Главная -> Словарь

Трубчатых реакторов

В патентах и публикациях фирмы Montecatini Soc. рекомендуется проводить окисление пропилена в акролеин в трубчатых реакторах, состоящих из медных или покрытых медью труб. В оптимальных условиях селективность 91%, конверсия 78% .

Хотя реакция между олефином и изобутаном в присутствии кислого катализатора проходит очень быстро , время контакта в промышленных условиях выдерживают в пределах 5—20 *шн. Это делается для того, чтобы добиться более высокого отношения изобутан : олефин в кислой фазе и, таким образом, не допустить полимеризации олефина или образования сложных эфиров. После предварительного насыщения кислой фазы изобутаном можно сократить время реакции, особенно при турбулентном перемешивании в трубчатых реакторах.

К очищенному газу в смесителе добавляют перегретый до 400 — 500 °С водяной пар, и полученную парогазовую смесь подают в печь паровой конверсии. Конверсия углеводородов проводится при 800 — 900 °С и давлении 2,2 — 2,4 МПа в вертикальных трубчатых реакторах, заполненных никелевым катализатором и размещенных в радиантной секции печи в несколько рядов и обогреваемых с двух ст орон теплом сжигания отопительного газа. Отопительный газ подогревают до 70— 100 °С, чтобы предотвратить конденсацию воды и углеводородов в горелках. Дымовые газы с температурой 950— 1100 "С переходят из радиантной секции в конвекционную, где установ — лены подогреватель сырья и котел —утилизатор для производства и перегрева водяного пара.

Полученная парогазовая смесь поступает в печь паровой конверсии 8. Собственно процесс паровой конверсии углеводородов проходит в вертикальных трубчатых реакторах, заполненных катализатором и размещенных в радиантной секции печи в 'один, два или несколько рядов, закрепленных только внизу

Катализаторы конверсии природного газа с водяным паром. Процесс паровой каталитической конверсии природного газа является наиболее распространенным способом промышленного получения водорода. Этот эндотермический процесс обычно осуществляют в трубчатых реакторах с внешним газовым обогревом, Наиболее перспективным и экономичным считается процесс паровой конверсии под давлением 20—30 атм. Однако наибольшее количество публикаций за рассматриваемый период посвящено . не этому варианту процесса, а конверсии природного газа при более низком давлении. Эти материалы касаются, в основном, вопросов усовершенствования данного процесса в его простейшем одноступенчатом и двухступенчатом вариантах, а также возможностей применения новых никелевых катализаторов .

Исследования одноступенчатой паровой конверсии метана в трубчатых реакторах направлены на поиски путей увеличения надежности работы катализатора.

температур подвода тепла и поэтому процесс проводят в трубчатых реакторах с внешним обогревом. На первых стадиях процесса получения метансодержащего газа протекают эндотермические реакции, приводящие к получению водорода и окислов углерода. На второй стадии проходят экзотермические реакции гидрирования этих окислов с образованием газа, обогащенного метаном. Эти две стадии могут осуществляться в отдельных зонах таким образом, что между ними происходит теплообмен . Первая стадия этого процесса может осуществляться в периодическом варианте в слое катализатора, предварительно разогретого до требуемой температуры .

* В реакторах типа автоклавов достигается одинаковая концентрация среды во всем объеме; в трубчатых реакторах она изменяется по длине реактор;).

Для перемешивания в реакторах применяют различные системы: мешалку пропеллерного или винтового типа . Смешение реагентов можно эффективно осуществить и в трубчатых реакторах. На некоторых современных установках нитрование проводят непрерывно.

Сравнение работы трубчатых реакторов и колонн, т. е. аппаратов, используемых в схемах непрерывного производства окисленных битумов, проводилось неоднократно на основе анализа действующих производств . Но поскольку в общих расходных показателях установки трудно выделить долю, приходящуюся на окислительный узел, и поскольку режимы работы окислительных аппаратов, при которых проводилось сравнение, не всегда были оптимальными для каждого аппарата, полученные выводы были неоднозначными. Так, по одним данным, металлоемкость производства битумов в трубчатых реакторах больше, чем в колоннах, в 60 раз {53))), по другим — в 1,2 раза . Расход топлива, по одним данным, не зависит от типа окислительного аппарата , по другим —* выше для трубчатого реактора в 2,5 и в 4 раза .

Однако возможность производства высокопластичных битумов, вероятно, не связана с особенностями работы, присущими только трубчатому реактору . Можно предположить, что получение высокопластичных битумов связано с тем, что процесс осуществляется при повышенном давлении, поскольку известно , что при проведении процесса под давлением, примерно соответствующим давлению в трубчатых реакторах, высокопластичные битумы получаются и в других окислительных аппаратах. Так, при окислении в колонне гудрона с температурой размягчения 38 °С повышение давления с 0,2 до 0,4 МПа приводит к увеличению температуры размягчения битума с пенетрацией 42-0,1 мм с 60 до 65 °С . Но это требует дополнительного изучения, причем следует учитывать, что обычно высокопластичные битумы получают из более'легкого сырья, т. е. потеря некоторой части дистиллятных фракций предпочтительнее дополнительных затрат, связанных с окислением при повышенном давлении.

Практически все исследователи, независимо от того, какой тип реактора предполагается избрать для разработки промышленного варианта процесса первичные исследования проводят с использованием проточных трубчатых реакторов со стационарным слоем катализатора, которые представляют собой интегральные реакторы, т. е. реакторы с существенной глубиной превращения по всему слою катализатора.

Условия перемешивания имеют важное значен-ие и для гомогенных процессов, так как перемешивание способствует гомогенизации системы и созданию одинаковой температуры во всей реакционной массе. Это особенно важно для трубчатых реакторов,.

Характеристика работы трубчатых реакторов представлена в табл. 4 и 5. При средней температуре окисления 270—280 °С и содержании жидкой фазы в реакционной смеси не менее 8% содержание кислорода в отработанных газах не превышает^—4% , что подтверждает высокую эффективность реактора как окислительного аппарата. При увеличении

Таблица. 4. Характеристика работы трубчатых реакторов с трубой диаметром 150 мм

Использование этой формулы полезно при проектировании трубчатых реакторов: для расчета длины реактора, выбора системы охлаждения труб реактора и других параметров.

Предложено последовательное окисление в системе трубчатый реактор — испаритель. В отличие от обычной схемы работы трубчатого реактора воздух подается в испаритель, работающий в этом случае как пустотелая колонна. Промышленное испытание такой схемы показало возможность ее осуществления . Однако экономически это нецелесообразно, так . как обычная пустотелая колонна, являющаяся менее эффективным аппаратом, чем трубчатый реактор, используется на конечной стадии процесса, где окисление идет труднее. Кроме того, на действующих блоках трубчатых реакторов с определенной-пропускной способностью по газовой фазе подача воздуха в испаритель приведет к нарушению режима его работы или потребует ограничения подачи воздуха в трубчатый реактор.

Что касается бескомпрессорного реактора; то производительность его примерно в два раза меньше производительности трубчатых реакторов с трубой диаметром 150 мм . Недостаточно полное использование кислорода воздуха обусловливает закоксовывание верхней части реактора, т. е, возникают те же проблемы, что и при применении кубов. Бескомпрессорный реактор можно рекомендовать только для мелких производств в случае отсутствия компрессоров.

Сравнение работы трубчатых реакторов и колонн, т. е. аппаратов, используемых в схемах непрерывного производства окисленных битумов, проводилось неоднократно на основе анализа действующих производств . Но поскольку в общих расходных показателях установки трудно выделить долю, приходящуюся на окислительный узел, и поскольку режимы работы окислительных аппаратов, при которых проводилось сравнение, не всегда были оптимальными для каждого аппарата, полученные выводы были неоднозначными. Так, по одним данным, металлоемкость производства битумов в трубчатых реакторах больше, чем в колоннах, в 60 раз {53))), по другим — в 1,2 раза . Расход топлива, по одним данным, не зависит от типа окислительного аппарата , по другим —* выше для трубчатого реактора в 2,5 и в 4 раза .

Расчет выполнен для трубчатых реакторов с трубами диаметрам 150 и 200 мм и для колой» , потребность в рециркуляции , потребность в воде для охлаждения колонн и в воздухе для охлаждения трубчатых реакторов, необходимость применения компрессоров с повышенным давлением на линии нагнетания для подачи воздуха в трубчатые реакторы и т. д. Число окислительных аппаратов рассчитано с учетом фактической их производительности по промышленным и опытно-промышленным данным. По числу окислительных аппаратоа определено количество необходимого вспомогательного оборудования и расходные показатели . Потребность в воздухе для окисления определена по известным удельным расходам воздуха на производство дорожных и строительных битумов с учетом использования кислорода воздуха.

Результаты расчета представлены в табл. 9. Как видно, по всем показателям колонны предпочтительнее трубчатых реакторов. Особенно большая разница в затратах топлива и пара, что объясняется необходимостью подогрева сырья в печи и рециркуляции битума в случае использования трубчатых реакторов. Трубчатый реактор с трубой диаметром 200 мм характеризуется меньшими энергетическими затратами по срав-