Способ модернизации реактора гетерогенного экзотермического синтеза, реактор экзотермического гетерогенного синтеза и способ экзотермического гетерогенного синтеза

Способ модернизации реактора гетерогенного экзотермического синтеза, реактор экзотермического гетерогенного синтеза и способ экзотермического гетерогенного синтеза

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к способу модернизации реактора гетерогенного экзотермического синтеза, который имеет наружный корпус и несколько расположенных в нем один над другим и на некотором расстоянии друг от друга слоев катализатора.

В частности, изобретение относится к способу модернизации полностью открываемого реактора, при осуществлении которого на начальном этапе в верхней части корпуса формируют по крайней мере первый слой катализатора, который заполнен первым катализатором, обладающим заданной активностью.

В приведенном ниже описании и формуле изобретения под "модернизацией" понимается модификация уже существующего реактора, направленная на повышение его характеристик, например производительности и/или конверсионного выхода, до уровня вновь изготовленного реактора.

Применительно к реакторам, говоря о такого рода "модернизации", также употребляют имеющие такой же смысл термины "модификация" или "реконструкция".

Под "верхней частью корпуса" в приведенном ниже описании и в формуле изобретения понимается пространство, которое расположено внутри корпуса и ограничено его верхней частью. В частности, верхняя часть корпуса обычно занимает 20-50% от всего внутреннего объема корпуса. При этом остальная часть внутреннего объема корпуса (50-80%) ограничена нижней частью корпуса и называется "нижней частью".

Кроме того, под "полностью открываемым реактором" обычно понимается реактор, наружный корпус которого сверху закрывается крышкой, диаметр которой по существу совпадает с диаметром корпуса.

В настоящем изобретении предлагается также реактор и способ экзотермического гетерогенного синтеза.

Известно, что в настоящее время в области экзотермического гетерогенного синтеза, в частности при получении аммиака и метанола, существуют две требующие своего решения задачи, одна из которых заключается в необходимости повышения производительности уже существующих реакторов, а другая заключается в повышении конверсионного выхода реактора и снижении потребляемой им энергии.

Уровень техники

Для решения указанных выше задач в последнее время широко применяется так называемая модернизация существующих реакторов, которая исключает необходимость связанной с большими затратами их замены и одновременно позволяет в доступном реакционном пространстве добиться максимального конверсионного выхода при минимальном потреблении энергии.

Решению этих задач посвящена, в частности, заявка ЕР-А 0931586, в которой описан способ модернизации, основанный на замене слоя или слоев катализатора в существующем реакторе новыми слоями, предпочтительно радиального или радиально-осевого типа. Этот способ предполагает, в частности, формирование в корпусе реактора самого нижнего слоя катализатора, имеющего небольшой реакционный объем, который заполнен мелкими частицами катализатора, обладающего высокой реакционной активностью, например катализатора на основе рутения на графитовом носителе.

Несмотря на то, что такой способ модернизации обладает в некоторых аспектах определенными преимуществами для так называемых реакторов Келлогга (Kellogg) или реакторов с суженным корпусом, его нельзя применять для тех уже существующих реакторов экзотермического гетерогенного синтеза, которые выполнены в виде полностью открываемых реакторов.

В частности, описанный выше способ не позволяет использовать в полностью открываемых реакторах сравнительно большие объемы высокоактивного катализатора, что, как очевидно, ограничивает возможность повышения конверсионного выхода и производительности существующего реактора за счет модернизации.

Фактически такой способ не позволяет оптимальным образом за счет заполнения обладающим высокой активностью катализатором использовать все реакционное пространство нижней части реактора, т.е. ту часть реактора, где связанные с конверсией реакции синтеза протекают обычно с большим трудом.

Связано это с тем, что устройство и размеры слоев катализатора в полностью открываемых реакторах, у которых обычно отношение высоты к диаметру больше 8 (в отличие от реакторов с суженным корпусом, у которых это отношение составляет около 4), не позволяют использовать в них катализатор с высокой реакционной активностью и в которых поэтому используется обычный имеющий низкую активность катализатор.

В этой связи необходимо отметить, что в отличие от традиционных катализаторов катализаторы с высокой реакционной активностью, например катализаторы на основе рутения, обладают небольшим весом и очень непрочной, плохо выдерживающей механические напряжения структурой.

Обладающие высокой активностью катализаторы, подверженные воздействию сжимающих или сминающих их сил, возникающих в каталитической массе внутри упомянутых выше слоев, имеют тенденцию к разрушению, а следовательно, и к потере своей эффективности. Такие разрушающие катализатор усилия возникают из-за изменения температуры газообразных реагентов, а также из-за повторяющихся циклов нагрева и охлаждения каталитических слоев. Такое явление особенно характерно для слоя или слоев катализатора, расположенных в нижней зоне полностью открываемых реакторов.

Из всего вышесказанного следует, что известные в настоящее время способы модернизации существующих реакторов гетерогенного экзотермического синтеза не позволяют оптимальным образом реализовать все свойства катализаторов с высокой реакционной активностью в полностью открываемых реакторах, проблема увеличения конверсионного выхода и производительности которых приобрела в последнее время особую остроту.

Краткое изложение сущности изобретения

В основу настоящего изобретения была положена задача разработать такой способ модернизации реактора гетерогенного экзотермического синтеза, который по сравнению с известными способами модернизации позволял бы заметно повысить конверсионный выход и производительность реактора при низких эксплуатационных расходах и низком потреблении энергии.

Эта задача решается с помощью способа указанного выше типа, который отличается тем, что при его осуществлении формируют несколько слоев катализатора, расположенных в нижней части корпуса параллельно друг другу, и расположенные в нижней части корпуса слои заполняют вторым катализатором, активность которого больше активности первого катализатора, которым заполнен по крайней мере первый слой.

Преимущество предлагаемого в настоящем изобретении способа заключается в возможности создания существенно более эффективного с точки зрения конверсионного выхода и поэтому имеющего большую производительность реактора за счет по существу полного заполнения всего объема его нижней части обладающим высокой активностью катализатором.

Реализуется такая возможность благодаря формированию в нижней части реактора нескольких слоев катализатора, расположенных параллельно друг другу.

Для более эффективного использования реакционного пространства внутри нижней части реактора в изобретении предлагается разделить его на несколько отдельных слоев, размеры которых выбираются таким образом, чтобы их можно было заполнить обладающим высокой активностью катализатором, не опасаясь его повреждения. Модернизация существующего реактора таким способом позволяет повысить его конверсионный выход и производительность.

Слои катализатора целесообразно располагать в нижней части реактора параллельно друг другу таким образом, чтобы функционально их можно было бы рассматривать как один большой слой, аналогичный тому, что имеется в модернизируемых реакторах, но отличающийся от него большей реакционной активностью и намного меньшими действующими на катализатор нагрузками.

Кроме того, использование обладающего высокой активностью катализатора по существу во всем объеме нижней части реактора позволяет работать с более низкими по сравнению с обычными реакторами температурами в этой части реактора, снизив тем самым по сравнению с упомянутыми выше способами модернизации расходы на эксплуатацию реактора и потребляемую им энергию.

Предпочтительно в качестве катализатора, которым заполняются слои, расположенные в нижней части корпуса, использовать катализатор на основе рутения на графитовом носителе, обладающий высокой реакционной активностью и одновременно высоким сроком службы. Реально такой катализатор не подвержен износу и обладает высокой стойкостью к воздействию температуры и давления, которые преобладают в реакторе во время его работы.

Кроме того, в соответствии с одним из конкретных и предпочтительных вариантов осуществления предлагаемого в изобретении способа модернизации реактор после модернизации имеет пять слоев катализатора. В модернизированном реакторе первый и второй слои катализатора расположены в верхней части корпуса, а третий, четвертый и пятый расположены параллельно друг другу соответственно в нижней части реактора.

Такая модернизация реактора позволяет создать реактор, отличающийся более высокими кинетическими характеристиками и более эффективным использованием реакционных объемов.

Под "реакционным объемом" понимается объем слоя, занятый катализатором, или пространство внутри слоя катализатора, в котором фактически протекают реакции синтеза.

Другим объектом настоящего изобретения является способ экзотермического гетерогенного синтеза с высоким выходом, при осуществлении которого газообразные реагенты подают в реактор синтеза, имеющий корпус с несколькими опирающимися на него слоями катализатора, которые расположены один над другим на некотором расстоянии друг от друга и в которых проводят реакцию взаимодействия газообразных реагентов друг с другом, отличающийся тем, что при его осуществлении также подают реакционную смесь из по крайней мере первого слоя катализатора, расположенного в верхней части корпуса, в несколько слоев катализатора, расположенных параллельно друг другу в нижней части корпуса, пропускают реакционную смесь через расположенные в нижней части корпуса слои катализатора, которые заполнены катализатором, реакционная активность которого больше активности катализатора, которым заполнен по крайней мере первый слой катализатора, и из реактора отбирают продукты реакции синтеза, выходящие из слоев катализатора, расположенных в нижней части корпуса.

Другие отличительные особенности и преимущества настоящего изобретения более подробно рассмотрены ниже на примере одного из вариантов его осуществления, не ограничивающего объем изобретения, со ссылкой на прилагаемые чертежи.

Краткое описание чертежей

На прилагаемых к описанию чертежах показано:

на фиг.1 - продольный разрез известного полностью открываемого реактора, предназначенного для экзотермического гетерогенного синтеза, и

на фиг.2 - продольный разрез реактора после модернизации предлагаемым в изобретении способом модернизации реактора по фиг.1.

Предпочтительный вариант выполнения изобретения

На фиг.1 показан обозначенный позицией 1 полностью открываемый реактор известной в настоящее время конструкции, предназначенный для экзотермического гетерогенного синтеза при высоком давлении и высокой температуре (50-300 бар, 300-550°С), например для получения аммиака.

Реактор 1 имеет трубчатый кожух или корпус 2, который сверху закрыт крышкой 3, диаметр которой по существу равен диаметру корпуса 2. В нижней части корпуса реактора имеются патрубки 4 и 5, предназначенные для подачи в реактор газообразных реагентов и отбора из реактора газов, образующихся в результате протекающих в нем реакций синтеза.

Внутри корпуса 2 расположен закрепленный в нем обычным способом патрон 6, который в показанном на фиг.1 варианте содержит три слоя 7а, 7b и 7с катализатора, расположенные один над другим на некотором расстоянии друг от друга. Каждый из слоев 7а-7с катализатора заполнен обычным железным (магнетитовым) катализатором с небольшой зернистостью (на чертеже не показан).

Слои 7а-7с катализатора сверху открыты и имеют газопроницаемые боковые стенки, показанные на чертеже пунктирными линиями и обозначенные позицией 8, а также газонепроницаемые нижние стенки 9, при соответствующей форме которых протекающие через слои катализатора газообразные реагенты движутся в радиально-осевом направлении.

Нижняя стенка 9 последнего слоя 7с катализатора одновременно является и нижней стенкой патрона 6.

Пунктирными линиями, показанными в верхней части слоев 7а-7с катализатора, обозначен верхний уровень находящегося в слоях катализатора, который вместе с боковыми стенками 8 и нижней стенкой 9 определяет величину реакционного объема указанных слоев катализатора.

Между патроном 6 и корпусом 2 образовано по существу кольцевое пространство 10, которое доходит от патрубка 4 до расположенного между крышкой 3 и верхней стенкой патрона 6 сборника 11, в котором собираются подаваемые в реактор газообразные реагенты.

Кольцевое пространство 10, через которое протекают холодные газообразные реагенты, защищает корпус 2 от высоких температур, преобладающих в процессе реакций синтеза, протекающих в реакторе 1, и одновременно обеспечивает подогрев газообразных реагентов.

Подогрев газообразных реагентов завершается в двух газовых теплообменниках 12 и 13, которые обычным способом закреплены внутри слоев 7а и 7b катализатора соответственно.

Для подвода газообразных реагентов из сборника 11 в нижнюю зону 13а теплообменника 13 предназначена труба 14, протекающие по которой газы через трубки теплообменников 13 и 12 попадают на вход в первый слой 7а катализатора.

Теплообменники 12 и 13 соединены между собой с помощью, например, лабиринтного соединения 13b, которое обеспечивает возможность попадания проходящего внутри трубок газа из одного теплообменника в другой.

Предварительный подогрев газообразных реагентов осуществляется за счет косвенного теплообмена с горячими газами, выходящими из слоев 7а и 7b катализатора, которые при этом соответственно охлаждаются.

В отличие от этого, продукты реакции синтеза, выходящие из последнего слоя 7с катализатора, не охлаждаются.

В реакторе 1 имеются также трубы 15 и имеющие тороидальную форму распределители 16, которые предназначены для подачи в реактор, в частности в расположенную над первым каталитическим слоем 7а зону, холодного или "обеспечивающего резкое охлаждение" участвующего в процессе синтеза газа, предназначенного для регулирования температуры газообразных реагентов.

Кроме того, в последнем слое 7с катализатора на его центральной оси расположена труба или коллектор 17, которая соединена с выходным патрубком 5 и по которой из реактора 1 выводятся полученные в нем в итоге после реакций синтеза, протекающих в последнем слое катализатора, конечные продукты.

На фиг.1 стрелками F показаны направления течения газа в кольцевом пространстве 10, в слоях 7а-7с катализатора и в теплообменниках 12 и 13.

На фиг.2 показан целиком реактор экзотермического гетерогенного синтеза, полученный после модернизации реактора по фиг.1 предлагаемым в настоящем изобретении способом модернизации.

Все элементы показанного на этом чертеже реактора 1, которые конструктивно или по своему назначению аналогичны элементам реактора по фиг.1, обозначены теми же самыми позициями и в приведенном ниже описании не рассматриваются.

Настоящее изобретение не ограничено модернизацией полностью открываемых реакторов с крышкой, диаметр которой по существу равен диаметру корпуса, и может быть эффективно использовано для модернизации реакторов экзотермического гетерогенного синтеза любого типа с одним или несколькими каталитическими слоями, в частности для модернизации in situ реакторов Келлогга или реакторов с корпусом, имеющим в верхней части сужение (реакторов бутылочного типа) и крышку, диаметр которой меньше диаметра корпуса.

На первой стадии предлагаемого в настоящем изобретении способа из патрона 6 реактора 1 извлекают его содержимое и после этого в нем собирают один над другим первый слой 18 и под ним второй слой 19 катализатора, которые оказываются расположенными в верхней части 2а корпуса 2.

Слои 18 и 19 катализатора эквиваленты слоям 7а и 7b катализатора известного реактора, показанного на фиг.1.

На следующей стадии предлагаемого в изобретении способа модернизации в нижней части 2b корпуса 2 собирают несколько слоев 20-22 катализатора, которые располагают параллельно друг другу.

Кроме того, в соответствии с изобретением первый и второй слои 18 и 19 заполняют первым катализатором (на чертеже не показан) с заданной активностью, а остальные слои 20-22, которые расположены в нижней части 2b корпуса 2, заполняют вторым катализатором (на чертеже не показан), реакционная активность которого выше реакционной активности первого катализатора.

Катализатор первого типа, которым заполнены слои 18 и 19, представляет собой, например, обычный катализатор на основе железа с небольшой зернистостью (магнетит), а в качестве катализатора второго типа, которым заполняются слои 20-22, целесообразно использовать катализатор на основе рутения или предпочтительно катализатор на основе рутения на графитовом носителе.

Реакционная активность катализатора второго типа обычно превышает активность обычного катализатора на основе железа в пять-двадцать раз.

При этом размеры слоев 20-22 катализатора выбираются таким образом, чтобы находящийся в них обладающий высокой активностью катализатор оставался целым.

В результате проведенных исследований было установлено, что для того, чтобы давление или усилие, сминающее находящийся в этих слоях катализатор, не выходило за допустимые нормы, высота этих слоев катализатора предпочтительно не должна превышать 4 метров. Наилучшие по этому показателю результаты были получены при высоте слоев 20-22 катализатора, расположенных в нижней части модернизированного реактора 1, составляющей от 2,5 до 3,5 метров.

Благодаря наличию в нижней части корпуса модернизированного реактора нескольких слоев катализатора и их заполнению катализатором с высокой активностью оказалось возможным увеличить конверсионный выход реактора по сравнению с реактором, показанным на фиг.1, до 130%. При этом также были снижены эксплуатационные расходы и потребление реактором энергии.

Такое увеличение выхода, которое сопровождается значительным увеличением производительности реактора после его модернизации, полностью компенсирует затраты на модернизацию реактора предлагаемым в настоящем изобретении способом, связанные, в частности, с использованием дорогого катализатора с высокой реакционной активностью (катализатора на основе рутения), стоимость которого в настоящее время намного превышает стоимость обычного катализатора с низкой активностью.

Преимущества настоящего изобретения связаны в первую очередь с возможностью использования катализатора с высокой реакционной активностью во всей нижней части корпуса там, где скорость реакции синтеза намного меньше, чем в верхней части корпуса, реализуемой за счет расположения в нижней части корпуса нескольких слов катализатора соответствующих размеров, расположенных параллельно друг другу.

Как показано на фиг.2, в соответствии с наиболее предпочтительным вариантом осуществления предлагаемого в изобретении способа модернизации оптимальное распределение объемов реакционного пространства и тем самым катализатора (как обычного типа, так и обладающего высокой активностью) достигается при расположении в верхней части 2а корпуса 2 двух слоев 18 и 19 катализатора и расположении в нижней части 2b корпуса трех параллельных друг другу слоев 20-22 катализатора.

Количество слоев катализатора в реакторе 1 может отличаться от показанного на фиг.2 и зависит от конструктивных особенностей модернизируемого реактора и условий его работы. В частности, в нижней части 2b корпуса 2 можно расположить от 2 до 5 слоев катализатора, заполненных катализатором с высокой реакционной активностью.

Другой отличительной особенностью настоящего изобретения является то, что каждый расположенный в нижней части 2b корпуса 2 слой 20-22 катализатора имеет известное устройство, предназначенное для создания радиально-осевого потока проходящего через катализатор газа. Такого рода устройство можно выполнить, например, в виде соответствующим образом перфорированных и расположенных друг против друга газопроницаемых стенок 23, через которые газ попадает в слой катализатора и выходит из него, и одной газонепроницаемой нижней стенки 24.

Такая конструкция позволяет значительно уменьшить потери катализатора, связанные с прохождением реакционной смеси через слои 20-22, и одновременно снизить количество потребляемой реактором энергии и расходы, связанные с его эксплуатацией.

Устройства такого типа, предназначенные для формирования в слоях катализатора радиально-осевого потока газа, описаны например, в патенте US 4755362, который включен в настоящее описание в качестве ссылки.

При радиально-осевом протекании газа через слои 20-22 катализатора можно обеспечить оптимальное использование всей обладающей высокой реакционной активностью каталитической массы, в которой при таком характере течения, когда все участки слоев катализатора оказываются под воздействием реакционной смеси, не остается неиспользуемых участков, наличие которых должно было бы привести к снижению конверсионного выхода и неполной окупаемости вложенных в модернизацию реактора средств.

В показанной на фиг.2 конструкции для более эффективной работы реактора газообразные реагенты попадают в слои 20-22 катализатора, расположенные в нижней части 2b корпуса 2, через газопроницаемые поверхности, образованные внешними газопроницаемыми боковыми стенками 23. К стенкам 23 газообразные реагенты попадают из второго слоя 19 катализатора, расположенного в верхней части 2а корпуса 2. Слои 20-22 имеют, кроме того, соответствующие газопроницаемые поверхности для выхода проходящих через них газообразных реагентов, образованные внутренними газопроницаемыми стенками 23, пройдя через которые газ попадает в выходной патрубок 17 реактора.

Обладающий высокой активностью катализатор, в частности катализатор на основе рутения на графитовом носителе, не только обладает крайне небольшим весом и очень высокой хрупкостью, но и очень чувствителен к воздействию температуры.

В этой связи необходимо отметить, что в отличие от обычных катализаторов с низкой реакционной активностью катализатор, обладающий высокой активностью при его нагревании во время экзотермической реакции синтеза до температуры, превышающей 450°С, необратимо разрушается из-за протекающей в нем и сопровождающейся образованием метана реакции между углеродом графита и водородом, содержащимся в реакционной смеси.

В этой связи применительно к показанному на фиг.2 реактору с радиально-осевым слоем катализатора было установлено, что в качестве катализатора 25, которым заполнен верхний слой расположенных в нижней части 2b корпуса 2 слоев 20-22 катализатора и через который газы проходят по существу в осевом направлении, предпочтительно использовать первый катализатор с заданной активностью, например катализатор на основе железа (магнетит), а в качестве катализатора, которым заполнены остальные расположенные в нижней части корпуса слои 20-22, в которых течение газа носит по существу радиальный характер, использовать второй катализатор с более высокой, чем у первого, активностью, в частности катализатор на основе рутения на графитовом носителе.

Во время работы реактора в верхней части каталитической массы, через которую газы проходят по существу в осевом направлении, при определенном времени прохождения газов через эту часть каталитической массы и определенных рабочих условиях (в частности, при давлении 200 бар или выше) температура в этой части каталитической массы может возрасти до 450°С или более. При такой температуре в катализаторе с высокой реакционной активностью происходят необратимые изменения, в результате которых он теряет свои свойства, что проявляется в соответствующем снижении конверсионного выхода и невосполнимой потере затраченных на его приобретение средств.

По этой причине, вопреки первоначальным предположениям, оказалось, что при некоторых условиях верхнюю часть 25 слоев 20-22 катализатора лучше не заполнять катализатором с высокой активностью, а выполнить ее в виде небольших слоев обычного обладающего низкой активностью катализатора, в частности катализатора на основе железа (магнетита). Обусловлено это тем, что обычный катализатор при высоких температурах, преобладающих в той части слоев 20-22 катализатора, через которую газы проходят в осевом направлении, не разрушается и не теряет своих каталитических свойств, что в любом случае обеспечивает достижение определенного конверсионного выхода.

И наоборот, в основной массе заполняющего слои 20-22 катализатора, через которую газы проходят по существу в радиальном направлении, такая проблема не существует, и поэтому в этом месте целесообразно использовать катализатор с высокой реакционной активностью.

Кроме того, благодаря наличию в реакторе таких слоев с обычным имеющим низкую активность катализатором можно защитить дорогостоящий и хрупкий катализатор с высокой активностью от воздействия на него газообразных реагентов, имеющих на входе в каталитические слои 20-22 высокую скорость.

В рассматриваемом примере слои катализатора обычного типа с низкой реакционной активностью, расположенные в верхней части слоев 20-22 катализатора, через которые газообразные реагенты проходят по существу в осевом направлении, могут занимать от 5% до 30% всей высоты этих слоев катализатора.

Последовательность выполнения отдельных стадий предлагаемого в настоящем изобретении способа модернизации может отличаться от рассмотренной в описании и указанной в формуле изобретения, поскольку технические требования, предъявляемые к процессу модернизации реактора, в каждом конкретном случае могут быть различными.

Другим объектом настоящего изобретения является реактор экзотермического гетерогенного синтеза, созданный либо путем модернизации существующего реактора предлагаемым в изобретении способом, либо сконструированный заново.

Предлагаемый в изобретении реактор 1 состоит из внешнего корпуса 2 и по крайней мере одного первого слоя (18-19) катализатора, который расположен в верхней части 2а корпуса 2. Такое реактор отличается тем, что в нем также имеется несколько слоев 20-22 катализатора, расположенных параллельно друг другу в нижней части 2b корпуса 2.

Отличительные особенности и преимущества описанного выше и показанного на фиг.2 реактора, созданного путем модернизации описанным выше способом существующего реактора, можно также реализовать в изготовленном заново реакторе, подробное описание которого не приводится, поскольку он аналогичен реактору по фиг. 2.

Изготовленный вновь, равно как и созданный путем модернизации существующего реактора реактор 1, пример конструкции которого показан на фиг.2, обеспечивает возможность проведения экзотермического гетерогенного синтеза с высоким конверсионным выходом и высокой производительностью при одновременно низком потреблении энергии описанным ниже способом.

Газообразные реагенты, в частности водород и азот или метан и пар, подаются в реактор 1 через патрубок 4 и предварительно нагреваются в кольцевом пространстве 10 и теплообменниках 13 и 12. Затем они попадают в первый слой 18 обычного катализатора, состоящий, например, из катализатора на основе железа (магнетита).

Температура газообразных реагентов, поступающих в первый слой 18 катализатора, поддерживается на заданном уровне за счет подачи в реактор первой части холодного или "обеспечивающего резкое охлаждение" участвующего в процессе синтеза газа, который подается в реактор 1 через распределитель 16, и за счет подачи в реактор второй части холодных газообразных реагентов, которые подаются в реактор по трубопроводу 15 и предварительно подогреваются в теплообменнике 12.

Реакционная смесь, выходящая из слоя 18 катализатора, через который она проходит в радиально-осевом направлении от внешнего диаметра слоя к его центральной оси и собирается в центре, попадает затем с внешней стороны в межтрубное пространство теплообменника 12, в котором она частично охлаждается за счет косвенного теплообмена с потоком холодных газообразных реагентов, проходящих через трубки теплообменника.

Охлажденная таким образом реакционная смесь затем попадает в следующий слой 19 катализатора, который заполнен обычным катализатором, например катализатором на основе железа (магнетита).

Вторая реакционная смесь выходит из слоя 13 катализатора, проходя через него в радиально-осевом направлении от внешнего диаметра слоя к его центральной оси. При этом реакционная смесь обогащается продуктами реакции синтеза и затем попадает с внешней стороны в межтрубное пространство теплообменника 13, в котором она частично охлаждается за счет косвенного теплообмена с потоком холодных газообразных реагентов, проходящих через трубки теплообменника.

Охлажденная таким образом реакционная смесь затем одновременно попадает в слои 20-22 катализатора, которые расположены параллельно друг другу в нижней части 2b корпуса 2. В предлагаемом в изобретении реакторе слои 20-22 заполнены катализатором с высокой реакционной активностью, предпочтительно катализатором на основе рутения на графитовом носителе.

Благодаря наличию в нижних слоях 20-22 катализатора с высокой активностью обеспечивается возможность работы реактора при сравнительно низких температурах, более низких, чем температура реакционной смеси, проходящей до этого через слои 18 и 19, в результате чего снижаются эксплуатационные расходы и количество потребляемой реактором энергии.

Окончательно обработанная в реакторе реакционная смесь выходит из слоев 20-22 катализатора, которые она пересекает в радиально-осевом направлении от внешнего диаметра к центральной оси. Прошедшая через все слои катализатора реакционная смесь собирается в центральном коллекторе 17 и затем в виде продуктов реакции синтеза окончательно выводится из реактора 1 через выходной патрубок 5.

В одном из вариантов осуществления предлагаемого в настоящем изобретении способа предпочтительно, чтобы первая часть реакционной смеси попадала в верхнюю часть 25 слоев 20-22 катализатора, расположенных в нижней части корпуса, по существу в осевом направлении и в таком же по существу осевом направлении проходила через находящийся в этом месте первый катализатор с заданной активностью, а вторая часть реакционной смеси проходила по существу в радиальном направлении через остальную часть слоев 20-22 катализатора, заполненную вторым катализатором, активность которого намного больше активности первого катализатора.

В приведенном выше описании достаточно подробно рассмотрен целый ряд преимуществ настоящего изобретения, к которым, в частности, относится возможность значительного увеличения конверсионного выхода и производительности существующего реактора при одновременном снижении как эксплуатационных расходов, так и количества потребляемой реактором энергии.

1. Способ модернизации in-situ реактора гетерогенного экзотермического синтеза, имеющего внешний корпус с несколькими расположенными в нем один над другим и на некотором расстоянии друг от друга слоями катализатора, при осуществлении которого на начальной стадии в верхней части корпуса формируют по крайней мере первый слой катализатора, заполненный первым катализатором, обладающим выбранной заранее активностью, отличающийся тем, что формируют несколько слоев катализатора, расположенных в нижней части корпуса параллельно друг другу, и расположенные в нижней части корпуса слои заполняют вторым катализатором, активность которого больше активности первого катализатора, которым заполнен по крайней мере первый слой.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве катализатора, которым заполняют слои катализатора, расположенные в нижней части корпуса, используют катализатор на основе рутения на графитовом носителе.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что газообразные реагенты пропускают через слои катализатора, расположенные в нижней части корпуса, в радиальном или радиально-осевом направлении.

4. Способ по п.3, отличающийся тем, что верхние части слоев катализатора, расположенных в нижней части корпуса, заполняют первым катализатором с заданной активностью, через который газообразные реагенты проходят, по существу, в осевом направлении, тогда как через остальную часть каждого слоя катализатора, расположенного в нижней части корпуса, которая заполнена вторым катализатором с большей, чем у первого катализатора, активностью газообразные реагенты проходят, по существу, в радиальном направлении.

5. Способ по п.1, отличающийся тем, что в нижней части корпуса формируют слои катализатора, которые имеют газопроницаемую поверхность, через которую в слой катализатора поступают газообразные реагенты, прошедшие перед этим по крайней мере через первый слой катализатора, расположенный в верхней части корпуса, и газопроницаемую поверхность, через которую из слоя катализатора выходят образовавшиеся в результате реакции синтеза газы, которые затем попадают в выходной патрубок реактора.

6. Способ по п.1, отличающийся тем, что в реакторе формируют пять слоев катализатора, первый и второй из которых расположены в верхней части корпуса, а третий, четвертый и пятый расположены параллельно друг другу в нижней части корпуса.

7. Способ экзотермического гетерогенного синтеза с высоким выходом, при осуществлении которого газообразные реагенты подают в реактор синтеза, имеющий корпус с несколькими опирающимися на него слоями катализатора, которые расположены один над другим на некотором расстоянии друг от друга и в которых проводят реакцию взаимодействия газообразных реагентов друг с другом, отличающийся тем, что реакционную смесь также подают по крайней мере из первого слоя катализатора, расположенного в верхней части корпуса, в несколько слоев катализатора, расположенных параллельно друг другу в нижней части корпуса, пропускают реакционную смесь через слои катализатора, расположенные в нижней части корпуса и заполненные катализатором, реакционная активность которого больше активности катализатора, которым заполнен по крайней мере первый слой катализатора, и из реактора отбирают продукты реакции синтеза, выходящие из слоев катализатора, расположенных в нижней части корпуса.

8. Способ по п.7, отличающийся тем, что реакционную смесь пропускают через каталитическую массу расположенных в нижней части слоев катализатора, которая представляет собой катализатор на основе рутения на графитовом носителе.

9. Способ по п.7, отличающийся тем, что первая часть реакционной смеси попадает в верхнюю часть слоев катализатора, расположенных в нижней части корпуса, по существу, в осевом направлении и в таком же, по существу, осевом направлении проходит через находящийся в этом месте первый катализатор с заданной активностью, а вторая часть реакционной смеси проходит, по существу, в радиальном направлении через остальную часть слоев катализатора, заполненную вторым катализатором, активность которого больше активности первого катализатора.