УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПРОВЕДЕНИЯ ХИМИЧЕСКИХ РЕАКЦИЙ
DEVICE FOR CHEMICAL REACTIONS

Изобретение относится к устройству для проведения химических реакций, в особенности для проведения экзотермических и сильно экзотермических реакций, при которых газовая фаза направляется поверх засыпки твердого продукта и вводится в реакцию.
Сильно экзотермические реакции проводятся, как правило, в кожухотрубных реакторах с помощью гетерогенного катализатора. В качестве таковых в литературе приводятся многочисленные примеры: согласно ЕР 0188532 (Nippon Kayaku) или JP 11080052 (Toa Gosei Chemical Industry Co.) кожухотрубные реакторы применяются для преобразования пропилена в акролеин и акриловую кислоту. Согласно DE 10260094 (BASF AG) кожухотрубные реакторы применяются также для производства цикличных диизоцианатов.
Ректоры такого типа могут использоваться, однако, не полностью универсально. Так, число труб реактора определяет, среди прочего, номинальную мощность реактора. Путем подходящего перекрытия отдельных труб номинальная мощность реактора может быть уменьшена, однако ее увеличение без увеличения затрат невозможно.
Задачей данного изобретения является разработка реактора, выполненного с возможностью его универсального использования. Под этим понимается, что, к примеру, изменяющаяся в течение срока службы катализатора мощность реактора может делать необходимым приведение в соответствие площади реакции. Точно также могло бы быть целесообразным, к примеру, заменить трубы одной или несколькими решетками или пластинами. Помимо этого мойка, ремонт или же замена катализатора обуславливают простой обычного кожухотрубного реактора в течение определенного времени, что приводит к большим затратам вследствие недовыработки объемов продукции.
Для преодоления этих недостатков целесообразно, однако, оптимизировать, в зависимости от процесса, геометрию блока проведения реакций. Так, для ведения процесса может быть полезным изменить поперечное сечение или длину трубы в случае, к примеру, применения улучшенного катализатора. Объектом изобретения является используемое в качестве реактора устройство для проведения химических реакций, состоящее из корпуса и блока проведения реакций. При этом совокупный реактор посредством частных технических решений принимает в расчет требования функциональности, давления и температуры. В одном особом варианте выполнения вводы подводящих или отводящих от блока проведения реакций трубопроводов, идущих через стеку корпуса, дополнены воспринимающими нагрузку блоками.
Они служат, с одной стороны, для закрепления блока проведения реакции в корпусе посредством воспринимающих нагрузку штуцерных вводов, с другой стороны - для снятия возникающих в реакторе напряжений, в особенности тепловых напряжений, возникающих вследствие нагрева и охлаждения блока проведения реакций.
Блок проведения реакций установлен с возможностью его замены посредством расположения основного фланцевого соединения в верхней трети корпуса (крышка реактора), с помощью которого (соединения) он может быть отсоединен от остальной части корпуса. Кроме того, в соответствии с изобретением блок проведения реакций размещен в корпусе в подвешенном или стоячем (вертикальном) положении.
В зависимости от требований реакционной техники для проведения экзотермических реакций, наиболее подходящий в каждом случае блок, к примеру, в форме системы труб, пластин или одной либо нескольких решеток (взаимосвязанных труб или пластин) может применяться с возможностью его замены. Заполняющий корпус блок проведения реакций может состоять из нескольких располагаемых друг рядом с другом или друг над другом модулей. Число n таких модулей может достигать 10.
Блок проведения реакций может устанавливаться в корпус снизу или сверху.
2
Положенный в основу изобретения реактор подходит в особенности для проведения экзотермических и сильно экзотермических реакций, при которых вводимый газ реагирует с помощью гетерогенного катализатора. Аппарат подходит, к примеру, для экзотермической реакции обмена метанола с НS в метилмеркаптан.
Точно так же аппарат особенно подходит для реакции обмена, к примеру, С3-компонента над гетерогенным смешанооксидным катализатором с кислородом, водяным паром и/или инертным газом или преимущественно отработанным газом из реактора, из которого отделены составные части с возможностью образования конденсата.
Далее, конструкция корпуса реактора характеризуется тем, что в противоположность обычным кожухотрубным реакторам камера реактора, выполненная в виде камеры нагнетания, заключает в себе охладительную камеру. Тем самым исключается загрязнение окружающей среды в случае возможной негерметичности между двумя камерами.
Частью изобретательской концепции является возможность быстрой замены блока проведения реакций.
Как представлено для иллюстрации изобретения на фиг.1, один вариант выполнения изобретения состоит из корпуса реактора, соединенного с блоком проведения реакций посредством воспринимающего нагрузку блока. Блоки проведения реакций могут быть закреплены на корпусе реактора в подвешенном или стоячем (вертикальном) положении таким образом, что в зависимости от расположения верхняя или нижняя сторона блока проведения реакций может при тепловых напряжениях сжиматься или расширяться.
Корпус реактора оснащен воспринимающим нагрузку блоком таким образом, что он расположен на вводе подводящих или отводящих трубопроводов с внутренней или внешней стороны корпуса. Воспринимающий усилие блок способен воспринимать расширение или сжатие блока проведения реакций и тем самым компенсировать напряжения на вводах корпуса реактора.
Различные варианты выполнения такого компенсатора описаны в литературе. Так, например, в ЕР 0895805 и ЕР 1048343 А2 описана компенсация напряжений на основе принципа складок. Другой вариант заключается в том, что подводящие или отводящие трубопроводы прокладываются в изогнутой и поэтому достаточно эластичной форме (см. фиг.2).
Следующим вариантом осуществления изобретения является расположение блока проведения реакций, который преимущественным образом закрепляется на корпусе реактора в подвешенном положении. К примеру, благодаря расположению основного фланцевого соединения в верхней части корпуса (крышке реактора), предпочтительно в его верхней трети, может быть проведена быстрая замена (полная или частичная) блоков проведения реакций.
Положенная в основу изобретения установка, в частности, подходит для проведения экзотермических и сильно экзотермических реакций, при которых газовая фаза направляется поверх засыпки твердого продукта и вводится в реакцию.
2
Такая реакция может быть, к примеру, реакцией обмена метанола с HS в метилмеркаптан, которая гетерогенно каталитически протекает при повышенном давлении и температуре с экзотермическим образованием тепла.
-1
Особенно подходят аппараты/установки для реакции С3 компоненты, как, к примеру, пропана или пропена при повышенной температуре над гетерогенным смешаннооксидным катализатором с кислородом, водяным паром и/или инертным газом или предпочтительно выхлопным газом из реактора, из которой отделены составные части с возможностью образования конденсата. Температура реакции может достигать 600°С. Реакционный газ, как правило, должен иметь определенную скорость GHSV от 500 до 5000 ч (поток газа в [л/ч] / объем катализатора [л]) и может быть при давлении до 50 бар введен в реакцию. Формулировка катализатора не ограничена. Катализатор может применяться, к примеру, как вводимый продукт, как порошок или наносимая активная масса.