Устройство для инициирования реакции конверсии аммиака

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИНИЦИИРОВАНИЯ РЕАКЦИИ КОНВЕРСИИ АММИАКА, содержащее корпус, внутри которого расположен слой катализаторных сеток и электронагревательный элемент, выполненный в виде полос, отличающееся тем, что, с целью повышения безопасности процесса за счет уменьшения периода времени инициирования по всей площади слоя сеток, полосы размещены по всей площади слоя сеток эквидистантно с шагом, равным 100 - 250 ширины полосы, при этом отношение ширины полосы к толщине слоя сеток составляет 1 - 10.

Изобретение относится к устройствам для инициирования реакции конверсии аммиака на слое платиноидных катализаторных сеток при пропускании сквозь сетку потока реагентов - газовой смеси, содержащей аммиак и кислород. Оно может быть использовано преимущественно в реакторах каталитической конверсии аммиака, в частности в производствах неконцентрированной азотной кислоты.
Цель изобретения - повышение безопасности процесса за счет уменьшения периода времени инициирования реакции конверсии аммиака по всей площади слоя сеток.
На фиг. 1 изображено в продольном разрезе устройство для инициирования реакции конверсии аммиака на слое платиноидных катализаторных сеток в реакторе; на фиг. 2 - вид сверху фиг. 1; на фиг. 3 - вид сверху фиг. 1 эквидистантного размещения по всей площади слоя сеток полос электронагревательного элемента.
Устройство для инициирования реакции конверсии аммиака содержит электронагревательный элемент в виде полос 1, поверхность которых находится в непосредственном контакте с поверхностью слоя платиноидных катализаторных сеток 2, выполненным, например, в виде круглого диска. Слой сеток устанавливается в реакторе конверсии аммиака 3, например, между фланцами 4. Полосы 1 размещены по всей площади слоя сеток 2 эквидистантно с шагом t, равным 100-250 ширин полосы h[t = (100-250) h] и каждая полоса имеет ширину h, равную 1/10 толщин слоя сеток [h = (1-10) ]. Подвод электропитания к электронагревательному элементу в виде полос 1 осуществляется, например с помощью вводного устройства 5.
Устройство для инициирования реакции конверсии аммиака работает следующим образом.
Электронагревательный элемент включается в электросеть с помощью вводного устройства 5 и разогревается при этом до 220-1000^оС (в зависимости от значений технологических параметров процесса инициирования давления, температуры, расхода смеси реагентов). Затем в реактор 3, например, сверху вниз подается смесь реагентов, содержащая аммиак и кислородсодержащий газ с удельной нагрузкой площади слоя сеток по аммиаку не менее 0,02 кг/м² с. На локальных участках слоя катализаторных сеток 2, прилегающих к полосам 1 электронагревательного элемента инициируется реакция конверсии аммиака, причем образующиеся линии фронтов зон инициированной реакции эквидистанты по отношению к линиям границ полос 1 электронагревательного элемента. После этого электронагревательный элемент отключается от электросети и распространение зон реакции по всей площади слоя катализаторных сеток 2 происходит самопроизвольно. При этом фронты зон реакции конверсии аммиака, инициированные от смежных границ полос 1 электронагревательного элемента, движутся навстречу друг другу. Вследствие того, что полосы 1 размещены по всей площади слоя сеток 2 эквидистантно с шагом t, равным 100-250 ширины полосы h[t = =(100-250) h], и каждая полоса имеет ширину h, равную 1-10 толщины слоя сеток [h = (1-10) ], существенно повышается безопасность процесса за счет резкого уменьшения периода времени инициирования реакции по всей площади слоя сеток 2 (см. результаты сравнительных испытаний заявленного устройства и устройства-прототипа).
П р и м е р. Испытания проводят в реакторе окисления аммиака прямоугольного сечения размером 10х600 мм. В качестве катализатора используют слой (пакет) из стандартных платиноидных сеток, каждая из которых выполнена из проволоки диаметром 0,09 мм, устанавливаемого между фланцами верхней и нижней частей реактора. Реактор снабжен окном визуального наблюдения за ходом распространения инициированной реакции окисления аммиака по площади слоя сеток, а также для снятия этого процесса на кинопленку с целью расчета времени распространения реакции. Реактор оснащен штуцерами для подачи смеси реагентов и вывода продуктов реакции, а также термодатчиком для измерения температуры слоя сеток. В качестве смеси реагентов используют газовую систему аммиак-кислород с концентрацией аммиака 2-12 мас.% с исходной температурой 20^оС, которую под атмосферным давлением и с расходом до 10 нм³/ч подают в реактор. Электронагревательный элемент выполняют в виде прямых отрезков (полос) нихромовой проволоки, заключенной в кварцевые изоляторы. Поверхности этих полос, непосредственно соприкасающиеся с поверхностью слоя платиноидных катализаторных сеток и имеющие ширину h, равную 1-10 толщины слоя сеток [h = (1-10) ], размещают на поверхности слоя сеток перпендикулярно продольной оси сечения реактора эквидистантно (в данном случае параллельно) с шагом t, равным 100-250 ширины полос h[t = (100-250)h]. Электронагревательные элементы параллельно подсоединяют к токоведущим шинам, размещенным вне корпуса реактора. Нагрев осуществляют от источника постоянного тока. Напряжение и ток, подаваемые на электронагревательные элементы, фиксируют по включенным в цепь вольтметру и амперметру. Количество платиноидных сеток в слое выбирают от одной до пяти. Испытания проводят следующим образом. Подают электропитание на нагревательный элемент и нагревают его до 220-1000^оС, которую рассчитывают с использованием известных зависимостей, а также контролируют с помощью термодатчика. Затем в реактор подают поток реагента - газовую смесь, содержащую аммиак и кислород, при нагрузке по аммиаку не менее 0,02 кг/м² с. На нагретых участках слоя сеток вблизи краев полос нагревательных элементов инициируется реакция конверсии аммиака, линия фронта которой начинает распространяться по площади сеток. В таблице в качестве примера приведены результаты шести опытов по инициированию реакции конверсии аммиака на слое из одной платиноидной сетки на верхнюю, средние и нижние пределы предлагаемых режимных параметров (опыты 1-3), а также за их пределами (опыты 4-6). Данные результаты получены при концентрации аммиака 8 об.% и расходе газовой смеси из условия оптимального времени контакта с катализатором 3,25 нм³/ч. Аналогично результаты получены и при других параметрах потока реагентов и слоя сеток. Из таблицы видно, что инициировать реакцию на слое сеток при ширине электронагревательного элемента меньше толщины слоя сеток (см. опыты 4 и 5) невозможно ни при каких условиях из-за значительного отвода тепла по границам полос электронагревательного элемента. Выигрыш по времени распространения реакции по всей площади слоя сеток и, следовательно по длине равной половине расстояния между краями полос 1', равно (t - h)/2 между двумя смежными полосами элемента и от единичной полосы составляет в заявленном интервале режимных параметров 33-15% . Кроме того, результаты экспериментов (опыт 6) показывают, что увеличение шага свыше 250 значений ширины полосы электронагревательного элемента приводит к резкому снижению эффекта самоускорения (выигрыш по времени составляет 2%) и значительному увеличению времени самого процесса самораспространения.
Использование предполагаемого устройства для инициирования реакции конверсии аммиака на слое катализаторных сеток позволяет, по сравнению со способом-прототипом, сократить время инициирования на 15-33%, что приведет к повышению безопасности процесса из-за существенного снижения количества образующихся в процессе инициирования нитрит-нитратных солей.
Изобретение относится к устройствам для инициирования реакции конверсии аммиака на слое платиноидных катализаторных сеток и позволяет повысить безопасность процесса. Устройство содержит электронагревательный элемент в виде полос, поверхность которых находится в непосредственном контакте с поверхностью слоя сеток. Полосы размещены по всей площади слоя сеток эквидистантно с шагом 100 - 250 ширин полосы и каждая полоса имеет ширину 1 - 10 толщин слоя сеток. 3 ил., 1 табл.