Безэкранный реактор с подвижным слоем
Изобретение относится к устройству для контактирования слоя дисперсного материала с поперечно текущей жидкостью. Реактор содержит первую и вторую твердые перегородки с отверстиями. Обе перегородки ограничивают объем для удерживания частиц. Внутренние стенки перегородки являются боковыми поверхностями объема для удерживания частиц. Также реактор имеет множество первых и вторых клапанов. Каждый первый клапан имеет переднюю кромку, прикрепленную к внутренней стенке первой перегородки. А его задняя кромка продолжается в объем для удерживания частиц, где первые клапаны покрывают отверстия первой перегородки. Каждый второй клапан имеет переднюю кромку, прикрепленную к внутренней стенке второй перегородки. А его задняя кромка продолжается в объем для удерживания частиц, где вторые клапаны покрывают отверстия второй перегородки. Конструкция позволяет снизить потери катализатора и повысить эффективность его использования. 8 з.п. ф-лы, 3 ил.
Это изобретение относится к области контактирования жидкость - частица и к устройству для контактирования жидкостей и частиц. Более конкретно, это изобретение относится к движущемуся слою частиц с поперечным протеканием жидкости.
В широком спектре процессов используются реакторы с радиальным потоком, чтобы обеспечить контакт между жидкостью и твердой фазой. Твердая фаза обычно содержит каталитический материал, на котором жидкость реагирует с образованием продукта, или адсорбент для селективного удаления компонента из жидкости. Процессы охватывают ряд процессов, включающих конверсию углеводородов, обработку газов и адсорбцию для разделения.
Реакторы с радиальным потоком сконструированы таким образом, что реактор имеет кольцевое строение, и предусмотрены кольцевые приспособления для распределения и улавливания. Устройства для распределения и улавливания включают какой-либо тип экранирующей поверхности. Экранирующая поверхность существует для того, чтобы удерживать слой катализатора адсорбента на месте, и для того, чтобы способствовать распределению давления на поверхность реактора или адсорбера и облегчать радиальное протекание через слой реактора. Экран может быть решеткой из проволоки или из другого материала или перфорированной пластиной. Для движущегося слоя экран или решетка обеспечивает барьер для предотвращения потерь твердых частиц катализатора, что позволяет жидкости протекать через слой. Требуется, чтобы отверстия в экране, пропускающие жидкость, были достаточно малы, чтобы предотвращать вымывание твердой фазы через экран. Частицы твердого катализатора добавляют сверху, и они протекают через устройство, и их удаляют внизу, по мере прохождения через огороженный экраном объем, что обеспечивает протекание жидкости над катализатором. Экран предпочтительно конструируют из нереакционноспособного материала, но в реальности экран часто претерпевает какую-либо реакцию через коррозию, и со временем возникают проблемы из-за корродированного экрана или решетки.
Размеры экранов или сеток, используемых для удерживания частиц катализатора в слое, подбирают таким образом, чтобы отверстия были достаточно малы для предотвращения прохождения через них частиц. Важной проблемой является коррозия решеток или экранов, используемых для удерживания слоев катализатора на месте или для распределения реагентов по реакторному слою. Могут иметь место реакции, которые вызывают отложение материала на экранах, который, в свою очередь, забивает отверстия в экране. Коррозия также может забивать отверстия в экране или решетке. Это создает мертвые объемы, где жидкость не течет, и где контакт жидкость - твердая фаза является слабым или отсутствует, и соответственно имеется потеря эффективности, так же как и потери катализатора. Коррозия может также создавать большие отверстия, причем в этом случае частицы катализатора могут вытекать из слоя катализатора с жидкостью и быть утеряны, что увеличивает стоимость процесса. Это приводит к неприемлемым потерям катализатора и увеличивает затраты, т.к. требуется добавлять дополнительный свежеприготовленный катализатор.
Конструкция реакторов, преодолевающая эти ограничения, может позволить значительно сэкономить на простоях, связанных с ремонтом, и потерях катализатора, что составляет важную долю стоимости обработки углеводородов.
Под новые образцы реакторов можно приспособить существующие реакторы таким образом, что во время модернизирования оборудования внутренние детали реактора могут быть заменены, когда обеспечивают новую перезагрузку катализатора. Реакторы, использующие катализатор, протекающий через реактор с жидкостью, контактирующей с катализатором, содержат внешнюю цилиндрическую перегородку, имеющую отверстия, ограниченные в ней. Реактор, кроме того, включает внутреннюю цилиндрическую перегородку, имеющую отверстия, ограниченные в ней, где внутренняя и внешняя цилиндрические перегородки расположены концентрическим образом и образуют тороидальное пространство, которое ограничивает объем для удерживания частиц, через который может протекать катализатор. Реактор, кроме того, содержит множество внешних клапанов тороидальной формы, имеющих переднюю кромку, прикрепленную к внешней цилиндрической перегородке. Внешние клапаны имеют переднюю кромку, прикрепленную в положении над отверстиями во внешней цилиндрической перегородке, и заднюю кромку, продолжающуюся вниз, в объем для удерживания частиц. Реактор, кроме того, включает множество внутренних клапанов тороидальной формы, при этом каждый внутренний клапан имеет переднюю кромку, прикрепленную к внутренней цилиндрической перегородке в положении над отверстиями во внутренней цилиндрической перегородке. Внутренние клапаны имеют заднюю кромку, которая продолжается вниз, в объем для удерживания частиц реактора.
Другие задачи, преимущества и применения данного изобретения станут понятными специалисту из нижеследующего подробного описания и чертежей.
На чертежах представлено следующее:
фиг.1 - первый вариант выполнения изобретения;
фиг.2 - кольцевая конфигурация первого варианта выполнения изобретения;
фиг.3 - кольцевая конфигурация второго предпочтительного варианта выполнения изобретения.
Недавние исследования реакторов с радиальным потоком для крекинга олефинов показали, что коррозия, по-видимому, является существенной, и что генерируются продукты коррозии и осажденный материал, такой как кокс, впереди по ходу реактора. Эти материалы представляют значительные проблемы, связанные с коррозией и засорением реактора.
В первом варианте выполнения изобретения, как показано на фиг.1, реактор с подвижным слоем 10 содержит объем для удерживания частиц 14, где твердые частицы катализатора стекают вниз через реактор 10. Словосочетание "объем для удерживания частиц" используют для описания зоны, где твердые частицы катализатора временно находятся во время процесса, пока катализатор стекает через реактор, и не означает ограничение значения термина зоной, где катализатор остается неподвижным. Реактор 10 изготовлен, из, по меньшей мере, одного узла 12 с реакторным слоем, где каждый узел 12 с реакторным слоем имеет, по меньшей мере, один вход для твердых частиц 16 и, по меньшей мере, один выход для твердых частиц 18. Реактор 10 имеет вход для жидкости 20, который прикрыт панелью 22, которая предотвращает уход твердых частиц из реактора 10 через вход для жидкости 20. Панель 22 продолжается в объем для удерживания частиц под углом между 10° и 60° к вертикали. Жидкость втекает в реактор 10, и через слой частиц, и выходит через выход для жидкости 24. Узел реакторного слоя 12 имеет такую форму, чтобы направлять текущие твердые частицы к выходу для твердых частиц 18 узла 12. Обычно он содержит наклонную стенку или зону конической формы, в нижней части узла реакторного слоя 12, и предпочтительно стенка будет иметь угол с горизонталью больше чем 45 градусов. Это воплощение может содержать несколько узлов 12, состыкованных таким образом, что выход для частиц 18 из верхнего узла 12 является входом для частиц 16 нижнего узла. Вход для жидкости 20 может содержать отверстия для жидкостной связи с загрузочной смесью или может содержать каналы внизу панелей 22, причем каналы находятся в жидкостной связи с загрузочной смесью с помощью трубопровода или другим способом. Жидкость течет наверх через реакторный слой 14 и наружу через выход для жидкости 24. Глубина контактной зоны, D, должна составлять более чем 0,5 ширины, W, зоны контактирования. Это нужно для того, чтобы способствовать хорошему распределению жидкости по слою твердых частиц для надежного контактирования жидкости с катализатором внутри слоя.
В модификации первого варианта выполнения настоящего изобретения реактор 10 может иметь кольцевую конфигурацию, как показано на фиг.2. При кольцевой конфигурации реактор 10 содержит внешнюю цилиндрическую перегородку 26 и внутреннюю цилиндрическую перегородку или центральную трубу 30. Пространство между внешней цилиндрической перегородкой 26 и центральной трубой 30 ограничивает объем для удерживания частиц 14 для удерживания твердых частиц катализатора, которые протекают через реактор. Реактор 10 содержит множество узлов 12 с реакторным слоем, которые представляют собой кольцевые секции, которые удерживают твердые частицы катализатора в реакторном слое. При кольцевой конфигурации выход 18 узла реактора содержит два кольцевых клапана 32a, 32b. Внутренний кольцевой клапан 32а имеет переднюю кромку, прикрепленную к центральной трубе 30 в положении над выходом для жидкости 34. Передняя кромка клапана 32а ограничена как передняя по ходу кромка, по отношению к потоку катализатора через реактор 10. Клапаны 32a, 32b продолжаются в объем для удерживания частиц под углом между 10° и 60° от вертикали, а задняя кромка клапана 32a продолжается ниже передней кромки. В одной разновидности клапаны 32a, 32b содержат створки 38, причем створки 38 имеют переднюю кромку, прикрепленную к задней кромке клапанов 32a, 32b и продолжаются вертикально вниз от клапанов 32a, 32b.
Кольцевая конфигурация для реактора 10 выгодна с точки зрения использования центральной трубы 30 в качестве выходного трубопровода для сбора потока, выходящего из реактора. В другой модификации с кольцевой конфигурацией центральная труба 30 может быть использована для направления загрузочного потока к входу в реактор с отведением выходящего из реактора потока со всей внешней цилиндрической перегородки.
В предпочтительном варианте выполнения изобретения реактор 10 имеет кольцевую конфигурацию, как показано на фиг.3. Реактор 10 содержит внешнюю цилиндрическую перегородку 26 и внутреннюю цилиндрическую перегородку или центральную трубу 30, с пространством между перегородками, ограничивающим объем для удерживания частиц, или реактор. Входы для жидкости 20 ограничены во внешней цилиндрической перегородке 26, и имеют кольцевую панель 22, которая покрывает входы 20. Кольцевая панель 22 является структурой, которая имеет наклонную верхнюю часть 34 и практически вертикальную часть 36. Наклонная верхняя часть 34 имеет ориентацию к вертикали между 10° и 60°, а вертикальная часть 36 продолжается до положения в самой нижней части входного отверстия 20. Панель 22 распределяет жидкость, входящую в реактор 10 по поверхности катализатора. Выходы 24 для жидкости покрыты клапаном 32, который имеет переднюю кромку, прикрепленную к центральной трубе 30. В предпочтительной конфигурации клапаны 32 продолжаются в объем для удерживания частиц на 50% расстояния между внешней цилиндрической перегородкой 26 и внутренней цилиндрической перегородкой 30 и под углом между 10° и 60° к вертикали. Это облегчает перемешивание катализатора таким образом, чтобы катализатор не выбрасывался в мертвые зоны. Является предпочтительным, чтобы глубина D зоны контактирования составляла, по меньшей мере, 0,5 ширины W зоны контактирования. Реактор 10 предпочтительно содержит створки 40, расположенные под клапанами 32. Створки 40 имеют кромку, прикрепленную к внутренней цилиндрической перегородке 30 в положении ниже выходов для жидкости 24, и продолжаются наверх вне слоя катализатора в зоне ниже клапанов 32. Створки 40 могут также иметь форму и размер, чтобы регулировать поток жидкости, выходящей из реактора, и могут обеспечивать защиту от подъема катализатора под клапаны 32 во время периодов запуска или охлаждения при функционировании реактора 10.
Кольцевая панель 22 может также быть изготовлена из двух частей, причем содержит первую часть 34, имеющую переднюю кромку, прикрепленную к внешней цилиндрической перегородке 26, и заднюю кромку, продолжающуюся вниз, в объем для удерживания частиц под углом между 10° и 60° к вертикали. Панель 22, кроме того, изготовлена из второй части 36, имеющей переднюю кромку, которая прикреплена к задней кромке первой части 34, и продолжается практически вертикально вниз от первой части 34.
Предпочтительно, реактор содержит первую перегородку, в которой выполнены отверстия. Реактор, кроме того, содержит вторую перегородку, расположенную на расстоянии от первой перегородки для ограничения объема для удерживания частиц, причем во второй перегородке выполнены отверстия. Объем для удерживания частиц представляет собой пространство, где катализатор находится во время функционирования реактора. Во время функционирования катализатор может протекать через объем для удерживания частиц с жидкостью, протекающей над катализатором. В отверстиях первой перегородки расположены первые клапаны. Первые клапаны имеют переднюю кромку, прикрепленную к первой перегородке в положении над отверстием, и клапан имеет заднюю кромку, которая продолжается в объем для удерживания частиц под углом между 10° и 60° от вертикали. Задняя кромка продолжается до положения, по меньшей мере, столь низкого, как нижняя кромка отверстия, до которой доходит покрытие клапаном. Переднюю кромку и заднюю кромку определяют по отношению к течению катализатора через реактор, где передняя кромка является кромкой, передней по ходу по отношению к задней кромке в потоке катализатора. Отверстия, ограниченные во второй перегородке, включают вторые клапаны, где вторые клапаны имеют переднюю кромку, прикрепленную ко второй перегородке над отверстием во второй перегородке. Вторые клапаны имеют заднюю кромку, которая продолжается в объем для удерживания частиц под углом между 10° и 60° от вертикали и продолжается до положения, по меньшей мере, столь низкого, как нижняя кромка отверстия, до которой доходит покрытие клапаном.
Функционирование этого реактора можно регулировать за счет регулирования давления на входах 20 и регулирования снижения давления по всей системе. Конкретные операции можно также регулировать путем варьирования конструкции, как, например, принимая решения об относительном числе и расположении входов 20 и выходов 24 реактора 10. В одном режиме функционирования жидкость входит через входы 20 реактора 10, поднимается через слой катализатора 14, а прореагировавшая жидкость выходит через выходы 24. При альтернативном функционировании жидкость может входить в реактор с катализатором в верхней части реактора и стекать вниз с катализатором, с отделением от твердых частиц катализатора и уходом через выход реактора 24.
Хотя изобретение было описано в соответствии с предпочтительным вариантом выполнения, следует учесть, что изобретение не ограничивается раскрытыми вариантами выполнения, а имеет цель охватить различные модификации чертежей, сочетания чертежей и эквивалентные устройства, включенные в объем прилагаемой формулы изобретения.
1. Реактор (10), содержащий первую твердую перегородку (26), имеющую отверстия, ограниченные в ней; вторую твердую перегородку (30), имеющую отверстия, ограниченные в ней, причем первая и вторая перегородки ограничивают объем для удерживания частиц (14), а внутренняя стенка перегородки является боковой поверхностью объема для удерживания частиц (14); а также множество первых клапанов (32b), причем каждый первый клапан (32b) имеет переднюю кромку, прикрепленную к внутренней стенке первой перегородки (26), а задняя кромка продолжается в объем для удерживания частиц, где первые клапаны (32b) покрывают отверстия первой перегородки (26); и множество вторых клапанов (32а), причем каждый второй клапан (32а) имеет переднюю кромку, прикрепленную к внутренней стенке второй перегородки (30), а задняя кромка продолжается в объем для удерживания частиц (14), где вторые клапаны (32а) покрывают отверстия второй перегородки (30).
2. Реактор по п.1, в котором первая перегородка (26) является внешней цилиндрической поверхностью; при этом вторая перегородка (30) является внутренней цилиндрической поверхностью с объемом для удерживания частиц (14), ограниченным между внешней (26) и внутренней (30) перегородками, причем внутренняя цилиндрическая перегородка (30) образует внутреннюю трубу; при этом множество первых клапанов (32b) выполнено в виде внешних клапанов торроидальной формы, причем каждый внешний клапан имеет внешнюю кромку, прикрепленную к внутренней стенке внешней цилиндрической перегородки, и внутреннюю кромку, продолжающуюся в объем для удерживания частиц (14), причем внешние клапаны (32b) покрывают отверстия внешней цилиндрической перегородки (26); при этом множество вторых клапанов (32а) выполнено в виде внутренних клапанов торроидальной формы, и каждый внутренний клапан (32а) имеет внутреннюю кромку, прикрепленную к внутренней стенке внутренней цилиндрической перегородки (30), и внешнюю кромку, продолжающуюся в объем для удерживания частиц (14), причем внутренние клапаны (32а) покрывают отверстия внутренней цилиндрической перегородки (30).
3. Реактор по п.1 или 2, в котором вход для жидкости содержит трубопровод, продолжающийся в зону контактирования, причем в трубопроводе выполнены отверстия, которые ориентированы в направлении вниз.
4. Реактор по п.1 или 2, в котором первые клапаны (32b) содержат две части: первую часть (34), имеющую переднюю кромку, прикрепленную к внутренней стенке, и заднюю кромку, продолжающуюся в объем для удерживания частиц (14), и вторую часть (36), имеющую первую кромку, прикрепленную к задней кромке первой части (34) и продолжающуюся, в основном, вертикально вниз.
5. Реактор по п.1 или 2, в котором вторые клапаны (32а) содержат две части: первую часть, имеющую переднюю кромку, прикрепленную к внутренней стенке, и заднюю кромку, продолжающуюся в объем для удерживания частиц, и вторую часть, имеющую первую кромку, прикрепленную к задней кромке первой части и продолжающуюся, в основном, вертикально вниз.
6. Реактор по п.2, в котором отверстия одной из цилиндрических перегородок (26, 30) являются входными отверстиями и покрыты входными клапанами, а отверстия другой цилиндрической перегородки являются выходными отверстиями и покрыты выходными клапанами, содержащими множество распределительных створок (40), причем каждая створка (40) прикреплена к цилиндрической перегородке (30) с выходными отверстиями и ниже клапанов (32а), покрывающих выходные отверстия.
7. Реактор по п.6, в котором выходные клапаны (32а) продолжаются в объем для удерживания частиц (14), по меньшей мере, на 50% расстояния между внутренней перегородкой (30) и внешней перегородкой (26).
8. Реактор по п.1 или 2, в котором объем удерживания частиц (14) имеет отношение глубины к ширине, по меньшей мере, 0,5.
9. Реактор по п.1 или 2, содержащий множество реакторных узлов (12), состыкованных так, что выход (18) для твердых частиц верхнего реакторного узла (12) является входом (16) для твердых частиц реакторного узла (12) непосредственно под верхним реакторным узлом (12).
