UA79646C2 - Method for carrying out highly exothermic oxidative reactions in pseudo-isothermal conditions - Google Patents

Description

в псевдоізотермічних умовах високоекзотермічних різним стадіям реакції, точки шару каталізатора, у каталітичних реакцій типу окисних реакцій, напри- яких реагенти мають низьку концентрацію. клад, реакції окислення аміаку з одержанням азот- У випадку, що не обмежує обсяг винаходу, ви- ної кислоти та реакції окислення метанолу з одер- користання псевдоізотермічного реактора з верти- жанням формальдегіду. Даний винахід стосується кальною віссю й реагентами, що проходять через також хімічного апарата, що призначений для каталізатор в осьовому напрямку, різні стадії реа- здійснення зазначеного вище способу. кції протікають у різних за висотою ділянках шару

Добре відомо, що при проведенні високоекзо- каталізатора, у які з заданою витратою й заданою термічних окисних реакцій, щоб уникнути виник- температурою подають реагенти. нення в реакторі небезпечних для роботи умов, Більш докладно відмітні риси та переваги про- необхідно постійно контролювати та регулювати понованого в даному винаході способу розглянуті один або декілька робочих параметрів процесу, нижче на прикладі одного з варіантів його можли- що протікає в реакторі, таких як температура реа- вого здійснення з посиланням на прикладені до кції та концентрація щонайменше одного з реаген- опису креслення, що ілюструють але не обмежу- тів, що беруть участь у реакції. Так, наприклад, ють обсяг винаходу. при одержанні формальдегіду шляхом окислення На прикладених до опису кресленнях пока- метанолу при високій концентрації реагентів і ви- зано: сокій екзотермічності реакції в реакторі швидко на Ффіг.1 - схема хімічного реактора, що приз- виникають вибухонебезпечні умови, що потребу- начений для здійснення пропонованого у винаході ють точного контролю та підтримування концент- способу, та рації реагентів і температури реакції на рівні, що на Фіг.2 - схема в збільшеному масштабі одно- менший певних гранично допустимих значень. го з елементів реактора, що показаний на Фіг.1.

Крім того, коли температура реакції та концентра- На Фіг.1 схематично показаний позначений по- ція реагентів стають вище цих гранично допусти- зицією 1 хімічний реактор з вертикальною віссю, мих значень, у реакторі може відбутися "отруєння" який призначений для проведення високоекзотер- та втрата каталітичної активності каталізатора й мічних реакцій, наприклад, окисних реакцій типу неминуче зниження виходу реакції. Таке явище реакції окислення аміаку з одержанням азотної характерно, зокрема, для реакції окислення аміаку кислоти. з одержанням азотної кислоти, коли при заданій Реактор 1 має циліндричний корпус 2, закри- температурі та концентрації реагентів більше пев- тий із протилежних кінців нижнім і верхнім днища- ної порогової величини, каталізатор на основі ми З та 4. На верхньому днищі 4 розташований

Сбозох у результаті швидкого відновлення перет- люк 5, а в нижньому днищі З виконаний отвір б для ворюється в СоО, що має меншу в порівнянні з виведення з реактора продуктів реакції.

СозОх каталітичну активність. Корпус 2 утворює розташовану між нижньою

Для контролю температури й концентрації ре- та верхньою площинами 8 та 9 зону 7 реакції, у агентів при проведенні подібних реакцій було за- якій знаходиться шар (І) каталізатора, через який пропоновано використовувати реактори з псев- в осьовому напрямку проходять газоподібні реаге- дозрідженим шаром. Такі реактори, однак, мають нти та продукти реакції. багато досить істотних недоліків, пов'язаних, зок- Елементи, що несуть шар (І) каталізатора, рема, з дуже високим споживанням енергії, яка добре відомі й тому не показані на кресленні та не необхідна для подачі в реактор великої кількості потребують докладного опису. повітря та підтримування концентрації аміаку ниж- У шарі (У) каталізатора розташовано декілька че порогу вибуховості, з більш складною конструк- відповідним чином закріплених у реакторі теплоо- цією, ніж у реакторів з нерухомим шаром каталіза- бмінників 10 та розподільників 12 реагентів, при тора, та з проблемами пиловловлення. цьому теплообмінники 10 мають плоску прямокут-

Крім того, рух каталізатора в реакторах із псе- ну форму та розташовані бажано концентрично в вдозрідженим шаром прискорює процес корозії декількох радіальних площинах навколо осі корпу- стінок реактора. са з паралельними щодо осі довгими сторонами

В основу даного винаходу було покладено за- 11. вдання розробити спосіб проведення високоекзо- У кращому варіанті здійснення даного винахо- термічних окисних реакцій у псевдоізотермічних ду кожен теплообмінник 10 нерухомо з'єднаний із умовах між реагентами, що безперервно подають- двома розподільниками 12 реагентів і є для них, як ся в потоці в шар каталізатора, що не мав би за- докладніше описано нижче, відповідною опорою. значених вище недоліків, які властиві відомим Так, зокрема, як показано на Фіг. 2, кожен теп- способам, або, іншими словами, забезпечував би лообмінник 10 має дві стінки 27 та 28, що приля- можливість роботи в умовах, що виключають мож- гають одна до одної своїми краями, які з'єднані між ливість виникнення вибуху в суміші реагентів й у собою за периметром, наприклад, зварюванням, і суміші реагентів із продуктами реакції, та дозволяв утворюють першу, розташовану між ними камеру би збільшити термін служби каталізатора. 18.

Зазначене вище завдання вирішується відпо- Поруч із боковим боком 11 теплообмінника 10 відно до винаходу за допомогою пропонованого в виконаний зварний шов 25 з паралельними та пе- ньому способу, який відрізняється тим, що щонай- рпендикулярними щодо бокового боку 11 теплоо- менше частину безперервного потоку реагентів бмінника ділянками 32 та 33, які утворюють усере- подають у реактор з різною заданою температу- дині теплообмінника між сторонами 27 та 28 другу рою та з різною витратою в різні, що відповідають камеру 19, яка герметично відділена від першої Потік реагентів, що безперервно подається у камери 18. реактор 1, наприклад, аміаку та кисню, з яких у

Камера 18 має вхідний патрубок 29 і вихідний реакторі одержують азотну кислоту, розділяють на патрубок 31, а камера 19 має тільки один вхідний вході в реактор на дві частини. патрубок 34. Першу, або основну, частину потоку реагентів

На стінці 27 теплообмінника 10 закріплені дві попередньо нагрівають до температури, при якій у пластини 20 та 22 коробчастої форми, які прохо- результаті теплообміну з шаром (І) каталізатора дять перпендикулярно щодо бокового боку 11 теп- починається необхідна реакція (окислення аміаку), лообмінника за всією його шириною. для чого, зокрема, основну частину потоку реаген-

Пластини 20 та 22 разом зі стінкою 27 утво- тів через розподільник 12 і труби 15 та патрубки 30 рюють канали 21 та 23, які з одного боку через подають у камери 18 всіх теплообмінників 10. виконані в стінці 27 отвори 36 та 37 з'єднані з дру- Попередньо нагріті реагенти, що виходять з гою камерою 18, а з іншого боку виходять із теп- теплообмінників 10, збираються в колекторі 20 та лообмінника 10 назовні в шар (І) каталізатора проходять до нижнього кінця центрального каналу через виконані в пластинах отвори 26. 24. Попередньо нагріті реагенти, що виходять з

Отвори 26 у пластинах (20, 22) бажано повинні верхнього кінця центрального каналу 24 розподі- бути розташовані на одній лінії в напрямку поздо- ляються та проходять через шар (І) каталізатора, вжньої осі пластини. у якому при цьому починається необхідна високо-

Закріплені на теплообмінниках 10 пластини 20 екзотермічна окисна реакція. та 22 коробчастої форми утворюють розподільни- Другу частину потоку реагентів, якою регулю- ки 12 рідини, що попадає в них з камери 18. ють температуру реакції та концентрацію реаген-

Теплообмінники 10 разом з відповідними роз- тів, розділяють між всіма камерами 18 теплооб- подільниками 12 утворюють пропонований в да- мінників 10, з яких цей потік реагентів попадає у ному винаході пристрій, що дозволяє регулювати відповідні пари розподільників 19, 20. температуру та концентрацію реагентів у шарі (Г) Як вже було сказано вище, розподільники 19, каталізатора, про що докладніше сказано нижче. 20 розташовані в масі шару (Г) каталізатора на

Реактор 1 має також трубопроводи 13 та 14 різних за висотою рівнях відповідно з різними ста- для подачі відповідних реагентів, з'єднані з каме- діями реакції, що протікає в шарі каталізатора, і рами 18 та 19 кожного теплообмінника 10 трубами дозволяють регулювати концентрацію та темпера- та 16 і відповідними патрубками 30 та 35, і ко- туру реагентів на відповідних стадіях реакції. лектори 17 для продуктів реакції, які з'єднані з од- У даному винаході таке регулювання концент- ного боку з вихідними патрубками 31 теплообмін- рації реагентів і температури реакції здійснюється ників, а з іншого боку - з розташованим на осі регулюванням витрати другої частини реагентів реактора центральним каналом 24. звичайними та добре відомими способами й пода-

Нижче розглянутий пропонований у винаході чею свіжих реагентів у певні точки шару каталіза- спосіб проведення в описаному вище реакторі тора. високоекзотермічних хімічних реакцій у псевдоізо- Продукти реакції відбирають із реактора 1 че- термічних умовах з одночасним регулюванням і рез отвір 6. підтримуванням температури реакції та концент- Даний винахід не обмежений описаним вище рації реагентів у певних межах з невеликими від- варіантом його здійснення й не виключає можли- хиленнями від заданих значень. вості внесення в нього різних змін й удосконалень в обсязі формули винаходу.

р. ' їх іш рі

То нн м і ї ча 6 лі ї -- зо -- нн Бонні ТАЙ ; З о з-Хк 4 5 пса ; пів

Й й у т т р 1 - я и зт. -- шин ТУ ях юн ншичи зт В іу: вве ро ве 28 А ад в шк: як | її миши п ! ті от ї тя Ї ЦІ и в. 4 ! А-- А тв сс Ж фей ки р А р рн Й ШК ку в як ра: дет я 2--55585 | | Бе 2. г . пре шо ! Ї явної І Ї ЩІ. ях 2 шия и Ви 26, тш- р и і | ! і -8 . : й ; 2 у в і

З 7 я - Зе-- Е Ки о й ї і Н ї я вне Гн гч Х Е ств зедоцаці м я У Я зе рони 1 8 ах нн З ввести ту | р; аю ДЕ Я

КМ Я вн ВД бно оз їй У - и Й вжи

БУ 1? й н- хх ЕЕ т. ! / С й | Й ев М а лий

Ша у я, Й р -

Ір "З м- ВИЙ. 25 й р-їй

Кот їй Ці. | З в Г

Й згдшя Шо р зве і У ноз .

ФІГ,

Комп'ютерна верстка В. Клюкін Підписне Тираж 26 прим.

Міністерство освіти і науки України

Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна

ДП "Український інститут промислової власності", вул. Глазунова, 1, м. Київ - 42, 01601