Универсальный химический реактор

Универсальный химический реактор относится к устройствам химической технологии, в частности к конструкции каталитического реактора, и может быть применен для синтеза метанола или синтетической нефти. Технические результаты изобретения: обеспечение протекания двух видов реакций: или синтеза метанола или синтетической нефти; выравнивание скорости изменения эффективности катализатора в различных точках по объему реактора путем обеспечения стабилизации расхода реагентов в разных точках по объему реактора и снижение сопротивления потоку реагентов; повышение эффективности использования катализатора. Технические результаты достигаются тем, что универсальный химический реактор, состоит из корпуса, торцевых крышек, теплообменного устройства, отсеков для катализатора, обеспечивающих возможность замены последнего, штуцеров для подвода реагентов и отвода продуктов реакции и подвода и отвода теплоносителя, крепежных элементов, причем толщины стенок всех элементов и элементы соединений выполнены с запасом прочности и способными выдерживать совместное давление и температуру, возникающие как при реакции синтеза метанола, так и при реакции синтеза синтетической нефти из синтез-газа, отсеки для катализатора заполнены гранулированным катализатором таким образом, что пространственное расположение и ориентация гранул обеспечивают сопротивление движению реагентов и продуктов реакции близкое к равному по объему отсеков для катализатора.

Область техники

Универсальный химический реактор относится к устройствам химической технологии, в частности к конструкции каталитического реактора, и может быть применен для синтеза метанола или синтетической нефти.

Уровень техники

Аналогом к предлагаемому изделию можно считать каталитический реактор для переработки синтез-газа по патенту России №2218981 по МПК B 01 J 8/06, оп. 20.12.2003 г., в котором теплообменные трубы расположены внутри реакционных труб.

Недостатками аналога являются: повышенное сопротивление протеканию реагентов; разная скорость изменения эффективности катализатора в различных точках по объему реактора из-за различного расхода реагентов в разных точках по объему реактора;

возможность использования предлагаемого изделия только для одного вида реакций.

Наиболее близким аналогом к предлагаемому изделию можно считать кожухотрубный каталитический реактор по патенту России №2180266 по МПК B 01 J 8/06, оп.01.03.2002 г., в котором катализатор располагается в трубах и за счет уменьшения пиковых температур на входе реакционной массы уменьшается расход свежего катализатора, предотвращается его термическая деструкция и увеличивается срок службы, а также увеличивается степень превращения реакционной массы за счет возрастания времени пребывания ее в слое катализатора.

Недостатками наиболее близкого аналога являются: повышенное сопротивление протеканию реагентов; разная скорость изменения эффективности катализатора в различных точках по объему реактора из-за различного расхода реагентов в разных точках по объему реактора; возможность использования предлагаемого изделия только для одного вида реакций.

Сущность изобретения

Случайный характер упаковки или укладки гранул катализатора в отсеках для размещения катализатора является объективной характеристикой всех ранее использовавшихся в устройствах химической технологии для синтеза метанола или синтетической нефти.

Случайный характер расположения гранул катализатора в отсеках для размещения катализатора приводит к недостаточно рациональному расположению гранул друг относительно друга в пространстве, ограниченном конструктивными элементами отсеков для размещения катализатора и, как следствие, к повышенному сопротивлению протеканию реагентов и разной скорости изменения эффективности катализатора в различных точках по объему реактора из-за различного расхода реагентов в разных точках по объему реактора.

Упорядочение расположения гранул катализатора позволяет, варьируя тип упаковки, создавать универсальные химические реакторы для реализации, в частности, технологических процессов синтеза метанола или синтетической нефти в одном реакторе без конструктивных изменений последнего прибегая лишь к изменению температуры и давления, обеспечивая рациональные параметры протекания каталитических реакций.

Задачей изобретения является обеспечение протекания химических реакций синтеза углеводородов из синтез-газа.

Технические результаты изобретения: 1) обеспечение протекания двух видов реакций: или синтеза метанола или синтетической нефти; 2) выравнивание скорости изменения эффективности катализатора в различных точках по объему реактора путем обеспечения стабилизации расхода реагентов в разных точках по объему реактора и снижение сопротивления потоку реагентов; 3) повышение эффективности использования катализатора.

Технические результаты достигаются тем, что универсальный химический реактор, состоит из корпуса, торцевых крышек, теплообменного устройства, отсеков для катализатора, обеспечивающих

возможность замены последнего, штуцеров для подвода реагентов и отвода продуктов реакции и подвода и отвода теплоносителя, крепежных элементов, причем толщины стенок всех элементов и элементы соединений выполнены с запасом прочности и способными выдерживать совместное давление и температуру, возникающие как при реакции синтеза метанола, так и при реакции синтеза синтетической нефти из синтез-газа, отсеки для катализатора заполнены гранулированным катализатором таким образом, что пространственное расположение и ориентация гранул обеспечивают сопротивление движению реагентов и продуктов реакции близкое к равному по объему отсеков для катализатора как при температуре и давлении во время протекания реакции синтеза метанола, так при температуре и давлении во время протекания реакции синтеза синтетической нефти.

Отсеки с катализатором в реакторе могут быть расположены в корпусе таким образом, что при движении реагентов в корпусе от штуцеров подвода реагентов до штуцеров отвода продуктов реакции реагенты проходят через отсеки с катализатором, отдавая тепло через теплообменное устройство теплоносителю.

В реакторе отсеки с катализатором могут быть расположены в корпусе таким образом, что при движении реагентов в корпусе от штуцеров подвода реагентов до штуцеров отвода продуктов реакции реагенты проходят через отсеки с катализатором под давлением и с температурой, при которой, могут происходить или реакция синтеза метанола, или реакция синтеза синтетической нефти, причем геометрические характеристики магистралей подвода, отвода и пространства движения теплоносителя в реакторе и разность давлений при которых поток теплоносителя обеспечивают стабилизацию температурного режима в отсеках с катализатором или для реакции синтеза метанола, или для реакции синтеза синтетической нефти.

В загруженном катализатором реакторе гранулы катализатора могут иметь форму близкую к цилиндрической.

В загруженном катализатором реакторе гранулы катализатора могут быть загружены таким образом, что оси симметрии, по меньшей мере, части соседних целых гранул образуют угол, близкий к прямому.

В загруженном катализатором реакторе осколки, отколовшиеся от гранул катализатора при технологических процессах, могут располагаться в отсеках для катализатора в пустотах между гранулами или межгранульном пространстве катализатора и локально снижать сопротивление движению реагентов и составлять не более 24% целых или близких к целым гранул катализатора.

В загруженном катализатором реакторе концентрация осколков катализатора, отколовшиеся от гранул катализатора при технологических процессах, может изменяться от центра каждого отсека с катализатором к его стенкам таким образом, что расход реагентов в любой части каждого отсека с катализатором будет близок к одинаковому.

Степень эффективности катализа в процессе протекания реакции может изменяться близко к одинаковой для любой гранулы катализатора.

В качестве теплоносителя в реакторе может использоваться вода.

В качестве теплоносителя в реакторе может использоваться фреон.

В качестве теплоносителя в реакторе может использоваться масло.

Элементы реактора могут быть скреплены разъемным соединением.

Элементы реактора могут быть скреплены неразъемным соединением.

Теплообменное устройство может представлять из себя трубу, идущую от вводного до выводного штуцера теплоносителя, и проходящую несколько туров вокруг оси симметрии реактора внутри его корпуса.

Теплообменное устройство может быть выполнено в виде трубы, идущую от вводного до выводного штуцера теплоносителя, и проходящую несколько туров вокруг оси симметрии реактора внутри его корпуса.

Теплообменное устройство может быть выполнено в виде системы труб внутри реактора, разветвляющейся возле вводного и сходящейся возле выводного штуцера теплоносителя.

Перечень фигур

На фиг.1 изображена схема универсального химического реактора. На фиг.2 изображена схема укладки части слоя гранул катализатора.

Осуществление изобретения

Для производства универсального химического реактора необходимо изготовить металлический корпус 1 любым известным способом. При изготовлении корпуса 1 любым известным способом изготовляются, по крайней мере один, вводной 2 и, по крайней мере один, выводной 3 штуцер теплоносителя, по крайней мере один, вводной 4 штуцер синтез-газа и, по крайней мере один, выводной 5 штуцер рецуркуляционного синтез-газа, вводной штуцер 6 углеводородов, а так же отсеки 7 для размещения гранул катализатора 8.

Гранулы катализатора 8 могут загружаться в ориентации 9, такой, чтобы ось симметрии цилиндрической гранулы была близка к прямому углу оси симметрии близлежащей цилиндрической гранулы 10.

1. Универсальный химический реактор, состоящий из корпуса, торцевых крышек, теплообменного устройства, отсеков для катализатора, обеспечивающих возможность замены последнего, штуцеров для подвода реагентов и отвода продуктов реакции и подвода и отвода теплоносителя, крепежных элементов, отличающийся тем, что толщины стенок всех элементов и элементы соединений выполнены с запасом прочности и способными выдерживать совместное давление и температуру, возникающие как при реакции синтеза метанола, так и при реакции синтеза синтетической нефти из синтез-газа, причем отсеки для катализатора заполнены гранулированным катализатором таким образом, что пространственное расположение и ориентация гранул обеспечивают сопротивление движению реагентов и продуктов реакции, близкое к равному по объему отсеков для катализатора как при температуре и давлении во время протекания реакции синтеза метанола, так при температуре и давлении во время протекания реакции синтеза синтетической нефти.

2. Реактор по п.1, отличающийся тем, что отсеки с катализатором расположены в корпусе таким образом, что при движении реагентов в корпусе от штуцеров подвода реагентов до штуцеров отвода продуктов реакции реагенты проходят через отсеки с катализатором, отдавая тепло через теплообменное устройство теплоносителю.

3. Реактор по п.1 или 2, отличающийся тем, что отсеки с катализатором расположены в корпусе таким образом, что при движении реагентов в корпусе от штуцеров подвода реагентов до штуцеров отвода продуктов реакции реагенты проходят через отсеки с катализатором под давлением и с температурой, при которой могут происходить или реакция синтеза метанола, или реакция синтеза синтетической нефти, причем геометрические характеристики магистралей подвода, отвода и пространства движения теплоносителя в реакторе и разность давлений, при которых поток теплоносителя обеспечивает стабилизацию температурного режима в отсеках с катализатором или для реакции синтеза метанола, или для реакции синтеза синтетической нефти.

4. Реактор по п.1 или 2, отличающийся тем, что гранулы катализатора имеют форму, близкую к цилиндрической.

5. Реактор по п.4, отличающийся тем, что катализатор загружается таким образом, что оси симметрии, по меньшей мере, части соседних целых гранул образуют угол, близкий к прямому.

6. Реактор по п.5, отличающийся тем, что осколки, отколовшиеся от гранул катализатора при технологических процессах, располагаются в отсеках для катализатора в пустотах между гранулами или межгранульном пространстве катализатора и локально снижают сопротивление движению реагентов и составляют не более 24% целых или близких к целым гранул катализатора.

7. Реактор по п.6, отличающийся тем, что концентрация осколков катализатора, отколовшихся от гранул катализатора при технологических процессах, изменяется от центра каждого отсека с катализатором к его стенкам таким образом, что расход реагентов в любой части каждого отсека с катализатором был близок к одинаковому.

8. Реактор по п.7, отличающийся тем, что степень эффективности катализа в процессе протекания реакции изменяется близко к одинаковой для любой гранулы катализатора.

9. Реактор по п.8, отличающийся тем, что в качестве теплоносителя используется вода или водные растворы.

10. Реактор по п.9, отличающийся тем, что в качестве теплоносителя используется фреон.

11. Реактор по п.9, отличающийся тем, что в качестве теплоносителя используется масло.

12. Реактор по п.1, отличающийся тем, что элементы реактора скреплены разъемным соединением.

13. Реактор по п.1, отличающийся тем, что элементы реактора скреплены неразъемным соединением.

14. Реактор по п.1, отличающийся тем, что теплообменное устройство выполнено в виде трубы, идущей от вводного до выводного штуцера теплоносителя и проходящей несколько туров вокруг оси симметрии реактора внутри его корпуса.

15. Реактор по п.1, отличающийся тем, что теплообменное устройство выполнено в виде системы труб внутри реактора, разветвляющейся возле вводного и сходящейся возле выводного штуцера теплоносителя.