Texnologik jarayonni avtomatlashtirish

Suyultirilgan gaz uchun Fisher Tropsh konversiya jarayonlari

Fisher-Tropsh sintez reaktorini konstrukstiyalashda asosiy vazifalardan biri katalizator qatlamidan issiqlikni o’tkazish muhim vazifalardan biri hisoblanadi. Yetakchi chet el firmalari tomonidan Fisher-Tropsh sintezini olib borish uchun qo’zg’almas va qo’zg’aluvchan qatlamli reaktorlar ishlab chiqilgan.
Katalizator yuklanadigan tor uzun trubalar sistemasi bilan ta’minlangan trubali reaktorni ishlatish oddiy . Sintez-gaz gaz oqimini turbulentligini hosil qilish uchun trubka orqali yuqori chiziqli tezlik bilan beriladi va yuqori issiqlik almashinish tezligini ta’minlaydi. Trubalararo bo’shliqda issiqlik tashuvchi, asosan suv beriladi, reaktordan chiqishda bug’ga aylanadi. Qo’zg’almas qatlamli katalizator bo’lgan trubali reaktorlar birmuncha afzalliklarga ega.
Bunday reaktorlarni sintez mahsuloti gazsimon yoki suyuqlik bo’lishidan qat’iy nazar, keng harorat intervalida ishlatish mumkin. Suyuq mahsulotlarni katalizatordan ajratish muammosi tez hal yechiladi. Suyuq mahsulot katalizator qatlamidan oqib o’tadi va quyi oqimning tutqich-sig’imida o’tgan gazdan ajratiladi. Shuning uchun bu reaktorlarni yuqori molekulali paraffin uglevodorodlar ishlab chiqarishda qo’llaniladi. H₂S ning o’tib ketish holatlari bo’lsa, uning qoldig’i hattoki tozalangan sintez-gazda ham qoladi, dezaktivastiyalash asosiy qismdan aktivligini yo’qotmasdan katalizatorning yuqori qatlamidan ajratib olinadi. Qo’zg’almas qatlamli katalizator bo’lgan reaktorning kamchiligi: reaktorning balandligi bo’ylab yuqori bosim gradienti kuzatilsa, berilayotgan sintez-gazining yuqori darajada siqilishida etishmovchilik paydo bo’ladi, bu esa gazni kompressorlar uchun ortiqcha sarfni talab qiladi.
Fisher-Tropsh reaktsiyasining tezligi diffuziya hodisasi bilan aniqlanadi, va jarayon intensivligi katalizator zarrachalarining o’lchamini kichiklashtirish yo’li bilan oshiriladi. Ba’zan kichik o’lchamli katalizator qo’llanilganda reaktor kesimi bo’ylab bosim gradientining oshishi kuzatiladi. Shuning uchun reaktor ish effektivligini oshirishda optimal katalizator zarrachalari o’lchami va bosim gradientini ta’minlash kerak. Sasol firmasida qo’laniladigan temir katalizatori yuqori zichlikka ega va ma’lum og’irlikdagi qatlamda turbulentlik hosil qilish uchun yuqori gaz tezligi talab qilinadi. Yuqori gaz tezligida gaz zarrachalarining yuza qatlami kichik bo’lib, issiqlik almashinish qurilmasining devorida va zarracha yuzasida diffuziyalanishning chegaralanishini kamaytiradi. Shuningdek, og’irlik zarrachalarining ishqalanishi issiqlik almashinish yuzasida suyuqlik yoki gaz yuza qatlamini minimumga erishishiga sabab bo’ladi. Issiqlik almashinish osonlashadi va issiqlik almashgich trubalarining devoriga issiq katalizator zarrachalarining urilishi tezlashadi. Bu ko’rsatkichlar mavhum qaynash qatlamli katalizator bo’lgan reaktorlarda qo’zg’almas qatlamli katalizator bo’lgan reaktorlardagiga nisbatan issiqlik almashinish yuqori samaradorlikka ega.
Mavhum qaynash qatlamli katalizator bo’lgan reaktorda issiqlik almashinish doirasi kichik. Shuningdek, bu reaktorda gaz tezligining ortishi bilan bosimning tushishi ortib bormaydi. Ushbu sharoitda reaktordagi bosimning tushishi mavhum qaynash qatlamli katalizator massasiga proporstional. Mavhum qaynash qatlamli katalizator bo’lgan sanoat reaktorida chiziqli tezlikning yuqori bo’lganligi turbulent rejimni ta’minlaydi, aralashish sirkulyastiyasi tezlashadi. Natijada bu reakstiya zonasi izotermik hisoblanadi.
Qattiq zarrachalar qatlamining mavhum qaynashi suyuqlik oquvchanlikka ega bo’lishini, reaktorga yangi katalizator qismini qo’shib turish qulayligini, eskisini, ya’ni ishlatilgan katalizatorni esa reakstion zonadan uzluksiz chiqarilib turishini ta’minlaydi. Shunday qilib katalizatorni reakstion zonada bo’lish vaqtini kamaytirish mumkin, natijada sintezni olib borishda ishga qobiliyatli katalizator gaz konversiyasini yuqori darajada bo’lishini ta’minlaydi. Katalizatorni chiqarib olish va qo’shishning oddiyligi reaktorga qaytarish vaqtini ahamiyatli darajada qisqartiradi (ishni tugallashdan ishni boshlanishigacha bo’lgan vaqt oralig’i). Bu turdagi reaktorning muhim kamchiligi kichik o’lchamga (100 mkm) ega bo’lgan gaz zarrachalaridan o’tgan katalizator zarrachalarini maksimal darajada to’liq ajratish qiyin.
Katalizator zarrachalarini ajratish uchun reaktordan keyin o’rnatilgan stiklon qo’llaniladi. 99% ajratish darajasida ham stiklonda katalizatorni yo’qotish muhim ahamiyatga ega. Shuning uchun katalizator changini ushlab qolishda qo’shimcha yog’li skrubberlar o’rnatish zarur. Gazdan o’tgan katalizator zarrachalarini ajratish samaradorligini oshirish uchun g’ovaksimon metall filtrdan foydalanish tavsiya qilinadi. Reaktorda katalizator sirkulyastiyasida ishchi zonadagi mavhum qaynash qatlamida chiziqli tezlik juda yuqori, temir katalizatorini abraziv ta’siri natijasida eroziya kuzatiladi, u holda bu zonada reaktor devorini keramika himoya qatlami bilan qoplash talab etiladi. Bunday zonaning bo’lishi va uni doimiy texnik nazoratda boshqarilishi reaktorda bo’lish vaqtini va jarayonni olib borilish sarfini oshiradi.
Suspenzion reaktor mavhum qaynash qatlamli katalizator bo’lgan reaktorning boshqacha yaratilgani. Bu erda katalizator mayda zarrachalari suyuq fazada suspenziyalangan, u orqali gaz barbotajlanadi, katalizatorning mavhum qaynash qatlami uch fazali sistemada bo’ladi. Fisher-Tropsh jarayonining bunday variantida sintez sharoiti suyuq holatda bo’lib, yuqori molekulali paraffin uglevodorodlar ishlab chiqarish uchun qo’llaniladi. Suspenzion reaktorning qo’zg’almas qatlamli katalizator bo’lgan reaktordan afzalliklari quyidagicha. Suspenzion-reaktorlarni konstrukstiyalash sarfi aynan shunday unumdorlikka ega bo’lgan trubali reaktorlarga nisbatan kichik. Suspenzionreaktorda bosim tushishi gazni kompressorlash sarfiga nisbatan kichik. Mavhum qaynash qatlamli katalizator bo’lgan reaktorlarda katalizator yangisini qo’shish va eskisini chiqarib olish oddiy bosqich hisoblanadi. Katalizator suspenzion qatlami qo’zg’almas qatlamli katalizatorga nisbatan izotermik.
Katalizator zarrachalari bilan suspenziyalangan suyuq parafin reakstiya issiqligini yutadi, natijada katalizator qizishi hosil bo’lmaydi. Shuning uchun Fisher-Tropsh jarayonini yuqori haroratda olib boriladi. Suspenzion-reaktor ishchi harorat intervalini paraffin tabiatiga ko’ra tanlanadi: past haroratda u juda qovushqoq bo’ladi, 280⁰C haroratdan yuqorida gidrokreking jarayoni boshlanadi, bu holat parafin miqdorini kamayishiga olib keladi. Suspenzion-reaktorda yuqori molekulali uglevodorodlarni olishning qiyinchiligi ularni katalizator zarrachalaridan ajratish murakkabligidir. Analizning fizik-kimyoviy xarakteristikasiga asosan va jarayonqonuniyatiga ko’ra Fisher-Tropsh reaktoriga quyidagicha talab qo’yiladi:
1) katalizator qatlami izotermikligi;
2) reakstion hajmda katalitik aktiv moddaning yuqori konstentrastiyasi;
3) gaz-suyuqlik fazalar chegarasida solishtirma yuzaning kattaligi;
4) katalizator donasining kichik xarakterli o’lchamga ega bo’lishi (ya’ni, kichik effektiv diffuzion radiusga);
5) reaktorda bosimning tushishi past bo’lishi;
6) reakstion hajmda suv konstentrastiyasining past bo’lishi (masalan, reakstion hajmda sust bo’ylama aralashtirish).