ВУЗ:
Составители:
1.2.2. РЕАКТОРЫ С ВИБРООЖИЖЕННЫМ СЛОЕМ
КАТАЛИЗАТОРА
Максимальную площадь контакта фаз в системе газ–твёрдое обеспечивают аппараты с
ожиженным слоем. Для мелкодисперсного катализатора наиболее приемлемым способом
ожижения может оказаться виброожижение, которое практически исключает унос.
Реакция разложения углеводородов является эндотермической. По этой причине
практическая реализация предлагаемого процесса в крупном масштабе связана с решением
проблемы равномерного подвода в реактор большого количества тепла. Это может быть
реализовано в аппарате с виброожиженным слоем катализатора (рис. 13).
Реактор состоит из корпуса
1
, в котором содержится слой катализатора
2
, узла подачи
реагента
3
, отводящего патрубка
4
и нагревателя
5
. Слой катализатора в реакторе
виброожижается с помощью вибропривода
6
, подключённого к корпусу реактора.
В реактор засыпался гранулированный катализатор. С помощью вибропривода
катализатор приводился в виброожиженное состояние. Нагревателем температура
катализатора доводилась до 550°С, затем в виброожиженный слой катализатора подавался
метан, который, проходя через слой катализатора, разлагался на углерод волокнистой
структуры и водород. Расход метана поддерживался таким, чтобы обеспечивалось
необходимое время контакта (в расчёте на объём катализатора) реагента и катализатора.
Образовавшийся углерод оставался на катализаторе и полностью удерживался в реакторе.
Процесс проводился до полной дезактивации катализатора.
Для предотвращения агломерации предложено в слой мелкодисперсного катализатора
добавлять инертный материал.
Существует другая оригинальная конструкция реактора с возможностью виброожижения слоя катализатора. Установка
(рис. 14) состоит из первого реактора
1
разложения, внутри которого помещён катализатор
2
разложения углеводородов и
реактор
3
окисления водорода с катализатором
4
парциального окисления водорода. Реактор
3
обвивает трубка
5
предварительного нагрева свежего углеводорода. Внутри реактора
3
установлена трубка
6
подачи водородсодержащеей
газообразной смеси. Кроме того, в состав установки входят конденсатор
7
, второй реактор
8
разложения углеводородов,
мембранный насос
9
и вентили
10
–
19
.
Одним из возможных вариантов работы установки является следующий. На дно реактора
1
разложения углеводородов
засыпают никельсодержащий катализатор
2
. В реактор
3
окисления водорода помещают медно-хромовый катализатор
парциального окисления водорода. Вентили
10
,
11
,
12
,
13
,
14
,
15
,
19
открываются, остальные – закрыты. Свежий метан
подают через вентиль
10
в трубку
5
предварительного нагрева свежего метана, где нагревают за счёт контакта трубки с
корпусом реактора
3
окисления водорода. Попадая на дно первого реактора разложения, метан поднимается вверх,
контактируя с виброожиженым слоем катализатора
2
и разлагаясь на нём. При разложении углерод откладывается на
катализаторе, а газообразные продукты реакции, проходя через вентиль
11
, смешиваются с кислородом и по трубке
6
направляются в реактор
3
парциального окисления водорода. Поднимаясь вверх внутри корпуса реактора
3
, газообразная
смесь псевдоожижает частицы катализатора
4
парциального окисления, а водород, находящийся в смеси, окисляется до
воды. После этого смесь направляется в конденсатор
7
, где вода конденсируется и отделяется от метана. Метан через
вентиль
14
,
15
с помощью насоса
9
направляется снова в реактор
1
разложения.
При проектировании реакторов синтеза УНМ в виброожиженном слое возникает необходимость исследовать физико-
механические свойства сыпучих реагентов, которые оказывают существенное влияние на характер вибрационного
воздействия на реактор. К таким свойствам следует отнести насыпную плотность, истинную плотность, эквивалентный
диаметр частиц, способность материала передавать вибрационное воздействие и т.п.
Задача осложняется тем, что в ходе процесса эти свойства значительно меняются из-за роста УНТ, вызывая необходимость
регулирования, а иногда и изменения характера силового воздействия на реактор. Подача углеродсодержащего сырья в реактор
также может вызывать нежелательные явления, например, создание неблагоприятной гидродинамической обстановки в
аппарате и нарушение температурного режима в зоне реакции. С другой стороны, подача газообразного сырья позволяет
снизить вибрационное воздействие на реактор вследствие создаваемой газом подъёмной силы. При этом однородность слоя
сохраняется.
Рис. 13. Схема аппарата с
виброожиженным
слоем
катализатора
6
5
4
3
1
2
CН
4
Н
2
+ CН
4
Страницы
- « первая
- ‹ предыдущая
- …
- 14
- 15
- 16
- 17
- 18
- …
- следующая ›
- последняя »
