Способ и устройство для вдувания кислорода в реактор химического синтеза

009402 Настоящее изобретение относится к способу и устройству для вдувания кислорода в реактор химического синтеза, например в реактор окислительного дегидрирования, с прохождением потока газообразной смеси через слой катализатора в основном в осевом направлении. В настоящее время существует целый ряд каталитических методов, предусматривающих дополнительную подачу в реактор добавляемого к обрабатываемому в нем газу кислорода, например, при так называемом окислительном дегидрировании пропана или бутана, путем примешивания кислорода в реакторах окислительного дегидрирования к потоку подаваемого в них газа перед его входом в катализатор. При этом было установлено, что главным образом из-за неравномерного перемешивания поступающего в катализатор газа с кислородом происходит, например, образование сажи над слоем катализатора или не достигается оптимальный выход ценных продуктов, например пропилена. Исходя из вышеизложенного, в основу настоящего изобретения была положена задача существенно улучшить эффективность примешивания кислорода к обрабатываемому в реакторе газу и перемешивания с ним кислорода над слоем катализатора прежде всего в процессе окислительного дегидрирования. В отношении способа указанного в начале описания типа эта задача решается согласно изобретению благодаря тому, что кислород подают в расположенную над слоем катализатора кольцевую распределительную систему и через множество выходных отверстий в кольцевом распределителе направляют на поверхность слоя катализатора с наклоном под отличным от прямого углом к ней. При этом кислород можно использовать в чистом виде, в составе воздуха или в смеси с инертным газом либо водяным паром. При создании изобретения было установлено, что подобный, предлагаемый в нем подход обеспечивает эффективное и достаточно равномерное перемешивание кислорода с обрабатываемым в реакторе газом в течение исключительно короткого промежутка времени, составляющего менее 100 мс, и позволяет благодаря этому свести к минимуму продолжительность протекания реакций в зонах со сверхстехиометрической концентрацией в них кислорода и не каталитические реакции. Перемешивание кислорода с обрабатываемым в реакторе газом в свободном пространстве реактора и отсутствие контакта обогащенной кислородом смеси со стенками реактора, соответственно с катализатором позволяет далее минимизировать повреждение материалов, из которых изготовлен реактор, вдуваемым в него кислородом. Различные варианты осуществления изобретения представлены в зависимых пунктах формулы. В зависимости от конструкции реактора может оказаться целесообразным подавать кислород только в направлении середины реактора либо только в направлении его стенок или же в тангенциальном направлении, и в этом случае, как очевидно, возможен еще один вариант осуществления изобретения,предусматривающий подачу кислорода в реактор одновременно в одном и в другом направлениях, при необходимости в различных осевых плоскостях. Подачу кислорода в реактор под различными углами наклона можно обеспечить, например, при дооснащении уже существующих установок кольцевыми распределительными системами путем их согласования с конкретной конструкцией реактора. В наиболее предпочтительном варианте осуществления предлагаемого в изобретении способа кислород подают в реактор в тангенциальном направлении, неодинаковом для каждого из колец кольцевого распределителя и изменяющемся от одного его кольца к другому. В следующем варианте осуществления предлагаемого в изобретении способа кислород вдувают в реактор в плоскости, расположенной примерно на 50-300 мм выше слоя катализатора, обеспечивая таким путем нахождение кислорода в пространстве над слоем катализатора в течение не более 1 с. Положенная в основу изобретения задача решается также с помощью предлагаемого в нем устройства, которое отличается наличием кольцевого распределителя, состоящего из нескольких, расположенных концентрично над слоем катализатора кольцевых трубок с выходными отверстиями для кислорода,которые обращены или направлены в сторону поверхности слоя катализатора с наклоном к ней под углом, отличным от прямого. Выходные отверстия для подачи в реактор газа (кислорода) могут быть выполнены в виде сверленых отверстий или в виде сопел. В этом месте настоящего описания следует упомянуть некоторые литературные источники, отражающие уровень техники в данной области. К таким литературным источникам относятся, вчастности,заявка DE-OS 4333372, в которой описан способ получения олефинов из содержащих метан газообразных смесей, патент US 5935489, в котором описаны способ и устройство для получения синтез-газа путем частичного окисления, и патенты US 2518583, US 2809981 и US 2954281. В патенте US 2584391 описано вдувание реагента в реактор в направлении находящегося в нем псевдоожиженного слоя под отличным от прямого углом к его поверхности с целью повысить эффективность контакта между твердыми частицами и газообразными средами в псевдоожиженном слое. Различного рода оборудование для распределения текучих сред над или между слоями катализаторов описано в патентах US 262692, US 3208833 или US 3685971. В публикации WO 01/76731 Al описан спиральный распределитель. Различные варианты конструктивного исполнения предлагаемого в изобретении устройства представлены в соответствующих зависимых пунктах формулы изобретения. Другие отличительные особенности и преимущества изобретения более подробно рассмотрены ни-1 009402 же со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых показано: на фиг. 1 - упрощенный вид предлагаемого в изобретении устройства,на фиг. 2 - фрагмент изображенной в разрезе и в увеличенном масштабе кольцевой распределительной системы для подачи в реактор кислорода и на фиг. 3 и 4 - схемы, иллюстрирующие набегание двух струй кислорода на слой катализатора, направленных к его поверхности под различными углами. На фиг. 1 в разрезе схематично показан обозначенный общей позицией 1 реактор окисления с трубой 2 для подачи газа, которая проходит по центру сквозь горизонтально расположенный слой 3 катализатора, над которым в реакторе находится занятое газом куполообразное пространство 4. Центральная труба 2 для подачи газа окружена кольцевым распределителем 5, который предназначен для подачи в реактор кислорода в чистом виде, в составе воздуха или в смеси с инертным газом либо водяным паром и из которого газообразный кислород подается во множество имеющих выходные отверстия 6 кольцевых трубок 7, расположенных над слоем 3 катализатора. Выходные отверстия 6 расположены таким образом, чтобы каждая выходящая из них струя кислорода была направлена на поверхность слоя катализатора с наклоном под отличным от прямого углом, при этом на фиг. 3 проиллюстрирована ситуация, при которой струи кислорода направлены на поверхность слоя катализатора под прямым углом, а на фиг. 4 проиллюстрирована соответствующая изобретению ситуация, при которой струи кислорода направлены на поверхность слоя катализатора под наклоном к ней. На фиг. 1 подача кислорода в кольцевой распределитель 5 и выход газа из реактора показаны лишь условно и обозначены соответственно стрелками 8 и 9. Благодаря показанной также на фиг. 4 подаче струи кислорода в направлении слоя катализатора под наклоном к его поверхности помимо прочего удается предотвратить обширную циркуляцию кислородсодержащего газа в реакторе. Как показано на фиг. 3, при набегании струй кислорода на поверхность слоя катализатора под прямым углом к ней соседние струи сталкиваются друг с другом над слоем катализатора, что может привести к возникновению циркуляции кислорода в реакторе, которой следует избегать. Очевидно, что настоящее изобретение не ограничено рассмотренным выше вариантом его осуществления и предполагает возможность внесения в него различных изменений и модификаций, не выходящих за объем изобретения, при этом в зависимости от конструкции реактора прежде всего можно также иным путем выбирать углы, под которыми струи кислорода можно направлять на поверхность слоя катализатора. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Способ вдувания кислорода в реактор химического синтеза, например в реактор окислительного дегидрирования, с прохождением потока газообразной смеси через слой катализатора в основном в осевом направлении, отличающийся тем, что кислород в чистом виде, в составе воздуха или в смеси с инертным газом либо водяным паром подают в расположенную над слоем катализатора кольцевую распределительную систему и через множество выходных отверстий в кольцевом распределителе направляют на поверхность слоя катализатора с наклоном к ней под углом, отличным от прямого. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что кислород подают в направлении середины реактора, и/или в направлении его стенки, и/или в тангенциальном направлении. 3. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что кислород подают в тангенциальном направлении,неодинаковом для каждого из колец кольцевого распределителя и изменяющемся от одного его кольца к другому. 4. Способ по одному из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что кислород подают в реактор в плоскости, расположенной примерно на 50-300 мм выше слоя катализатора, обеспечивая таким путем нахождение кислорода в пространстве над слоем катализатора в течение не более 1 с. 5. Устройство для вдувания кислорода в реактор химического синтеза, например в реактор окислительного дегидрирования, с прохождением потока газообразной смеси через слой катализатора в основном в осевом направлении, отличающееся наличием кольцевого распределителя, состоящего из нескольких, расположенных концентрично над слоем (3) катализатора кольцевых трубок (7) с выходными отверстиями (6) для кислорода, которые обращены или направлены в сторону поверхности слоя катализатора с наклоном к ней под углом, отличным от прямого. 6. Устройство по п.5 с центральной трубой для подачи газа, проходящей по центру через слой катализатора, и смесительным куполообразным пространством над слоем катализатора, отличающееся наличием окружающего центральную трубу (2) для подачи газа кольцевого распределителя (7) кислорода. 7. Устройство по п.5 или 6, отличающееся тем, что кольцевой распределитель образован множеством коаксиально расположенных кольцевых трубок (7) с выходными отверстиями (6) для газа, обеспечивающими подачу потока газа в направлении середины реактора, и/или его стенки, и/или в тангенциальном направлении. 8. Устройство по п.5 или одному из последующих пунктов, отличающееся тем, что соседние вы-2 009402 ходные отверстия (6) обеспечивают подачу выходящих из них струй газа в различных направлениях. 9. Устройство по п.5 или одному из последующих пунктов, отличающееся тем, что выходные отверстия (6) для газа имеют изменяющуюся в чередующемся порядке с соседними с ними выходными отверстиями соседней кольцевой трубки ориентацию. 10. Устройство по п.5 или одному из последующих пунктов, отличающееся тем, что выходные отверстия (6) для газа выполнены в виде сверленых отверстий или сопел.