Главная  Переработка нефти и газа 

Скачать эту книгу

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 156 157 158 159 160 161 162 163 164 165 166 167 168 169 170 171 172 173 174 175 176 177 178 179 180 181 182 183 184 185 186 187 188 189 190 191 192 193 194 195 196 197 198 199 200 201 202 203 204 205 206 207 208 209 210 [ 211 ] 212 213 214 215 216 217 218 219 220 221 222 223 224 225

реакторе размещены два слоя катализатора, через которые сверху вниз проходит сырье. Каждый слой катализатора защищен от динамического воздействия потока среды слоем фарфоровых шаров 6.

В верхней части реактора установлена распределительная тарелка 1 с патрубками, под которой размещено фильтрующее устройство 2, состоящее из цилиндрических корзин, погруженных в слой катализатора. Корзины сварены из прутка и обтянуты сбоку и снизу сеткой. Сверху корзины открыты. В корзинах и верхней части слоя катализатора задерживаются продукты коррозии и механические примеси.

Верхний слой катализатора поддерживается колосниковой решеткой 4, на которой уложены два слоя сетки и слой фарфоровых шаров. В пространстве между верхним и нижним слоями катализатора находится коллектор 5 для ввода пара.

В нижней части реактора размещен слой фарфоровых шаров, служащих опорой для нижнего слоя катализатора и обеспечивающий равномерный вывод продуктов реакции из аппарата. В верхнем днище имеются три штуцера для установки многозонных термопар 12, контролирующих температурное поле в слое катализатора, кроме того, предусмотрена термопара в средней части реактора.

Катализатор выгружается из верхнего слоя через штуцер Ив стенке аппарата, из нижнего слоя через дренажную трубу и штуцер в нижнем днище 9. В стенке реактора между верхним и нижним слоями катализатора установлен люк. В нижней части имеются скобы для удобства обслуживания и ремонта.

Для аппаратов со стационарным слоем катализатора разработаны специальные энергосберегающие катализаторы, совмещающие функции катализатора и массообменной насадки. Применение таких катализаторов в реакторах позволяет снизить гидравлическое сопротивление насыпного слоя и энергозатраты при прохождении потока через слой, интенсифицировать тепло- и массообмен, повысить степень использования объема гранулы и увеличить срок эксплуатации катализатора. На рис. XXIV-3 показаны формы энергосберегающих катализаторов, выпускаемых ОАО "Рязанский НПЗ". Гранулы катализатора имеют форму цилиндров, одно- и многоканальных трубок, колец, звезд, размер гранул изменяется от 2,0 до 6,5. Энергосберегающие формованные катализаторы обладают высокой механической прочностью, что позволяет использовать в процессе его пневмо-транспортные загрузку и выгрузку.

В "Ярсинтезе" для реакционно-ректификационных аппаратов при производстве метил-трет-бутилового эфира разработаны сульфоионитные катализаторы в форме цилиндров или колец размером 5-20 мм, позволяющие по сравнению с обычными катализаторами с размерами частиц до 0,5 мм в 10 - 20 раз увеличить линейные скорости потоков в слое.

Рис. XXIV-3. Форма гранул энергосберегающего катализатора, выпускаемого ОАО Рязанский НПЗ"

в промышленной практике также применяются пустотелые цилиндрические или змеевиковые реакционные аппараты с поверхностным теплообменом, характеризующиеся политропическими условиями ведения процесса. В качестве примера использования такого типа реакторов можно привести реактор для полимеризации этилена под высоким давлением. Тепло реакции из аппарата отводится испаряющейся водой в пароводяной рубашке, расположенной на боковой поверхности реактора. Для выравнивания температуры в реакторе и лучшего теплообмена с его внутренней поверхностью в аппарате размещают перемепшвающее устройство.

В качестве реакторов процессов термического крекинга и пиролиза используются змеевики, размещаемые в трубчатых печах. В этом случае эндотермическое тепло реакции в аппарате компенсируется подводом тепла от дымовых газов через поверхность змеевика печных труб. Для осуществления пиролиза жидкого и газообразного нефтяного сырья используются многопоточные печи с жаропрочными трубами, позволяющими вести процесс при температуре 750 - 850 °С.

К аппаратам политропического типа относятся реакторы, выполненные в виде кожухотрубчатых теплообменных аппаратов, у которых обычно трубное пространство заполнено фанулированным катализатором и является таким образом реакционным объемом, а через межфубное просфанство пропускается агент, осуществляющий теплообмен через поверхность трубок. Такое консфуктивное оформление реактора позволяет иметь сравнительно развитую поверхность теплообмена и небольшой толщины в направлении потока тепла слой катализатора, а следовательно, и сравнительно небольшое различие температур в слое катализатора. Последнее обстоятельство является особенно важным для реакций, которые эффективно протекают только в узких температурных пределах.

В аппаратах, где реакции экзотермические и температурный режим относительно невысок, отвод тепла зачастую осуществляют водой, испаряющейся в межфубном пространстве. Использование испаряющейся воды в качестве теплоагента позволяет иметь заданную температуру в любой части теплообменной поверхности, изменяя давление испаряющейся воды, можно регулировать температурный режим процесса. При изменении давления в межфубном просфанстве изменяется температура кипения воды, разность температур между теплообменивающимися средами, а следовательно, и теплосъем.

К реакторам политропического типа относятся также аппараты, конструктивно оформленные по аналогии с теплообменниками типа «труба в трубе»: во внутренней трубе размещается катализатор, а через кольцевое пространство пропускается теплоагент.

Для осуществления химической реакции в изотермических условиях необходимо в аппарате обеспечить интенсивное перемешивание и высокоэффективный теплообмен. В реакторах для таких процессов обычно используют псевдоожиженные слои катализатора или теплоносителя, применяют различные смесительные устройства (мешалки) и т.п.

В качестве примера реактора с изотермическими условиями рассмотрим аппараты, применяемые для процесса алкилирования изобутана бутиленами с целью получения высокооктанового компонента бензина-алкила-та (изооктана). Реакция в аппарате осуществляется в жидкой фазе при

температуре 5-10 °С с использованием в качестве катализатора 95 - 98%-ной серной кислоты. Концентрация кислоты в реакционной смеси в зоне реакции составляет около 50 % (объемн.) при расходе катализатора, равном 10- 15 % массы продуктов алкилирования. С понижением ее концентрации кислота срабатывается вследствие поглощения ею некоторых органических соединений и воды, растворенной в исходном сырье. Для подавления реакции полимеризации бутиленов в зоне реакции обеспечивается значительный избыток циркулирующего изобутана.

На рис. XXIV-4 изображен горизонтальный реактор (контактор) сернокислотного алкилирования. Исходное сырье и кислота подаются в зону наиболее интенсивного смешения на вход пропеллерной мешалки 5. Далее смесь сырья и кислоты поступает в кольцевое пространство между корпусом / и циркуляционной трубой 2, циркулируя по замкнутому контуру в трубчатом пучке, как это показано стрелками на рисунке. Для отвода тепла, выделяющегося при экзотермической реакции, внутри циркуляционной трубы размещается развитая поверхность теплообмена с U-образными теплообменными трубками 4. Охлаждающим агентом являются освобожденные от кислоты испаряющиеся продукты реакции. Подобные контакторы выполняются также и в виде вертикальных аппаратов с теплообменной поверхностью, выполненной из двойных трубок (свечи Фильда). Хладагентом в этом случае служит испаряющийся аммиак или пропан.

Для алкилирования изобутана бутилеиами применяют также каскадный реактор (рис. XXIV-5), особенностью которого является отвод тепла за счет частичного испарения углеводородной фазы (в основном изобутана). В аппарате реакционная зона разделена 1-образными перегородками 3 на ряд последовательно соединенных секций (см. рис. XXIV-5, пять секций). В каждую секцию вмонтирован цилиндрический контактор с пропеллерным насосом 2. Циркулирующий изобутан вместе с серной кислотой поступает в головную часть аппарата 4 и проходит последовательно все секции, образуя основной поток. Охлаждение в аппарате осуществляется испарением части углеводородов. Пары углеводородов отводят сверху, затем после компрессии и охлаждения их подают в головную часть аппарата, где, смешиваясь с основным циркулирующим потоком, снижают температуру потока до его рабочей температуры.

Рис. XXrV-4. Горизонтальный реактор алкилирования с турбосмесителем:

1 - корпус; 2 - циркуляционная труба; 3 - отражательные перегородки; 4 - трубчатый пучок; 5 - пропеллерная мешалка; 6 - привод. Потоки: / - хладагент; II - продукты реакции; III - кислота; /V - сырье