Назначение и аппаратурное оформление каталитических методов очистки
Дипломная работа - Разное
Другие дипломы по предмету Разное
осниковые решетки с металлическими сетками, размеры ячеек которых несколько меньше зерен катализатора, насыпают слой керамической пли металлической насадки (кольца Рашига, седла Инталокс и т.д.), поверх которого загружают катализатор. Над слоем катализатора также размещают сетку с насадкой, предназначенной для выравнивания скоростей газа п температур по сечению аппарата.
Существует ряд условий нормальной работы реактора: равномерное распределение газового потока по сечению аппарата, поминальный гранулометрический состав загружаемого катализатора, исключение быстрых перепадов температур в аппарате и др.
Рис. 2. Полочный реактор для конверсии оксида углерода:
/ - корпус реактора; 2 - катализатор
Одна из основных проблем в совершенствовании конструкций газоочистителей с насыпным слоем катализатора - обеспечение механической прочности гранул. По данным ГИАП, гидравлическое сопротивление слоя, в котором содер-ог жится до 7% пыли и мелочи катализатора, увеличивается на порядок (в 30 раз), при этом снижаются равномерность распределения газового потока и степень очистки газа. Это обстоятельство следует иметь в виду при загрузке катализатора и эксплуатации аппарата.
Для расчета гидравлического сопротивления (в Па) свеже-загруженного слоя катализатора рекомендуется использовать зависимость
ДР = \ywV (2*)] [я (I - в)/в] fek,(4.3)
где у- удельный вес газовой смеси, H/mj; w - скорость в расчете на полное сечение аппарата, м/с; s - удельная поверхность гранул, м2/м8; в - порозность слоя; ft - коэффициент сопротивления; h - высота слоя, м.
В радиальном реакторе конверсии оксида углерода (рис. 4.21) катализатор размещается в корзинах, образованных коаксиально расположенными центральной трубой и обечайкой корпуса.
Рабочие поверхности корзин перфорированы, а между корпусом реактора и наружной обечайкой катализаторной корзины образуется кольцевой канал, по которому транспортируются газовые потоки.
В отличие от полочных в радиальных реакторах можно смоделировать равномерность распределения потоков (по высоте) [12], однако здесь степень использования рабочего объема несколько ниже из-за усадки катализатора и образования паразитных объемов.
Применяют также горизонтальные каталитические газоочистители. Для аппаратов требования к прочности гранул катализатора менее жесткие и усадка не играет особой роли, однако их можно эксплуатировать лишь в ограниченных диапазонах градиентов температур.
В радиальных каталитических реакторах очистки газа от СО методом конверсии используют, как правило, железохроми-стый катализатор. Очищаемые газы содержат 83-88% Нг, 4-5% (Ns + Ar), 3-5% СОг, 3-5% СО и 0,5% СН„. Остаточное содержание СО в очищенном газе составляет (при конверсии с водяным паром) менее 0,1%. Парогазовую смесь перед подачей в реактор подогревают до температуры 190-210 "С, объемные скорости составляют 10000-20 000 ч-1.
Полочные и радиальные каталитические реакторы используют также в процессах гидрирования азотоводородных смесей, при которых синтез-газ очищают от кислорода, оксида и диоксида углерода.
Полочный реактор, предназначенный для этих целей (аппарат предкатализа или метанатор) представляет собой колонный аппарат цилиндрической формы, внутри которого находится центральная труба с электроподогревателем и катализа-торная коробка. Газовый поток входит в центральную трубу, обогревается электроподогревателем, поднимается вверх, откуда в кольцевом пространстве между корпусом и катализаторной коробкой проходит вниз через слой катализатора.
Процесс протекает при температуре 300-350 С, давлении 2-3 МПа, объемной скорости 4000-5000 ч~', линейной скорости в аппарате 0,3-0,4 м/с.
В реакторе используют алюмоникельхромовый катализатор (ТО) в таблетированном и формованном виде (с размером гранул от 4-5 до 8-10 мм).
В последнее время в связи с необходимостью своевременной регенерации и замены катализатора в конструировании каталитических газоочистителей наметилась тенденция к созданию аппаратов с быстрой загрузкой - выгрузкой катализатора без разборки аппарата.
Такие катализаторы обладают высокой эффективностью и термостойкостью, а их гидравлическое сопротивление значительно ниже слоя насыпного катализатора. Так, монолитный катализатор СКМ-1 в виде цилиндрических блоков диаметром до 3,6 м имеет 40000 прямых каналов на 1 мг сечения. Гидравлическое сопротивление его в силу этого составляет всего 0,05 перепада давления в слое, состоящем из шариков диаметром 4 мм, при одинаковой линейной скорости газа.
В Канаде и США блочные катализаторы широко используют, например, в реакторах селективного каталитического восстановления (СКВ) в процессах очистки отходящих газов заводов по производству азотной кислоты н других химических продуктов.
Препятствием к широкому и повсеместному промышленному внедрению блочных конструкций является недостаточная технологичность их изготовления. Этого недостатка лишены пластинчатые каталпзаторные конструкции. Катализаторная насадка представляет собой набор пластин с катализаторным покрытием, устанавливаемых в разных сочетаниях. По имеющимся данным [68], металлоемкость реактора с подобным катализатором снижается в сравнении с аппаратами традиционных конструкций на 40%, а гидравлическое сопротивление уменьшается в 4,5 раза.
Перспективен пластинчатый реактор с катализаторным покрытием (ПКР) для очистки высокотемпературных нпзконапор-ных отходящих газов от органи