Формирование катализаторных слоев с прогнозируемыми структурными характеристиками
Рассмотрены и сравнены способы формирования зернистых катализаторных слоев в узких реакционных объемах трубчатых печей и реакторов, а также случаи, когда отношение диаметра реакционной трубы к характерному размеру катализаторной гранулы близко пяти. Приведены результаты выполненных авторами сравните...
Збережено в:
| Дата: | 2001 |
|---|---|
| Автори: | , , , , , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Russian |
| Опубліковано: |
Інститут бiоорганiчної хiмiї та нафтохiмiї НАН України
2001
|
| Онлайн доступ: | http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/4017 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Цитувати: | Формирование катализаторных слоев с прогнозируемыми структурными характеристиками / В.М. Иванов, В.В. Владимиров, Ф.В. Калинченко, А.Г. Дерябко, В.Н. Труханов, Ю.Ю. Тур // Катализ и нефтехимия. — 2001. — № 8. — С. 53-55. — Бібліогр.: 5 назв. — рос. |
Репозитарії
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
irk-123456789-4017 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
irk-123456789-40172009-07-15T12:01:29Z Формирование катализаторных слоев с прогнозируемыми структурными характеристиками Иванов, В.М. Владимиров, В.В. Калинченко, Ф.В. Дерябко, А.Г. Труханов, В.Н. Тур, Ю.Ю. Рассмотрены и сравнены способы формирования зернистых катализаторных слоев в узких реакционных объемах трубчатых печей и реакторов, а также случаи, когда отношение диаметра реакционной трубы к характерному размеру катализаторной гранулы близко пяти. Приведены результаты выполненных авторами сравнительных исследований зернистых слоев, сформированных различными способами. Показаны причины возникновения неоднородностей структуры при традиционных методах загрузки катализатора и предложена методика их недопущения. Приведено описание разработанного в ГосНИПИ “Химтехнология” (г. Северодонецк) загрузочного устройства, предложенного для формирования плотного однородного слоя катализатора в реакционных трубах печи риформинга природного газа. Представлены результаты стендовых, опытно-промышленных и промышленных испытаний загрузочных устройств, проведенных в ОАО “ДнепроАзоте”(г. Днепродзержинск). Розглянуто і порівняно способи формування зернистих каталізаторних шарів у вузьких реакційних об’ємах трубчастих печей і реакторів, а також випадки, коли відношення діаметра реакційної труби до характерного розміру каталізаторної гранули близько п’яти. Наведено результати виконаних авторами порівняльних досліджень зернистих шарів, сформованих різними способами. Показано причини виникнення неоднорідностей структури при традиційних методах завантаження каталізатора і запропоновано методику їх недопущення. Наведено опис розробленого в ДержНДПІ “Хімтехнологія” (м. Сєверодонецьк) завантажувального пристрою, запропонованого для формування щільного однорідного шару каталізатора в реакційних трубах печі риформінгу природного газу. Подано результати стендових, дослідно-промислових випробувань завантажувальних пристроїв, проведених у ВАТ "ДніпроАзот" (м. Дніпродзержинськ). Methods of granulated catalytic layers formation in reaction volume of tube furnaces and reactors as well as cases when the ratio of reaction tube diameter to catalytic granula characteristic size is about five have been examined and compared. The results of granulated layers (formed in different ways) comparative investigations carried out by the authors have been presented. The reasons for structure heterogeneity in case of traditional methods of catalyst charging have been revealed, procedure, of avoiding such negative aspects has been proposed. The description of charging device developed in “Khimtexhnologia” and suggested for the purpose of dense homogenous catalyst layer formation in reaction tubes of natural gas reforming furnace has been presented. The results of stand, experimental and industrial tests of charging devices, carried out in “DniproAzot” have been illustrated. 2001 Article Формирование катализаторных слоев с прогнозируемыми структурными характеристиками / В.М. Иванов, В.В. Владимиров, Ф.В. Калинченко, А.Г. Дерябко, В.Н. Труханов, Ю.Ю. Тур // Катализ и нефтехимия. — 2001. — № 8. — С. 53-55. — Бібліогр.: 5 назв. — рос. http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/4017 66.097.3 ru Інститут бiоорганiчної хiмiї та нафтохiмiї НАН України |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| language |
Russian |
| description |
Рассмотрены и сравнены способы формирования зернистых катализаторных слоев в узких реакционных объемах трубчатых печей и реакторов, а также случаи, когда отношение диаметра реакционной трубы к характерному размеру катализаторной гранулы близко пяти. Приведены результаты выполненных авторами сравнительных исследований зернистых слоев, сформированных различными способами. Показаны причины возникновения неоднородностей структуры при традиционных методах загрузки катализатора и предложена методика их недопущения. Приведено описание разработанного в ГосНИПИ “Химтехнология” (г. Северодонецк) загрузочного устройства, предложенного для формирования плотного однородного слоя катализатора в реакционных трубах печи риформинга природного газа. Представлены результаты стендовых, опытно-промышленных и промышленных испытаний загрузочных устройств, проведенных в ОАО “ДнепроАзоте”(г. Днепродзержинск). |
| format |
Article |
| author |
Иванов, В.М. Владимиров, В.В. Калинченко, Ф.В. Дерябко, А.Г. Труханов, В.Н. Тур, Ю.Ю. |
| spellingShingle |
Иванов, В.М. Владимиров, В.В. Калинченко, Ф.В. Дерябко, А.Г. Труханов, В.Н. Тур, Ю.Ю. Формирование катализаторных слоев с прогнозируемыми структурными характеристиками |
| author_facet |
Иванов, В.М. Владимиров, В.В. Калинченко, Ф.В. Дерябко, А.Г. Труханов, В.Н. Тур, Ю.Ю. |
| author_sort |
Иванов, В.М. |
| title |
Формирование катализаторных слоев с прогнозируемыми структурными характеристиками |
| title_short |
Формирование катализаторных слоев с прогнозируемыми структурными характеристиками |
| title_full |
Формирование катализаторных слоев с прогнозируемыми структурными характеристиками |
| title_fullStr |
Формирование катализаторных слоев с прогнозируемыми структурными характеристиками |
| title_full_unstemmed |
Формирование катализаторных слоев с прогнозируемыми структурными характеристиками |
| title_sort |
формирование катализаторных слоев с прогнозируемыми структурными характеристиками |
| publisher |
Інститут бiоорганiчної хiмiї та нафтохiмiї НАН України |
| publishDate |
2001 |
| url |
http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/4017 |
| citation_txt |
Формирование катализаторных слоев с прогнозируемыми структурными характеристиками / В.М. Иванов, В.В. Владимиров, Ф.В. Калинченко, А.Г. Дерябко, В.Н. Труханов, Ю.Ю. Тур // Катализ и нефтехимия. — 2001. — № 8. — С. 53-55. — Бібліогр.: 5 назв. — рос. |
| work_keys_str_mv |
AT ivanovvm formirovaniekatalizatornyhsloevsprognoziruemymistrukturnymiharakteristikami AT vladimirovvv formirovaniekatalizatornyhsloevsprognoziruemymistrukturnymiharakteristikami AT kalinčenkofv formirovaniekatalizatornyhsloevsprognoziruemymistrukturnymiharakteristikami AT derâbkoag formirovaniekatalizatornyhsloevsprognoziruemymistrukturnymiharakteristikami AT truhanovvn formirovaniekatalizatornyhsloevsprognoziruemymistrukturnymiharakteristikami AT turûû formirovaniekatalizatornyhsloevsprognoziruemymistrukturnymiharakteristikami |
| first_indexed |
2025-07-02T07:10:24Z |
| last_indexed |
2025-07-02T07:10:24Z |
| _version_ |
1836518184972189696 |
| fulltext |
Катализ и нефтехимия, 2001, №8 53
УДК 66.097.3 © 2001
Формирование катализаторных слоев с
прогнозируемыми структурными характеристиками
В.М. Иванова, В.В. Владимирова, Ф.В. Калинченко а, А.Г. Дерябко б, В.Н. Труханов б, Ю.Ю. Тур б
аГосударственный научно-исследовательский и проектный институт
химических технологий "Химтехнология",
Украина, 93400 Луганская обл., Северодонецк, ул. Вилесова, 1; факс: (06452) 2-53-67;
бОАО "ДнепрАзот",
Украина, Днепропетровская обл., Днепродзержинск, ул. Горобца, 1; факс:(05692) 7-87-48
Рассмотрены и сравнены способы формирования зернистых катализаторных слоев в узких реакцион-
ных объемах трубчатых печей и реакторов, а также случаи, когда отношение диаметра реакционной
трубы к характерному размеру катализаторной гранулы близко пяти. Приведены результаты выпол-
ненных авторами сравнительных исследований зернистых слоев, сформированных различными спосо-
бами. Показаны причины возникновения неоднородностей структуры при традиционных методах за-
грузки катализатора и предложена методика их недопущения. Приведено описание разработанного в
ГосНИПИ “Химтехнология” (г. Северодонецк) загрузочного устройства, предложенного для формиро-
вания плотного однородного слоя катализатора в реакционных трубах печи риформинга природного
газа. Представлены результаты стендовых, опытно-промышленных и промышленных испытаний за-
грузочных устройств, проведенных в ОАО “ДнепроАзоте”(г. Днепродзержинск).
Работы по формированию катализаторных слоев с
прогнозируемыми структурными характеристиками
ведутся в ГосНИПИ “Химтехнология” на протяжении
ряда лет. Это – попытка радикально решить проблемы,
обусловленные наличием неоднородностей в структу-
ре катализаторных слоев промышленных реакторов.
Они проявляются в виде ”транспортных каналов”,
“температурных пятен”, неоднородности “температур-
ного поля”, невоспроизводимости параметров загрузки
и т. д. Все это ведет к снижению производительности
реакторов и надежности их работы.
Основное направление исследований – формирова-
ние регулярных систем из сферического монодисперс-
ного катализатора. Полученные результаты, разрабо-
танные методики и устройства представлены в статьях
[1–3], авторских свидетельствах и патентах. Успешно
проведены опытно-промышленные испытания на Но-
вочеркасском заводе синтетических продуктов [4].
Разработанные подходы можно применять для
формирования плотных нерегулярных слоев из гранул
несферической формы. В их основе лежит стремление
формировать требуемую структуру сразу, а не путем
“улучшения” или “исправления” случайно получен-
ной, как это делается при традиционных загрузках,
например, трубчатых реакторов и печей. Однород-
ность загрузки катализатором трубчатых реакторов
имеет особое значение, так как она обусловливает рас-
пределение газового потока по отдельным трубам.
Практика требует обеспечения разброса сопротивле-
ния по трубам с катализатором в пределах 5 %.
К традиционным методам загрузки реакционных
труб следует отнести загрузку порций катализатора со
среза трубы (например, реактор гидрирования бензола)
и загрузку “из чулка” (например, печь риформинга
природного газа).
Согласно выполненных нами исследований, слой,
формируемый порционной загрузкой катализатора
со среза трубы, не обеспечивает создания достаточ-
но плотной и однородной структуры слоя в трубном
объеме. Уплотнение порций катализатора с помо-
щью укрепленного на штанге поршня также неэф-
фективно. Ударное воздействие на поверхность за-
полненной катализатором трубы уплотняет слой,
одновременно повышая его неоднородность, о чем
свидетельствуют измерения гидравлического сопро-
тивления по участкам.
Метод загрузки “из чулка” выполняется следую-
щим образом. Порция катализатора засыпается в чу-
лок, после чего его край подворачивается и он на ве-
ревке опускается в трубу до ее дна или до поверхности
слоя. Далее, подергивая за веревку, загружающий до-
бивается распрямления подвернутого края чулка, и
катализатор высыпается в трубный объем. После за-
грузки определенного количества чулков катализатора
слой уплотняется определенным количеством ударов
по фланцу трубы, и операция повторяется снова. В
процессе загрузки проводятся контрольные замеры
сопротивления слоя и его высоты, после чего возмож-
ны дополнительные удары по фланцу. И так до запол-
нения трубы и реактора в целом.
Очевидно, что ударное воздействие на поверхность
трубы вызывает уплотнение не только вновь форми-
руемого слоя, но и нижерасположенного, уже уплот-
ненного участка с соответствующей его усадкой. При
этом достичь “предельной” плотности нельзя, так как
возможно разрушение гранул. В условиях малого со-
54 Катализ и нефтехимия, 2001, №8
отношения диаметра трубы и характерного размера
гранулы катализатора, наличия шероховатости внут-
ренней поверхности трубы и сварных швов высока
вероятность образования сводов и полостей в структу-
ре слоя. Разрушение сводов, как правило, достигается
только частичным или полным разрушением обра-
зующих их гранул. При замерах контролируемых па-
раметров загрузки – высоты слоя и его сопротивле-
ния – картина может быть вполне благополучной.
Предлагается послойное наращивание высоты
формируемого слоя выполнять в соответствии с раз-
работанной ГосНИПИ “Химтехнология” методикой
загрузки. Это обеспечивают оптимальные скорость
загрузки и высота падения гранул как гарантия необ-
ходимого ожижения поверхности слоя и достаточно-
сти времени для занятия частицей наиболее устойчи-
вого положения.
Для выполнения послойного наращивания слоя
разработаны и изготовлены загрузочные устройства
(ЗУ), конструктивно выполненные следующим обра-
зом. Закрепляемая на фланце трубы рама изготовлена
как одно целое с приемным бункером. На раме рас-
положены дозирующая система с блоком управления,
электроприводы дозатора и подъемника тормозов.
Сами тормоза перед загрузкой устанавливаются в
трубе и извлекаются по мере роста слоя, что ограни-
чивает высоту падения гранул катализатора до значе-
ний, экспериментально определяемых для каждого
вида катализатора.
Эффективность предлагаемых методик и уст-
ройств проверялась на стенде в трубе диаметром
26 мм с таблетированным катализатором размером
5 х 5 мм (применительно к реактору гидрирования
бензола) и в трубе диаметром 72 мм с кольцевым но-
сителем размером 16 х 16 мм.
В первом случае значения коэффициента сопротив-
ления 22 Uh
Pgdfэ
γ
Δ
=
[5] свидетельствуют о превосход-
стве предложенного метода загрузки над другими,
пригодными к применению в условиях реактора гид-
рирования бензола (табл. 1). Результаты исследований
были подтверждены при выполнении промышленной
загрузки в 1992 г.
Результаты, полученные при проведении экспе-
римента в трубе диаметром 72 мм, показали, что зна-
чения основных характеристик структуры слоя – по-
розности и перепада давлений – для традиционного
метода загрузки и предлагаемого близки. Однако слой,
сформированный из чулка, имеет значительные откло-
нения параметров от средней величины, в то время как
предлагаемый метод практически полностью воспро-
изводит полученный результат. Отсюда следует, что в
реальной печи ее трубы будут работать в одинаковых
условиях.
Таблица 1. Влияние способа формирования слоя таблеток
размером 5 х 5 мм на величину коэффициента гидравли-
ческого сопротивления fэ
Диапазон значений коэффициента гидравличе-
ского сопротивления при способах загрузки
Скорость
воздуха в
трубе, м/с порционно
со среза
трубы
уплотне-
нием
поршнем
ударным
воздейст-
вием
с помо-
щью ЗУ
0,2 11,5–11,9 15,1–16,0 14,7–21,7 20–21
1,0 6,3–6,9 12,1–12,3 7,8–10,4 10,4
3,2 2,7–3,1 3,4–3,7 3,2–4,1 4,0–4,2
Дополнительный эксперимент в реальных трубах
на ОАО “ДнепрАзот” подтвердил полученные ранее
результаты. Из табл. 2 видно, что при заданной высоте
слоя порядка 10 м порозность формируемой с помо-
щью ЗУ системы ниже, чем при традиционной загруз-
ке чулком; при этом масса загружаемого ЗУ катализа-
тора отклонялась от средней величины всего на 0,1 %
при практически постоянной величине перепада дав-
лений на слоях, измеряемого с помощью манометра.
Таблица 2. Результаты сравнительных испытаний спосо-
бов загрузки катализатора К-905Д-1 на ОАО “ДнепрАзот”
Способ
загрузки
Масса за-
грузки, кг
Порозность рас-
четная, м3/м3
Перепад дав-
лений, Н/м2
“Чулком” 41,700 0,433 1,45⋅105
ЗУ 42,000 0,429 1,60⋅105
42,050 0,428 1,60⋅105
41,950 0,429 1,60⋅105
Примечание. Высота слоя составляет 9,880 м, давление воз-
духа – 4,5·105Н/м2.
Промышленная загрузка катализатора К-905Д-1 в
печь риформинга на ОАО “ДнепрАзот” выполнялась
сотрудниками института ГосНИПИ "Химтехнология"
с помощью пяти ЗУ. “Чистое” время загрузки 504 ре-
акционных труб составило около 40 ч. Отклонение
перепадов сопротивления по печи не превысило 5 %.
Загрузка всех труб выполнена с первого раза без пере-
грузки и какой-либо корректировки структуры сфор-
мированных слоев. Подготовка катализатора свелась к
навеске порций по 20 кг.
Суммируя сказанное, можно сделать вывод, что
использование загрузочных устройств позволяет уп-
ростить процедуру загрузки катализатора и снизить ее
трудоемкость; избежать промежуточных замеров ха-
рактеристик слоя в процессе загрузки; достигнуть
однородности слоя по высоте каждой трубы и печи в
целом при увеличении его плотности; обеспечить ус-
тойчивую работу печи и увеличить срок службы труб
за счет устранения локальных перегревов их
поверхности.
Катализ и нефтехимия, 2001 №8 55
Литература
1. Адинберг Р.З., Иванов В.М., Дильман В.В., Докл.
АН СССР, 1986, 288 (2), 425–428.
2. Дильман В.В., Адинберг Р.З., Иванов В.М. и др.,
Хим. пром-сть, 1988, (11), 617–621.
3. Дильман В.В., Адинберг Р.З., Иванов В.М.,
ТОХТ, 1987, 21 (6), 783–787.
4. Адинберг Р.З., Дильман В.В., Иванов В.М.и др.,
Хим. пром-сть, 1990, (8), 23–26.
5. Аэров М.Э., Тодес О.М., Гидравлические и теп-
ловые основы работы аппаратов со стационарным и
кипящим зернистым слоем, Ленинград, Химия, 1968.
Поступила в редакцию 27 марта 2001 г.
Формування каталізаторних шарів з прогнозованими
структурними характеристиками
В.М. Іванова, В.В. Владимирова, Ф.В. Калінченкоа, О.Г. Дерябкоб, В.М. Трухановб, Ю.Ю. Турб
аДержавний науково-дослідний і проектний інститут
хімічних технологій "Хімтехнологія",
Україна, 93400 Луганська обл., Сєверодонецьк, вул. Вілесова, 1; факс: (06452) 2-53-67;
бВАТ "ДніпрАзот",
Україна, Дніпропетровська обл., Дніпродзержинськ, вул. Горобця, 1; факс:(05692) 7-87-48
Розглянуто і порівняно способи формування зернистих каталізаторних шарів у вузьких реакційних
об’ємах трубчастих печей і реакторів, а також випадки, коли відношення діаметра реакційної труби
до характерного розміру каталізаторної гранули близько п’яти. Наведено результати виконаних ав-
торами порівняльних досліджень зернистих шарів, сформованих різними способами. Показано при-
чини виникнення неоднорідностей структури при традиційних методах завантаження каталізатора і
запропоновано методику їх недопущення. Наведено опис розробленого в ДержНДПІ “Хімтехноло-
гія” (м. Сєверодонецьк) завантажувального пристрою, запропонованого для формування щільного
однорідного шару каталізатора в реакційних трубах печі риформінгу природного газу. Подано ре-
зультати стендових, дослідно-промислових випробувань завантажувальних пристроїв, проведених у
ВАТ "ДніпроАзот" (м. Дніпродзержинськ).
Formation of catalyst layers with predicted structural
characteristics
V.M. Ivanova, V.V. Vladimirova, F.V. Kalinchenkoa, A.G. Deryabkob, V.N. Truhanovb, Y.Y. Turb.
a 1, Vilesov Str., Severodonetsk, 93400, Lugansk obl., Ukraine, Fax: (06452) 2-53-67;
State Scientific Researsh & Planning Institute of chemical technologies “Khimtekhnologia”;
b 1, Gorobets Str., Dniprodzerzhinsk, Dnipropetrovsk obl., Ukraine, Fax: (05692) 7-87-48
Publicly held corporation “DniproAzot”
Methods of granulated catalytic layers formation in reaction volume of tube furnaces and reactors as well as
cases when the ratio of reaction tube diameter to catalytic granula characteristic size is about five have been ex-
amined and compared. The results of granulated layers (formed in different ways) comparative investigations
carried out by the authors have been presented. The reasons for structure heterogeneity in case of traditional
methods of catalyst charging have been revealed, procedure, of avoiding such negative aspects has been pro-
posed. The description of charging device developed in “Khimtexhnologia” and suggested for the purpose of
dense homogenous catalyst layer formation in reaction tubes of natural gas reforming furnace has been pre-
sented. The results of stand, experimental and industrial tests of charging devices, carried out in “DniproAzot”
have been illustrated.
|