РЕАКТОРНЫЙ БЛОК

2
Предлагаемое техническое 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 СО 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 цельнокованый 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 1 [RU №68357. МПК B01J 8/8. 27.11.2007], включающий металлический корпус с установленными в нем термодатчиками и закрепленной внутри решеткой с размещенным на ней слоем катализатора, в котором симметрично расположены от двух до шести электроподогревателей 2, 3, выведенных на регулятор мощности, а соотношение диаметр аппарата: высота катализаторного слоя равно 1: (0,6-1,4) (Фиг.1).
Недостатком известного технического решения является возможность перегрева катализаторного слоя в местах его контакта с электроподогревателями и повышенный расход электроэнергии для поддержания заданной температуры в зоне реакции.
Задачей полезной модели является совершенствование ее конструкции с одновременным сохранением высокой эффективности в процессе эксплуатации.
Поставленная задача достигается тем, что нейтрализация отходящих газов формалинового производства осуществляется в реакторном блоке, включающем контактный аппарат каталитического окисления метанола в формальдегид, котел утилизатор, компаблок и реактор-дожигатель полочного или трубчатого типа.
Сущностью предлагаемого технического решения является реакторный блок дожига абгаза формалинового производства, включающий контактный аппарат каталитического дегидрирования метанола в формальдегид 4, котел-утилизатор 5 и реактор - дожигатель полочного или трубчатого типа 1, причем необходимая температура абгаза на входе в реактор-дожигатель поддерживается компаблоком 7, обогреваемым потоком теплоносителя, циркулирующем в контуре: аппарат каталитического дегидрирования метанола в формальдегид - компаблок - котел - утилизатор.
Как и компаблок, котел-утилизатор является теплообменником и при подаче в него деминерализованной воды с помощью насоса 6 трансформирует тепло химических реакций, протекающих в аппарате 4, в пар давлением 1,2 МПа.
Пример.
На фиг.2 показан общий вид предлагаемой полезной модели.
Она включает реактор каталитического дожига отходящих газов формалинового производства 1, который представляет стальной теплоизолированный аппарат диаметром 1400 мм с расположенными по высоте термодатчиками. В нижней части аппарата на приваренную решетку насыпан слой платинового катализатора марки PPt-47 высотой 800 мм, причем в нем смонтированы шесть U-образных электроподогревателей 2, 3, размещенных строго симметрично по сечению аппарата.
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.
2
3
2
3
Аппарат каталитического дегидрирования метанола в формальдегид 4, входящий в реакторный блок, является стальным теплоизолированным аппаратом диаметром 4000 мм, в котором в трубных досках установлены 10800 трубок длиной 1100 мм с диаметром 25×2 мм, имеющих суммарную площадь теплообмена 803 м. Трубная доска разделена на секторы, в каждом из которых находится по 900 шт.отверстий. Реакторные трубки на 75% длины заполнены гранулами железо-молибденового катализатора торговой марки КН-26С в виде полых цилиндров, содержащего 80% мас. МоО и 20% мас. FeO, а верхняя часть - инертной керамической насадкой. В межтрубном пространстве циркулирует масло (высокотемпературный теплоноситель АМТ-300У), которое снимает тепло экзотермической реакции при подаче в аппарат спиртовоздушной смеси (СВС).
2
Котел-утилизатор 5 представляет собой теплообменник длиной 4070 мм и диаметром 1000 мм, в котором размещены 158 труб с поверхностью теплообмена 22,3 м.
2
В случае компаблока 7 поверхность теплообмена равна 4,88 м при его габаритах, мм: 666×666×613.
Заявляемая полезная модель работает следующим образом.
С помощью электрических нагревательных элементов температуру слоя катализатора в реакторе 1 повышают до 250°С. При выведенном на производственный режим аппарате 4 в компаблок начинают непрерывно подавать газовую смесь, содержащую оксид углерода, метиловый спирт, формальдегид и диметиловый эфир в количестве 14,6 г/с следующего состава, мас.%:
N<sub>2</sub>
89,81-89,95;
O<sub>2</sub>
6,05-6.18;
Н<sub>2</sub>О
1,70-1.80;
CH<sub>3</sub>OH
0.10-0.14;
СО
1.41-1.57;
СН<sub>3</sub>OСН<sub>3</sub>
0,56-0,68;
СН<sub>2</sub>O
0.02-0.04
При достижении температуры газовой смеси в компаблоке (250-260)°С электрообогрев в реакторе 1 отключают. Необходимый для нормального течения реакции температурный режим в дальнейшем поддерживается подогревом абгаза теплоносителем марки АМТ-300У и теплом экзотермических реакций в катализаторном слое.
В результате каталитического окисления компонентов газовой смеси со степенью конверсии в двуокись углерода и воду на уровне не ниже 96% содержание загрязнителей на выходе из реактора - дожигателя снижается до 0.5 г/с за счет протекания реакций:
3
2
2
2
СНОН+1,5O→СO+2НO
2
2
2
2
СНO+O→НO+СO
2
2
СО+0,5O→СO
3
2
2
2
2
O(СН)+3O→3НO+2СO
Благодаря этому, очищенный абгаз уже не представляет угрозы окружающей среде.
В отличие от известного технического решения электроподогреватели 2, 3 работают только в период пуска реактора-дожигателя, что существенно сокращает расход электрической энергии при эксплуатации установки.
Таким образом, из описания полезной модели следует, что в сравнении с известными техническими решениями она отличается простотой исполнения и более эффективна при каталитической очистке абгаза, выходящего с узла абсорбции формальдегида.