РЕАКТОР СИНТЕЗА МЕТАНОЛА

Предлагаемое устройство относится к контактным аппаратам, применяемым для крупнотоннажного получения метанола из синтез-газа.
Известна [Nitrogen. 1994. №207. с.24-32] суперколонна (конвертор), представляющая простой двойной теплообменник трубчатого типа, в который катализатор загружен в пространство между внутренними и наружными трубами (Фиг.1).
Длина труб с катализатором варьирует от 10 до 20 м, исходя из проектных условий для контура синтеза и размеров агрегата.
Подогретый синтез-газ поступает в аппарат и, проходя по внутренним трубкам, соединенным с пространством у днища, дополнительно нагревается до температуры протекания реакции. После этого он направляется в межтрубную область, заполненную катализатором, и выходит из нижней части аппарата. Катализатор охлаждается водой для питания котлов, которая циркулирует в корпусе с получением пара среднего давления, а также находящимся в аппарате газом.
Подобная конструкция обладает рядом достоинств с точки зрения капитальных вложений и эффективности использования энергии. По мнению ее создателей, она позволяет существенно повысить конверсию синтез-газа за один проход и достигнуть производительности 2500 тн метанола в сутки.
Благодаря своему большому размеру (внешний диаметр 85 мм), наружные трубы в суперколонне обладают большой механической прочностью по сравнению с трубами меньшего диаметра в изотермических реакторах, что позволяет снизить материалоемкость аппарата.
К недостаткам данной конструкции следует отнести трудоемкость загрузки катализатора в межтрубное пространство и высокий перепад давления при прохождении синтез-газа через аппарат.
Прототипом предлагаемой полезной модели является горизонтальная колонна синтеза метанола, описанная в [Г.Сиоли, Л.Бианчи, Е.Филиппи, Ф.Зарди. Химическая промышленность. 1997. №5. С.63-75].
Она представляет горизонтальный корпус цилиндрической формы, в котором установлены четыре катализаторные корзины и промежуточные теплообменники или котлы (Фиг.2).
Каждая катализаторная корзина состоит из следующих элементов:
- решетки, покрытой проволочной сеткой для удерживания катализатора; она фиксируется стенками аппарата и центральной опорой.
- двух стенок, обеспечивающих боковое удержание катализатора на концах полки;
- защитного экрана в виде секторов, укладываемого сверху катализатора;
- вертикального цилиндрического контейнера, в который заключен теплообменник, вставленный непосредственно в стенку, разделяющую две последовательные полки.
Котлы имеют компоновку корпуса типа ТЕМА «Е» и пучки U-образных труб, в которых давление пара может достигать 25 бар.
Теплообменники типа газ/газ - конструкции с прямыми трубами и с плавающей головкой. Как теплообменники, так и котлы заключены вертикально в своих корпусах и прикреплены непосредственно к корпусу под давлением при помощи фланцев.
Доступ к корзинам возможен через два лаза и камеры теплообменников после извлечения трубных пучков. Вверху корпуса также предусмотрены штуцера для осуществления загрузки катализатора синтеза метанола.
Аппарат работает следующим образом.
Свежий синтез-газ поступает в конвертер через входной штуцер внутренним диаметром 750 мм, достигает верха первой полки/слоя и пересекает его в направлении вниз (по обычной схеме «поперечного потока»). На выходе с полки конвертированный газ собирается и направляется в межтрубное пространство теплообменника; проходя вверх, он подогревает исходный сырьевой газ в трубах.
После теплооменника газ поступает на последующие полки, повторяя описанную выше схему, и выходит из аппарата через штуцер, расположенный на противоположном конце реактора.
Особенностями известной полезной модели являются:
- простая конструкция с механической точки зрения: катализаторные корзины представляют собой пустые контейнеры, без сложных внутренних деталей, таких как трубная обвязка, змеевики и т.д.;
- независимый доступ к каждой катализаторной полке непосредственно с уровня поверхности земли.
К недостаткам данной полезной модели следует отнести возможность спекания катализаторного слоя, преимущественно в первой по ходу синтез-газа корзине из-за отсутствия теплосъема. В этом случае сокращается поступление синтез-газа в другие секции реактора и он должен быть аварийно остановлен для перегрузки катализатора, что обусловливает снижение производительности всей метанольной установки.
Задачей полезной модели является совершенствование ее конструкции с одновременным повышением эффективности в процессе эксплуатации.
Поставленная задача достигается тем, что цилиндрический реактор синтеза метанола с размещенными внутри корпуса катализаторными корзинами, разделенными встроенными теплообменниками или котлами, дополнен блоком разделения потока синтез-газа, дистанционно управляющим его подачу по корзинам, состоящим из функционально связанных друг с другом клапанов и регистрирующих температуру датчиков, а их количество меньше числа катализаторных корзин хотя бы на единицу.
На фиг.3 показан общий вид предлагаемой полезной модели.
Реактор представляет горизонтальный сварной аппарат, изготовленный из углеродистой стали SA-387.11.C12 длиной 23900 мм и диаметром 2800 мм, рассчитанный на рабочее давление 10,28 МПа.
Для дистанционного управления потоком конвертированного газа по катализаторным корзинам установлен блок, состоящий из датчиков температуры и клапанов, установленных в первых трех секциях аппарата с помощью штуцеров. Открытия клапанов на требуемую пропускную способность происходит при достижении максимально допустимой температуры конвертированного газа, выходящего внизу катализаторных корзин.
Полезная модель работает следующим образом.
Свежий синтез-газ поступает в конвертер через входной штуцер, достигает первой верхней полки катализатора и направляется вниз.
Установленный внизу реактора датчик температуры функционально связан с работой клапана и при достижении ее критического значения, определяемой свойствами катализатора, дает команду клапану на требуемую степень открытия. При этом часть синтез-газа по байпасной линии сбрасывается в нижнюю часть аппарата и вместе с конвертированным газом направляется в теплообменник и далее на полку второй корзины. В свою очередь уменьшение объема синтез-газа, проходящего через первую катализаторную корзину, выравнивает в ней температурный профиль и, соответственно, снижает скорость протекания побочных реакций.
Работа управляющих клапанов по другим секциям аппарата аналогична рассмотренному примеру.
Внедрение заявленной полезной модели позволит существенно продлить срок службы катализатора синтеза метанола за счет выравнивания
температурного профиля по всей длине аппарата и увеличить тем самым производительность установки.