Каталитический реактор

Изобретение относится к каталитическому реактору, подходящему для осуществления экзотермических реакций, с радиальным потоком технологического флюида и направляющими флюидного потока. Каталитический реактор включает корпус реактора с емкостью, приспособленный для содержания слоя катализатора, центральный канал технологического флюида и отдаленный канал технологического флюида, которые расположены внутри корпуса реактора, при этом центральный канал включает вход реагента или выход продукта а, соответственно, отдаленный канал технологического флюида включает выход продукта или вход реагента и направляющую потока технологического флюида для направления потока от входа реагента по первой траектории потока в направлении радиально наружу от центральной оси реактора к корпусу реактора и от корпуса реактора в направлении радиально внутрь к центральной оси реактора к выходу продукта, или по второй траектории потока в направлении радиально внутрь к центральной оси реактора, а затем в направлении радиально наружу от центральной оси реактора к корпусу реактора и выходу продукта, если смотреть в плоскости поперечного сечения реактора, в направлении вокруг направляющей потока технологического флюида, к выходу продукта, причем направляющая потока технологического флюида имеет U-образную или V-образную форму в сечении реактора и отдаленный канал технологического флюида расположен внутри V-образной или U-образной формы направляющей потока технологического флюида, и причем направляющая потока технологического флюида выполнена с возможностью обеспечения охлаждения слоя катализатора. Изобретение обеспечивает более высокую скорость потока, улучшенное охлаждение слоя катализатора, более высокий коэффициент теплообмена, лучшее распределение потока и меньшее количество точек перегрева, и меньшее количество трубопроводов. 9 з.п. ф-лы, 1 ил.

 

Область техники

Варианты осуществления настоящего изобретения относятся в общем к каталитическому реактору для осуществления экзотермической реакции. Более конкретно настоящее изобретение относится к охлаждению катализатора за счет увеличения скорости флюидного потока в слое катализатора в реакторе с помощью радиального режима течения.

Уровень техники

Наиболее важным элементом в процессе синтеза метанола является реактор для производства метанола. Во время протекания реакции синтеза выделяется значительное количество тепловой энергии, поэтому очень важно обеспечить отвод тепла. За счет высоких значений среднего теплового потока можно сократить количество труб и, следовательно, уменьшить затраты.

Поскольку реакция получения метанола имеет экзотермический характер, основной задачей реактора должно быть управление температурой. Реакторные технологии, активно используемые на коммерческих производствах, делятся на две категории: многослойные каталитические реакторы и однослойные конвертеры.

Многослойные каталитические реакторы управляют температурой реакции, для чего массу катализатора распределяют между несколькими секциями, между которыми установлены устройства охлаждения. Размеры слоев, как правило, выбирают таким образом, чтобы добиться равновесного состояния для реакции.

Собирающий, смешивающий и распределяющий конвертер компании Haldor Topsoe представляет собой такой многослойный каталитический реактор. В таком реакторе слои катализатора разделены опорными балками. Газ, выходящий из катализатора, расположенного выше по потоку, улавливается и смешивается с охлаждающим газом для охлаждения. Поток смешанного газа равномерно распределяется по расположенному ниже по потоку слою катализатора. Температура реакции уменьшается, а скорость превращения за один цикл увеличивается.

Другим типом многослойных каталитических реакторов являются последовательно соединенные адиабатические реакторы. Каждый слой катализатора расположен в отдельном корпусе реактора, а между всеми реакторами установлены промежуточные охладители. Сырьевой газ подают непосредственно в первый реактор, который увеличивает кинетическое усилие для протекания реакции. В результате объем катализатора становится меньше, чем в охлаждающем реакторе.

Еще одним типом многослойных каталитических реакторов являются многоступенчатые реакторы с радиальным потоком и непрямым охлаждением. За счет непрямого охлаждения температура остается близкой к траектории кривой максимальной скорости реакции (на графике зависимости концентрации метанола от температуры). В этом случае достигается максимальная (или близкая к максимальной) скорость превращения за один цикл.

Независимо от того, будут ли слои катализатора разделены специальными конструкциями и охлаждающим оборудованием или же отдельными реакторами, конструкции описанных выше реакторов отличаются высокой стоимостью изготовления. В качестве альтернативного решения можно использовать однослойные реакторы: тепло отводится из реактора непрерывно за счет переноса в теплоотдающую среду. Реактор эффективно выполняет функцию теплообменника.

Согласно одному варианту исполнения однослойный реактор содержит спирально закрученные трубы, заделанные в слой катализатора. По сравнению с реакторами, в которых катализатор находится внутри труб, перенос тепла на сторону катализатора значительно выше. Как следствие, площадь охлаждения уменьшается и, следовательно, сокращаются затраты на материалы.

Реактор с одним слоем, имеющий альтернативную конструкцию, больше похож на теплообменник: у него есть вертикальный кожух и трубчатый теплообменник с закрепленными трубными решетками. Катализатор в трубах остается на слое инертного материала. В результате теплового эффекта реакции образуется пар, отводимый ниже верхней трубной решетки. Для того чтобы обеспечить точность регулирования температуры реакции, прибегают к регулировке давления пара. Поддержание изотермических условий обеспечивает большой выход продукта при низком количестве возврата для переработки. Кроме того, количество побочных продуктов сводится к минимуму.

Конструкция еще одного альтернативного варианта однослойного реактора содержит двойные трубы, которых в промежутке между внутренними и наружными трубами уложен слой катализатора. Сырье поступает во внутренние трубы и во время перемещения по трубам нагревается. Затем в пространство между внутренними и наружными трубами подают газ, который проходит через слой катализатора. Катализатор, находящийся во внутренних трубах, охлаждается не только газом, но и котельной водой, находящийся снаружи двойных труб. Ввиду того что температура слоя катализатора рядом с входом в реактор выше, а по мере приближения к выходу из него она снижается, течение газа соответствует линии максимальной скорости реакция. Это означает, что достигается более высокая скорость превращения за один цикл.

Однослойный реактор с уменьшенной стоимостью оборудования, работает на принципе радиального течения. Высокоемкостной преобразователь для производства метанола, работающий на принципе радиального течения, предоставляет различные потенциальные преимущества, в честности очень маленькое падение давления. Однако если течение потока ограничено направлением строго от центра к внешнему периметру (или наоборот), скорость потока будет очень низкой. Это создает проблему, поскольку в этом случае необходимо трубы для охлаждения расположить очень близко друг к другу, что влечет за собой трудности с технической точки зрения и повышение затрат. Для традиционных радиальных преобразователей характерны проблемы с точками перегрева в слое катализатора, которую можно в некоторой степени уменьшить, увеличив скорость потока.

Из документов уровня техники, некоторые из которых приведены ниже, известно не так много решений этой проблемы.

В документе ЕР 0359952 А2 описана установка для модернизации на месте традиционных реакторов синтеза метанола. Каталитическую массу распределяют между несколькими последовательными слоями, каждый из которых содержит днище и коническую диафрагму, расположенную на некотором расстоянии от поверхности последующего слоя катализатора, с образованием таким образом полости, к внешней периферии которой подают охлаждающий газ так, чтобы в этой полости получать оптимальное смешение с частично прореагировавшим газом, подаваемым в аксиальном направлении через верхние слои катализатора, по центру и под верхним слоем катализатора установлена труба, чтобы внутри разграничить массу каталитических слоев, расположенных ниже верхнего слоя; а нижний слой или слои с максимальным падением давления преобразованы в слой в основном с радиальным потоком посредством установки двух цилиндрических перфорированных стенок коаксиальных с указанной трубой и образующих воздушные полости с внутренней стенкой корпуса и соответственно с внешней стенкой трубы.

В документе WO 9964145 раскрываются способы выполнения монолитных реакторов и преобразователей с уплотненным слоем, которые более устойчивы к нарушениям процесса по сравнению с традиционными аналогами. В таких стабилизированных реакторах нестационарные участки максимального нагрева, возникающие под действием случайных или запланированных изменений рабочих параметров и способные поставить под угрозу безопасность и экономичность реакции, образуются реже. Согласно настоящему изобретению предлагается создание условий, при которых нестационарные тепловые волны, образующиеся в результате возмущения процесса, распространяются в разных радиальных участках реактора на разных скоростях. Как следствие, они накапливают фазовые сдвиги относительно друг друга и разрушительно воздействуют через радиальные тепловые потоки внутри реактора. В результате формируется адаптивный механизм гашения пагубных высокотемпературных волн в экзотермальных реакторах и меняется их повышенная технологическая стабильность. Стабилизированные реакторы могут применяться в химической и нефтехимической промышленности, а также в автомобилестроении (каталитический преобразователь для автомобилей), экологической промышленности (печь для летучих органических веществ) и для производства тепла и электроэнергии (каталитическая камера сгорания). Преимущества SR (стабилизированных реакторов) заключаются в повышении безопасности и увеличении срока службы катализатора и других компонентов реактора, а для производственных целей - в повышении производительности, избирательности и качества продукции.

В документе ЕР 1261419 раскрывается ступенчатый адиабатический реактор, включающий по меньшей мере одну панель теплообменника, предпочтительно панель теплообменника с печатным монтажом, расположенный между адиабатическими слоями катализатора, при этом внешняя площадь панелей и поверхностная внешняя площадь соответствующего катализатора по существу одинаковые, панели содержат средства, образующие дискретные каналы для перемещения реагентов и теплоносителей, при этом средства, образующие дискретные каналы для теплоносителей, образуют по меньшей мере два разных направления потока теплоносителей через панель теплообменника, причем уменьшается вероятность смещения или перепада температуры.

В документе US 2006171868 раскрывается псевдоизотермический радиальный химический реактор для проведения каталитических реакций, содержащий по существу цилиндрический корпус, закрытый с противоположных концов соответствующими плоскими днищами, и зону реакции по меньшей мере с одним слоем соответствующего катализатора и множеством закрепленных на корпусе теплообменников.

Далее по тексту под трубами следует понимать кожух любой круговой формы, длина которого больше поперечного расстояния. Как правило, трубы являются цилиндрическими, но также они могут иметь некруговую форму поперечного сечения, которое может меняться по длине трубы.

Под технологическим флюидом следует понимать технологический флюид (в любой фазе или комбинации фаз, газ, пар или жидкость), находящийся в реакторе, входящий в реактор или выходящий из него и участвующий в реакции, протекающей в реакторе. Более конкретно, под реагентом следует понимать технологический флюид, который будет участвовать или уже участвует в реакции, а под продуктом - технологический флюид, который уже прореагировал в реакторе. Грань между технологическим флюидом, выступающим в качестве реагента, и технологическим флюидом, выступающим в качестве продукта реакции, размыта, однако, технологический флюид, входящий в реактор, считается реагентом, а выходящий из реактора технологический флюид - продуктом.

Краткое описание настоящего изобретения

Настоящее изобретение отличается от традиционного конвертера с радиальным потоком тем, что его скорость потока выше за счет уменьшения площади потока и увеличения длины потока. Таким образом, нижеупомянутые проблемы можно устранить, отказавшись от некоторой части положительного эффекта, создаваемого уменьшенным падением давления. Дополнительно выполняется регулирование площади потока и скорости прохождения технологического флюида через катализатор.

Основная проблема, решаемая с помощью настоящего изобретения, связана с большим количеством охлаждающих устройств (часто труб), которые обычно устанавливаются в слое катализатора. Настоящее изобретение обеспечивает такие технические результаты:

- более высокий коэффициент теплообмена за счет более высокой скорости потока;

- лучшее распределение потока и, следовательно, меньшее количество точек перегрева;

- меньшее количество трубопроводов;

- скорость потока и, следовательно, теплообмен могут быть оптимизированы в соответствии с коэффициентом преобразования и оптимальной температуры.

Эти преимущества обеспечиваются с помощью настоящего изобретения, представляющего собой каталитический реактор с радиальным потоком, который подходит для осуществления экзотермической реакции, поскольку обладает признаками, позволяющими обеспечить охлаждение реактора. Реактор имеет конфигурацию, включающую вход технологического флюида (также называемый входом реагента), выход технологического флюида (также называемый выходом продукта) и направляющие потока, расположенные внутри реактора, которые обеспечивают протекание флюидного потока в реакторе по пути, длина которого больше, чем длина пути от центра реактора к наружному корпусу реактора или от наружного корпуса реактора к центру. За счет этого достигается более высокая скорость флюидного потока, что обеспечивает повышенный теплообмен. За счет более высокого теплообмена можно уменьшить количество труб для охлаждения, размещаемых внутри реактора.

Входы реагента могут быть расположены либо в центре реактора, либо дальше от центра реактора, т.е. в виде «отдаленных каналов технологического флюида», как упомянуто в формуле изобретения. Выходы продукта также могут быть расположены либо в центре реактора, либо дальше от центра реактора, в виде «отдаленных каналов технологического флюида». Это означает, что как входы, так и выходы могут быть расположены между центром реактора и корпусом реактора, или входы могут быть расположены между центром реактора и корпусом реактора, а выходы могут быть расположены в центре реактора, или выходы могут быть расположены между центром реактора и корпусом реактора, а входы могут быть расположены в центре реактора, или как входы, так и выходы могут быть расположены в центре реактора. Входы реагента и выходы продукта могут быть выполнены в виде отверстий, щелей, сеток или фильтров, через которые проходит технологический флюид. Входы и выходы выполнены с возможностью подачи равномерно распределенного флюидного потока через слой катализатора.

Независимо от того, какой из вышеупомянутых вариантов осуществления выбран, общим для всех них является то, что направляющие флюидного потока исключают возможность непосредственного прохождения флюидного потока по прямой линии от входов к выходам. Вместо этого направляющие флюидного потока заставляют технологический флюид идти по удлиненной траектории потока, вследствие чего возрастает скорость потока с сохранением всех других параметров. Когда возрастает скорость потока, также увеличивается теплообмен между потоком технологического флюида и объектами, с которыми она контактирует. Таким образом, количество труб для охлаждения, которые необходимы для охлаждения при экзотермической реакции в реакторе, может быть уменьшено с сохранением такого же эффекта охлаждения.

Положение входов и выпускных элементов, а также расположение направляющих для потока среды, может быть наилучшим образом подобрано для снижения расходов, количества материалов или получения эффекта. В соответствии с одним вариантом осуществления путь потока (если смотреть в плоскости поперечного сечения реактора) технологического флюида проходит от центра реактора к корпусу реактора, поворачивается, а затем снова проходит в направлении центра реактора. Таким образом, длина пути потока приблизительно вдвое больше по сравнению с известным путем потока в реакторах с радиальным потоком, известных из уровня техники, который проходит исключительно от центра реактора к корпусу реактора. Этот путь потока может быть достигнут, например, когда входы и выходы расположены в центре реактора или возле него, а направляющие флюидного потока проходят из центра реактора к корпусу реактора, или почти контактируют с ним, за счет чего технологический флюид во время прохождения от входов к выходам будет течь вокруг направляющей.

В соответствии с другим вариантом осуществления настоящего изобретения путь флюидного потока проходит от участка возле корпуса реактора к центру реактора, поворачивается, а затем снова проходит к корпусу реактора. Также в соответствии с этим вариантом осуществления длина пути потока, по сравнению с традиционным реактором с радиальным потоком, приблизительно вдвое больше. Этот вариант осуществления достигается, если входы и выходы расположены в наружной области возле корпуса реактора, а направляющие флюидного потока проходят от корпуса реактора внутрь, возле центра реактора, тем самым направляя поток технологического флюида во время прохождения от входов к выходам вокруг направляющей потока.

В соответствии с другим вариантом осуществления путь флюидного потока может проходить более чем по двум радиальным путям потока. Это может быть достигнуто за счет размещения направляющих для потока среды в лабиринтной конфигурации, в соответствии с которой поток технологического флюида проходит по нескольким радиальным путям потока между центром и корпусом реактора.

Как было описано выше, при более высокой скорости потока можно сократить количество труб для охлаждения. Для реакций, сопровождающихся выделением значительного количества тепловой энергии, необходимо большое количество труб для охлаждения. В случае уменьшения их количества трубные решетки можно не делать очень толстыми, чтобы гарантировать прочность, поскольку их не нужно перфорировать до той же степени. Естественно, изготовление и сборка внутренних элементов также существенно упрощается, когда уменьшено количество труб для охлаждения, а также трубная обвязка, необходимая для подсоединения всех труб к впускному элементу (впускным элементам) и выпускному элементу (выходам) для охлаждающей среды. Благодаря увеличенной скорости потока и за счет управления путем потока с помощью направляющих для потока среды можно улучшить распределение потока по всей площади поперечного сечения реактора. За счет этого уменьшается риск появления точек перегрева в слое катализатора, которые представляют собой распространенную проблему для реакторов с радиальным потоком, известных из уровня техники, для осуществления экзотермических реакций.

Трубы для охлаждения могут быть расположены на одной оси с реактором, образуя конфигурацию, напоминающим концентрические окружности, если смотреть на виде в поперечном сечении. Так можно обеспечить эффективный теплообмен, но это также может стать причиной ухудшения прочности трубной решетки. Другой вариант предусматривает распределение труб для охлаждения равномерно по всей площади поперечного сечения реактора, что в меньшей степени подвергает трубные решетки снижению прочности, поскольку отверстия, выполненные в трубной решетке для размещения труб, распределены равномерно соответствующим образом. Однако равномерно распределенные трубы для охлаждения не обеспечивают такой же высокий теплообменом, как при вышеупомянутом распределении труб для охлаждения.

В соответствии с одним вариантом осуществления настоящего изобретения направляющие флюидного потока могут выступать в качестве не только направляющих для потока, но также в качестве труб или панелей для охлаждения. Это может быть достигнуто различными способами. Трубы для охлаждения могут быть расположены близко друг к другу рядами, которые выступают в качестве стенок, выполняющих как функцию направления, так и охлаждения технологического флюида. Направляющие флюидного потока также могут быть выполнены из двухслойного материала с образованием полости внутри направляющих для прохождения охлаждающей среды из теплообменников. Преимуществом этого варианта осуществления является существенно упрощенная трубная обвязка, поскольку одного впускного и выпускного элемента для охлаждающей среды хватает для большой площади охлаждения в слое катализатора реактора по сравнению с одной трубой для охлаждения. В соответствии с этим вариантом осуществления направляющие флюидного потока, выступающие в качестве охлаждающих плит, также могут быть дополнены трубами для охлаждения, однако количество труб для охлаждения может быть соответствующим образом уменьшено.

Признаки настоящего изобретения

1. Каталитический реактор для проведения экзотермической реакции с радиальным потоком технологического флюида, причем указанный реактор включает

- корпус реактора с емкостью корпуса реактора, приспособленного для содержания по меньшей мере одного слоя катализатора;

- центральный канал технологического флюида, расположенный внутри корпуса реактора;

- по меньшей мере один вход реагента и по меньшей мере один выход продукта;

причем указанный реактор дополнительно включает по меньшей мере одну направляющую флюидного потока, выполненную с возможностью направления флюидного потока от по меньшей мере одного входа реагента по траектории потока в направлении наружу от центральной оси реактора к корпусу реактора, а также от корпуса реактора в направлении внутрь к центральной оси реактора к по меньшей мере одному выходу продукта, или по траектории потока в направлении внутрь к центральной оси реактора, а затем в направлении наружу от центральной оси реактора к корпусу реактора и по меньшей мере к одному выходу продукта, как видно в плоскости поперечного сечения реактора.

2. Каталитический реактор в соответствии с признаком 1, дополнительно содержащий по меньшей мере один отдаленный канал технологического флюида, причем центральный канал технологического флюида содержит множество входов реагента и по меньшей мере один отдаленный канал технологического флюида содержит множество выходов продукта, причем технологический флюид течет в радиальной плоскости в реакторе через по меньшей мере один слой катализатора от входов реагента с поворотом вокруг по меньшей мере одной направляющей потока технологического флюида к выпускным каналам для продукта реакции.

3. Каталитический реактор в соответствии с признаком 1, дополнительно содержащий по меньшей мере один отдаленный канал технологического флюида, причем по меньшей мере один отдаленный канал технологического флюида содержит множество входов реагента, а центральный отдаленный канал технологического флюида содержит множество выходов продукта, причем технологический флюид течет в радиальной плоскости в реакторе через по меньшей мере один слой катализатора от входов реагента с поворотом вокруг по меньшей мере одной направляющей потока технологического флюида к выпускным каналам для продукта реакции.

4. Каталитический реактор в соответствии с любым из предыдущих признаков, в котором реактор имеет круглое сечение и по меньшей мере один отдаленный канал технологического флюида расположен радиально вокруг центрального канала технологического флюида.

5. Каталитический реактор в соответствии с любым из предыдущих признаков, в котором по меньшей мере одна направляющая потока технологического флюида расположена вокруг части каждого из отдаленных каналов технологического флюида для сдерживания технологического флюида, который вынужден течь от по меньшей мере одного входа реагента и вокруг направляющей потока прежде чем ему представится возможность течь по меньшей мере к одному выходу продукта.

6. Каталитический реактор в соответствии с любым из предыдущих признаков, в котором по меньшей мере одна направляющая потока технологического флюида имеет U-образную или V-образную форму в сечении реактора, и каждая из по меньшей мере одной направляющей потока технологического флюида содержит отдаленный канал технологического флюида, расположенный внутри V-образной или U-образной формы.

7. Каталитический реактор в соответствии с любым из предыдущих признаков, в котором одна направляющая потока технологического флюида прикреплена к каждому из по меньшей мере одного отдаленного канала технологического флюида.

8. Каталитический реактор в соответствии с признаком 1, в котором указанный центральный канал технологического флюида разделен на канал реагента, включающий указанный по меньшей мере один вход реагента, выполненный с возможностью подачи реакционного флюида по меньшей мере в один слой катализатора, и канал продукта, включающий указанный по меньшей мере один выход продукта, выполненный с возможностью вывода готового флюида из по меньшей мере одного слоя катализатора.

9. Каталитический реактор в соответствии с признаком 1, дополнительно включающий множество отдаленных каналов технологического флюида, причем по меньшей мере один из указанных отдаленных каналов технологического флюида содержит множество входов реагента, и по меньшей мере один другой отдаленный канал технологического флюида содержит множество выходов продукта, причем технологический флюид течет через по меньшей мере один слой катализатора от входов реагента по траектории потока в направлении внутрь к центральной оси реактора, с поворотом вокруг по меньшей мере одной направляющей потока технологического флюида, а затем в направлении наружу от центральной оси реактора к корпусу реактора и выходит через множество выходов продукта, если смотреть в плоскости сечения реактора.

10. Каталитический реактор в соответствии с любым из предыдущих признаков, в котором по меньшей мере один из входов реагента и по меньшей мере один из выходов продукта выполнен в виде отверстий, пазов, сеток или фильтров.

11. Каталитический реактор в соответствии с любым из предыдущих признаков, в котором реактор дополнительно содержит охлаждающие трубы.

12. Каталитический реактор в соответствии с любым из предыдущих признаков, в котором по меньшей мере одна из указанных направляющих потока технологического флюида выполнена с возможностью охлаждения слоя катализатора.

13. Каталитический реактор в соответствии с признаком 12, в котором по меньшей мере одна из указанных направляющих потока технологического флюида представляет собой по меньшей мере одну охлаждающую трубу, множество охлаждающих труб, скрепленных вместе, по меньшей мере одну теплообменную плиту или по меньшей мере одну охлаждающую плиту, выполненную с возможностью подачи охлаждающей среды по меньшей мере в одну направляющую флюидного потока.

14. Каталитический реактор в соответствии с любым из предыдущих признаков, в котором реактор представляет собой конвертер метанола.

15. Каталитический реактор в соответствии с любым из предыдущих признаков, в котором диаметр центрального канала технологического флюида составляет от 200 мм до 1500 мм.

16. Применение реактора в соответствии с любым из предыдущих признаков для синтеза метанола.

Краткое описание фигур

Варианты осуществления настоящего изобретения описываются в качестве примера со ссылкой на сопутствующие фигуры. Следует отметить, что на прилагаемых фигурах показан только пример варианта осуществления настоящего изобретения, который не следует рассматривать как ограничивающий его объем, поскольку настоящее изобретение предполагает возможность использования других вариантов, обеспечивающих достижение аналогичного технического результата.

На фиг. 1 показан частичный вид в поперечном сечении внутренних элементов реактора в соответствии с одним вариантом осуществления настоящего изобретения.

Обозначения на фигуре:

01. Каталитический реактор.

02. Корпус реактора.

03. Центральная труба для технологического флюида.

04. Наружная труба для технологического флюида.

05. Слой катализатора.

06. Направляющая потока технологического флюида.

Подробное описание изобретения

На фиг. 1 показан вид в поперечном сечении каталитического реактора 01, на котором наружная окружность представляет собой корпус 02 реактора. Внутри корпуса расположен слой 05 катализатора. В соответствии с этим вариантом осуществления центральная труба 03 для технологического флюида предназначена для подачи технологического флюида в слой катализатора через входы реагента, такие как отверстия, например вырезы или пазы (не показаны), в центральной трубе для технологического флюида. Наружные трубы 04 для технологического флюида содержат выходы продукта (не показаны). В соответствии с другим вариантом осуществления количество труб для технологического флюида может отличаться, и поток может проходить в противоположном направлении.

Для увеличения пути флюидного потока в слое катализатора и управления площадью потока внутри каталитического реактора расположены направляющие Об для флюидного потока. В показанном варианте осуществления направляющие для флюидного потока имеют V-образную форму и расположены вокруг каждой из наружных труб для технологического флюида, тем самым предотвращая прохождение флюидного потока по самой короткой прямой линии от центральной трубы для технологического флюида к каждой из наружных труб для технологического флюида. Вместо этого технологический флюид течет по всему пути от центральной трубы для технологического флюида радиально наружу к корпусу реактора, а затем, после поворота на 180 градусов в направлении потока течет обратно радиально внутрь в реактор к каждой из наружных труб для технологического флюида.

Таким образом, путь флюидного потока увеличивается, следовательно, увеличивается скорость потока. Область, занимаемая технологическим флюидом от входов реагента к выпускным каналам продукта, значительно больше, чем в традиционных каталитических реакторах этого же типа. Поскольку технологический флюид выполняет функцию охлаждающей среды для экзотермической каталитической реакции, протекающей в реакторе, усиливается эффект охлаждения и уменьшается необходимость в наличии труб для охлаждения, или, как в этом варианте осуществления, исключается такая необходимость.

Параметры могут варьировать в соответствии с фактическим процессом. Количество наружных и центральных труб для технологического флюида может варьировать, количество направляющих потока технологического флюида может варьировать, расстояние размещения наружных труб для технологического флюида от центра может варьировать, форма направляющих потока технологического флюида может варьировать и расстояние размещения наружного края направляющих потока технологического флюида от корпуса реактора может варьировать и быть оптимально подобранным.

1. Каталитический реактор для экзотермической реакции с радиальным потоком технологического флюида, причем указанный реактор включает:

- корпус реактора с емкостью корпуса реактора, приспособленного для содержания по меньшей мере одного слоя катализатора;

- центральный канал технологического флюида и отдаленный канал технологического флюида, которые расположены внутри корпуса реактора;

- по меньшей мере один вход реагента и по меньшей мере один выход продукта;

причем указанный реактор дополнительно содержит по меньшей мере одну направляющую потока технологического флюида, выполненную с возможностью направления потока технологического флюида от входа реагента по первой траектории потока в направлении радиально наружу от центральной оси реактора к корпусу реактора и от корпуса реактора в направлении радиально внутрь к центральной оси реактора к выходу продукта, или по второй траектории потока в направлении радиально внутрь к центральной оси реактора, а затем в направлении радиально наружу от центральной оси реактора к корпусу реактора и выходу продукта, если смотреть в плоскости поперечного сечения реактора, и

причем центральный канал технологического флюида включает вход реагента или выход продукта и, соответственно, отдаленный канал технологического флюида включает выход продукта или вход реагента, при этом технологический флюид течет в радиальной плоскости в реакторе через слой катализатора от входа реагента, в направлении вокруг направляющей потока технологического флюида, к выходу продукта,

причем направляющая потока технологического флюида имеет U-образную или V-образную форму в сечении реактора и отдаленный канал технологического флюида расположен внутри V-образной или U-образной формы направляющей потока технологического флюида, при этом технологический флюид вынужден течь от входа реагента и вокруг концов U-образной или V-образной формы направляющей потока прежде чем ему представится возможность течь к выходу продукта, и

причем направляющая потока технологического флюида выполнена с возможностью обеспечения охлаждения слоя катализатора.

2. Каталитический реактор по п. 1, в котором реактор имеет круглое сечение и отдаленный канал технологического флюида расположен радиально вокруг центрального канала технологического флюида.

3. Каталитический реактор по п. 1, в котором направляющая потока технологического флюида прикреплена к отдаленному каналу технологического флюида.

4. Каталитический реактор по п. 1, в котором указанный центральный канал технологического флюида разделен на канал реагента, включающий указанный вход реагента, выполненный с возможностью подачи реакционного флюида в слой катализатора, и канал продукта, содержащий указанный выход продукта, выполненный с возможностью вывода флюида продукта из слоя катализатора.

5. Каталитический реактор по п. 1, дополнительно включающий множество отдаленных каналов технологического флюида, причем по меньшей мере один из указанных отдаленных каналов технологического флюида включает множество входов реагента и по меньшей мере один другой отдаленный канал технологического флюида включает множество выходов продукта, в результате чего технологический флюид течет через слой катализатора от входов реагента по траектории потока в направлении внутрь к центральной оси реактора с поворотом вокруг направляющей потока технологического флюида, а затем в направлении наружу от центральной оси реактора к корпусу реактора и выходит через множество выходов продукта, как видно в плоскости сечения реактора.

6. Каталитический реактор по п. 1, в котором вход реагента и по меньшей мере один выход продукта выполнены в виде отверстий, пазов, сеток или фильтров.

7. Каталитический реактор по п. 1, в котором реактор дополнительно включает охлаждающие трубы.

8. Каталитический реактор по п. 1, в котором направляющая потока технологического флюида представляет собой по меньшей мере одну охлаждающую трубу, множество охлаждающих труб, скрепленных вместе, по меньшей мере одну теплообменную плиту или по меньшей мере одну охлаждающую плиту, выполненную с возможностью подачи охлаждающей среды по направляющей флюидного потока.

9. Каталитический реактор по п. 1, в котором реактор представляет собой конвертер метанола.

10. Каталитический реактор по любому из пп. 1-9, в котором диаметр центрального канала технологического флюида составляет от 200 мм до 1500 мм.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области химической технологии нефтеперерабатывающей промышленности, а именно к способам получения высокооктановых компонентов бензина из сжиженных углеводородных газов.

Изобретение относится к поплавковому клапану для управления потоком жидкости и для перекрытия прохождения жидкости и газа, а также к химическому реактору с одной или более фильтрующими тарелками, с поплавковыми клапанами, установленными на фильтрующих тарелках.

Изобретение относится к радиальному адсорбционному блоку с U-образным потоком и может быть использовано для очистки воздуха перед криогенной дистилляцией. Радиальный адсорбционный блок содержит внешнюю трубчатую боковую стенку, продолговатый кольцевой слой с адсорбирующим материалом, по меньшей мере одну перегородку для уменьшения неравномерности распределения газового потока в кольцевом слое и непроницаемую кольцевую юбку для поддержания кольцевого слоя.

Изобретение относится к реактору с радиальным потоком. Реактор содержит вертикально продолжающийся резервуар, внешний канал, центральный канал, причем по меньшей мере часть внешнего канала и центрального канала содержит экран, удерживающее частицы пространство, образованное одним из резервуара, центрального канала и внешнего канала, причем пространство сообщено с экраном внешнего канала и экраном центрального канала, и входную распределительную кольцевую конструкцию, расположенную на внешнем канале, содержащую кольцо, имеющее отверстие и вертикально продолжающийся стояк, причем один конец стояка герметично соединен с кольцом, а другой конец стояка расположен внутри внешнего канала, при этом между стояком и внешним каналом имеется первый зазор.

Изобретение относится к способу выполнения внутренних стенок каталитических реакторов, в частности выполнения внешнего коллектора каталитических реакторов с радиальным или радиально-осевым потоком.

Изобретение относится к области процессов и аппаратов химической технологии, а именно к каталитическим процессам с неподвижным слоем катализатора в проточных реакторах, и может быть использовано в нефтеперерабатывающей, газоперерабатывающей и других отраслях промышленности.

Изобретение относится к области контакта частиц с текучей средой. Устройство, направляющее текучую среду 116 в радиальный реактор 110, содержит вертикально удлиненный трубчатый канал, продолжающийся вокруг окружности наружной стенки указанного радиального реактора 110, причем расстояние, измеренное от одной стороны указанного вертикально удлиненного трубчатого канала до противоположной стороны указанного удлиненного трубчатого канала вверху указанного удлиненного трубчатого канала, отличается от расстояния, измеренного внизу указанного вертикально удлиненного трубчатого канала, при этом указанный вертикально удлиненный трубчатый канал дополнительно содержит верхний участок со стояком 114, имеющий более широкое сечение, которое по меньшей мере такое же широкое, как и отверстие в указанном стояке.

Изобретение относится к области контакта частиц с текучей средой. Устройство, направляющее текучую среду 116 в радиальный реактор 110, содержит вертикально удлиненный трубчатый канал, продолжающийся вокруг окружности наружной стенки указанного радиального реактора 110, причем расстояние, измеренное от одной стороны указанного вертикально удлиненного трубчатого канала до противоположной стороны указанного удлиненного трубчатого канала вверху указанного удлиненного трубчатого канала, отличается от расстояния, измеренного внизу указанного вертикально удлиненного трубчатого канала, при этом указанный вертикально удлиненный трубчатый канал дополнительно содержит верхний участок со стояком 114, имеющий более широкое сечение, которое по меньшей мере такое же широкое, как и отверстие в указанном стояке.

Изобретение может быть использовано в химической промышленности. Для получения газообразного хлора путем каталитического окисления хлороводорода обеспечивают один или нескольких реакторов, заполненных катализатором, которые соединены последовательно или параллельно.

Настоящее изобретение относится к способу и системе устройств для получения диметилоксалата карбонилированием промышленного синтез-газа при средневысоком и высоком давлении и получения этилегликоля гидрированием диметилоксалата.

Изобретение относится к каталитическому реактору, подходящему для осуществления экзотермических реакций, с радиальным потоком технологического флюида и направляющими флюидного потока. Каталитический реактор включает корпус реактора с емкостью, приспособленный для содержания слоя катализатора, центральный канал технологического флюида и отдаленный канал технологического флюида, которые расположены внутри корпуса реактора, при этом центральный канал включает вход реагента или выход продукта а, соответственно, отдаленный канал технологического флюида включает выход продукта или вход реагента и направляющую потока технологического флюида для направления потока от входа реагента по первой траектории потока в направлении радиально наружу от центральной оси реактора к корпусу реактора и от корпуса реактора в направлении радиально внутрь к центральной оси реактора к выходу продукта, или по второй траектории потока в направлении радиально внутрь к центральной оси реактора, а затем в направлении радиально наружу от центральной оси реактора к корпусу реактора и выходу продукта, если смотреть в плоскости поперечного сечения реактора, в направлении вокруг направляющей потока технологического флюида, к выходу продукта, причем направляющая потока технологического флюида имеет U-образную или V-образную форму в сечении реактора и отдаленный канал технологического флюида расположен внутри V-образной или U-образной формы направляющей потока технологического флюида, и причем направляющая потока технологического флюида выполнена с возможностью обеспечения охлаждения слоя катализатора. Изобретение обеспечивает более высокую скорость потока, улучшенное охлаждение слоя катализатора, более высокий коэффициент теплообмена, лучшее распределение потока и меньшее количество точек перегрева, и меньшее количество трубопроводов. 9 з.п. ф-лы, 1 ил.

Наверх