RU2539984C1 - Reactor with stationary layer of catalyst - Google Patents
Reactor with stationary layer of catalyst Download PDFInfo
- Publication number
- RU2539984C1 RU2539984C1 RU2013157709/04A RU2013157709A RU2539984C1 RU 2539984 C1 RU2539984 C1 RU 2539984C1 RU 2013157709/04 A RU2013157709/04 A RU 2013157709/04A RU 2013157709 A RU2013157709 A RU 2013157709A RU 2539984 C1 RU2539984 C1 RU 2539984C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- reactor
- section
- zone
- reaction
- reaction mixture
- Prior art date
Links
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 title claims description 25
- 238000005192 partition Methods 0.000 claims abstract description 11
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims description 23
- 239000011541 reaction mixture Substances 0.000 claims description 19
- 239000002826 coolant Substances 0.000 claims description 5
- 239000007795 chemical reaction product Substances 0.000 claims description 3
- 238000011144 upstream manufacturing Methods 0.000 claims description 2
- 239000002184 metal Substances 0.000 abstract description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 2
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 abstract 1
- 238000000034 method Methods 0.000 description 6
- 239000000047 product Substances 0.000 description 5
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 4
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 4
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 3
- 239000000428 dust Substances 0.000 description 3
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 3
- 230000003197 catalytic effect Effects 0.000 description 2
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 2
- 230000007935 neutral effect Effects 0.000 description 2
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 2
- 239000011949 solid catalyst Substances 0.000 description 2
- 238000009827 uniform distribution Methods 0.000 description 2
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 1
- 238000006555 catalytic reaction Methods 0.000 description 1
- 239000000112 cooling gas Substances 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 230000006866 deterioration Effects 0.000 description 1
- 238000010574 gas phase reaction Methods 0.000 description 1
- 239000007791 liquid phase Substances 0.000 description 1
- 238000012856 packing Methods 0.000 description 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 1
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Devices And Processes Conducted In The Presence Of Fluids And Solid Particles (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к химическим реакторам со стационарным слоем катализатора и может использоваться в процессах с большим тепловым эффектом.The invention relates to chemical reactors with a stationary catalyst bed and can be used in processes with a large thermal effect.
Каталитические процессы, протекающие с большим адиабатическим изменением температуры реакционной смеси, проводят в полочных (секцинированных) реакторах, выполненных в виде колонн, внутри которых на решетчатых полках помещают катализатор и между слоями катализатора размещают средства охлаждения или нагревания реакционной смеси.Catalytic processes proceeding with a large adiabatic change in the temperature of the reaction mixture are carried out in shelf (sectioned) reactors made in the form of columns, inside which the catalyst is placed on the lattice shelves and means for cooling or heating the reaction mixture are placed between the catalyst layers.
Известен реактор для проведения экзотермических каталитических реакций, включающий корпус с люками, днища с устройствами для ввода паров сырья и вывода продукта, слои катализатора и средства отвода тепла реакции, выполненные в виде распределяющих устройств для подачи охлаждающего газа и конвективных теплообменников (Патент РФ №2206384, B01J 8/04 от 21.02.2002). Каждый теплообменник расположен в сужении свободного сечения реактора, образованном поверхностями фасонных вставок в корпусе реактора. Каждое распределяющее устройство расположено под фасонной вставкой в зоне расширения свободного сечения реактора.A known reactor for conducting exothermic catalytic reactions, including a housing with hatches, bottoms with devices for introducing vapors of raw materials and product outlet, catalyst layers and means for removing heat of reaction, made in the form of distributing devices for supplying cooling gas and convective heat exchangers (RF Patent No. 2206384, B01J 8/04 of 02/21/2002). Each heat exchanger is located in the narrowing of the free section of the reactor formed by the surfaces of the shaped inserts in the reactor vessel. Each distribution device is located under the shaped insert in the expansion zone of the free section of the reactor.
Недостатком этого реактора является ограниченность его применения исключительно для газофазных реакций, протекающих с большой скоростью и не требующих высоких слоев катализатора.The disadvantage of this reactor is its limited use exclusively for gas-phase reactions that occur at high speed and do not require high catalyst layers.
Наиболее близким к предлагаемому реактору является реактор секционированного типа, включающий теплообменники для охлаждения реакционного потока между слоями катализатора ("Справочник нефтехимика", ред. Огородников С.К. Л.: Химия, т.1, с.130, 1978 г.). Изменение температуры реакционного потока в таком реакторе можно осуществлять, регулируя расход теплоносителя через теплообменник или его температуру.Closest to the proposed reactor is a partitioned type reactor, including heat exchangers for cooling the reaction stream between the catalyst beds (Petrochemistry Handbook, revised by Ogorodnikov SK, Chemistry, v.1, p.130, 1978). Changing the temperature of the reaction stream in such a reactor can be carried out by controlling the flow rate of the coolant through the heat exchanger or its temperature.
Недостатками такого реактора являются большая поверхность теплообменников и высокая инерция используемого способа теплообмена. Число секций в таком реакторе (обычно не более 10) и распределение катализатора между ними определяют, исходя из величин адиабатического перепада температур и оптимальной степени превращения в каждом слое. Охлаждение (нагревание) реакционной смеси между полками производится встроенными или выносными теплообменниками. Реакционная смесь подается в трубки, а теплоноситель в межтрубное пространство.The disadvantages of this reactor are the large surface of the heat exchangers and the high inertia of the heat exchange method used. The number of sections in such a reactor (usually no more than 10) and the distribution of the catalyst between them are determined based on the values of the adiabatic temperature difference and the optimal degree of conversion in each layer. Cooling (heating) of the reaction mixture between the shelves is carried out by built-in or external heat exchangers. The reaction mixture is fed into the tube, and the coolant in the annulus.
Предпочтение отдают встроенным теплообменникам, что придает компактность и уменьшает металлоемкость. Однако встроенный теплообменник в такого типа реакторах имеет низкую тепловую эффективность, особенно при реакциях, протекающих в жидкой фазе на мелкодисперсном катализаторе. Это связано с тем, что в плотном слое мелкодисперсного катализатора из-за высокого гидравлического сопротивления скорость движения реакционной массы ограничивается и составляет не более 0,1 м/с, а в большинстве случаев не более 0,01 м/с. Такого же порядка скорости сохраняются и в трубах теплообменника из-за необходимости равномерного распределения потока реакционной смеси по сечению реактора.Preference is given to built-in heat exchangers, which gives compactness and reduces metal consumption. However, the built-in heat exchanger in this type of reactor has low thermal efficiency, especially in reactions occurring in the liquid phase on a finely divided catalyst. This is due to the fact that in a dense layer of a finely dispersed catalyst, due to the high hydraulic resistance, the speed of the reaction mass is limited to no more than 0.1 m / s, and in most cases no more than 0.01 m / s. The same speed order is maintained in the tubes of the heat exchanger due to the need for uniform distribution of the flow of the reaction mixture over the cross section of the reactor.
Задачей данного изобретения является повышение эффективности встроенного теплообменного устройства, что приводит к сокращению количества секций и снижению металлоемкости реактора.The objective of the invention is to increase the efficiency of the built-in heat exchange device, which leads to a reduction in the number of sections and a decrease in the metal consumption of the reactor.
Поставленный технический результат достигается реактором со стационарным слоем катализатора, состоящим из многосекционного корпуса, крышки и днища, штуцеров для подачи и вывода продуктов реакции, каждая секции которого состоит из реакционной зоны - цилиндрического корпуса с устройством для удержания мелкозернистого катализатора, и теплообменной зоны кожухотрубного теплообменника, в трубки которого подается реакционная смесь, а в межтрубное пространство - теплоноситель, при этом трубное пространство с помощью перегородок разбито на нечетное количество ходов таким образом, что все ходы, кроме последнего, расположены по периферии трубной решетки, а последний - по центру, причем диаметр этого хода по размеру совпадает с диаметром реакционной зоны, а торцы труб равномерно распределяются по сечению этой зоны.The technical result achieved is achieved by a reactor with a stationary catalyst bed consisting of a multi-section housing, a cover and a bottom, fittings for supplying and outputting reaction products, each section of which consists of a reaction zone — a cylindrical body with a device for holding a fine-grained catalyst, and a heat-exchange zone of a shell-and-tube heat exchanger, into the tubes of which the reaction mixture is supplied, and into the annular space - the coolant, while the tube space with the help of partitions is divided into echetnoe number of turns so that all passages except the last, are arranged around the periphery of the tube sheet, and the last - in the middle, the diameter of the turn size coincides with the diameter of the reaction zone, and the pipe ends are uniformly distributed over the cross section of the zone.
Дополнительно реактор снабжен наклонной глухой тарелкой для приема реакционной смеси в последующую секцию.Additionally, the reactor is equipped with an inclined blank plate for receiving the reaction mixture in the next section.
Кроме того, ходы теплообменного устройства с восходящим потоком снабжены дренажным отверстием.In addition, the strokes of the upstream heat exchanger are provided with a drainage hole.
Разбивка трубного пространства на ходы увеличивает эффективность теплопередачи, нечетное количество ходов позволяет организовать поток продуктов вдоль оси реактора без дополнительной обвязки, а равномерное расположение торцев труб по сечению реакционной зоны - эффективное распределение реакционной смеси в слое катализатора.Dividing the pipe space into passages increases the heat transfer efficiency, an odd number of strokes allows you to organize the flow of products along the axis of the reactor without additional strapping, and a uniform arrangement of the ends of the pipes along the cross section of the reaction zone allows the effective distribution of the reaction mixture in the catalyst bed.
На фиг.1, фиг.2, фиг.3 и фиг.4 представлена схема предлагаемого реактора и теплообменного устройства к нему.Figure 1, figure 2, figure 3 and figure 4 presents a diagram of the proposed reactor and heat exchange device to it.
Реактор (фиг.1) представляет собой секции, состоящие из теплообменных зон 1 и расположенных под ними реакционных зон 2 с удерживающими решетками 3. На фиг.1 показаны две секции. Предлагаемая конструкция позволяет использовать необходимое для конкретного процесса количество секций. Для подачи сырья в теплообменную зону смонтирован штуцер 4, а для снижения (или для повышения) температуры реакционной массы межтрубное пространство теплообменной зоны снабжено штуцерами для подачи и вывода теплоносителя 5 и 6 соответственно. Для вывода продуктов реакции снизу последней реакционной зоны смонтирован штуцер 7. Промежуточные реакционные зоны имеют расположенные ниже удерживающих решеток глухие наклонные тарелки 8 со сливом в теплообменную зону нижележащей секции. Уклон глухой тарелки в сторону слива реакционной смеси способствует удалению катализаторной пыли, которая может уноситься с потоком реакционной смеси.The reactor (FIG. 1) is a section consisting of heat exchange zones 1 and reaction zones 2 located below them with holding grids 3. FIG. 1 shows two sections. The proposed design allows you to use the number of sections necessary for a particular process. To supply raw materials to the heat exchange zone,
Твердый катализатор засыпается на удерживающее устройство, в качестве которого используется удерживающая решетка 3 и укладываемая на нее сетка с ячейкой, размер которой меньше размера зерна катализатора. На сетку может укладываться нейтральная насадка для удержания катализаторной пыли. Сверху катализаторного слоя так же может укладываться нейтральная насадка для улучшения распределения реакционной смеси в верхнем слое катализатора.The solid catalyst is poured onto the holding device, which is used as a holding grid 3 and a mesh with a cell placed on it, the size of which is smaller than the grain size of the catalyst. A neutral nozzle can be placed on the mesh to hold catalyst dust. A neutral packing can also be stacked on top of the catalyst bed to improve the distribution of the reaction mixture in the upper catalyst bed.
На фиг.2, 3, 4 представлена схема теплообменного устройства.Figure 2, 3, 4 presents a diagram of a heat exchange device.
Теплообменное устройство состоит из верхней крышки 9, верхней трубной решетки 10, нижней трубной решетки 11 и нижней крышки 12, трубок 13, вмонтированных в трубные решетки.The heat exchange device consists of an
Внутренняя поверхность верхней крышки 9 и торцевое сечение верхней трубной решетки 10 разделены вертикальными перегородками на нечетное количество частей (в данном случае перегородками А, В на три части), ограниченные этими перегородками, а торцевое сечение нижней трубной решетки 11 и внутренняя поверхность нижней крышки 12 также разделены вертикальными на нечетное количество частей (в данном случае перегородками С, D на три части), ограниченные этими перегородками.The inner surface of the
Схемы перегородок А, В, С, D показаны на фиг.5 и 6.Partition diagrams A, B, C, D are shown in FIGS. 5 and 6.
В зависимости от разбивки трубной решетки на круг или квадрат, конфигурация перегородок соответственно меняется.Depending on the breakdown of the tube sheet into a circle or a square, the configuration of the partitions changes accordingly.
Такое разделение трубных решеток позволяет использовать любое разумное количество ходов в трубном пространстве, причем последний ход на выходе реакционной смеси в реакционную зону занимает все сечение реактора, а трубки равномерно распределены по этому сечению. Устройство ходов предполагает соизмеримое количество труб в каждом секторе.This separation of the tube sheets allows any reasonable number of strokes in the tube space to be used, with the last stroke at the exit of the reaction mixture to the reaction zone occupying the entire section of the reactor, and the tubes are evenly distributed over this section. The arrangement of moves involves a commensurate number of pipes in each sector.
В данном случае сектора, образованные перегородками А, В, С, D, представляют собой пять ходов 14, 15, 16, 17, 18.In this case, the sectors formed by the partitions A, B, C, D are five
Внутренние ходы 15 и 17, в которых имеет место восходящий поток, снабжены дренажным отверстием (на схеме не показано), которое служит и выпуском катализаторной пыли, уносимой потоком реакционной смеси.The
Реактор со стационарным слоем катализатора (фиг.1) работает следующим образом.The reactor with a stationary catalyst bed (figure 1) works as follows.
Исходные продукты поступают в трубное пространство теплообменной зоны 1 первой секции через штуцер 4, где приобретают необходимую для каталитического процесса температуру за счет теплоносителя, подаваемого в межтрубное пространство через штуцер 5.The initial products enter the tube space of the heat exchange zone 1 of the first section through the
Теплообмен в трубном пространстве протекает при последовательном прохождении исходных продуктов через ходы теплообменной зоны 14, 15, 16, 17 и 18 (фиг.2, 3, 4). Пятикратное увеличение скорости движения потока позволяет существенно повысить эффективность теплообмена.Heat transfer in the tube space occurs during the sequential passage of the starting products through the passages of the
На выходе из хода 18 поток равномерно распределяется по сечению реакционной зоны 2, что благоприятно отражается на последующих результатах при протекании химической реакции на твердом катализаторе.At the exit of the
Проходя сверху вниз, исходные продукты подвергаются химическому превращению в заданной доле, при этом выделяется (поглощается) тепло реакции, в результате чего температура реакционной смеси приобретает предельную заданную температуру. Равномерное распределение реакционной смеси по сечению реакционной зоны крайне важно, поскольку неравномерность приводит к образованию застойных зон (внутренняя циркуляция), что выражается в локальном нарушении температурного режима и ухудшению показателей.Passing from top to bottom, the starting products undergo chemical transformation in a given proportion, and the reaction heat is released (absorbed), as a result of which the temperature of the reaction mixture acquires a limiting set temperature. The uniform distribution of the reaction mixture over the cross section of the reaction zone is extremely important, since the unevenness leads to the formation of stagnant zones (internal circulation), which is expressed in a local violation of the temperature regime and deterioration.
После прохождения слоя катализатора, реакционная смесь поступает по наклонной глухой тарелке в следующую секцию в теплообменную зону для приобретения необходимой температуры.After passing through the catalyst bed, the reaction mixture enters an inclined blank plate into the next section in the heat exchange zone to obtain the required temperature.
Чередующиеся процессы термостатирование - химическое превращение проходят в заданном количестве секций и после завершения химической реакции реакционная смесь через штуцер 7 выводится на переработку.Alternating processes of temperature control - chemical transformation take place in a given number of sections and after the completion of the chemical reaction, the reaction mixture through the nozzle 7 is displayed for processing.
Claims (3)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2013157709/04A RU2539984C1 (en) | 2013-12-24 | 2013-12-24 | Reactor with stationary layer of catalyst |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2013157709/04A RU2539984C1 (en) | 2013-12-24 | 2013-12-24 | Reactor with stationary layer of catalyst |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2539984C1 true RU2539984C1 (en) | 2015-01-27 |
Family
ID=53286704
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2013157709/04A RU2539984C1 (en) | 2013-12-24 | 2013-12-24 | Reactor with stationary layer of catalyst |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2539984C1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU190406U1 (en) * | 2019-04-11 | 2019-07-01 | Публичное акционерное общество "КуйбышевАзот" | INSTALLATION FOR CYCLOGEXANE OBTAINING BY PARIPHASE CATALYTIC HYDROGENATION OF BENZENE |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU946640A1 (en) * | 1980-02-14 | 1982-07-30 | Предприятие П/Я А-7467 | Contact apparatus |
| US7771674B2 (en) * | 2004-09-27 | 2010-08-10 | Sumitomo Chemical Company, Limited | Multitubular reaction apparatus for contact gas-phase reaction |
| WO2010144297A3 (en) * | 2009-06-09 | 2011-03-03 | Honeywell International Inc. | Multi-stage multi-tube shell-and-tube reactor |
| CN102671580A (en) * | 2012-05-07 | 2012-09-19 | 中国寰球工程公司 | Axial bed-increased type quenching methanol-to-propylene (MTP) fixed bed reactor |
-
2013
- 2013-12-24 RU RU2013157709/04A patent/RU2539984C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU946640A1 (en) * | 1980-02-14 | 1982-07-30 | Предприятие П/Я А-7467 | Contact apparatus |
| US7771674B2 (en) * | 2004-09-27 | 2010-08-10 | Sumitomo Chemical Company, Limited | Multitubular reaction apparatus for contact gas-phase reaction |
| WO2010144297A3 (en) * | 2009-06-09 | 2011-03-03 | Honeywell International Inc. | Multi-stage multi-tube shell-and-tube reactor |
| CN102671580A (en) * | 2012-05-07 | 2012-09-19 | 中国寰球工程公司 | Axial bed-increased type quenching methanol-to-propylene (MTP) fixed bed reactor |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| Справочник нефтехимика, ред. С.К. Огородников, Л.: Химия, 1978, с. 130. * |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU190406U1 (en) * | 2019-04-11 | 2019-07-01 | Публичное акционерное общество "КуйбышевАзот" | INSTALLATION FOR CYCLOGEXANE OBTAINING BY PARIPHASE CATALYTIC HYDROGENATION OF BENZENE |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| TWI626988B (en) | Shell and tube oxidation reactor with improved anti-offset properties | |
| WO2018111149A1 (en) | Method of activating a catalyst, reactor, and method of obtaining hydrocarbons in the fischer-tropsch process | |
| JP2001038195A (en) | Reactor provided with heat-exchanger plate | |
| CN104203388B (en) | For the reactive rectification tower to be chemically reacted | |
| CN102766021A (en) | Production system and production method for continuously producing ethanol by ethyl acetate through using hydrogenation | |
| RU2539984C1 (en) | Reactor with stationary layer of catalyst | |
| US9675950B2 (en) | Combination reactor system | |
| US6919048B2 (en) | Thin multi-stage catalytic reactor with internal heat exchanger, and use thereof | |
| KR101815752B1 (en) | Self heat supply dehydrogenation reactor with heat source column inside catalyst layer | |
| CN104507562A (en) | Gas-liquid reactor | |
| KR101815753B1 (en) | Self heat supply dehydrogenation reactor with heat source plate inside catalyst layer | |
| AU2018264580B2 (en) | Multi-bed catalytic converter with inter-bed cooling | |
| CN102784596B (en) | Shell side structure and shell and tube vinyl acetate synthesis reactor with same | |
| CN102500285B (en) | A hydrogen sulfide synthesis device | |
| CN104524800A (en) | Thermal coupling jet concurrent flow tower with heat exchange tower plates | |
| CN204619939U (en) | A kind of novel hydrogenation reactor for the synthesis of gas preparing ethylene glycol technique | |
| RU2372572C2 (en) | Heat-exchange apparatus (versions) | |
| RU2243028C1 (en) | Reactor for a catalytic dehydrogenation of hydrocarbons | |
| CN112705114B (en) | A heat-exchanging multiphase reactor and its application method and light gasoline etherification method | |
| RU85221U1 (en) | HEAT EXCHANGE DEVICE (OPTIONS) | |
| RU2688858C2 (en) | Apparatus and method for carrying out heterogeneous catalytic gas-phase reactions | |
| RU2371243C1 (en) | Catalytic reactor | |
| RU2511383C1 (en) | Fractioning unit | |
| CN107551961B (en) | High-temperature high-pressure slurry bed reaction device | |
| CN103517889A (en) | Exchanger and a process relating thereto |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20181225 |