2. československá sociALISTICKÁ
REPUBLIKA
12 g, 4/02 vydáno 15. září 1961
Vyloženo 15. února 1961
PATENTNÍ SPIS č.
100777
Právo k využití vynálezu přísluší státu podle 5 odst. 6 zák. . 34/1957 Sb.
Inž. OLDŘICHPosPÍŠIL,PRAHÁ
Kombinovaný tlakový reaktor pro heterogenní katalysu
Přihlášeno 31. května 1958 (Pv 2947-58) Platnost patentu od 31.
května 1958
Vynález se týká kombinovaného tlakového trubkového a šachtového reaktoru, určeného
zejména pro heterogenní vysokotlakou katalysu probíhající exotermně s plynnými reakčními
komponentami a pevným zrnitým katalysátorem v trubkovém reakčním systému, v němž je lože
katalysátoru podrobeno fluidisaci plynnou reakční složkou, jako je např. syntéza čpavku,
syntéża metanolu, konverse
CO + H2O CO2 + H2
a podobně.
Z důvodů projekčních a ekonomických jeví se výhodným pro tyto účely použití fluidní techniky
prováděné v členěných, v podstatě trubkových reaktorech. 10 Dosud známá provedení fluidních
reaktorů tohoto typu, popsaná např. v časopise Chemical Engineering, 1956, . 5, str. 203 nebo v
, patentním spise USA . 2489 347, avšak zatím nezaručují vyrovnanost režimu v celém reakto-.
. ru, zvláště pro případ vystřelení katalysátoru z některé trubky, resp. článku . ' reaktoru. . . . . . .
.
· Mezi hlavními nedostatky známých provedení je třeba zvláště uvést tyto: a) malá váha
katalysátoru, připadající na jednotku objemu prostoru obestavěného trubkovým reakčním
systémem reaktoru;
b) nutnost zařazení vstupního roštu s velkým průtočným odporem k roz- dělení plynu,
vytvářejícího neužitečnou tlakovou ztrátu; : ' . . c) jelikož v celém obsahu fluidního lože v

3. trubce je prakticky stejná teplota, jde vlastně o jednovrstvový reaktoř, který se může
ukázat nėekonomickým

5. 70
2 100777
v porovnání např. s vícevrstvovým šachtovým reaktorem s pevným ložem katalysátoru, kde
teploty v jednotlivých vrstvách odpovídají maximálním rychlostem chemických reakcí;
d) u některých provedení nelze doplňovat katalysátor za provozu; e) některé konstrukční
nedostatky, způsobující provozní poruchy nebo ztěžující montáž a údržbu reaktoru.
Uvedené dosavadní nedostatky odstraňuje vynález výhodnou kombinací reaktoru
trubkového a šachtového. Jeho podstatu tvoří trubkový reakční systém, uložený v dolní části
tlakové nádoby reaktoru a vytvořený z článků, sestávajících z trojic svislých, koncentricky
uspořádaných trubek, a to vnitřních chladicích trubek spojených dvěma komorami v sekci kotle
na odpadní teplo, které nesou na spodních závitových zátkách našroubované vnější trubky
výměníku, opatřené elektrickými topnými články pro spouštění reaktoru, jakož i rošty zasunuté
volně do dolních konců vlastních reakčních trubek. Tyto trubky jsou upevněny a zavěšeny horní
trubkovnicí tak, že zasahují volnými konci do prostorů mezi trubkami výměníku a chladicími
trubkami a vymezují vůči vnějším trubkám výměníku podstatně zúžené průtočné průřezy. Na
zmíněné rošty je prostřednictvím vrstvy kuliček uloženo lože katalysátoru, vyplňující volné
průřezy reakčních trubek a zasahující až do horního šachtového prostoru reaktoru, který je
uspořádán nad uvedeným trubkovým reakčním systémem a vybaven jednak předehřívačem
páry, tvořícím současně rošt, popřípadě ještě dalšími roštovými vestavbami k vyvolání místní
fluidisace ve vrstvě lože katalysátoru, a jednak předehřívačem vody, umístěným v horním
plynném prostoru reaktoru, do něhož je též zaústěna dávkovací trubka k doplňování
katalysátoru za provozu.
Sekce kotle na odpadní teplo, sestávající v podstatě z chladicích trubek spojených dvěma
komorami, může být výhodně provedena jako samonosný celek, uložený na spodním
podpěrném roštu. Spojením podpěrného roštu sekce kotle pomocí svorníků - s horní
trubkovnicí, nesoucí v závěsu reakční trubky,
lze vytvořit z uvedeného trubkového systému jeden montážní celek, vyňatelný vrchem pláště
reaktoru.
V kombinovaném reaktoru podle vynálezu lze na rozdíl od jiných známých zařízení
udržovat během provozu bohatou zásobu katalysátoru pro reakci, která se hlavně odbývá v
dolní vrstvě v reakčních trubkách, v nichž katalysátor mohutně fluiduje, kdežto v horní vrstvě v
šachtě reaktoru dochází již jen k místní fluidaci katalysátoru a reakce zde za přiměřeně
snížených teplot dobíhâ.
Pro lepší objasnění je dále popsán příklad provedení vynálezu podle připojených výkresů,
kde obr. l představuje schéma průřezu kombinovaným tlakovým reaktorem určeným pro
vysokotlakou syntézu čpavku a obr. 2 znázorňuje podrobněji uspořádání jednotlivých článků
trubkového reaktoru.
Reaktor tvaru stojatého válce sestává z tlakového pláště i uzavřeného víkem dolním 2 a
horním . V dolní části reaktoru je umístěn trubkový systém sestavený z dále podrobněji
popsaných trubkových článků, sloužících k provádění vlastní fluidní reakce. Horní část reaktoru

6. je provedena jako šachta s případnými vestavbami pro vytvoření místně fluidního lože, v němž
reakce dobíhá.
Jednotlivé trubkové články, jak patrno z podrobného obr. 2, sestávají ze tří svislých,
koncentricky uspořádaných trubek: vnějších trubek 4 výměníku,
sloužícího k předehřívání plynu vstupujícího do reakce, středních reakčních
trubek 5, v nichž probíhá vlastní reakce na fluidisujícím katalysátoru, a vnitřních chladicích
trubek , sloužících k odvádění přebytečného tepla z reakce. Chladicí trubky 6 jsou propojeny
komorami dolní 7 a horní 8 v sekci kotle na odpadní teplo, s nucenou cirkulací vody, přiváděné
hrdlem 9 a odváděné společně s parou hrdlem 10. Tato sekce kotle je provedena jako
samonosný celek, který je uložen na mřížovém roštu 11, usazeném na vnitřním osazení 12
pláště 1. Dolní komora 7 je opatřena výstupními hubicemi 13, zajišťujícími rovnoměrné
rozdělení vody do všech chladicích trubek . Z důvodů montážních
je horní sběrná komora , zasahující volně do prostoru horní šachty reaktoru,

8. 100
110
120
. . . . . . 100777
připojena na chladicí trubky 6 rozebíratelnými spoji, např. šroubeními 14. Na dolním konci
chladicích trubek 6 jsou přivařeny závitové zátky 15 nesoucí a uzavírající dole vnější trubky 4
výměníku, které jsou na ně našroubovány. Na chladicí trubky 6 jsou též připevněny rošty 16 s
malým průtočným odporem; které jsou volně vsunuty do dolních volných konců reakčních
trubek . Reakční trubky 5 jsou upevněny a zavěšeny trubkovnicí 17 uloženou na osazení 18
pláště 1, a to tak, že reakční trubky 5 zasahují do prostorů mezi trubkami výměníku 4 a
chladicími trubkami . Mezi reakčními trubkami 5 a vnějšími trubkami 4 výměníku jsou pro
zvýšení průtočného odporu ponechány jen velmi zúžené průtočné průřezy 35. Vzájemná
souosost popsaných trubek 4, 5, 6 je zajištěna jednak rošty 16 a jednak centračními trny 19 a
20, navařenými na trubkách 5 a 6. Všechny trubky , 5, 6 popsaného systému mají volné konce
a mohou tudíž volně dilatovat.
Spodní podpěrný rošt 11 a závěsná trubkovnice 17 jsou spojeny několika svorníky 21,
takže celý popsaný systém tvoří jeden vrchem pláště 1 vyjímatelný montážní celek.
K předehřátí vstupujícího plynu při spouštění jsou na trubky 4 výměníku odisolovaně
navinuty elektrické topné spirály 22 napájené ze společného kabelu 23, vyvedeného stěnou
tlakového tělesa 1. Kromě toho je při spouštění z důvodů ekonomických předehřáta sekce kotle
parou z cizího zdroje.
Rošty 16 popsaných trubkových článků nesou vrstvy kuliček 24, nad nimiž je lože
katalysátoru 25, zasahující až do přiměřené výšky prostoru horní šachty reaktoru. V šachtě
reaktoru je umístěn přehřívač páry 26 s přívodem syté páry hrdlem 27 a odvodem přehřáté páry
hrdlem 28. V horním plynném prostoru šachty je umístěn předehřívač vody 29 se vstupním
hrdlem 30 a výstupním 31. Kolem přehřívače páry 26 a ohřívače vody 29 jsou zřízeny obchozy.
Předehřívač vody 29 je vyjímatelný společně s horním víkem 3. V horním viku 3 je též upraveno
dávkovací hrdlo 32 pro doplňování katalysátoru za provozu jakož i hrdlo 34 pro výstup
zreagovaných plynů.
Plyn pro reakci se přivádí hrdlem 33 v dolním víku a rozděluje se v důsledku velkého
průtočného odporu výměníku 4 rovnoměrně do volných prostorů mezi jednotlivými trubkovými
články. Dále obtéká stěny trubek 4 výměníku, o něž se předehřívá, a prochází úzkými
mezikruhovými kanály 35 (obr. 2) a rošty 16 do reakčních trubek 5, naplněných katalysátorem
25. Při spouštění — jak již bylo zmíněno — je předehřátí plynu provedeno elektrickými topnými
články 22 za spolupůsobení topné páry přivedené do kotlové sekce z cizího zdroje. Rychlost
proudění plynu je volena taková, aby v celé požadované reakční oblasti v reakčních trubkách 5
katalysátor 25 spolehlivě fluidoval. Částečná
fluidace katalysátoru pak nastává též ve vrstvě v horní šachtě reaktoru nad
výustěmi reakčních trubek 5 a v místě přehřívače páry 26 který zde zastává současně funkci
vloženého roštu s přiměřeně úzkými mezerami pro průchod plynu tak, aby v nich došlo k fluidaci

9. zrn katalysátoru. Podle potřeby lze však do oblasti poloklidového lože katalysátoru v šachtě
reaktoru vestavět ještě další, ve schématu nezakreslené rošty, způsobující místní fluidaci
katalysátoru pro dokonalý doběh příslušných chemických reakcí. Zreagované plyny pak
odcházejí hrdlem 34, umístěným v horním víku 3. . - . . . .
Poloklidové lože katalysátoru, vložené do šachty reaktoru nad jeho trubkový reakční
systém, jednak tlumí dosti bouřlivé pístování katalysátoru v reakčních trubkách 5 a jednak
působí jako katarakt proti případnému vystřelení katalysátoru z některé reakční trubky . Kromě
toho skýtá bohatou zásobu katalysátoru pro syntézní reakci, kterou lze během provozu
doplňovat dávkovacím hrdlem 32. Teplota v trubkovém systému reaktoru je řízena odběrem
přebytečného tepła z reakce vloženými trubkami 6 kotle na odpadní teplo, což se děje
jednoduše . přiměřeným škrcením průtoku chladicí vody, dopravované do kotlové sekce
čerpadlem. Snížení teploty v poloklidové vrstvě katalysátoru v šachtě reaktoru, potřebné k
lepšímu doběhu syntézních reakcí, je umožněno vřazením přehřívače

11. 140
150
160
170
4 100777
páry 26. Přebytečné teplo zreagovaných plynů, odcházejících z lože, je odebíráno
předehřívačem vody 29. Tímto způsobem jsou všechny tři základní teploty syntézní reakce do
značné míry navzájem nezávisle řiditelné. V důsledku toho lze celý syntézní pochod snadno
automatisovat tak, aby probíhal ve všech fázích za nejpříznivějších podmínek. Z hlediska
konstrukčního lze ještě připomenout, že odpadá vestavba zvláštního vstupního roštu s velkým
průtočným odporem, který je zde nahrazen energeticky podstatně výhodnějším výměníkem z
vnějších trubek 4. Proti dosud známým provedením zajišťuje vynález lepší doběh chemických
reakcí, doprovázený lepším využitím reakčního tepla na výrobu páry.
Předmět patentu
1. Kombinovaný tlakový reaktor pro heterogenní katalysu v trubkovém reakčním systému, v
němž je lože katalysátoru podrobeno fluidisaci plynnou reakční složkou, vyznačený tím, že
zmíněný trubkový reakční systém, uložený v dolní části tlakové nádoby reaktoru, je vytvořen z
článků, sestávajících z trojic svislých, koncentricky uspořádaných trubek, a to vnitřních
chladicích trubek (6) spojených dvěma komorami (7, 8) v sekci kotle na odpadní teplo, které
nesou na spodních závitových zátkách (15) našroubované vnější trubky výměníku (4), opatřené
elektrickými topnými články (22) pro spouštění reaktoru, jakož i rošty (16) zasunuté volně do
dolních konců vlastních reakčních trubek (5), jež jsou upevněny a zavěšeny horní trubkovnicí
(17) tak, že zasahují volně do prostorů mezi trubkami výměníku (4) a chladicími trubkami (6) a
vymezují vůči vnějším trubkám výměníku (4) podstatně zúžené průtočné průřezy (35), přičemž
na zmíněné rošty (16) je prostřednictvím vrstvy kuliček (24) uloženo lože katalysátoru (25),
vyplňující volné průřezy reakčních trubek (5) a zasahující až do horního šachtového prostoru
reaktoru, který je uspořádán nad uvedeným trubkovým reakčním systémem a vybaven jednak
přehřívačem páry
(26) tvořícím současně rošt, popřípadě ještě dalšími roštovými vestavbami
k vyvolání místní fluidisace ve vrstvě lože katalysátoru, a jednak předehřívačem vody
(29), umístěným v horním plynném prostoru reaktoru, do něhož :
je též zaústěna dávkovací trubice (32) k doplňování katalysátoru za provozu.
2. Kombinovaný tlakový reaktor podle bodu 1 vyznačený tím, že jeho sekce kotle na
odpadní teplo, sestávající v podstatě z chladicích trubek (6) spojených dvěma komorami (7, 8),
je provedena jako samonosný celek, uložený na spodním podpěrném roštu (11).
3. Kombinovaný tlakový reaktor podle bodu 2 vyznačený tím, že podpěrný rošt (11) sekce
kotle je spojen svorníky (21) s horní trubkovnicí (17), nesoucí v závěsu reakční trubky (5), v
jeden montážní celek, vyjímatelný vrchem pláště reaktoru (1).
Severografia, n. p, závod 03

14. ** - || " **

16. ------