Реактор для проведения каталитических процессов

Изобретение относится к области процессов и аппаратов химической технологии и может быть использовано для осуществления гетерогенных каталитических реакций углеводородов. Реактор включает корпус, крышку и днище, штуцеры для ввода исходной газовой смеси и вывода целевого продукта, газопроницаемую горизонтальную перегородку, на которой расположен неподвижный слой гранулированных частиц катализатора. Внутри реактора с зазором к корпусу установлена дополнительная внутренняя стенка, выполненная из листового металла, верхняя часть которой соединена с корпусом, а нижняя часть - с газопроницаемой перегородкой, при этом дополнительная внутренняя стенка имеет высоту выше верхней границы слоя катализатора и имеет ряд отверстий, расположенных выше верхней границы слоя катализатора, и ряд отверстий, расположенных в нижней ее части, для обеспечения прохождения доли реакционного потока через зазор между корпусом реактора и дополнительной внутренней стенкой. На входном штуцере установлено распределительное устройство, состоящее из входного канала кольцевой формы, центрального осесимметричного выходного канала, нескольких соединяющих указанные каналы патрубков, расположенных тангенциально к указанному выходному каналу, и отбойного диска. Изобретение позволяет гомогенно перемешивать двухфазный поток на входе в реактор и его равномерно распределять на слой катализатора, снизить теплопотери через стенки реактора. 3 з.п. ф-лы, 3 ил.

 

Изобретение относится к области процессов и аппаратов химической технологии и может быть использовано для осуществления гетерогенных каталитических реакций, в том числе процессов селективного превращения углеводородов в процессах нефтепереработки.

Известно, что эффективность каталитического гетерогенного процесса зависит от характера распределения технологических параметров в слое катализатора. Для создания оптимальных условий проведения процесса необходимо обеспечить равномерное распределение потока на входе в слой катализатора. Эта проблема становится особо актуальной в случае двухфазного (жидкость-газ) входного потока, имеющего место для многих процессов переработки нефтепродуктов, например гидроочистки. Для создания этих условий используют специальные конструкции распределителей потока, которые устанавливают на входе в реактор перед слоем катализатора. Кроме того, необходимо создание оптимального распределения температуры в слое. Как правило, это заданный градиент температуры по длине слоя, который организуют различными методами подвода или отвода тепла по длине слоя. Равномерное распределение температуры в поперечных сечениях слоя обеспечивают, снижая теплопотери через стенки реактора.

Известны конструкции распределителей входного потока, которые достаточно эффективно работают в случае однофазного потока [Ч.Сеттерфилд. Практический курс гетерогенного катализа. М.: «Мир», 1984, с.404]. При распределении двухфазного потока газ-жидкость такие конструкции, как правило, не обеспечивают однородное распределение обеих составляющих реакционного потока.

Традиционно, в нефтепереработке для распределения двухфазного потока используют устройства, выполненные в виде т.н. колпачковых решеток [Г.Л.Вихман, С.А.Круглов. Основы конструирования аппаратов и машин нефтеперерабатывающих заводов. М., Машиностроение, 1978. Стр.230]. Это устройство характеризуется сравнительной простотой конструкции и незначительным гидравлическим сопротивлением. Известны модификации колпачковых решеток [Патенты РФ №2192303, B 01 J 8/02, 10.11.2002; №2206383, B 01 J 8/00, 20.06.2003]. Общим недостатком такого типа распределительного устройства является дискретный характер ввода жидкой фазы в слой катализатора из-за конечного числа отверстий, через которые происходит перелив жидкой составляющей потока на нижележащий слой. Кроме того, эффективность такого устройства критична к его монтажу в реакторе. Незначительные отклонения от горизонтального расположения приводят к перетоку жидкости по поверхности колпачковой решетки к пониженному участку и преимущественному поступлению жидкости в слой в этом месте.

Известны конструкции каталитических реакторов, в которых снижение теплопотерь через стенки реактора достигается установкой внутри реактора дополнительной стенки, размещенной с зазором к основной стенке, и пропусканием через зазор всего реакционного потока [Патент РФ №2070827, B 01 J 8/04, 27.12.27]. Последнее ограничивает возможности оптимизации температурного режима в слое катализатора из-за невозможности регулировки расхода.

Наиболее близким по количеству сходных признаков к заявляемому является реактор для проведения каталитических процессов [Патент РФ №1594755, B 01 J 8/02, 20.11.1996]. Реактор имеет корпус, штуцера для ввода исходной реакционной смеси и вывода целевого продукта, газопроницаемую перегородку, на которой размещен слой катализатора, распределительное устройство, установленное на входе в реактор. Распределительное устройство состоит из размещенного аксиально в реакторе патрубка, заглушенного снизу и имеющего боковые окна для ввода углеводородного сырья и тангенциально размещенного горизонтального патрубка для ввода водяного пара. Ниже патрубка для ввода углеводородного сырья размещен перфорированный диск.

Известная конструкция реактора имеет ограничения в применении, связанные с тем, что для качественного распределения реакционной смеси в реактор необходимо подать на вход два потока, один из которых, в данном случае это водяной пар, должен обладать сравнительно большим запасом энергии для аксиальной закрутки и распределения всего потока по сечению реактора.

Изобретение направлено на достижение гомогенного перемешивания двухфазного потока на входе в реактор и его равномерного распределения на слой катализатора, снижение теплопотерь через стенки реактора и подвод дополнительного тепла в нижнюю часть слоя катализатора. Это позволяет обеспечить проведение эндотермических реакций в условиях, близких к оптимальным, практически полностью устранить возникновение неоднородностей двухфазного потока в слое катализатора.

Указанный результат достигается тем, что реактор для проведения гетерогенных каталитических реакций, в частности реакций селективных превращений углеводородов в нефтепереработке, включает корпус, крышку и днище, штуцеры для ввода исходной газовой смеси и вывода целевого продукта, газопроницаемую горизонтальную перегородку, на которой расположен слой гранулированных частиц катализатора, внутри реактора с зазором к корпусу установлена дополнительная внутренняя стенка, выполненная из листового металла, верхняя часть которой соединена с корпусом, а нижняя часть - с газопроницаемой перегородкой, при этом дополнительная внутренняя стенка имеет высоту выше верхней границы слоя катализатора и имеет ряд отверстий, расположенных выше верхней границы слоя катализатора, и ряд отверстий, расположенных в нижней ее части, для обеспечения прохождения доли реакционного потока через зазор между корпусом реактора и дополнительной внутренней стенкой, на входном штуцере установлено распределительное устройство, состоящее из входного канала кольцевой формы, центрального осесимметричного выходного канала, нескольких соединяющих указанные каналы патрубков, расположенных тангенциально к указанному выходному каналу, и отбойного диска.

Ряд отверстий в нижней части дополнительной стенки расположен на высоте до 0.3 высоты слоя катализатора, преимущественно 0.1-0.15 указанной высоты.

Указанные соединительные патрубки располагают по высоте, преимущественно, от 1 до 3 рядов, а отношение длины соединительных патрубков к их поперечному размеру составляет не менее 2.

Отбойный диск распределительного устройства расположен горизонтально с зазором по высоте от нижнего среза указанного центрального осесимметричного выходного канала.

На фиг.1 показан в разрезе реактор для проведения гетерогенных каталитических реакций, в частности реакций селективных превращений углеводородов.

На фиг.2 в увеличенном масштабе изображен фрагмент реактора, включающий слой катализатора, внешнюю и внутреннюю стенки реактора.

На фиг.3 показано распределительное устройство, установленное на входном штуцере.

Реактор для проведения гетерогенных каталитических реакций, в частности реакций селективных превращений углеводородов, состоит из корпуса 1, крышки 2 и днища 3, штуцеров для ввода исходной газовой смеси 4 и вывода целевого продукта 5, горизонтальной газопроницаемой перегородки 6, на которой помещен слой катализатора 7, внутренней стенки 8, имеющей верхний 9 и нижний 10 ряд отверстий для прохода части реакционной смеси, кольцевого канала 11 на входе в распределительное устройство 12, соединительных патрубков 13, выходного канала 14, расположенного осесимметрично в реакторе, отбойного диска 15, прикрепленного к распределительному устройству 12 стойками 16.

Реактор работает следующим образом. Поток исходной смеси газа и жидкости поступает в реактор через входной штуцер 4 и распределительное устройство 12. Проходя через кольцевой канал 11 и тангенциально расположенные соединительные патрубки 13, поток приобретает в выходном канале 14 осевую закрутку, диспергируется за счет повышения скорости потока и затем, обтекая отбойный диск 15, распределяется равномерно по сечению реактора. Далее основная часть потока проходит через слой катализатора 7, а небольшая часть потока проходит через верхний ряд отверстий 9 в кольцевой зазор, образованный корпусом реактора 1 и внутренней стенкой 8, и затем через нижний ряд отверстий 10 в стенке 8 поступает в нижнюю часть слоя катализатора 7. Такое частичное байпасирование газовой фазы потока обеспечивает дополнительную теплоизоляцию слоя катализатора и подвод дополнительного тепла в нижнюю часть слоя. Это имеет большое значение в случае проведения эндотермических реакций для оптимизации температурных профилей в слое катализатора и повышения выхода целевого продукта. После прохождения слоя 7 поток проходит газопроницаемую перегородку 6 и выходит за пределы реактора через выходной штуцер 5.

1. Реактор для проведения каталитических процессов, в том числе, гетерогенных каталитических реакций углеводородов, включающий корпус, крышку и днище, штуцера для ввода исходной газовой смеси и вывода целевого продукта, газопроницаемую горизонтальную перегородку, на которой расположен слой гранулированных частиц катализатора, отличающийся тем, что внутри реактора с зазором к корпусу установлена дополнительная внутренняя стенка, выполненная из листового металла, верхняя часть которой соединена с корпусом, а нижняя часть - с газопроницаемой перегородкой, при этом дополнительная внутренняя стенка имеет высоту выше верхней границы слоя катализатора и имеет ряд отверстий, расположенных выше верхней границы слоя катализатора, и ряд отверстий, расположенных в нижней ее части, для обеспечения прохождения доли реакционного потока через зазор между корпусом реактора и дополнительной внутренней стенкой, на входном штуцере установлено распределительное устройство, состоящее из входного канала кольцевой формы, центрального осесимметричного выходного канала, нескольких соединяющих указанные каналы патрубков, расположенных тангенциально к указанному выходному каналу, и отбойного диска.

2. Реактор по п.1, отличающийся тем, что ряд отверстий в нижней части дополнительной стенки расположен на высоте до 0,3 высоты слоя катализатора, преимущественно, 0,1-0,15 указанной высоты.

3. Реактор по п.1, отличающийся тем, что указанные соединительные патрубки располагают по высоте преимущественно от 1 до 3 рядов, а отношение длины соединительных патрубков к их поперечному размеру составляет не менее 2.

4. Реактор по п.1, отличающийся тем, что отбойный диск расположен горизонтально с зазором по высоте от нижнего среза указанного центрального осесимметричного выходного канала.