Реактор с неподвижным слоем катализатора - RU2361657C2

Чертежи

Показать все 7 чертежа(ей)

Описание

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к радиальному реактору для проведения гетерогенных каталитических реакций, который имеет по существу цилиндрический корпус с вертикальной осью, закрытый с противоположных сторон днищем и крышкой, расположенный в корпусе слой катализатора и множество расположенных в слое катализатора теплообменников. Изобретение относится, в частности, к реактору указанного выше типа, конструкция которого обеспечивает возможность прохождения газообразных реагентов и продуктов реакции через слой катализатора главным образом в радиальном по отношению к оси корпуса направлении. Поэтому в приведенном ниже описании и в формуле изобретения предлагаемый в изобретении реактор назван радиальным реактором, хотя фактически настоящее изобретение в равной мере относится и к чисто радиальным реакторам, и к радиально-осевым реакторам.

Уровень техники

Известно, что в последнее время при проведении гетерогенных каталитических реакций для промышленного синтеза различных химических продуктов, например аммиака, метанола, формальдегида или стирола, постоянно возрастает необходимость в повышении производительности и конверсионного выхода реакторов при одновременном снижении потребления энергии, капиталовложений и затрат, связанных с их обслуживанием и ремонтом.

Для решения этой проблемы были предложены так называемые псевдоизотермические реакторы, в которых температуру реакции регулируют в узком диапазоне отклонений от заданной оптимальной величины.

Однако при всех своих многочисленных преимуществах ни один из известных реакторов подобного типа одновременно не удовлетворяет всем указанным выше требованиям.

С одной стороны, очень важно, чтобы исходные реагенты и продукты реакции оставались внутри реактора, а точнее в зоне реакции (в слое катализатора), в течение определенного периода времени, необходимого для взаимодействия реагентов и теплообмена между смесью реагентов и продуктов реакции с текучим теплоносителем, а с другой стороны, прохождение через зону реакции (слой катализатора) газов не должно сопровождаться высокими потерями давления и высоким расходом энергии и/или значительным усложнением конструкции реактора и повышением его стоимости.

Для повышения производительности и увеличения конверсионного выхода в существующих псевдоизотермических реакторах, в частности в реакторах с радиальным потоком газов в образованной слоем катализатора зоне реакции, приходится существенно повышать высоту слоя катализатора и увеличивать, как, например, в реакторах синтеза аммиака, отношение высоты корпуса к диаметру до 10 или больше.

При большой высоте слоя катализатора распределяющиеся вдоль стенки на входе в слой катализатора газообразные реагенты не обладают достаточной для прохождения через слой катализатора скоростью. Снижение скорости газообразных реагентов в слое катализатора отрицательно сказывается на эффективности теплообмена между ними и теплообменниками. По этим причинам в таких реакторах невозможно обеспечить оптимальный контроль температуры протекающей в реакторе в псевдоизотермических условиях реакции.

В ЕР-А-0314550 описан радиальный реактор с двумя слоями катализатора.

Краткое изложение сущности изобретения

В основу настоящего изобретения была положена задача разработать реактор указанного в начале описания типа, который был бы лишен недостатков известных реакторов подобного типа и благодаря своим конструктивным и функциональным особенностям обладал бы высокой производительностью и высоким конверсионным выходом и отличался бы низким потреблением энергии, низкими капиталовложениями и низкими эксплуатационными расходами и затратами на ремонт и обслуживание.

Указанная выше задача решается согласно изобретению с помощью предлагаемого в нем радиального реактора для проведения каталитических реакций, имеющего по существу цилиндрический корпус, закрытый с противоположных концов крышкой и днищем, расположенный на оси корпуса первый слой катализатора по существу с кольцевым поперечным сечением, имеющий входную сторону, через которую в него попадают газообразные реагенты, и выходную сторону, через которую из него выходит реакционная смесь, множество расположенных и распределенных по существу в кольцевой части первого слоя катализатора теплообменников, по меньшей мере один расположенный в корпусе на одной оси с первым слоем катализатора на заданном от него расстоянии второй слой катализатора по существу с кольцевым поперечным сечением, имеющий входную сторону, через которую в него попадает реакционная смесь, и выходную сторону, через которую из него выходят газообразные продукты реакции, множество расположенных и распределенных по существу в кольцевой части второго слоя катализатора теплообменников, распределитель для распределения газообразных реагентов по всей площади входной стороны первого слоя катализатора, соединение, соединяющее выходную сторону первого слоя катализатора с входной стороной второго слоя катализатора, и распределитель для распределения реакционной смеси по всей площади входной стороны второго слоя катализатора.

Другие отличительные особенности и преимущества настоящего изобретения более подробно рассмотрены ниже на примере одного из вариантов выполнения предлагаемого в изобретении реактора со ссылкой на прилагаемые к описанию чертежи, которые лишь иллюстрируют изобретение и не ограничивают его объем.

Краткое описание чертежей

На фиг.1 схематично в продольном разрезе показан предлагаемый в изобретении реактор.

На фиг.1а показан изображенный на фиг.1 реактор в поперечном сечении плоскостью В-В.

На фиг.1б показан изображенный на фиг.1 реактор в поперечном сечении плоскостью С-С.

На фиг.2 схематично в продольном разрезе показан реактор, выполненный в соответствии с первым вариантом осуществления изобретения.

На фиг.3 схематично в продольном разрезе показан реактор, выполненный в соответствии со вторым вариантом осуществления изобретения.

На фиг.3а показан изображенный на фиг.3 реактор в поперечном сечении плоскостью D-D.

На фиг.3б показан изображенный на фиг.3 реактор в поперечном сечении плоскостью Е-Е.

На фиг.4 схематично в продольном разрезе показан реактор, выполненный в соответствии с третьим вариантом осуществления изобретения.

Предпочтительные варианты осуществления изобретения

На фиг.1, 1a и 1б показан обозначенный общей позицией 10 предлагаемый в настоящем изобретении реактор, предназначенный для проведения каталитических реакций.

Предлагаемый в изобретении реактор 10 является реактором радиального, а точнее так называемого радиально-осевого типа, и имеет по существу цилиндрический корпус 12 с вертикальной осью А-А, закрытый с противоположных концов днищем 14 и крышкой 16, и расположенный внутри корпуса первый слой 18 катализатора по существу с кольцевым поперечным сечением. Первый слой 18 катализатора обычным образом удерживается в корпусе 12 реактора и имеет входную сторону 20, через которую в него попадают исходные газообразные реагенты, и концентрично расположенную ей на одной оси выходную сторону 21, через которую из него выходит реакционная смесь, которая вместе с газообразными реагентами и продуктами реакции проходит через слой 18 катализатора по существу в радиальном, а точнее в радиально-осевом направлении.

Границы первого слоя 18 катализатора в направлении, параллельном оси А-А, образованы соответственно внешней и внутренней стенками 19а и 19b корзины 19, которая имеет форму цилиндрического кольца и стенки 19а и 19b которой выполнены перфорированными или иным образом проточными для газов, которые проходят через слой 18 катализатора в радиальном направлении. Снизу корзина 19 закрыта днищем 19с.

В слое 18 катализатора расположены теплообменники 22. Теплообменники 22 расположены и распределены, в частности, по окружности внутри кольцевой части первого слоя 18 катализатора. Теплообменники 22 имеют форму расположенных в радиальных плоскостях плоских полых прямоугольных параллелепипедов, длинные стороны 24 которых параллельны оси А-А корпуса 12.

В предлагаемом в изобретении реакторе можно использовать теплообменники 22, расположенные концентричными рядами вокруг центральной оси корпуса 12 реактора (такой вариант расположения теплообменников на чертежах не показан).

Теплообменники 22 имеют входной патрубок 26 для подачи в них текучего теплоносителя и выходной патрубок 27 для отвода из них текучего теплоносителя.

Предлагаемый в одном из вариантов осуществления изобретения показанный на фиг.1 реактор 10 имеет второй слой 28 катализатора по существу с кольцевым поперечным сечением. В принципе предлагаемый в изобретении реактор может иметь и другие, не показанные на чертежах слои катализатора.

Второй слой 28 катализатора обычным образом удерживается в корпусе 12 на заданном расстоянии от расположенного с ним на одной оси первого слоя 18 катализатора. Второй слой 28 катализатора имеет расположенные концентрично на одной оси входную сторону 30, через которую в него попадает реакционная смесь, и выходную сторону 31, через которую из него выходят продукты реакции. Газообразные реагенты и продукты реакции проходят через второй слой 28 катализатора по существу в радиальном, а точнее в радиально-осевом направлении.

Границы второго слоя 28 катализатора в направлении, параллельном оси А-А, образованы соответственно внешней и внутренней стенками 29а и 29b корзины 29, которая имеет форму цилиндрического кольца и стенки 29а и 29b которой выполнены перфорированными или иным образом проточными для газов, которые проходят через второй слой 28 катализатора в радиальном направлении. Снизу корзина 29 закрыта днищем 29с.

Во втором слое 28 катализатора расположены теплообменники 32. Теплообменники 32 расположены и распределены, в частности, по окружности внутри кольцевой части второго слоя 28 катализатора. Теплообменники 32 имеют форму расположенных в радиальных плоскостях плоских полых прямоугольных параллелепипедов, длинные стороны 34 которых параллельны оси А-А корпуса 12 реактора.

В предлагаемом в изобретении реакторе можно использовать теплообменники 32, расположенные концентричными рядами вокруг центральной оси корпуса 12 реактора (такой вариант расположения теплообменников на чертежах не показан).

Теплообменники 32 имеют входной патрубок 36 для подачи в них текучего теплоносителя и выходной патрубок 37 для отвода из них текучего теплоносителя.

По меньшей мере один из теплообменников 22 или 32, расположенных в слое 18 или 28 катализатора, в данном случае по меньшей мере один из теплообменников 22, соединен соответствующими трубами с патрубками, которые расположены снаружи на корпусе реактора.

В соответствии с одной из отличительных особенностей настоящего изобретения теплообменники 22 и 32 расположены только в определенной части соответствующего слоя 18 и 28 катализатора и образуют в соответствующем реакционном пространстве псевдоизотермическую и адиабатическую зоны.

В продольном направлении теплообменники 22 и 32 занимают почти всю высоту соответствующего слоя 18 и 28 катализатора, а в радиальном направлении - от 55 до 95% от его ширины или толщины. В предпочтительном варианте ширина теплообменников, расположенных в первом слое 18 катализатора, составляет от 65 до 80% от толщины слоя, а теплообменников, расположенных во втором слое 28 катализатора, - от 60 до 75% от толщины слоя.

В предлагаемом в изобретении реакторе нижние края теплообменников 22, расположенных в определенной части первого слоя 18 катализатора, лежат в плоскости его выходной стороны 21.

С другой стороны, верхние края теплообменников 32, расположенных во втором слое 28 катализатора, лежат в плоскости его входной стороны 30.

В реакторе, пример которого показан на фиг.1, теплообменники 22 и 32 расположены рядом с корпусом 12.

Предлагаемый в изобретении реактор содержит также распределитель 62 для распределения газообразных реагентов по всей входной стороне 20 первого слоя 18 катализатора, соединение 64, через которое выходная сторона 21 первого слоя 18 катализатора сообщается с входной стороной 30 второго слоя 28 катализатора, и распределитель 66 для распределения реакционной смеси по всей входной стороне 30 второго слоя 28 катализатора.

Следует отметить, что в предлагаемом в изобретении реакторе, пример которого показан на фиг.1, первый и второй слои 18 и 28 катализатора расположены внутри корпуса 12 в цилиндрическом патроне 40, ось которого совпадает с осью корпуса. При этом между патроном 40 и стенкой корпуса 12 остается свободное пространство 41.

Реактор, пример которого показан на фиг.1, имеет также выполненную в виде горловины по существу цилиндрическую верхнюю часть 42, которая крепится к верхней крышке 16 корпуса, диаметр которой меньше диаметра корпуса 12. В этой верхней части 42 реактора расположен трубчатый теплообменник 44.

В патроне 40 на входе в первый слой 18 катализатора расположена камера 52, в которой собираются подаваемые в реактор реагенты.

Выходящие из второго слоя 28 катализатора газообразные продукты реакции собираются в коллекторе 54, расположенном во внутренней стенке 29b корзины 29. Коллектор 54 соединен трубой 56 с трубчатым теплообменником 44, расположенным в верхней части 42 реактора.

Свободное пространство, остающееся между внутренней стенкой 19b корзины 19 и трубой 56, образует кольцевой канал 62а. Второй кольцевой канал 64а образован свободным пространством, остающимся между наружной стенкой 19а корзины 19 и патроном 40.

Еще один - третий - кольцевой канал 64b образован свободным пространством между патроном 40 и наружной стенкой 29а корзины 29.

Распределитель 62 для распределения газообразных реагентов по всей входной стороне 20 первого слоя 18 катализатора образован наружной стенкой 19а и/или внутренней стенкой 19b корзины 19. Для равномерного распределения газообразных реагентов по всей входной стороне первого слоя катализатора предназначены сквозные отверстия, выполненные соответствующим образом в стенках 19а и 19b корзины.

Соединение 64, соединяющее выходную сторону 21 первого слоя 18 катализатора с входной стороной 30 второго слоя 28 катализатора, образовано кольцевыми каналами 64а и 64b и промежуточной камерой 64с, в которой собирается смесь газов и которая расположена между первым и вторым слоями катализатора.

Распределитель 66 для распределения реакционной смеси газов по всей входной стороне 30 второго слоя 28 катализатора образован наружной стенкой 29а и/или внутренней стенкой 29b корзины 29. Для равномерного распределения реакционной смеси по всей входной стороне второго слоя катализатора предназначены сквозные отверстия, выполненные соответствующим образом в стенках 29а и 29b корзины.

На днище 14 корпуса реактора расположен патрубок 15 для подачи в реактор газообразных реагентов, а на верхней крышке 16, а точнее на верхней части 42 реактора, расположен парубок 17 для отбора из реактора продуктов реакции. Кроме того, на верхней крышке корпуса 12 под верхней частью 42 реактора 10 расположены патрубок 46 для подачи в первый слой 18 катализатора другого потока свежих газообразных реагентов, патрубок 48 для подачи текучего теплоносителя в теплообменники, расположенные в первом слое 18 катализатора, и патрубок 50 для подачи текучего теплоносителя в теплообменники, расположенные во втором слое 28 катализатора.

Предлагаемый в изобретении реактор 10 работает следующим образом.

Подаваемые в реактор 10 через патрубок 15, расположенный на днище 14 корпуса, газообразные реагенты поднимаются по кольцевому каналу 41 между корпусом 12 и патроном 40 и попадают в трубчатый теплообменник 44.

В трубчатом теплообменнике 44 газообразные реагенты предварительно нагреваются. Выходящие из трубчатого теплообменника 44 газообразные реагенты смешиваются в расположенной над первым слоем 18 катализатора камере 52 с газообразными реагентами, которые выходят через патрубок 37 из теплообменников 32, расположенных во втором слое 28 катализатора. Газообразные реагенты, подаваемые в реактор 10 через патрубок 48, проходят через пластинчатые теплообменники 22 и 32 в качестве текучего теплоносителя (о чем более подробно сказано ниже) и попадают в камеру 52, в которой они смешиваются с газообразными реагентами, предварительно подогретыми в трубчатом теплообменнике 44. Меняя количество газообразных реагентов, подаваемых в камеру 52 через патрубок 46, можно регулировать температуру смеси газообразных реагентов на входе в первый слой 18 катализатора.

Образующаяся в камере 52 смесь газообразных реагентов равномерно распределяется по всей входной стороне 20 первого слоя 18 катализатора, проходит через слой катализатора в радиальном направлении и выходит через его противоположную сторону 21.

Как показано на фиг.1а, расположенные в первом слое 18 катализатора теплообменники 22 образуют в нем две концентричные кольцевые зоны и, в частности, первую - адиабатическую - зону 18а без теплообменников и без отбора тепла, выделяющегося в процессе реакции, и вторую - псевдоизотермическую - зону 18b, выделяющееся в которой тепло отбирается протекающим через теплообменники 22 текучим теплоносителем (т.е. в данном случае хладоносителем).

Такое расположение теплообменников в первом слое 18 катализатора позволяет поддерживать температуру проходящих через слой катализатора газообразных реагентов на уровне, который соответствует температуре реакции при максимальном конверсионном выходе, и обеспечивает возможность работы реактора с высоким уровнем конверсии подаваемых в него реагентов.

Выходящие из первого слоя 18 катализатора газообразные реагенты и продукты реакции образуют реакционную смесь, которая попадает во второй слой 28 катализатора и проходит через него к центру реактора 10.

Как показано на фиг.1б, второй слой 28 катализатора также разделен на две зоны и, в частности, первую - псевдоизотермическую - зону 28b, в которой расположены теплообменники 32, и вторую - адиабатическую - зону 28а.

Выходящие из второго слоя 28 катализатора газообразные продукты реакции собираются в камере 54, по трубе 56 попадают в трубчатый теплообменник 44 (в котором, как уже было отмечено выше, происходит подогрев подаваемых в реактор газообразных реагентов) и выходят из реактора 10 через патрубок 17.

Как уже было отмечено выше, часть газообразных реагентов подают в качестве текучего теплоносителя в теплообменники 22 и 32.

Этот текучий теплоноситель через патрубок 26 подают в пластинчатые теплообменники 22, расположенные в первом слое 18 катализатора.

В пластинчатых теплообменниках 22 текучий теплоноситель движется в направлении от оси к корпусу реактора, т.е. движется прямотоком с газообразными реагентами, движущимися в слое 18 катализатора. Такое прямоточное движение препятствует чрезмерному отбору тепла из слоя катализатора, из-за которого обычно происходит снижение его эффективности.

Выходящий из теплообменников 22 текучий теплоноситель через патрубок 27 попадает по трубе 36а в патрубок 36 пластинчатых теплообменников, расположенных во втором слое 28 катализатора. Температуру этого текучего хладоносителя регулируют путем подачи свежего хладоносителя в трубу 36а через патрубок 50.

В пластинчатых теплообменниках 32 второго слоя 28 катализатора текучий теплоноситель движется в направлении от оси к корпусу реактора, т.е. в противотоке с газообразными реагентами, движущимися в слое 28 катализатора. Поскольку этот текучий теплоноситель проходит через теплообменники 32 второго слоя 28 катализатора частично подогретым, такое противоточное движение облегчает отбор тепла из второго слоя 28 катализатора и исключает опасность его переохлаждения. Текучий теплоноситель, выходящий из теплообменников второго слоя катализатора через патрубок 37, по трубе 37а попадает в расположенную над первым слоем 18 катализатора камеру 52, в которой он смешивается с подогретыми в трубчатом теплообменнике газами, о чем говорилось выше.

На фиг.2 показан выполненный по первому варианту предлагаемый в изобретении реактор 110, конструктивно схожий с описанным выше реактором 10. Элементы реактора 110, аналогичные таковым реактора 10, обозначены теми же, что и на фиг.1, позициями и повторно не рассматриваются.

В отличие от реактора 10 реактор 110 не имеет патрубка 48 для подачи газообразных реагентов в качестве текучего теплоносителя непосредственно в пластинчатые теплообменники.

Реактор 110 работает следующим образом.

Газообразные реагенты, подаваемые в реактор 110 через патрубок 15, расположенный на днище 14 корпуса, поднимаются по кольцевому каналу 41 между корпусом 12 и патроном 40.

В трубчатом теплообменнике 44 газообразные реагенты предварительно нагреваются. Выходящие из трубчатого теплообменника 44 газообразные реагенты по трубе 58 через патрубок 26 в качестве текучего теплоносителя (в данном случае хладоносителя) попадают в пластинчатые теплообменники первого слоя 18 катализатора.

В пластинчатых теплообменниках первого слоя катализатора охладитель движется в направлении от оси к корпусу реактора, т.е. в прямотоке с газообразными реагентами, движущимися в слое 18 катализатора. Температуру текучего хладоносителя в теплообменниках первого слоя катализатора регулируют путем подачи свежего текучего хладоносителя в трубопровод 36а через патрубок 50.

Текучий теплоноситель, выходящий через патрубок 27 из теплообменников, расположенных в первом слое катализатора, попадает через патрубок 36 в пластинчатые теплообменники, расположенные во втором слое 28 катализатора.

В пластинчатых теплообменниках второго слоя катализатора текучий теплоноситель движется от корпуса к оси реактора, т.е. в противотоке с газообразными реагентами во втором слое 28 катализатора. Текучий теплоноситель, выходящий из теплообменников второго слоя катализатора через патрубок 37, попадает обратно в расположенную над первым слоем 18 катализатора камеру 52 и в качестве газообразного реагента проходит через слои 18 и 28 катализатора тем же образом, что и в описанном выше реакторе 10.

На фиг.3, 3а и 3б показан выполненный по второму варианту предлагаемый в изобретении реактор, обозначенный общей позицией 210. Элементы реактора 210, аналогичные таковым реактора 10, обозначены теми же, что и на фиг.1, позициями и повторно не рассматриваются.

Предлагаемый в этом варианте осуществления изобретения реактор аналогично реактору 10 имеет теплообменники 22 и 32, расположенные в соответствующей зоне реакции в определенной части первого и второго слоев 18 и 28 катализатора.

В первом слое 18 катализатора теплообменники 22 расположены рядом с выходной стороной 21 слоя 18 катализатора.

И наоборот, во втором слое 28 катализатора теплообменники 32 расположены рядом с входной стороной 30 слоя 28 катализатора.

В реакторе, показанном на фиг.3, теплообменники 22 находятся в расположенной ближе к корпусу 12 части первого слоя 18 катализатора, а теплообменники 32 находятся в расположенной ближе к центральной оси А-А корпуса 12 части второго слоя 28 катализатора.

Как показано на фиг.3а, первый слой 18 катализатора разделен на две зоны и, в частности, первую - адиабатическую - зону 18а и вторую - псевдоизотермическую - зону 18b, в которой собственно и расположены теплообменники 22.

Как показано на фиг.3б, второй слой 28 катализатора также разделен на две зоны и, в частности, первую - псевдоизотермическую - зону 28b с теплообменниками 32 и вторую - адиабатическую - зону 28а, в которой нет теплообменников.

Реактор 210, предлагаемый в этом варианте осуществления изобретения, работает так же, как и показанный на фиг.1 реактор 10, за исключением того, что выходящие из первого слоя 18 катализатора газообразные реагенты проходят через второй слой 28 катализатора в направлении от оси к корпусу реактора, а выходящие из второго слоя 28 катализатора продукты реакции собираются в канале 60, соединенном с центральной трубой 56.

На фиг.4 показан выполненный по третьему варианту предлагаемый в изобретении реактор 310, конструктивно схожий с реактором 210, показанным на фиг.3. Элементы реактора 310, аналогичные таковым реактора 210, обозначены теми же, что и на фиг.3, позициями и повторно не рассматриваются.

В отличие от реактора 210 реактор 310 не имеет патрубка 48 для подачи газообразных реагентов в качестве непосредственно в пластинчатые теплообменники.

Реактор 310 работает следующим образом.

Газообразные реагенты, подаваемые в реактор 310 через патрубок 15, расположенный на днище 14 корпуса, поднимаются по кольцевому каналу 41 между корпусом 12 и патроном 40.

В трубчатом теплообменнике 44 газообразные реагенты предварительно нагреваются. Выходящие из трубчатого теплообменника 44 газообразные реагенты по трубе 58 через патрубок 26 в качестве текучего теплоносителя попадают в пластинчатые теплообменники 22 первого слоя 18 катализатора.

Движение текучего теплоносителя в пластинчатых теплообменниках 22 и 32 происходит так же, как и в реакторе 110, и поэтому не требует повторного описания.

Выходящий из теплообменников второго слоя катализатора через патрубок 37 текучий теплоноситель собирается в расположенной над первым слоем 18 катализатора камере 52 в виде подогретых газообразных реагентов.

Температуру этих газообразных реагентов на входе в первый слой 18 катализатора можно регулировать и путем изменения количества свежих газообразных реагентов, подаваемых в камеру 52 через патрубок 46.

Движение реакционной смеси через слои катализатора и отбор из реактора 310 продуктов реакции в этом варианте изобретения происходят так же, как и в описанном выше реакторе 210, и поэтому повторно не рассматриваются.

В настоящем изобретении предлагается также способ каталитического синтеза в радиальном реакторе, имеющем по существу цилиндрический корпус 12, закрытый с противоположных концов днищем 14 и крышкой 16, расположенный на оси корпуса 12 первый слой 18 катализатора по существу с кольцевым поперечным сечением, имеющий входную сторону 20, через которую в него попадают газообразные реагенты, и выходную сторону 21, через которую из него выходит реакционная смесь, множество расположенных и распределенных по существу в кольцевой части первого слоя 18 теплообменников 22, через которые проходит текучий теплоноситель, по меньшей мере один расположенный в корпусе 12 на одной оси с первым слоем 18 катализатора на заданном от него расстоянии второй слой 28 катализатора по существу с кольцевым поперечным сечением, имеющий входную сторону 30, через которую в него попадает реакционная смесь, и выходную сторону 31, через которую из него выходят газообразные продукты реакции, множество расположенных и распределенных по существу в кольцевой части второго слоя 28 катализатора теплообменников 32, через которые проходит текучий теплоноситель, заключающийся в том, что предусмотрена стадия распределения газообразных реагентов по всей площади входной стороны 20 первого слоя 18 катализатора, через которую газообразные реагенты попадают в него, и стадия распределения реакционной смеси по всей площади входной стороны 30 второго слоя 28 катализатора, через которую реакционная смесь попадает в него.

Из приведенного выше описания можно сделать вывод о том, что предлагаемый в изобретении радиальный реактор решает указанную выше положенную в основу изобретения задачу и обладает целым рядом преимуществ, первое из которых состоит в распределении газообразных реагентов вдоль входных сторон соответствующих слоев катализатора, длина которых меньше, чем у одного слоя катализатора в известных реакторах, что обеспечивает более высокую скорость прохождения газообразных реагентов через слои катализатора. Предлагаемые в изобретении решения способствуют более эффективному контролю степени изотермичности протекающей в реакторе реакции, повышают выход реактора и увеличивают срок службы катализатора и долговечность его внутренних деталей.

В предлагаемом в изобретении реакторе в каждом слое катализатора можно в зависимости от количества выделяющегося в нем тепла установить разное количество теплообменников.

Иными словами, в тех местах, где концентрация реагентов выше, а реакция соответственно протекает быстрее с выделением большего количества тепла, можно установить большее количество теплообменников. И наоборот, в тех местах, где концентрация реагентов ниже, а реакция соответственно протекает медленнее с выделением меньшего количества тепла, можно установить меньшее количество теплообменников. Таким способом можно уменьшить общее количество используемых в реакторе теплообменников и соответственно снизить его стоимость.

По этим же причинам для регулирования скорости прохождения реагентов через слои катализатора и степени изотермичности протекающих в них реакций в предлагаемом в изобретении реакторе можно изменять длину слоев катализатора.

Кроме того, в предлагаемом в изобретении реакторе температура реакции газообразных реагентов очень быстро увеличивается в адиабатической зоне первого слоя катализатора до температуры, соответствующей максимальному уровню конверсии, и не меняется в псевдоизотермической зоне первого слоя катализатора и в псевдоизотермической зоне второго слоя катализатора при полном окончании реакции на выходе из адиабатической зоны второго слоя катализатора.

В этом отношении при создании изобретения неожиданно было установлено, что наличие адиабатической зоны в предлагаемом в изобретении реакторе на выходе из второго слоя катализатора не только не снижает по сравнению с соответствующей псевдоизотермической зоной существенным образом конверсионный выход реактора, но заметно упрощает его конструкцию и обслуживание и облегчает загрузку и выгрузку катализатора.

Необходимо подчеркнуть, что существенным преимуществом так называемых показанных на чертежах реакторов с "бутылочной горловиной" (т.е. реакторов, предназначенных для работы при высоких давлениях, в которых диаметр верхней крышки намного меньше диаметра корпуса) с предлагаемой в изобретении компоновкой теплообменников является простота их сборки, обслуживания, управления и ремонта.

Расположенные в предлагаемом в изобретении реакторе в радиальных плоскостях пластинчатые теплообменники можно легко установить в соответствующем слое катализатора через выполненные в корпусе реактора люки или через верхнюю крышку реактора (диаметр которой, как уже было отмечено выше, меньше диаметра корпуса).

Помимо этого занимающие в радиальном направлении только часть слоя катализатора пластинчатые теплообменники обоих слоев катализатора легко доступны для обслуживания, демонтажа и замены (например, в результате износа) и не препятствуют загрузке и выгрузке катализатора.

Очевидно, что в описанные выше варианты выполнения реактора можно с учетом конкретных требований и обстоятельств вносить различные изменения и усовершенствования, которые в любом случае не выходят за объем изобретения, определяемый его формулой.

Реферат

Изобретение относится к химической промышленности и может быть использовано, в частности, для синтеза аммиака, метанола, формальдегида или стирола. На оси цилиндрического корпуса радиального реактора расположены слои катализатора. Слои имеют входные стороны, через которые в них попадают газообразные реагенты, и выходные стороны, через которые из них выходит реакционная смесь, и множество расположенных и распределенных в кольцевой части слоев теплообменников. В первом слое катализатора теплообменники расположены только в части этого первого слоя катализатора ближе к его выходной стороне. Во втором слое катализатора теплообменники расположены только в части этого второго слоя катализатора ближе к его входной стороне. В способе каталитического синтеза газообразные реагенты пропускают через первую - адиабатическую - зону в первом слое катализатора, а затем через первую - псевдоизотермическую - зону в первом слое катализатора, вторую - псевдоизотермическую - зону во втором слое катализатора и в заключение через вторую - адиабатическую - зону во втором слое катализатора. Обеспечивается повышение производительности конверсионного выхода реакторов при одновременном снижении потребления энергии, капиталовложений и затрат, связанных с их обслуживанием и ремонтом. 2 н. и 5 з.п. ф-лы, 4 ил.

Формула