NO300090B1 - Katalytisk reaktor - Google Patents
Katalytisk reaktor Download PDFInfo
- Publication number
- NO300090B1 NO300090B1 NO932585A NO932585A NO300090B1 NO 300090 B1 NO300090 B1 NO 300090B1 NO 932585 A NO932585 A NO 932585A NO 932585 A NO932585 A NO 932585A NO 300090 B1 NO300090 B1 NO 300090B1
- Authority
- NO
- Norway
- Prior art keywords
- catalyst
- zone
- gas
- radial flow
- segment
- Prior art date
Links
- 230000003197 catalytic effect Effects 0.000 title claims description 12
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 claims description 89
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims description 84
- 239000000376 reactant Substances 0.000 claims description 5
- 230000033228 biological regulation Effects 0.000 claims description 3
- 239000012530 fluid Substances 0.000 claims description 2
- QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N Ammonia Chemical compound N QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 20
- 229910021529 ammonia Inorganic materials 0.000 description 10
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 9
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 8
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 7
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 description 7
- 239000000463 material Substances 0.000 description 5
- 238000000034 method Methods 0.000 description 5
- 238000007789 sealing Methods 0.000 description 5
- 239000000112 cooling gas Substances 0.000 description 4
- 239000011800 void material Substances 0.000 description 4
- OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N Methanol Chemical compound OC OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000013461 design Methods 0.000 description 3
- 230000035699 permeability Effects 0.000 description 3
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 3
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000000903 blocking effect Effects 0.000 description 2
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 2
- 239000004744 fabric Substances 0.000 description 2
- 238000005243 fluidization Methods 0.000 description 2
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 2
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 description 1
- 238000006555 catalytic reaction Methods 0.000 description 1
- 230000006835 compression Effects 0.000 description 1
- 238000007906 compression Methods 0.000 description 1
- 238000009833 condensation Methods 0.000 description 1
- 230000005494 condensation Effects 0.000 description 1
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 1
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 230000009977 dual effect Effects 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 239000002638 heterogeneous catalyst Substances 0.000 description 1
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 1
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000014759 maintenance of location Effects 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 238000009827 uniform distribution Methods 0.000 description 1
- 239000002912 waste gas Substances 0.000 description 1
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J8/00—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes
- B01J8/02—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes with stationary particles, e.g. in fixed beds
- B01J8/0207—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes with stationary particles, e.g. in fixed beds the fluid flow within the bed being predominantly horizontal
- B01J8/0214—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes with stationary particles, e.g. in fixed beds the fluid flow within the bed being predominantly horizontal in a cylindrical annular shaped bed
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J8/00—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes
- B01J8/02—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes with stationary particles, e.g. in fixed beds
- B01J8/04—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes with stationary particles, e.g. in fixed beds the fluid passing successively through two or more beds
- B01J8/0403—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes with stationary particles, e.g. in fixed beds the fluid passing successively through two or more beds the fluid flow within the beds being predominantly horizontal
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J8/00—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes
- B01J8/02—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes with stationary particles, e.g. in fixed beds
- B01J8/04—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes with stationary particles, e.g. in fixed beds the fluid passing successively through two or more beds
- B01J8/0492—Feeding reactive fluids
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01C—AMMONIA; CYANOGEN; COMPOUNDS THEREOF
- C01C1/00—Ammonia; Compounds thereof
- C01C1/02—Preparation, purification or separation of ammonia
- C01C1/04—Preparation of ammonia by synthesis in the gas phase
- C01C1/0405—Preparation of ammonia by synthesis in the gas phase from N2 and H2 in presence of a catalyst
- C01C1/0417—Preparation of ammonia by synthesis in the gas phase from N2 and H2 in presence of a catalyst characterised by the synthesis reactor, e.g. arrangement of catalyst beds and heat exchangers in the reactor
- C01C1/0429—Fluidized or moving bed reactors
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Fluid Mechanics (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Devices And Processes Conducted In The Presence Of Fluids And Solid Particles (AREA)
- Physical Or Chemical Processes And Apparatus (AREA)
Description
Foreliggende oppfinnelse angår en katalytisk reaktor med radial strømning, omfattende en sylindrisk trykktank, én eller flere sylindriske kurver innrettet for konsentrisk montering i trykktanken, samt en sentral varmeveksler i det indre område av i det minste den øverste av kurvene, idet kurvene og varmeveksleren står i fluidforbindelse med reaktant- og utløpsgas-ser.
Vanligvis syntetiseres ammoniakk mer eller mindre ved anvendelse av et enkeltprosess-system, og det forskes hovedsakelig med henblikk på å forbedre katalysatorvirkemåten og reaktorkonstruksjonen. I senere år er aksialstrømnings-katalysatorlag erstattet av katalysatorlag for stort sett radial-eller kombinerte aksial- og radialstrømninger som vil gi redusert trykkfall med derav følgende innsparing i kompresjons-energi, og muliggjøre bruk av katalysator av mindre dimensjo-ner og høyere aktivitet. Likevel har radialstrømnings-baserte reaktorer visse ulemper i forbindelse med lagets øyre, avtet-tete sone (vanligvis benevnt "fribordsonen"). Av ulempene kan nevnes lavstrømningssoner som kan forårsake både redusert katalysatorytelse og lokale "varmpunkter" og mulighet for fluidisering av fribordsonen grunnet tap av katalysatortet-ningshøyde når laget synker sammen. Både ved radial- og aksial/radialkonstruksjoner behøves en tetningssone av ekstra katalysator, for å unngå overdreven omføring etter at katalysatorlaget er avsatt.
Senere tids reaktorkonstruksjoner er beskrevet i US-patentskrift 4 372 920, 4 405 562, 4 755 362, 4 769 220, 4 904 453, 4 952 375 og 4 963 338. Ifølge 4 372 920 er én eller flere katalysatorinneholdende kurver innkapslet i en patronmodul med en kombinasjon av perforerte og uperforerte vegger som skal muliggjøre både aksial- og radialstrømning gj ennom lagene.
Ifølge 4 405 562 skal en varmeveksler som er anordnet sentralt og aksialt i den ovennevnte patron, anvendes til foroppvarming av innløpsgassen ved varmeveksling med utløps-gassen. Den forvarmete innløpsgass sammenblandes dessuten med ny gass, for temperaturregulering.
I 4 755 362, 4 904 453 og 4 952 375 er det beskrevet en prosess for ombygging av aksialstrømnings-ammoniakkreaktorer til en aksial/radialstrømningsreaktor, basert på den beskrevne konstruksjon ifølge de ovennevnte patentskrifter.
I 4 76 9 22 0 er det beskrevet en heterogen synteseomformer med et vekslende antall innerpatroner av lignende konstruksjon som ifølge 4 405 562, med flere innføringspunkter for ny gass.
I 4 963 338 er det beskrevet en angivelig forbedret prosess for heterogen syntese, hvorved den syntetiske katalysator fordeles i tre katalysatorlag, enten i en aksial-radialkombi-nasjon eller utelukkende radiale, og temperaturreguleringen gjennomføres med ny kjølegass og indirekte avkjøling med en midtre, aksialmontert varmeveksler.
US-patentskrift 4 230 669 og 4 346 060 beskriver et radialt ammoniakkomformersystem med første og andre varmevekslere samt første, andre og tredje katalysatorlag.
Formålet med oppfinnelsen er å finne en løsning hvorved man unngår de ovennevnte ulemper ved den kjente teknikk på om-rådet, nærmere bestemt å avhjelpe de problemer i forbindelse med den kjente teknikk, som skyldes katalysator-ineffektivitet som følge av fluidisering i radialkonstruksjonen og varmepunk-ter både i radial- og aksial/radialkonstruksjonene.
Dette oppnås ifølge oppfinnelsen ved en katalytisk reaktor av den innledningsvis angitte art, med de nye og særegne trekk som er angitt i den karakteriserende del av det etter-følgende krav 1. Fordelaktige utføringsformer av oppfinnelsen er angitt i de øvrige etterfølgende krav.
Oppfinnelsen skal i det følgende beskrives nærmere under henvisning til tegningene, hvor: Figur 1 viser et snitt, delvis i perspektiv, av én ver-sjon av den katalytiske reaktor ifølge oppfinnelsen, omfattende en øvre katalysatorkurv med en innvendig varmeveksler og en del av en nedre katalysatorkurv uten varmeveksler. Figur 2 viser et detalj snitt av den øvre kurv i den katalytiske reaktor ifølge figur 1, som illustrerer den første radialstrømningssone, katalysatorrennen og et parti av den andre radialstrømningssone. Figur 3 viser et fremre perspektivriss, langs linjen 3-3 i figur 2, av den øvre kurvdetalj ifølge figur 2, og illustrerer hele gassfordelersystemet. Figur 4 viser et snitt, langs linjen 4-4 i figur 2 og sett ovenfra, og omfattende en bæreskinne i en innløpskanal til den første radialstrømningssone. Figur 5 viser et snitt, langs linjen 5-5 i figur 2, av den øvre kurv ifølge figur 2 og av en halvsirkelformet katalysatorifyllings- og uttømmingskanal med plugg. Figur 6 viser et detaljsnitt, langs linjen 6-6 i figur 2, av den øvre kurv ifølge figur 2, og illustrerer et halvsirkelformet, flensforsynt deksel over katalysatorifyllings- og ut-tømmingskanalen, og plasseringen av en støtteskinne i en ut-løpskanal fra den andre radialstrømningssone.
Oppfinnelsen er delvis basert på en utførelsesform av en heterogen radialstrømnings- og fastlags-katalysereaktor som effektivt vil avhjelpe de ovennevnte problemer i forbindelse med katalysatorlagets fribordsone.
Det er i figur 1 vist en katalytisk reaktor 10 omfattende en sylindrisk trykktank 11 med to innmonterte og selvstendige, sylindriske katalysatorbærekurver 100 og 200. Tanken 11 innbefatter et hovedinnløpsrør 12 for innføring av en gassholdig reaktantblanding, eksempelvis en ammoniakksyntesegass, og et utløpsrør 14 for avleding av en utstrømningsgass, f.eks. et ammoniakkholdig produkt. Innløpsrøret er fortrinnsvis utstyrt med et ekspansjonsledd 16 av belgtype som skal øke rørets bøyelighet, og et varmeskjold (ikke vist) for begrenset varme-overføring. Kjølegass kan innføres i den øvre kurven 100 gjennom et sekundærinnløpsrør 18 med et antall utborete huller 20 i utløpsenden 22.
Selv om det er vist to kurver, kan antallet som benyttes variere i overensstemmelse med operatørens ønske. Reaktoren 10 vil typisk omfatte en rekke av to eller flere katalysatorlag som understøttes individuelt av en kurvekonstruksjon. Ifølge oppfinnelsen kjennetegnes strømningen gjennom katalysa-torlagene ved et stort sett dobbelt radialstrømningsmønster.
Som tydeligst vist i figur 2, omfatter kurven 100 et ringformet katalysatorlag 101 med en første radialstrømnings-katalysatorfribordsone 102 og en andre radialstrømnings-kata-lysatorprimærsone 104 som er forbundet med hverandre gjennom en stort sett gassugjennomtrengelig katalysatorrenne 106. Gassen strømmer fra den første sone 102 til en andre sone 104 gjennom en ringformet kanal 30 som avgrenses mellom kurven 100 og sideveggen av tanken 11. Kanalen 3 0 er i den øvre ende lukket med en tetningsplate 32 og i den nedre ende med en kjeglestumpformet lagbærering 34 (se figur 1).
Den første sone 102 avgrenses mellom en gassgjennomtrengelig, sylindrisk yttervegg 108, en gassgjennomtrengelig, sylindrisk innervegg 110, en gassugjennomtrengelig, nedre ring 111 og en fjernbar, gassugjennomtrengelig øvre ring 113. Ytterveggen 108 og innerveggen 110 er fremstilt av et tråddukmateriale med en maskestørrelse som er egnet for tilbakehold-ing av katalysatorpartikler og som frembyr betydelig mindre motstand mot gasstrømmer enn katalysatorpartiklene. Et parti av veggen 108 kan omfatte maskeløse seksjoner av et gassugjennomtrengelig materiale som kreves for avdeling av en segmen-tarisk utløpsfordeler 118.
Utløpsfordeleren 118 som er forbundet med ytterveggen 108 av den første sone 102, omfatter en sylindrisk sidevegg 119 av selektiv gasspermeabilitet, og et antall innvendige og tverrstilte, gassugjennomtrengelige delingsringer 130. Utløpsfor-deleren 118 deler den første sone 102 i et omføringssegment 116 uten katalysator og fortrinnsvis tre innbyrdes tilstøten-de, katalysatorfylte segmenter 124, 126 og 128. Selv om to eller flere katalysatorsegmenter kan anvendes alt etter krave-ne til praktisk utforming, er tre katalysatorsegmenter foretrukket og vist utelukkende i illustrasjonsøyemed.
Den segmentariske utløpsfordeler 118 regulerer reaktant-gasstrømmen gjennom den første sones segmenter. Som tydeligst vist i figur 3, er huller eller perforeringer i passende antall og størrelse utboret eller på annen måte utformet i for-delersylinderveggen 119, for å gi hvert segment den ønskete gasspermeabilitet, og opprette en radialstrømningsmotstand i segmentet. I utløpsfordeleren 118 vil ensartete huller 132a, 132b, 132c og 132d regulere andelen av innløpsgass som passerer gjennom segmentene henholdsvis 116, 124, 126 og 128.
Det øverste segment i den første sone 102 er et omfør-ingssegment 116 som omfatter gassfordelerveggen 119, den gassugjennomtrengelige øvre ring 113 og en demonterbar og gasspermeabel, nedre ring 136. Omføringssegmentet 116 som er praktisk talt fritt for katalysator, begrenser innløpsgassens rom-hastighet gjennom de katalysatorfylte segmenter av den første sone 102. Omføringssegmentet 116 er åpent mot innløpssiden, og den nedre ring 13 6 er fremstilt av tråddukmateriale. Den nedre ring 13 6 er fastgjort, f.eks. med bolter 142, for å muliggjøre ifylling og uttømming av katalysator. Fribordsegmentet 124 hvori praktisk talt all katalysatoravsetting fortrinnsvis foregår, grenser til omføringssegmentet 116. Det midtre og det nedre katalysatorsegment 12 6 og 128 er anordnet i tilgrensning til fribordsegmentet 124.
De katalysatorfylte segmenter 124, 126 og 128 av den første sone 102 er utformet for stort sett å avtette og forebygge gassgjennomstrømning i katalysatorenden 106, og med en nominell parameter for katalysatorsetning, f.eks. av størrel-sesorden ca. 5% totalt. Da radialtrykkfallet i fribordsegmentet 124 nesten utelukkende skyldes motstanden fra gassfor-deleren 118 (ikke fra katalysatoren), vil en katalysatortom sone 144 (grunnet setningen) i fribordsegmentet 124 ikke i vesentlig grad redusere gasstrømmen gjennom segmentene 116, 126 eller 128.
Andelen av innløpsgass som ledes gjennom omføringssegmen-tet 116, vil avhenge av katalysatorandelen i den første sone 102 og av tverrsnittsforholdet mellom hullene i sideveggen 119 i omføringssegmentet 116 og de øvrige segmenter i sonen 102. En tilstrekkelig gassmengde bør imidlertid passere gjennom katalysatorsegmentene, for å forebygge overdreven temperatur-stigning i den første sone 102. Omføringssegmentet 116 kan motta ca. 5-95% av innløpsgassen, men vil fortrinnsvis motta ca. 50-75% av innløpsgassen. De katalysatorfylte segmenter 124, 126 og 128 kan motta ca. 5-95% av innløpsgassen, men vil fortrinnsvis motta ca. 25-50% av innløpsgassen.
Gassfordelingen mellom omføringssegmentet 116 og katalysatorsegmentene 124, 126 og 128 i den første sone 102 er en funksjon av strømningsmotstanden gjennom det angjeldende tverrsnitt. I et foretrukket tilfelle er forholdet mellom hullarealene i omføringssegmentet 116 og i det tilgrensende segment 124 ca. 5-10:1.
Den andre sone 104 avgrenses av en gasspermeabel, sylindrisk yttervegg 112, en gasspermeabel, sylindrisk innervegg 114, en gassimpermeabel, øvre ring 115 og en gassimpermeabel, nedre bærering 117 (se figur 1) ved undersiden av kurven 100. Veggene 112, 114 i den andre sone tilsvarer veggene 108, 110 i den første sone i materialer og konstruksjon. Til ytterveggen 112 i den andre sone 104 er det fastgjort en fordeler 120 med en sylindrisk vegg 122 av selektiv gasspermeabilitet, og tverrstilte, gassimpermeable bæreringer 131. Gjennom huller 132e (se figur 3) i sylinderveggen 122 vil gass som innstrøm-mer i den andre sone 104, fordeles jevnt.
Den første sone 102 kan inneholde ca. 4,9 - 55% av den
totale katalysatormengde pr. kurv, den andre sone 104 ca. 40 - 95% og katalysatorenden 106 ca. 0,1 - 5% av katalysatormengden pr. kurv. Den første sone 102 inneholder fortrinnsvis ca. 7,5
- 15%, den andre sone 104 ca. 83 - 92% og katalysatorenden 106 ca. 0,5 - 2% av katalysatormengden pr. kurv. Fordi det foretrekkes en relativt jevn gassfordeling gjennom den første katalysatorsone 102, bør radialstrømnings-motstanden (dvs. summen av motstanden i fordeleren 118 og i katalysatoren) i hvert av katalysatorsegmentene være stort sett ekvivalent. Forholdet mellom hullenes eller perforering-enes tverrsnittsflate (pr. lengdeenhet) i midtsegmentet 126 og i det øverste katalysatorsegment 124 utgjør typisk 1,75 - 2,25:1 og forholdet mellom hulltverrsnittsflaten pr. lengdeenhet i segmentet 128 og i segmentet 124 utgjør typisk ca. 2,5 - 3,5:1.
Katalysatorenden 106 omfatter et katalysatorfylt halspar-ti mellom den første sone 102 og den andre sone 104, med en sylindrisk yttervegg 146 og en sylindrisk innervegg 148 som begge er gassimpermeable. Da katalysatorrennen 106 er sammen-hengende med den første og den andre sone 102, 104, kan gass-strømning gjennom rennen 106 stort sett forhindres ved oppret-telse av en passende aksialstrømningsmotstand. Rennen 106 har fortrinnsvis en lengde av ca. 75 - 150 mm. Det er underfor-stått at ønsket om større rennelengde, for å forebygge gjen-nomstrømning, må balanseres av (1) redusert katalysatordeltak-else i reaksjonen, (2) en mulighet for utvikling av varmpunkter i en gass som ledes gjennom rennen, og (3) øket laghøyde. Bredden av rennen 106 er basert hovedsakelig på katalysatorlagets kontinuitetsbehov og ønsket om å begrense gassgjennom-strømningen.
Varmevekslingen mellom varm utløpsgass fra katalysatorlaget 101 og den innstrømmende syntesegass kan hensiktsmessig gjennomføres i den midtplasserte varmeveksler 152. Som det også fremgår av figur 2, 4 og 6, omfatter varmeveksleren 152 en mantel med et nedre, kuppelformet hode 165 som er utstyrt med et innløpsrør 184 og en rørbunt 158. Innstrømmende kjøle-gass oppsamles i det nedre hode 165, og fordeles blant rørene 186 i rørbunten 158.
Mantelen omfatter også et øvre, kuppelformet hode 160 med et utløpsrør 180 og en gassimpermeabel, sylindrisk kappe 162 som strekker seg til katalysatorenden 106. Veggen 110 og kappen 162 avgrenser en ringformet gassinnløpskanal 166 til den første sone 102. Innløpsgass som oppsamles i det øvre hode 160, strømmer gjennom utløpsrøret 180 og inn i innløpskanalen 166. Den ringformete innløpskanal 166 er lukket i sin nedre ende med en sperrering 172 som er fastgjort til kappen 162. Innløpskanalen 166 er fortrinnsvis forbundet med et antall radialt adskilte støtteskinner 168 som er fastgjort, eksempelvis med braketter 169a, til omføringssegmentets øvre ring 113 og med braketter 169b til omføringssegmentets nedre ring 136.
Videre omfatter mantelen en gassugjennomtrengelig, sylindrisk vegg 164 som strekker seg stort sett i den fulle lengde av rørbunten 158, og danner en ringformet gassutløpskanal 194 for samling og leding av utløpsgass i motstrømsretning gjennom mantelen.
I rørbunten 158 inngår rørene 186 som er innmontert i første og andre rørsjikt 190, 192, og horisontalt plasserte ledeplater 188. Rørbunten 158 opptas i det øvre mantelhode 160 og mantelveggen 164, og danner derved en mantelside-kanal 198 som kan motta avløpsgass fra utløpskanalen 194. De hori-sontale ledeplater 188 vil på vanlig måte lede mantelside-gasstrømmen i kanalen 198 langs yttersiden av rørene 186.
Som tydeligst vist i figur 5 og 6, innbefatter kurven 100 en ringformet tomromssone 173 i tilgrensning til katalysatorenden 106 og mellom renneinnerveggen 148 og mantelkappen 162. I tomromssonen 173 er det anordnet et antall radialt adskilte katalysatorifyllings- og -uttømmingskanaler 174, omfattende renneinnerveggen 148 og en sylindrisk vegg 175. Kanalene 174 er fortrinnsvis tilstrekkelig store til at katalysatorifyl-lingsstrømper og/eller en hensiktsmessig dimensjonert vakum-slange kan strekke seg inn i den andre sone 104. Når den ikke er i bruk, opptar kanalen 174 en plugg 176 og er lukket med en flens 177 som er fastgjort, eksempelvis med bolter 178, til den nedre ring 111 og kanalsperreringen 172. Den ringformete tomromssone 173 er fortrinnsvis avstivet med strevere 196a, 196b. Et antall radialt adskilte luftehuller 199 i sperre-ringen 172 vil dessuten utjevne trykket mellom den ringformete tomromssone 173 og innløpskanalen 166.
Den andre kurv 2 00 (se figur 1) tilsvarer stort sett den første kurv 100, med det hovedunntak at den ikke er utstyrt med en innvendig varmeveksler. Den andre kurven 200 omfatter første og andre ringformete radialstrømnings-katalysatorsoner 202, 204 som er adskilt ved en forbindende katalysatorrenne 206. Gass kan strømme fra den første sone 202 til den andre sone 204 gjennom en ringformet kanal 40 mellom kurven 200 og sideveggen av tanken 11. Kanalen 40 er lukket øverst med en tetningsplate 42 og nederst med en kjeglestumpformet lagbærering 44. Med en gassfordeler 208 på en gasspermeabel yttervegg 210 er den første sone 202 delt i et omføringssegment 212, et fribordsegment 214 og tetningssegmenter 216, inneholdende ekstra katalysator, (som stort sett avtetter katalysatorenden 206). Innløpsstrømmen til den andre sone fordeles ved hjelp av en gassfordeler 218 som er fastgjort til en gasspermeabel yttervegg 22 0. Den andre sone er avtettet nederst med en bærering 222.
I kurven 200 inngår en innersone som danner et gassinn-løpskammer 224 og et gassutløpskammer 226. Innløps- og ut-løpskamrene 224, 226 er adskilt gjennom en gassugjennomtrengelig plate 228 som understøttes av et antall radialt adskilte knekter 230. Platen 228 er forsynt med en luke 232 som gir adgang til utløpskammeret 226. Utløpsgass ledes fra utløps-kammeret 226 og gjennom en åpning 234 i den nedre bærering 222 .
De to kurver 100 og 200 er av lignende konstruksjon for anvendelse i doble radialstrømnings-katalysatorsoner. Indre forhold, deriblant dimensjonene av sonene, segmentene og rennen, katalysatorandel pr. sone, radialtrykkfall pr. segment o.l. kan variere fra kurv til kurv.
Den foreliggende reaktor er anvendbar for eksotermiske, heterogene katalysatorreaksjoner, eksempel fremstilling av ammoniakk og metanol av syntetisk gass bestående av en støkio-metrisk reaktantkombinasjon.
Syntesegass inneholdende eksempelvis hydrogen og nitrogen i et støkiometrisk forhold av 3:1 fremføres under passende trykk til innløpsrøret 12 i reaktoren 10. Reaktoren vil typisk fungere ved et relativt lavt trykk av ca. 2,5 MPa (25 atm)- 10 MPa (100 atm). Med innløpet 12 har syntesegassen som regel en lavere temperatur enn utløpsgassen, slik at en del av reaksjonsvarmen kan gjenvinnes i varmeveksleren 152. Innløps-gassen i røret 12 gjennom rørledningene 186 i varmeveksleren
152, og passerer gjennom utløpsrøret 180 i hodet 160 i den øvre ende av tanken 11. I utløpsrøret 180 blandes innløpsgas-sen med kjølegass som tilføres gjennom innløpsrøret 18. Inn-løpsgassen oppvarmes derved til en typisk reaksjonstemperatur av ca. 315 - 415°C.
Den oppvarmete innløpsgass strømmer gjennom den ringformete innløpskanal 166 og inn i den første radialstrømningssone 102 i kurven 100. En del av innløpsgassen unngår katalysator-kontakt ved innledningsvis å strømme gjennom omføringssegmen-tet 116 i den første sone. Resten av gassen ledes i stort sett ensartete proporsjoner gjennom de katalysatorfylte segmenter 124, 126 og 128, hvor en ammoniakkdannende reaksjon foregår. Den uomdannete omføringsgass og praktisk talt alt av den øvrige, delvis omdannete første sone-gass strømmer gjennom den ringformete kanal 30 til den andre sone 104 av katalysatorlaget.
Den gjenforenete gasstrøm fortsetter i stort sett jevn fordeling gjennom katalysatoren i den andre sone 104, hvori ytterligere, delvis omdanning til ammoniakk foregår. Utløps-gassen har en temperatur av ca. 350 - 450°C. Utløpsgassen fra den andre sone innstrømmer i utløpskanalen 194. Gjennom ut-løpskanalen 194 ledes utløpsgass til mantelside-kanalen 198 og passerer i motstrømsretning langs rørbunten 158. En del av reaksjonsvarmen i utløpsgassen utveksles med innløpsgassen som strømmer gjennom rørene 186, og en kjøligere utløpsgass passerer fra varmeveksleren 152 til det indre av tanken 11.
Den avkjølte utløpsgass fra kurven 100 vil generelt strømme nedad gjennom tanken 11 til innløpskammeret 224 i den andre kurv 200. En del av innløpsgassen til den andre kurven ledes gjennom omføringssegmentet 212 i den første sone 202, og resten passerer stort sett jevnt fordelt gjennom katalysatorsegmentene i den første sone 202, hvori en ytterligere porsjon omdannes delvis til ammoniakk. Omførings- og katalysatorseg-mentstrømmene fortsetter fra den første sone og gjenforener stort sett kanalen 40 som danner forbindelse mellom den første og den andre sone.
Den gjenforente gasstrøm passerer stort sett jevnt fordelt gjennom katalysatoren i den andre sone 204, hvori en videre delvis omdanning til ammoniakk foregår. Utløpsgassen med en temperatur av ca. 350 - 450°C strømmer fra den andre sone inn i utløpskammeret 226 og ut fra reaktoren 10 gjennom utløpsrøret 14. Ammoniakk utvinnes typisk ved kondensering, og den gjenværende og uomdannete syntesegass tilbakeføres gjennom reaktoren 10 på vanlig måte.
Den ovenstående beskrivelse av katalysatorreaktoren er illustrerende og forklarende for oppfinnelsen. Ulike endrin-ger i materialer, apparatur og spesielle anvendte deler vil være. åpenbar for fagkyndige. Alle slike forandringer omfattes av oppfinnelsens ramme som definert i de etterfølgende krav.
Claims (6)
1. Katalytisk reaktor med radial strømning, omfattende en sylindrisk trykktank (11), én eller flere sylindriske kurver (10 0, 200) innrettet for konsentrisk montering i trykktanken, samt en sentral varmeveksler (152) i det indre område av i det minste den øverste (100) av kurvene, idet kurvene (100, 200) og varmeveksleren (152) står i fluidforbindelse med reaktant-og utløpsgasser, karakterisert ved: (a) et i hver kurv (100, 200) anordnet, ringformet katalysatorlag (101) omfattende en første radialstrømnings-fribordsone (102) og en andre radialstrømningssone (104) som er adskilt og innbyrdes forbundet ved en katalysatorrenne (106), og (b) en segmental gassfordeler (118) som er festet til en yttervegg (108) hos den første radialstrømnings-fribordsone (102) for oppdeling av den første radialstrømningssone i et omføringssegment (116) og et antall katalysatorsegmenter (124, 126, 128).
2. Katalytisk reaktor ifølge krav 1, karakterisert ved en andre gassfordeler (120) som er festet til en yttervegg (112) hos den andre radialstrømningssone (104) .
3. Katalytisk reaktor ifølge krav 1, karakterisert ved at katalysatorrennen (106) er i det vesentlige gasstett.
4. Katalytisk reaktor ifølge krav 1,
karakterisert ved at den første radial-strømnings-f ribordsone (102) er innrettet til å holde fra 4,9 til 55 % av kurvens totale katalysatorvolum, at den andre radialstrømningssone (104) er innrettet til å holde fra 40 til 95 % av kurvens totale katalysatorvolum, og at katalysatorrennen (106) er innrettet til å holde fra 0,1 til 5 % av kurvens totale katalysatorvolum.
5. Katalytisk reaktor ifølge krav 1, karakterisert ved at den segmenterte gassfordeler (118) har et antall perforeringer (132a, 132b, 132c 132d) for regulering av strømningsmotstand i hvert av omfø-ringssegmentet (116) og katalysatorsegmentene (124, 126, 128).
6. Katalytisk reaktor ifølge krav 5, karakterisert ved at forholdet mellom arealet til perforeringene (132a) i omføringssegmentet (116) og arealet til perforeringene (132b) i det øverste katalysatorsegment (124) er fra 5:1 til 10:1.
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US07/916,324 US5250270A (en) | 1992-07-17 | 1992-07-17 | Catalytic reactor bed |
Publications (3)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
NO932585D0 NO932585D0 (no) | 1993-07-16 |
NO932585L NO932585L (no) | 1994-01-18 |
NO300090B1 true NO300090B1 (no) | 1997-04-07 |
Family
ID=25437074
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
NO932585A NO300090B1 (no) | 1992-07-17 | 1993-07-16 | Katalytisk reaktor |
Country Status (11)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US5250270A (no) |
EP (1) | EP0579022B1 (no) |
JP (1) | JP2635283B2 (no) |
KR (1) | KR100277047B1 (no) |
AU (1) | AU654088B2 (no) |
BR (1) | BR9302829A (no) |
CA (1) | CA2098337C (no) |
DE (1) | DE69308405T2 (no) |
ES (1) | ES2098597T3 (no) |
GR (1) | GR3023145T3 (no) |
NO (1) | NO300090B1 (no) |
Families Citing this family (36)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO1996007712A1 (de) * | 1994-09-02 | 1996-03-14 | PUSCHKAREW, Aleksander Wasiliewitsch | Katalytisches reformierungsverfahren und reaktor |
US5736116A (en) * | 1995-10-25 | 1998-04-07 | The M. W. Kellogg Company | Ammonia production with enriched air reforming and nitrogen injection into the synthesis loop |
US6245303B1 (en) | 1998-01-14 | 2001-06-12 | Arthur D. Little, Inc. | Reactor for producing hydrogen from hydrocarbon fuels |
CN1108857C (zh) | 1998-07-09 | 2003-05-21 | 华盛顿集团国际公司 | 径流式反应器 |
US6171570B1 (en) | 1998-10-12 | 2001-01-09 | Kellogg Brown & Root, Inc. | Isothermal ammonia converter |
US6641625B1 (en) | 1999-05-03 | 2003-11-04 | Nuvera Fuel Cells, Inc. | Integrated hydrocarbon reforming system and controls |
JP4704649B2 (ja) * | 2000-01-11 | 2011-06-15 | コンパクトジーティーエル パブリック リミテッド カンパニー | 触媒反応器 |
US20020183571A1 (en) * | 2000-11-30 | 2002-12-05 | Sud-Chemie Inc. | Radial reactor loading of a dehydrogenation catalyst |
US7435862B2 (en) | 2000-11-30 | 2008-10-14 | Sud-Chemie Inc. | Radial reactor loading of a dehydrogenation catalyst |
WO2003057653A1 (fr) * | 2001-12-28 | 2003-07-17 | Mitsubishi Chemical Corporation | Procede d'oxydation catalytique en phase vapeur |
DE10226461A1 (de) * | 2002-06-13 | 2004-01-22 | Uhde Gmbh | Verfahren und Vorrichtung zur Verringerung des Gehaltes an NOx und N2O in Gasen |
US7081230B2 (en) * | 2002-11-15 | 2006-07-25 | Kellogg Brown & Root Llc | Split-flow, vertical ammonia converter |
ES2239542B1 (es) * | 2004-03-08 | 2006-12-01 | Universidad De Oviedo Y El Politecnico De Torino. | Dispositivo para el control de flujo de calor a traves de la pared en equipos pequeños. |
US7892511B2 (en) * | 2004-07-02 | 2011-02-22 | Kellogg Brown & Root Llc | Pseudoisothermal ammonia process |
US7435401B2 (en) * | 2004-07-02 | 2008-10-14 | Kellogg Brown & Root Llc | Pseudoisothermal ammonia process |
US7371361B2 (en) * | 2004-11-03 | 2008-05-13 | Kellogg Brown & Root Llc | Maximum reaction rate converter system for exothermic reactions |
US20060284363A1 (en) * | 2005-06-07 | 2006-12-21 | Canon Kabushiki Kaisha | Sheet conveying apparatus and image forming apparatus |
JP5552732B2 (ja) | 2008-03-31 | 2014-07-16 | 株式会社リコー | 定着装置及び画像形成装置 |
DE102008023042A1 (de) | 2008-05-09 | 2009-11-12 | Süd-Chemie AG | Verfahren zur semi-adiabatischen, semi-isothermen Durchführung einer endothermen Reaktion unter Einsatz eines katalytischen Reaktors und Ausbildung dieses Reaktors |
US8351831B2 (en) | 2009-03-27 | 2013-01-08 | Fuji Xerox Co., Ltd. | Displacement correcting device, intermediate transfer device, transfer device, and image forming apparatus |
US9222733B2 (en) * | 2011-02-03 | 2015-12-29 | Memc Electronic Materials S.P.A. | Reactor apparatus and methods for reacting compounds |
WO2012173731A2 (en) * | 2011-06-15 | 2012-12-20 | Exxonmobil Chemical Patents Inc. | Retrofitting radial flow reactors |
JP2013076863A (ja) | 2011-09-30 | 2013-04-25 | Canon Inc | ベルト搬送装置及び画像形成装置 |
US9199213B2 (en) * | 2012-10-30 | 2015-12-01 | Chevron U.S.A. Inc. | Fixed-bed catalyst support for a hydroprocessing reactor |
US9447901B2 (en) * | 2013-10-07 | 2016-09-20 | Uop Llc | Radial flow process and apparatus |
CN105623733B (zh) * | 2014-10-27 | 2017-03-01 | 中国石油化工股份有限公司 | 一种石油烃的吸附脱硫方法 |
FR3033266B1 (fr) * | 2015-03-05 | 2017-03-03 | Ifp Energies Now | Ensemble de collecte d'un fluide gazeux pour reacteur radial |
US10589243B2 (en) | 2015-07-15 | 2020-03-17 | Haldor Topsoe A/S | Catalytic reactor |
DE102016207287A1 (de) * | 2016-04-28 | 2017-11-02 | Robert Bosch Gmbh | Brennstoffzellenvorrichtung |
CA3028832C (en) | 2016-06-22 | 2023-12-05 | Casale Sa | Wall for catalytic beds of reactors and method for realizing the same |
DE102016114713A1 (de) * | 2016-08-09 | 2018-02-15 | Thyssenkrupp Ag | Synthesevorrichtung und Verfahren zur Herstellung eines Produkts |
KR102054837B1 (ko) * | 2017-10-27 | 2019-12-11 | 한국화학연구원 | 발열 반응용 방사층 유체흐름의 촉매 반응기 |
US10478794B1 (en) * | 2019-02-26 | 2019-11-19 | Chevron Phillips Chemical Company Lp | Bi-modal radial flow reactor |
EP3772372A1 (en) * | 2019-08-05 | 2021-02-10 | L'air Liquide, Societe Anonyme Pour L'etude Et L'exploitation Des Procedes Georges Claude | Method for preventing fluidizazion in an upward-flow catalytic fixed bed reactor |
WO2022171644A1 (en) * | 2021-02-10 | 2022-08-18 | Casale Sa | Catalytic synthesis reactor |
WO2023209003A1 (de) * | 2022-04-27 | 2023-11-02 | Thyssenkrupp Uhde Gmbh | Ammoniakkonverter für schwankenden teillastbetrieb |
Family Cites Families (10)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4346060A (en) * | 1978-07-17 | 1982-08-24 | Pullman Incorporated | Radial ammonia converters |
US4230669A (en) * | 1978-07-17 | 1980-10-28 | Pullman Incorporated | Radial ammonia converter |
FR2460707B1 (fr) * | 1979-07-13 | 1986-09-05 | Ammonia Casale Sa | Reacteur de synthese, notamment pour la synthese catalytique d'ammoniac et de methanol |
US4276265A (en) * | 1979-12-26 | 1981-06-30 | Uop Inc. | Screen for collection and distribution of process streams |
IT1141102B (it) * | 1980-11-28 | 1986-10-01 | Ammonia Casale Sa | Reattore assiale-radiale per sintesi eterogenee |
US4482523A (en) * | 1983-11-14 | 1984-11-13 | The M. W. Kellogg Company | Ammonia synthesis converter |
DE3343114C2 (de) * | 1983-11-29 | 1985-11-07 | Uhde Gmbh, 4600 Dortmund | Vorrichtung zur Durchführung exothermer, katalytischer Gasreaktionen für die Ammoniak- oder Methanol-Synthese |
IN165082B (no) * | 1985-05-15 | 1989-08-12 | Ammonia Casale Sa | |
CH666198A5 (it) * | 1985-09-13 | 1988-07-15 | Ammonia Casale Sa | Reattore per sintesi catalitiche dell'ammoniaca, metanolo ed alcoli superiori. |
ES2030467T3 (es) * | 1987-07-03 | 1992-11-01 | Ammonia Casale S.A. | Proceso mejorado para sintesis heterogenea y reactores relacionados. |
-
1992
- 1992-07-17 US US07/916,324 patent/US5250270A/en not_active Expired - Lifetime
-
1993
- 1993-06-08 AU AU40124/93A patent/AU654088B2/en not_active Expired
- 1993-06-14 CA CA002098337A patent/CA2098337C/en not_active Expired - Lifetime
- 1993-06-28 EP EP93110299A patent/EP0579022B1/en not_active Expired - Lifetime
- 1993-06-28 DE DE69308405T patent/DE69308405T2/de not_active Expired - Lifetime
- 1993-06-28 ES ES93110299T patent/ES2098597T3/es not_active Expired - Lifetime
- 1993-06-30 JP JP5162606A patent/JP2635283B2/ja not_active Expired - Fee Related
- 1993-07-12 BR BR9302829A patent/BR9302829A/pt not_active IP Right Cessation
- 1993-07-16 NO NO932585A patent/NO300090B1/no not_active IP Right Cessation
- 1993-07-16 KR KR1019930013492A patent/KR100277047B1/ko not_active IP Right Cessation
-
1997
- 1997-04-15 GR GR970400807T patent/GR3023145T3/el unknown
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
AU4012493A (en) | 1994-01-20 |
EP0579022A1 (en) | 1994-01-19 |
CA2098337C (en) | 2004-03-02 |
NO932585D0 (no) | 1993-07-16 |
AU654088B2 (en) | 1994-10-20 |
KR940001936A (ko) | 1994-02-16 |
DE69308405T2 (de) | 1997-06-12 |
EP0579022B1 (en) | 1997-03-05 |
GR3023145T3 (en) | 1997-07-30 |
NO932585L (no) | 1994-01-18 |
DE69308405D1 (de) | 1997-04-10 |
JP2635283B2 (ja) | 1997-07-30 |
ES2098597T3 (es) | 1997-05-01 |
CA2098337A1 (en) | 1994-01-18 |
US5250270A (en) | 1993-10-05 |
KR100277047B1 (ko) | 2001-04-02 |
BR9302829A (pt) | 1994-02-01 |
JPH0699055A (ja) | 1994-04-12 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
NO300090B1 (no) | Katalytisk reaktor | |
RU2436839C2 (ru) | Реактор риформинга с низким перепадом давления | |
US4372920A (en) | Axial-radial reactor for heterogeneous synthesis | |
KR870000086B1 (ko) | 반응기 | |
US3796547A (en) | Heat exchange apparatus for catalytic system | |
CA1242867A (en) | Device for performing exothermal catalytic gas reactions for the ammonia or methanol synthesis | |
US7081230B2 (en) | Split-flow, vertical ammonia converter | |
US3475136A (en) | Apparatus for effecting catalytic reactions at elevated pressures | |
CN108404821B (zh) | 一种节能型高效径向甲醇反应器 | |
CA1074084A (en) | Radial-flow reactor for the synthesis of ammonia with production of high-thermal-level steam | |
US4735780A (en) | Ammonia synthesis converter | |
WO2013004448A1 (en) | Heat exchange reactor | |
US6214296B1 (en) | Method of catalytic reaction carried out near the optimal temperature and an apparatus for the method | |
US5264008A (en) | Reformer seal plate | |
RU2185879C2 (ru) | Установка для проведения эндотермических или экзотермических реакций и установка для реформинга | |
CA2271367C (en) | Horizontal ammonia converter adapted for high activity catalyst | |
CN108905906A (zh) | 一种轴径向反应器 | |
US5882606A (en) | Method of retrofitting a heterogeneous exothermic synthesis reactor | |
WO2001091894A1 (fr) | Procede de catalyse en phase solide-gazeuse thermique dans des conditions d'ecart de basses temperatures et recipient de reaction connexe | |
CN213348807U (zh) | 径向反应器 | |
CN212356522U (zh) | 复合式绝热串控温变换炉装置 | |
EP0253350A2 (en) | Ammonia synthesis converter | |
CN208959856U (zh) | 一种轴径向反应器 | |
CN111732075A (zh) | 复合式绝热串控温变换炉装置及变换工艺 | |
CA1251019A (en) | Synthesis converter |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM1K | Lapsed by not paying the annual fees |