RU2638987C1 - Shell-and-tube catalytic reactor for conducting exothermic processes - Google Patents
Shell-and-tube catalytic reactor for conducting exothermic processes Download PDFInfo
- Publication number
- RU2638987C1 RU2638987C1 RU2017106335A RU2017106335A RU2638987C1 RU 2638987 C1 RU2638987 C1 RU 2638987C1 RU 2017106335 A RU2017106335 A RU 2017106335A RU 2017106335 A RU2017106335 A RU 2017106335A RU 2638987 C1 RU2638987 C1 RU 2638987C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- tube
- pipe
- housing
- steam drum
- reaction
- Prior art date
Links
Images
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
- B01J8/06—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 in tube reactors; the solid particles being arranged in tubes
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Devices And Processes Conducted In The Presence Of Fluids And Solid Particles (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области технологического оборудования для осуществления газофазных каталитических процессов, которые сопровождаются значительным выделением тепловой энергии, и может быть использовано в химической, нефтехимической, газоперерабатывающей и других отраслях промышленности.The invention relates to the field of technological equipment for the implementation of gas-phase catalytic processes, which are accompanied by a significant release of thermal energy, and can be used in chemical, petrochemical, gas processing and other industries.
К сложно решаемым проблемам, возникающим при разработке конструкций кожухотрубных каталитических реакторов для проведения экзотермических процессов, специалисты относят те, которые связаны с упрощением и ускорением выполнения операций по перезагрузке катализатора, а также с обеспечением возможности оперативного воздействия на рабочие параметры осуществляемого технологического процесса в случае снижения каталитической активности используемого катализатора. Возможность даже временной компенсации потери активности катализатора позволяет продолжать эксплуатацию реактора без его немедленной перезагрузки. Однако в случае существенного снижения активности катализатора возникает необходимость прекращения работы реактора и полной замены отработанного катализатора. Операции, которые связаны с перезагрузкой катализатора, отличаются сложностью, трудоемкостью и продолжительностью. Поэтому упрощение и ускорение выполнения этих операций является актуальной проблемой, практическое решение которой позволяет улучшить технические и экономические показатели работы реактора.Experts include those that are associated with the simplification and acceleration of catalyst reloading operations, as well as with the possibility of prompt impact on the operating parameters of the process in case of catalytic reduction, to problems that are difficult to solve when developing designs of shell-and-tube catalytic reactors for conducting exothermic processes the activity of the used catalyst. The possibility of even temporary compensation for the loss of catalyst activity allows the reactor to continue to operate without immediate reboot. However, in the case of a significant decrease in catalyst activity, it becomes necessary to stop the operation of the reactor and completely replace the spent catalyst. The operations associated with the reloading of the catalyst are complex, time consuming and time consuming. Therefore, the simplification and acceleration of these operations is an urgent problem, the practical solution of which allows to improve the technical and economic performance of the reactor.
Известен кожухотрубный реактор для проведения экзо- и эндотермических реакций [1], содержащий корпус с технологическими патрубками входа и выхода реакционной массы и теплоносителя, трубные решетки, пучок реакционных труб, заполненных катализатором, и распределительные устройства, выполненные в виде трубок с щелевыми прорезями и подвижными регулируемыми крышками, расположенными под щелевыми прорезями. Эти распределительные устройства установлены внутри каждой реакционной трубы со стороны ее нижнего торца.Known shell-and-tube reactor for conducting exothermic and endothermic reactions [1], comprising a housing with technological nozzles for the inlet and outlet of the reaction mass and coolant, tube sheets, a bundle of reaction tubes filled with catalyst, and switchgears made in the form of tubes with slotted slots and movable adjustable covers located under slotted slots. These switchgears are installed inside each reaction tube from the side of its lower end.
Недостатки известного кожухотрубного реактора заключаются в сложности регулирования рабочей температуры по высоте слоя катализатора. Это особенно опасно при проведении процессов, для которых характерен локальный разогрев или охлаждение участков слоя катализатора. Кроме того, отсутствие возможности регулирования теплопереноса между теплоносителем и реакционной массой в процессе изменения каталитических свойств катализатора снижает степень конверсии во времени и ухудшает качество продуктов реакции.The disadvantages of the known shell-and-tube reactor are the difficulty of controlling the operating temperature along the height of the catalyst bed. This is especially dangerous when carrying out processes that are characterized by local heating or cooling of sections of the catalyst layer. In addition, the inability to control the heat transfer between the coolant and the reaction mass in the process of changing the catalytic properties of the catalyst reduces the degree of conversion over time and affects the quality of the reaction products.
Известен теплообменный реактор [2], который включает цилиндрический корпус с днищем и крышкой, к которым присоединены соответственно входной и выходной отводы для подачи и отвода теплоносителя, и с расположенной внутри корпуса горизонтальной перегородкой, выполненной со складками, необходимыми для компенсации возникающих температурных напряжений. В горизонтальной перегородке и в крышке выполнены вертикальные сквозные каналы, в которых закреплены патрубки с заглушенными нижними концами. Верхние концы данных патрубков размещены над крышкой и снабжены присоединительными фланцами. В верхней (под крышкой) и в нижней (над днищем) частях каждого патрубка выполнены сквозные радиальные каналы. В каждом из патрубков концентрично установлены наружная и внутренняя трубы, у которых верхние концы размещены выше присоединительного фланца. Нижний конец наружной трубы выполнен заглушенным, а кольцевое пространство между наружной и внутренней трубами заполнено катализатором. Наружная труба посредством ответного фланца на ее верхнем конце жестко закреплена на присоединительном фланце. Теплоноситель подается внутрь корпуса по входному отводу, а затем через радиальные каналы поступает в нижние части патрубков, где контактирует с боковыми поверхностями наружных труб. Далее теплоноситель по радиальным каналам, выполненным в верхней части патрубков, попадает в верхнюю часть корпуса и выводится из него через выходной отвод. Сырьевой газ подается в кольцевые пространства между наружными и внутренними трубами, в которых он вынужден проходить через слой катализатора. Полученные продукты реакции поступают во внутренние трубы и по ним выводятся из реактора. В случае необходимости перезагрузки катализатора фланцы наружных труб отсоединяют от фланцев патрубков, после чего наружные и внутренние трубы извлекают из реактора.Known heat exchange reactor [2], which includes a cylindrical body with a bottom and a cover, to which are connected respectively the inlet and outlet branches for supplying and discharging the coolant, and with a horizontal partition located inside the body, made with folds necessary to compensate for the occurring temperature stresses. In the horizontal partition and in the lid, vertical through channels are made, in which pipes with muffled lower ends are fixed. The upper ends of these pipes are placed above the cover and provided with connecting flanges. In the upper (under the cover) and in the lower (above the bottom) parts of each nozzle, through radial channels are made. In each of the nozzles, the outer and inner pipes are concentrically installed, in which the upper ends are placed above the connecting flange. The lower end of the outer pipe is muffled, and the annular space between the outer and inner pipes is filled with a catalyst. The outer pipe is rigidly fixed to the connecting flange by means of a counter flange at its upper end. The coolant is fed into the housing through the inlet, and then through the radial channels it enters the lower parts of the pipes, where it contacts the side surfaces of the outer pipes. Next, the coolant through radial channels made in the upper part of the nozzles, enters the upper part of the housing and is removed from it through the outlet. Raw gas is fed into the annular spaces between the outer and inner pipes, in which it is forced to pass through the catalyst bed. The resulting reaction products enter the internal pipes and are discharged from the reactor through them. If it is necessary to reload the catalyst, the flanges of the outer pipes are disconnected from the flanges of the nozzles, after which the outer and inner pipes are removed from the reactor.
Основной недостаток известного теплообменного реактора заключаются в его конструктивных особенностях, которые усложняют возможность оперативного изменения рабочей температуры катализатора, в частности, из-за выполнения реакционных труб в виде двух концентрично установленных труб с размещением катализатора в межтрубном кольцевом пространстве. Кроме того, горизонтальная перегородка со складками, размещенная внутри корпуса, затрудняет возможность монтажа и демонтажа патрубков и реакционных труб в процессе обслуживания теплообменного реактора.The main disadvantage of the known heat exchange reactor is its design features, which complicate the ability to quickly change the operating temperature of the catalyst, in particular, due to the implementation of the reaction tubes in the form of two concentrically mounted tubes with the catalyst in the annulus. In addition, a horizontal partition wall with folds located inside the housing makes it difficult to mount and dismantle the nozzles and reaction tubes during maintenance of the heat exchange reactor.
Известен реактор для проведения каталитических экзо- и эндотермических реакций [3], включающий корпус, внутри которого в вертикальном положении размещены одна или несколько реакторных панелей, присоединенных к сырьевой и продуктовой линиям, а также вводной и выводной трубопроводы для подачи и отвода теплоносителя из внутренней полости корпуса. Каждая реакторная панель состоит из ряда параллельно расположенных реакционных труб, во внутренних каналах которых закреплены опорные сетки и размещен катализатор. Верхние и нижние концы реакционных труб присоединены к сырьевому и продуктовому коллекторам, которые гидравлически связаны соответственно с сырьевой и продуктовой линиями посредством разъемных соединений. Реакторные панели подвешены внутри корпуса при помощи закрепленных на его боковых стенках балок, на которые реакторные панели опираются верхними концами. В случае значительного снижения каталитической активности катализатора реакторные панели подлежат демонтажу с последующей заменой.A known reactor for carrying out catalytic exothermic and endothermic reactions [3], including a housing inside which in a vertical position are one or more reactor panels attached to the feed and product lines, as well as inlet and outlet pipelines for supplying and discharging the coolant from the internal cavity corps. Each reactor panel consists of a series of parallel reaction tubes, in the internal channels of which support grids are fixed and a catalyst is placed. The upper and lower ends of the reaction tubes are connected to the feed and product collectors, which are hydraulically connected to the feed and product lines, respectively, via detachable connections. Reactor panels are suspended inside the housing by means of beams fixed to its side walls, onto which the reactor panels are supported by their upper ends. In the case of a significant decrease in the catalytic activity of the catalyst, the reactor panels must be dismantled with subsequent replacement.
Недостаток известного технического решения заключается в ограниченной возможности регулирования температурного режима в процессе теплообмена между реакционными трубами и теплоносителем с целью создания оптимальных условий работы используемого катализатора. Восстановление отработанных и демонтированных реакторных панелей, требующее их разборки для перезагрузки катализатора в реакционных трубах, конструктивно не предусмотрено.A disadvantage of the known technical solution is the limited ability to control the temperature during the heat transfer between the reaction tubes and the coolant in order to create optimal operating conditions for the catalyst used. The restoration of spent and dismantled reactor panels, requiring their disassembly to reload the catalyst in the reaction tubes, is not structurally provided.
Наиболее близким к предлагаемому техническому решению по совокупности существенных признаков следует считать кожухотрубный реактор с жидкостным охлаждением под давлением [4], который может быть предложен в качестве прототипа. Известный кожухотрубный реактор с жидкостным охлаждением под давлением включает цилиндрический корпус с установленными на нем верхней и нижней полусферами, к первой из которых присоединена сырьевая, а ко второй - продуктовая линии. В корпусе размещены верхняя и нижняя трубные решетки, в сквозных осевых каналах которых закреплены концы вертикально расположенных реакционных труб, заполненных катализатором. Внутренняя полость, которая образована верхними полусферой и трубной решеткой, является сырьевым коллектором, а внутренняя полость, которая образована нижними полусферой и трубной решеткой, - продуктовым коллектором. При этом упомянутые коллекторы гидравлически связаны между собой посредством реакционных труб. Внутренняя полость корпуса, расположенная между трубными решетками, заполнена жидким и, по меньшей мере, частично испаряющимся теплоносителем, находящимся под избыточным давлением. Паровой барабан выполнен с крышкой и днищем, которое размещено над верхней полусферой. Внутренние полости корпуса и парового барабана гидравлически связаны с помощью подводящего и отводящего трубопроводов. Нижний конец отводящего трубопровода присоединен к верхней решетке, а верхний расположен во внутренней полости парового барабана, между его днищем и крышкой. Верхний конец подводящего трубопровода присоединен к днищу парового барабана, а нижний расположен во внутренней полости корпуса между трубными решетками. При взаимодействии с наружной поверхностью реакционных труб жидкий теплоноситель имеет возможность частичного испарения (т.е. может изменять свое фазовое состояние), за счет чего обеспечивается эффективный съем избыточного тепла. Образующаяся при этом парожидкостная смесь по отводящему трубопроводу поступает во внутреннюю полость парового барабана. После охлаждения и конденсации теплоноситель по подводящему трубопроводу вновь перетекает из парового барабана обратно во внутреннюю полость корпуса. Возможность указанной естественной циркуляции теплоносителя обеспечивается за счет разности его плотностей.The closest to the proposed technical solution for the combination of essential features should be considered a shell-and-tube reactor with liquid cooling under pressure [4], which can be proposed as a prototype. Known shell-and-tube liquid-cooled reactor under pressure includes a cylindrical body with upper and lower hemispheres mounted on it, the first of which is connected to the feed, and the second to the product line. The upper and lower tube sheets are placed in the casing, in the axial channels of which are fixed the ends of vertically arranged reaction tubes filled with a catalyst. The inner cavity, which is formed by the upper hemisphere and tube sheet, is a raw material collector, and the inner cavity, which is formed by the lower hemisphere and tube sheet, is a food collector. Moreover, the said collectors are hydraulically interconnected via reaction tubes. The internal cavity of the casing, located between the tube sheets, is filled with liquid and at least partially evaporating coolant under pressure. The steam drum is made with a lid and a bottom, which is located above the upper hemisphere. The internal cavity of the housing and the steam drum are hydraulically connected by means of inlet and outlet pipelines. The lower end of the discharge pipe is connected to the upper grate, and the upper is located in the inner cavity of the steam drum, between its bottom and the lid. The upper end of the supply pipe is attached to the bottom of the steam drum, and the lower is located in the inner cavity of the housing between the tube sheets. When interacting with the outer surface of the reaction tubes, the heat transfer fluid has the possibility of partial evaporation (i.e., it can change its phase state), which ensures the effective removal of excess heat. The resulting vapor-liquid mixture flows through the outlet pipe into the internal cavity of the steam drum. After cooling and condensation, the coolant through the inlet pipe again flows from the steam drum back into the internal cavity of the housing. The possibility of the indicated natural circulation of the coolant is provided due to the difference in its densities.
Недостатки известного кожухотрубного реактора с жидкостным охлаждением под давлением заключаются в сложности и продолжительности выполнения операций, связанных с перезагрузкой катализатора, а также в ограниченности возможности воздействия на рабочие параметры технологического процесса в случае снижения каталитической активности катализатора.The disadvantages of the known shell-and-tube liquid-cooled reactor under pressure are the complexity and duration of operations associated with the reloading of the catalyst, as well as the limited possibility of influencing the operating parameters of the process in case of a decrease in the catalytic activity of the catalyst.
Задачей изобретения является получение технического результата, который выражается в возможности оперативного воздействия на рабочие параметры процесса, осуществляемого в кожухотрубном каталитическом реакторе, в случае снижения активности катализатора при одновременном упрощении и ускорении выполнения операций, связанных с перезагрузкой катализатора.The objective of the invention is to obtain a technical result, which is expressed in the possibility of operational impact on the operating parameters of the process carried out in a shell-and-tube catalytic reactor in the case of a decrease in catalyst activity while simplifying and accelerating the execution of operations related to reloading the catalyst.
Задача решается и технический результат достигается за счет того, что кожухотрубный каталитический реактор для проведения экзотермических процессов, включающий корпус с верхним и нижним основаниями в виде трубных решеток с выполненными в них соосными сквозными каналами, вертикально установленные внутри корпуса и заполненные катализатором реакционные трубы, концы которых закреплены в соосных сквозных каналах верхнего и нижнего оснований, сырьевой и продуктовый коллекторы, гидравлически связанные соответственно с верхними и нижними концами реакционных труб, размещенный выше верхнего основания паровой барабан с днищем и крышкой, у которого внутренняя полость гидравлически связана с внутренней полостью корпуса, образованной его боковой стенкой, верхним и нижним основаниями, посредством отводящего и подводящего трубопроводов, у первого из которых нижний конец присоединен к верхнему основанию, а верхний конец размещен во внутренней полости парового барабана, у второго из которых - нижний конец расположен во внутренней полости корпуса, а верхний конец присоединен к днищу парового барабана, снабжен патрубками, обратным клапаном, разъемными соединениями, поршневым нагнетателем и линией закачки с запорным органом, причем сырьевой и продуктовый коллекторы выполнены в виде распределительных гребенок, оборудованных разъемными соединениями, а поршневой нагнетатель - в виде гидроцилиндра, во внутренней полости которого установлены поршень и нажимной шток, имеющие возможность осевого возвратно-поступательного перемещения, при этом на верхних и нижних концах реакционных труб установлены разъемные соединения, обеспечивающие возможность присоединения реакционных труб к сырьевому и продуктовому коллекторам, причем в верхней части каждой реакционной трубы снаружи выполнен кольцевой выступ, наружный диаметр которого больше внутреннего диаметра патрубка, а наружный диаметр разъемного соединения, размещенного на нижнем конце реакционной трубы, меньше ее наружного диаметра, при этом патрубки вертикально установлены во внутренней полости корпуса между верхним и нижним основаниями, а концы патрубков герметично закреплены в соосных сквозных каналах указанных оснований, причем в каждом патрубке концентрично размещена реакционная труба, которая может взаимодействовать своей наружной боковой поверхностью с внутренней боковой поверхностью этого патрубка, при этом линия закачки с запорным органом присоединена к крышке парового барабана, а внутренние полости корпуса и поршневого нагнетателя гидравлически связаны между собой, причем в состав отводящего трубопровода включен обратный клапан. В частном случае, толщина стенки патрубка выполнена переменной по его высоте, причем толщина стенки на концах патрубка, в местах его присоединения к верхнему и нижнему основаниям, имеет максимальную величину, а остальная часть патрубка выполнена с уменьшенной толщиной стенки, которая должна обеспечивать необходимые прочностные свойства и возможность ее упругой деформации под воздействием избыточного давления и высокой температуры в процессе работы реактора, при этом на концах патрубка, имеющих максимальную толщину стенки, выполнены поперечные кольцевые гофры, а на стенке патрубка с уменьшенной толщиной - две продольные гофры, которые своими выпуклыми сторонами обращены наружу, причем продольные гофры расположены напротив друг друга относительно оси патрубка.The problem is solved and the technical result is achieved due to the fact that the shell-and-tube catalytic reactor for conducting exothermic processes, comprising a casing with upper and lower bases in the form of tube sheets with coaxial through channels made in them, vertically mounted inside the casing and reaction tubes filled with catalyst, the ends of which fixed in coaxial through channels of the upper and lower bases, raw and food collectors, hydraulically connected respectively to the upper and lower the ends of the reaction tubes, a steam drum with a bottom and a lid located above the upper base, in which the internal cavity is hydraulically connected to the internal cavity of the body, formed by its side wall, upper and lower bases, by means of outlet and inlet pipelines, the first of which has a lower end connected to the upper base, and the upper end is located in the inner cavity of the steam drum, in the second of which the lower end is located in the inner cavity of the body, and the upper end is attached to the bottom I’m looking for a steam drum, it is equipped with nozzles, a check valve, detachable connections, a piston supercharger and an injection line with a shut-off element, and the raw and food collectors are made in the form of distribution combs equipped with detachable connections, and the piston supercharger is in the form of a hydraulic cylinder, in the inner cavity of which are installed a piston and a pressure rod having the possibility of axial reciprocating movement, while on the upper and lower ends of the reaction tubes are detachable connections which provide the possibility of connecting the reaction pipes to the raw and food collectors, and in the upper part of each reaction pipe an annular protrusion is made on the outside, the outer diameter of which is larger than the inner diameter of the pipe, and the outer diameter of the detachable connection located on the lower end of the reaction pipe is smaller than its outer diameter while the nozzles are vertically installed in the inner cavity of the housing between the upper and lower bases, and the ends of the nozzles are hermetically fixed in coaxial through channels of the indicated bases, and in each nozzle a reaction tube is concentrically placed, which can interact with its outer lateral surface with the inner lateral surface of this nozzle, while the injection line with a shut-off element is connected to the steam drum cover, and the internal cavities of the housing and piston supercharger are hydraulically connected between by itself, and the check valve is included in the structure of the outlet pipeline. In the particular case, the wall thickness of the pipe is made variable in height, and the wall thickness at the ends of the pipe, at the points of its attachment to the upper and lower bases, has a maximum value, and the rest of the pipe is made with a reduced wall thickness, which should provide the necessary strength properties and the possibility of its elastic deformation under the influence of excess pressure and high temperature during operation of the reactor, while at the ends of the pipe having a maximum wall thickness, made pepper annular corrugations, and pipe wall of reduced thickness - two longitudinal corrugations that their convex sides facing outwards, wherein longitudinal corrugations are opposite to each other with respect to the nozzle axis.
Конструкция кожухотрубного каталитического реактора для проведения экзотермических процессов поясняется чертежами, где на фиг. 1 показан общий вид реактора (продольный разрез); на фиг. 2 - сечение А-А на фиг. 1.The design of the shell and tube catalytic reactor for conducting exothermic processes is illustrated by the drawings, where in FIG. 1 shows a general view of the reactor (longitudinal section); in FIG. 2 is a section AA in FIG. one.
Кожухотрубный каталитический реактор для проведения экзотермических процессов состоит из корпуса 1 с верхним 2 и нижним 3 основаниями, в которых выполнены соосные сквозные каналы. Указанные каналы равномерно размещены по площади оснований 2 и 3, при этом они могут быть расположены в виде, к примеру, концентрических окружностей, прямых линий, зигзагов и т.д. В данных каналах в вертикальном положении размещены патрубки 4, концы которых закреплены в верхнем 2 и нижнем 3 основаниях.The shell-and-tube catalytic reactor for conducting exothermic processes consists of a
Предпочтительным следует считать вариант, при котором в цилиндрическом корпусе 1 компактно установлены семь патрубков 4: один - в центре, а остальные шесть - равномерно размещены вокруг него по концентрической окружности.Preferred is the option in which seven
Возможность циркуляции теплоносителя во внутренней полости корпуса 1 обеспечивается с помощью отводящего 5 и подводящего 6 трубопроводов.The possibility of circulation of the coolant in the inner cavity of the
В каждом патрубке 4 концентрично установлена реакционная труба 7, во внутреннем канале которой размещен катализатор. При этом реакционная труба 7 имеет возможность взаимодействия своей наружной боковой поверхностью с внутренней боковой поверхностью патрубка 4. С целью улучшения условий теплопередачи между реакционной трубой 7 и патрубком 4, их конструктивные размеры следует выбирать с учетом необходимости создания надежного и по возможности наибольшего по площади контакта между взаимодействующими поверхностями.In each
В частном случае толщина стенки патрубка 4 может быть выполнена переменной по его высоте. Небольшие участки на верхнем и нижнем концах патрубка 4 (высота каждого из которых не должна превышать ориентировочно полуторакратной величины наружного диаметра патрубка 4), расположенные возле мест присоединения последнего соответственно к верхнему 2 и нижнему 3 основаниям, должны иметь максимальную толщину стенки. Находящаяся между упомянутыми участками средняя часть патрубка 4 должна иметь утонченную толщину стенки, при этом изменение толщины стенки на переходных участках должно носить плавный характер. За счет уменьшения толщины стенки патрубка 4 в его средней части достигается возможность ее упругой деформации под воздействием избыточного давления и высокой температуры, которые имеют место в процессе работы каталитического реактора. Кроме того, возможность упругой деформации утонченной стенки патрубка 4 способствует минимизации диаметрального зазора между внутренней боковой поверхностью патрубка 4 и наружной боковой поверхностью реакционной трубы 7, в результате чего в значительной степени оптимизируется процесс теплообмена.In the particular case, the wall thickness of the
Помимо этого, на стенке патрубка 4 выполнены поперечные кольцевые 8 и продольные 9 гофры. Они предназначены для компенсации напряжений, которые возникают в процессе линейного и диаметрального расширения стенки патрубка 4. Поперечные кольцевые гофры 8 (которые имеют, к примеру, вид чередующихся наружных и внутренних кольцевых проточек) размещаются на верхнем и нижнем концах патрубка 4, имеющих максимальную толщину стенки. Две, как минимум, продольные гофры 9 располагаются в средней части патрубка 4, т.е. на участке с минимальной толщиной стенки. Две продольные гофры 9 должны располагаться напротив друг друга относительно оси патрубка 4 и таким образом, чтобы они своими выпуклыми сторонами были обращены наружу. В случае же выполнения большего количества продольных гофр 9 их следует размещать равномерно по окружности. Однако увеличение количества продольных гофр 9 в значительной степени усложняет и удорожает процесс изготовления патрубка 4.In addition,
Участок патрубка 4 с утонченной стенкой должен иметь высоту, достаточную для надежного перекрытия с обеих сторон (с запасом ориентировочно 10-15%) наиболее нагревающегося в процессе работы реактора участка реакционной трубы 7, который соответствует интервалу размещения в ней катализатора.The section of the
В верхней части каждой реакционной трубы 7, на ее наружной поверхности, выполнен кольцевой выступ 10, наружный диаметр которого должен превышать внутренний диаметр патрубка 4. При размещении реакционной трубы 7 в патрубке 4 кольцевой выступ 10 упирается в верхнее основание 2, ограничивая тем самым возможность дальнейшего осевого перемещения реакционной трубы 7.In the upper part of each
На обоих концах каждой реакционной трубы 7 устанавливаются разъемные соединения 11 (к примеру, проходные фланцы, шарнирные хомуты и др.). Наружный диаметр разъемного соединения 11, размещенного на нижнем конце реакционной трубы 7, должен быть меньше, чем ее наружный диаметр. Этим обеспечивается возможность беспрепятственной установки реакционной трубы 7 в патрубок 4 или ее демонтажа. Высоту реакционной трубы 7 следует выбирать такой, чтобы, после ее размещения внутри патрубка 4, разъемное соединение 11, установленное на нижнем конце реакционной трубы 7, полностью выступало из корпуса 1 наружу.At both ends of each
Сырьевой 12 и продуктовый 13 коллекторы, размещенные за пределами корпуса 1 и гидравлически связанные с соответствующими концами реакционных труб 7, выполнены в виде распределительных гребенок, которые оборудованы ответными разъемными соединениями 11. Сырьевой коллектор 12 позволяет равномерно распределить поступающий поток сырьевого (т.е. реакционного) газа по реакционным трубам 7, а для сбора и отведения продуктов реакции из реакционных труб 7 предназначен продуктовый коллектор 13. В зависимости от выбранного варианта размещения патрубков 4 по площади оснований 2 и 3 сырьевой 12 и продуктовый 13 коллекторы могут иметь различную форму (к примеру, кольцевую, линейную, зигзагообразную и т.д.).The
Паровой барабан 14 имеет крышку 15 и днище 16, которое размещено выше верхнего основания 2. Внутренние полости корпуса 1 и парового барабана 14 гидравлически связаны посредством трубопроводов: отводящего 5 и подводящего 6. Нижний конец отводящего трубопровода 5 присоединен к верхнему основанию 2, а верхний конец размещен во внутренней полости парового барабана 14, между его крышкой 15 и днищем 16. Нижний конец подводящего трубопровода 6 размещен во внутренней полости корпуса 1 между верхним 2 и нижним 3 основаниями, а верхний конец присоединен к днищу 16. В составе отводящего трубопровода 5 установлен обратный клапан 17. К крышке 15 присоединены предохранительный клапан 18 и линия закачки 19 с запорным органом 20.The
Во внутренней полости поршневого нагнетателя 21 с возможностью осевого возвратно-поступательного перемещения установлены поршень 22 и связанный с ним нажимной шток 23. Внутренние полости корпуса 1 и поршневого нагнетателя 21 гидравлически связаны между собой.In the inner cavity of the piston supercharger 21 with the possibility of axial reciprocating movement, a
Для охлаждения патрубков 4 с размещенными в них реакционными трубами 7 во внутренней полости корпуса 1 циркулирует жидкий теплоноситель. При этом внутренние полости корпуса 1 и поршневого нагнетателя 21 заполнены жидким теплоносителем полностью, внутренняя полость парового барабана 14 - частично.To cool the
Контроль величины избыточного давления пара в паровом барабане 14 осуществляется по показаниям манометра 24. С помощью термометров 25, 26 и 27 контролируются соответственно температуры поступающего сырьевого газа, выходящих продуктов реакции и теплоносителя внутри корпуса 1.The control of the excess steam pressure in the
Кожухотрубный каталитический реактор для проведения экзотермических процессов работает следующим образом. Типичным примером экзотермического процесса может являться конверсия синтез-газа в жидкие углеводороды, которая осуществляется с выделением значительного количества тепла.Shell-and-tube catalytic reactor for conducting exothermic processes works as follows. A typical example of an exothermic process can be the conversion of synthesis gas to liquid hydrocarbons, which is carried out with the release of a significant amount of heat.
Известно, что температура кипения жидкого теплоносителя, находящегося внутри замкнутой объема, определяется величиной созданного в нем избыточного давления. При этом в замкнутом объеме устанавливается тепловое равновесие при температуре, равной температуре кипения теплоносителя при созданном избыточном давлении.It is known that the boiling point of a liquid coolant inside a closed volume is determined by the magnitude of the excess pressure created in it. Moreover, in an enclosed volume, thermal equilibrium is established at a temperature equal to the boiling point of the coolant at the created overpressure.
Необходимая величина избыточного давления во внутренних полостях корпуса 1, парового барабана 14 и поршневого нагнетателя 21 в момент запуска реактора в работу может быть создана путем принудительной закачки азота в паровой барабан 14. В дальнейшем закачанный объем азота будет смешиваться с паром, образующимся при испарении теплоносителя во внутренней полости корпуса 1 и поступающим в паровой барабан 14 по отводящему трубопроводу 5.The required amount of overpressure in the internal cavities of the
Перед началом запуска реактора в работу внутренние полости корпуса 1 и поршневого нагнетателя 21 полностью заполняются жидким теплоносителем, а внутренняя полость парового барабана 14 - частично. После этого в соответствии с рекомендованной рабочей температурой катализатора уточняется величина избыточного давления, которое должна поддерживаться во внутренних полостях корпуса 1 и парового барабана 14 в процессе работы реактора.Before starting the reactor into operation, the internal cavities of the
При открытом запорном органе 20 через линию закачки 19 в паровой барабан 14 нагнетается инертный газ (в практических условиях чаще всего азот). Закачка азота прекращается при достижении расчетной величины избыточного давления во внутренней полости парового барабана 14, запорный орган 20 перекрывается. Через сырьевой коллектор 12, реакционные трубы 7 и продуктовый коллектор 13 организуется циркуляция горячего азота, что обеспечивает предварительный разогрев катализатора и жидкого теплоносителя.With the shut-off
Затем в сырьевой коллектор 12 вместо азота подается подогретый синтез-газ (сырьевой газ). За счет экзотермических реакций, которые протекают в процессе конверсии синтез-газа в жидкие углеводороды, катализатор в реакционных трубах 7 дополнительно разогревается. Для этого процесса характерно неравномерное распределение температурного поля по высоте слоя катализатора в реакционных трубах 7, которое сопровождается локальным разогревом его отдельных участков. При этом неизбежно возникает вероятность чрезмерного перегрева катализатора, что приводит к его последующей термической деструкции и резкому ухудшению каталитических свойств.Then, instead of nitrogen, heated synthesis gas (feed gas) is supplied to the
Жидкий теплоноситель, который циркулирует во внутренней полости корпуса 1, отбирает избыточное тепло с тех участков наружной поверхности реакционных труб 7, которые имеют температуру выше оптимального значения. Эффективный отбор избыточного тепла обеспечивается за счет испарения теплоносителя в зоне тепловыделения, при этом часть жидкого теплоносителя изменяет свое фазовое состояние, т.е. переходит из жидкого состояния в парообразное. Поскольку отбор избыточного тепла с наружной поверхности реакционных труб 7 обеспечивается за счет испарения жидкого теплоносителя, при выборе последнего предпочтение следует отдавать жидкостям, имеющим высокую скрытую теплоту испарения.The liquid coolant that circulates in the inner cavity of the
Естественная циркуляция теплоносителя осуществляется за счет разности плотностей. Пар, образовавшийся в результате кипения теплоносителя, по отводящему трубопроводу 5 направляется из внутренней полости корпуса 1 во внутреннюю полость парового барабана 14. Внутри него происходит охлаждение и конденсация пара, а образовавшийся конденсат по подводящему трубопроводу 6 вновь поступает во внутреннюю полость корпуса 1. При этом обратный клапан 17, установленный в отводящем трубопроводе 5, препятствует возникновению обратного перетока жидкого теплоносителя.The natural circulation of the coolant is due to the difference in densities. The steam generated as a result of boiling of the coolant is directed through the
Предохранительный клапан 18, который установлен на крышке 15, служит для экстренного сброса пара из внутренней полости парового барабана 14 в случае превышения критической величины избыточного давления.The
Постепенное снижение активности катализатора в процессе работы реактора может быть компенсировано путем соответствующего увеличения давления или температуры осуществляемого процесса. Стенки используемых реакционных труб 7 имеют ограниченный предел прочности по внутреннему давлению, поэтому в практических условиях преимущественно используется второй вариант, а именно увеличение рабочей температуры катализатора. Для этого достаточно увеличить избыточное давление во внутренних полостях корпуса 1 и парового барабана 14, что достигается путем соответствующего перемещения нажимного штока 23 и поршня 22 в поршневом нагнетателе 21. Возрастание избыточного давления во внутренних полостях корпуса 1 и парового барабана 14 будет сопровождаться изменением температуры кипения теплоносителя, которая начнет увеличиваться, что, в свою очередь, вызовет повышение рабочей температуру катализатора.A gradual decrease in catalyst activity during reactor operation can be compensated by a corresponding increase in pressure or temperature of the process being carried out. The walls of the
Таким образом, в процессе эксплуатации реактора с помощью поршневого нагнетателя 21 возможно достаточно оперативно регулировать температурный режим работы катализатора, что особенно актуально в случае снижения его активности.Thus, during the operation of the reactor using a piston supercharger 21, it is possible to rather quickly control the temperature regime of the catalyst, which is especially important in the case of a decrease in its activity.
Источники информацииInformation sources
1. Авторское свидетельство СССР №1134230, B01J 8/00, опубл. 15.01.1985.1. USSR Copyright Certificate No. 1134230,
2. Патент РФ на изобретение №2568476, МПК B01J 19/24, B01J 8/06, опубл. 20.11.2015.2. RF patent for the invention No. 2568476,
3. Евразийский патент №016857, МПК B01J 8/06, В01J 19/24, опубл. 30.08.2012.3. Eurasian patent No. 016857,
4. Патент РФ на изобретение №2392045, МПК B01J 8/06, опубл. 20.06.2010.4. RF patent for the invention No. 2392045,
Claims (2)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2017106335A RU2638987C1 (en) | 2017-02-28 | 2017-02-28 | Shell-and-tube catalytic reactor for conducting exothermic processes |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2017106335A RU2638987C1 (en) | 2017-02-28 | 2017-02-28 | Shell-and-tube catalytic reactor for conducting exothermic processes |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2638987C1 true RU2638987C1 (en) | 2017-12-19 |
Family
ID=60719006
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2017106335A RU2638987C1 (en) | 2017-02-28 | 2017-02-28 | Shell-and-tube catalytic reactor for conducting exothermic processes |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2638987C1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109277054A (en) * | 2018-11-15 | 2019-01-29 | 山东诺为制药流体***有限公司 | A kind of accurate charging continuous flow reaction system being quenched |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU1134230A1 (en) * | 1982-04-15 | 1985-01-15 | Волгоградский Ордена Трудового Красного Знамени Политехнический Институт | Shell-and-tube reactor |
| RU2392045C2 (en) * | 2007-05-29 | 2010-06-20 | МАН ДВЕ ГмбХ | Shell-and-tube reactors with liquid cooling under pressure |
| EA016857B1 (en) * | 2007-07-05 | 2012-08-30 | Сауди Бейсик Индастриз Корпорейшн | Reactor panel for catalytic processes |
| RU2568476C2 (en) * | 2010-06-11 | 2015-11-20 | Ифп Энержи Нувелль | Heat-exchange reactor with bayonet pipes and with smoke pipes suspended to upper reactor vault |
-
2017
- 2017-02-28 RU RU2017106335A patent/RU2638987C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU1134230A1 (en) * | 1982-04-15 | 1985-01-15 | Волгоградский Ордена Трудового Красного Знамени Политехнический Институт | Shell-and-tube reactor |
| RU2392045C2 (en) * | 2007-05-29 | 2010-06-20 | МАН ДВЕ ГмбХ | Shell-and-tube reactors with liquid cooling under pressure |
| EA016857B1 (en) * | 2007-07-05 | 2012-08-30 | Сауди Бейсик Индастриз Корпорейшн | Reactor panel for catalytic processes |
| RU2568476C2 (en) * | 2010-06-11 | 2015-11-20 | Ифп Энержи Нувелль | Heat-exchange reactor with bayonet pipes and with smoke pipes suspended to upper reactor vault |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109277054A (en) * | 2018-11-15 | 2019-01-29 | 山东诺为制药流体***有限公司 | A kind of accurate charging continuous flow reaction system being quenched |
| CN109277054B (en) * | 2018-11-15 | 2023-09-12 | 山东诺为制药流体***有限公司 | Accurate feeding continuous flow reaction system capable of quenching |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| RU2392045C2 (en) | Shell-and-tube reactors with liquid cooling under pressure | |
| CA2709887C (en) | Tube reactor having an insert for reduced volume outlet head space | |
| KR100433926B1 (en) | Radial flow reactor | |
| US7635456B2 (en) | Low pressure drop reforming reactor | |
| CS258104B2 (en) | Reactor for catalyzed reactions with through flow of gaseous reaction components in radial directions stepeise through particular chambers filled with catalyst | |
| JPS5839572B2 (en) | Reactor and its use | |
| RU2638987C1 (en) | Shell-and-tube catalytic reactor for conducting exothermic processes | |
| RU2719986C2 (en) | Isothermal catalytic tubular reactor | |
| NL8002172A (en) | REACTOR FOR EXOTHERMAL REACTIONS. | |
| US20170173547A1 (en) | Tray support insers for chemical reactor vessels and methods of use | |
| AU2015248803A1 (en) | Isothermal tubular catalytic reactor | |
| RU2278726C1 (en) | Reactor for gas phase catalytic processes | |
| RU2074024C1 (en) | Method for exothermic heterogeneous synthesis and reactor for its embodiment | |
| JP7216677B2 (en) | Cooling Coil Design for Oxidation or Ammoxidation Reactors | |
| US3892535A (en) | Ammonia synthesis converter | |
| KR102184495B1 (en) | 7 normal cubic meter per hour hydrogen production apparatus | |
| US2291762A (en) | Catalytic apparatus | |
| EP2991757A1 (en) | Jacketed autoclave device for production of polyamides | |
| JP6616320B2 (en) | Cooling coil design for oxidation or ammoxidation reactors | |
| RU2417834C1 (en) | Convector for gas-phase catalytic processes | |
| WO2017063796A1 (en) | Isothermal tubular catalytic reactor | |
| RU2773169C1 (en) | Bubble reactor | |
| RU2394624C1 (en) | Stationary condenser-evaporator | |
| RU2480272C1 (en) | Converter for catalytic gas chemical reactions | |
| RU2451889C1 (en) | Heat exchanger-reactor |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20210301 |