Реакторы с движущимся гранулированным слоем катализатора

В реакторах данного типа, катализатор применяется в виде зерен, шариков или других конфигураций с условным диаметром 3-5 мм, непрерывно перемещающихся внутри аппарата сверху вниз под действием силы тяжести. Впервые предложенный в 1933 году принцип Грум - Гржимайло для контактного разложения этилового спирта на дивинил (рис.3.35.) нашел в дальнейшем практическое применение в нефтеперерабатывающей промышленности для каталитического крекинга и в промышленности СК - для проведения различных реакций. Рис. 3.35. Схема аппарата Грум-Гржимайло с движущимся катализатором: 1 – реакционная камера; 2 – регенерационная камераВ современных установках с движущимся гранулированным катализатором применяются два отдельных аппарата – реактор и регенератор, в каждом из которых осуществляется непрерывное движение катализатора сверху вниз (рис. 3.36.). Аппарат представляет собой полую колонну, заполненную катализатором, который непрерывно поступает сверху и выводится снизу. Противотоком или прямотоком к катализатору поступает парообразное сырье, а реакционные газы выводятся соответственно сверху или снизу аппарата.Для эффективной работы реактора необходимо обеспечить равномерное перемещение катализатора сверху вниз, максимально возможное распределение паров сырья по сечению реактора и равномерный отвод продуктов реакции. Существует несколько систем регуляторов, обеспечивающих такое перемещение катализатора в реакторе: регуляторы с вибрационными, перфорированными тарелками и с наклонными трубами. Наиболее распространены регуляторы с перфорированными тарелками (рис.3.36.). Эти тарелки (3 – 4 штуки) располагают одну под другой таким образом, чтобы отверстия верхней не совпадали с отверстиями нижерасположенной, причем, чем ниже помещена тарелка, тем меньше в ней должно быть отверстий. Рис. 3.36. Прямоточный (а) и противоточный (б) реакторы с движущимся катализатором (система «Термофор»)Равномерное распределение паров сырья, поступающего снизу реактора, и равномерный отвод реакционных газов из любой точки реактора обеспечиваются с помощью специальных распределительных тарелок с ввальцованными в них короткими патрубками (рис. 3.36.).Эти аппараты могут располагаться как на одном, так и на разных уровнях (рис.3.37., 3.38.).Горизонтальное расположение аппаратов (рис. 3.37.) используется в процессе крекинга нефтепродуктов. В этом случае для перемещения катализатора необходимо иметь два транспортера 4 и 5, однако даже при таком расположении аппаратов общая высота установки достигает 80 – 100 м.Рис. 3.37. Схема установки с движущимся гранулированным катализатором (горизонтальное взаимное расположение реактора и регенератора): 1 – засыпная воронка; 2 – реактор; 3 – регенератор; 4, 5 – транспортерПри вертикальном расположении аппаратов (рис.3.38.) регенератор 2 всегда помещается над реактором 1, чтобы нагретый в процессе регенерации катализатор поступал непосредственно в реактор. При таком расположении аппаратов установка получается компактной и требуется только один транспортер. В производствах СК эти установки применяются для каталитического дегидрирования и пиролиза на движущемся теплоносителе. Их недостатком является большая высота.

Рис. 3.38. Схема установки с движущимся гранулированным катализатором (вертикальное взаимное расположение реактора и регенератора): 1 – реактор; 2 – регенератор; 3 – транспортер; 4 – трубы, заполненные катализатором; 5 – азотный затворПредотвращение прорыва газов из одного аппарата в другой, а также в систему транспорта катализатора обеспечивается созданием затворов из самого катализатора. На трубопроводе, связывающем эти аппараты, устанавливается азотный затвор 5 (рис. 3.38.). Он представляет собой камеру, в которой создается давление азота, превышающее на 20 – 30 мм рт.ст. давление в аппаратах.Перемещение катализатора снизу вверх может осуществляться тремя способами: механическим, пневматическим и гиперфлоу (в плотном слое).Механические подъемники (ковшевой элеватор или скиповый подъемник) работают в условиях высоких температур, что приводит к быстрому износу деталей и частым поломкам. Для обеспечения непрерывного процесса в реакторном блоке необходимы бункеры в нижней и верхних частях установки с запасами катализатора.При пневмотранспорте скорость газа должна несколько превышать скорость витания частицы. Поднятый вверх катализатор отделяется от газа в специальных сепараторах (рис.3.39., 3.40.), газ же циркулирует в системе пневмотранспорта с помощью специальной газодувки.

Рис. 3.41. Принцип транспорта катализатора: а – обычный пневмотранспорт; б – транспорт в плотном слое

При транспортировке твердой фазы в плотном слое (гиперфлоу) каждая частица катализатора, передавая давление на окружающие ее частицы, способствует их перемещению (рис. 3.41. б). При этом необходимо небольшое количество газа, но при значительном перепаде давлений.

На рис. 3.42. приведена схема подъема в плотном слое на установке гиперформинг.

2 Дегазация в струйных аппаратах

В струйных аппаратах струи, образующиеся при прохождении раствора через отверстия ситчатой тарелки, движутся сверху вниз в газовом пространстве под действием силы тяжести. Противотоком к раствору движется инертный газ, водяной пар, азот, углекислый газ, уносящий пары растворителя. Для достижения требуемой степени отгонки используется рециркуляция раствора. С целью интенсификации процесса аппараты секционируют (рис. 6.44., 6.45.). Для прохода газовой фазы применяются колпачки. Для более полного удаления паров растворителя в данных аппаратах применяют вакуум.

.

6. 44. Тарельчатый аппарат:– ситчатая тарелка; 2 – колпачок

Рис. 6.45. Тарельчатые аппараты, работающие под вакуумом:

а – отвод паров растворителя через периферийную часть;

б – отвод паров растворителя через центральную часть