РЕАКТОР С ГРЕЮЩЕЙ СТЕНКОЙ
ISOTHERMAL REACTOR

Изобретение относится к химической промышленности и химическому машиностроению, в частности к изотермическому реактору для проведения экзотермических или эндотермических гетерогенных реакций и может быть использовано в газо- и нефтеперерабатывающей, химической и нефтехимической промышленности, в частности в технологическом оборудовании для термического разложения различных углеводородов при высоких температурах и давлениях.
Из уровня техники известен изотермический реактор (патент №2568809 RU «Способ каталитической переработки легкого углеводородного сырья», приоритет от 11.12.2014 г.) для каталитической переработки легкого углеводородного сырья, оборудованный устройством для подачи/отвода тепла в/из слоя катализатора теплоносителем, в качестве которого используют газ окисления воздухом смеси топлива с отходящим газом окислительной регенерации.
Недостатком данного способа является удорожание установки вследствие установки дополнительного оборудования для подачи воздуха, рециркуляции регенерационных газов, использования водорода, а так же использование дополнительного оборудования для охлаждения использованного теплоносителя.
Из уровня техники известен реактор (патент №2265480 RU, приоритет от 10.05.2001 г.) для проведения экзотермических или эндотермических гетерогенных реакций, имеющий наружный корпус по существу цилиндрической формы, концы которого закрыты соответственно крышкой и днищем, снабженными патрубками, и, по меньшей мере, один пластинчатый теплообменник, погруженный в удерживаемый в корпусе каталитический слой.
Наиболее близким к заявленному изобретению является изотермический реактор (патент №2435639 RU, приоритет от 20.08.2007 г.) для проведения экзотермических и эндотермических гетерогенных реакций, содержащий цилиндрический наружный корпус, имеющий продольную ось, слой катализатора, размещенный в корпусе и снабженный противолежащими перфорированными боковыми стенками для ввода газового потока реагентов и вывода газового потока продуктов реакции и теплообменный блок, погруженный в слой катализатора и предназначенный для пропуска через него теплоносителя. Слой катализатора ограничен по краям противолежащими перфорированными боковыми стенками, причем между корпусом и этими боковыми стенками образованы первый и второй промежутки. Теплообменный блок содержит ряд теплообменников, расположенных параллельно друг другу и параллельно направлению, в котором слой катализатора пересекается газовым потоком реагентов.
Недостатками данного изобретения являются высокая сложность конструкции и сложность эксплуатации и обслуживания, в некоторых случаях полностью исключается возможность обслуживания таких теплообменников. Сложность конструкции и эксплуатации приводит к удорожанию всего процесса, применяющем данный тип реактора.
Техническим результатом использования предложенного изобретения являются: упрощение способа подвода теплоты к реактору, увеличение энергосбережения путем более полного использования вторичной теплоты и тепловой изоляции высокотемпературного оборудования.
Указанный технический результат достигается за счет специальной конструкции реактора, содержащую греющую рубашку, верхний и нижний штуцеры, люки для загрузки и выгрузки катализатора, задвижки для регулирования подачи сырья, байпас для подачи сырья минуя греющую рубашку, штуцеры для аварийного слива. Данная конструкция ректора позволяет подавать сырье через нижний штуцер во внутреннюю полость реактора через греющую рубашку по винтовой спирали для подогрева внутренней полости реактора; при этом сырье, поднимаясь по винтовой спирали к верхнему штуцеру реактора, попадает во внутреннюю полость реактора через камеру форсунок, расход сырья регулируется посредством задвижек.
Изобретение иллюстрируется чертежами. На фиг. 1 схематически изображен реактор.
Реактор состоит из обечайки 1 реактора, греющей рубашки 2, штуцера 3 ввода сырья, задвижки 4, верхнего штуцера 5 ввода сырья в камеру форсунки 6, выводного патрубка 7 для выхода продуктов реакции, байпаса 8 подачи сырья минуя греющую рубашку реактора, штуцера 9 аварийного слива сырья из греющей рубашки, люка загрузки 10 катализатора, выгружного лючка 11 для выгрузки катализатора, расположенного под углом 30° к оси реактора, люка 12 выгружного для чистки реактора, штуцера 13 выхода газов, смотрового люка 14 для осмотра и освидетельствования внутренней полости реактора без выгрузки катализатора. Контроль температуры и давления внутри реактора осуществляется с помощью термодатчика 15 многозонного и манометра 16. Для доступа к смотровому люку 14, люку загрузки катализатора 12 и приборам 15 и 16 предназначена лестница 17.
Устройство камеры форсунки 6 иллюстрируется фиг. 2.
Камера форсунки 6 представляет собой съемное устройство, устанавливаемое в обечайку люка 10 загрузки, и состоящее из трубы 18 распорной, перегородки 19 распылительной верхней, перегородки 20 распылительной нижней и распорок 21, придающих жесткость конструкции и задающих вектору движения потока спиральную составляющую.
Заявляемый реактор с греющей стенкой работает следующим образом.
На фиг. 3 представлена схема движения рабочей среды внутри реактора.
Сырье, предварительно нагретое до температуры реакции, подается в греющую рубашку 2 реактора через штуцер 3 ввода сырья и по винтовой спирали поднимается к верхнему штуцеру 5 ввода сырья в камеру форсунки 6. Поднимаясь по винтовой спирали, сырье нагревает внутреннюю полость реактора до температуры реакции на стадии выхода на режим или поддерживает температурный режим во время проведения каталитических процессов во всем объеме реактора. Регулирование потоков, проходящих через греющую рубашку 2, осуществляется посредством задвижек 4. Пройдя греющую рубашку 2, сырье через верхний штуцер 5 ввода сырья тангенциально подается в камеру форсунки 6, продолжая движение по окружности вдоль стенки обечайки 1. Выход сырья в полость реактора (распыление) осуществляется через отверстия в перегородке 20 распылительной нижней. Распыленное сырье из камеры форсунки 6 проходит через слой 22 шаров керамических и попадает в слой катализатора 23 (см. фиг. 3). Слой 22 керамических шаров необходим для лучшего распределения распыленного сырья по всему объему реактора. Кольцевые перегородки 24 регулируют движение сырьевого потока вдоль оси реактора, препятствуя стеканию сырья по стенкам реактора. Нижний слой 25 керамических шаров препятствует выносу катализатора вместе с продуктами реакции из реактора.
Движение сырьевого потока происходит вдоль оси реактора.
Выход продуктов реакции осуществляется через выводной патрубок 7, вмонтированный в обечайку люка 12 выгружного, и ограничители 26, выполненные в виде металлической решетки или сетки.
Мониторинг давления и температуры в полости реактора осуществляется посредством манометра 16 и многозонного термодатчика 15, позволяющего измерять температуру в, по меньшей мере, одной точки в зависимости от технологического процесса, использующего данный тип реактора.
Термодатчик 15 устанавливается в реактор до загрузки керамических шаров и катализатора. Канал термодатчика изготавливается таким образом, чтобы обеспечить защиту термодатчика от механических повреждений и минимизировать тепловые искажения в показаниях приборов. В конструкции канала предусмотрены обтекатели, препятствующие стеканию сырья вдоль канала по направляющим трубам.
Катализатор 23 в реактор загружается равномерным слоем через люк 10 загрузки катализатора. Отработанный катализатор 23 выгружается через лючок 11 выгружной. Для чистки реактора и выгрузки нижнего слоя 25 шаров используется люк 12 выгружной. Осмотр и освидетельствование внутренней полости реактора без выгрузки катализатора 23 проводится через смотровой люк 14, доступ к которому обеспечивает лестница 17.
Для выхода водородсодержащих газов, являющихся продуктами реакции, предусмотрен штуцер 13 выхода газов.
Так же в реакторе предусмотрен байпас 8, позволяющий подать сырье в полость реактора, минуя греющую рубашку 2. Для слива сырья из греющей рубашки 2 предусмотрен штуцер 9 аварийного слива.
Использование предложенного изобретения позволяет упростить способ подвода теплоты к реактору, увеличить энергосбережение путем более полного использования вторичной теплоты и тепловой изоляции высокотемпературного оборудования.