RU2262380C2 - Каталитический реактор для экзотермических процессов, протекающих в газ-твердой фазе с невысокой разностью температур - Google Patents
Каталитический реактор для экзотермических процессов, протекающих в газ-твердой фазе с невысокой разностью температур Download PDFInfo
- Publication number
- RU2262380C2 RU2262380C2 RU2002131458/12A RU2002131458A RU2262380C2 RU 2262380 C2 RU2262380 C2 RU 2262380C2 RU 2002131458/12 A RU2002131458/12 A RU 2002131458/12A RU 2002131458 A RU2002131458 A RU 2002131458A RU 2262380 C2 RU2262380 C2 RU 2262380C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- pipe
- pipes
- cooling
- cooling pipes
- shaped
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 11
- 239000007790 solid phase Substances 0.000 title claims abstract description 8
- 230000003197 catalytic effect Effects 0.000 title claims abstract description 6
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims abstract description 143
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims abstract description 105
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 claims abstract description 43
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims abstract description 38
- 238000005192 partition Methods 0.000 claims abstract description 23
- 230000001174 ascending effect Effects 0.000 claims abstract description 20
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 claims description 25
- 238000009826 distribution Methods 0.000 claims description 9
- 239000011148 porous material Substances 0.000 claims description 8
- 238000007789 sealing Methods 0.000 claims description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 4
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 4
- OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N Methanol Chemical compound OC OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 27
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 23
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 9
- BAVYZALUXZFZLV-UHFFFAOYSA-N Methylamine Chemical compound NC BAVYZALUXZFZLV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N Ammonia Chemical compound N QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 238000006555 catalytic reaction Methods 0.000 description 4
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 239000012495 reaction gas Substances 0.000 description 4
- 229910021536 Zeolite Inorganic materials 0.000 description 3
- 229910021529 ammonia Inorganic materials 0.000 description 3
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 3
- HNPSIPDUKPIQMN-UHFFFAOYSA-N dioxosilane;oxo(oxoalumanyloxy)alumane Chemical compound O=[Si]=O.O=[Al]O[Al]=O HNPSIPDUKPIQMN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 3
- 239000010457 zeolite Substances 0.000 description 3
- LCGLNKUTAGEVQW-UHFFFAOYSA-N Dimethyl ether Chemical compound COC LCGLNKUTAGEVQW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- ROSDSFDQCJNGOL-UHFFFAOYSA-N Dimethylamine Chemical compound CNC ROSDSFDQCJNGOL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000005452 bending Methods 0.000 description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 2
- 230000000630 rising effect Effects 0.000 description 2
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N Carbon monoxide Chemical compound [O+]#[C-] UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000009835 boiling Methods 0.000 description 1
- 239000007795 chemical reaction product Substances 0.000 description 1
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 1
- 239000003546 flue gas Substances 0.000 description 1
- 150000002430 hydrocarbons Chemical class 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000002441 reversible effect Effects 0.000 description 1
- 238000003466 welding Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J8/00—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes
- B01J8/02—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes with stationary particles, e.g. in fixed beds
- B01J8/0278—Feeding reactive fluids
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J8/00—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes
- B01J8/02—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes with stationary particles, e.g. in fixed beds
- B01J8/0207—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes with stationary particles, e.g. in fixed beds the fluid flow within the bed being predominantly horizontal
- B01J8/0214—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes with stationary particles, e.g. in fixed beds the fluid flow within the bed being predominantly horizontal in a cylindrical annular shaped bed
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J8/00—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes
- B01J8/02—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes with stationary particles, e.g. in fixed beds
- B01J8/0242—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes with stationary particles, e.g. in fixed beds the fluid flow within the bed being predominantly vertical
- B01J8/025—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes with stationary particles, e.g. in fixed beds the fluid flow within the bed being predominantly vertical in a cylindrical shaped bed
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J8/00—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes
- B01J8/02—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes with stationary particles, e.g. in fixed beds
- B01J8/0285—Heating or cooling the reactor
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J2208/00—Processes carried out in the presence of solid particles; Reactors therefor
- B01J2208/00008—Controlling the process
- B01J2208/00017—Controlling the temperature
- B01J2208/00106—Controlling the temperature by indirect heat exchange
- B01J2208/00115—Controlling the temperature by indirect heat exchange with heat exchange elements inside the bed of solid particles
- B01J2208/00132—Tubes
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J2208/00—Processes carried out in the presence of solid particles; Reactors therefor
- B01J2208/00008—Controlling the process
- B01J2208/00017—Controlling the temperature
- B01J2208/00106—Controlling the temperature by indirect heat exchange
- B01J2208/00168—Controlling the temperature by indirect heat exchange with heat exchange elements outside the bed of solid particles
- B01J2208/00194—Tubes
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J2208/00—Processes carried out in the presence of solid particles; Reactors therefor
- B01J2208/00008—Controlling the process
- B01J2208/00017—Controlling the temperature
- B01J2208/00106—Controlling the temperature by indirect heat exchange
- B01J2208/00168—Controlling the temperature by indirect heat exchange with heat exchange elements outside the bed of solid particles
- B01J2208/00212—Plates; Jackets; Cylinders
- B01J2208/00221—Plates; Jackets; Cylinders comprising baffles for guiding the flow of the heat exchange medium
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J2219/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
- B01J2219/18—Details relating to the spatial orientation of the reactor
- B01J2219/185—Details relating to the spatial orientation of the reactor vertical
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J2219/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
- B01J2219/19—Details relating to the geometry of the reactor
- B01J2219/194—Details relating to the geometry of the reactor round
- B01J2219/1941—Details relating to the geometry of the reactor round circular or disk-shaped
- B01J2219/1943—Details relating to the geometry of the reactor round circular or disk-shaped cylindrical
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Fluid Mechanics (AREA)
- Devices And Processes Conducted In The Presence Of Fluids And Solid Particles (AREA)
- Organic Low-Molecular-Weight Compounds And Preparation Thereof (AREA)
- Inorganic Insulating Materials (AREA)
- Transition And Organic Metals Composition Catalysts For Addition Polymerization (AREA)
- Diaphragms For Electromechanical Transducers (AREA)
Abstract
Предложенное устройство относится к химической промышленности и используется в качестве каталитического реактора для проведения экзотермических процессов, протекающих в газ-твердой фазе с невысокой разностью температур. Корпус реактора разделен на потолок с верхним фланцем и цилиндр с нижнем фланцем, соединенный герметично с перегородкой, или перегородка герметично соединена с опорным кольцом корпуса. Комплекс охлаждающих труб содержит впускную трубу, кольцевые трубы, или верхние и нижние кольцевые трубы, охлаждающие трубы. Охлаждающие трубы представляют собой U-образные трубы. Кольцевая труба соединяет впускную трубу и один конец U-образной охлаждающей трубы, которая является нисходящей охлаждающей трубой. Другой конец U-образной трубы с верхним отверстием является восходящей охлаждающей трубой, или охлаждающая труба состоит из нисходящей охлаждающей трубы и восходящей охлаждающей трубы. Верхняя кольцевая труба соединяет впускную трубу и нисходящую охлаждающую трубу, а нижняя кольцевая труба соединяет нисходящую охлаждающую трубу и восходящую охлаждающую трубу. Впускная труба проходит через перегородку и герметизируется съемным уплотнительным элементом. Сырьевые газы из входа для газов в верхней части корпуса входят в верхнюю камеру, проходят через впускную трубу и кольцевую трубу, затем распространяются по охлаждающим трубам. Сырьевые газы сверху вниз двигаются в нисходящих охлаждающих трубах, и осуществляется теплообмен с реакционными газами, размещенными вне охлаждающих труб, затем двигаются снизу вверх в восходящих охлаждающих трубах и происходит теплообмен с реакционными газами, размещенными вне труб. Сырьевые газы доходят до верхней части восходящих охлаждающих труб и выходят из них. В слое катализатора, размещенном вне труб, газы двигаются сверху вниз и в процессе реакции происходит теплообмен с сырьевыми газами, реакционные газы доходят до нижней части, проходят через перфорированный лист и выходят из реактора через выход, размещенный в нижней части. Данное техническое решение обеспечивает высокую активность катализатора при простой и надежной конструкции реактора. 5 з.п. ф-лы, 6 ил.
Description
Область техники, к которой относится изобретение
Изобретение относится к химической технологии и представляет собой устройство для каталитической реакции в газ-твердой фазе, применимое для каталитической реакции протекающего газа и процесса передачи тепла, в особенности, для реакционного процесса синтеза метилового спирта и углеводородистого соединения, а также для процесса синтеза метиламина, аммиака, метана, метилового эфира и др.
Уровень техники
В процессе каталитической реакции, протекающей в газ-твердой фазе с выделением тепла, такой как синтез метилового спирта, а также синтез метиламина, аммиака, метана, метилового эфира и др., в ходе реакционного процесса непрерывно выделяемое реакционное тепло повышает температуру слоя катализатора. В целях повышения эффективности работы реактора необходимо отводить реакционное тепло с тем, чтобы снизить температуру реакционных газов. В промышленных реакторах с целью понижения температуры реакционных газов был широко применен метод многосекционного охлаждения сырьевых газов. В таких реакторах во время охлаждения сырьевых газов вместе с понижением температуры реакционных газов снижается концентрация продукта реакции, что оказывает влияние на коэффициент синтеза.
На фиг. 1. изображен реактор с вертикально размещенными трубами, разработанный германской компанией Lurgi и применимый для синтеза метилового спирта. В корпусе под давлением Р между верхней и нижней трубными решетками H1, H2 размещено множество круглых в сечении труб b, внутри которых расположен катализатор К. Сырьевые газы попадают через вход 1 для газов, размещенный в верхней части, и распространяются по трубам, в которых в слое катализатора синтезируется метиловый спирт, а вода подается сбоку от труб. Реакционное тепло непрерывно переносится в кипящую воду, проходящую вне труб. Полученный пар выходит из боковой трубы, а реакционный газ выходит из башни через выпускную трубу в нижней части. Такая башня отличается маленькой разностью температуры, однако коэффициент заполнения катализатора невелик и сумма капиталовложения велика. Когда применяется адиабатический реактор для синтеза метиламина, ресурс цеолита как катализатора короток. Когда используется непрерывная передача тепла и ступенчатое охлаждение для снижения разности температуры в слое катализатора, то можно значительно повысить ресурс цеолита.
Задача данного изобретения заключается в том, чтобы на основании характеристики обратимой каталитической реакции, протекающей в газ-твердой фазе с тепловыделением, преодолеть недостатки имеющейся технологии и изготовить реактор, отличающийся низкой разностью температур слоя катализатора, высокой активностью катализатора, простотой и надежностью конструкции и удобством управления.
Сущность изобретения
Данное изобретение представляет собой каталитический реактор для экзотермических процессов, протекающих в газ-твердой фазе с невысокой разностью температур, состоящий, в основном, из корпуса Р, перегородки Н, комплекса охлаждающих труб Cb, опоры S и перфорированного листа R. Корпус Р представляет собой резервуар, находящийся под давлением. На потолке верхней части находится вход 1 для газов, а на днище нижней части - выход 2. Перегородка Н разделяет резервуар под давлением на верхнюю камеру для газов и нижнюю реакционную камеру, которая заполнена слоем катализатора К. Опора в нижней части реакционной камеры S поддерживает комплекс охлаждающих труб Cb. Перфорированный лист в нижней части R поддерживает слой катализатора К, размещенный вне комплекса охлаждающих труб в реакционной камере. Реактор отличается тем, что корпус Р делится на потолок с верхнем фланцем Р1 и цилиндр с нижнем фланцем Р2. Он герметично соединен с перегородкой Н, или перегородка Н герметично соединена с опорным кольцом корпуса Р. Комплекс охлаждающих труб Cb содержит впускную трубу а, кольцевую трубу с, или верхнюю и нижнюю кольцевые трубы с, d, охлаждающие трубы b. Охлаждающая труба b представляет собой U-образную трубу. Кольцевая труба с соединяет впускную трубу а и один конец U-образной охлаждающей трубы b, которая становится нисходящей охлаждающей трубой bA. Другой конец U-образной трубы с верхним отверстием становится восходящей охлаждающей трубой bB, или охлаждающая труба b состоит из нисходящей охлаждающей трубы bA и восходящей охлаждающей трубы bB. Верхняя кольцевая труба с соединяет впускную трубу а и нисходящие охлаждающие трубы bA, а нижняя кольцевая труба d соединяет нисходящие охлаждающие трубы bA и восходящие охлаждающие трубы bB. Впускная труба а проходит через перегородку Н и герметизируется съемным уплотнительным элементом. Сырьевые газы из входа для газов в верхней части корпуса Р входят в верхнюю камеру для газов, проходят через впускную трубу а и кольцевую трубу с, затем распространяются по охлаждающим трубам b. Сырьевые газы сверху вниз перемещаются в нисходящих охлаждающих трубах, в результате чего происходит теплообмен с реакционными газами, находящимися вне охлаждающих труб b, затем перемещаются снизу вверх по восходящим охлаждающим трубам и осуществляется теплообмен с реакционными газами, размещенными вне труб. Газы доходят до верхней части восходящих охлаждающих труб и выходят из них. В слое катализатора, размещенном вне труб, газы двигаются сверху вниз и в процессе реакции осуществляется теплообмен с сырьевыми газами. Реакционные газы доходят до нижней части, проходят через перфорированный лист и выходят из реактора через выход 2, размещенный в нижней части.
В одном из предпочтительных вариантов осуществления данного изобретения U-образные охлаждающие трубы b в комплексе охлаждающих труб Cb представляют собой многорядные охлаждающие трубы с одной осью и разным диаметром. В каждом ряду правые верхние концы всех U-обраэных охлаждающих труб соединены с кольцевыми трубами с и становятся нисходящими охлаждающими трубами, или левые верхние концы всех U-образных труб соединены с кольцевыми трубами с и становятся нисходящими охлаждающими трубами.
В другом предпочтительном варианте осуществления данного изобретения U-образные охлаждающие трубы b в комплексе охлаждающих труб Cb представляют собой многорядные охлаждающие трубы с одной осью и разным диаметром. В каждом ряду в одну секцию входят 2 U-образные охлаждающие трубы, имеющие разные изгибы. U-образная труба с маленьким изгибом расположена внутри U-образной трубы с большим изгибом. Левый верхний конец U-образной трубы с большим изгибом соединен с кольцевой трубой с, правый верхний конец U-образной трубы с маленьким изгибом соединен с кольцевой трубой с, или правая сторона U-образной трубы с большим изгибом представляет собой нисходящую и соединена с кольцевой трубой с, U-образная труба с маленьким изгибом - восходящую и соединена с кольцевой трубой с. Таким образом, направление движения газов во всех соседних трубах разное.
В другом варианте осуществления данного изобретения охлаждающие трубы b в комплексе охлаждающих труб Cb представляют собой многорядные охлаждающие трубы с одной осью и разным диаметром. В каждом ряду соотношение площади нисходящих и восходящих охлаждающих труб bA, bB составляет 0,5-3.
В одном из вариантов осуществления данного изобретения газ после выхода из реактора проходит дальнейший процесс реакции синтеза в реакторе, содержащем комплекс труб в корпусе.
В другом варианте осуществления данного изобретения реактор оборудован газораспределительным цилиндром Е и газоотводящим цилиндром F. На газораспределительном цилиндре Е и газоотводящем цилиндре F выполнены газовые поры. Газ проходит через поры газораспределительного цилиндра Е в слой катализатора и движется в нем по радиальному направлению, затем попадает в газоотводящий цилиндр F через его поры и выходит из реактора через выпускную трубу в нижней части 2.
Перечень фигур чертежей
Изобретение поясняется на основании приведенных чертежей.
На фиг.1 изображен реактор, созданный по имеющейся технологии.
На фиг 2 изображена схема башни синтеза по данному изобретению, когда в реакторе охлаждающая труба b выполнена в виде U-образной трубы.
На фиг 3 изображена схема соединения охлаждающей трубы и кольцевой трубы с.
На фиг.4 изображен реактор по данному изобретению, в котором газ перемещается по радиальному направлению в слое катализатора.
На фиг.5 изображается схема башни синтеза, когда в комплекс охлаждающих труб входят верхняя и нижняя кольцевые трубы a, d, и также восходящая и нисходящая охлаждающие трубы bA, bB.
На фиг.6 изображена схема внутренних элементов башни синтеза, оборудованной корпусом высокого давления.
Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения.
Данное изобретение представляет собой каталитический реактор для экзотермических процессов, протекающих в газ-твердой фазе с невысокой разностью температур, состоящий, в основном, из корпуса Р, перегородки Н, комплекса охлаждающих труб Cb, опоры S и перфорированного листа R. Корпус Р представляет собой резервуар, находящийся под давлением. На потолке верхней части находится вход 1 для газов, а на днище нижней части - выход, 2. Перегородка Н разделяет резервуар под давлением на верхнюю камеру для газов н нижнюю реакционную камеру, которая заполнена слоем катализатора К. Опора в нижней части реакционной камеры S поддерживает комплекс охлаждающих труб Cb. Перфорированный лист в нижней части R поддерживает слой катализатора К, размещенный вне комплекса охлаждающих труб в реакционной камере. Реактор отличается тем, что корпус Р делится на потолок с верхнем фланцем Р1 и цилиндр с нижнем фланцем Р2. Он герметично соединен с перегородкой Н, или перегородка Н герметично соединена с опорным кольцом корпуса Р. Комплекс охлаждающих труб Cb содержит впускную трубу а, кольцевую трубу с, или верхнюю и нижнюю кольцевые трубы с, d, охлаждающие трубы b. Охлаждающая труба b представляет собой U-образную трубу. Кольцевая труба с соединяет впускную трубу а и один конец U-образной охлаждающей трубы b, который становится нисходящей охлаждающей трубой bA. Другой конец U-образной трубы с верхним отверстием становится восходящей охлаждающей трубой bB, или охлаждающая труба b состоит из нисходящей охлаждающей трубы bA и восходящей охлаждающей трубы bВ. Верхняя кольцевая труба с соединяет впускную трубу а и нисходящую охлаждающую трубу bA, а нижняя кольцевая труба d соединяет нисходящую охлаждающую трубу bA и восходящую охлаждающую трубу bв. Впускная труба а проходит через перегородку Н и герметизируется съемным уплотнительным элементом. Сырьевые газы из входа для газов в верхней части корпуса Р входят в верхнюю камеру для газов, проходят через впускную трубу а и кольцевую трубу с, затем распространяется по охлаждающим трубам b. Сырьевые газы сверху вниз перемещаются в нисходящих охлаждающих трубах, в результате чего происходит теплообмен с реакционными газами, находящимися вне охлаждающих труб b, затем перемещаются снизу вверх по восходящим охлаждающим трубам и осуществляется теплообмен с реакционными газами, размещенными вне труб. Газы доходят до верхней части восходящих охлаждающих труб и выходят из них. В слое катализатора, размещенном вне труб, газы двигаются сверху вниз и в процессе реакции осуществляется теплообмен с сырьевыми газами. Реакционные газы доходят до нижней части, проходят через перфорированный лист и выходят из реактора через выход 2, размещенный в нижней части. В данном изобретении выпускные газы могут пройти в следующий последовательно присоединенный реактор, например в реактор, содержащий комплекс труб в корпусе, для дальнейшего процесса синтеза.
На фиг.2 изображена схема башни синтеза, когда охлаждающая труба представляет собой U-образную, а на фиг 3. изображена схема соединения охлаждающей трубы и кольцевой трубы с. На фиг.2 корпус Р представляет собой оболочку, находящуюся под внутренним давлением, которое составляет 4~15 МПа. Корпус Р является резервуаром с верхним потолком и нижним днищем в виде цилиндра. На верхнем потолке размещается вход 1 для газов, а на нижнем днище - выход 2 реакционных газов. В верхней части резервуара находится перегородка Н, которая опирается на стенку цилиндра и герметично присоединена сваркой или гибким образом. Она разделяет резервуар на верхнюю и нижнюю части. Сырьевые газы входят в башню через вход 1 для газов, проходят через камеру для газов в верхней части и попадают по распределению в впускную трубу а каждого комплекса охлаждающих труб, затем через кольцевые трубы с проходят в U-образные охлаждающие трубы каждого комплекса охлаждающих труб b1, b2. Сырьевые газы в U-образной нисходящей охлаждающей трубе двигаются сверху вниз до U-образного изгиба, затем изменяют направление и проходят в восходящую часть охлаждающей трубы, где двигаются снизу вверх и вытекают из охлаждающей трубы. В охлаждающих трубах газы нагреваются реакционными газами, размещенными вне труб. Нагревшиеся газы проходят в слой катализатора вне труб и двигаются сверху вниз. В процессе реакции и теплообмена с сырьевыми газами газы двигаются до нижней части и выходят из башни через перфорированный лист R и выход 2. Благодаря тому, что тепло газов, проходящих реакцию в слое катализатора, поглощено U-образными охлаждающими трубами, разность температуры в слое катализатора незначительна. На фиг.3 изображена схема соединения охлаждающей трубы и кольцевой трубы с, которая показывает, что в комплексе охлаждающих труб в каждом ряду U-образных труб две U-образные трубы образуют одну секцию, при этом трубы отличаются размером изгиба, U-образная труба с маленьким изгибом расположена внутри U-образной трубы с большим изгибом. Левая часть U-образной трубы с большим изгибом представляет собой нисходящую и соединена с кольцевой трубой с, правая часть U-образной трубы с маленьким изгибом является восходящей и соединена с кольцевой трубой с. Диаметр охлаждающей трубы составляет 16~38 мм.
На фиг.4 изображена другая конструкция согласно данному изобретению. Различие с изображенным на фиг.3 заключается в том, что во внешней стороне слоя катализатора размещается газораспределительный цилиндр Е, а в центре слоя катализатора размещается газоотводящий цилиндр F. Цилиндры Е и F представляют собой пористые цилиндры. Газы двигаются через верхнюю часть по осевому направлению в слое катализатора, после реакции проходят в пространство между газораспределительным цилиндром и корпусом Р, затем через поры на цилиндре Е газы доходят до слоя катализатора. В слое катализатора газы перемещаются снаружи вовнутрь и в процессе реакции происходит теплообмен с газами в охлаждающих трубах по разным направлениям до входа в центральный газоотводящий цилиндр F. После входа через поры в газоотводящий цилиндр F газы выходят из выхода 2 в нижней части. На фиг.4 цифрой 3 обозначен сбрасыватель катализатора. Фиг.4 изображает реактор с более высоким слоем катализатора, обеспечивающим эффективное снижение разности давления газа при входе в реактор синтеза и выходе из него.
На фиг.5 изображена схема башни синтеза, когда в комплекс охлаждающих труб входят верхняя и нижняя кольцевые трубы a, d, а также восходящая и нисходящая охлаждающие трубы bA, bB. Корпус Р представляет собой оболочку, находящуюся под внутренним давлением, которое составляет 2-15 МПа. Он состоит из потолка с верхним фланцем Р1 и цилиндра с нижним фланцем Р2. Потолок Р1 и цилиндр Р2, а также верхняя и нижняя камеры, разделенные перегородкой Н, уплотнены с помощью верхнего и нижнего фланцев, уплотняющих прокладок L1, L2. Они закреплены болтами M1 и М2. Перегородка Н оборудована несколькими сальниковыми элементами, предназначенными для уплотнения перегородки и впускной трубы а в комплексе охлаждающих труб Cb. Комплекс охлаждающих труб содержит верхнюю кольцевую трубу с и нижнюю кольцевую трубу d. Верхняя кольцевая труба с соединяет впускную трубу а и нисходящую охлаждающую трубу bA, нижняя кольцевая труба d соединяет нисходящую охлаждающую трубу bA и восходящую охлаждающую трубу bB.
На фиг.6 изображена схема внутренних элементов башни синтеза, оборудованной корпусом высокого давления и предназначенной для синтеза аммиака под давлением 10~32 МПа. Ро на фиг.6 представляет собой корпус башни, находящийся под высоким давлением. Корпус внутренних элементов Р включает крышку верхней газораспределительной камеры Q. Нижняя часть внутренних элементов представляет собой теплообменник Т. Как изображено на фиг 2, внутренние элементы включают в себя комплекс охлаждающих труб Cb и перегородку Н. Охлаждающая труба представляет собой U-образную трубу, показанную на фиг.3. Главный поток сырьевых газов 1 проходит через вход для газов, размещенный в верхней части внешнего корпуса, движется между внешним и внутренним корпусами сверху вниз до теплообменника Т в нижней части. Газ вне труб нагревается реакционным газом в трубах и выходит из теплообменника. Он смешивается с холодным газом побочного потока 2, подаваемым снизу, проходит в центральную трубу О и входит в газораспределительную камеру в верхней части, размещенную между крышкой Q и перегородкой Н. Потом газ проходит через трубу подвода газа а в комплекс охлаждающих труб и нагревается реакционным газом, находящимся вне труб, затем выходит из охлаждающих труб в слой катализатора, далее реакционный газ выходит из слоя катализатора в теплообменник в нижней части. После охлаждения впускным сырьевым газом он выходит из башни через выход 3 в нижней части.
В данном изобретении благодаря размещению катализатора между трубами повышается коэффициент заполнения катализатора, который достигает 75%. В известном германском реакторе метилового спирта Lurgi катализатор находится в трубах, а коэффициент заполнения катализатора составляет только 30%, причем из-за уменьшения сечения для потока газа увеличивается разность давления в реакторе. В башне Lurgi несколько тысяч труб сварены с верхней и нижней трубными решетками, что легко приводит к утечке. В данном изобретении используется U-образная труба в качестве охлаждающей трубы. Восходящая охлаждающая труба и нисходящая охлаждающая труба образованы за счет изгиба одной длинной трубы в виде U. В целях избежания утечки из мест присоединения нижних труб к охлаждающим трубам нижние кольцевые трубы не применяются, тем самым повышается надежность конструкции.
Далее изобретение поясняется на примерах практического осуществления.
Пример практического осуществления 1
Для синтеза метилового спирта под низким давлением используется башня синтеза с U-образными трубами, изображенная на фиг 2. Башня, диаметр которой составляет 2 м, а высота - 8,5 м, вмещает катализатор синтеза метилового спирта NC306 или С302 на медной основе в объеме 20 м3 для синтеза металла, площадь охлаждающих труб - 300 м2, давление при синтезе - 5,0 МПа, состав впускного газа - Н2 76,4%, СО 10,53%, СО3 3,16%, Н2O 0,02%, N3 4, 99%, СН4 4,35%, CH2ОН 0,50%. Количество впускного газа составляет 150000 м3/ч, температура горячего места слоя катализатора - 250°С, разность температуры <10°С, продукция метилового спирта 330 т/день. Если используется германская башня Lurgi, изображаемая на фиг.1, при одинаковой производительности диаметр башни должен составить 3 м, а высота - 10 м, что приводит к увеличению капиталовложений в 2 раза.
Пример практического осуществления 2
Для синтеза метиламина используется башня синтеза с двойными кольцевыми трубами, изображенная на фиг.4. Башня, диаметр которой составляет 5 м, а высота - 9,5 м, вмещает 12 м3 цеолита, площадь охлаждающих труб - 280 м2, давление при синтезе - 5 МПа, количество впускного газа - 900 Кмл/ч, в том числе СН3ОН 300 Кмл/ч, NH3 600 Кмл/ч, температура горячего места слоя катализатора - 280°С, разность температуры <10°С, коэффициент инверсии метилового спирта - 97%, продукция диметиламина - 120 т/день, ресурс катализатора превышает 2 года.
После ознакомления с описанием данного изобретения специалисты в данной области могут без всякого труда осуществить изменения и усовершенствования относительно данного изобретения. Данное изобретение включает разные изменения и усовершенствования, не выходящие за рамки прилагаемой формулы изобретения.
Claims (6)
1. Каталитический реактор для экзотермических процессов, протекающих в газ-твердой фазе с невысокой разностью температур, содержащий, в основном, корпус (Р), находящийся под давлением, перегородку (Н), комплекс охлаждающих труб (Cb), опору (S) и перфорированный лист R, на потолке верхней части находится вход для газов (1), а на днище нижней части - выход (2), перегородка (Н) разделяет резервуар, находящийся под давлением, на верхнюю камеру для газов и нижнюю реакционную камеру, которая снабжена слоем катализатора (К), опора в нижней части реакционной камеры (S) поддерживает комплекс охлаждающих труб (Cb), перфорированный лист в нижней части (R) поддерживает слой катализатора (К), размещенный вне комплекса охлаждающих труб в реакционной камере, отличающийся тем, что корпус (Р) разделен на потолок с верхним фланцем (Р1) и цилиндр с нижнем фланцем (Р2), соединенный герметично с перегородкой (Н), или перегородка (Н) герметично соединена с опорным кольцом корпуса (Р), комплекс охлаждающих труб (Cb) содержит впускную трубу (а), кольцевые трубы (с), или верхние и нижние кольцевые трубы (с), (d), охлаждающие трубы (b), охлаждающие трубы (b) представляют собой U-образные трубы, кольцевая труба (с) соединяет впускную трубу (а) и один конец U-образной охлаждающей трубы (b), которая является нисходящей охлаждающей трубой (bA), другой конец U-образной трубы с верхним отверстием является восходящей охлаждающей трубой (bв), или охлаждающая труба (b) состоит из нисходящей охлаждающей трубы (bA) и восходящей охлаждающей трубы (bв), верхняя кольцевая труба (с) соединяет впускную трубу (а) и нисходящую охлаждающую трубу (bA), а нижняя кольцевая труба (d) соединяет нисходящую охлаждающую трубу (bA) и восходящую охлаждающую трубу (bв), впускная труба (а) проходит через перегородку (Н) и герметизируется съемным уплотнительным элементом, при этом сырьевые газы из входа для газов в верхней части корпуса (Р) входят в верхнюю камеру, проходят через впускную трубу (а) и кольцевую трубу (с), затем распространяются по охлаждающим трубам (b), сырьевые газы сверху вниз двигаются в нисходящих охлаждающих трубах и осуществляется теплообмен с реакционными газами, размещенными вне охлаждающих труб (b), затем двигаются снизу вверх в восходящих охлаждающих трубах и происходит теплообмен с реакционными газами, размещенными вне труб, сырьевые газы доходят до верхней части восходящих охлаждающих труб и выходят из них, в слое катализатора, размещенном вне труб, газы двигаются сверху вниз и в процессе реакции происходит теплообмен с сырьевыми газами, реакционные газы доходят до нижней части, проходят через перфорированный лист и выходят из реактора через выход (2), размещенный в нижней части.
2. Реактор по п.1, отличающийся тем, что U-образные охлаждающие трубы (b) в комплексе охлаждающих труб (Cb) представляют собой многорядные охлаждающие трубы с одной осью и разным диаметром, правые верхние концы всех U-образных охлаждающих труб в каждом ряду соединены с кольцевыми трубами (с) и являются нисходящими охлаждающими трубами, или левые верхние концы всех U-образных труб соединены с кольцевыми трубами (с) и являются нисходящими охлаждающими трубами.
3. Реактор по п.1, отличающийся тем, что U-образные охлаждающие трубы (b) в комплексе охлаждающих труб (Cb) представляют собой многорядные охлаждающие трубы с одной осью и разным диаметром, в каждом ряду в одну секцию входят 2 U-образные охлаждающие трубы, имеющие разные изгибы, U-образная труба с маленьким изгибом расположена внутри U-образной трубы с большим изгибом, левый верхний конец U-образной трубы с большим изгибом соединен с кольцевой трубой (с), правый верхний конец U-образной трубы с маленьким изгибом соединен с кольцевой трубой (с), или правая сторона U-образной трубы с большим изгибом представляет собой нисходящую и соединена с кольцевой трубой (с), U-образная труба с маленьким изгибом - восходящую и соединена с кольцевой трубой (с), таким образом, направление движения газов во всех соседних трубах разное.
4. Реактор по п.1, отличающийся тем, что охлаждающие трубы (b) в комплексе охлаждающих труб (Cb) представляют собой многорядные охлаждающие трубы с одной осью и разным диаметром, в каждом ряду соотношение площади нисходящих и восходящих охлаждающих труб (bA), (bв) составляет 0,5-3.
5. Реактор по п.1, отличающийся тем, что после выхода из реактора газ проходит дальнейший процесс реакции синтеза в реакторе, содержащем комплекс труб в корпусе.
6. Реактор по п.1, отличающийся тем, что реактор оборудован газораспределительным цилиндром (Е) и газоотводящим цилиндром (F), в которых выполнены поры, при этом газ проходит через поры газораспределительного цилиндра (Е) в слой катализатора и движется в нем по радиальному направлению, затем попадает в газоотводящий цилиндр (F) через его поры и выходит из реактора через выпускную трубу в нижней части (2).
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN00105264.0 | 2000-04-24 | ||
| CN00105264.0A CN1320478A (zh) | 2000-04-24 | 2000-04-24 | 一种低温差放热气－固相催化反应器 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2002131458A RU2002131458A (ru) | 2004-03-27 |
| RU2262380C2 true RU2262380C2 (ru) | 2005-10-20 |
Family
ID=4577644
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2002131458/12A RU2262380C2 (ru) | 2000-04-24 | 2001-04-23 | Каталитический реактор для экзотермических процессов, протекающих в газ-твердой фазе с невысокой разностью температур |
Country Status (7)
| Country | Link |
|---|---|
| EP (1) | EP1291072B1 (ru) |
| CN (2) | CN1320478A (ru) |
| AT (1) | ATE469695T1 (ru) |
| AU (1) | AU6202001A (ru) |
| DE (1) | DE60142287D1 (ru) |
| RU (1) | RU2262380C2 (ru) |
| WO (1) | WO2001091894A1 (ru) |
Families Citing this family (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| TW590792B (en) * | 2002-03-26 | 2004-06-11 | Showa Denko Kk | Reaction device with a heat-exchanger |
| CN100386138C (zh) * | 2003-12-06 | 2008-05-07 | 杭州林达化工科技有限公司 | 内部换热催化反应方法及设备 |
| CN100435925C (zh) * | 2005-08-05 | 2008-11-26 | 杭州快凯高效节能新技术有限公司 | 低阻力甲醇合成反应器 |
| DE102005049457A1 (de) * | 2005-10-15 | 2007-05-16 | Degussa | Vorrichtung zur Durchführung chemischer Reaktionen |
| DE202007006812U1 (de) * | 2007-05-11 | 2008-09-18 | Man Dwe Gmbh | Kühlrohrreaktor |
| CN101977677B (zh) * | 2008-01-25 | 2015-02-18 | 巴斯夫欧洲公司 | 进行高压反应的反应器,启动的方法和进行反应的方法 |
| CN103055776A (zh) * | 2013-01-22 | 2013-04-24 | 安阳盈德气体有限公司 | 草酸二甲酯的反应系统 |
| GB201308429D0 (en) * | 2013-05-10 | 2013-06-19 | Johnson Matthey Plc | Reactor |
| CN105642197A (zh) * | 2014-09-24 | 2016-06-08 | 楼韧 | 一种大型反应器及其装置和工艺 |
| CN104399413B (zh) * | 2014-11-18 | 2016-03-16 | 安徽新月化工设备有限公司 | 一种可控移热反应器 |
| CN108057399B (zh) * | 2018-01-19 | 2024-06-04 | 湖南安淳高新技术有限公司 | 一种氨合成反应器及氨合成工艺 |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU1519524A3 (ru) * | 1985-09-27 | 1989-10-30 | Ман Гутехоффнунгсхютте Гмбх (Фирма) | Вертикальный реактор дл каталитических экзо- или эндотермических реакций, в частности дл производства метанола, аммиака, синтез-газа и высокомолекул рных алкоголей |
| SU1699584A1 (ru) * | 1989-12-04 | 1991-12-23 | Северодонецкий Филиал Украинского Научно-Исследовательского И Конструкторского Института Химического Машиностроения | Реактор гетерогенного катализа |
| WO1998007510A1 (fr) * | 1996-08-21 | 1998-02-26 | LU, Mushu | Procede de reaction catalytique execute pres de la temperature optimale |
Family Cites Families (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB279819A (en) * | 1926-10-27 | 1929-02-11 | Selden Co | Catalytic apparatus |
| CN2063942U (zh) * | 1990-01-25 | 1990-10-17 | 浙江工学院 | 均温型甲醇塔 |
| CN1034070C (zh) * | 1992-05-15 | 1997-02-19 | 楼寿林 | 等压型甲醇和氨的联合生产装置 |
| CN1129205A (zh) * | 1995-02-15 | 1996-08-21 | 楼寿林 | 节能冷管型甲醇合成反应器 |
| CN2290400Y (zh) * | 1997-02-27 | 1998-09-09 | 楼寿林 | 改进均温型气固相催化反应器 |
| CN1069626C (zh) * | 1998-11-28 | 2001-08-15 | 楼寿林 | 一种醇醚合成改进工艺及其合成反应器 |
-
2000
- 2000-04-24 CN CN00105264.0A patent/CN1320478A/zh active Pending
-
2001
- 2001-04-23 WO PCT/CN2001/000611 patent/WO2001091894A1/zh not_active Ceased
- 2001-04-23 DE DE60142287T patent/DE60142287D1/de not_active Expired - Lifetime
- 2001-04-23 RU RU2002131458/12A patent/RU2262380C2/ru not_active IP Right Cessation
- 2001-04-23 AU AU62020/01A patent/AU6202001A/en not_active Abandoned
- 2001-04-23 EP EP01935930A patent/EP1291072B1/en not_active Expired - Lifetime
- 2001-04-23 CN CNB018085709A patent/CN1168530C/zh not_active Expired - Fee Related
- 2001-04-23 AT AT01935930T patent/ATE469695T1/de not_active IP Right Cessation
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU1519524A3 (ru) * | 1985-09-27 | 1989-10-30 | Ман Гутехоффнунгсхютте Гмбх (Фирма) | Вертикальный реактор дл каталитических экзо- или эндотермических реакций, в частности дл производства метанола, аммиака, синтез-газа и высокомолекул рных алкоголей |
| SU1699584A1 (ru) * | 1989-12-04 | 1991-12-23 | Северодонецкий Филиал Украинского Научно-Исследовательского И Конструкторского Института Химического Машиностроения | Реактор гетерогенного катализа |
| WO1998007510A1 (fr) * | 1996-08-21 | 1998-02-26 | LU, Mushu | Procede de reaction catalytique execute pres de la temperature optimale |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| DE60142287D1 (de) | 2010-07-15 |
| EP1291072A4 (en) | 2003-07-09 |
| AU6202001A (en) | 2001-12-11 |
| CN1168530C (zh) | 2004-09-29 |
| EP1291072A1 (en) | 2003-03-12 |
| CN1426322A (zh) | 2003-06-25 |
| ATE469695T1 (de) | 2010-06-15 |
| EP1291072B1 (en) | 2010-06-02 |
| RU2002131458A (ru) | 2004-03-27 |
| WO2001091894A1 (fr) | 2001-12-06 |
| CN1320478A (zh) | 2001-11-07 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN111372675B (zh) | 具有集成的热交换器的化学反应器 | |
| RU2265480C2 (ru) | Реактор для проведения экзотермических или эндотермических гетерогенных реакций и способ его изготовления | |
| RU2008116511A (ru) | Кожухотрубные реакторы с жидкостным охлаждением под давлением | |
| RU2262380C2 (ru) | Каталитический реактор для экзотермических процессов, протекающих в газ-твердой фазе с невысокой разностью температур | |
| CN100528320C (zh) | 横向管式换热反应设备 | |
| SU791203A3 (ru) | Реактор | |
| CN101703910B (zh) | 换热器内置冷壁式变换反应器及变换反应器与下游换热设备的直连结构 | |
| WO2013004448A1 (en) | Heat exchange reactor | |
| CN105903413B (zh) | 气气换热型等温反应器 | |
| CN112023835A (zh) | 多程径向反应器 | |
| AU2004201132A1 (en) | Horizontal chemical reactor, in particular for methanol synthesis | |
| CN108837780B (zh) | 一种多层网状交错肋板的储氢反应装置 | |
| CN107921396B (zh) | 管式等温催化反应器 | |
| CN106232222A (zh) | 等温管状催化反应器 | |
| RU2482909C2 (ru) | Изотермический химический реактор с пластинчатым теплообменником | |
| CN101279227B (zh) | 膜式壁反应器 | |
| US20140361222A1 (en) | Reaction vessel and method of using the same | |
| CN101491751A (zh) | 一种换热催化反应设备 | |
| CN1857766B (zh) | 一种换热反应设备 | |
| CN215655077U (zh) | 一种环箱式水移热控温反应器 | |
| CN201832621U (zh) | 一种新型冷板式换热反应器 | |
| CN107670592A (zh) | 一种管壳式反应器及甲醇合成工艺 | |
| JPH0438734B2 (ru) | ||
| CN205965792U (zh) | 气气换热型等温反应器 | |
| CN100335158C (zh) | 水管式等温甲醇反应器 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20110424 |