Przedmiotem wynalazku jest sposób prowadzenia reakcji pomiedzy gazowymi surowcami oraz reak¬ tor do prowadzenia reakcji pomiedzy gazowymi su¬ rowcami.Reakcje, w których gazowTe surowce reaguja ze soba w obecnosci katalizatora stalego, pod odpo¬ wiednim cisnieniem, sa uzywane do syntezy ami- nozwiazków, syntezy metanolu i w innych proce¬ sach. W wielu przypadkach reakcje przemiany sa re¬ akcjami egzotermicznymi, prowadzonym pod cisnie¬ niem wyzszym niz cisnienie atmosferyczne. Tak wiec cieplo reakcji powoduje nadmierne podnie¬ sienie temperatury gazu oraz temperatury kataliza¬ tora powodujac pogorszenie dzialania katalizatora oraz zmniejszenie stezenia wytwarzanego produktu z uwagi na osiagniecie równowagi chemicznej. Tak wiec nalezy unikac nadmiernego podnoszenia tem¬ peratury gazu oraz temperatury katalizatora.Najbardziej popularny sposób usuwania ciepla re¬ akcji polega na wykorzystaniu ciepla reakcji do wstepnego podgrzewania gazu rozruchowego dopro¬ wadzanego do warstwy katalizatora. Zgodnie z tym sposobem wymiana ciepla zachodzi pomiedzy gazem o wyzszej temperaturze, obecnym w strefie katali¬ zatora, lub opuszczajacym strefe katalizatora,, a ga¬ zem o nizszej temperaturze wprowadzonym do war- strwy katalizatora. Wymiana ta zachodzi w celu pod¬ niesienia temperatury gazu wprowadzonego do war- stwy ikatalizatora. Wymiana ta zachodzi w celu pod- czac reakcje chemiczna. Zazwyczaj wymiane ciepla 20 30 prowadzi sie pod cisnieniem równym cisnieniu re¬ akcji, zas katalizator oraz wymiennik ciepla pomie¬ dzy fazami gazowymi znajduja sie w jednym reak¬ torze.W sposobie podgrzewania doprowadzonegp gazu, przy wykorzystaniu ciepla reakcji, ilosc ciepla re¬ akcji jest wieksza niz ilosc ciepla potrzebna do pod¬ grzewania gazu. W obrebie warstwy katalizatora temperatura po stronie wyjsciowej katalizatora jest znacznie wyzsza niz temperatura po stronie wejs¬ ciowej. Tak wiec rozwiazanie to nie zapewnia prze¬ zwyciezenia zmniejszenia aktywnosci katalizatora ani osiagniecia równowagi chemicznej. Ponadto spo¬ sób ten wymaga zastosowania dodatkowego wy¬ miennika do odbioru nadmiaru ciepla reakcji, co powoduje zmniejszenie ilosci odzyskiwanego ciepla.Kolejny sposób usuwania ciepla reakcji polega na odparowaniu plynu pod odpowiednim cisnieniem.Jako plyn podlegajacy parowaniu stosuje sie naj¬ czesciej wode, chociaz mozliwe jest równiez uzycie mieszaniny weglowodorów o odpowiedniej tempera¬ turze wrzenia. Zgodnie z powyzszym sposobem ko¬ nieczne jest odparowanie plynu pod cisnieniem za¬ pewniajacym uzyskanie temperatury wrzenia niz¬ szej niz temperatura katalizatora, aby zapobiec nad¬ miernemu podnoszeniu temperatury katalizatora.Cieplo reakcji jest usuwane przez odparowanie ply¬ nu chlodzacego. Zwykle cisnienie plynu chlodzacego jest nizsze niz cisnienie gazu.Urzadzenie stosowane w tym rozwiazaniu zawie- 124 6553 124 655 4 ra plaszcz cisnieniowy,. w którym szczelnie jest osa¬ dzona górna plyta oraz dolna plyta. Do tych plyt jest zamocowanych szczelnie wiele przewodów. Pod dolna plyta znajduje sie siatka podtrzymujaca ka¬ talizator, przy czym warstwa katalizatora znajduje sie wewnatrz kazdego przewodu. Przez króciec wlotowy jest doprowadzany gaz sprezony do cisnie¬ nia reakcji oraz podgrzany do odpowiedniej tem¬ peratury. Gaz przechodzi przez warstwe kataliza¬ tora i poprzez króciec wylotowy jest odprowadzany do nastepnego etapu procesu. Przy przejsciu przez warstwe katalizatora zachodzi reakcja przemiany.Cieplo ..powstajace w. wyniku reakcji jest przeno¬ szone'przez warstwe' katalizatora oraz scianki kaz¬ dego przewodu do plynu chlodzacego odprowadzo¬ nego przez odpowiedni.króciec do przestrzeni pomie¬ dzy plaszczem cisnieniowym i górna oraz dolna ply¬ ta na zewnatrz przewodu. Cieplo reakcji zostaje od¬ prowadzane w wyniku wrzenia i parowania plynu chlodzacego. Plyn chlodzacy w postaci pary lub mie¬ szaniny pary i plynu jest odprowadzany z reaktora przez króciec wylotowy. Cieplo przenoszone przez te pare jest uzywane przykladowo do napedu tur¬ biny sprezajacej gaz, który bierze udzial w reakcji.Jesli chodzi o zapobieganie nadmiernemu podno¬ szeniu temperatury katalizatora oraz efektywnemu wykorzystaniu ciepla reakcji to opisany reaktor jest korzystniejszy od rozwiazania w którym nastepuje wymiana ciepla miedzy fazami gazowymi.Jednakze ze wzgledu na oszczednosci energii oraz koniecznosc zwiekszenia rozmiarów pojedynczego reaktora, w reaktorach chlodzonych metoda paro¬ wania plynu chlodzacego narastaja kolejno pro¬ blemy.Aby uzyskac bardziej efektywne wykorzystanie ciepla reakcji pozadane sa wyzsze temperatury pary oraz wyzsze cisnienia. Przykladowo, gdy powstajaca para jest para wodna, doprowadzana nastepnie do turbiny i przeksztalcana w energie mechaniczna, to para wodna o cisnieniu 9,8 MPa o temperaturze 480°C ulega rozprezeniu do 3,9 MPa, umozliwiajac odzyskanie okolo 50 kilowatogodzin energii na tone pary. Jednakze, gdy cisnienie powstajacej pary wod¬ nej wynosi 3,9 MPa to energia odpowiadajaca temu cisnieniu pary wodnej nie zostaje odzyskana. Opi¬ sane rozwiazanie nie nadaje sie do zastosowania w duzych reaktorach, gdzie pozadane sa wysokie cisnienia powstajacej pary wodnej.Kolejny problem polega na tym, ze cisnienie rea¬ kcji ulega redukcji. Przykladowo, przy wytwarza¬ niu amoniaku lub metanolu dla reakcji przemiany stosuje sie zwykle cisnienie od 9,8—29,3 MPa. W tym przypadku konieczne jest sprezenie gazowych su¬ rowców od cisnienia rzedu 2—3,9 MPa do cisnienia 9,8—29,3 MPa. Gdy cisnienie reakcji przemiany zostaje zredukowane ponizej 9,8 MPa to energia potrzebna na sprezenie gazów moze ulec zmniejsze¬ niu. Z uwagi na równowage chemiczna mozliwe jest zmniejszenie cisnienia reakcji przy zastosowaniu ka¬ talizatora majacego duza aktywnosc w niskich tem¬ peraturach. Jednakze wiadomym jest, ze czym niz¬ sza jest temperatura i cisnienie reakcji przemiany, tym wieksze sa ilosci ciepla generowanego przez reakcje.Ponadto nadmierne podniesienie temperatury wy¬ raznie wplywa na aktywnosc katalizatora w niskich temperaturach. Tak wiec konieczne jest zwieksze¬ nie powierzchni przekroju poprzecznego strumienia przeplywu gazu dla gazowych surowców przeply- 5 wajacych przy niskim cisnieniu i duzej objetosci.Konieczne jest równiez dokladne sterowanie tem¬ peratura wewnatrz warstwy katalizatora. Nie mozna tego uzyskac w reaktorze, w którym katalizator jest rozmieszczony wewnatrz przewodów.Kolejny problem techniczny stwarza zwiekszenie rozmiarów pojedynczego reaktora. Aby zapobiec przeciekom pomiedzy plynem chlodzacym i gazami powstajacymi w wyniku reakcji a rózniacymi sie cisnieniem, konieczne jest szczelne zamocowanie przewodów do plyty górnej i dolnej, w znanym re¬ aktorze, jak równiez szczelne przymocowanie plyt do plaszcza cisnieniowego na drodze spawania lub w inny sopsób. Z uwagi na to, ze temperatura przewodów rózni sie od temperatury plaszcza cis¬ nieniowego, to odleglosc pionowa pomiedzy górnym i dolnym arkuszem zmienia sie z powodu róznicy rozszerzalnosci cieplnej podczas procesu. Nawet, gdyby material przewodów mial wspólczynnik roz¬ szerzalnosci cieplnej równy ze wspólczynnikiem ma¬ terialu, z którego jest wykonany plaszcz cisnienio¬ wy, to jednak górna i dolna plyta reaktora ulega duzym naprezeniom termicznym. Naprezenia te wzrastaja wraz ze srednica i dlugoscia reaktora.Utrudnia to w powaznym stopniu projektowanie reaktorów o duzych rozmiarach.Ponadto przy podniesieniu cisnienia plynu chlo¬ dzacego oraz obnizeniu cisnienia gazów powstalych w wyniku reakcji, z punktu widzenia oszczednosci energetycznych, konieczne jest zwiekszenie grubosci plaszcza cisnieniowego, plyty górnej, plyty dolnej oraz przewodów, co równiez stwarza niedogodnosci w przypadku reaktorów o duzych rozmiarach.Zgodnie ze sposobem wedlug wynalazku do strefy reakcyjnej wprowadza sie gazowe surowce w kie¬ runku promieniowym, przez warstwe katalizatora, w której sa rozmieszczone wydluzone, pionowe stre¬ fy chlodzace o niewielkich srednicach, oraz prze¬ puszcza sie przez strefy chlodzace plyn chlodzacy, usuwajacy cieplo powstale w warstwie katalizatora w wyniku reakcji, zapewniajac optymalny rozklad temperatur w warstwie katalizatora.Cisnienie plynu chlodzacego w strefach chlodza¬ cych nastawia sie na okreslona wartosc tak, ze otrzymuje sie wymieszana faze pary i plynu lub faze plynna o okreslonej temperaturze wrzenia.Korzystnie cisnienie plynu chlodzacego w stre¬ fach chlodzacych kazdej grupy stref chlodzacych nastawia sie na okreslona wartosc, tak, ze otrzymuje sie wymieszana faze gazu i plynu lub faze plynna o okreslonej temperaturze wrzenia. Cisnienie plynu chlodzacego nastawia sie na wartosc ponizej 19,6 MPa.Korzystnie przed reakcja, gazowe surowce podda¬ je sie reakcji we wstepnej sjrefie reakcyjnej, w obecnosci katalizatora, nie odprowadzajac ciepla powstajacego w czasie reakcji, w celu podniesienia temperatury gazowych surowców i wyeliminowa¬ nia zatruwania gazowych surowców katalizatora.Zgodnie z rozwiazaniem wedlug wynalazku reak¬ tor posiada pionpwy, cylindryczny plaszcz cisnienio- 20 25 30 35 40 45 50 55 60124 655 5 6 wy, króciec wlotowy gazowych surowców, króciec wylotowy gazu, króciec wlotowy i króciec wylotowy plynu chlodzacego, obwodowa wkladke mieszczaca katalizator, otwarta na obu koncach, majaca wiele otworów przelotowych w sciance, osadzona pionowo wewnatrz plaszcza cisnieniowego, wewnetrzna wkladke mieszczaca katalizator, majaca wiele Otwo¬ rów przelotowych, osadzona pionowo wewnatrz ob¬ wodowej wkladki, warstwe katalizatora, wypelnia¬ jaca przestrzen pomiedzy obwodowa wkladka i we¬ wnetrzna wkladka.Ponadto reaktor zawiera wiele rurek chlodza¬ cych, o niewielkich srednicach korzystnie róznych, polaczonych koncami z króccem wlotowym i króc¬ cem wylotowym plynu chlodzacego, rozmieszczo¬ nych w obrebie warstwy katalizatora, obwodowa przestrzen, wyrównujaca cisnienie, ograniczona; pla¬ szczem cisnieniowym i pokrywa, przez która wpro¬ wadza sie gazowe surowce osiagajace strefe obwo¬ dowej wkladki, skad gazowe surowce przeplywaja w kierunku promieniowym przez warstwe kataliza¬ tora, oraz wewnetrzna przestrzen, wyrównujaca cis¬ nienia, usytuowana w obrebie wewnetrznej wklad¬ ki, oddzielona od górnej przestrzeni' scianka dzia¬ lowa, polaczona z króccem wylotowym gazowych produktów reakcji.Srodki rurek chlodzacych sa rozmieszczone na co najmniej jednym okregu, którego srodek pokrywa sie ze srodkiem reaktora, w plaszczyznie poziomej, przechodzacej przez warstwe katalizatora. Rozdzie¬ lacz doprowadzajacy plyn chlodzacy do reaktora oraz rozdzielacz odprowadzajacy plyn chlodzacy z reaktora skladaja sie z wielu przewodów ruro¬ wych.Przedmiot wynalazku zostal przedstawiony w przykladzie wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia znany reaktor, w przekroju osio¬ wym, fig. 2 — reaktor wedlug wynalazku, w prze¬ kroju^osiowym, fig. 3 — fragment reaktora, w prze¬ kroju osiowym, fig. 4 — wycinek wkladki miesz¬ czacej katalizator, w przekroju poprzecznym, fig. 5 — wycinek wkladki mieszczacej katalizator, w wi¬ doku perspektywicznym, fig. 6 — fragment wewne¬ trznej wkladki mieszczacej katalizator, w przekroju poprzecznym, fig. 7 — fragment wewnetrznej wklad¬ ki mieszczacej katalizator, w przekroju osiowym, fig. 8 — przyklad wykonania reaktora, w przekroju osiowym. , Do cylindrycznego reaktora przedstawionego na fig. 2 jest doprowadzany przez króciec wlotowy 7 gaz wyjsciowy pod odpowiednim cisnieniem, pod¬ grzany do odpowiedniej temperatury. Po wyrówna¬ niu cisnienia w przestrzeni 13, ograniczonej scianka dzialowa 22, usytuowana wewnatrz plaszcza cisnie¬ niowego 1, gaz przechodzi przez otwory obwodo¬ wej wkladki 4-0 mieszczacej katalizator, usytuowa¬ nej w poblizu wewnetrznej powierzchni plaszcza cisnieniowego 1, oraz w dól do przestrzeni pierscie¬ niowej, usytuowanej pomiedzy wkladka 4-0 i we¬ wnetrzna powierzchnia plaszcza cisnieniowego 1.Nastepnie gaz dociera do warstw katalizatora, umieszczonego w przestrzeniach pomiedzy pionowy¬ mi rurkami chlodzacymi 15. Reakcja zachodzi wtedy gdy gaz przemieszcza sie poziomo w kierunku srodka reaktora. Reagujace' gazy przechodza przez otwory wykonane w wewnetrznej wkladce- 4-1 mieszczacej katalizator, a usytuowanej w poblizu rurek chlodzacych 15, usytuowanych najblizej srod¬ ka reaktora. Gaz jest zbierany w wewnetrznej prze¬ strzeni 14 wyrównujacej cisnienia, usytuowanej w srodkowej czesci reaktora, odgrodzonej od górnej przestrzeni reaktora pokrywa 21. Gaz jest odprowa¬ dzany z reaktora przez króciec wylotowy 8. Plyn chlodzacy w postaci unoszacego sie strumienia o od¬ powiedniej temperaturze i pod odpowiednim cis¬ nieniem jest wprowadzany przez króciec wlotowy 9 plynu chlodzacego do pierscieniowego rozdzielacza rurowego17. - Nastepnie jest doprowadzany przez rury laczniko¬ we 23, polaczone z rozdzielaczem rurowym 17, do wtórnych rozdzielaczy rurowych 18 rozmieszczonych koncentrycznie. Nastepnie unoszacy sie strumien plynu chlodzacego dociera do wielu rurek chlodza¬ cych 15 polaczonych z wtórnym rozdzielaczem ru¬ rowym 18.~Plyn chlodzacy, wznoszacy sie w rurkach chlodza¬ cych 15, pochlania cieplo wytwarzane w czasie reak¬ cji przemiany zachodzacej w warstwie katalizatora, który jest usytuowany na zewnatrz rurek chlodza¬ cych 15. Czesc plynu chlodzacego ulega odparowa¬ niu tworzac mieszanine gazu i plynu. Mieszanina ta zostaje wprowadzona do wielu rur zbiorczych 19, rozmieszczonych koncentrycznie nad zlozem katali¬ zatora. Stad dociera do wtórnej rury zbiorczej 20, przez rury lacznikowe 24 polaczone z pierwotnymi rurami zbiorczymi 19.Nastepnie opuszcza reaktor przez króciec wyloto¬ wy 10. Srodek chlodzacy opuszczajacy reaktor, w po¬ staci mieszaniny fazy gazowej i plynnej, jest do¬ prowadzany do separatora, w którym para oraz plyn zostaja rozdzielone. Plyn powraca bez chlodzenia do krócca wlotowego 9 pod dzialaniem pompy, lub tez w wyniku dzialania sil ciezkosci. Wysokie cisnienie oraz wysoka temperatura oddzielonej pary zostaja wykorzystane do okreslonych celów. Poniewaz ten etap reakcji jest znany, wiec zostal pominiety w opi¬ sie.W korzystnym przykladzie wykonania urzadzenie wedlug wynalazku przedstawione na fig. 2 ma po¬ dane parametry: — wysokosc czesci cylindrycznej 14000 mm — zewnetrzna srednica czesci cylin¬ drycznej 5500 mm — zewnetrzna srednica cylindrycz¬ nej wkladki zawierajacej katali¬ zator4-1 800 mm — wewnetrzna srednica obwodowej wkladki zawierajacej katalizator 4-0 ' - 5280 mm dane dotyczace rurek chlodzacych 15: — wewnetrzna srednica rurki 49,5 mm — grubosc sciankirurki 5,5 mm- — rozmieszczenie rurek chlodzacych: rurki, chlodzace sa umieszczone w równych odstepach w szesciukon- , * centrycznych kolach z cylindrycz¬ nymi i obwodowymi wkladkami zawierajacymi katalizator dane dotyczace rurek tworzacych pierwsze kolo: — srednicakola 2000 mm 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 607 124 655 8 — iloscrurek 90 dane dotyczace rurek tworzacych drugie kolo: — srednica kola 2600 mm — iloscrurek 120 dane dotyczace rurek tworzacych trzecie kolo: — srednicakola 3200 mm — iloscrurek 150 dane dotyczace rurek tworzacych czwarte kolo: — srednicakola 3800 mm — iloscrurek 170 dane dotyczace rurek tworzacych piate kolo: -r- srednicakola 4400 mm — iloscrurek 200 dane dotyczace rurek tworzacych szóste kolo: — srednicakola 4900 mm — iloscrurek 230 dane dotyczace wtórnego rozdzielacza rurowego 18 x — wewnetrzna srednica rury 146,4 mm — grubosc scianki rury '11,0 mm dane dotyczace rur zbiorczych: — wewnetrzna srednica rury 146,4 mm — grubosc sciankirury 11,0 mm Rurki chlodzace 15 tworzace pierwsze i drugie kolo sa polaczone dolnym koncem z wtórnym roz¬ dzielaczem rurowym 180 a górnym koncem z rura¬ mi zbiorczymi 19. Rurki chlodzace 15 tworzace trze¬ cie i czwarte kolo oraz rurki chlodzace 15 tworzace piate i szóste kolo sa odpowiednio polaczone oddziel¬ nie z kazdym z dwóch wtórnych rozdzielaczy ruro¬ wych i z kazda z dwóch rur zbiorczych. Trzy wtórne rozdzielacze rurowe 18 sa polaczone z pierscieniowym rozdzielaczem rurowym 17 przy pomocy rurek lacz¬ nikowych 23 w sposób nastepujacy: trzy rurki lacz¬ nikowe z wewnetrznym wtórnym rozdzielaczem, szesc rurek lacznikowych ze srodkowym wtórnym rozdzielaczem, osiem rurek lacznikowych z zewne¬ trznym wtórnym rozdzielaczem.Kazda z trzech rur zbiorczych 19 jest podobnie polaczona odpowiednio z wtórna rura zbiorcza 20 przy pomocy trzech, szesciu i osmiu rurek laczniko¬ wych 24. Odleglosc pomiedzy wtórnym rozdziela¬ czem rurowym 18 i rura zbiorcza 19 wynosi 13000 mm.Przestrzen pomiedzy wtórnym rozdzielaczem ru¬ rowym 18 i rura zbiorcza 19 wypelnia sie granulo¬ wanym, katalizatorem syntezy amoniaku o objetosci 275 m* stanowiacym katalizator ulozony warstwami.Sposród 275 m3 katalizatora, skuteczna warstwe ka¬ talizatora stanowi 254 m8, co odpowiada zlozu o wy¬ sokosci 12 m.Przestrzenie zarówno powyzej jak i ponizej war¬ stwy katalizatora wypelnia sie kulkami z tlenku glinu o srednicy 19 mm.Wewnetrzny obszar stanowiacy 31 m5 warstw ka¬ talizatora nie obejmuje rurek chlodzacych i reakcja zachodzi adiabatycznie.Zgodnie z rozwiazaniem wedlug wynalazku do usuwania ciepla reakcji sa uzywane wiazki przewo- ^dQw rurowych. Jednakze rozwiazanie to nie wyma¬ ga zastosowania plyt mocujacych przewody rurowe.Gdyby w rozwiazaniu wedlug wynalazku zostaly uzyte plyty mocujace przewody rurowe, to koniecz¬ ne byloby zastosowanie grubego materialu o wy¬ sokiej jakosci. Material ten majacy wysoka wy¬ trzymalosc na rozciaganie, stwarzalby problemy przy formowaniu otworów przelotowych. Konieczne by¬ loby równiez rozmieszczanie przewodów rurowych w otworach oraz przyspawanie plyt mocujacych do 5 plaszcza cisnieniowego. Rozwiazanie wedlug wyna¬ lazku umozliwia pominiecie plyt mocujacych prze¬ wody rurowe.Przewody rurowe plynu chlodzacego nie wymaga¬ ja zamocowania do plaszcza cisnieniowego. Umoz- 10 liwia to ograniczenie zastosowania uszczelnien te¬ leskopowych, dlawików lub mieszków rozpreznych tylko do tej czesci reaktora, do której plyn chlo¬ dzacy jest doprowadzany przez króciec wlotowy 9, oraz odprowadzany przez króciec wylotowy 10. 15 Rozwiazanie wedlug wynalazku znacznie uprasz¬ cza budowe reaktora, poniewaz srednica reaktora w poblizu krócców jest znacznie mniejsza niz sred¬ nica polaczenia plyt mocujacych 2 i 3 do plaszcza cisnieniowego 1 (fig. 1), gdzie nalezaloby zastosowac 20 uszczelniajace elementy teleskopowe. Nie jest rów¬ niez konieczne aby wspólczynnik rozszerzalnosci ter¬ micznej materialu przewodów rurowych przenosza¬ cych plyn chlodzacy byl równy wspólczynnikowi materialu, z którego jest wykonany plaszcz cisnie- 25 niowy.W rozwiazaniu wedlug wynalazku mozliwe jest zapewnienie rozkladu temperatur wzdluz warstwy katalizatora znacznie blizszego wartosci optymalnej, w porównaniu ze znanym reaktorem przedstawio- 30 nym na fig. 1. W rozwiazaniu przedstawionym na fig. 1 zewnetrzna powierzchnia kazdej rury 5 sty¬ ka sie z plynem chlodzacym utrzymywanym w tem¬ peraturze wrzenia, zas róznice temperatury wrzenia w poszczególnych punktach w kierunku pionowym 35 sa bardzo niewielkie. Tak wiec nie jest mozliwe za¬ projektowanie reaktora, w którym byloby mozliwe utrzymanie zalozonej temperatury w poszczególnych punktach warstwy katalizatora. Chociaz powierzch¬ nie przenoszenia ciepla sa w zasadzie jednakowe, 40 to jednak ilosc ciepla generowana w czasie trwania reakcji zmienia sie w poszczególnych punktach, gdy gaz przeplywa przez warstwe katalizatora 6 w kaz¬ dej z rur 5.Natomiast w reaktorze wedlug wynalazku gaz 45 przeplywa poiziomo przez warstwe katalizatora po¬ przecznie do rurek chlodzacych 15. W odpowiednich punktach katalizatora wzdluz strumienia gazu moz¬ na utrzymac rozklad temperatury na poziomie op¬ tymalnym przez odpowiednie dobranie srednic oraz 50 ilosci rurek chlodzacych,. usytuowanych w odpo¬ wiednich miejscach katalizatora. W ten sposób uzys¬ kuje sie zróznicowanie aktywnosci katalizatora w róznych jego punktach. Jest to bardzo cenna za¬ leta, poniewaz mozliwe jest przeprowadzenie w ten 55 sposób reakcji pewnej ilosci gazu przy wyzszym wspólczynniku przemiany, przy uzyciu zmniejszo¬ nej ilosci katalizatora oraz przy zmniejszonych jego rozmiarach.Zmniejszajac cisnienie gazu uzywanego do pro¬ co wadzenia reakcji przemiany, podnoszac cisnienie plynu chlodzacego i w celu zwiekszenia oszczednos¬ ci energii, grubosc materialu plaszcza cisnieniowego 1 lub rurek chlodzacych 15 moze byc znacznie mniejsza niz w rozwiazaniu przedstawionym na 65 fig. l.124 655 9 10 Rozwiazanie wedlug wynalazku umozliwia latwy zaladunek oraz usuwanie katalizatora. W rozwiaza¬ niu wedlug fig. 1, gdy katalizator znajduje sie po¬ wyzej plyty mocujacej 2, chlodzenie katalizatora w tej czesci staje sie niewystarczajace, zas podnie¬ sienie temperatury powoduje pogorszenie wytrzy¬ malosci plyty mocujacej 2. Gdy ilosci katalizatora umieszczonego w rurach 5 nie sa jednorodne, moga wystapic odchylenia w strumieniu gazu.Tak wiec w znanych reaktorach konieczne jest umieszczenie w odpowiednich rurach odmierzonych ilosci katalizatora. Natomiast w rozwiazaniu wed¬ lug wynalazku odleglosc pomiedzy powierzchniami obwodowymi dwóch kolejnych rure£ chlodzacych jest wieksza niz srednica czastek katalizatora.W przypadku zastosowania katalizatora o .znorma¬ lizowanym rozmiarze czastek, zaladunek jego uzys¬ kuje sie wprowadzajac katalizator przez otwór za- silajacyv 25 (pokazany na fig 2). Nawet, gdy kata¬ lizator znajduje sie w górnej przestrzeni, powyzej rury zbiorczej 19 nie stwarza to powaznych proble¬ mów, poniewaz gazy prawie nie przeplywaja przez te przestrzen, a rura 24 wykazuje pewna zdolnosc chlodzenia.Przy wyjmowaniu katalizatora w, znanym reak¬ torze przedstawionym na fig. 1, po zdjeciu siatki 4, nawet przy zmianie zamocowania krócca wylotowe¬ go gazu i' umieszczeniu krócca wylotowego katali¬ zatora w najnizszym miejscu w reaktorze trudno jest zapobiec przedostawaniu sie duzych ilosci kata¬ lizatora do krócca wylotowego gazu o duzej sred¬ nicy. W rozwiazaniu tym konieczne jest wiec wyj¬ mowanie krócca wylotowego gazu i usuwanie z nie¬ go katalizatora. Natomiast w rozwiazaniu wedlug wynalazku mozna wyjmowac bezposrednio przez króciec wylotowy 26 katalizatora. Korzystna cecha wynalazku jest kierunek przeplywu gazu przez war¬ stwe katalizatora. W rozwiazaniu wedlug wyna¬ lazku mozna stosowac zarówno . przeplyw gazu przez warstwe katalizatora poziomo od obrzeza w strone srodka reaktora, jak równiez przeplyw gazu przez warstwe katalizatora w kierunku 'od¬ wrotnym to znaczy od srodka reaktora w kierunku jego obrzeza. Zastosowanie jednego z powyzszych rozwiazan jest uzaleznione od takich czynników jak prowadzenie glównej reakcji oraz reakcji dodatko¬ wych, stan równowagi chemicznej, ostateczne steze¬ nia gotowych produktów reakcji, ich cisnienie i temperatura, wplyw wydatku przeplywu, tempe¬ ratury i skladu gazu na aktywnosc katalizatora, temperatury gazu na wlocie do warstwy kata¬ lizatora, oraz ilosc ciepla powstajacego i usu¬ wanego w odpowiednich czesciach warstwy ka¬ talizatora.Przez zastosowanie odpowiedniego rozmieszczenia rurek chlodzacych uzyskuje sie optymalny rozklad temperatur w warstwie katalizatora wzdluz kierun¬ ku przeplywu gazu. Zmniejsza to ilosc katalizatora potrzebna do uzyskania wskazanych stezen produktu na wylocie warstwy katalizatora. Tak wiec stosujac rozwiazanie wedlug wynalazku mozliwe jest zmniej¬ szenie rozmiarów reatkora. Przykladowo, gdy w cza¬ sie trwania reakcji nastepuje zmniejszenie objetosci gazu lub tez aktywnosc katalizatora ulega gwaltow¬ nemu zmniejszeniu, to przy wzroscie przeplywu gazu przez warstwe katalizatora, szybkosc przebiegu re¬ akcji ulega zmniejszeniu.Stosujac, reaktor przedstawiony na fig. 1 nie jest mozliwe wlasciwe wykorzystanie aktywnosci katali¬ zatora. Predkosc przeplywu gazu wysoka na wlocie do warstwy katalizatora, gdzie stezenie produktu jest bardzo niskie, ulega zmniejszeniu przy wylocie z warstwy katalizatora. Konieczne jest zwiekszenie ilosci katalizatora umieszczonego w tej czesci, po¬ niewaz zwiekszenie predkosci przebiegu reakcji nie jest mozliwe-z uwagi na zwiekszajaca sie ilosc pro¬ duktów reakcji.Ponadto w rozwiazaniu przedstawionym na fig. 1 w poczatkowej czesci katalizatora powstaja duze ilo¬ sci ciepla, a-odprowadzanie ciepla w tej czesci ka¬ talizatora jest mniejsze niz odprowadzanie ciepla przy wylocie z warstwy katalizatora, gdzie ilosc wy¬ twarzanego ciepla jest niewielka. Przyjmujac jako optymalna powierzchnie wymiany ciepla na wejsciu do warstwy katalizatora, uzyskuje sie nadrriierna powierzchnie wymiany ciepla na wyjsciu z kataliza¬ tora. Traci sie w ten sposób badz pewna ilosc kata¬ lizatora badz tez powierzchnie wymiany ciepla.Zgodnie z rozwiazaniem wedlug wynalazku gdy gaz przeplywa przez warstwe katalizatora od obrze¬ za reaktora w kierunku jego srodka, to we wstepnej czesci przeplywu gazu przez warstwe katalizatora, aktywnosc katalizatora jest najbardziej efektywna przy niskiej predkosci gazu, zas reakcja przebiega przy mniejszych ilosciach katalizatora niz w znanym reaktorze wedlug fig. 1. Odprowadzanie ciepla po¬ wstajacego w czasie reakcji zapewnia dostatecznie duza powierzchnia wymiany ciepla na jednostke ob¬ jetosci gazu. . • Reaktor jest tak zaprojektowany ze, ilosc katali¬ zatora oraz powierzchnia wymiany ciepla ulegaja zmniejszeniu wraz ze zmniejszeniem objetosci gazu oraz ilosci powstajacego ciepla. vW 'trakcie przebiegu reakcji w kazdym polozeniu warstwy katalizatora mozna uzyskac optymalna powierczhnie wymiany ciepla.Mozna wiec dobrac rozklad temperatury w war¬ stwie katalizatora. W zaleznosci od rodzaju reakcji chemicznej oraz charakterystyki katalizatora mozna dobrac taki rozklad temperatur, który zmniejsza do minimum ilosc potrzebnego katalizatora oraz wy¬ magana powierzchnie wymiany ciepla. Powierzchnia wymiany ciepla potrzebna jest do, uzyskania okres¬ lonej ilosci produktu koncowego reakcji. Ponadto mozliwe jest zmniejszenie rozmiarów reaktora.Gdy zmiana stezenia równowagi chemicznej pro¬ duktu przemiany w zaleznosci od zmian temperatu¬ ry jest niewielka, lub zmniejszenie objetosci gazu w trakcie przebiegu reakcji jest niewielkie lub tez zmiany aktywnosci' katalizatora w zaleznosci od predkosci gazu sa niewielkie, to mozliwe jest zasto¬ sowanie rozwiazania, w którym gaz przeplywa przez warstwe katalizatora od srodka w kierunku jego obrzeza.W rozwiazaniu tym temperature gazu doprowa¬ dzonego do srodkowej czesci reaktora utrzymuje sie na mozliwie najnizszym poziomie z uwagi na ak¬ tywnosc katalizatora, zas w poblizu wlotu gazu do warstwy katalizatora nie umieszcza sie rurek chlo¬ dzacych. Rurki chlodzace umieszcza sie w tych io 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60124 655 15 16 W przypadku bardzo duzego reaktora, stosowanego do prowadzenia reakcji, w których powstaja niewiel¬ kie ilosci ciepla, stosuje sie sposób wykorzystania ciepla utajonego srodka chlodzacego. W rozwiazaniu tym w srodkowej komorze reaktora znajduje sie przewód rurowy 28, zaznaczony linia przerywana na fig. 2, który* odprowadza faze ciekla z wtórnej rury zbiorczej 20. Przewód rurowy 28 jest polaczony z rozdzielaczem rurowym 17 za posrednictwem co najmniej jednej rury laczacej 29. Dzieki temu jest zapewniona naturalna cyrkulacja plynu chlodzace¬ go w reaktorze. Przez króciec wlotowy 10 odprowa¬ dza sie wylacznie powstale pary. Przez króciec wlo¬ towy 9 doprowadza sie plyn chlodzacy w ilosci odr powiadajacej ilosci pary odprowadzanej przez kró¬ ciec wylotowy 10. Rozwiazanie, to jest uproszczone w porównaniu z rozwiazaniem, w którym separator oddzielajacy ciecz od pary jest usytuowany poza reaktorem. Do zbierania cieczy chlodzacej mozna uzyc szczelny pojemnik odgrodzony od plaszcza cis¬ nieniowego reaktora.Kolejna cecha wynalazku jest § rozwiazanie pro¬ blemu naprezen termicznych spowodowanych zróz¬ nicowana rozszerzalnoscia cieplna. W reaktorze wed¬ lug wynalazku róznice temperatury warstwy kata¬ lizatora sa znacznie mniejsze niz w znanych reakto¬ rach. Jednakze wystepuja pewne róznice tempera¬ tur, zwlaszcza na zlaczach przewodów rurowych tworzacych uklad chlodzenia. Naprezenia termiczne przewodów rurowych zmniejsza sie przez zakrzywie¬ nie ich odcinków. Naprezenia termiczne powstale w wyniku istnienia róznic temperatur pomiedzy plaszczem cisnieniowym 1 i ukladem chlodzenia eli¬ minuje sie przez zastosowanie znanych teleskopo¬ wych uszczelek, w rodzaju uszczelnien dlawikowych lub mieszków rozpreznych. Zostaja one umieszczone w miejscu przebicia plaszcza cisnieniowego przez krócce wlotowe i wylotowe plynu chlodzacego.Przy uzyciu reaktora wedlug wynalazku cale cie¬ plo reakcji przejmuje plyn chlodzacy. Temperatura gazów wylotowych, opuszczajacych katalizator od¬ powiada temperaturze na wylocie warstwy katali¬ zatora, która jest niewiele wyzsza od temperatury surowców gazowych doprowadzanych w strefe kata¬ lizatora. Gaz doprowadzany do katalizatora pod¬ grzewa sie zapewniajac wymiane ciepla pomiedzy gazem opuszczajacym warstwe katalizatora oraz ga¬ zem doprowadzanym do katalizatora. Jest to reali-' zowa^ne zwykle za pomoca wymiennika ciepla usy¬ tuowanego na zewnatrz reaktora.Ponadto mozliwe jest zapewnienie wymiany ciepla przez umieszczenie wymiennika ciepla wewnatrz re¬ aktora, zgodnie z fig. 8. W rozwiazaniu tym cylin¬ dryczny wymiennik ciepla, wyposazony w wiele przewodów rurowych, znajduje sie w srodkowej ko¬ morze reaktora. Wymiennik ciepla zawiera wiele przewodów rurowych 30, plyte 31 mocujaca prze¬ wody rurowe oraz obudowe 32.W przykladzie wykonania wynalazku przedstawio¬ nym na fig. 8 gazowe surowce sa doprowadzane przez króciec wlotowy 7 do przestrzeni we wnetrzu wymiennika ciepla, która jest ograniczona zewne¬ trznymi powierzchniami jprzewadów rurowych 3G, plyta 31 oraz wewnetrzna powierzchnia obudowy 32, W wymienniku ciepla zachodzi wymiana ciepla pomiedzy gazowymi surowcami i gazem opuszczaja¬ cym warstwe katalizatora. Gaz przechodzi przez przewody rurowe 30.Nastepnie podgrzany gaz przeplywa przez roz- 5 dzielacz rurowy 34 i zostaje doprowadzony do war¬ stwy katalizatora od strony przestrzeni 13. Gaz opuszczajacy warstwe katalizatora przeplywa do przestrzeni 14, z której zostaje wprowadzony od dolu do przewodów rurowych 30 wymiennika ciepla. 10 Gazy opuszczaja reaktor poprzez przestrzen 33 oraz króciec wylotowy 8.Róznica cisnien na obu stronach plyty 31 jest spo¬ wodowana spadkiem cisnienia gazu przy jego przej- . sciu przez warstwe katalizatora. Róznica cisnien jest 15 bardzo niewielka i, zastosowanie plyty 31 nie wy¬ woluje zadnych ujemnych skutków.W korzystnym przykladzie wykonania urzadzenia wedlug wynalazku przedstawionym na fig. 8 w we¬ wnetrznej przestrzeni 14 reaktora umieszczony jest 20 wieloprzewodowy wymiennik ciepla o zewnetrznej srednicy 700 mm i wysokosci 12000 mm. Wymiennik ciepla posiada wiazke 1045 rurek wykonanych ze stali zawierajacej lp/o wagowy chromu i 0,5% wagowego molibdenu. Srednica zewnetrzna kazdej rurki wy- 25 nosi 25 mm, grubosc — 1,6 mm, dlugosc — 12000 mm.Zewnetrzna powierzchnia kazdej rurki, z wyjatkiem czesci powierzchni o dlugosci 50 mm znajdujacej sie na obu koncach, jest owinieta drutem wykonanym ze stali o skladzie podanym powyzej. Drut ma sred- 30 nice 2 mm i nawiniety jest w odstepach co 100 mm.Plaszcz cisnieniowy wymiennika ciepla i jego ply¬ ty mocujace rurki sa równiez wykonane z tej stali.Powierzchnia przestrzeni wymieniajacej cieplo wynosi 984 m2. Zarówno konstrukcja i wymiary re- 35 aktora jak i ilosc katalizatora sa podobne jak po¬ dane w przykladzie 1 dotyczacym fig. 2.Inny sposób podgrzewania gazowych surowców polega na wprowadzaniu gazu do izolowanego reak¬ tora wstepnego, w którym prowadzi sie czesciowa 40 reakcje przemiany. Reakcja ta zapewnia podniesie¬ nie temperatury gazów. Nastepnie gaz o podniesio¬ nej temperaturze jest wprowadzany do reaktora wedlug wynalazku. Surowce gazowe zawieraja ilosci sladowe trucizny katalizatora. 45 Zmniejszenia aktywnosci katalizatora spowodowa¬ nego trucizna katalizatora nie mozna uniknac ani w przypadku reaktora wedlug wynalazku ani w przypadku znanych reaktorów. Wprowadzenie su¬ rowców gazowych do niewielkiego, izolowanego re- 50 aktora wstepnego powoduje pobór calkowitej ilosci trucizny katalizatora ze zloza katalizatora reaktora wstepnego, zwiekszajac -w ten sposób trwalosc kata¬ lizatora w reaktorze.Izolowany reaktor wstepny stosuje sie w celu usu- 56 wania trucizny katalizatora oraz podnoszenia tem¬ peratury gazowych surowców, poprzez czesciowe przeprowadzenie reakcji przemiany. Dlatego tez re¬ aktor wstepny moze byc niewielki i miec uproszczo¬ na budowe. 60 Surowce gazowe wyprowadzane ze wstepnego re¬ aktora mioga byc ochlodzone do temperatury wlas¬ ciwej dla surowców gazowych, które maja byc do¬ starczone do glównego reaktora tak, aby tempera¬ tura tych surowców nie byla zbyt wysoka. Zastoso- •5 wanie reaktora wstepnego zwieksza efektywnosc124 655 17 18 procesu, poniewaz w przypadku, gdy katalizator w reaktorze wstepnym traci aktywnosc, to w czasie jego wymiany doprowadza sie surowce gazowe bez¬ posrednio do reaktora glównego. Mozliwa jest rów¬ niez przemienna wspólpraca reaktora glównego z dwoma reaktorami wstepnymi.Reaktor wedlug wynalazku znajduje szerokie za¬ stosowanie w chemicznych procesach egzotermicz¬ nych. W procesach tych zarówno surowce dopro¬ wadzane do strefy katalizatora jak i produkty reak¬ cji sa utrzymywane w stanie gazowym pod cisnie¬ niem i przy temperaturze, które wywoluja reakcje przemiany. W procesach takich pozadane jest kon¬ trolowanie temperatury w róznych punktach zloza katalizatora.Korzystnie reaktor wedlug wynalazku stosuje sie w procesach wytwarzania amoniaku z surowców gazowych zawierajacych wodór i azot, przy wytwa¬ rzaniu metanolu, metanu lub weglowodorów maja¬ cych co najmniej dwa atomy wegla, z surowców gazowych zawierajacych wodór i tlenek wegla i/lub dwutlenek wegla, przy wytwarzaniu wodoru z mie¬ szaniny pary wodnej i tlenku wegla,przy wytwarza¬ niu chlorowanych weglowodorów* nasyconych, takich jak chlorometan lub chlorek etylenu, z surowców gazowych zawierajaych weglowodory i chlor.Ponadto reaktor stosuje sie w reakcjach utlenia¬ nia, przy wytwarzaniu tlenku etylenu, bezwodnika kwasu maleinowego lub bezwodnika kwasu ftalowe¬ go, z surowców gazowych zawierajacych weglowo¬ dory i tlen, przy wytwarzaniu chlorowanych weglo¬ wodorów nienasyconych, takich jak chlorek winylu, z surowców gazowych zawierajacych weglowodory i chlor iAub chlorowodór oraz tlen, przy wytwarza¬ niu zwiazków cyjanowych, takich jak akrylonitryl lub kwas cyjanowy, z surowców gazowych zawiera¬ jacych weglowodory, amoniak i tlen, w reakcjach uwodorniania przy wytwarzaniu weglowodorów na¬ syconych takich,, jak cykloheksan, z surowców ga¬ zowych zawierajacych weglowodory nienasycone i wodór, w reakcjach alkilowania, przy wytwarza¬ niu izooktanu lub etylobenzenu z surowców gazo¬ wych zawierajacych weglowodory nienasycone i na¬ sycone, w reakcjach utleniania, przy wytwarzaniu formaldehydu lub podobnych zwiazków z surow¬ ców gazowych obejmujacych zwiazki organiczne za¬ wierajace tlen oraz tlen.Przy uzyciu reaktora wedlug wynalazku, poprzez zwiekszenie wykorzystania ciepla reakcji uzyskuje sie oszczednosci energetyczne. Konstrukcja reaktora jest prosta i stosunkowo tania. W kazdym z proce¬ sów prowadzonych w reaktorze mozliwe jest zwiek¬ szenie wydajnosci procesu, wyeliminowanie odkla¬ dania sie produktów ubocznych oraz przedluzenie trwalosci katalizatora dzieki optymalizacji tempe¬ ratury w zlozu katalizatora.Poprawe pracy reaktora mozna uzyskac przez za¬ stosowanie dwóch odpowiednio dobranych kataliza¬ torów, umieszczonych kolejno na drodze przeplywu gazów. Korzystnie reaktor stosuje sie w procesach wytwarzania na duza skale amoniaku lub metano¬ lu, prowadzonych pod cisnieniem nizszym od 9,8 MPa.Cieplo reakcji moze byc wykorzystane na wiele sposobów. Przy odzysku ciepla sposobem wykorzy¬ stania ciepla wyczuwalnego plynu chlodzacego moz¬ liwe jest jego zastosowanie do podnoszenia tempe¬ ratury surowców gazowych. W przypadku wykorzy¬ stania ciepla parowania plynu chlodzacego mozliwe 5 jest równiez wykorzystanie ciepla do podnoszenia ^ temperatury surowców.W procesie wytwarzania amoniaku z ciezkiej ben¬ zyny, jako plyn chlodzacy stosuje sie mieszanine ciezkiej benzyny z para wodna pod wysokim cisnie- io niem lub goraca wode, w celu podgrzewania pary wodnej lub odparowania ciezkiej benzyny w reak¬ torze wedlug wynalazku. W ten isposób gaz w wyso¬ kiej temperaturze jes surowcem przy wytwarzaniu wodoru, bedacego z kolei surowcem w procesie wy- 15 twarzania amoniaku.Przy wykorzystaniu ciepla parowania plynu chlo¬ dzacego oddziela sie pary od cieczy, a nastepnie w celu podgrzania bezposredniego lub posredniego surowców wprowadza sie do kolejnego stopnia pro- 20 cesu. Ponadto cieplo reakcji przetwarza sie na ener¬ gie mechaniczna przez wykorzystanie cisnienia par w turbinie, bezposrednio lub po dalszym sprezeniu.Mozliwe jest równiez wykorzystanie par do spreza¬ nia gazów doprowadzanych do reaktora. 25 Podczas reakcji przemiany nastawia sie tempe¬ rature wrzenia plynu chlodzacego troche ponizej temperatury katalizatora sterujac wydatkiem prze¬ plywu lub cisnieniem cieczy chlodzacej.Przy wykorzystaniu energii parowania plynu chlo- 30 dzacego, jako plyn chlodzacy stosuje sie korzystnie wode, frakcje weglowodorów alifatycznych, lub zwiazki aromatyczne, takie jak weglowodory aro¬ matyczne, chlorowane weglowodory aromatyczne, eter fenylowy lub ich mieszaniny. Sterowanie cis- 35 niem i temperatura wrzenia plynu chlodzacego umozliwia dokladne sterowanie temperatura w zlo¬ zu katalizatora. Górna granica cisnien plynu chlo¬ dzacego wynosi okolo 14,7 MPa przy naturalnym obiegu plynu chlodzacego lub okolo 18,6 MPa przy 40 wymuszonym obiegu plynu chlodzacego. Przy wzro¬ scie cisnienia ponad wartosci graniczne zmniejsza sie 'zdolnosc chlodzenia rurek chlodzacych.Przyklad I. Mieszanina gazowa w ilosci 671640 m3/godz. bedaca mieszanina gazu uzupelnia- 45 jacego i gazu obiegowego zawiera 64,7% molowych wodoru, 21,6% molowych azotu, 9,6% molowych me¬ tanu, 4,0% molowych argonu, 0,01% mojowych amo¬ niaku. Mieszanine te o temperaturze 367°C i nad¬ cisnieniu 4,6 MPa wprowadza sie do reaktora przed- 50 stawionego na fig. 2 poprzez króciec wlotowy 8.Mieszanine gazowa przeprowadza sie przez prze-^ strzen 14 i srodkowa wkladke zawierajaca kataliza¬ tor 4—1, a nastepnie stopniowo w kierunku pro¬ mieniowym poprzez warstwe katalizatora. Gdy mie- 55 szanine gazowa przeprowadza sie przez warstwe ka¬ talizatora, wówczas zachodzi reakcja syntezy amo¬ niaku. Otrzymuje sie mieszanine gazowa zawierajaca 57,1% molowych wodoru, 19,0% molowych azotu, 10,5% molowych metanu, 4,4% molowych argonu, 60 9,0% molowych amoniaku w temperaturze 390°C.Gazowa mieszanina przechodzac przez przestrzen 13 i wychodzac przez króciec wylotowy 7, ochladza sie.Z ochlodzonej mieszaniny gazowej wydziela sie amoniak i otrzymuje sie szczatkowa mieszanine ga- 65 zowa. Czesc mieszaniny szczatkowej — 8300 m3/godz.19 124 655 20 — usuwa sie w celu niedopuszczenia do gromadze¬ nia sie metanu i argonu.Pozostala czesc szczatkowej mieszaniny gazowej w wysokosci 553000 mtygodz. jako gaz obiegowy mie¬ sza sie z gazem uzupelniajacym w wysokosci 118400 mtygodz. zawierajacym 74,2% molowych wodoru, 24,7% molowych azotu, 0,8% molowych metanu, 0,3% molowych argonu, a nastepnie oziebia sie dosusza.Otrzymana w ten sposób mieszanine gazowa spreza sie do cisnienia 4,6 MPa, nagrzewa sie do tempera¬ tury 367°C dzieki wymianie ciepla zachodzacej w re¬ akcji mieszaniny gazowej w reaktorze, a nastepnie wprowadza sie do reaktora przez króciec wlotowy 8.Woda o nadcisnieniu 11,8 MPa, w temperaturze 320°C wplywa do pierscieniowego rozdzielacza ru¬ rowego 17 przez wlot 9, przeplywa przez rurki lacz¬ nikowe 23, a nastepnie przez trzy wtórne rozdziela¬ cze rurowe 18 do kazdej z chlodzacych rurek 15.Podczas wznoszenia sie w rurkach chlodzacych 15 woda nagrzewa sie pobierajac cieplo reakcji. Na¬ grzana woda wznosi sie w rurkach chlodzacych 15, zbiera sie w kazdej z rur zbiorczych 19, a poprzez rury lacznikowe 24 we wtórnych rurach zbiorczych 20. Nastepnie nagrzana woda chlodzi sie przechodzac przez króciec wylotowy 10.Para o wysokim nadcisnieniu 11,8 MPa i tempera¬ turze 320°C oddziela sie od nagrzanej wody w ilosci okolo 97,8 t/godz.Zastosowana w tym przykladzie wielkosc reakto¬ ra i ilosc katalizatora jest o wiele mniejsza niz za¬ stosowany w stanie techniki reaktor pracujacy przy tym samym cisnieniu i o takiej samej skali produk¬ cji.Zgodnie ze stanem techniki reaktor taki ma w przyblizeniu: srednice 650 mm i wysokosc 32000 mm oraz zawiera 370 m* katalizatora.Przyklad II. Do reaktora przedstawionego na fig. 8 przez króciec wlotowy 8 wprowadea sie 671640 m3 mieszaniny gazowej o skladzie podanym w przy¬ kladzie I w temperaturze 300°C i nadcisnieniu 4,6 MPa. Gazowa mieszanine podgrzewa sie do tem¬ peratury. 367°C przepuszczajac ja przez rurki wy¬ miennika ciepla, a nastepnie przez warstwe katali¬ zatora reakcji, w której zachodzi reakcja chemiczna.Z warstwy katalizatora mieszanina gazowa prze¬ chodzi wzdluz plaszcza wymiennika i wyplywa przez króciec wylotowy majac temperature 321°C.Obróbka mieszaniny gazowej i odzyskiwanie wy¬ tworzonego ciepla jest podobna do opisanej powyzej w przykladzie I.Stosujac wymiennik ciepla, odzyskuje sie 30% rzeczywistego ciepla zatrzymanego przez mieszani¬ ne gazowa przy przejsciu przez warstwe katalizatora i wykorzystuje sie do podgrzewania mieszaniny ga¬ zowej wprowadzonej do warstwy katalizatora. Po¬ zostale wyniki sa takie same jak w przykladzie I.Zastrzezenia patentowe 1. Sposób prowadzenia reakcji pomiedzy gazowy- _ mi surowcami w obecnosci warstwy stalego katali¬ zatora umieszczonego w pionowej, cylindrycznej strefie reakcyjnej, znamienny tym, ze wprowadza sie gazowe surowce w kierunku promieniowym, przez warstwe katalizatora, w której sa rozmiesz¬ czone wydluzone, pionowe strefy chlodzace o nie¬ wielkich srednicach, oraz przepuszcza sie przez stre¬ fy chlodzace plyn chlodzacy, usuwajacy cieplo po¬ wstale w warstwie katalizatora w wyniku reakcji, zapewniajac optymalny rozklad temperatur w war- 5 stwie katalizatora. 2. Sposób wedlug zastrz. 1, znamienny tym, ze ci¬ snienie plynu chlodzacego w strefach chlodzacych nastawia sie na okreslona wartosc tak, ze otrzymuje sie wymieszana faze pary i plynu lub faze plynna 10 o okreslonej temperaturze wrzenia. 3. Sposób wedlug zastrz. 1, znamienny tym, ze cisnienie plynu chlodzacego w strefach chlodzacych kazdej grupy stref chlodzacych nastawia sie na okres¬ lona wartosc tak, ze otrzymuje sie wymieszana faze 15 pary- i plynu lub faze plynna o okreslonej tempe¬ raturze wrzenia. 4. Sposób wedlug zastrz. 2 albo 3, znamienny tym, ze jako plyn chlodzacy stosuje sie wode. 5. Sposób wedlug zastrz. 2 albo 3, znamienny tym, 20 ze cisnienie plynu chlodzacego nastawia sie na war¬ tosc ponizej 19,6 MPa. 6. Sposób wedlug zastrz. 1, znamienny tym, ze jako gazowe surowce stosuje sie azot i wodór rea¬ gujace pod cisnieniem ponizej 9,8 MPa z utworze- 25 niem amoniaku. 7. Sposób wedlug zastrz. .1, znamienny tym, ze jako gazowe surowce stosuje sie tlenek wegla i wodór reagujace pod cisnieniem ponizej 9,8 MPa z utwo¬ rzeniem metanolu. 30 8. Sposób wedlug zastrz, 1, znamienny tym, ze przed reakcja gazowe surowce poddaje sie reakcji we wstepnej strefie reakcyjnej, w obecnosci czesci katalizatora, nie odprowadzajac ciepla powstajacego w czasie reakcji, w celu podniesienia temperatury 35 gazowych surowców i wyeliminowania zatruwania gazowych surowców katalizatora. 9. Reaktor do prowadzenia reakcji pomiedzy gazo¬ wymi surowcami, znamienny tym, ze posiada 'pio¬ nowy, cylindryczny plaszcz cisnieniowy (1), króciec 40 wlotowy (7) gazowych surowców, króciec wylotowy (8) gazu, króciec wlotowy (9) i króciec.wylotowy (10) plynu chlodzacego, obwodowa wkladke (4—0) miesz¬ czaca katalizator, otwarta na obu koncach,, majaca wiele otworów przelotowych w sciance, osadzona 45 pionowo wewnatrz plaszcza cisnieniowego (1), wew¬ netrzna wkladke (4—1) mieszczaca katalizator, ma¬ jaca wiele otworów przelotowych, osadzona piono¬ wo wewnatrz obwodowej wkladki- (4—0), warstwe katalizatora, wypelniajaca przestrzen pomiedzy ob- 50 wodowa wkladka (4—0) i zewnetrzna wkladka (4—1), oraz zawiera wiele rurek chlodzacych (15), o nie¬ wielkich srednicach, polaczonych koncami z króc¬ cem wlotowym (9) i króccem wylotowym (10) plynu chlodzacego, rozmieszczonych w obrebie warstwy 55 katalizatora, ponadto posiada obwodowa przestrzen (13), wyrównujaca cisnienie, ograniczona plaszczem cisnieniowym (1) i scianka dzialowa (22), przez któ¬ ra wprowadza sie gazowe surowce osiagajace stre¬ fe obwodowej wkladki (4—0), skad gazowe surowce 80 przeplywaja w kierunku promieniowym przez war¬ stwe katalizatora, oraz wewnetrzna przestrzen (14), wyrównujaca cisnienie, usytuowana w obrebie we¬ wnetrznej wkladki (4—1), oddzielona od górnej prze¬ strzeni pokrywa (21), polaczona z króccem wyloto- 65 wym (8) gazowych produktów reakcji.124 655 21 22 10. Reaktor wedlug zastrz. 9, znamienny tym, ze srodki rurek chlodzacych (15) sa rozmieszczone na co najmniej jednym okregu, którego srodek pokrywa sie ze srodkiem reaktora, w plaszczyznie poziomej przechodzacej przez warstwe katalizatora. 5 11. Reaktor wedlug zastrz. 9, znamienny tym, ze rozdzielacz doprowadzajacy plyn chlodzacy do reak¬ tora oraz rozdzielacz odprowadzajacy plyn chlodza¬ cy z reaktora skladaja sie z wielu przewodów ruro¬ wych. 10 12. Reaktor wedlug zastrz. 9, znamienny tym, ze rurki chlodzace (15) maja rózne srednice. 13. Reaktor wedlug zastrz. 9, znamienny tym, ze na zewnetrznym oraz wewnetrznym obrzezu kazdej warstwy katalizatora, znajduje sie co najmniej jed- 15 na perforowana plyta (4—2), usytuowana na kon¬ centrycznych okregach, których srodki pokrywaja sie ze srodkiem reaktora, w plaszczyznie poziomej, prze¬ chodzacej przez warstwe katalizatora. 14. Reaktor wedlug zastrz. 10, znamienny tym, ze odleglosc pomiedzy obrzezem warstwy katalizatora a zewnetrznym koncentrycznym okregiem, na któ¬ rym sa rozmieszczone rurki chlodzace (15), odleglosc pomiedzy dwoma sasiednimi koncentrycznymi okre¬ gami, na których sa rozmieszczone rurki chlodzace (15) oraz odleglosc pomiedzy wewnetrznym koncen¬ trycznym okregiem oraz wewnetrznym obrzezem warstwy katalizatora sa odpowiednio dobrane w kie¬ runku promieniowym. 15. Reaktor wedlug zastrz. 10, znamienny tym, ze rurki chlodzace (15) usytuowane na kazdym koncen¬ trycznym okregu sa tak rozmieszczone, ze odleglosc pomiedzy dwoma sasiednimi rurkami (15) jest do¬ stosowana do rozmiaru koncentrycznego okregu.124 655 FIG.3 FIG.4 FIG.6 15-1 FIG.5 15-1 ZGK 1676/1110/84 — 90 egz.Cena 100 zl PL PL PL PL PL PL PL PL PL PL PL PL PL PL PL PL PL