182918. lajstromszámú szabadalom • Metánosító reaktor
1 182 918 A találmány tárgya metánosító reaktor, pontosabban: a találmány olyan metánosító reaktorra vonatkozik, amelyben hőkicserélő helyezkedik el azoknak a hideg gázoknak az előmelegítésére, amelyeket alá kívánunk vetni a katalitikus reakciónak. A metánosító reaktorok már ismeretesek: ezek tulajdonképpen függőleges, hengeres tartályok, amelyeknek belsejében egy vagy több katalizátor-réteg helyezkedik el. Ezen reaktorok működése röviden összefoglalva a következő: a metánosításra kerülő forró gázok kb. 300 °C hőmérsékleten lépnek be a reaktorba, átáramlanak a katalizátor-ágyon, ahol lezajlik a reakció, majd elhagyják a reaktort, kb. 350 °€ hőmérsékleten. Az így előállított forró gáznemű keveréket egy külső hőkicserélőbe vezetik, ahol az előmelegíti a metánosításra kerülő hideg gázokat, kb. 300 °C hőmérsékletre. A hagyományos technológiának megfelelően konstruált metánosító reaktornak az a hátránya, hogy a reakcióba való bevezetésük előtt a forró gázok érintkezésbe kerülnek bizonyos időre a reaktor-házzal, s ez a körülmény kötelezően megkívánja, hogy kis nyomásokkal dolgozzunk, vagy hogy a reaktor-házhoz igen költséges rozsdamentes acélfajtákat alkalmazzunk szerkezeti anyagként, vagy pedig hogy hőálló bélést alkalmazunk, ilymódon védve ezen házat a gázzal való közvetlen érintkezéstől. Ezen utóbbi megoldás az alapköltségek további emelkedését hordozza magában, mivel az említett bélések jelentős vastagsága következtében a reaktor méretei tekintélyes mértékben megnőnek. A jelen találmány alkalmazásakor meglepő módon azt találtuk, hogy a metánosított termékek szempontjából ugyanolyan eredmények érhetők el akkor, ha olyan reaktort használunk, amelynek belsejében egy csőköteges hőkicserélő helyezkedik el, amely a gyűrűs katalizátor-ágy alatt található, továbbá, ha áramlásra késztetjük a metánosításra kerülő hideg gázokat egy résen át, amely a reaktor-ház és a katalizátor-ágyból és a hőkicserélőbői álló egység között van kialakítva. Amennyiben így járunk el, akkor a reaktor-ház belső falai és a ház maga is viszonylag alacsony hőfokú lesz a reakció során, s így a falakat teljesen közönséges szénacélból elkészíteni, vagy legalább olyan acélból, amelyben igen alacsony százalékban vannak az adalék ötvözőelemek. Ez a körülmény lehetővé teszi, hogy az ammóniaszintézis gázai olyan eredménnyel metánosíthatók, ami egyenlő azzal az eredménnyel, mely a korábban ismert módszerekkel elérhető, azonban azzal a tagadhatatlan előnnyel, hogy a reaktor-ház elkészítésénél, amely a viszonylag nagy nyomásoknak van kitéve, kevésbé ötvözött, s így nem annyira költséges anyagot alkalmazhatunk. Különösen előnyös ebből a szempontból a szénacél, valamint az olyan gyengén ötvözött acélok használata, amelynél a molibdéntartalom 0,5%-ig terjed. A találmány tárgya fentiek alapján olyan metánosító reaktor, amelyben a reakcióban résztvevő hideg gázok a reaktor fedelén keresztül lépnek be, a reaktor-ház és a katalizátor-ágyból, valamint a hőkicserélőbői álló egység között lévő résen át lefelé haladnak, miközben enyhe hevítésnek vannak kitéve, mivel hűteniök kell a reaktorházat; ezután a reaktor központi részén keresztül feláramlanak és végighaladnak a hőkicserélő csövei mentén (amelyekben a reakcióból kilépett forró gázok áramlanak), és addig hevítődnek, amíg elérik a reakcióhoz megfelelő hőmérsékletet. Ezen állapotában a reakcióhoz előmelegített gázok egy, a katalizátor-ággyal egytengelyű csövön keresztül felemelkednek, és lefelé való mozgással átáramlanak a katalizátoron, ahol reakcióba lépnek és bejutnak a hőkicserélő csöveibe úgy, hogy ott a reakcióból származó hőjüket átadják a hőkicserélő csöveinek falán keresztül a beérkező hideg gázoknak. Ebben az állapotban a kilépő, lehűtött reaktorgázok a reaktor fenékfalán keresztüllépve megjelennek és készek az esetleges ezt követő műveletekhez. A találmányt a továbbiakban annak példaképpeni kiviteli alakja kapcsán ismertetjük részletesebben ábráink segítségével, amelyek közül: — az 1. ábra a reaktor hosszmetszete; — a 2. ábrán a fonadékból készült tömítőrendszer metszetét; — a 3. ábrán a tömszelence részleteit láthatjuk, ugyancsak metszetben. A példaképpeni kiviteli alakra természetesen nem korlátozzuk a jelen találmányt. Rátérve mármost a vázlatos 1. ábrára, az azon bemutatott reaktor 1 házzal rendelkezik, amelyhez a 3 fedél van a 2 csavarok segítségével hozzáerősítve. A 3 fedélhez ugyanakkor a 4 cső csatlakozik, amely a normális üzemeltetés során a reakcióhoz vezetendő friss gázkeverék bevezetését szolgálja, míg az 5 cső szolgál azon forró gázok bevezetéséhez, amelyekre a reaktor működésbe helyezésekor van szükség. A működést a későbbiekben még ismertetni fogjuk. A 3 fedélben van a 6 lyuk, amely a hőelemek bevezetéséhez szolgál. A reaktor-ház belsejében a 7 jelű, gyűrűs kialakítású katalizátor-ágy található, amelyet a 8 rács, valamint a rajta lévő, alumínium 9 golyókból álló réteg hordoz, a katalizátor-ágy alatt pedig a csőköteges 10 hőkicserélő helyezkedik el, amelynek csupán egyetlen csövét lehet a rajzon látni annak érdekében, hogy ne rontsuk el a rajz áttekinthetőségét. A10 hőkicserélő el van látva 11 terelőlemezekkel, annak érdekében, hogy azok javítsák a hőátadást a forró gázoktól a hideg gázokhoz. A reaktor 1 háza, valamint a katalizátor-ágy és a hőkicserélő által alkotott egység hőszigeteléséről a 13 szigetelőréteg gondoskodik, amely állhat üveggyapotból, kőgyapotból, de azbesztporból is. A gáznak a reaktorba való bevezetésénél, valamint a reaktorból való elvezetésénél 14 és 15 tömítések találhatók, melyeket a 2. és 3. ábrákkal kapcsolatosan fogunk részletesebben ismertetni, s melyeknek működésmódjáról ugyancsak később lesz még szó. A hideg gázok a metánosító reaktorba a 4 csövön keresztül lépnek be, átáramlanak a 12 résen és a 17 ablakon keresztül belépnek a 10 hőkicserélőbe, ahol felmelegszenek. A felhevített gázok a központi 18 csövön át felszállnak és átáramlanak a 7 katalizátor-ágy belsején. A reakción átesett gázok átáramlanak a 10 hőkicserélő csövein (azok belsejében), ott lehűlnek és a metánosító reaktort a 19 csövön keresztül hagyják el. Amikor a reaktor beindításáról, vagy hideg újraindításáról van szó, akkor arra van szükség, hogy bizonyos mennyiségű forró gázt juttassunk be a reaktortérbe, felhevítsük a reakció hőmérsékletére és így ezen gázok a 2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 2
