Покрывающая система для слоя твердых частиц и реактор с такой системой

Группа изобретений относится к покрывающей системе для слоя твердых частиц реактора и реактору для проведения газофазных химических реакций с такой системой. Покрывающая система для слоя твердых частиц содержит шарнирную конструкцию и кольцевую оболочку, накрывающую шарнирную конструкцию, причем оболочка образована металлическими пластинами, установленными с возможностью смещения относительно друг друга герметичным образом. При этом шарнирная конструкция содержит металлические пояса, образующие шарнирные концентрические круги, обеспечивающие возможность поддержания пластин оболочки и адаптации к деформациям слоя, и металлические элементы, образующие шарнирные поперечины, обеспечивающие возможность поддержания интервала между шарнирными концентрическими кругами и адаптации к деформациям слоя. Реактор содержит камеру, снабженную периферийными внутренними зубцами, центральную трубу, отделение, содержащее слой твердых частиц, и покрывающую систему, установленную между периферийными внутренними зубцами и крышкой, надетой на трубу. Покрывающая система не содержит тканей с канцерогенными составляющими, может повторно использоваться в ходе нескольких циклов, имеет возможность адаптации к реакторам нескольких размеров и способна повторять деформации слоя частиц. 2 н. и 11 з.п. ф-лы, 6 ил.

 

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к реактору для проведения газофазных химических реакций при определенных температуре и давлении. Более конкретно оно касается реактора типа реакторов «с радиальным потоком», предназначенных для риформинга нефтяных фракций, и в частности, для получения бензина с высоким октановым числом из тяжелых бензиновых фракций.

Уровень техники

Ранее уже предлагалось применение реактора радиального типа цилиндрической формы, в котором текучая среда вводится через периферийные зубцы в толщу слоя частиц на основе катализатора (такой слой называют также «катализаторным»). Указанная текучая среда проходит через такой слой в радиальном направлении, тогда как сток собирается в перфорированной центральной трубе, которая проходит в вертикальном направлении в середине слоя и из которой этот сток затем выводится.

Зона, находящаяся над слоем, состоит, как правило, из надеваемого на центральную трубу колпака, герметичного пояса из огнеупорной ткани, укладываемой на слой для надежного обеспечения прохождения текучей среды через периферийные зубцы, и слоя инертных шаров, укладываемого на герметичный пояс для его удержания плотно прижатым к слою частиц.

Конструкция подобных реакторов предполагает необходимость использования огнеупорных тканей из коротких волокон стеклокерамики, которые являются канцерогенными. Кроме того, огнеупорные ткани довольно ломкие и могут в процессе изготовления рваться, что требует их замены в каждом цикле.

Кроме того, в процессе изготовления эти огнеупорные ткани иногда не в состоянии повторить все деформации слоя частиц, вызванные его недостаточно плотным заполнением перед изготовлением.

Раскрытие сущности изобретения

Задача изобретения состоит в устранении этих недостатков благодаря разработке новой покрывающей системы для слоя твердых частиц, которая не содержала бы канцерогенных составляющих, могла бы повторно использоваться в ходе нескольких циклов, имела бы возможность адаптации к реакторам нескольких размеров и была бы способной повторять деформации слоя частиц.

Указанная задача в соответствии с изобретением решена покрывающей системой для слоя твердых частиц, отличающейся тем, что она содержит шарнирную конструкцию и кольцевую оболочку, накрывающую шарнирную конструкцию, причем оболочка образована металлическими пластинами, установленными с возможностью смещения относительно друг друга герметичным образом, при этом шарнирная конструкция содержит металлические пояса, которые образуют собой шарнирные концентрические круги, обеспечивающие возможность поддержания пластин оболочки и адаптации к деформациям слоя, и металлические элементы, которые образуют собой шарнирные поперечины, обеспечивающие возможность поддержания интервала между шарнирными концентрическими кругами и адаптации к деформациям слоя.

В соответствии с изобретением, целесообразно, чтобы в покрывающей системе для слоя твердых частиц использовались металлические пластины, не имеющие канцерогенных элементов. Кроме того, эти металлические детали более стойки, чем огнеупорные ткани, что позволяет использовать их повторно в течение нескольких циклов. Наконец, учитывая, что эти металлические детали соединены друг с другом шарнирно, можно выбирать их нужное количество, с тем чтобы обеспечить их адаптацию к разным размерам реактора, а также чтобы они могли быть подвижными относительно друг друга, что позволит им постоянно оставаться прижатыми к слою частиц, даже если при изготовлении происходят деформации.

В соответствии с другими факультативными признаками, характеризующими осуществление изобретения,

- шарнирная конструкция содержит от 3 до 6 шарнирных концентрических кругов;

- каждый шарнирный концентрический круг содержит от 3 до 10 металлических поясов, которые выполнены подвижными относительно друг друга;

- шарнирная конструкция содержит от 3 до 8 шарнирных поперечин;

- каждая шарнирная поперечина содержит от 2 до 5 металлических элементов, которые выполнены подвижными относительно друг друга;

- оболочка содержит от 7 до 27 металлических пластин;

- металлические пластины образуют собой секторы кольца;

- металлические пластины установлены с возможностью смещения относительно друг друга герметичным образом с помощью шнуров, из керамического волокна;

- шарнирная конструкция содержит крестовину в каждом пересечении шарнирных концентрических кругов с поперечинами;

- каждая крестовина имеет четыре свободных конца, каждый из которых установлен с возможностью поворота с металлическим поясом или металлическим элементом.

Изобретение также относится к химическому реактору, содержащему камеру, снабженную периферийными внутренними зубцами, центральной трубой и отделением, в которое помещен слой твердых частиц, отличающемуся тем, что он содержит покрывающую систему типа описанной выше, установленную между периферийными внутренними зубцами и крышкой, надетой на центральную трубу.

В соответствии с другими опциональными признаками, характеризующими осуществление изобретения:

- покрывающая система установлена герметичным образом с примыканием к крышке с помощью герметизирующих средств;

- покрывающая система дополнительно содержит перегородку, установленную на периферийной части оболочки напротив периферийных внутренних зубцов для формирования между этой перегородкой и периферийными внутренними зубцами промежутка, предназначенного для размещения инертных шаров.

Краткое описание чертежей

Ниже приводится описание одного из вариантов осуществления изобретения, который дан в качестве примера, не имеющего ограничительного характера, со ссылками на приложенные чертежи, где:

- фиг. 1 представляет собой вид в разрезе реактора согласно изобретению;

- фиг. 2 представляет собой частичный вид в увеличенном масштабе конструкции по фиг. 1 с детальным изображением покрывающей системы согласно изобретению;

- фиг. 3 представляет собой вид сверху оболочки покрывающей системы согласно изобретению;

- фиг. 4 представляет собой вид в аксонометрии перед сборкой, иллюстрирующий часть шарнирной конструкции покрывающей системы согласно изобретению;

- фиг. 5 представляет собой вид сверху после сборки, иллюстрирующий часть шарнирной конструкции покрывающей системы согласно изобретению;

- фиг. 6 представляет собой частичный вид в увеличенном масштабе конструкции по фиг. 2, иллюстрирующий взаимодействие между оболочкой и шарнирной конструкцией покрывающей системы согласно изобретению.

Осуществление изобретения

На разных чертежах одинаковые или аналогичные компоненты обозначены одними и теми же цифровыми позициями, которые в ряде случаев дополнены подстрочными индексами, поэтому нет необходимости в систематическом повторе описания их конструкции и функций.

По всему нижеследующему тексту различные ориентации даются применительно к положению реактора на фиг. 1. Так, в частности, выражения «верхний», «нижний», «прямой», «вертикальный», «горизонтальный» следует понимать как относящиеся к положению реактора на фиг. 1. Разумеется, эти выражения могут менять свое значение в соответствии с изменением положения реактора по отношению к тому, которое изображено на фиг. 1.

Химический реактор 1 согласно изобретению выполнен с возможностью создания «горизонтальной системы перегородок», с тем чтобы обеспечить перемещение С текучей среды в радиальном направлении через слой 3, образованный твердыми частицами (гранулами, палочками, зернами и пр.) на основе катализатора, которые сгруппированы таким образом, чтобы в текучей среде происходила химическая реакция, направленная на их преобразование.

Если говорить конкретнее, текучая среда вводится в верхнюю часть реактора 1 а направлении по стрелке А. Этот реактор 1 содержит покрывающую систему 5, обеспечивающую отклонение В текучей среды в сторону периферийных внутренних зубцов 7, с помощью которых создается принудительное перемещение С текучей среды в радиальном направлении в толще слоя 3 частиц, который называют также «катализаторным слоем». Проходя через слой 3, текучая среда претерпевает при контакте с ним превращение, при этом продукты реакции скапливаются в перфорированной центральной трубе 9, которая проходит в вертикальном направлении в середине слоя 3 и из которой эти продукты реакции выводятся в направлении по стрелке D в нижнюю часть реактора 1.

Объектом настоящего изобретения является именно эта описанная выше особая покрывающая система 5. Как показано на фиг. 1-6, покрывающая система 5 для слоя 3 твердых частиц содержит, главным образом, шарнирную конструкцию 11 и кольцевую оболочку 13, выполненную с возможностью герметичного накрытия шарнирной конструкции 11. В соответствии с предлагаемым предпочтительным техническим решением, покрывающая система 5, монтируемая между периферийными внутренними зубцами 7 и крышкой 15, надеваемой на трубу 9, будет создавать отклонение В текучей среды в сторону периферийных внутренних зубцов 7, но в то же время сможет и постоянно оставаться прижатой к слою 3, даже если он деформируется в процессе изготовления. Говоря точнее, слой 3 контактирует с нижней частью кольцевой оболочки 13 таким образом, что почти вся шарнирная конструкция 11 оказывается погруженной в верхнюю часть слоя 3.

Как видно на фиг. 2 и 3, кольцевая оболочка 13 образована металлическими пластинами 16, 17, которые уложены с возможностью смещения относительно друг друга герметичным образом. Говоря конкретнее, в зависимости от конфигурации реактора 1, кольцевая оболочка 13 может содержать от семи до двадцати семи металлических пластин толщиной от одного до пяти миллиметров. Таким образом, в соответствии с одним из предлагаемых предпочтительных решений, есть возможность выбрать нужное их количество, чтобы можно было адаптироваться к разным размерам реактора 1 с внутренними диаметрами, как правило, от 1,5 до 4 метров.

Как более детально показано на фиг. 3, первая группа пластин 16 образует собой центральное кольцо вокруг крышки 15. В соответствии с примером, показанным на фиг. 3, эта первая группа состоит из трех пластин 16 в форме сектора кольца шириной около 25 см. Разумеется, ширина и/или количество пластин 16 первой группы может быть меньше или больше указанных значений, которые предложены здесь лишь в качестве примеров. Аналогичным образом, форму пластин 16 можно адаптировать к ситуации, когда крышка 15 не будет иметь кругообразной периферийной поверхности, а вместо нее будет использоваться, например, многоугольная поверхность.

Как видно на фиг. 3, вторая группа пластин 17 образует собой по меньшей мере одно периферийное кольцо вокруг центрального кольца. В примере по фиг. 3 эта вторая группа состоит из восьми первых пластин 17₁ в форме сектора кольца, окруженных восьмью вторыми пластинами 17₂ в форме сектора кольца, причем ширина пластин 17₁ и 17₂ согласована с диаметром реактора 1. Совершенно понятно, что количество пластин 17_х и/или количество периферийных колец второй группы может быть меньше или больше указанных значений, которые приведены здесь лишь в качестве примеров. Аналогичным образом, пластины 17_х могут иметь иную форму, при условии, что это не повлечет за собой утраты их функций, - так, все они или их часть могут иметь, например, по существу, трапецеидальную форму.

Как было разъяснено выше, кольцевая оболочка 13 должна быть герметичной, с тем чтобы обеспечивалось отклонение В текучей среды, но в то же время и адаптированной к деформациям слоя 3. Поэтому согласно изобретению металлические пластины 16, 17_х устанавливаются предпочтительно с возможностью смещения относительно друг друга герметичным образом, для чего служит, например, по меньшей мере, один шнур 19, предпочтительно из керамического волокна.

В соответствии с примером, приведенным на фиг. 2, предусмотрена периферийная канавка 21, которая выполнена на пластинах 16 первой группы и в которую укладывается шнур 19, при этом пластины 17₁ второй группы помещают с прижатием к этому шнуру герметичным образом.

Кроме того, как видно на фиг. 2 и 6, на второй группе пластин 17₁, 17₂ выполнен периферийный выступ 29₁, 29₂ для размещения каждого, по меньшей мере одного шнура 19. Таким образом, две смежных пластины 17₁ и 17₂ жестко связаны друг с другом с помощью U-образного профиля 27, который прижат к шнурам 19 с помощью узла, состоящего из вала 23 и конической скобы 25. Добавим, что, как показано на фиг. 6, вал 23 смонтирован на крестовине 41₂ шарнирной конструкции 11, как будет разъяснено далее. Таким образом, вторая группа пластин 17_х является подвижной и герметичной.

Разумеется, вид, и/или форма, и/или количество шнуров 19 могут отличаться от указанных выше без утраты при этом преимуществ изобретения. Кроме того, герметичность может быть такой же, как между всеми пластинами 16, 17_х оболочки 13 или даже отличаться от двух описанных выше видов герметичности без утраты при этом преимуществ изобретения.

В соответствии с изобретением, целесообразно, чтобы шарнирная конструкция 11 содержала металлические пояса 31, образующие собой шарнирные концентрические круги 33_х. Эти шарнирные концентрические круги 33_х позволяют поддерживать пластины 16, 17_х оболочки 13 и адаптироваться к деформациям слоя 3.

Шарнирная конструкция 11 может содержать от трех до шести шарнирных концентрических кругов 33_х, в зависимости от ширины реактора 1. Кроме того, каждый шарнирный концентрический круг 33_х может содержать от трех до десяти металлических поясов 31_х высотой от пяти до десяти сантиметров, которые выполнены подвижными относительно друг друга, как будет разъяснено ниже. Действительно, вполне очевидно, что чем больше поясов 31_х входит в состав концентрического круга 33_х, тем более точной будет его адаптация к деформациям слоя 3.

Кроме этого, в конструкции по фиг. 2 пояса 31_х шарнирного концентрического круга 33_х снабжены герметизирующими средствами 39, благодаря которым текучая среда не будет проходить между крышкой 15 и шарнирным концентрическим кругом 33₁. Эти герметизирующие средства 39 могут быть того же типа, что и шнуры 19, и состоять, например, из трех шнуров, прижимающихся к крышке 15 с помощью, например, одинарного сальника (не показан), чтобы обеспечить возможность скольжения шарнирного концентрического круга 33₁ по крышке 15 в случае деформации слоя 3.

Шарнирная конструкция 11 дополнительно содержит металлические элементы 35_х, которые образуют собой шарнирные поперечины 37_х, обеспечивающие возможность поддержания практически постоянного интервала между шарнирными концентрическими кругами 33_х и адаптации к деформациям слоя 3. Таким образом, шарнирная конструкция 11 может содержать от трех до восьми шарнирных поперечин 37_х, проходящих в радиальном направлении между крышкой 15 и периферийной частью оболочки 13. Кроме того, каждая шарнирная поперечина 37_х может содержать от двух до пяти металлических элементов, выполненных подвижными относительно друг друга.

В соответствии с примером по фиг. 2 и 3, шарнирные концентрические круги 33₁-33₄ удерживаются с заданным интервалом между ними с помощью трех шарнирных поперечин 37_х, каждая из которых состоит из трех элементов 35₁-35₃.

Наконец, как показано на фиг. 4 и 5 и согласно предпочтительному варианту осуществления изобретения, шарнирная конструкция 11 дополнительно содержит крестовину 41_х в каждом пересечении шарнирных концентрических кругов 33_х с поперечинами 37_х. Таким образом, каждая крестовина 41_х может иметь четыре свободных конца, каждый из которых установлен с возможностью поворота с металлическим поясом 31_х или металлическим элементом 35_х с помощью шарнирной оси 43.

В соответствии с изобретением, целесообразно, чтобы в покрывающей системе 5 для слоя 3 твердых частиц использовались металлические детали для шарнира 11 и оболочки 13, выполненные, например, из жаростойкой нержавеющей стали типа ТР321, благодаря чему устраняется даже малейший канцерогенный риск для операторов реактора 1.

Кроме этого, указанные металлические детали более стойкие, чем огнеупорные ткани, что позволяет использовать их повторно в течение нескольких циклов. Наконец, учитывая, что эти металлические детали соединены друг с другом шарнирно, можно выбирать их нужное количество, с тем чтобы обеспечить их адаптацию к разным размерам реактора 1, а также чтобы они могли быть подвижными относительно друг друга, что позволит им постоянно оставаться прижатыми к слою 3, даже если при изготовлении происходят деформации.

И, наконец, поскольку слой 3 в максимальной степени заполняет все промежутки, ограничиваемые пространством между шарнирными концентрическими кругами 33 и элементами 35 шарнирной конструкции 11, подлежащая преобразованию текучая среда, даже циркулируя под пластинами 16, 17_х оболочки 13, сможет претерпевать превращение при контакте со слоем 3 в процессе радиального перемещения С.

Изобретение не ограничено представленными здесь вариантами его осуществления, так что для специалистов в данной области совершенно очевидна возможность создания иных вариантов. Говоря конкретнее, можно предусмотреть, чтобы покрывающая система 5 дополнительно содержала перегородку 45 (ее можно видеть на фиг. 2), устанавливаемую на периферийной части оболочки 13 напротив периферийных внутренних зубцов 7, что позволит сформировать между этой перегородкой 45 и периферийными внутренними зубцами 7 промежуток, предназначенный для размещения инертных шаров 47, например, на основе оксида алюминия. Благодаря такому варианту конфигурации удастся уменьшить количество разных пластин 17_х и устранить необходимость в придании этим периферийным пластинам 17_х формы, соответствующей форме периферийных зубцов 7.

1. Покрывающая система (5) для слоя (3) твердых частиц, отличающаяся тем, что она содержит шарнирную конструкцию (11) и кольцевую оболочку (13), накрывающую шарнирную конструкцию (11), причем оболочка (13) образована металлическими пластинами (16, 17), установленными с возможностью смещения относительно друг друга герметичным образом, при этом шарнирная конструкция (11) содержит металлические пояса (31), образующие шарнирные концентрические круги (33), обеспечивающие возможность поддержания пластин (16, 17) оболочки (13) и адаптации к деформациям слоя (3), и металлические элементы (35), образующие шарнирные поперечины (37), обеспечивающие возможность поддержания интервала между шарнирными концентрическими кругами (33) и адаптации к деформациям слоя (3).

2. Система (5) по предшествующему пункту, в которой шарнирная конструкция (11) содержит от 3 до 6 шарнирных концентрических кругов (33).

3. Система (5) по п. 1 или 2, в которой каждый шарнирный концентрический круг (33) содержит от 3 до 10 металлических поясов (31), которые выполнены подвижными относительно друг друга.

4. Система (5) по любому из предшествующих пунктов, в которой шарнирная конструкция (11) содержит от 3 до 8 шарнирных поперечин (37).

5. Система (5) по любому из предшествующих пунктов, в которой каждая шарнирная поперечина (37) содержит от 2 до 5 металлических элементов (35), которые выполнены подвижными относительно друг друга.

6. Система (5) по любому из предшествующих пунктов, в которой оболочка (13) содержит от 7 до 27 металлических пластин (16, 17).

7. Система (5) по любому из предшествующих пунктов, в которой металлические пластины (16, 17) образуют собой секторы кольца.

8. Система (5) по любому из предшествующих пунктов, в которой металлические пластины (16, 17) установлены с возможностью смещения относительно друг друга герметичным образом с помощью шнуров (19) из керамического волокна.

9. Система (5) по любому из предшествующих пунктов, в которой шарнирная конструкция (11) содержит крестовину (41) в каждом пересечении шарнирных концентрических кругов (33) с поперечинами (37).

10. Система (5) по предшествующему пункту, в которой каждая крестовина (41) имеет четыре свободных конца, каждый из которых установлен с возможностью поворота с металлическим поясом (31) или металлическим элементом (35).

11. Химический реактор (1), содержащий камеру, снабженную периферийными внутренними зубцами (7), центральной трубой (9) и отделением, содержащим слой (3) твердых частиц, отличающийся тем, что химический реактор (1) содержит покрывающую систему (5) по любому из предшествующих пунктов, установленную между периферийными внутренними зубцами (7) и крышкой (15), надетой на трубу (9).

12. Реактор (1) по предшествующему пункту, в котором покрывающая система (5) установлена герметичным образом с примыканием к крышке (15) с помощью герметизирующих средств (39).

13. Реактор (1) по п. 11 или 12, в котором покрывающая система (5) дополнительно содержит перегородку (45), установленную на периферийной части оболочки (13) напротив периферийных внутренних зубцов (7) с целью формирования между перегородкой (45) и периферийными внутренними зубцами (7) промежутка, предназначенного для размещения инертных шаров (47).