Смесительное и распределительное устройство, содержащее распределительную тарелку с периферийными отверстиями
Изобретение относится к области экзотермических реакций и более конкретно к реакциям гидроочистки, гидродесульфуризвции, гидроденитрогенизации, гидрокрекинга, гидрогенизации, гидродеоксигенирования или гидродеароматизации, выполняемым в реакторе с неподвижным слоем, более конкретно относится к устройству смешения и распределения текучих сред в реакторе с параллельным нисходящим потоком и к его применению для выполнения экзотермических реакций. Устройство для смешения и распределения текучих сред для каталитического реактора с нисходящим потоком содержит накопительную зону, смесительную зону и распределительную зону, содержащую распределительную тарелку, содержащую, по меньшей мере, одну первую зону, несущую множество трубок, и вторую зону; указанная смесительная зона содержится в кольцевой оболочке, расположенной в распределительной зоне, указанные смесительная зона и распределительная зона ограничиваются, по меньшей мере, одной кольцевой стенкой, содержащей, по меньшей мере, одну секцию поперечных каналов, подходящих для прохождения текучих сред из указанной смесительной зоны в первую зону указанной распределительной зоны, и вторая зона содержит множество отверстий, подходящих для частичного прохождения текучих сред из распределительной зоны. Изобретение обеспечивает смесительное устройство и распределительное устройство для текучих сред, которые занимают малое пространство при их размещении в каталитическом реакторе, а обеспечивают хорошую эффективность для смешения текучих сред, хорошую температурную равномерность и хорошее распределение. 2 н. и 13 з.п. ф-лы, 4 ил.
Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к области экзотермических реакций и, более конкретно, к реакциям гидроочистки, гидро-десульфуризвции, гидроденитрогенизации, гидрокрекинга, гидро-генизации, гидродеоксигенирования или также гидродеароматизации, выполняемых в реакторе с неподвижным слоем. Настоящее изобретение, более конкретно, относится к устройству смешения и распределения текучих сред в реакторе с параллельным нисходящим потоком и к его применению для выполнения экзотермических реакций.
Предшествующий уровень техники
Экзотермические реакции, выполняемые, например, в нефтеочистке и/или нефтехимии, должны охлаждаться дополнительной текучей средой, называемой охлаждающей текучей средой, для того, чтобы избежать термического выхода из-под контроля каталитического реактора, в котором они выполняются. Каталитические реакторы, используемые для указанных реакций, обычно содержат, по меньшей мере, один сплошной каталитический слой. Экзотермическая природа реакций требует поддержания однородного температурного градиента в реакторе для того, чтобы избежать наличия горячих зон в каталитическом слое, содержащемся в реакторе. Зоны, которые являются слишком горячими, могут преждевременно снижать активность катализатора и/или приводить к неселективным реакциям, и/или приводить к термическим выходам из-под контроля. Поэтому важно иметь, по меньшей мере, одну смесительную камеру в реакторе, расположенную между двумя каталитическими слоями, что обеспечивает однородное температурное распределение текучих сред по секции реактора и охлаждение реакционных текучих сред до желаемой температуры.
Для того, чтобы выполнить указанную гомогенизацию специалисту в данной области техники часто необходимо использовать специальное размещение сложных внутренних устройств, включая насколько возможно гомогенное введение охлаждающей текучей среды в секцию реактора. Например, документ FR 2824495А1 описывает охлаждающее устройство, делающее возможным обеспечение эффективного обмена между охлаждающей текучей средой (средами) и технологической текучей средой (средами). Указанное устройство интегрируется в корпусе и содержит впускную трубу охлаждающей текучей среды, отражательную перегородку для накапливания текучих сред, собственную охлаждающую камеру, осуществляющую смешение между охлаждающей текучей средой и нисходящим потоком, и распределительную систему, состоящую из перфорированной тарелки и распределительной тарелки. Охлаждающая камера содержит дефлектор, обеспечивающий вихревое движение текучих сред в направлении, по существу нерадиальном и непараллельном оси указанного корпуса, и ниже по потоку от дефлектора в направлении циркуляции реакционной текучей среды, по меньшей мере, одну выпускную секцию смеси текучих сред, образованной в камере. Данное устройство делает возможным преодоление некоторых недостатков различных систем-прототипов, но еще имеет требование большого пространства.
Для того, чтобы решить проблему требования большого пространства, было разработано устройство для смешения текучих сред в реакторе с нисходящим потоком и описано в документе FR 2952835А1. Данное устройство содержит горизонтальное накопительное устройство, обеспеченное вертикальной накопительной линией для поступления текучих сред, устройство введения, размещенное в накопительной линии, и кольцевую смесительную камеру с круглым поперечным сечением, расположенную ниже по потоку от накопительного устройства в направлении циркуляции текучих сред. Смесительная камера имеет впускной конец, соединенный с накопительной линией, и выпускной конец, обеспечивающий прохождение текучих сред, а также горизонтальную тарелку предварительного распределения, содержащую, по меньшей мере, одну трубку. Преимущество данного устройства состоит в том, что оно является более компактным, чем описанное ранее, и делает возможным обеспечение хорошего смешения текучих сред и хорошей температурной равномерности.
Задачей изобретения является создание смесительного устройства и распределительного устройства для текучих сред, которые занимают малое пространство при их размещении в каталитическом реакторе. Другой задачей настоящего изобретения является создание смесительного и распределительного устройства, имеющего хорошую эффективность, для смешения текучих сред и имеющего хорошую температурную равномерность и хорошее распределение.
Авторами разработано объединенное устройство для смешения и распределения текучих сред, делающее возможным значительно уменьшить пространство, предназначенное для смешения и распределения текучих сред, в частности, в реакторе с нисходящим потоком.
Объекты изобретения
Первый объект настоящего изобретения относится к устройству смешения и распределения текучих сред для каталитического реактора с нисходящим потоком, причем указанное устройство содержит:
- по меньшей мере, одну накопительную зону (А), содержащую, по меньшей мере, одно накопительное устройство,
- по меньшей мере, одну по существу вертикальную накопительную линию, подходящую для поступления реакционной текучей среды, накопленной указанным накопительным устройством, и, по меньшей мере, одно устройство введения, открывающееся в указанную накопительную линию для введения охлаждающей текучей среды,
- по меньшей мере, одну смесительную зону (В), расположенную ниже по потоку от накопительного устройства в направлении циркуляции текучих сред, причем указанная смесительная зона (В) содержит, по меньшей мере, одну смесительную камеру, соединенную с указанной накопительной линией, и выпускной конец для удаления текучих сред,
- по меньшей мере, одну распределительную зону (С), расположенную ниже по потоку от указанной смесительной зоны (В) в направлении циркуляции текучих сред, содержащую распределительную тарелку, идущую радиально по всему сечению корпуса реактора, причем указанная распределительная тарелка имеет, по меньшей мере, одну первую зону (С1), несущую множество трубок, и вторую зону (С2),
отличающееся тем, что указанная смесительная зона (В) содержится в кольцевой оболочке, расположенной в распределительной зоне (С), причем указанные смесительная зона (В) и распределительная зона (С) ограничены, по меньшей мере, одной кольцевой стенкой, содержащей, по меньшей мере, одну секцию поперечных каналов, подходящую для прохождения текучих сред из указанной смесительной зоны (в) в первую зону (С1) указанной распределительной зоны (С), и тем, что вторая зона (С2) указанной распределительной зоны (С) содержит множество отверстий, подходящих для частичного прохождения текучих сред из распределительной зоны (С).
Преимущественно указанная кольцевая оболочка расположена на расстоянии D от распределительной тарелки, составляющем от 50 мм до 200 мм.
Предпочтительно, указанная кольцевая стенка указанной кольцевой оболочки расположена на расстоянии d2 от корпуса реактора, причем расстояние d2 варьируется от 2 до 20% диаметра реактора.
Преимущественно указанная смесительная камера расположена на расстоянии d1 от корпуса реактора, причем указанное расстояние d1 составляет от 5 до 300 мм.
Предпочтительно, высота указанной кольцевой оболочки составляет от 200 до 800 мм.
Преимущественно указанная кольцевая стенка содержит множество секций поперечных каналов, распределенных на, по меньшей мере, двух уровнях.
Предпочтительно, указанная кольцевая стенка кольцевой оболочки является по существу цилиндрической.
Преимущественно поперечное сечение смесительной камеры является параллелограммным сечением.
Предпочтительно, сечение смесительной камеры имеет соотношение между высотой «h» сечения и шириной “w” указанного сечения в интервале от 0,2 до 5,0.
В другом варианте указанная смесительная камера имеет круглое поперечное сечение, и так, что диаметр “d” указанной смесительной камеры составляет от 0,05 до 0,5 м.
Преимущественно устройство согласно настоящему изобретению содержит две смесительные камеры.
Предпочтительно, указанная смесительная камера содержит, по меньшей мере, одно устройство для отклонения текучих сред на, по меньшей мере, одной из внутренних стенок указанной смесительной камеры.
Преимущественно устройство согласно настоящему изобретению также содержит диспергирующую систему, размещенную ниже указанной распределительной тарелки, причем указанная диспергирующая система содержит, по меньшей мере, одно диспергирующее устройство.
Преимущественно указанные смесительная зона (В) и распределительная зона (С) ограничены двумя кольцевыми стенками, каждая из которых содержит, по меньшей мере, одну секцию поперечных каналов, подходящих для прохождения текучих сред из указанной смесительной зоны (В) в первую зону (С1) указанной распределительной зоны (С).
Другой объект настоящего изобретения относится к каталитическому реактору с нисходящим потоком, содержащему корпус, содержащий, по меньшей мере, два неподвижных каталитических слоя, разделенных промежуточной зоной, содержащей устройство для смешения и распределения текучих сред согласно изобретению.
Описание чертежей
На фигуре 1 показано осевое поперечное сечение каталитического реактора с нисходящим потоком, содержащего, по меньшей мере, два твердых каталитических слоя и содержащего компактное устройство смешения и распределения текучих сред согласно прототипу. Стрелка жирным шрифтом показывает направление течения текучих сред в реакторе.
На фигуре 2 показано осевое поперечное сечение каталитического реактора с нисходящим потоком, содержащего, по меньшей мере, два твердых каталитических слоя и содержащего компактное устройство смешения и распределения текучих сред согласно изобретению. Стрелка жирным шрифтом показывает направление течения текучих сред в реакторе. На фигуре 2 для ясности смесительная камера не показана.
На фигуре 3 показано сечение компактного устройства смешения и распределения текучих сред по поперечному сечению, показанному пунктирной линией X-X’ на фигуре 2.
На фигуре 4 показано осевое поперечное сечение смесительного и распределительного устройства согласно настоящему изобретению.
Подробное описание изобретения
Компактное смесительное и распределительное устройство согласно настоящему изобретению используется в реакторе, в котором выполняются экзотермические реакции, такие как реакции гидроочистки, гидродесульфуризвции, гидроденитрогенизации, гидрокрекинга, гидрогенизации или также гидродеароматизации. Обычно реактор имеет форму, которая является удлиненной вдоль по существу вертикальной оси. По меньшей мере, одна реакционная текучая среда (также называемая «технологической текучей средой») циркулирует из верхней части к днищу указанного реактора через, по меньшей мере, один каталитический слой. На выпуске каждого слоя, за исключением последнего, реакционная текучая среда накапливается, затем смешивается с охлаждающей текучей средой в указанном устройстве перед распределением в каталитическом слое, расположенном ниже по потоку от распределительной тарелки. Ниже по потоку и выше по потоку определяются по отношению к потоку реакционной текучей среды. Реакционная текучая среда может быть газом или жидкостью или смесью, содержащей жидкость и газ; это зависит от типа реакции, выполняемой в реакторе.
Для лучшего понимания изобретения описание, приведенное здесь путем примера, относится к смесительному и распределительному устройству, используемому в реакторе, подходящем для реакций гидроочистки. Описание фигуры 1 относится к смесительному и распределительному устройству согласно прототипу, описание фигур 2-4 относится к смесительному и распределительному устройству согласно изобретению. Фигуры 2-4 сохраняют некоторые элементы фигуры 1, ссылочные номера на фигурах 2-4, которые являются идентичными ссылочным номерам фигуры 1, обозначают одинаковые элементы. Конечно, устройство согласно настоящему изобретению может использоваться без превышения объема изобретения в любом реакторе или устройстве и в любой области, в которой желательно получить хорошее смешение и хорошее распределение текучих сред.
На фигуре 1 показано смесительное и распределительное устройство согласно прототипу, размещенное в реакторе 1 с формой, которая является удлиненной вдоль по существу вертикальной оси, в котором, по меньшей мере, одна реакционная текучая среда циркулирует из верхней части к днищу через два каталитических слоя 2 и 14. Реакционная текучая среда может быть газом (или газовой смесью) или жидкостью (или жидкой смесью), или смесью, содержащей жидкость и газ. Смесительное и распределительное устройство размещается ниже каталитического слоя 2 по отношению к потоку реакционной текучей среды в корпусе 1. Несущая сетка 3 делает возможным нести каталитический слой 2 таким образом, чтобы освободить накопительное пространство (А) ниже последней (также называемое накопительной зоной (А)). Высота Н1 накопительного пространства (А) обычно составляет от 10 до 300 мм. Указанное накопительное пространство, или накопительная зона, (А) делает возможным накапливать поток, идущий из каталитического слоя 2, на уровне накопительного устройства 5. Накопительное устройство 5, также называемое отражательной перегородкой, является сплошной тарелкой, открытой только в положение 6 для отвода потока текучей среды в кольцевую смесительную камеру 9. Реакционная текучая среда, идущая из слоя 2, таким образом направляется в накопительную зону (А) для прохождения через вертикальную накопительную линию 7, которая сообщается с отверстием 6. Охлаждающая текучая среда вводится в накопительную линию 7 через линию 8 введения. Охлаждающая текучая среда может быть жидкостью или газом, или смесью, содержащей жидкость или газ. Такая камера 9 соединена впускным концом с накопительной линией 7. Охлаждающая текучая среда и реакционная текучая среда, идущая из верхнего слоя 2, таким образом, направляются для поступления в указанную камеру 9, в которой они смешиваются и подвергаются вихревому течению. На выпуске указанной камеры смесь текучих сред течет через тарелку 11 предварительного распределения, расположенную ниже по потоку от смесительной камеры 9 в направлении циркуляции текучих сред. Обычно высота Н2 (смотри фигуру 1), измеренная между накопительным устройством 5 и тарелкой 11 предварительного распределения, составляет от 300 до 600 мм. Смесительная камера 9 располагается на периферии реактора. Газовая и жидкая фазы смеси разделяются на перфорированной тарелке 11, которая обеспечена одной или более центральными трубками 4, сконструированными для обеспечения прохождения газа. Жидкость проходит через перфорации тарелки так, чтобы образовать поток типа ливня или дождя. Роль перфорированной тарелки 11 состоит в распределении потока, выходящего из смесительной камеры 9, для того чтобы питать распределительную тарелку 12 относительно сбалансированным образом, причем указанная распределительная тарелка 12 расположена ниже по потоку от тарелки предварительного распределения в направлении циркуляции текучих сред. Обычно высота Н3 (смотри фигуру 1), измеренная между тарелкой 11 предварительного распределения и распределительной тарелкой 12, составляет от 100 до 700 мм. Распределительная тарелка 12 содержит трубки 13, роль которых состоит в перераспределении газовой и жидкой фаз на впуске каталитического слоя 14, расположенного ниже по потоку от указанной распределительной тарелки.
Смесительное и распределительное устройство согласно прототипу, таким образом, содержит смесительную зону и распределительную зону, расположенные одна выше другой пакетированным образом. Смешение текучих сред выполняется по высоте Н2, и распределение текучих сред выполняется по высоте Н3. Как результат суммарное требование пространства Н в корпусе 1 смесительного и распределительного устройства согласно прототипу равняется Н1+Н2+Н3 (смотри фигуру 1).
Авторами изобретения разработано новое устройство для смешения и распределения текучих сред, которое является более компактным, чем описанное ранее, имеющее хорошее смешение фаз и хорошее распределение по каталитическому слою, расположенному ниже таких устройств.
На фигуре 2 показано смесительное и распределительное устройство согласно настоящему изобретению, размещенное в реакторе 1, который имеет форму, которая является удлиненной вдоль по существу вертикальной оси, в котором, по меньшей мере, одна реакционная текучая среда циркулирует из верхней части к днищу через, по меньшей мере, один каталитический слой 2. Устройство согласно настоящему изобретению расположено ниже каталитического слоя 2 по отношению к потоку реакционной текучей среды в корпусе 1. Несущая сетка 3 делает возможным нести каталитический слой 2 так, чтобы освободить накопительную зону (А), расположенную ниже каталитического слоя 2. Накопительная зона (А) должна обеспечить отвод реакционной текучей среды в накопительную линию 7 (как будет описано ниже). Реакционная текучая среда, которая течет, состоит, например, из газовой фазы и жидкой фазы. Более конкретно, реакционная текучая среда, проходящая через каталитический слой 2 выше по потоку, накапливается по существу горизонтальным накопительным устройством 5 (также называемым здесь накопительной отражательной перегородкой), ведущим к по существу вертикальной накопительной линии 7, расположенной либо ниже накопительной зоны (А) на уровне зоны, называемой смесительной зоной (В) (как показано на фигуре 2), либо на уровне накопительной зоны (А) (не показано на фигурах). Под по существу вертикальным и по существу горизонтальным понимается в смысле настоящего изобретения отклонение плоскости от вертикали, соответственно, горизонтали под углом θ, составляющим ±5 градусов. Накопительное устройство 5 представлено сплошной тарелкой, расположенной в плоскости, перпендикулярной продольной оси корпуса ниже несущей сетки 3 каталитического слоя 3. Тарелка накопительного устройства 5 идет радиально от всей поверхности реактора 1. Он содержит на своем конце отверстие 6, с которым соединяется накопительная линия 7. Накопительное устройство 5 делает возможным накапливать поток реакционной текучей среды, идущей из каталитического слоя 2 выше по потоку, и направлять его в указанную накопительную линию 7. Накопительное устройство 5 отстоит от несущей сетки 3 каталитического слоя 2 на высоту Н’1. Высота Н’1 выбрана так, чтобы ограничивать падение давления в процессе накопления текучей среды, текущей из каталитического слоя 2, и ограничить высоту просвета, т.е. высоту, образованную жидкостью, накопленной в накопительном устройстве 5. Высота просвета не влияет на отвод реакционной текучей среды в накопительную линию 7, она течет по этой линии, или она течет через верхний каталитический слой 2. Когда накопительная линия 7 и устройство 8 введения расположены на уровне смесительной зоны (В), высота Н’1 составляет от 10 до 200 мм, предпочтительно, от 30 до 150 мм, еще более предпочтительно, от 40 до 100 мм. Таким образом, реакционная текучая среда, идущая из слоя 2, направляется в накопительную зону (А) для прохождения через вертикальную накопительную линию 7. Когда накопительная линия 7 и устройство 8 введения расположены на уровне накопительной зоны (А), высота Н’1 составляет от 10 до 400 мм, предпочтительно, от 30 до 300 мм и, еще более предпочтительно, от 50 мм до 250 мм.
Ниже накопительной зоны (А) находится смесительная зона (В) и распределительная зона (С). Смесительная зона (В) содержит смесительную камеру 9 (смотри фигуру 3), расположенную ниже по потоку от накопительного устройства 5 в направлении циркуляции текучих сред. Смесительная камера 9 содержит впускной конец, непосредственно соединенный с накопительной линией 7, и выпускной конец 10 для удаления текучих сред. Технические характеристики накопительной линии 7 и устройства 8 введения являются идентичными техническим характеристикам смесительного и распределительного устройства согласно прототипу.
Что касается распределительной зоны (С), она содержит распределительную тарелку 12, идущую радиально по всему сечению корпуса реактора. Распределительная тарелка 12 содержит первую зону (С1), несущую множество трубок 13, и вторую зону (С2), расположенную на периферии корпуса реактора.
Характеристика настоящего изобретения основана на размещении смесительной зоны (В) на том же уровне, как распределительная зона (С), причем смесительная зона (В) и распределительная зона (С) ограничены, по меньшей мере, одной кольцевой стенкой 16, содержащей, по меньшей мере, одну секцию поперечных каналов, подходящих для прохождения текучих сред из указанной смесительной зоны (В) в указанную распределительную зону (С).
В первом варианте изобретения смесительная зона (В) расположена в кольцевой оболочке 15, содержащей указанную кольцевую стенку 16, на периферии оболочки реактора, расположенной концентрически с корпусом реактора, содержащем, по меньшей мере, одну кольцевую стенку 16, внутренне ограничивающую указанную первую зону (С1), предпочтительно, по существу цилиндрическую. Кольцевая стенка 16 содержит, по меньшей мере, одну секцию 17а или 17b поперечных каналов, подходящих для прохождения текучих сред из смесительной зоны (В) в распределительную зону(С). Предпочтительно, кольцевая стенка 16 содержит, по меньшей мере, две секции 17а и 17b поперечных каналов.
Выпускной конец 10 смесительной камеры 9 (смотри фигуру 3) является открытым в кольцевую оболочку 15. Конструкция смесительной камеры 9 в смесительной зоне (В) обеспечивает тангенциальный поток смеси текучих сред как в самой смесительной камере, так и в кольцевой оболочке 15, указанный тангенциальный поток делает возможным оптимизировать эффективность смешения. Таким образом, смешение реакционной текучей среды и охлаждающей текучей среды продолжается на уровне кольцевой оболочки 15. Размеры кольцевой оболочки 15 выбраны таким образом, что они обеспечивают вращение смеси текучих сред в указанной кольцевой оболочке 15 перед поступлением в распределительную зону (с). Согласно настоящему изобретению высота Н’2 кольцевой оболочки 15 составляет от 200 до 800 мм, предпочтительно, от 300 до 700 мм, и, еще более предпочтительно, от 300 до 600 мм.
В частном варианте (не показано на фигурах) кольцевая оболочка 15 может быть в секциях, т.е. указанная оболочка имеет два конца. В данном варианте длина кольцевой оболочки 15, определяемая углом, образованным плоскостями, проходящими через два конца указанной оболочки, может составлять от 270 до 360 градусов, предпочтительно, от 315 до 360 градусов.
В частном варианте (не показано на фигурах) кольцевая оболочка 15 смесительной зоны (В) содержит, по меньшей мере, одно отверстие (перфорацию), предпочтительно, множество отверстий, делая возможным, по меньшей мере, частично накапливать текучие среды смесительной камеры 9, открывающейся в кольцевую оболочку 15, и, по меньшей мере, частично распределять текучие среды на периферии оболочки выше второй зоны (С2) распределительной тарелки 12.
Кольцевая оболочка 15 внутри окружает первую зону (С1) распределительной зоны (С), содержащей множество трубок 13, которые несет распределительная тарелка 12. Более точно, трубки 13 являются открытыми на их верхнем конце через верхнее отверстие и имеют ряд поперечных отверстий (не показано на фигурах) по их боковой стенке. Поперечные отверстия и верхние отверстия предназначены, соответственно, для раздельного прохождения жидкой фазы (через отверстия) и газовой фазы (через верхнее отверстие) внутрь трубок с тем, чтобы выполнять их тщательное смешение внутри указанных трубок. Форма поперечных отверстий может быть очень различной, обычно круглой или прямоугольной, указанные отверстия, предпочтительно, распределены на каждой из трубок на нескольких уровнях, которые являются по существу идентичными от одной трубки к другой, обычно, по меньшей мере, один уровень и, предпочтительно, от 2 до 10 уровней, так, чтобы обеспечить установление границы раздела между газовой фазой и жидкой фазой, которая является как можно правильной.
Кольцевая оболочка 15 расположена на расстоянии D от распределительной тарелки 12, расстояние D составляет от 50 до 200 мм, предпочтительно, от 50 до 150 мм, и, еще более предпочтительно, от 100 до 150 мм (смотри фигуры 2 или 4).
По сравнению со смесительным и распределительным устройством прототипа смесительное и распределительное устройство согласно настоящему изобретению не содержит тарелку 11 предварительного распределения, обеспеченную трубками. Действительно согласно существенному аспекту устройства согласно настоящему изобретению смесительная камера 9 расположена на периферии реактора 1 в смесительной зоне (В), содержащейся в кольцевой оболочке 15, расположенной на том же уровне, как и распределительная зона (С). Смешение и распределение текучих сред больше не выполняется на двух отдельных уровнях. Поэтому смесительное и распределительное устройство согласно настоящему изобретению является значительно более компактным по сравнению с известными из прототипа. По сравнению с устройством согласно прототипу, как показано на фигуре 1, суммарное требование к пространству смесительного и распределительного устройства составляет H=H’1+H’2+D=H’1+H’3 (смотри фигуру 4), причем H’2 соответствует высоте кольцевой оболочки 15, и H’3=H’2+D.
Что касается фигур 2-4, кольцевая оболочка 15 отделена от распределительной зоны (С) кольцевой стенкой 16, концентрической с оболочкой реактора и, предпочтительно, по существу цилиндрической, содержащей множество секций 17а и/или 17b поперечных каналов, обеспечивающих прохождение жидкости и газа, идущих из смесительной камеры 9 и циркулирующих в кольцевой оболочке 15 из смесительной зоны (В) в распределительную зону (С). Указанные секции 17а и 17b поперечных каналов могут в равной степени иметь форму отверстия или щели.
Предпочтительно, кольцевая стенка 16, отделяющая смесительную зону (В) от распределительной зоны (С), расположена на расстоянии d2 от корпуса 1 реактора, причем расстояние d2 составляет от 2 до 20% диаметра реактора, предпочтительно, от 3 до 15% диаметра реактора, еще более предпочтительно, от 6 до 12% диаметра реактора.
Таким образом, кольцевая оболочка 15 ограничивается с наружной стороны корпусом 1 реактора и с внутренней стороны указанной кольцевой стенкой 16, причем указанная кольцевая стенка 16 расположена в пространстве между корпусом 1 реактора и крайними трубками 13, т.е. трубки 13 распределены по существу после круга с наибольшим диаметром.
Предпочтительно, кольцевая стенка 16 содержит множество секций 17а и/или 17b поперечных каналов, распределенных на, по меньшей мере, одном уровне, предпочтительно, на, по меньшей мере, двух уровнях. Что касается фигуры 2, секции 17а поперечных каналов обеспечивают, в частности, прохождение жидкости из смесительной зоны (В) в распределительную зону (С), а секции 17b поперечных каналов обеспечивают, в частности, прохождение газа из смесительной зоны (В) в распределительную зону (С). В распределительной зоне (С) устройства согласно настоящему изобретению газовая и/или жидкая фазы поступают в указанную распределительную зону (С) с помощью секций 17а и 17b поперечных каналов, расположенных на кольцевой стенке 16. Распределительная тарелка 12 идет радиально по всей распределительной зоне (С) устройства и размещается в плоскости, перпендикулярной продольной оси корпуса 1 реактора. Указанная распределительная тарелка 12 делает возможным оптимизировать распределение охлажденной реакционной текучей среды по каталитическому слою 14, расположенному ниже по потоку от указанной распределительной тарелки 12.
Другая характеристика изобретения основана на размещении множества отверстий 18 по второй зоне (С2) распределительной тарелки 12, расположенной вертикально ниже кольцевой оболочки 15 для того, чтобы обеспечить хорошее распределение текучих сред выше второго каталитического слоя 14. Действительно введение смесительного устройства с распределительным устройством предотвращает присутствие трубок 13 на всей поверхности распределительной тарелки 12. Таким образом, присутствие отверстий 18 на периферии первой хоны (С1) обеспечивает равномерное распределение текучих сред на периферии корпуса реактора. Отверстия 18, предпочтительно, расположены на минимальном расстоянии от корпуса реактора, причем указанное минимальное расстояние составляет 20 мм. Указанные отверстия 18 могут быть в равной степени хорошо в форме отверстия или щели. Число, размер и форма отверстий 18 выбираются специалистом в данной области техники так, чтобы обеспечить наилучшее возможное распределение смеси текучих сред на периферии корпуса реактора.
В варианте согласно настоящему изобретению вторая зона (С2) распределительной тарелки 12 может содержать устройства распределения жидкости (не показано на фигурах) в форме трубки, обеспеченной секциями поперечных каналов, которые являются отверстиями или щелями любой формы. Нижняя часть указанных устройств распределения жидкости сообщается с отверстиями 18 второй зоны (С2) распределительной тарелки 12.
Что касается фигуры 3, смесительная камера 9 имеет по существу кольцевую форму и может быть параллелограммного или круглого сечения. Под параллелограммным сечением понимается любой четырехстороннее сечение, противоположные стороны которого образуют параллельную пару, например, параллелограммное сечение может быть прямоугольным, квадратным или ромбовидным сечением. Под круглым сечением понимается сечение в форме круга или овала. Несмотря на форму сечения смесительной камеры 9, высота или диаметр указанной камеры могут быть выбраны так, чтобы ограничить падение давления насколько можно, и так, чтобы ограничить требование пространства в реакторе.
Длина смесительной камеры 9 определяется углом, образованным плоскостями, проходящими через два конца указанной камеры (представленным углом β на фигуре 3). Длина указанной камеры составляет от 0 до 270 градусов. Предпочтительно, длина указанной камеры составляет от 30 до 180 градусов, более предпочтительно, от 90 до 120 градусов. Предпочтительно, смесительная камера 9 расположена на расстоянии d1 от корпуса 1 реактора, причем указанное расстояние d1 составляет от 5 до 300 мм, предпочтительно, от 5 до 150 мм (смотри фигуру 3).
Когда сечение смесительной камеры является параллелограммным сечением, размеры сечения высота “h” и ширина “w” являются такими, что соотношение между высотой “h” и шириной “w” составляет от 0,2 до 5,0, предпочтительно, от 0,5 до 2,0.
Высота “h” смесительной камеры выбирается так, чтобы как можно больше ограничивать падение давления, и так, чтобы ограничивать требование пространства в реакторе. Действительно, падение давления смесительной камеры согласно настоящему изобретению зависит от поперечного сечения смесительной камеры.
Когда сечение смесительной камеры является круглым сечением (кругом), диаметр “d” указанной смесительной камеры составляет от 0,05 до 0,5 м, более предпочтительно, от 0,1 до 0,4 м, предпочтительно, от 0,15 до 0,4 м, еще более предпочтительно. от 0,15 до 0,25 м, еще более предпочтительно, от 0,1 до 0,35 м. Падение давления устройства согласно настоящему изобретению зависит от диаметра смесительной камеры.
Падение давления следует традиционному закону падения давления и может быть определено по следующему уравнению:
∆P=½ ρmVm2χ,
где ∆P представляет собой падение давления, ρm представляет собой среднюю плотность смеси газ+жидкость в смесительной камере, Vm представляет собой среднюю скорость смеси газ+жидкость, и χ представляет собой коэффициент падения давления, связанный со смесительным устройством. Предпочтительный интервал падения давления для устройства промышленных размеров составляет 0,05 бар < ∆Pmax < 0,5 бар (1 бар=100000 Па), предпочтительно, 0,1 бар < ∆Pmax < 0,25 бар.
Согласно частному варианту изобретения, когда сечение смесительной камеры является параллелограммным сечением, выпуск 10 смесительной камеры 9 имеет высоту “h’” и/или ширину “w’” менее высоты “h” и ширины “w” сечения смесительной камеры 9 (выпуск исключен) для того, чтобы дополнительно улучшить гомогенность смеси. Соотношение h’/h и/или l’/l составляет от 0,5 до 1, предпочтительно, от 0,7 до 1.
Согласно другому частному варианту изобретения, когда сечение смесительной камеры является круглым сечением, выпуск 10 смесительной камеры 9 имеет диаметр “d’” меньше диаметра “d” сечения смесительной камеры 9 (выпуск исключен) для того, чтобы дополнительно улучшить гомогенность смеси. Отношение d’/d составляет от 0,5 до 1, предпочтительно, от 0,7 до 1.
Предпочтительно, смесительная камера 9 может содержать, по меньшей мере, одно отклоняющее устройство (не показано на фигурах) на, по меньшей мере, одной из внутренних стенок указанной смесительной камеры. Присутствие, по меньшей мере, одного устройства отклонения смеси текучих сред, проходящих через указанную камеру, делает возможным увеличить поверхность обмена между двумя фазами и, таким образом, эффективность передачи тепла и материала между жидкой фазой и газообразной фазой, проходящих через указанную камеру. Указанное отклоняющее устройство может присутствовать в нескольких геометрических формах, делая возможным улучшить эффективность смесительной камеры, понятно, что указанные формы обеспечивают, по меньшей мере, частичное отклонение пути смеси текучих сред, проходящей через указанную камеру. Например, отклоняющее устройство может присутствовать в форме крючка, треугольного, квадратного, прямоугольного, яйцевидного сечения или другой формы сечения. Отклоняющее устройство может также присутствовать в форме одного или более фиксированных ребра (ребер) или одной или более фиксированных лопатки (лопаток).
В частном варианте согласно настоящему изобретению две смесительные камеры 9 могут быть расположены в смесительной зоне (В) для того, чтобы снизить высоту “h” или диаметр “d” указанных смесительных камер при обеспечении хорошего смешения текучих сред и хорошей равномерности температур. Предпочтительно, две смесительные камеры являются диаметрально противоположными на корпусе реактора. Для каждой смесительной камеры 9 присоединенными являются накопительная линия 7 и устройство 8 введения.
Ниже распределительной тарелки 12 может быть расположена диспергирующая система с тем, чтобы равномерно распределять текучие среды по каталитическому слою 14, расположенному ниже по потоку от указанной системы. Диспергирующая система содержит одно или более диспергирующих устройств 19 (смотри фигуру 4), способных соединяться с каждой трубкой 13, суммарно с несколькими трубками 13, или также суммарно со всеми трубками 13 распределительной тарелки 12. Каждое диспергирующее устройство 19 имеет по существу плоскую и горизонтальную геометрию, но может иметь периметр любой формы. Кроме того, каждое диспергирующее устройство 19 может быть расположено на различной высоте. Преимущественно указанное диспергирующее устройство присутствует в форме решеток и может, необязательно, содержать дефлекторы.
Расстояние, отделяющее диспергирующую систему от слоя гранулированных твердых частиц, расположенного непосредственно ниже, выбирается так, чтобы поддерживать состояние смеси газообразной и жидких фаз насколько возможно, как на выпуске трубок 13. Предпочтительно, распределительная тарелка 12 и каталитический слой 14, расположенный ниже указанной распределительной тарелки, составляет от 50 до 400 мм, предпочтительно, от 100 до 300 мм. Расстояние между распределительной тарелкой 12 и указанным диспергирующим устройством 19 составляет от 0 до 400 мм, предпочтительно, от 0 до 300 мм. В частном варианте распределительная тарелка 12 помещена на диспергирующее устройство 19.
Конечно, вариант изобретения, представленный выше, является только иллюстрацией изобретения и не является ограничением. Могут рассматриваться другие варианты смесительных и распределительных устройств.
Например, распределительная зона (С) может быть расположена на периферии корпуса реактора, внутри ограничивая смесительную зону (В) кольцевой стенкой 18. В данном частном варианте первая зона (С1) распределительной зоны (С) расположена на периферии корпуса реактора, вторая зона (С2) расположена внутри указанной первой зоны (С1) ниже смесительной зоны (В) на расстоянии D от распределительной тарелки, составляющем от 50 до 200 мм, причем указанная вторая зона (С2) содержит множество отверстий 18, подходящих для частичного прохождения текучих сред из указанной распределительной зоны (С).
В другом варианте изобретения смесительная зона содержится в кольцевой оболочке 15, причем положение кольцевой оболочки является таким, что она образует две первые зоны (С1, С’1), каждая ограниченная кольцевой стенкой 18, причем каждая содержит секцию поперечных каналов, подходящих для прохождения текучих сред из указанной смесительной зоны (В) в распределительную зону (С), и вторая зона (С2) расположена ниже указанной смесительной зоны (В) на расстоянии D от распределительной тарелки 12, составляющем от 50 до 200 мм, причем указанная вторая зона (С2) содержит множество отверстий 18, подходящих для частичного прохождения текучих сред из указанной распределительной зоны (С). В данном варианте расстояние “d2” находится между корпусом реактора и стенкой 16, ближайшей к корпусу реактора, т.е. стенкой с большим диаметром.
По сравнению с устройством, описанном в прототипе, и еще более конкретно по сравнению с устройством, описанным в документе FR 2952835, смесительное и распределительное устройство согласно настоящему изобретению имеет следующие преимущества:
- увеличенная компактность благодаря интегрированию на одной и той же высоте смесительной зоны и распределительной зоны текучих сред;
- хорошая тепловая эффективность и хорошая смесительная эффективность благодаря вихревому течению в смесительной камере, в кольцевой оболочке и на или на уровне распределительной тарелки.
Пример
В последующих примерах устройство согласно настоящему изобретению (устройство В) сравнивается с устройством не в соответствии с изобретением (устройство А). Для обоих устройств считается, что высоты Н1 и Н’1 накопительного пространства (А) являются идентичными и равными 120 мм. Таким же образом высота между распределительной тарелкой 12 и верхом второго каталитического слоя 14 фиксируется при 400 мм. Сравнение между указанными двумя устройствами основано на их компактности в каталитическом реакторе. Указанные примеры даны здесь путем иллюстрации, а не путем ограничения объема изобретения.
Устройство А (не в соответствии с изобретением)
Для реактора с диаметром 5 м требование к пространству традиционного смесительного устройства, такого как рассмотренное в документе FR 2952835A1, содержащегося между верхним концом накопительной линии 7 и тарелкой 11 предварительного распределения, составляет приблизительно 650 мм. Требование к пространству составляет приблизительно 950 мм, когда добавляется требование к пространству распределительной тарелки 12, расположенной ниже тарелки 11 предварительного распределения (соответствуя высоте Н3=300 мм).
Таким образом, суммарное требование к пространству традиционного смесительного и распределительного устройства, взятое между днищем первого каталитического слоя 2 и верхом второго каталитического слоя 14, составляет 120+950+400=1470 мм.
Устройство В (согласно настоящему изобретению)
Для реактора с диаметром 5 м высота Н’2 кольцевой оболочки устройства согласно настоящему изобретению составляет 600 мм, и расстояние “d2” между стенкой 16 кольцевой оболочки 15 и корпусом реактора составляет 350 мм, обеспечивая завихрение текучих сред в кольцевой оболочке.
Расстояние D между кольцевой оболочкой 15 и распределительной тарелкой 12 составляет 150 мм.
Высота распределительной зоны H’3 составляет 750 мм.
Таким образом, суммарное требование к пространству смесительного и распределительного устройства согласно настоящему изобретению, взятое между днищем первого каталитического слоя 2 и верхом второго каталитического слоя 14, составляет 120+750+400=1270 мм. Таким образом, путем сравнения, устройство согласно настоящему изобретению обеспечивает приблизительно 14% экономию пространства по сравнению с устройством А. Пространство, сэкономленное компактностью устройства согласно настоящему изобретению по сравнению с устройством-прототипом, может использоваться в результате для каталитических слоев. Таким образом, устройство согласно настоящему изобретению также обеспечивает улучшение характеристик реактора при увеличении количества катализатора в каталитических слоях.
1. Устройство для смешения и распределения текучих сред для каталитического реактора с нисходящим потоком, содержащее:
- по меньшей мере, одну накопительную зону (А), содержащую, по меньшей мере, одно накопительное устройство (5);
- по меньшей мере, одну по существу вертикальную накопительную линию (7), подходящую для принятия реакционной текучей среды, накопленной указанным накопительным устройством (5), и, по меньшей мере, одно устройство (8) введения, открывающееся в указанную накопительную линию (7) для введения охлаждающей текучей среды;
- по меньшей мере, одну смесительную зону (В), расположенную ниже по потоку от накопительного устройства (5) в направлении циркуляции текучих сред, причем указанная смесительная зона (В) содержит, по меньшей мере, одну смесительную камеру (9), соединенную с указанной накопительной линией (7), и выпускной конец (10) для удаления текучих сред;
- по меньшей мере, одну распределительную зону (С), расположенную ниже по потоку от указанной смесительной зоны (В) в направлении циркуляции текучих сред, содержащую распределительную тарелку (12), расположенную радиально по всему сечению корпуса реактора, причем указанная распределительная тарелка (12) содержит, по меньшей мере, одну первую зону (С1), несущую множество трубок (13), и вторую зону (С2);
отличающееся тем, что указанная смесительная зона (В) содержится в кольцевой оболочке (15), расположенной в распределительной зоне (С), причем указанные смесительная зона (В) и распределительная зона (С) ограничиваются, по меньшей мере, одной кольцевой стенкой (16), содержащей, по меньшей мере, одну секцию (17а, 17b) поперечных каналов, подходящих для прохождения текучих сред из указанной смесительной зоны (В) в первую зону (С1) указанной распределительной зоны (С), и тем, что вторая зона (С2) указанной распределительной зоны (С) содержит множество отверстий (18), подходящих для частичного прохождения текучих сред из распределительной зоны (С).
2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что указанная кольцевая оболочка (15) расположена на расстоянии D от распределительной тарелки (12), составляющем от 50 до 200 мм.
3. Устройство по п. 1 или 2, отличающееся тем, что указанная кольцевая стенка (16) указанной кольцевой оболочки (15) расположена на расстоянии d2 от корпуса реактора, причем расстояние d2 варьируется от 2% до 20% диаметра реактора.
4. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что указанная смесительная камера (9) расположена на расстоянии d1 от корпуса реактора, причем указанное расстояние d1 составляет от 5 до 300 мм.
5. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что высота указанной кольцевой оболочки (15) составляет от 200 до 800 мм.
6. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что кольцевая стенка (16) содержит множество секций (17а, 17b) поперечных каналов, распределенных на, по меньшей мере, двух уровнях.
7. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что кольцевая стенка (16) кольцевой оболочки (15) является по существу цилиндрической.
8. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что поперечное сечение смесительной камеры (9) является параллелограммным сечением.
9. Устройство по п. 8, отличающееся тем, что сечение смесительной камеры (9) представляет соотношение между высотой “h” указанного сечения и шириной “w“ указанного сечения, составляющее от 0,2 до 5,0.
10. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что указанная смесительная камера (9) имеет круглое сечение, причем диаметр “d” указанной смесительной камеры составляет от 0,05 до 0,5 м.
11. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что содержит две смесительные камеры (9).
12. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что указанная смесительная камера (9) содержит, по меньшей мере, одно устройство для отклонения текучих сред на, по меньшей мере, одной из внутренних стенок указанной смесительной камеры.
13. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что содержит диспергирующую систему, расположенную ниже указанной распределительной тарелки (12), причем указанная диспергирующая система содержит, по меньшей мере, одно диспергирующее устройство (19).
14. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что указанные смесительная зона (В) и распределительная зона (С) ограничиваются двумя кольцевыми стенками (16), причем каждая содержит, по меньшей мере, одну секцию (17а, 17b) поперечных каналов, подходящих для прохождения текучих сред из указанной смесительной зоны (В) в первую зону (С1) указанной распределительной зоны (С).
15. Каталитический реактор с нисходящим потоком, имеющий корпус (1), содержащий, по меньшей мере, два неподвижных каталитических слоя (2, 14), разделенных промежуточной зоной, содержащей устройство для смешения и распределения текучих сред по любому из пп. 1-14.
