Реактори для проведення реакцій в го-Моген газовій фазі найбільш часто класси-фіціруют за тепловим ефектом реакції і тепловому режиму реактора.
Полум'яні реактори з попереднім змішуванням газів складаються з камери змішування, дифузора, в якому закінчується процес змішування, і камери згоряння, в яку рав-номерно надходять гази з дифузора. Найпростішим реактором з камерою змішання мож-но вважати пальник Бунзена (рис. 6.2.1). Про-мислення пальника бувають полум'яними і беспламенного. У промисловій пальнику для перемішування пального з повітрям викорис-зуется трубка Вентурі 7, а для більшої устої-чивости полум'я - насадка 2 (рис. 6.2.2).
В реакторах-пальниках для парціального окислення вуглеводнів теплота, необхід-травня для проведення ендотермічної реакції, може бути отримана шляхом поєднання цієї реакції процесу горіння з ендотермічної реакцією таким чином, щоб загальний тепло-вої ефект був позитивним.
Реактори-пальника використовуються для про-ництва сажі з метану рис. 6.2.3. Сажа об-разуется при високій температурі в умовах, коли вільна енергія дисоціації метану на вуглець і водень має від'ємне значення, а необхідне для проведення реак-ції тепло виходить в результаті згоряння частини метану з повітрям У реакторі, поки-занном на рис. 6.2.3. а, метан для утворення сажі подається в камеру згоряння, а в реакторів-рах, показаних на рис. 6.2.3 б, в иг, метан для утворення сажі подається в камеру змішування, при цьому кількість повітря, що подається в реактор, значно нижче Стехіометрична - го співвідношення. Температура газів в зоні го-ренію 1300. 1400 ° С.
Утвориться сажа разом з реакційних-ними газами спрямовується на фільтри відділі-ня твердих частинок від газоподібних продуктів згоряння.
Реактори для виробництва ацетилену шляхом парціального окислення метану ки-слородом. Ацетилен утворюється з метану в результаті ендотермічної реакції з одно-тимчасовим розкладом метану. Процес по-одержанні ацетилену повинен бути швидкоплинний, в іншому випадку може початися реакція горіння ацетилену, тому його проводять в реакторах горілчаного типу. Вуглеводні, змішані з киснем, проходять з великою швидкістю через пальники певних розмі-рів і запалюються в камері згоряння. Частина метану, згораючи з усім введеним киснем, дає значну кількість теплоти, необ-ходимо для швидкого підвищення температу-ри залишилися вуглеводнів до 1300. 1500 ° С. при якій ступінь перетворення буде оптимальною. Потім за допомогою зрошена-ня холодною водою створюється, так зване, «заморожене» рівновагу, завдяки чому досягається необхідна продуктивність.
/ - підігрівач; 2 - метано-киснева пальник;
3 - сопло; 4 - оглядове вікно;
5 - камера згоряння
Дифузорі 2. Блок пальника 3 охолоджується по-дою. Блок перфоровано каналами, через кото-які з великою швидкістю протікають гази. Під камерою згоряння полум'я різко охолоджується до 80 ° С, після чого гази з реактора направля-ються в установку для відділення сажі, концен-трірованія і очищення ацетилену.
У реакторі Гриненко (рис. 6.2.5) получа-ють ацетилен шляхом часткового з'єднання метану з киснем в потоці великий турбу-лентності. Суміш метану з киснем, подог-ретая до 400 ° С в підігрівачі /, виходить з сопла 3 з великою швидкістю, загоряється і надходить в камеру згоряння 5, де відбувається із-дит горіння в турбулентному потоці. Полум'я встановлюється шляхом бічного введення до-виконавчими кількості кисню, нагрітого до 750. 800 ° С спалюванням невеликої кількості метану з киснем в спеціальній пальнику 2. Кисень, необхідний для стаб-зації полум'я, становить 5. 10% загальної витрати.
В іншому варіанті реактора для Парцій-ального окислення метану киснем під тиском, метан і кисень, нагріті до 400 ° С при тиску 0,4 МПа після змішування в камері 1 проходять через розподільник 2 і потрапляють в камеру згоряння 5, в якій тим-пература підвищується більш ніж до 1500 ° С і відбувається утворення ацетилену і алкенів (рис. 6.2.6). Вторинний підігрітий вуглеводні-род вводиться через сопла 4 і 5 в камеру згорить-ня, в якій шляхом крекінгу знову отримують ацетилен і алкени. В кінці процесу гази ох-лаждающей водою до 130. 140 ° С і виходять з реактора.
Мал. 6.2.6. Схема реактора парціального окислення метану киснем під тиском
Реактор для отримання синтез-газу пу-тем парціального окислення метану. Полу-чення синтез-газу складається з двох стадій: екзо- термічної реакції згоряння метану в кисло-роді і взаємодії цих продуктів з ос-тавшімся метаном по ендотермічної реакції. Реакційна камера 2 для проведення процесу в гомогенної фазі встановлюється збоку від розділеної на частини печі 1 (рис. 6.2.7). Кисень вдувають по осі через сопло,
Мал. 6.2.7. Схема реактора для отримання синтез-газу
Реактор для отримання етилену з ця-на і кисню. При проведенні більшості реакцій в полум'ї важко підтримувати його стійким. У вільному просторі устої-чівое полум'я можна отримати в тому випадку, якщо проводити реакцію в реакційному обсягів по-ме з вогнетривкої насадкою. У реакторі для парціального окислення етану в етилен реаг-ти гомогенізуються в камері змішання 3
невеликого обсягу, потім проходять через ре-щітка 2, яка має симетричні отвер-сті по всій поверхні, і потрапляють в реак-ционное простір 7, заповнене насадкою з порцелянових куль (рис. 6.2.8). Кисень і етан підігріваються окремо до температури 600 ° С, а потім змішуються. У реакційному просторі частина етану згорає до оксиду вуглецю і водню, а виділене кількість теплоти використовується для ендотермічної реакції розпаду етану на етилен і водень.
Реактори для синтезу соляної кисло-ти. Хлор бурхливо реагує з воднем за ре-акції Н2 + С12 = 2НС1, яка може початися при температурі 500 ° С, якщо реагенти добре висушені. Реактор для синтезу соляної ки-слоти складається з пальника 5, реакційної камери 2, камери охолодження утворилися газів і регулятора тиску 7 (рис. 6.2.9, а). Пальник (рис. 6.2.9, б) являє собою кварцову трубу 7 з закритим кінцем, кото-рий має похилі отвори для подачі хлору С12. Зовні цієї труби циркулює водень. Гази горять, утворюючи полум'я в отвер-стіі зовнішньої труби. Охолодження газів про-диться шляхом природної конвекції на поверхні реактора.
Реактор для автотермічний розлив-вання ацетилену на сажу і водень (рис. 6.2.10). Реактор повністю виготовлений з ме-талії. Реактор 7 - сталева трубка з охолоджують-мимі стінками - забезпечений у верхній частині каліброваним соплом, через яке входить ацетилен. Реакція сильно екзотермічна. Вос-пламененіе суміші відбувається в електричному полі, потім реакція протікає автотермічний з виділенням великої кількості теплоти. Температура при цьому досягає 2550 ° С. Сра-зу після початку реакції навколо шару газу обра-зуется прохідний кільцевої канал, на «стін-ках» якого осідає сажа, утворюючи кільце - ізолятор з внутрішньої розпеченій поверхно-стю. За час проходження ацетиленом реак-ційного простору він майже повністю розкладається.
1 - кварцові труби; 2 - азбест; 3 - сита
Для охолодження продуктів реакції у ви-ходу з реактора вводять 1500 м3 / ч водню при 50 ° С, які шляхом дифузії в потоці газу і прямого обміну потоків в попередньо-тельном сепараторі створюють нестійке полум'я. Водень із зони реакції і водень, що вводиться для охолодження, разом з сажею проходить через поверхневий зрошувач, в результаті чого відбувається виділення сажі.
Реактори для термічного хлорують-вання метану. Для отримання хлористих про-похідних метану (від хлористого метилу до чотирихлористого вуглецю) використовується реакція хлорування метану при температурі 390. 450 ° С. У промислових умовах хло-рірованіі в гомогенної газової фазі проводять при надлишку метану. Після відділення хлору-стих похідних здійснюють рециркулят-цію метану.
1 - реактор; 2 - з'єднувальний трубопровід перед-ньо сепаратора сажі; 3 - холодильник, 4 - вальці, що охолоджуються водою, 5 - попередню оплату-ний сепаратор при вході продуктів розкладання
Реактор для хлорування метану (рис. 6.2.11) являє собою циліндричну посудину, дно якого зроблено з ніхрому, так як нагрівання відбувається зовні безпосереднім-ного гарячим газом при зануренні в дру-гой апарат. Метан перемішується з хлором в змішувачі У, по трубопроводу 2 гази направ-ляють в реактор і надходять в центральну керамічну трубу 4, яка виконує роль нагрівача, що одержує теплоту з реакці-ційної камери 6. Далі гази проходять через на-садку 3 з кілець Рашига , які служать фільтром для сажі, утвореної при вторинний-них реакціях.
Мал. 6.2.11. Реактор для хлорування метану:
/ - змішувач, 2 - нікелевий трубопровід; 3 - на-садка з кілець Рашига, 4 - центральна керамічні-ська труба; 5 - сталевий циліндр; 6 - реакційна камера, 7 - гільзи для пирометра; 8 - топка
Інша конструкція реактора для хлору-вання метану показана на рис. 6.2.12. Основ-ною його частиною є секція хлорірова-ня У, що має форму циліндра і изготов-ленна з чавуну, облицьованого шаром анти-кислотного цементу. Усередині цієї секції рас-покладена труба 2 для подачі суміші газів в реакційну зону. Одна частина реакційних газів йде по трубопроводу 7 на переробку, друга частина рециркулює у напрямку до ежектору 6. Хлор і суміш газів, яка про-ходить через трубопровід 5, гомогенізується ежектором 4 перед тим як пройти через трубу 2. Третя часткова гомогенізація газів, на -правляющіхся до труби 2, з реакційними га-зами здійснюється ежектором 10. Для пуску реактор має сорочку, що обігрівається гарячим газом.
Мал. 6.2.12. Реактор для хлорування метану:
/ - секція хлорування; 2 - труба для подачі суміші газів в реакційну зону; 3 - ізоляція; 4, б, 10 - ежектори; J, 7, 8 - трубопроводи; 9 - кільця Рашига; / / - сорочка; 12- нікелевий держатель
Реактор для полімеризації етилену при високому тиску. Отримання поліетилен-лена з великою молекулярною масою (більше 20 000) відбувається при температурі 180. 200 ° С і тиску 100 МПа У цих умовах частина етилену полимеризуется шляхом введення ініціатора - піроксід або кисню. Неза - полимеризованной етилен промивають, очи-ють і знову вводять в цикл.
Для проведення такого процесу в про-мисловості використовують два типи реакторів. Трубчастий реактор з повним витісненням складається з великого числа труб, з'єднаних колінчатими переходами (рис. 6.2.13). Кожна труба забезпечена сорочкою, через яку цир-кулір теплової агент. Таким чином, реак-тор є теплообмінником типу «труба в трубі». Перші секції реактора нагріваються паром до 160. 170 ° С, щоб реагенти досяг-ли температури реакції. решта секції
Для полімеризації етилену
Охолоджуються, щоб поглинути теплоту реак-ції. Режим течії в реакторі турбулентний. Утворений поліетилен видаляється з раство-ренним в ньому великою кількістю етилену. Потім тиск поступово знижується до атмо-сферного і відбувається грануляція продукту.
Реактор з перемішуванням має всередині кручені мішалку (рис. 6.2.14). Перемішують-ня дозволяє досягати великій мірі пре-обертання. Реакція полімеризації - екзотер-мическая, з відведенням теплоти частково через сорочку, а частково - безпосередньо з про-дуктами реакції (реактор діє автотер - мически).
Реактори для проведення Ендотерм-чеських процесів. При виробництві етилену і пропилену з пропану або бензину использу-ється трубчастий реактор з повним витісненням і програмованим тепловим режимом (рис. 6.2.15). Реактор являє собою змії-вик 2 великої довжини, поміщений усередині печі 1 з двома зонами: конвекционной і ра-радіаційної. Використовувані печі, получівЩіе назву «градієнтних печей», мають пальники з коротким полум'ям, що працюють з невеликі-шим надлишком повітря
У адіабатичних реакторах з циркуля-цією теплового агента в суміші з реагентом в якості теплового агента може бути викорис-зован газ або тверде тіло. Тому такі ре-акції апарати мають різну конст-рукцію.
Мал. 6.2.15. Трубчастий реактор для виробництва етилену
До цієї групи реакційних апаратів відноситься також реактор, зображений на рис. 6.2.16. Горючі гази з великою швидкістю проходять через зону змішування 3, в яку вводиться вуглеводень (пропан або бензин) з невеликою кількістю пара, і потрапляють в реакційну зону 4, в якій утворюється ацетилен і етилен.
Мал. 6.2.14. Реактор з перемішуванням для полімеризації етилену:
1 - екранований електропровід; 2 - корпус; 3 - гвинтова мішалка; 4 - охолоджуючі сорочки
Існує безліч різних реак торів, в яких кількість теплоти, необ-дімое для проведення ендотермічної реак-ції крекінгу вуглеводнів, доставляється твердим тепловим агентом, що циркулює в суміші з реагентом. У реакторі зі зваженим шаром спеціально гранульованого кварцево-го піску реагент нагрівається в підігрівачі 5, змішується з парою і поступає в нижню
Мал. 6.2.16. Схема реактора для виробництва ацетилену за методом Естман: 1 - підігрівачі; 2 - камера згоряння; 3 - зона змішування; 4 - реакційна зона; 5 - оглядове вікно
Мал. 6.2.17. Схема реактора зі зваженим шаром піску (Лурги):
1 - бункер; 2 - циклон; 3 - реактор; 4 - пристрій для пневмотранспорту піску; 5 - підігрівач
Частина реактора 3 (рис. 6.2.17). У верхню частину реактора вводиться кварцовий пісок, нагрітий до 760. 900 ° С. Пісок, який надходить на циркуляцію, нагрівають спалюванням рідкого палива в трубопроводі пневмотранспорта 4.
Інші реактори використовують падаючий шар твердого теплового агента (порошкооб-різного або кулястого) в перехресному або паралельному потоці з реагентом.
Регенеративний реактор для тримаючи-ського крекінгу метану. Реактор заповнений керамічною масою ^ яка поперемінно нагрівається і охолоджується метаном, який Ендотермічний крекирующую в ацетилен. Між-ду цими основними фазами знаходяться фази видалення і очищення. Реактор (рис. 6.2.18) з-стоїть з циліндричного вертикального кор-Пусан з зовнішньої сорочкою 4 з ніхрому, ох-лаждающей повітрям для горіння, який в ній підігрівається. Усередині реактор має ру-голову 3 з вогнетривкого матеріалу і змішаний-ву насадку 5 з тонких пластинок.
Мал. 6.2.18. Регенеративний реактор для термічного крекінгу метану:
1 - сопло охолодження; 2 - пальники для метану; 3 - сорочка з вогнетривкого матеріалу; 4 - корпус, 5 - насадка; 6 - зовнішня сорочка
При виборі вогнетривкого матеріалу потрібно враховувати, що в процесі перетворення відбувається періодична зміна тиску-ня всередині реактора в результаті чергування двох фаз. З цієї причини матеріали не повинні володіти пористістю.
У період нагрівання метан подають в го-Релком 2, розташовані по радіусу в верхній частині апарату. Повітря нагрівається від стінок і потім потрапляє в простір для горіння. Горючі гази видаляються за допомогою газодув-ки. Найбільш висока температура досягається у верхній частині реактора і поступово змен-шується до його основи. В обох фазах реак-ції метан проходить противотоком. Подача метану відбувається через кільцевий распреде-лительного трубопровід. При виході з реак-тора продукт охолоджується водою.
