Реактор синтеза аммиака

ОП ИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз СоветскихСоциалистическихРеспублик(22) Заявлено 27.06.80 (21) 2983023/23-26 с присоединением заявки Йо(23) ПриоритетГосударственный комитет СССР ио делам изобретений и открытийДата опубликования описания 230283ЕАКТОР СИНТЕЗА АММИАКА оне хии этинию вы сущи явля соде щ немкоро Изобретение относится к области .химического машиностроения, в частности к устройствам для ведения химических процессов, и может быть ис-. пользовано в нефтеперерабатывающей и нефтехимической промышленности для ведения: процессов синтеза аммиака, метанола и других подобных процессов, где химическое превращение протека- - ет с выделениЕм или поглощением теплаИзвестен реактор высокого давле-. ния, состоящий из корпуса, главного,. теплообменника и, иатализаторной коробки, находящегося внутри катализа тора, через который проходят двойные охлаждающие .трубы, конец каждой внутренней трубы, расположенный напротив входного отверстия, эырыт, в стен.ках каждой внутренней трубы на некотором расстоянии от входа выполнены отверстия, наружные трубы открыты на концах, противолежащих входным отверстиям внутренцих труб другие концы внешних труб закрыты 11.Такая конструкция реактора обеспечивает удовлетворительный температурный режим в зоне мимической реакции при оптимальных условиях ведения процесса. Однако она не позволяет поддерживать оптимальное значение температур во всей з имической реакции при изменен х условий,что ведет к сниже хода целевогопродукта.Наиболее близким по техническойости к предлагаемому устройству,ется реактор для синтеза аммиака,ржащнй корпус, размещенные втеплообменник, каталиэаторнуюбку .с группами .концентрическиустановленных трубок, внутренние изкоторых выполнены переменного диаметра по высоте, н коллектор для подвода газа. Сырье, поступающее вовнутренние трубки, проходит последовательно по ним и по кольцевому каналу между трубками Г 2 ),Недостатком этого реактора является низкий выход .целевого продуктаиз-за невозможности обеспечения оптимальной температуры во всей зоне.химической реакции при различных условиях ведения процесса, так как реактор выполнен на создание оптимальноготемпературного режима по длине зоныхимической реакции только лишь приноминальных значениях условий ведения процесса. В этом реакторе невозможно осуществить изменение температуры на одном иэ участков эоны хи 99778 бмической реакции без изменения температуры на других участках, хотятакая необходимость возникает при из-менении условий ведения процесса,Целью изобретения является увеличение выхода целевого продукта при Различных условиях ведения процесса.Поставленная цель доятигается тем,что в реакторе для синтеза аммиака,содержащем корпус, Размещенные в немтеплообменник, каталиэаторную коробку с группами концентрических трубок,внутренние из которых выполненыпеременного диаметра по высоте, иколлектор для подвода газа, внутренние трубкй выполнены переменной высо.ты увеличивающиеся по ходу газа снизу вверх, а коллектор снабжен поперечными глухими перегородками, образующими кольцевые каналы; к каждомуиз которых подключены группы трубокодинаковой длины,20Выполнение наружных трубок открытыми с обоих концов и укорочениекаждой последующей концентрическойтрубки по .отношению к предыдущейобеспечивает образование кольцевых 5концентрических каналов разной длины, расположенных вдоль зоны химической реакции, Изменение скоростидвижения сырья в концентрических каналах обеспечивает регулирование интенсивности теплообмена по участкамзоны химической реакции, что даетвоэможность создать оптимальные значения температур по всей зоне и увеличить выход целевого продукта. 35Снабжение каждойгруппы трубокодинаковой длины общим вводом сырьяпозволит регулировать расхрд сырья,а значит, и его скорость, в кольцевыхканалах независимо друг От друга. 40Это обеспечивает возможность независимого регулирования интенсивноститеплообмена на отдельных участкахзоны химической реакции при измененииусловий ведения процесса,а следовательно, способствует увеличению выхода целевого продукта.На чертеже изображен предлагаемыйреактор, продольный разрез.Реактор для синтеза аммиака содержит цилиндрический корпус 1, в котором установлены катализаторная коробка 2 и теплообменник 3. В слое катализатора 4, находящегося в коробке2, размещены группы концентрическихтрубок 5-7. Наружные трубки 5, предназначенные для отвода тепла иэ слоякатализатора 4, т.е. из зоны химической реакции, открыты с обоих концов,В трубках 5 концентрически размецены внутренние трубки б и 7 меньшегодиаметра, также открытые с обоих концов. Причем внутренняя трубка б выполнена короче наружной трубки 5, атрубка 7 выполнена короче трубки б, 5 наружной по отношению к ней. Трубки 5-7 образуют центральный и кольцевые каналы.Внутренние трубки б выполнены переменного диаметра. Все трубки.б закреплены в трубной доске 8 и имеют общий ввод 9, а трубки 7 закреплены в трубной доске 10 и имеют общий ввод 11.Вводы 9 и 11 служат для введения в реактор потоков сырья, управляющихинтенсивностью теплообмена между основным потоком сырья и зоной химической реакции в слое катализатора 4. Ввод 12 предназначен для подачи основного потока сырья в реакторе черезмежтрубнов пространство теплообменника 3, а Ввод 13 - для подачи дополнительного холодного сырья, минуя теплообменник 3, так называемого холодного байпаса, вывод 14 - для отвода готового продукта.В зоне химической реакции, благодаря разнице в длине трубок 5-7, образуются участки 15-17 независимого регулирования интенсивности теплообмена,Практически число внутренних трубок и, следовательно, число кольцевыхканалов может быть различным и определяется числом участков, на которыхтребуется осуществить независимое регулирование интенсивности.теплообмена.Реактор для синтеза, например, аммиака, работает следующим образом,Основной поток сырья поступает в реактор для синтеза аммиака через ввод 12, движется сверху вниз по зазору между стенкой корпуса 1 и катализаторной коробкой 2, затем прохожит межтрубное пространство теплообменника 3, где нагревается за счет тепла йродуктов реакции, смешивается с потоком холодного байпаса, поступающего через ввод 13, и поступает в группы концентрических трубок 5-7,Двигаясь далее по этим трубкам, сырье поступает в слой катализатора 4, где претерпевает химические превращения, ведущие к образованию аммиака. Реакция образования аммиака протекает с выделением большого количества тепла, Излишнее тепло из зоны химической реакции отводится посредством теплообмена между сырьем, проходящим через группы концентрических трубок 5-7, и зоной химической реакции. Для этого необходимо регулировать расход холодного байпаса через ввод 13. изменение этого расхода влечет за собой изменение температуры сырья, поступающего в группы трубок 5-7, что в свою очередь регулирует температуру в зоне химической реакции. Однако с целью обеспечения максимального выхода аммиака при изменении условий веденияпроцесса, например при изменении состава сырья, активности катализатора и т,д. необходимо пбддерживать оптимальную температуру на отдельных участках зоны химической реакции.При изменении условий ведения процесса изменяется количество теп- . ла, выделяющееся. на том или ином участке, что вызывает необходимость изменить интенсивность отвода тепла на отдельных участках эоны химической реакции.Интенсивность теплообмена регулируют изменением расхода управляющих потоков сырья через кольцевые каналы, образованные концентрическими трубками 5-7. 15Например, увеличение расхода аярья через кольцевбй канал вызываетувеличение скорости движения сырья в нем, а следовательно, интенсифицирует теплообмен между поверхностя ми, разделенными кольцевым канапом.Изменение интенсивности теплообмена на участке 15 достигается за счет изменения расхода потока холодного байпаса через ввод 13, а на р 5 участках 16 и 17 за счет изменения. .расхода управляющих потоков, соответственно, через вводы 9 и 11. Так, изменение расхода сырья через ввод 11 приведет к изменению теплопередачи через кольцевой канал, образованный трубками 6 и 7, а значит, к изменению интенсивности теплообмена между основным потоком сырья в центральном канале и участком 17 эоны реакции.На этом участке кольцевой канал между. трубками 5 и 6 очень узок, поэтому скорость движения сырья через него при любом расходе велика и не оказывает существенного влияния на теплообмен. 40Изменение расхода управляющего потока через ввод 9 приводит к изменению скорости движения сырья в кольцевом канале, образованном трубками 5 и 6. Вследствие изменения теплопроводности этого канала изменяется и интенсивность теплообмена на участке 16.Благодаря тому, что внутренние трубки 6 имеют переменный диаметр, скорость движения в кольцевых каналах изменяется по длине этих трубок и при неизменном расходе через вводы 9 и 11, что также влияет на интенсивность теплообмена.Предлагаемое устройство реактора для синтеза аммиака позволяет изменять температуру в зоне химической реакции на отдельных участках.практически независимо друг от друга, что обеспечивает оптимальное значение температур в зоне реакции на всем ее протяжении при различных условиях ведения процесса, благодаря чему увеличится выход аммиака на 1%.Формула изобретенияРеактор синтеза аммиака, содержащий корпус, размещенные в нем теплообменник, катализаторную коробку сгруппами концентрически установленных трубок, внутренние иэ которых выполнены переменного диаметра по высоте, и коллектор для подвода газа,о т л и ч а ю щ и й с я тем, что,с целью увеличения выхода целевогопродукта путем осуществления регулирования температуры по высоте катализатора, внутренние трубки выполнены переменной высоты, увеличивающейся по ходу" газа снизу вверх, а коллектор снабжен поперечными глухимиперегородками, образующими кольцевыеканалы, к каждому из которых подключены группы трубок одинаковой длины.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1, Патент ФРГ Р 1542215,кл. 12 ц, 4/02, 1965.2. Патен Франции 9 2141488,кл. В 01.4 8/04, 1971,:997786 ставитель М.Клыковхред Е.Харитончик Корректор Г.Ога Н.Пушненков Зак 996/9 Тираж 535 ВНИИПИ Государственного комитета по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Я, Раушская на