пор - из-за своей крайне высокой стоимости - очень ограниченное применение на практике, даже несмотря на то, что его особая реакционная активность известна на протяжении более десяти лет и потребность в увеличении степени превращения гетерогенных экзотермических реакторов синтеза все в большей степени ощущается в промышленности.

В любом случае, использование такого катализатора ограничивается в настоящее время в отношении вновь построенных реакторов, реализация которых включает, следовательно, очень высокие капиталовложения, в дополнение к стоимости катализатора.

Краткое описание изобретения Проблема, лежащая в основе настоящего изобретения, заключается в том, чтобы обеспечить способ модификации гетерогенного экзотермического реактора синтеза, который позволяет заметно увеличить степень превращения по сравнению с получаемой методами модификации в соответствии с предыдущим уровнем техники при низких капитальных и текущих затратах и при низком энергопотреблении.

Указанная проблема решается способом модификации гетерогенного экзотермического реактора синтеза, содержащего внешний кожух, в котором находятся расположенные друг на друге в пространственной взаимосвязи каталитические слои, включающим стадии: - обеспечение, по крайней мере, первого каталитического слоя в верхней части кожуха и, по крайней мере, второго каталитического слоя в нижней части кожуха, которые загружаются первым катализатором, имеющим установленную активность; - обеспечение самого нижнего каталитического слоя в нижней части кожуха, имеющего реакционный объем меньший, чем реакционный объем второго каталитического слоя; - загрузку самого нижнего каталитического слоя вторым катализатором, имеющим более высокую активность, чем активность первого катализатора.

В описании, приведенном ниже, и в следующей формуле изобретения термин "реакционный объем" предназначается для обозначения объема каталитического слоя, занятого катализатором, и, следовательно, пространства в слое, где фактически происходит реакция синтеза.

Преимущественно, способ согласно настоящему изобретению позволяет получить - одновременно сохраняя внешнюю структуру неизменной - более эффективный реактор с точки зрения степени превращения и таким образом увеличить производственную мощность путем загрузки высокопроизводительного катализатора в подходящий по размеру самый нижний каталитический слой.

В частности, благодаря настоящему способу является возможным эффективно объединять в уже существующем реакторе использование катализатора традиционного типа с высокоактивным катализатором, улучшая этим способом радикально эксплуатационные качества реактора, в то же время сохраняя капитальные затраты в основном неизменными по отношению к затратам, необходимым для модернизации реактора согласно способам предыдущего уровня техники.

Кроме того, наличие в качестве используемого высокоактивного катализатора позволяет оперировать в нижнем слое при температурах, более низких, чем традиционные температуры, получая этим способом также экономию в текущих затратах и энергопотреблении по сравнению с вышеупомянутыми способами предыдущего уровня техники.

Предпочтительно, чтобы самый нижний каталитический слой загружался катализатором на основе рутения на графитовой подложке таким катализатором, который имеет высокую реакционную активность и в то же время продолжительный период эксплуатации с тем, чтобы он не изнашивался и имел превосходную устойчивость по отношению к рабочим условиям температуры и давления внутри реактора.

Особенно удовлетворительные результаты были получены путем создания внутри кожуха самого нижнего каталитического слоя, имеющего реакционный объем, находящийся между 5 и 50% реакционного объема указанного второго слоя, предпочтительно между 10 и 40%.

Кроме того, согласно конкретному и преимущественному варианту настоящего модернизированного способа, в указанном кожухе обеспечиваются три каталитических слоя, указанный первый каталитический слой в указанной верхней части кожуха, указанный второй каталитический слой и указанный самый нижний каталитический слой в указанной нижней части кожуха соответственно.

Этим способом оптимизируются и кинетическая и термодинамическая конфигурация реактора и использование доступных реакционных объемов так, чтобы резко увеличить степень превращения, в то же время сводя к минимуму капитальные затраты.

В предпочтительном варианте изобретения, настоящий способ, кроме того, включает стадию: - оборудование указанного самого нижнего каталитического слоя средствами для подачи в него радиального или аксиально-радиального потока реагентных газов.

При таком действии перепады давления, вызванные реакционной смесью, которая проходит через каталитический слой, преимущественно уменьшаются, уменьшая тем самым потребление энергии и текущие затраты.

Кроме того, в случае аксиально-радиального потока достигается оптимальное использование каталитической массы, предотвращая отдельные части катализатора от того, чтобы они не подвергались воздействию реакционной смеси, оставаясь поэтому неиспользованными.

В качестве альтернативы и для использования вышеуказанных преимуществ в более широком диапазоне каждый из каталитических слоев, предусмотренных внутри кожуха, предпочтительно снабжается средствами для подачи в них радиального или аксиально-радиального потока реагентных газов.

Для того чтобы предотвратить эффекты разжижения, обусловленные промежуточным охлаждением, подобным резкому охлаждению, т.е. благодаря смешиванию газов, проходящих между каталитическими слоями с холодными реагентными газами, которые отрицательно влияют на степень превращения продуктов взаимодействия реактора, способ модернизации, согласно настоящему изобретению, преимущественно включает далее стадии: - обеспечение первого газ-газового теплообменника в указанном кожухе и соответствующих средств для косвенного охлаждения газов, проходящих между указанным первым и указанным вторым каталитическими слоями;
- обеспечение второго газ-газового теплообменника в указанном кожухе и соответствующих средств для косвенного охлаждения газов, проходящих между указанным вторым и указанным самым нижним каталитическими слоями.

Согласно следующему аспекту изобретения, обеспечивается также способ для создания гетерогенных экзотермических реакций синтеза с высоким выходом такого типа, который содержит стадии:
- подача газообразных реагентов в реактор синтеза, включающий кожух, в котором располагаются на подложке, налагаются друг на друга и находятся в пространственной взаимосвязи, по крайней мере, первый каталитический слой, простирающийся в верхней части указанного кожуха, по крайней мере, второй каталитический слой и самый нижний каталитический слой, простирающиеся в нижней части указанного кожуха;
- взаимодействие указанных газообразных реагентов в указанных каталитических слоях;
- удаление из реактора синтеза продуктов реакции, которые выходят из указанного самого нижнего каталитического слоя;
который характеризуется тем, что он, кроме того, включает стадию:
- принуждение реакционной смеси проходить в указанном самом нижнем каталитическом слое через реакционный объем меньший, чем реакционный объем указанного второго каталитического слоя, и содержащий катализатор, который обладает реакционной активностью более высокой, чем активность катализатора, загруженного в другие каталитические слои, которые характеризуются тем, что указанную реакционную смесь заставляют протекать в указанном самом нижнем каталитическом слое через каталитическую массу на основе рутения на графитовой подложке.

Характеристики и преимущества изобретения приводятся в описании примера применения способа модернизации в соответствии с изобретением, который дается непосредственно ниже с помощью способа, который не ограничивается иллюстрацией, со ссылкой на прилагаемые чертежи.

Краткое описание чертежей
Фиг. 1 показывает продольный поперечный разрез реактора так называемого Kellogg типа для осуществления гетерогенных экзотермических реакций синтеза;
Фиг. 2 показывает продольный поперечный разрез реактора, полученного модификацией Kellogg реактора фиг.1 путем способа модернизации согласно настоящему изобретению.

Детальное описание предпочтительного варианта
При ссылке на фиг.1 номер ссылки 1 показывает реактор в целом так называемого Kellogg типа для осуществления гетерогенных экзотермических реакций синтеза при высоком давлении и температуре (100-300 бар, 300-550^oС), например, для производства аммиака.

Гетерогенный экзотермический реактор синтеза содержит:
- внешний кожух;
- верхний первый каталитический слой;
- второй каталитический слой;
- самый нижний каталитический слой, имеющий реакционный объем, находящийся между 10 и 40% реакционного объема указанного второго слоя;
- первый газ-газовый теплообменник, простирающийся во внешнем кожухе и оборудованный средствами для косвенного охлаждения газов, проходящих между первым и вторым каталитическими слоями;
- второй газ-газовый теплообменник, простирающийся во внешнем кожухе и оборудованный средствами для косвенного охлаждения газов, проходящих между вторым и нижним каталитическими слоями.

Указанный самый нижний каталитический слой оборудован противостоящими газопроницаемыми вертикальными стенками для входа и выхода газа.

Реактор 1 включает трубчатый резервуар или кожух 2, закрытый в верхней части крышкой 3 в форме колокола и оборудованный на дне отверстием 4 для подачи реагентных газов.

Картридж 5, включающий четыре каталитических слоя 6а, 6b, 6с и 6d, наложенных друг на друга и пространственно взаимосвязанных, располагается на подложке известным способом в кожухе 2.

В каждом каталитическом слое 6a-6d размещается традиционный катализатор на основе железа из частиц среднего размера (не показан).

Прерывистая линия, показанная в каталитических слоях 6a-6d, определяет верхний уровень, достигаемый катализатором в слоях, и вместе с боковыми стенками и дном реакционный объем указанных слоев.

В основном кольцевое свободное пространство 7, заключенное между картриджем 5 и кожухом 2, простирается между отверстием 4 и газ-газовым теплообменником 8, предназначенным для предварительного нагревания реагентных газов, который в свою очередь традиционно поддерживается внутри крышки 3.

Реактор 1 также включает множество тороидальных распределителей 9а-9d для подачи холодных или резко охлажденных реагентных газов в верхнюю часть каждого из каталитических слоев 6a-6d.

Наконец, предусматривается канал 10, протягивающийся коаксиально внутри каталитических слоев 6a-6d, в реакторе 1 для подачи продуктов реакции, покидающих самый нижний каталитический слой 6d, в газ-газовый обменник 8, который охлаждает их перед их окончательным удалением через отверстие 11.

На фиг. 1 стрелки F показывают различные участки, которые подвергаются действию потоков газов вдоль свободного пространства 7, через слои 6a-6d и теплообменник 8.

Фиг. 2 показывает в целом гетерогенный экзотермический реактор синтеза, полученный путем модификации реактора фиг.1 в соответствии со способом модернизации изобретения.

На фиг. 2 детали реактора 1, структурно и функционально эквивалентные деталям, проиллюстрированным на фиг.1, показываются теми же номерами ссылок и далее не описываются.

Настоящее изобретение не ограничивается модернизацией реакторов так называемого Kellogg типа или реакторов bottle-neck (узко проходного) типа, т. е. имеющих крышку меньшего диаметра по сравнению с диаметром кожуха, но может применяться для модернизации любого типа гетерогенных экзотермических реакторов синтеза с одним или большим количеством каталитических слоев и таким образом также для модернизации реакторов полностью открытого типа, имеющих закрывающую крышку в основном такого же диаметра, как и кожух.

Кроме того, способ согласно настоящему изобретению может также преимущественно применяться для модификации ранее модернизированных уже существующих реакторов синтеза.

Согласно предварительной стадии настоящего способа, картридж 5 реактора 1 заранее освобождается от своего содержимого и оборудуется, по крайней мере, первым каталитическим слоем 12 в верхней части 2а кожуха 2 и, по крайней мере, вторым каталитическим слоем 13 в нижней части 2b того же кожуха.

В соответствии с другой стадией способа модернизации, самый нижний каталитический слой 14 преимущественно предусматривается в нижней части 2b кожуха 2, имеющего реакционный объем меньший, чем реакционный объем второго каталитического слоя 13.

Согласно изобретению, в первом и во втором каталитических слоях, соответственно 12 и 13, загружается также первый катализатор (не показан), имеющий заранее определенную активность, в то время как в самом нижнем каталитическом слое 14 загружается второй катализатор (не показан), имеющий реакционную активность более высокую, чем активность первого катализатора, загруженного в другие слои.

Катализатор первого типа, загруженный в слои 12 и 13, состоит, например, из традиционного катализатора на основе железа с малым размером частиц, в то время как катализатор второго типа, загруженный в самый нижний каталитический слой 14, является преимущественно катализатором на основе рутения и предпочтительно катализатором на основе рутения на графитовой подложке.

Катализатор последнего типа имеет реакционную активность, которая составляет пяти-двадцатикратную активность традиционного катализатора на основе железа.

Благодаря стадиям обеспечения подходящего по размеру самого нижнего каталитического слоя и загрузке указанного слоя катализатором с высокой активностью может достигаться увеличение степени превращения вплоть до 100% по сравнению со степенью превращения, получаемой реактором фиг.1, осуществляя при этом экономию в отношении текущих затрат и энергопотребления.

Капитальные затраты, необходимые для осуществления способа модернизации согласно настоящему изобретению, являются, напротив, неожиданно близкими к затратам, которые обычно требуются для модернизации согласно предыдущему уровню техники, и являются в любом случае незначительными по сравнению с конечными выгодами с точки зрения более высокой степени превращения и более высокой производственной мощности модернизированного реактора.

Преимущества, достигаемые с помощью настоящего изобретения, могут в основном относиться к использованию катализатора, имеющего различную реакционную активность в уже существующем реакторе, и конкретному устройству и подбору по размеру каталитического слоя, загруженного высокоактивным катализатором.

Только после попыток и исследований, проведенных заявителем, стало возможным получить резкое увеличение в степени превращения уже существующего реактора, ограничивая в то же самое время капитальные затраты благодаря введению небольшого количества катализатора с высокой активностью в ограниченной и специфической зоне реактора, а именно в реакционной зоне, которая обычно считается более неблагоприятной с кинетической и термодинамической точек зрения.

В особенно преимущественном варианте способа согласно изобретению, показанном на фиг.2, оптимальное распределение реакционных объемов и, следовательно, катализатора (как традиционного, так и высокоактивного типа) получается путем обеспечения единичного первого каталитического слоя 12 в верхней части 2а кожуха 2 и каталитических слоев 13 и 14 в нижней части 2b.

Особенно преимущественные результаты были также получены путем обеспечения самого нижнего каталитического слоя 14 реакционным объемом, равным 10-20% реакционного объема второго каталитического слоя 13.

Согласно дальнейшей характеристике настоящего изобретения, каждый из вышеупомянутых каталитических слоев 12-14 оснащается известным средством для создания сквозь него радиального или аксиально-радиального потока. Указанные средства могут, например, включать кольцевые каталитические барабаны 15, 16 и 17, обеспеченные противостоящими соответственно перфорированными газопроницаемыми стенками для входа и выхода газа.

В примере фиг.2 охлаждение газов, проходящих между каталитическим слоем и смежным каталитическим слоем, преимущественно происходит путем косвенного теплообмена с охлаждающим флюидом, предпочтительно холодным синтетическим газом.

С этой целью настоящий способ модернизации включает дополнительные стадии обеспечения первого газ-газового теплообменника 18 в первом каталитическом слое 12, расположенном в верхней части 2а кожуха 2, и второго газ-газового теплообменника 19 во втором каталитическом слое 13, расположенном в нижней части 2b кожуха 2.

На фиг. 2 второй теплообменник 19 преимущественно простирается также в самом нижнем каталитическом слое 14 так, чтобы увеличить поверхность теплообмена и обеспечить повышенное охлаждение реакционной смеси, которая будет подаваться в последний каталитический слой 14, и в то же самое время обеспечить более высокое нагревание холодного газа, поступающего в реактор 1 синтеза.

Так как самый нижний каталитический слой 14 загружается катализатором с высокой активностью, можно преимущественно удобно работать при относительно низких реакционных температурах, получая таким путем экономию в текущих затратах и энергопотреблении.

Предпочтительно теплообменники 18 и 19 монтируются внутри и коаксиально со слоями 12, 13 и 14, используя отверстия, сформированные кольцевыми барабанами 15, 16 и 17 в центральной части каждого из указанных слоев.

Согласно изобретению, в теплообменниках 18 и 19 обеспечиваются соответствующие средства для косвенного охлаждения газов, проходящих между первым и вторым каталитическими слоями 12 и 13, соответственно между вторым и самым нижним каталитическими слоями 13 и 14.

Указанные средства включают трубчатый узел 20, соответственно 25, расположенные в трубчатом кожухе 21, соответственно 26, и оборудованные противостоящими друг другу для входа и выхода газа отверстиями 22 и 23, соответственно 27 и 28, на стенке кожуха, а также средства для подачи холодных газообразных реагентов к входному отверстию 24 газа, соответственно 29, на трубчатой стенке обменника 18, соответственно 19.

Отверстие 22, соответственно 27, для входа газа на стенке кожуха со стороны трубчатого узла 20, соответственно 25, находится в свою очередь во флюидальной связи с каталитическим слоем 12, соответственно 13, через кольцевое свободное пространство 30, соответственно 31, сформированное между внешней стенкой трубчатого кожуха 21, соответственно 26, и стенкой с выходными отверстиями для газа барабана 15, соответственно 16.

Напротив, отверстие 23 для выхода газа на стенке кожуха со стороны трубчатого узла 20 находится в прямой флюидальной связи с каталитическим слоем 13, в то время как соответствующее отверстие 28 для выхода газа на стенке кожуха со стороны трубчатого узла 25 находится во флюидальной связи с каталитическим слоем 15 через кольцевое свободное пространство 32, сформированное между трубчатым кожухом 26 и коаксиальной стенкой 33, простирающейся между кожухом 26 и узлом 17.

В проиллюстрированном примере средства для транспортирования холодных газообразных реагентов к отверстию 24 трубчатой стенки обменника 18 включают трубу 34, протягивающуюся между указанным отверстием и отверстием 35 для подачи холодных газообразных реагентов.

Таким же образом средства для транспортирования холодных газообразных реагентов к отверстию 29 трубчатой стенки обменника 19 включают трубу 36, протягивающуюся между указанным отверстием и отверстием 37 для подачи холодных газообразных реагентов.

Наконец, газ-газовые теплообменники 18 и 19 последовательно соединяются друг с другом на трубчатой стенке, например, посредством лабиринтного соединения 38.

Стадии способа модернизации согласно изобретению могут выполняться независимо в порядке, которому следуют в настоящем описании и прилагаемой формуле изобретения, согласно конкретным техническим требованиям для применения, которое может отличаться от случая к случаю.

При соблюдении указанных стадий получают реактор 1, который позволяет выполнять гетерогенный экзотермический синтез с высокой степенью превращения и низкими энергозатратами следующим образом.

Газообразные реагенты, подаваемые в реактор 1 через отверстие 4, предварительно нагреваются в свободном пространстве 7 и в обменнике 8 затем подаются в первый каталитический слои 12, содержащий катализатор традиционного типа, например катализатор на основе железа.

Температура газообразных реагентов, подаваемых в указанный первый каталитический слой 12, контролируется до желаемых значений с помощью первой порции свежих или резко охлажденных газообразных реагентов, подаваемых в реактор 1 посредством распределителя 9а, и с помощью второй порции газообразных реагентов предварительно нагретых в теплообменниках 18 и 19, как будет объяснено ниже.

Реакционная смесь, покидающая каталитический слой 12, который пересекается центростремительным аксиально-радиальным потоком, затем собирается в свободном пространстве 30 и подается в обменник 18, в котором она охлаждается путем косвенного теплообмена с охлаждающим флюидом, текущим противотоком по стенке трубы и включающим, в примере фиг.2, смесь газообразных реагентов, поступающих частично извне через трубу 34 и частично из расположенного ниже теплообменника 19.

Охлажденная таким образом реакционная смесь подается затем в следующий каталитический слой 13 после того, как она пройдет через отверстие 23. Каталитический слой 13 загружается также катализатором традиционного типа, например катализатором на основе железа.

Из каталитического слоя 13, который пересекается центростремительным аксиально-радиальным потоком, выходит вторая реакционная смесь, обогащенная далее в продуктах реакции, которая подается - через отверстие 27 - в обменник 19, в котором она частично охлаждается путем косвенного теплообмена с охлаждающим флюидом, текущим противотоком по стенке трубы и включающим в основном смесь газообразных реагентов, поступающих извне через трубу 36.

Преимущественно реакционная смесь, которая будет подаваться в самый нижний каталитический слой 14, может охлаждаться до температуры значительно более низкой, чем температура реакционной смеси, поступающей в каталитические слои 12 и 13.

Охлажденная таким образом смесь подается затем в самый нижний каталитический слой 14 после того, как она пройдет через кольцевое свободное пространство 32. Преимущественно самый нижний каталитический слой 14 загружается катализатором с высокой реакционной активностью, предпочтительно на основе рутения на графитовой подложке.

Из самого нижнего каталитического слоя 14, который пересекается центробежным аксиально-радиальным потоком, возникает конечная реакционная смесь, которая подается через центральную трубу 10 в теплообменник 8 до своего конечного удаления из реактора 1 посредством отверстия 11.

Согласно изобретению, реакционную смесь, выходящую из каталитического слоя 13, заставляют течь в самый нижний каталитический слой 14 через реакционный объем меньший, чем реакционный объем указанного второго каталитического слоя (предпочтительно между 10 и 40%), и включающим катализатор, который имеет реакционную активность более высокую, чем активность катализатора, загруженного в другие каталитические слои.

Этим способом достигается резкое увеличение в степени превращения и последующее увеличение в производственной мощности модернизированного реактора.

Из того, что было изложено выше, становятся очевидными многие преимущества, которые достигаются с помощью настоящего изобретения; в частности, является возможным существенно увеличить степень превращения уже существующего реактора, уменьшая в то же самое время текущие расходы и энергопотребление, при очень низких капитальных затратах.

Формула изобретения

1. Способ модификации гетерогенного экзотермического реактора синтеза, содержащего внешний кожух, в котором находятся расположенные друг на друге в пространственной взаимосвязи каталитические слои, включающий стадии: обеспечение, по крайней мере, первого каталитического слоя в верхней части кожуха и, по крайней мере, второго каталитического слоя в нижней части кожуха, которые загружаются первым катализатором, имеющим установленную активность; обеспечение самого нижнего каталитического слоя в нижней части кожуха, имеющего реакционный объем меньший, чем реакционный объем второго каталитического слоя; - загрузку самого нижнего каталитического слоя вторым катализатором, имеющим более высокую активность, чем активность первого катализатора.

2. Способ по п.1, в котором самый нижний каталитический слой загружается катализатором на основе рутения на графитовой подложке.

3. Способ по п.1, в котором самый нижний каталитический слой имеет реакционный объем, находящийся в пределах 10 - 40% реакционного объема указанного второго слоя.

4. Способ по п.1, который, кроме того, включает оборудование указанного самого нижнего каталитического слоя средствами для подачи в него радиального или аксиально-радиального потока реагентных газов.

5. Способ по п.1, в котором обеспечиваются три каталитических слоя в указанном кожухе, указанный первый каталитический слой в указанной верхней части кожуха, указанный второй каталитический слой и указанный самый нижний каталитический слой в указанной нижней части кожуха соответственно.

6. Способ по п.1, который, кроме того, включает оборудование указанных каталитических слоев средствами для подачи в них радиального или аксиально-радиального потока реагентных газов.

7. Способ по п.6, который, кроме того, включает обеспечение первого газ-газового теплообменника в указанном кожухе и средств для косвенного охлаждения газов, проходящих между указанным первым и указанным вторым каталитическим слоем; обеспечение второго газ-газового теплообменника в указанном кожухе и средств для косвенного охлаждения газов, проходящих между указанным вторым и указанным самым нижним каталитическим слоем.

8. Гетерогенный экзотермический реактор синтеза, содержащий внешний кожух, верхний первый каталитический слой, второй каталитический слой и самый нижний каталитический слой, имеющий реакционный объем, находящийся в пределах 10 - 40% реакционного объема указанного второго слоя; первый газ-газовый теплообменник, простирающийся во внешнем кожухе и оборудованный средствами для косвенного охлаждения газов, проходящих между первым и вторым каталитическим слоем; второй газ-газовый теплообменник, простирающийся во внешнем кожухе и оборудованный средствами для косвенного охлаждения газов, проходящих между вторым и нижним каталитическим слоем.

9. Реактор по п.8, в котором указанный самый нижний каталитический слой оборудован противостоящими газопроницаемыми вертикальными стенками для входа и выхода газа.

10. Способ осуществления гетерогенных экзотермических реакций синтеза с высоким выходом такого типа, который включает подачу газообразных реагентов в реактор синтеза, включающий кожух, где располагаются на подложке, налагаются друг на друга и находятся в пространственной взаимосвязи, по крайней мере, первый каталитический слой, простирающийся в верхней части указанного кожуха, по крайней мере, второй каталитический слой и самый нижний каталитический слой, простирающиеся в нижней части указанного кожуха, взаимодействие указанных газообразных реагентов в указанных каталитических слоях, удаление из реактора синтеза продуктов реакции, которые поступают из указанного самого нижнего каталитического слоя, принуждение реакционной смеси проходить в указанном самом нижнем каталитическом слое через реакционный объем меньший, чем реакционный объем указанного второго каталитического слоя, и содержащий катализатор, который обладает реакционной активностью более высокой, чем активность катализатора, загруженного в другие каталитические слои.

11. Способ по п.10, в котором указанную реакционную смесь заставляют протекать в указанном самом нижнем каталитическом слое через каталитическую массу на основе рутения на графитовой подложке.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2