Реакторный блок

Полезная модель относится к оборудованию для установок каталитического дегидрирования метанола в формальдегид, в частности к аппаратам по обезвреживанию абгазов с узлов абсорбции формальдегида.

Предлагаемое техническое решение предусматривает использование реакторного блока, включающего аппарат трубчатого типа со встроенным теплообменником и теплообменник-рекуператор.

Достигаемый технический результат - повышение степени очистки отходящих газов с узла абсорбции формальдегида от оксида углерода, диметилового эфира, формальдегида и метанола.

Предлагаемое технической устройство относится к контактным аппаратам, применяемым для нейтрализации (дожига) отходящих газов с формалинового производства или с установок получения карбамидоформальдегидного концентрата путем каталитического окисления кислородом воздуха содержащихся в них паров метилового спирта, формальдегида, диметилового эфира и оксида углерода в СО₂ и воду.

Известен [Пономарев И.И. и др. Машины и аппараты химических производств, Изд. Машиностроение. 1989, С.286]. реактор полочного типа с неподвижным слоем катализатора для осуществления экзотермических процессов, включающий цельно-кованый цилиндрический корпус с массивными крышками, используемыми для подвода и отвода реагентов. Реакция протекает в перфорированной катализаторной коробке, закрепленной с определенным зазором относительно стенки, в который через штуцер подается охлажденная газовая смесь для съема тепла реакции, уменьшая тем самым температурные напряжения конструкции аппарата. Для поддержания необходимого температурного режима применяют встроенные теплообменные устройства, располагаемые в корпусе реактора непосредственно в слое катализатора или между катализаторными корзинами, которые выполняют функции холодильников. Наиболее часто используют прямые, U-образные или более удобные для конструктивной компоновки двойные трубки (трубки Фильда), внутрь которых подается холодный газ.

Недостатком данных контактных аппаратов является малая степень конверсии в случае утилизации газовых смесей с пониженной концентрацией горючих компонентов и трудность поддержания регламентированной температуры в зоне реакции.

Наиболее близким по технической сущности является реактор дожига отходящих газов формалинового производства [RU 68357. МПК B01J 8/8. 27.11.2007], включающий металлический корпус с установленными в нем термодатчиками 7, 8, 10 и закрепленной внутри решеткой 11 с размещенным на ней слоем катализатора, в котором симметрично расположены от двух до шести электроподогревателей 1-6, выведенных на регулятор мощности, а соотношение диаметр аппарата: высота катализаторного слоя равно 1:(0,6-1,4). Аппарат снабжен люком 9 для загрузки и выгрузки катализатора (Фиг.1).

Недостатком известного технического решения является возможность перегрева катализаторного слоя в местах его контакта с электроподогревателями.

Задачей полезной модели является совершенствование ее конструкции с одновременным сохранением высокой эффективности в процессе эксплуатации.

Поставленная задача достигается тем, что дожиг отходящих газов формалинового производства осуществляется в реакторе трубчатого типа, температурный режим которого может регулироваться подачей теплоносителя в межтрубное пространство.

Сущностью предлагаемого технического решения является реакторный блок, включающий аппарат каталитической конверсии абгазов 1, встроенный в него кожухотрубчатый теплообменник 2 и теплообменник - рекуператор 3, причем в качестве аппарата каталитического дожига используется реактор трубчатого типа с диаметром катализаторных труб в (1-3) раза больше, чем в кожухотрубчатом теплообменнике.

Пример.

На фиг.2 показан общий вид предлагаемой полезной модели.

Реакторный блок каталитической конверсии отходящих газов формалинового производства включает стальной теплоизолированный аппарат диаметром 2250 мм и высотой 10500 мм с расположенными по высоте термодатчиками. В его нижней части смонтирован трубный пучок с диаметром труб 40×2 мм, заполненных на высоту 300 мм платиновым катализатором марки PPt-47, а в верхней установлен встроенный теплообменник с трубками длиной 3900 мм и диаметром 20×1,5 мм.

Выбранный катализатор представляет сферы диаметром 4,0-6,7 мм из высокопористого оксида алюминия, в котором диспергирована платина в количестве не менее 0,09% мас. Это обеспечивает пониженное сопротивление реактора потоку газовой смеси, подаваемой на каталитическую очистку.

В состав реакторного блока входит теплообменник-рекуператор, предназначенный для съема тепла экзотермической реакции, протекающей при пропускании абгаза через слой катализатора. Он представляет стальной теплоизолированный кожухотрубчатый теплообменник диаметром 1620 мм и высотой 4450 мм, в котором размещено 2200 трубок длиной 2250 мм.

Заявляемая полезная модель работает следующим образом.

После пуска установки каталитического окисления метанола в формальдегид на ней вырабатывается пар давлением 1,2-1.3 МПа, который подается в кожухотрубчатый теплообменник 1 и аппарат 2 для достижения в них температуры 190-200°C. В этот момент в реакторный блок начинает непрерывно поступать абгаз с узла абсорбции формальдегида следующего состава, мас.%:

N₂ - 89,81-89,95;

O ₂ - 6,05-6.18;

Н₂O - 1,70-1.80;

СН₃ОН - 0.10-0.14;

CO - 1.41-1.57;

CH₂OCH₃ - 0,56-0,68;

СН₂O - 0.02-0.04

За счет тепла экзотермической реакции происходит прогрев всего катализаторного слоя и с термодатчиков поступает сигнал об отключении подачи пара в реакторный блок. В дальнейшем необходимая температура в зоне реакции поддерживается вследствие протекания окислительных химических процессов.

CH₃OH+1,5O ₂CO₂+2H₃O

CH₂ O+O₂H₂O+CO₂

CO+0,5O ₂СO₂

O(CH₃)₂ +3O₂3H₂O+2CO₂

Избыток тепла снимается теплообменником-рекуператором 3, подаваемой в него водой.

В результате каталитического окисления компонентов газовой смеси ее степень очистки от оксида углерода, диметилового эфира, формальдегида и метанола составляет не менее 99%. При этом их общее количество в очищенном абгазе снижается со 196 г/сек, до 0,6 г/сек, и указанные загрязнители атмосферного воздуха на выходе из реакторного блока уже не представляют угрозу окружающей среде.

Из описания полезной модели следует, что в сравнении с известными техническими решениями она отличается простотой исполнения и более эффективна при каталитической очистке абгазов с узла абсорбции формальдегида.

Реакторный блок, включающий аппарат каталитической конверсии абгазов со встроенным в верхней части кожухотрубчатым теплообменником, выносной теплообменник-рекуператор, отличающийся тем, что в нижней части аппарата каталитической конверсии размещен реактор трубчатого типа с диаметром катализаторных труб в (1-3) раза больше, чем в кожухотрубчатом теплообменнике.