2. 1 0058 1 - DT 66.097
ČeskoslovENSKÁ socialistickÁ
REPUBLIKA
vydáno 15. srpna 1961 Vyloženo 15. února 1961
PATENTNÍ spis č.
100581
Právo k využití vynálezu přísluší státu podle 3 odst. 6 zák. . 34/1957 Sb.
· Inž. VLADIMÍR STRQUHAL, inž. JIŘÍ HŘÍBAL a JOSEF ŠIROKÝ, všichni PRAHA
Způsob odvádění reakčního tepla z nepohyblivého katalysátorového lože
u syntézních reaktorů
Přihlášeno 3. března 1960 (Pv 1428-60) Platnost patentu od 3. března 1960
U exotermních chemických reakcí je v některých případech velmi důležité dodržet
přesné teplotní podmínky, zaručující nejvyšší výtěžky, jak je tomu například při syntéze
čpavku nebo metanolu. Konstrukce reaktorů pro uvedené příklady výroby musí být
provedena tak, aby v žádném místě katalysátoru nebyla překročena nejvyšší teplota,
současně však nesmí teplota poklesnout tak nízko, aby reakce neuhasla. K dosažení
nejvyšších výtěžků, na daném množství katalysátoru musí mít teplota, v každém místě
katalysátorového lože hodnotu odpovídající určitému stupni konverse, čemuž musí
odpovídat i množství odváděného tepla. -
Známé způsoby prakticky používané pro odvádění tepla a regulaci teploty v reaktoru jsou: 4
-
.. přímé chladicí trubky nebo Fieldovy chladicí trubky uložené v katalysátoru, jimiž proudí
chladicí plyn, který se tak současně ohřívá na potřebnou reakční teplotu před vstupem na
katalysátor; . · · ·
- chladicí hady, jimiž proudí cizí chladicí médium, například voda, jak je tomu u
systému Fauser, kde jednotlivé, vrstvy katalysátoru pracují v pod-- statě adiabaticky a je
chlazen pouze plyn proudící z jedné vrstvy do druhé; .
3. - přímé vstřikování chladného plynu přiváděného doreaktoru mezi jednot
livé adiabaticky pracující vrstvy katalysátoru. Shora uvedené způsoby se
dají
popřípadě vzájemně kombinovat.
4.
5. 40
50
2 100581
Nevýhodou přímých nebo Fieldových chladicích trubek, uložených zpravidla v jedné vrstvě
katalysátoru, je, že odvádějí teplo ve směru podélné osy
reaktoru. Vzhledem k tomu, že plocha těchto trubek: je v celé délce katalysáto
rového lože stejná, je poměrně obtížné vyhovět požadavku odvedení různého
množství tepla z různých míst tak, aby byly zachovány správné teplotní pod
mínky.
Chlazení katalysovaných plynů mezi jednotlivými adiabatickými vrstvami
pomocí hadů napájených vodou skýtá lepší možnost přiblížit se optimálnímu · průběhu teplot,
než je tomu u přímých nebo Fieldových trubek. Konstrukce za
řízení je však značně složitá.
Patrové reaktory s přímým vstřikem chladicího plynu mezi vrstvy jsou konstrukčně
jednoduché, mají však tu nevýhodu, že plyn použitý pro chlazení prochází jen částí
katalysátoru, čímž se zhoršuje využití katalysátorového prostoru. Přiblížení optimálnímu
průběhu teplot je závislé na množství pater, avšak při jejich velkém počtu se snižuje výhoda
jednoduché konstrukce.
Při vzájemné kombinaci uvedených způsobů se většinou volí kompromis .
mezi teoretickým požadavkem správných teplotních podmínek a složitostí konstrukce. . - -
Uvedené nevýhody odstraňuje způsob podle vynálezu tím, že využívă radiálního způsobu
odvodu tepla pomocí chladicího plynu, který lépe umožňuje v každém místě reaktoru dodržet
správnou teplotu. Teplo je odváděno chladicím plynem, jenž je veden o sobě známými trubkami
ve formě spirál nebo hadů, jimiž proudí chlädný plyn přiváděný do reakce, tedy bez použití cizí
chladicí látky. Chladicí trubky jsou ve směru osy reaktoru uloženy přímo v katalysátorovém loži
tak, aby jejich hustota a tím i. velikost chladicí plochy umožňovala odvod tepla, potřebný k
dodržení optimální reakční teploty. K výhodě teoretické správnosti způsobu odvádění tepla
přistupuje i výhoda jednoduchého konstrukčního řešení, jak je patrno z připojeného praktického
příkladu použití.
Způsob podle vynálezu je příkladně schematicky znázorněn na připojeném výkresu, kde ho
je použito u syntézního reaktoru pro výrobu čpavku. Vlastní vestavba syntézního reaktoru
sestává z válcovitého koše 1, v jehož spodní části je rošt 2, na němž je uložena vrstva
katalysátoru. Středem koše je vedena centrální trubka . V katalysátoru jsou uloženy chladicí
spirály 4 a 5, které spojují prostor vně koše, do něhož je přiveden chladicí, plyn, s prostorem
centrální trubky. Hustota chladicích spirál nebo hadů se ve směru průchodu plynu
katalysátorem zmenšuje, v souladu s množstvím odváděného reakčního tepla, čímž teplota
katalysovaného plynu sleduje známou teoretickou křivku optimálních teplot. Pro zajištění
správného rozložení teploty v příčnémprůřezu reaktoru jsou chladicí spirály střídavě vinuty tak,
6. aby chladicí plyn jimi vedený proudil v jednom případě od pláště koše k centrální trubce, v
druhém případě směrem opačným, čímž je dosaženo správného rozložení teplot v příčném
průřezu. Do horního konce centrální trubky jsou zavedeny topné články 6 pro předehřívání
plynu při počátku reakce. Koš pro katalysátor je umístěn ve yysokotlakém syntézním tělese . .
Reaktor je doplněn pro snazší regulaci teploty za mimořádných provozních podmínek
obchvatem , kterým je plyn přiveden do centrální trubky, a jedním, popřípadě více obchvaty ,
zavedenými na různá místa do prostoru vně katalysátorového lože. Těmito obchvaty 9 může být
měněno množství, popřípadě teplota chladicího plynu, uváděného do chladicích hadů nebo
spirál. Vhodné teploty vstupního chladicího plynua teploty plynu v jednotlivých obchvatových
větvích možno dosáhnout jednoduchým propojením cirkulačního okruhu.
-
İ. Způsob odvádění reakčního tepla z nepohyblivého katalysátorového lože
u syntézních reaktorů, vyznačený tím, že teplo z katalysátorového lože je od-
váděno radiálním směrem pomocí chladicího plynu.
7.
8. 3 * 100581
2. Způsob podle bodu 1 vyznačený tím, že chladicí plyn je veden o sobě
známými trubkami ve formě spirál nebo hadů, uložených přímo ve vrstvě
katalysátoru.
3. Způsob podle bodů 1 a 2 vyznačený tím, že hustota chladicích spirál nebo hadů se ve
směru průchodu plynu katalysátorem zmenšuje, čímž teplota katalysovaného plynu sleduje
známou teoretickou křivku optimálních teplot.
4. Způsob podle bodů 1 až 3 vyznačený tím, že chladicí plyn je veden střídavě směrem od
pláště koše pro katalysátor k centrální trubce a naopak, čímž je dosaženo správného rozložení
teplot v příčném průřezu.
****
