Способ проведения химической реакции

11594626 Сиво Советских Социалистических Республик) Дата опубликования описания 07.01.82 72) Авторыизобретвния М, Х, Сосна, И, В. Мейтин, Е. 3, Каждан и В. П. Семено 71) Заявитель 4) СПОСОБ ПРОВЕДЕНИЯ ХИМ Ой РЕАКЦИ Изобретение относится к способу проведения химической реакции и может быть использовано в химической и нефтехимической промышленности, например, для проведения конверсии углеводородов с паром на катализаторе, в процессах окисления пропилена в акролеин и получения окиси этилена из этилена,В реакционные трубы современных трубчатых печей загружают катализатор одного размера. При этой загрузке имеет, место неоднородное распределение гранул катализатора по высоте и сечению трубы и возможно образование сквозных каналов 1.Известен способ проведения химической реакции в реакционной трубе путем пропускания газа через многослойный катализатор с изменением размеров гранул по слоям, причем загружают в реакционную трубу длиной 8 - 12 м катализатор с грану- лами двух размеров, чередующимися по слоям, что позволяет прервать сквозные каналы в местах контакта слоев и не допустить образования таких каналов по всей длине трубы, число слоев 8, а высота каждого слоя 1 - 1,5 м 21,Недостатком этого способа является незначительное увеличение производительности и выхода целевого продукта, Это вызвано тем, что применяемый закон изменения размера гранул катализатора по ходугаза не является эффективным, а такжетем, что высота каждого слоя катализато 5 ра с различным размером гранул слишкомбольшая, поэтому возникающий в радиальном направлении поток газа существуетлишь на небольшом участке высоты каждого слоя катализатора,Целью изобретения является повышениепроизводительности и выхода целевогопродукта,Поставленная цель достигается в способе проведения химической реакции, со 15 стоящем в пропускании газа через многослойный катализатор с изменением размера гранул в последовательных по ходу газа слоях реакционной трубы по квазисинусоидальному закону, высота каждого слоя20 гранул катализатора составляет не более2 - 5% общей длины реакционной трубы,но не менее десяти размеров наименьшихгранул катализатора.Указанный способ обеспечивает повы 25 шение производительности реакционнойтрубы на 5 - 15 оо и высокую степень химического реагирования. Благодаря тому, чтовысота каждого слоя катализатора с различным размером гранул значительно меньше, чем в известном, возникающий в ра5 10 15 20 25 зо 35 45 55 65 диальном направлении поток газа существует и развивается по высоте каждого слоя катализатора, следовательно, увеличивается скорость переноса тепла и средняя по сечению трубы температура газа, кроме того, увеличивается скорость переноса исходного газа в зону реакции, продуктов реакции из зоны реакции, а тепла в зону реакции.П р и м е р 1. В реакционную трубу диаметром 98 мм и высотой 8 м трубчатой печи загружают кольцевидный никелевый катализатор с наружным диаметром 10 мм, 15 мм, 20 мм по квазисинусоидальному закону. Слои катализатора каждого размера высотой 400 мм загружают в следующем порядке:1-й слой - гранулы с наружным диаметром 10 мм; 2-й слой - 15 мм; 3-й слой - 20 мм; 4-й слой - 15 мм; 5-й слой - 10 мм; 6-й слой - 15 мм; 7-й слой - 20 мм и т, д.Всего загружают 20 слоев катализатора, Предлагаемая многослойная загрузка, в которой чередуются слои с гранулами 3-х размеров, обеспечивает прерывание каналов в местах контакта соседних слоев и позволяет не допустить образование сквозных каналов по всей длине трубы.В реакционную трубу подают смесь метана и водяного пара при 480 С и соотношении парогазовой смеси 4: 1, Расход метана составляет 95 нм/ч. Газовая смесь проходит последовательно через 1-й слой катализатора, 2-й слой, 3-й слой, 4-й слой и т. д. 20 слоев катализатора.Гидравлическое сопротивление частей слоев, расположенных ближе к оси трубы, изменяется от слоя к слою намного меньше, чем частей слоев, находящихся у стенки трубы. Чем больше диаметр гранул, тем это сопротивление частей слоев, находящихся у стенки трубы, меньше. Поэтому при переходе газовой смеси из первого слоя во второй и далее по мере ее движения по второму слою газовая смесь движется в радиальном направлении к стенке трубы. При переходе газовой смеси в третий слой и далее при ее движения в третьем слое смесь продолжает двигаться в радиальном направлении к стенке трубы, а расход газо. вой смеси ближе к оси трубы и у стенки достигает минимальной и максимальной величины соответственно, Благодаря этому радиальному движению газа происходит перемешивание потоков более холодных частей газовой смеси, находящихся ближе к оси трубы, с потоками более горячими, расположенными у стенки трубы.Скорость переноса тепла увеличивается, поэтому увеличивается средняя температу. ра газовой смеси, вследствие чего растет степень химического реагирования. Кроме того, перемешивание газовой смеси, благодаря движению газовой смеси в радиальном направлении, приводит к тому, что растет скорость процесса переноса продуктов реакции из зоны реакции и в зону реакции газовой смеси и увеличивается скорость переноса тепла в зону реакции. При дальнейшем движении газовой смеси в четвертом, пятом и шестом слоях возникает и развивается движение газа в радиальном направлении от стенки трубы к оси. При этом влияние на конверсию метана радиального движения газовой смеси от стенки трубы к оси аналогично движению газовой смеси к стенке трубы.В следующих слоях газовая смесь также меняет свое направление аналогично описанному. Из 20-го слоя катализатора газовая смесь выходит с температурой 800 С, давлением 25 ати и составом,. %: 3,47 СН 4, 6,13 СО, 43,2 НО; 41,5 Н, 5,68 СО,Указанный способ по сравнению с аналогом при том же расходе метана, отношении парогазовой смеси и при тех же условиях парогазовой смеси на входе в реакционную трубу обеспечивает повышение выхода водорода на 4 об, %, и уменьшение содержания остаточного метана на 2 об.%, что говорит о значительном увеличении степени химического реагирования и соответственно производительности по водороду.П р и м е р 2, Интенсификация процессов тепло- и массообмена имеет место и при проведении реакции каталитического превращения пропилена в акролеин в трубе, загруженной чередующимися слоями сферического катализатора.В трубу с внутренним диаметром 20 мм загрузили 35 слоев катализатора высотой по,100 мм следующих размеров: 1-й слой - 3 мм; 2-й слой - 4 мм; 3-й слой - 6 мм; 4-й слой - 4 мм; 5-й слой - 3 мм; 6-й слой - 4 мм и т. д.Давление и температура газовой смеси на входе в трубу - 4 ати и 250 С. Состав смеси на входе, вес. %: 92,8 СзН, и 2,7 О. Весовой расход смеси 35500 кг/ч м.Состав на выходе из трубы, загруженной чередующимися слоями катализатора, сравнивался с аналогичным составом при однослойной загрузке катализатора размером 4 мм в трубу того же диаметра при тех же условиях на входе в трубу.Количество остаточного кислорода на выходе из трубы при многослойной загрузке 4,54%, а при однослойной загрузке 4 78%Уменьшение процента остаточного кислорода объясняется так же, как и в предыдущем примере: припереходе от слоя катализатора одного размера к слою катализатора другого размера происходит смешение более горячих потоков реагирующей смеси с более холодными, увеличивается средняя (по сечению) температура смеси, увеличиваются скорости химических реакций и594626 Формула изобретения Составитель В. Кирюшкин Техред И. Заболотнова Редактор Т, Морозова Корректор С. Файн Заказ 27/32 Изд.106 Тираж 576 ПодписноеНПО Поиск Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113 О 35, Москва, Ж, Раушскаи наб., д. 4/5 Тна. Харьк. фил. пред. Патент процессов тепло- и массопереноса. Все это приводит к увеличению схенени химического реагирования. Способ проведения химической реакции путем пропускания газа через многослойный катализатор с изменением размера гранул по слоям в реакционной трубе, о тличающийся тем, что, с целью повышения удельной производительности и выхода целевого продукта, изменение размера гранул катализатора в последовательных слоях по ходу газа осуществляют по квазисинусоидальному закону, причем высота каждого слоя гранул катализатора составляет не более 2 - 5% общей длины реак ционной трубы, но не менее десяти размеров наименьших гранул катализатора. Источники информации, принятые вовнимание при экспертизе:10 1. Вакк Э, Г. и Семенов В. П. Каталитическая конверсия углеводородов в трубчатых печах. М., Химия, 1973.2. Патент США2006078, кл. 23-288,25.06.35.