Реактор со слоем катализатора - RU2019141229A

1. Каталитический реактор (10) со слоем (1) катализатора, пригодным для химической реакции конверсии газового сырья в газовый продукт и имеющим цилиндрически-кольцевую геометрию, содержащий по меньшей мере один коллектор (2, 3), выполненный в виде газопроницаемой цилиндрической стенки, отличающийся тем, что он содержит по меньшей мере один кольцевой слой первого гранулированного материала, представляющего собой катализатор, приспособленный для катализа реакции конверсии, и по меньшей мере один кольцевой слой второго гранулированного материала, более крупного по сравнению с первым гранулированным материалом, имеющего частицы большего размера, чем первый гранулированный материал, причем указанный по меньшей мере один коллектор включает выходной коллектор, а слой второго гранулированного материала прилегает к выходному коллектору и контактирует с ним так, что слой первого гранулированного материала отделен от коллектора слоем второго гранулированного материала.

2. Реактор по п. 1, в котором выходной коллектор представляет собой внутренний коллектор.

3. Реактор по п. 1, включающий внешний коллектор (2) и внутренний коллектор (3), имеющие цилиндрическую форму, коаксиальные друг с другом и обладающие газопроницаемостью, содержащий два кольцевых слоя второго гранулированного материала, причем первый слой второго гранулированного материала контактирует с внешним коллектором, второй слой второго гранулированного материала контактирует с внутренним коллектором, а слоем первого гранулированного материала является центральный слой (5), расположенный между первым слоем и вторым слоем второго гранулированного материала.

4. Реактор по п. 3, в котором один (2) из внешнего коллектора и внутреннего коллектора действует в качестве распределителя газового потока реагентов, входящих в слой катализатора, а другой (3) из этих коллекторов собирает газовый поток продуктов реакции, выходящих из слоя катализатора.

5. Реактор по любому из предыдущих пунктов, в котором вторым гранулированным материалом также является катализатор, пригодный для катализа реакции конверсии.

6. Реактор по п. 5, в котором первым гранулированным материалом и вторым гранулированным материалом являются катализаторы одинакового состава, отличающиеся только размером частиц.

7. Реактор по любому из предыдущих пунктов, в котором средний размер частиц первого гранулированного материала составляет от 10 до 80% среднего размера частиц второго материала.

8. Реактор по любому из предыдущих пунктов, в котором размер частиц второго гранулированного материала составляет от 1,5 до 3 мм, предпочтительно, от 2 до 3 мм.

9. Реактор по любому из предыдущих пунктов, в котором размер частиц первого гранулированного материала составляет от 0,5 до 2 мм, предпочтительно, от 0,5 до 1,5 мм и еще более предпочтительно, от 0,5 до 1 мм.

10. Реактор по любому из предыдущих пунктов, имеющий по меньшей мере одну дополнительную газопроницаемую стенку (8, 9), образующую разделительную поверхность между слоем первого гранулированного материала и слоем второго гранулированного материала.

11. Реактор по п. 10, в котором по меньшей мере одна дополнительная стенка (8, 9) непроницаема для второго гранулированного материала.

12. Реактор по п. 10 или 11, имеющий внешнюю газопроницаемую разделительную стенку (8) вблизи внешнего коллектора (2) и внутреннюю газопроницаемую разделительную стенку (9) вблизи внутреннего коллектора (3), и содержащий:

первый слой (4) второго гранулированного материала между внешней разделительной стенкой (8) и внешним коллектором (2);

второй слой (6) второго гранулированного материала между внутренней разделительной стенкой (9) и внутренним коллектором (3);

слой (5) первого гранулированного материала между внешней разделительной стенкой и внутренней разделительной стенкой.

13. Реактор по любому из предыдущих пунктов, в котором внешний коллектор и внутренний коллектор имеют в поверхности проходы для газа, размер которых меньше среднего размера частиц второго гранулированного материала, но больше среднего размера частиц первого гранулированного материала.

14. Реактор по любому из предыдущих пунктов, в котором кольцевой слой или каждый кольцевой слой второго гранулированного материала имеет постоянную радиальную толщину.

15. Реактор по любому из предыдущих пунктов, в котором масса второго гранулированного материала не превышает 20% массы первого гранулированного материала.

16. Реактор по любому из предыдущих пунктов, в котором первым гранулированным материалом и вторым гранулированным материалом являются катализаторы, пригодные для синтеза аммиака из подпиточного газа, содержащего водород и азот.

17. Способ загрузки мелкозернистого катализатора внутрь слоя катализатора химического реактора, в котором объем, предназначенный для катализатора, ограничен внешним коллектором и внутренним коллектором, причем внешним коллектором и внутренним коллектором являются коаксиальные и концентричные газопроницаемые цилиндрические стенки, а при осуществлении способа:

формируют первый кольцевой слой гранулированного материала, прилегающий к внешнему коллектору;

формируют второй кольцевой слой этого гранулированного материала, расположенный вокруг внутреннего коллектора;

формируют кольцевой слой мелкозернистого катализатора между первым слоем и вторым слоем гранулированного материала,

причем размер частиц указанного гранулированного материала больше, чем у мелкозернистого катализатора.

18. Способ по п. 17, в котором:

используют первую газопроницаемую разделительную стенку для установления границ кольцевого промежутка между разделительной стенкой и одним из внешнего и внутреннего коллекторов, и

формируют первый слой или второй слой гранулированного материала в этом промежутке.

19. Способ по п. 18, в котором:

используют первую газопроницаемую разделительную стенку для установления границ первого промежутка между внешним коллектором и первой стенкой,

используют вторую газопроницаемую разделительную стенку для установления границ второго промежутка между внутренним коллектором и второй стенкой,

формируют первый слой гранулированного материала в первом промежутке и формируют второй слой гранулированного материала во втором промежутке,

формируют слой катализатора в промежутке между первой разделительной стенкой и второй разделительной стенкой.

20. Способ по любому из пп. 17-19, в котором по меньшей мере один слой гранулированного материала сформирован загрузкой гранулированного материала посредством емкостей, прикрепленных к внешнему коллектору или внутреннему коллектору, причем эти емкости выполнены из материала, приспособленного для растворения в слое катализатора в рабочих условиях.

21. Способ по п. 20, в котором емкости выполнены из текстильного материала, предпочтительно в форме мешков или оболочек из текстильного материала.

22. Способ по любому из пп. 17-21, в котором гранулированным материалом также является катализатор.