RU2674950C1 - Catalytic reactor - Google Patents
Catalytic reactor Download PDFInfo
- Publication number
- RU2674950C1 RU2674950C1 RU2018112557A RU2018112557A RU2674950C1 RU 2674950 C1 RU2674950 C1 RU 2674950C1 RU 2018112557 A RU2018112557 A RU 2018112557A RU 2018112557 A RU2018112557 A RU 2018112557A RU 2674950 C1 RU2674950 C1 RU 2674950C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- reactor
- catalyst
- mixing chamber
- gas
- permeable
- Prior art date
Links
- 230000003197 catalytic effect Effects 0.000 title claims abstract description 19
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 claims abstract description 55
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims abstract description 31
- 238000010791 quenching Methods 0.000 claims abstract description 20
- 239000012530 fluid Substances 0.000 claims abstract description 19
- 230000000171 quenching effect Effects 0.000 claims abstract description 19
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims abstract description 11
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims abstract description 11
- 239000011949 solid catalyst Substances 0.000 claims abstract description 5
- 238000011144 upstream manufacturing Methods 0.000 claims abstract description 3
- 239000008187 granular material Substances 0.000 claims description 6
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 abstract description 15
- 238000000034 method Methods 0.000 abstract description 15
- 238000009826 distribution Methods 0.000 abstract description 11
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 7
- 238000013461 design Methods 0.000 abstract description 6
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 6
- 238000012545 processing Methods 0.000 abstract description 4
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 abstract description 3
- 238000007670 refining Methods 0.000 abstract description 2
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 27
- 239000000047 product Substances 0.000 description 18
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 7
- 238000005192 partition Methods 0.000 description 4
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 3
- 239000000112 cooling gas Substances 0.000 description 3
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 3
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 3
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 3
- 238000009736 wetting Methods 0.000 description 3
- QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N Ammonia Chemical compound N QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- YNQLUTRBYVCPMQ-UHFFFAOYSA-N Ethylbenzene Chemical compound CCC1=CC=CC=C1 YNQLUTRBYVCPMQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000006555 catalytic reaction Methods 0.000 description 2
- 239000007795 chemical reaction product Substances 0.000 description 2
- 239000003153 chemical reaction reagent Substances 0.000 description 2
- 239000002283 diesel fuel Substances 0.000 description 2
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 2
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 2
- 238000012423 maintenance Methods 0.000 description 2
- 238000013021 overheating Methods 0.000 description 2
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 2
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 description 2
- 239000011541 reaction mixture Substances 0.000 description 2
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 2
- UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N Carbon monoxide Chemical compound [O+]#[C-] UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000012190 activator Substances 0.000 description 1
- 229910021529 ammonia Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000006227 byproduct Substances 0.000 description 1
- 229910002091 carbon monoxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 1
- 239000002826 coolant Substances 0.000 description 1
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 1
- 238000006356 dehydrogenation reaction Methods 0.000 description 1
- 238000007599 discharging Methods 0.000 description 1
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 description 1
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 description 1
- 230000017525 heat dissipation Effects 0.000 description 1
- 229930195733 hydrocarbon Natural products 0.000 description 1
- 150000002430 hydrocarbons Chemical class 0.000 description 1
- 238000002347 injection Methods 0.000 description 1
- 239000007924 injection Substances 0.000 description 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 239000012429 reaction media Substances 0.000 description 1
- 229920006395 saturated elastomer Polymers 0.000 description 1
- 238000007086 side reaction Methods 0.000 description 1
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 1
- 238000000629 steam reforming Methods 0.000 description 1
- 238000004781 supercooling Methods 0.000 description 1
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 description 1
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
- B01J8/0242—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 vertical
- B01J8/0264—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 vertical in a conically 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
- B01J19/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
- B01J19/24—Stationary reactors without moving elements inside
-
- 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
- B01J8/0446—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 flow within the beds being predominantly vertical
- B01J8/0476—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 flow within the beds being predominantly vertical in two or more otherwise shaped beds
- B01J8/048—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 flow within the beds being predominantly vertical in two or more otherwise shaped beds the beds being superimposed one above the other
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Fluid Mechanics (AREA)
- Devices And Processes Conducted In The Presence Of Fluids And Solid Particles (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области процессов и аппаратов химической технологии, а именно к каталитическим процессам с неподвижным слоем катализатора и проточным реакторам для их реализации, и может быть использовано в нефтеперерабатывающей, газоперерабатывающей, химической и других отраслях промышленности.The invention relates to the field of processes and apparatuses of chemical technology, namely to catalytic processes with a fixed catalyst bed and flow reactors for their implementation, and can be used in oil refining, gas processing, chemical and other industries.
Современные процессы химии, нефте- и газопереработки, в основе которых лежит химическое взаимодействие, в большинстве случаев основаны на использовании катализаторов, активаторов или других реагентов. Наиболее ответственным аппаратом таких процессов является реактор: от его успешной работы зависят качество получаемой продукции и экономические показатели установки. Один из самых простых по конструкции и эксплуатации - реактор с неподвижным слоем катализатора, который нашел широкое применение в таких процессах, как гидрообработка углеводородного сырья, паровая конверсия оксида углерода, синтез аммиака, дегидрирование этилбензола и т.д. (Ахметов, С.А. Технология глубокой переработки нефти и газа: Учебное пособие для вузов / С.А. Ахметов - Уфа: Гилем, 2002 - 672 с.)Modern processes of chemistry, oil and gas processing, which are based on chemical interaction, in most cases are based on the use of catalysts, activators or other reagents. The most important apparatus for such processes is the reactor: the quality of the products and the economic performance of the installation depend on its successful operation. One of the simplest in design and operation is a fixed-bed reactor, which is widely used in processes such as hydrotreatment of hydrocarbons, steam reforming of carbon monoxide, ammonia synthesis, dehydrogenation of ethylbenzene, etc. (Akhmetov, S.A. Technology for the deep processing of oil and gas: Textbook for universities / S.A. Akhmetov - Ufa: Gilem, 2002 - 672 p.)
Известен реактор для каталитического получения бензина и дизельного топлива, включающий корпус, крышку и днище, штуцера для ввода исходной газожидкостной смеси и вывода целевого продукта, газопроницаемую горизонтальную перегородку, на которой расположен неподвижный слой гранулированных частиц катализатора, при этом внутри реактора с зазором к основному корпусу устанавливают дополнительную стенку из листового металла, верхняя часть которой соединена с основным корпусом, а нижняя - с газожидкопроницаемой горизонтальной перегородкой, на входном штуцере устанавливают распределительное устройство, состоящее из входного канала кольцевой формы, центрального осесимметричного выходного канала, нескольких соединяющих указанныеKnown reactor for the catalytic production of gasoline and diesel fuel, including a housing, a cover and a bottom, a fitting for introducing the initial gas-liquid mixture and outputting the target product, a gas-permeable horizontal partition on which a fixed layer of granular catalyst particles is located, while inside the reactor with a gap to the main body install an additional wall of sheet metal, the upper part of which is connected to the main body, and the lower one with a gas-permeable horizontal partition, on the inlet fitting, a distribution device is installed, consisting of an input channel of a circular shape, a central axisymmetric output channel, several connecting these
каналы патрубков, расположенных тангенциально к указанному выходному каналу, и отбойного диска (патент на изобретение RU 2305593 С1, МПК B01J 8/02, заявлен 17.02.2006, опубликован 10.09.2007). Недостатками данного изобретения являются:the channels of the nozzles located tangentially to the specified output channel and the baffle plate (patent for invention RU 2305593 C1, IPC
- подвод дополнительного тепла, ограничивающий применение реактора только эндотермическими процессами с невысоким значением теплового эффекта реакции, которое возможно компенсировать путем байпасирования небольшого по объему относительно габаритов аппарата потока газосырьевой смеси;- the supply of additional heat, limiting the use of the reactor only to endothermic processes with a low value of the thermal effect of the reaction, which can be compensated by bypassing a small-volume stream of the gas-raw material mixture relative to the dimensions of the apparatus;
- отсутствие секционирования, что с учетом значительных габаритов аппарата и загруженного катализатора снижает равномерность работы последнего в слое и повышает гидравлическое сопротивление слоя катализатора в целом в процессе эксплуатации;- the absence of sectioning, which, given the significant dimensions of the apparatus and the loaded catalyst, reduces the uniformity of the latter in the layer and increases the hydraulic resistance of the catalyst layer as a whole during operation;
- неравномерное распределение сырьевого потока по нормальному сечению реактора с меньшим расходом потока в верхней части слоя катализатора и большим - в нижней части, увеличивающее разброс локальных струй потока по продолжительности пребывания реагирующих веществ в зоне реакции и, как следствие, снижающее глубину превращения исходного сырья в конечные продукты.- uneven distribution of the feed stream over the normal cross section of the reactor with a lower flow rate in the upper part of the catalyst bed and a larger one in the lower part, increasing the dispersion of local stream jets over the length of stay of the reacting substances in the reaction zone and, as a result, reducing the depth of conversion of the feedstock into final products.
Известен реактор для каталитических процессов, содержащий корпус с крышкой и днищем, патрубки ввода газо-сырьевой смеси и вывода продуктов реакции, перфорированную трубу, установленную по центру корпуса, глухую тарелку, расположенную над перфорированной трубой, распределительное устройство и слой катализатора, размещенный между распределительным устройством и перфорированной трубой со сплошной верхней частью, при этом распределительное устройство выполнено в виде перфорированной обечайки, коаксиально установленной в корпусе на расстоянии относительно его стенок и соединенной с глухой тарелкой (патент на полезную модель RU 30288, МПК B01J 8/00, заявлен 27.03.2003, опубликован 27.06.2003). Недостатками данной полезной модели являются:A known reactor for catalytic processes, comprising a housing with a lid and a bottom, nozzles for introducing a gas-raw material mixture and outputting reaction products, a perforated pipe mounted in the center of the housing, a blank plate located above the perforated pipe, a distribution device and a catalyst layer located between the distribution device and a perforated pipe with a solid upper part, while the switchgear is made in the form of a perforated shell, coaxially mounted in a housing on standing relative to its walls and connected to a blank plate (utility model patent RU 30288, IPC
- унос катализатора с продуктами реакции;- entrainment of the catalyst with reaction products;
- отсутствие полноценного отвода теплоты из реакционной зоны, повышающее температуру процесса, что приводит к образованию нежелательных побочных продуктов;- the lack of full heat removal from the reaction zone, increasing the temperature of the process, which leads to the formation of undesirable by-products;
- неравномерное распределение потока по высоте слоя катализатора, снижающее эффективность его работы.- uneven distribution of flow along the height of the catalyst layer, reducing its efficiency.
Известен каталитический реактор радиально-спирального типа, содержащий вертикальный цилиндрический корпус с патрубками подвода и отвода рабочих сред и теплоносителя, вдоль вертикальной оси корпуса устанавливают один или более блоков теплопередающих элементов с образованием периферийного кольцеобразного и центрального цилиндрического распределительных коллекторов для одной из рабочих сред и распределительной и сборной камер для второй рабочей среды, которые отделены от упомянутых распределительных коллекторов внутренними и наружными герметичными горизонтальными перегородками, каждый блок сформирован из вертикально установленных, примыкающих друг к другу теплопередающих элементов, каждый из которых выполняют полым из двух стенок с дистанционирующими выступами, имеющих в поперечном сечении форму спирали Архимеда, сваренных между собой по двум горизонтальным сторонам и образующих во внутренней полости радиально-спиральный щелевой канал, и сообщают с периферийным и центральным распределительными коллекторами для перемещения одной из рабочих сред, а между прилегающими друг к другу теплопередающими элементами образованы вертикальные щелевые каналы спиралеобразного сечения, сообщенные с верхней распределительной и нижней сборной камерами для перемещения в аксиальном направлении второй рабочей среды, причем щелевые каналы, по которым направляются продукты, участвующие в каталитическом процессе, заполняют мелкозернистым катализатором (патент на изобретение RU 2371243 С1, МПК B01J 8/00, заявлен 28.04.2008,Known catalytic reactor of radial-spiral type, containing a vertical cylindrical body with nozzles for supplying and discharging working fluids and coolant, one or more blocks of heat transfer elements are installed along the vertical axis of the shell with the formation of a peripheral ring-shaped and central cylindrical distribution manifolds for one of the working media and distribution and prefabricated chambers for the second working medium, which are separated from the said distribution manifolds by internal and outdoor sealed horizontal partitions, each block is formed of vertically mounted, adjacent to each other heat transfer elements, each of which is hollow of two walls with spacing protrusions having a cross-sectional shape of an Archimedes spiral welded together on two horizontal sides and forming in the inner cavity radial spiral slotted channel, and communicate with the peripheral and central distribution manifolds to move one of the working environments, and between vertical slit channels of a spiral cross section, connected with the upper distribution and lower prefabricated chambers to move the second working medium in the axial direction, are formed by heat-transmitting elements that are adjacent to each other, and the slit channels through which products participating in the catalytic process are directed are filled with a fine-grained catalyst (patent for invention RU 2371243 C1, IPC
опубликован 27.10.2009 г.). Главными недостатками данного изобретения являются:published October 27, 2009). The main disadvantages of this invention are:
- чрезмерная сложность и не технологичность конструкции;- excessive complexity and non-manufacturability of the design;
- высокая металлоемкость аппарата из-за наличия большого числа теплопередающих элементов сложной геометрической формы;- high metal consumption of the apparatus due to the presence of a large number of heat transfer elements of complex geometric shape;
- необходимость использования двух рабочих сред, одна из которых обеспечивает температурный режим каталитического процесса для второй рабочей среды;- the need to use two working environments, one of which provides the temperature regime of the catalytic process for the second working environment;
- уменьшение эффективности теплопереноса от одной рабочей среды к другой из-за наличия дополнительного термического сопротивления в виде теплопередающей стенки.- a decrease in the efficiency of heat transfer from one working medium to another due to the presence of additional thermal resistance in the form of a heat transfer wall.
Известен реактор для проведения экзотермических каталитических реакций, включающий корпус с люками, верхнее днище с устройством для ввода паров сырья, нижнее днище с устройством для вывода продукта, расположенные по высоте реактора слои катализатора, помещенные на горизонтальные газопроницаемые перегородки и возрастающие по массе сверху вниз, и расположенные между слоями катализатора средства отвода тепла реакции, выполненные в виде распределяющих устройств для подачи охлаждающего газа, при этом масса катализатора в смежных слоях возрастает в 1,2-2 раза, средства отвода тепла реакции включают также конвективные теплообменники, каждый из которых расположен в сужении свободного сечения реактора, образованном поверхностями фасонных вставок в корпусе реактора, а каждое распределяющее устройство для подачи охлаждающего газа расположено под фасонной вставкой в зоне расширения свободного сечения реактора (патент на изобретение RU 2206384 С1, МПК B01J 8/04, заявлен 21.02.2002, опубликован 20.06.2003). Недостатками данного изобретения являются:A known reactor for conducting exothermic catalytic reactions, including a housing with hatches, a top bottom with a device for introducing raw material vapors, a bottom bottom with a device for outputting the product, catalyst layers located along the height of the reactor placed on horizontal gas-permeable partitions and increasing in weight from top to bottom, and reaction heat removal means located between the catalyst layers, made in the form of distributing devices for supplying a cooling gas, while the mass of the catalyst in adjacent layers grows 1.2–2 times, the means of removing the heat of reaction also include convective heat exchangers, each of which is located in the narrowing of the free section of the reactor formed by the surfaces of the shaped inserts in the reactor vessel, and each distributing device for supplying cooling gas is located under the shaped insert in the zone expansion of the free cross section of the reactor (patent for the invention RU 2206384 C1, IPC
- использование для отвода тепла конвективных теплообменников, выполненных в виде рядов секций, образованных из пакетов U-образных труб, что не только значительно увеличивает металлоемкость аппарата, но и- the use for conveying heat convective heat exchangers made in the form of rows of sections formed from packages of U-shaped pipes, which not only significantly increases the metal consumption of the apparatus, but also
ограничивает применение такого реактора только для чистых продуктов из-за необходимости в чистке внутренней и наружной поверхности труб, требующей остановки процесса;limits the use of such a reactor only for clean products due to the need to clean the inner and outer surfaces of the pipes, requiring a process stop;
- уменьшение эффективности теплопереноса от одной рабочей среды к другой из-за наличия дополнительного термического сопротивления в виде теплопередающей стенки;- a decrease in the efficiency of heat transfer from one working medium to another due to the presence of additional thermal resistance in the form of a heat transfer wall;
- использование в качестве охлаждающего газа, вводимого в поток реакционной смеси, холодного рецикла, что приводит к увеличению необходимого объема катализатора и появлению зон локального переохлаждения реакционной смеси вблизи сопел коллекторного распределителя со снижением скорости каталитических реакций.- the use of cold recycle as a cooling gas introduced into the flow of the reaction mixture, which leads to an increase in the required catalyst volume and the appearance of zones of local supercooling of the reaction mixture near the nozzles of the manifold distributor with a decrease in the rate of catalytic reactions.
Наиболее близким техническим решением по совокупности признаков является каталитический реактор, содержащий герметичный корпус, в котором заключены по меньшей мере два слоя твердого катализатора, разделенные промежуточной зоной, содержащей коллекторную тарелку, взаимодействующую с камерой смачивания, расположенной под коллекторной тарелкой, при этом реактор содержит патрубок для нагнетания смачивающей текучей среды, который расположен в коллекторном пространстве, находящемся в промежуточной зоне над коллекторной тарелкой и на периферии реактора, причем нагнетательный патрубок выполнен в виде изогнутой трубки, конец нагнетательного патрубка содержит трубчатый участок, выполненный таким образом, чтобы нагнетать смачивающую текучую среду в коллекторное пространство по существу в горизонтальном направлении, образующем угол от -10° до +10° относительно направления, касательного к внутренней поверхности стенки корпуса на уровне выхода упомянутого трубчатого участка, чтобы получать вращательное движение текучей среды на коллекторной тарелке (патент на изобретение RU 2627389 С2, МПК B01J 8/04, B01J 19/26, заявлен 03.04.2013, опубликован 08.08.2017). Недостатками данного изобретения являются:The closest technical solution for the totality of features is a catalytic reactor containing a sealed housing in which at least two layers of solid catalyst are enclosed, separated by an intermediate zone containing a collector plate interacting with a wetting chamber located under the collector plate, while the reactor contains a pipe for injection of a wetting fluid, which is located in the collector space located in the intermediate zone above the collector plate and on the reactor isferria, wherein the discharge pipe is made in the form of a curved tube, the end of the discharge pipe contains a tubular section made in such a way as to pump the wetting fluid into the manifold space in a substantially horizontal direction, forming an angle from -10 ° to + 10 ° relative to the direction tangent to the inner surface of the wall of the housing at the exit level of the said tubular section, in order to obtain rotational movement of the fluid on the collector plate (RU patent 2627389 C2, IPC
- отсутствие в реакторе сообщения между слоями катализатора, существенно осложняющее стадии загрузки и выгрузки самого катализатора и инертных гранул в особенности при быстрой дезактивации катализатора и необходимости его частой замены;- the absence in the reactor of communication between the catalyst layers, which significantly complicates the stages of loading and unloading the catalyst itself and inert granules, especially when the catalyst is rapidly deactivated and often needs to be replaced;
- наличие слоя твердых инертных гранул выше слоя твердого катализатора по ходу движения газосырьевого потока в секции ввода квенчинга, приводящее к увеличению гидравлического сопротивления и, опосредованно, к росту энергозатрат на реализацию процесса в реакторе;- the presence of a layer of solid inert granules above the solid catalyst layer in the direction of the gas-feed stream in the quenching inlet section, leading to an increase in hydraulic resistance and, indirectly, to an increase in energy consumption for the implementation of the process in the reactor;
- использование для ввода охлаждающего потока одного патрубка и нескольких отверстий распределителя, не обеспечивающих качественного перемешивания холодного квенчинга и горячей реакционной среды в пространстве между слоями катализатора, следовательно в нижележащий слой катализатора поступают разнотемпературные локальные струи, из-за чего в зонах перегрева относительно оптимальной температуры каталитического процесса протекают побочные реакции, приводящие к потере целевых продуктов, а в зонах переохлаждения снижается скорость целевых реакций, также увеличивая потери соответствующих продуктов.- the use of a single nozzle and several distributor holes for introducing a cooling stream, which do not provide high-quality mixing of cold quenching and a hot reaction medium in the space between the catalyst layers, therefore, different-temperature local jets enter the underlying catalyst layer, which is why in the overheating zones relative to the optimum catalytic temperature side reactions occur, leading to the loss of the target products, and the rate of evyh reactions also increasing loss of the respective products.
Задачей настоящего изобретения является усовершенствование конструкции каталитического реактора с неподвижным слоем катализатора с компенсацией отрицательного влияния теплового эффекта реакции таким образом, чтобы обеспечить поддержание необходимого температурного режима в аппарате, сохранив при этом равномерную работу катализатора в слое, без монтирования сложных металлических конструкций, обеспечивающих отвод тепла реакции.The objective of the present invention is to improve the design of a catalytic reactor with a fixed catalyst bed with compensation for the negative influence of the thermal effect of the reaction in such a way as to ensure the maintenance of the required temperature in the apparatus, while maintaining uniform operation of the catalyst in the layer, without mounting complex metal structures providing heat removal of the reaction .
Поставленная задача решается за счет того, что в каталитическом реакторе, включающем вертикальный цилиндрический корпус, в который заключают по крайней мере два слоя твердого катализатора, разделенные промежуточной зоной, содержащей штуцер ввода квенчингового газа, коллекторную тарелку, сопряженную с камерой смешения газопродуктового флюида с квенчинговым газом, и распределительное устройство, внешнююThe problem is solved due to the fact that in a catalytic reactor comprising a vertical cylindrical body, which enclose at least two layers of solid catalyst, separated by an intermediate zone containing a quenching gas inlet fitting, a collector plate interfaced with a mixing chamber for a gas product fluid with quenching gas and switchgear, external
часть коллекторной тарелки реализуют в форме усеченного конуса, обращенного вершиной вниз по ходу движения потока газопродуктового флюида, а внутреннюю - в форме усеченного конуса, обращенного вершиной вверх по ходу движения потока газопродуктового флюида, камеру смешения выполняют в форме кольцевого стакана, заполненного катализатором, с проницаемыми внешней и внутренней стенками и проницаемым кольцевым днищем, часть промежуточной зоны, следующую за штуцером ввода квенчингового газа в корпус реактора, снабжают отбойником, при этом дополнительно устанавливают горизонтальную кольцевую пластину, сопряженную с нижней кромкой проницаемой внешней стенки камеры смешения и с корпусом реактора.part of the collector plate is implemented in the form of a truncated cone, with its apex pointing downstream of the gas product fluid flow, and the inside, in the form of a truncated cone, with its apex pointing upstream of the gas product fluid flow, the mixing chamber is made in the form of an annular cup filled with catalyst with permeable external and internal walls and a permeable annular bottom, the part of the intermediate zone following the nozzle for the introduction of quenching gas into the reactor vessel is equipped with a chipper, while additionally mounted horizontal annular plate which involves a lower edge of the outer permeable wall and the mixing chamber of the reactor body.
Проницаемые стенки и днище камеры смешения могут быть выполнены из металлической сетки или из перфорированной в форме щелей или круглых отверстий металлической пластины с размером отверстий меньше диаметра гранул катализатора.The permeable walls and the bottom of the mixing chamber can be made of a metal mesh or perforated in the form of slots or round holes of a metal plate with a hole size smaller than the diameter of the catalyst granules.
Целесообразно также проницаемое кольцевое днище камеры смешения выполнять подвижным в горизонтальной плоскости, что позволит во время ремонтных работ сначала открыть кольцевое днище, обеспечивая последовательную выгрузку отработанного катализатора из вышележащего слоя катализатора в нижележащий, а затем закрыть, обеспечивая загрузку свежего катализатора последовательно от нижележащего слоя катализатора к вышележащему. Подвижность проницаемого кольцевого днища камеры смешения можно обеспечить, например, путем горизонтального перемещения его в пазах, закрепленных на горизонтальной кольцевой пластине, или горизонтального вращения его вокруг установочной шпильки, соединяющей проницаемое кольцевое днище камеры смешения и горизонтальную кольцевую пластину.It is also advisable to make the permeable annular bottom of the mixing chamber movable in the horizontal plane, which will allow to first open the annular bottom during repair work, providing sequential discharge of spent catalyst from the overlying catalyst layer to the underlying one, and then closing it, ensuring that fresh catalyst is loaded sequentially from the underlying catalyst layer to overlying. The mobility of the permeable annular bottom of the mixing chamber can be ensured, for example, by moving it horizontally in grooves mounted on a horizontal annular plate, or by rotating it horizontally around a mounting pin connecting the permeable annular bottom of the mixing chamber and the horizontal annular plate.
Целесообразно для обеспечения подвижности частиц катализатора при его выгрузке из реактора усеченные конусы, образующие коллекторнуюIt is advisable to ensure the mobility of the catalyst particles during its unloading from the reactor, truncated cones forming a collector
тарелку, выполнять с углами относительно горизонтального сечения корпуса больше угла естественного откоса влажного катализатора.plate, to perform with angles relative to the horizontal section of the housing greater than the angle of repose of the wet catalyst.
Для эффективного перемешивания квенчингового газа и равномерного прохождения его сквозь слой катализатора в кольцевом стакане камеры смешения промежуточную зону обеспечивают несколькими штуцерами ввода квенчингового газа.For efficient mixing of the quenching gas and its uniform passage through the catalyst bed in the annular glass of the mixing chamber, the intermediate zone is provided with several quenching gas inlets.
Заявляемое изобретение проиллюстрировано на фигуре 1, где представлена промежуточная зона каталитического реактора с использованием следующих обозначений:The invention is illustrated in figure 1, which presents the intermediate zone of the catalytic reactor using the following notation:
1 - корпус;1 - housing;
2 - слой катализатора;2 - catalyst layer;
3 - штуцер ввода квенчингового газа;3 - a fitting for introducing quenching gas;
4 - коллекторная тарелка;4 - collector plate;
5 - камера смешения;5 - mixing chamber;
6 - проницаемая стенка;6 - permeable wall;
7 - проницаемое кольцевое днище;7 - permeable annular bottom;
8 - горизонтальная кольцевая пластина;8 - horizontal annular plate;
9 - распределительное устройство;9 - switchgear;
10 - отбойник;10 - chipper;
11 - газопродуктовый флюид;11 - gas product fluid;
12 - квенчинговый газ.12 - quenching gas.
В представленной на фигуре 1 промежуточной зоне корпуса 1 заявляемого каталитического реактора реакционное взаимодействие, например, гидрообработка дизельного топлива осуществляется следующим образом. Газопродуктовый флюид 11, полученный в вышележащей каталитической секции реактора, по наклонным внутренней и внешней частям коллекторной тарелки 4 стекает в камеру смешения 5, выполненную в форме кольцевого стакана с проницаемыми стенками 6 и кольцевым днищем 7, отверстия которых меньше диаметра гранул катализатора. Через вмонтированные в корпус 1 штуцера ввода квенчингового газа 3 подаютIn the intermediate zone of the inventive catalytic reactor shown in FIG. 1, the reaction interaction, for example, hydroprocessing of diesel fuel, is as follows.
квенчинговый газ 12, представляющий собой водородсодержащий газ с температурой ниже температуры газопродуктового флюида. Квенчинговый газ 12, предварительно распределенный по всему свободному сечению реактора в пространстве между корпусом 1, коллекторной тарелкой 4, горизонтальной кольцевой пластиной 8 и камерой смешения 5 при помощи отбойника 10, проходит через проницаемые стенки 6 камеры смешения 5 перпендикулярно движению потока газопродуктового флюида 11 вдоль камеры смешения 5, заполненной катализатором. Это обеспечивает снижение температуры потока газопродуктового флюида 11 за счет его смешения с квенчинговым газом 12 путем интенсивной турбулизации обоих потоков благодаря уменьшению их площади сечения с одновременным насыщением газопродуктового флюида 11 свежим водородсодержащим газом для дальнейшего химического взаимодействия, предотвращая также перегрев катализатора в камере смешения 5. Квенчинговый газ 12, прошедший насквозь камеру смешения 5 через проницаемые стенки 6, смешивается с газопродуктовым флюидом 11 и поступает в нижележащий слой катализатора 2, предварительно подвергаясь равномерному перераспределению потока по всему сечению корпуса 1 с помощью распределительного устройства 9.
При загрузке в каталитический реактор свежего катализатора проницаемые кольцевые днища 7 камер смешения 5 находятся в открытом положении, что позволяет засыпать катализатор через верхний загрузочный люк (на фигуре 1 не показан). После заполнения нижележащего слоя катализатора выполняют перекрытие находящейся над ним камеры смешения 5 при помощи проницаемого кольцевого днища 7 и начинают заполнение вышележащего слоя катализатора. Аналогичные операции выполняют до полного заполнения реактора катализатором.When loading fresh catalyst into the catalytic reactor, the permeable
При выгрузке из реактора отработанного дезактивированного катализатора проницаемые кольцевые днища 7 камер смешения 5 сначала находятся в закрытом положении. Открытие нижнего разгрузочного люкаWhen unloading the spent deactivated catalyst from the reactor, the permeable
реактора (на фигуре 1 не показан) позволяет высыпать нижний слой катализатора. После удаления нижележащего слоя катализатора при помощи проницаемого кольцевого днища 7 открывают находящуюся над ним камеру смешения 5 и опорожняют вышележащие слои катализатора. Аналогичные операции выполняют до полного опорожнения реактора от катализатора.the reactor (not shown in FIG. 1) allows pouring out the lower catalyst layer. After removing the underlying catalyst layer using a permeable
Предлагаемая конструкция реактора позволяет также дополнительно вводить с помощью реагентов тепло в зону реакции в случаях эндотермического эффекта реакции, снижающего ее скорость, что в ином варианте реализации потребовало бы увеличения габаритов реактора и загрузки катализатора.The proposed reactor design also allows additional heat to be introduced into the reaction zone using reagents in cases of an endothermic reaction effect that reduces its speed, which in another embodiment would require an increase in reactor dimensions and catalyst loading.
Таким образом, заявляемое изобретение решает задачу усовершенствования конструкции каталитического реактора с неподвижным слоем катализатора с компенсацией отрицательного влияния теплового эффекта реакции таким образом, чтобы обеспечить поддержание необходимого температурного режима в аппарате, сохранив при этом равномерную работу катализатора, без монтирования сложных металлических конструкций, обеспечивающих отвод тепла реакции.Thus, the claimed invention solves the problem of improving the design of a catalytic reactor with a fixed catalyst bed with compensation for the negative influence of the thermal effect of the reaction in such a way as to ensure the maintenance of the required temperature in the apparatus, while maintaining uniform operation of the catalyst, without mounting complex metal structures that provide heat dissipation reactions.
Claims (7)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2018112557A RU2674950C1 (en) | 2018-04-09 | 2018-04-09 | Catalytic reactor |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2018112557A RU2674950C1 (en) | 2018-04-09 | 2018-04-09 | Catalytic reactor |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2674950C1 true RU2674950C1 (en) | 2018-12-13 |
Family
ID=64753272
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2018112557A RU2674950C1 (en) | 2018-04-09 | 2018-04-09 | Catalytic reactor |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2674950C1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2769913C2 (en) * | 2017-06-02 | 2022-04-08 | Касале Са | Catalyst bed reactor |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3443910A (en) * | 1966-06-03 | 1969-05-13 | Chemical Construction Corp | Apparatus for exothermic catalytic reactions |
| SU1212316A3 (en) * | 1980-07-30 | 1986-02-15 | Шелл Интернэшнл Рисерч Маатсхаппий Б.В.(Фирма) | Reactor with moving catalyst layer for processing hydrocarbons |
| RU2627389C2 (en) * | 2012-03-04 | 2017-08-08 | Ифп Энержи Нувелль | Catalytic reactor with washing apparatus equipped with nozzle for tangential impurity of wetting fluid environment method of application of reactor and method of manufacturing reactor |
-
2018
- 2018-04-09 RU RU2018112557A patent/RU2674950C1/en active
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3443910A (en) * | 1966-06-03 | 1969-05-13 | Chemical Construction Corp | Apparatus for exothermic catalytic reactions |
| SU1212316A3 (en) * | 1980-07-30 | 1986-02-15 | Шелл Интернэшнл Рисерч Маатсхаппий Б.В.(Фирма) | Reactor with moving catalyst layer for processing hydrocarbons |
| RU2627389C2 (en) * | 2012-03-04 | 2017-08-08 | Ифп Энержи Нувелль | Catalytic reactor with washing apparatus equipped with nozzle for tangential impurity of wetting fluid environment method of application of reactor and method of manufacturing reactor |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2769913C2 (en) * | 2017-06-02 | 2022-04-08 | Касале Са | Catalyst bed reactor |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| AU2012211334B2 (en) | Monolithic reactor | |
| US4820495A (en) | Plate reactors for chemical syntheses under high pressure in gaseous phase and with heterogeneous catalysis | |
| EP2767333A1 (en) | Mixing device with tangential inlets for two-phase concurrent vessels | |
| RU2640070C2 (en) | Vortex type mixing device for down-flow hydrotreating reactor | |
| US3909208A (en) | Apparatus for hydrocarbon conversion | |
| CN108421506B (en) | Energy-saving radial reactor suitable for strong exothermic reaction | |
| US5120691A (en) | Process for regulating or checking the thermal level of a pulverulent solid incorporating a heat exchanger with fluidized bed compartments | |
| JPS627435A (en) | Catalytic conversion of gas or liquid in multitubular type reactor | |
| EA017645B1 (en) | Process for performing an endothermic reaction | |
| RU2674950C1 (en) | Catalytic reactor | |
| US3918918A (en) | Catalytic reactor | |
| US5772970A (en) | Reaction column | |
| CN110691643A (en) | Catalyst and transport gas distributor for dehydrogenation reactors with fluidized bed | |
| US2548519A (en) | Apparatus for conducting high-temperature reactions | |
| CZ117696A3 (en) | Catalytic reaction vessel for endothermic reactions | |
| JP5798726B2 (en) | Device for cooling and distributing the mixed charge on a fixed catalyst bed | |
| EP0212689B1 (en) | Catalytic conversion of liquid and/or gas | |
| CN215353341U (en) | Petroleum hydrocarbon fluidized catalytic conversion reactor | |
| KR101815752B1 (en) | Self heat supply dehydrogenation reactor with heat source column inside catalyst layer | |
| RU2283174C1 (en) | Reactor for maintaining catalytic processes | |
| KR101831507B1 (en) | Self heat supply dehydrogenation reactor for inducing isothermal reaction | |
| CN116322969A (en) | Hydroprocessing reactor internals having reduced height | |
| KR101815753B1 (en) | Self heat supply dehydrogenation reactor with heat source plate inside catalyst layer | |
| US2910431A (en) | Hydroforming and apparatus therefor | |
| EP0063864A2 (en) | Fluid injection apparatus |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| HE4A | Change of address of a patent owner |
Effective date: 20190704 |