ohrev chemických reaktorov

Máme viac ako 20 rokov skúseností v indukčný ohrev a vyvinula, navrhla, vyrobila, nainštalovala a uviedla do prevádzky systémy ohrevu nádob a potrubí v mnohých krajinách po celom svete.Vzhľadom na to, že systém ohrevu je prirodzene jednoduchý a veľmi spoľahlivý, možnosť ohrevu pomocou indukcie by sa mala považovať za preferovanú voľbu.Indukčný ohrev v sebe zahŕňa všetky výhody elektrickej energie, ktorá sa prenáša priamo do procesu a transformuje sa na teplo presne tam, kde je potrebné. Možno ho úspešne použiť prakticky na akúkoľvek nádobu alebo potrubný systém, ktorý potrebuje zdroj tepla.

Indukcia ponúka mnoho výhod, ktoré sa nedajú dosiahnuť inými spôsobmi, a poskytuje lepšiu efektivitu výroby a lepšie prevádzkové podmienky, pretože nedochádza k výraznému vyžarovaniu tepla do okolia. Systém je obzvlášť vhodný pre reakčné procesy s úzkou kontrolou, ako je napríklad výroba syntetických živíc v oblasti ohrozenia.

Ako každý indukčná vykurovacia nádoba je prispôsobená špecifickým potrebám a požiadavkám každého zákazníka, ponúkame rôzne veľkosti s rôznou rýchlosťou ohrevu. Naši inžinieri majú dlhoročné skúsenosti s vývojom na mieru indukčné vykurovacie systémy pre širokú škálu aplikácií v rôznych priemyselných odvetviach. Ohrievače sú navrhnuté tak, aby presne vyhovovali požiadavkám procesu, a sú skonštruované tak, aby sa dali rýchlo namontovať na nádobu buď v našich závodoch, alebo na mieste.

JEDINEČNÉ VÝHODY

- Žiadny fyzický kontakt medzi indukčnou cievkou a stenou vyhrievanej nádoby.
- Rýchle spustenie a vypnutie. Žiadna tepelná zotrvačnosť.
- Nízke tepelné straty
- Presná regulácia teploty výrobku a steny nádoby bez nadmerného odstreku.
- Vysoký príkon energie. Ideálne pre automatické alebo mikroprocesorové riadenie
- Bezpečná oblasť ohrozenia alebo štandardná priemyselná prevádzka pri sieťovom napätí.
- Rovnomerné vykurovanie bez znečistenia s vysokou účinnosťou.
- Nízke prevádzkové náklady.
- Práca pri nízkych alebo vysokých teplotách.
- Jednoduché a flexibilné ovládanie.
- Minimálna údržba.
- Konzistentná kvalita výrobkov.
- Ohrievač je samostatne zabudovaný v nádobe, čím sa vytvára minimálna požiadavka na podlahovú plochu.

Indukčné vykurovacie špirály sú k dispozícii pre kovové nádoby a nádrže väčšiny foriem a tvarov, ktoré sa v súčasnosti používajú. Od niekoľkých centrimetrov až po niekoľko metrov priemeru alebo dĺžky. Úspešne sa dajú vyhrievať nádoby z mäkkej ocele, plátovanej mäkkej ocele, plnej nehrdzavejúcej ocele alebo neželezných kovov. Všeobecne sa odporúča minimálna hrúbka steny 6 mm.

Menovité výkony jednotiek sa pohybujú od 1 kW do 1500 kW. Pri indukčných vykurovacích systémoch neexistuje žiadne obmedzenie hustoty príkonu. Akékoľvek existujúce obmedzenie je dané maximálnou kapacitou absorpcie tepla výrobku, procesom alebo metalurgickými vlastnosťami materiálu steny nádoby.

Indukčné vykurovanie v sebe zahŕňa všetky výhody elektrickej energie, ktorá sa prenáša priamo do procesu a premieňa sa na teplo presne tam, kde je potrebné. Keďže ohrev prebieha priamo v stene nádoby v kontakte s výrobkom a tepelné straty sú mimoriadne nízke, systém je vysoko účinný (až 90%).

Indukčný ohrev ponúka množstvo výhod, ktoré sa nedajú dosiahnuť inými spôsobmi, a poskytuje lepšiu efektivitu výroby a lepšie prevádzkové podmienky, pretože nedochádza k výraznému vyžarovaniu tepla do okolia.

Typické priemyselné odvetvia využívajúce indukčný procesný ohrev:

- Reaktory a kotly
- Lepidlá a špeciálne nátery
- Chemický priemysel, plynárenstvo a ropný priemysel
- Spracovanie potravín
- Hutníctvo a povrchová úprava kovov

- Predhrievanie zvárania
- Povrchová úprava
- Vykurovanie plesní
- Montáž a montáž
- Tepelná montáž
- Sušenie potravín
- Ohrev kvapalín v potrubí
- Vykurovanie a izolácia nádrží a plavidiel

Indukčný ohrievač HLQ In-Line Heater sa môže použiť na:

- Ohrev vzduchu a plynu pre chemické a potravinárske spracovanie
- Ohrev horúceho oleja pre procesné a jedlé oleje
- Odparovanie a prehrievanie: Okamžité zvyšovanie pary, nízka a vysoká teplota / tlak (do 800 ºC pri 100 baroch)

Medzi predchádzajúce projekty v oblasti nádob a priebežných ohrievačov patria:

Reaktory a kotly, autoklávy, procesné nádoby, skladovacie a usadzovacie nádrže, vane, kade a kotly, tlakové nádoby, odparovače a prehrievače, výmenníky tepla, rotačné bubny, potrubia, nádoby s ohrevom na dve palivá

Predchádzajúci projekt In-Line Heater zahŕňa:

Vysokotlakové ohrievače pary, regeneračné ohrievače vzduchu, ohrievače mazacích olejov, ohrievače jedlých olejov a kuchynských olejov, plynové ohrievače vrátane ohrievačov dusíka, dusíkového argónu a katalytického bohatého plynu (CRG).

Indukčný ohrev je bezkontaktná metóda selektívneho ohrevu elektricky vodivých materiálov pomocou striedavého magnetického poľa, ktoré indukuje elektrický prúd, známy ako vírivý prúd, v materiáli, známom ako susceptor, čím sa susceptor ohrieva. Indukčný ohrev sa už mnoho rokov používa v metalurgickom priemysle na ohrev kovov, napr. na tavenie, rafináciu, tepelné spracovanie, zváranie a spájkovanie. Indukčný ohrev sa praktizuje v širokom rozsahu frekvencií, od frekvencií striedavého prúdu s frekvenciou 50 Hz až po frekvencie desiatok MHz.

Pri danej indukčnej frekvencii sa účinnosť ohrevu indukčného poľa zvyšuje, ak je v objekte dlhšia vodivá cesta. Veľké pevné obrobky sa môžu ohrievať pri nižších frekvenciách, zatiaľ čo malé predmety si vyžadujú vyššie frekvencie. Pri danej veľkosti predmetu, ktorý sa má ohrievať, príliš nízka frekvencia poskytuje neúčinný ohrev, pretože energia v indukčnom poli nevytvára požadovanú intenzitu vírivých prúdov v predmete. Na druhej strane príliš vysoká frekvencia spôsobuje nerovnomerný ohrev, pretože energia v indukčnom poli nepreniká do objektu a vírivé prúdy sa indukujú len na povrchu alebo v jeho blízkosti. Indukčný ohrev kovových štruktúr prepúšťajúcich plyn však nie je v doterajšej technike známy.

Predchádzajúce moderné procesy katalytických reakcií v plynnej fáze vyžadujú, aby mal katalyzátor veľký povrch, aby sa molekuly reagujúceho plynu dostali do maximálneho kontaktu s povrchom katalyzátora. V predchádzajúcich technologických postupoch sa na dosiahnutie požadovanej plochy povrchu zvyčajne používa buď porézny katalyzátorový materiál, alebo mnoho malých katalytických častíc s vhodnou podporou. Tieto predchádzajúce postupy sa spoliehajú na vedenie, sálanie alebo konvekciu, aby katalyzátoru dodali potrebné teplo. Na dosiahnutie dobrej selektivity chemickej reakcie by všetky časti reaktantov mali mať rovnakú teplotu a katalytické prostredie. Pri endotermickej reakcii musí byť preto rýchlosť dodávky tepla čo najrovnomernejšia v celom objeme katalytického lôžka. Kondukcia, konvekcia, ako aj žiarenie sú vo svojej podstate obmedzené v schopnosti zabezpečiť potrebnú rýchlosť a rovnomernosť dodávky tepla.

V patente GB 2210286 (GB '286), ktorý je typickým príkladom predchádzajúceho stavu techniky, sa uvádza montáž malých častíc katalyzátora, ktoré nie sú elektricky vodivé, na kovový nosič alebo dopovanie katalyzátora, aby sa stal elektricky vodivým. Kovový nosič alebo dopujúci materiál sa indukčne zahrieva a následne zahrieva katalyzátor. V tomto patente sa uvádza použitie feromagnetického jadra, ktoré prechádza centrálne cez katalyzátorové lôžko. Uprednostňovaným materiálom pre feromagnetické jadro je kremíkové železo. Hoci je zariadenie uvedené v patente GB 2210286 užitočné na reakcie do približne 600 °C, pri vyšších teplotách trpí vážnymi obmedzeniami. Magnetická permeabilita feromagnetického jadra by sa pri vyšších teplotách výrazne zhoršila. Podľa Erickson, C. J., "Handbook of Heating for Industry", s. 84 - 85, sa magnetická permeabilita železa začína zhoršovať pri 600 C a účinne zaniká pri 750 C. Keďže v usporiadaní podľa GB '286 magnetické pole v lôžku katalyzátora závisí od magnetickej permeability feromagnetického jadra, takéto usporiadanie by účinne neohrialo katalyzátor na teploty vyššie ako 750 C, nehovoriac o dosiahnutí teploty vyššej ako 1 000 C potrebnej na výrobu HCN.

Prístroj uvedený v patente GB 2210286 sa tiež považuje za chemicky nevhodný na prípravu HCN. HCN sa vyrába reakciou amoniaku a uhľovodíkového plynu. Je známe, že železo spôsobuje rozklad amoniaku pri zvýšených teplotách. Predpokladá sa, že železo prítomné vo feromagnetickom jadre a v nosiči katalyzátora v reakčnej komore GB '286 by spôsobovalo rozklad amoniaku a skôr by brzdilo ako podporovalo požadovanú reakciu amoniaku s uhľovodíkom za vzniku HCN.

Kyanovodík (HCN) je dôležitá chemická látka s mnohými spôsobmi použitia v chemickom a banskom priemysle. HCN je napríklad surovinou na výrobu adiponitrilu, acetónkyanohydrínu, kyanidu sodného a medziproduktov pri výrobe pesticídov, poľnohospodárskych produktov, chelátových činidiel a krmív pre zvieratá. HCN je vysoko toxická kvapalina, ktorá vrie pri 26 °C, a preto podlieha prísnym predpisom o balení a preprave. V niektorých aplikáciách je HCN potrebný na vzdialených miestach vzdialených od veľkých výrobných zariadení HCN. Preprava HCN na takéto miesta predstavuje veľké nebezpečenstvo. Výroba HCN na miestach, kde sa má používať, by zabránila nebezpečenstvám, ktoré sa vyskytujú pri jeho preprave, skladovaní a manipulácii. Výroba HCN v malom rozsahu na mieste s použitím predchádzajúcich postupov by nebola ekonomicky uskutočniteľná. Výroba HCN na mieste v malom, ako aj vo veľkom rozsahu je však technicky a ekonomicky uskutočniteľná s použitím postupov a prístrojov tohto vynálezu.

HCN môže vzniknúť, keď sa zlúčeniny obsahujúce vodík, dusík a uhlík spoja pri vysokých teplotách s katalyzátorom alebo bez neho. Napríklad HCN sa zvyčajne vyrába reakciou amoniaku a uhľovodíka, čo je reakcia, ktorá je vysoko endotermická. Tri komerčné procesy na výrobu HCN sú Blausaure aus Methan und Ammoniak (BMA), Andrussow a Shawinigan. Tieto procesy možno rozlíšiť podľa spôsobu výroby a prenosu tepla a podľa toho, či sa používa katalyzátor.

Andrussov proces využíva teplo vznikajúce pri spaľovaní uhľovodíkového plynu a kyslíka v objeme reaktora na zabezpečenie reakčného tepla. Proces BMA využíva teplo generované vonkajším spaľovacím procesom na ohrev vonkajšieho povrchu stien reaktora, ktorý následne ohrieva vnútorný povrch stien reaktora, a tým poskytuje reakčné teplo. Shawiniganov proces využíva elektrický prúd tečúci cez elektródy vo fluidnom lôžku na zabezpečenie reakčného tepla.

Pri Andrussovom procese reaguje zmes zemného plynu (zmes uhľovodíkov s vysokým obsahom metánu), amoniaku a kyslíka alebo vzduchu v prítomnosti platinového katalyzátora. Katalyzátor zvyčajne pozostáva z niekoľkých vrstiev platinového/rodiového drôtu. Množstvo kyslíka je také, aby čiastočné spaľovanie reaktantov poskytlo dostatok energie na predhriatie reaktantov na prevádzkovú teplotu vyššiu ako 1 000 °C, ako aj reakčné teplo potrebné na tvorbu HCN. Produktmi reakcie sú HCN, H2, H2O, CO, CO2 a stopové množstvá vyšších dusitanov, ktoré sa musia následne oddeliť.

Pri procese BMA prúdi zmes amoniaku a metánu vo vnútri neporéznych keramických rúrok vyrobených z vysokoteplotného žiaruvzdorného materiálu. Vnútro každej trubice je vystlané alebo pokryté časticami platiny. Rúrky sa umiestnia do vysokoteplotnej pece a zvonka sa zahrievajú. Teplo sa vedie cez keramickú stenu na povrch katalyzátora, ktorý je neoddeliteľnou súčasťou steny. Reakcia zvyčajne prebieha pri teplote 1300 °C, keď sa reaktanty dostávajú do kontaktu s katalyzátorom. Potrebný tepelný tok je vysoký vzhľadom na zvýšenú reakčnú teplotu, veľké reakčné teplo a skutočnosť, že pod reakčnou teplotou môže dôjsť ku koksovaniu povrchu katalyzátora, čím sa katalyzátor deaktivuje. Keďže každá trubica má zvyčajne priemer približne 1″, na splnenie výrobných požiadaviek je potrebný veľký počet trubíc. Produktmi reakcie sú HCN a vodík.

V Shawiniganovom procese sa energia potrebná na reakciu zmesi pozostávajúcej z propánu a amoniaku dodáva elektrickým prúdom tečúcim medzi elektródami ponorenými do fluidného lôžka nekatalytických častíc koksu. Neprítomnosť katalyzátora, ako aj neprítomnosť kyslíka alebo vzduchu v Shawiniganovom procese znamená, že reakcia musí prebiehať pri veľmi vysokých teplotách, ktoré zvyčajne presahujú 1 500 °C. Vyžadované vyššie teploty kladú ešte väčšie obmedzenia na konštrukčné materiály pre tento proces.

Hoci je známe, že HCN sa môže vyrábať reakciou NH3 a uhľovodíkového plynu, ako je CH4 alebo C3H8, v prítomnosti katalyzátora z kovu skupiny Pt, stále existuje potreba zlepšiť účinnosť takýchto a príbuzných procesov, aby sa zlepšila ekonomika výroby HCN, najmä pri výrobe v malom rozsahu. Je obzvlášť dôležité minimalizovať spotrebu energie a prieraz amoniaku pri maximalizácii rýchlosti výroby HCN v porovnaní s množstvom použitého katalyzátora z drahých kovov. Okrem toho by katalyzátor nemal nepriaznivo ovplyvňovať výrobu HCN podporovaním nežiaducich reakcií, ako je napríklad koksovanie. Okrem toho je žiaduce zlepšiť aktivitu a životnosť katalyzátorov používaných v tomto procese. Významná časť investícií do výroby HCN sa týka katalyzátora platinovej skupiny. Súčasný vynález ohrieva katalyzátor priamo, a nie nepriamo, ako to bolo v predchádzajúcom stave techniky, a tým dosahuje tieto želania.

Ako už bolo uvedené, je známe, že relatívne nízkofrekvenčné indukčné vykurovanie poskytuje dobrú rovnomernosť dodávky tepla pri vysokých úrovniach výkonu do objektov, ktoré majú relatívne dlhé elektrické vodivé dráhy. Pri poskytovaní reakčnej energie endotermickej katalytickej reakcii v plynnej fáze je potrebné, aby sa teplo dodávalo priamo katalyzátoru s minimálnymi energetickými stratami. Požiadavky na rovnomernú a účinnú dodávku tepla do hmoty katalyzátora s veľkou plochou povrchu a priepustnosťou pre plyny sa zdajú byť v rozpore s možnosťami indukčného ohrevu. Tento vynález je založený na neočakávaných výsledkoch získaných pri konfigurácii reaktora, v ktorom má katalyzátor novú štrukturálnu formu. Táto štrukturálna forma kombinuje vlastnosti: 1) účinne dlhú dĺžku dráhy elektrického vedenia, ktorá uľahčuje účinný priamy indukčný ohrev katalyzátora rovnomerným spôsobom, a 2) katalyzátor s veľkým povrchom; tieto vlastnosti spolupracujú na uľahčení endotermických chemických reakcií. Úplný nedostatok železa v reakčnej komore uľahčuje výrobu HCN reakciou NH3 a uhľovodíkového plynu.

Reaktory s indukčným ohrevom