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invention
Fédération de Russie Patent RU2136359

Réacteur pour la réalisation de synthèse exothermique hétérogène

Réacteur pour la réalisation de synthèse exothermique hétérogène

Nom de l'inventeur:. Maples OP; Zolotarsky IA. Daut VA. Zuckerman MJ
Le nom du titulaire du brevet: Institut de Catalyse SB RAS im.G.K.Boreskova
Adresse de correspondance: 630090, pr.Lavrenteva 5, Institute of Catalysis, chef du département des brevets T.D.Yudinoy
Date de début du brevet: 14.07.1997

L'invention concerne des procédés et appareils de la technologie chimique et peut être utilisé pour la synthèse hétérogène exothermique, en particulier dans la production de gaz de synthèse de méthanol ou d'ammoniac. Décrit un réacteur qui comprend un corps vertical, le couvercle et le fond, un mélange de gaz d'alimentation d'entrée de buse et la sortie du produit souhaité, les cloisons horizontales perméables aux gaz, sur lequel il y a des couches de catalyseur, au moins une chambre pour mélanger le courant de gaz chaud sortant du lit de catalyseur de mélange, et le courant de gaz froid fourni par les moyens de distribution de raccord pour entrer dans le mélange gazeux d'alimentation, au-dessous et parallèlement au gaz cloison perméable installé chicane aveugle, entre lesquels est formé un espace intermédiaire, qui reçoit les flux de gaz chauds et froids, la chambre de mélange communique avec l'espace intermédiaire et est pourvue d'un conduit de fumée qui est montée de sorte qu'elle passe à travers un mélange plus haut, le flux de gaz provenant de la chambre de mélange dans l'espace du réacteur au-dessous de l'espace intermédiaire. la chambre de mélange est sous la forme d'un cylindre creux avec un fond aveugle et un couvercle et des ouvertures pour la réception d'une partie du flux de gaz espace intermédiaire mixte, réalisé dans sa paroi au niveau de l'espace intermédiaire. Il est situé de manière coaxiale le long de l'axe du réacteur et hermétiquement relié à une cloison perméable au gaz et est partiellement immergée dans le lit de catalyseur. conduite de gaz dans la chambre de mélange se présente sous la forme d'un tube et est monté de manière coaxiale avec et le long de l'axe du réacteur. Le résultat technique - l'élimination de la surchauffe et la désactivation du catalyseur.

DESCRIPTION DE L'INVENTION

L'invention concerne un appareil et des procédés de technologie chimique et peut être utilisé pour la synthèse hétérogène exothermique, en particulier dans la production de gaz de synthèse de méthanol ou d' ammoniac.

Il est connu que, pour obtenir des valeurs optimales de conversion dans la réaction de synthèse hétérogène exothermique est effectuée en faisant passer le mélange réactionnel à travers plusieurs en série de lits de catalyseur, caractérisé en ce courant de gaz chaud sortant de chaque couche de catalyseur doit être refroidi avant d'entrer dans la couche suivante afin d'éviter la surchauffe et la désactivation une couche de catalyseur. Pour les réacteurs de synthèse exothermique des moyens d'alimentation, en mélangeant le mélange réactionnel froid avec le gaz chaud sortant du lit de catalyseur, fournissant ainsi un refroidissement direct du dernier avant d'entrer dans la couche suivante.

Ici, "gaz chaud" désigne un gaz ou un mélange de gaz ayant partiellement réagi sortant de la couche de catalyseur du réacteur de synthèse dans lequel une réaction exothermique se produit. Par exemple, le catalyseur de synthèse de méthanol tel exothermique du gaz chaud a une température de 240-290 ° C L'expression "gaz froid" désigne un gaz ayant une température inférieure à la température du gaz chaud sortant du lit de catalyseur. Typiquement, un tel gaz comprend des réactifs gazeux dans des proportions prédéterminées , et dans le cas d'une température de synthèse du méthanol de 60 à 200 ° C

conception du réacteur connu qui permet la synthèse exothermique hétérogène catalyseur adiabatique successives lits avec l'introduction dans l'espace intercalaire de la température froide du gaz de réaction pour le contrôle du processus. Le réacteur est constitué d'un corps cylindrique vertical, et une calotte sphérique inférieure, raccords pour entrer dans le mélange de gaz d'alimentation et le retrait du produit désiré, les distributeurs de gaz froids disposés horizontalement à différents niveaux dans le réacteur et la séparation de la couche de catalyseur solide de couches successives classiques (demande japonaise de N 58- 47214, cl. C 07 C 31/04). Le mélange du gaz chaud et à froid a lieu dans des chambres creuses ayant une section verticale dans une et disposée autour des distributeurs de gaz froid en forme de losange. Les parois des chambres sont fabriquées perméable aux gaz et imperméable aux particules catalytiques. L'expérience d'exploitation a montré la conception du réacteur de telle sorte qu'ils fournissent une mauvaise qualité du mélange, ce qui entraîne une baisse de productivité du réacteur en raison de l'apparition des inhomogénéités de température de la couche de catalyseur.

la conception des réacteurs connus, ce qui permet d'augmenter le degré de mélange de gaz chaud et froid en plaçant chaque lit de catalyseur dans une grille perméable aux gaz séparée, la formation de l'espace entre les couches et le gaz froid entrant dans cet espace grâce à des valves spéciales (Japon application N 58-52692, cl. C 07 C 31/04). Cependant, le degré de mélange des flux chaud et froid dans ces réacteurs et peu satisfaisante.

flux de mélange de meilleurs réacteurs atteignent fournissant un mélange de flux dans la chambre de mélange (brevet US N 3787189, cl. C 07 C 31/04).

Mais dans ce cas, la présence de la chambre de mélange (brevet US N 3787189, cl. C 07 C 31/04) ne prévoit pas la colonne centrale nécessaire pour les réacteurs de diamètres supérieurs à 3 m, sans compromettre la qualité du mélange, parce la principale contribution au mélange des flux permet la collision et de la turbulence des jets dans le centre du réacteur.

Connus et des réacteurs, dans lequel le déplacement est effectué dans un canal curviligne, placé entre les lits de catalyseur pour fournir un flux de mélange à haut mais nécessite dans ce cas une assez grande hauteur pour l'installation du mélangeur, réduisant ainsi le degré de volume de l'utilisation noyau, ce qui est important pour les caractéristiques économiques synthèse des réacteurs, employé habituellement sous haute pression.

Le plus proche du nombre de caractéristiques semblables à la revendiqué un réacteur de synthèse exothermique hétérogène (brevet US N 3480407, Cl. C 07 C 31/04), comprenant un boîtier cylindrique vertical et d'un capuchon inférieur, pour le montage du mélange de gaz d'alimentation d'entrée et produit souhaité O et le gaz horizontal cloison perméable et sur lequel il y a des couches de catalyseur. Entre les cloisons perméables aux gaz, avec des couches de catalyseur se trouve une chambre de mélange, formée par deux cloisons horizontales placées sourde avec un écart par rapport à l'autre. Les flux de gaz chauds et froids sont miscibles dans la chambre de mélange à travers une fenêtre formée dans une paroi latérale de la chambre qui relie les cloisons horizontales. Le courant chaud dans le lit de catalyseur est formé, et le courant froid provenant de buses entrant dans le mélange de gaz d'alimentation à travers les moyens de distribution. Fournir chambre de mélange supplémentaire est fourni avec des flux de gaz à lames disposées verticalement, créant dans sa turbulence périphérique. Hors de la chambre de mélange est conçu comme un trou au fond de la cloison horizontale au centre du réacteur. Ce réacteur est considéré comme un prototype de l'invention.

L'inconvénient de cette conception du réacteur est qu'il ne permet pas d'éliminer la non-homogénéité de température dans le courant gazeux entrant dans le lit catalytique successif après la chambre de mélange. Le réacteur est assurée par le mélange des courants de gaz chauds et froids, mais lorsque le courant de gaz chaud sont des inhomogénéités de température générée dans la zone catalytique précédente, ils ne sont pas éliminés dans la chambre de mélange restent dans le courant gazeux mixte et transmis ainsi au lit de catalyseur suivant.

L'invention vise à réaliser un mélange homogène des courants de gaz chauds et froids, ce qui élimine presque complètement l'apparition des inhomogénéités de température dans le courant gazeux entrant dans le lit de catalyseur, et en conséquence, une surchauffe du catalyseur dans le réacteur et un fonctionnement stable.

Ce résultat est atteint en ce que le réacteur pour réaliser la synthèse hétérogène exothermique comprend un corps vertical, le couvercle et le fond, l'entrée du mélange de gaz d'alimentation de la buse et la sortie du produit désiré gaz horizontal cloison perméable, dans lequel les lits de catalyseur sont placés dans au moins une chambre de mélange, dans lequel le mélange de l'effluent gazeux chaud provenant du lit de catalyseur, et un courant de gaz froid qui pénètre par le moyen de distribution de la buse pour l'entrée du mélange gazeux initial, la cloison morte positionné au-dessous et parallèle à ladite perméable au gaz cloison, entre lesquels est formée au-dessous du catalyseur de l'espace intermédiaire, qui reçoit les flux de gaz chauds et froids et la chambre de mélange est reliée à l'espace intermédiaire et est pourvue d'un conduit de gaz qui est monté de sorte qu'il pénètre dans le pré-mélangé dans l'espace intermédiaire et la chambre de mélange, le flux gazeux passe à travers elle, en poursuivant l'agitation et est mélangée de manière homogène dans le champ réacteur au-dessous de l'espace intermédiaire. chambre de mélange peut avoir une quelconque forme appropriée pour remélanger les flux de gaz, mais la performance est de préférence dans sa forme cylindrique et avec un couvercle étanche et des ouvertures inférieures à l'espace intermédiaire dans les parois latérales. Pour une utilisation optimale du volume du réacteur, la chambre de mélange est situé le long de l'axe du réacteur est rendue étanche par une cloison perméable au gaz et qui est partiellement immergé dans le lit de catalyseur. Le plus approprié pour obtenir un mélange complet du flux de gaz est l'emplacement du coaxial conduit à l'axe du réacteur tout au long de la hauteur de la chambre de mélange, avec un minimum de jeu par rapport à sa couverture, fournissant un écoulement du flux de gaz à elle.

Réacteur pour la réalisation de synthèse exothermique hétérogène Réacteur pour la réalisation de synthèse exothermique hétérogène

Fig. La figure 1 est une vue en coupe d'un réacteur multicouche pour la synthèse exothermique hétérogène. Fig. La figure 2 représente à plus grande échelle d'un fragment du réacteur, y compris la couche de catalyseur, l'espace intermédiaire, une chambre de mélange et un conduit de fumée.

Réacteur pour la synthèse exothermique hétérogène est constitué d'un corps cylindrique vertical 1, couvercle 2 et inférieur 3, raccords pour l'entrée du mélange gazeux initial 4 et la sortie du produit cible 5, gaz horizontal cloisons perméables 7 dans lequel les couches de catalyseur 8 placés, sourd horizontal chicanes 9 disposées avec un écart un septum perméable au gaz, qui forment ensemble un espace intermédiaire 10 qui reçoit un courant de gaz chaud à travers le septum perméable aux gaz des buses de lit de catalyseur 11 et les tuyaux 12 et vannes du gaz froid 13, l'espace intermédiaire 10 entre dans le flux de gaz froid, de forme cylindrique chambre de mélange 14 communiquant par des trous 15 avec l'espace intermédiaire 10, le conduit 16 comportant une entrée 17 dans la partie supérieure de la chambre de mélange 14 au-dessus de la cloison perméable au gaz 7 et une sortie 18 disposée au-dessous du creux de séparation chambre 9 de mélange est fermé au-dessus et au-dessous des cloisons étanches 19 et 20. la sortie 18 de la buse 16 est 21 un moyen de distribution pour la distribution uniforme du courant mélangé à l'entrée du lit catalytique suivant.

Le réacteur fonctionne de la manière suivante. mélange de gaz d'alimentation de flux pénètre dans le réacteur à travers la buse d'entrée 4 passes première couche de catalyseur 8, une perméable paroi de séparation de gaz 7 et pénètre dans l'espace intermédiaire 10 change la direction du mouvement sous l'influence de cloisons creuses 9 et se mélange avec le gaz froid entrant par le raccord 11, le tube 12 et vanne 13. la partie mixte dans l'espace intermédiaire du flux de gaz chaud et froid de l'espace intermédiaire 10 à travers les ouvertures 15 pénètre dans la chambre de mélange 14. en passant par l'espace annulaire entre la paroi de la chambre de mélange 14 et conduit 16 et ensuite à travers un conduit 16, le débit de gaz est complètement homogène mixte. Ensuite, l'écoulement de gaz 18 à travers le conduit de sortie de gaz 16 passe dans le réacteur, passe désigne le distributeur 21, puis amené au lit de catalyseur suivant. courant de gaz de séquence passant par les deuxième et les lits de catalyseur est totalement identique à celui décrit. Après avoir traversé le dernier réacteur dans la couche de catalyseur de l'écoulement du produit cible à travers la buse de sortie dépasse 5 le réacteur.

Exemple. Le réacteur de synthèse du méthanol, dont la conception correspond à celle représentée sur la Fig. 1, un diamètre de corps de 4,38 m et 9,0 m gaz haute cloisons perméables sur quatre 140 m pris catalyseur total. La couche de la première syngaz d'entrée est appliqué en une quantité de 340 000. M 3 / h, on chauffe à 220 ° C Entre les première et seconde couches sont introduites à travers le distributeur 170,000 m 3 / h de gaz de synthèse froid entre les deuxième et troisième couches. - 195 000 m 3 / h, entre la troisième et la quatrième - 150,000 m 3 / h à une température de 50 ° C. les résultats de l'examen de la distribution de la température à la sortie des couches de catalyseur au bout de cinq mois de petites hétérogénéités de température fixes qui existent dans les couches de catalyseur. La différence de température maximale dans chaque couche était pas plus de 5 o C. assurée mélange presque complète du gaz chaud provenant de la couche de catalyseur, et ajouter à cela le gaz froid. La distribution de la température du courant gazeux entrant dans le lit catalytique successif uniforme - la différence de température maximale ne dépasse pas 1,0 °.

Élimination des inhomogénéités de température dans les couches de catalyseur dans cet exemple, a augmenté le méthanol rendement de 3-4% tout en réduisant la consommation d'énergie pour le transport de l'écoulement de gaz à travers le réacteur, en abaissant le taux de conversion en augmentant le recycler en un seul passage des gaz à travers les couches de catalyseur.

REVENDICATIONS

1. Réacteur pour la synthèse hétérogène exothermique comprenant un logement vertical et un couvercle inférieur, pour le montage du mélange de gaz d'alimentation d'entrée et de sortie du produit désiré gaz horizontal cloison perméable, lesquelles couches de catalyseur sont disposées, et au moins une chambre de mélange pour mélanger le courant de gaz chaud la sortie du lit de catalyseur, et un courant de gaz froid qui pénètre par le distributeur des moyens reliés à la buse pour l'entrée du mélange gazeux initial, dans lequel la chambre de mélange est mise en communication avec l'espace intermédiaire formé entre la paroi perméable et le déflecteur creux respectif monté au-dessous et parallèlement à la membrane perméable aux gaz les cloisons, caractérisé en ce qu 'il est muni d'un conduit monté de manière coaxiale avec l'axe de la chambre et le réacteur de mélange et est réalisé sous la forme d'un tube ayant accès au volume creux du réacteur en dessous de la cloison, tandis que la chambre de mélange est fermée par une cloison perméable au gaz et est partiellement immergée dans le lit de catalyseur.

2. Réacteur selon la revendication. 1, caractérisée en ce que la chambre de mélange est réalisé sous la forme d'un cylindre creux avec un fond borgne et un couvercle, et l'espace intermédiaire dans la paroi de la chambre pourvue de trous pour la réception partiellement mélangés dans l'espace intermédiaire entre le flux de gaz.

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Date de publication 09.04.2007gg