Устройство для распределения многофазной смеси в камере, содержащей псевдоожиженную среду
Изобретение относится к распределительным устройствам для распределения легкой текучей среды в реакционной камере, содержащей тяжелую текучую среду. Устройство для распределения легкой текучей среды в тяжелой среде в псевдоожиженном состоянии в реакционной камере (5) содержит подводящую трубу для подачи легкой текучей среды; первые и вторые окна (7 и 8), прорезанные в подводящей трубе, причем вторые окна выходят в реакционную камеру; отводы (6), идущие от каждого первого окна и разделяющиеся на центральный проход, входящий в реакционную камеру через промежуточное окно, прорезанное в верхней стенке отвода (6); по меньшей мере два отличающихся боковых отвода, образующих два боковых прохода, входящих в реакционную камеру через окна в периферийной части отводов. Технический результат изобретения - обеспечение хорошего распределения текучих сред на входе в реакционную камеру, лучшего смешивания сред и лучших параметров осуществления реакции. 4 н. и 11 з.п. ф-лы, 1 табл., 6 ил.
Область техники, к которой относится изобретение
В настоящем описании изложено улучшение конструкции распределительных устройств для распределения в общем случае легкой текучей среды в реакционной камере, содержащей в общем случае тяжелую текучую среду. В общем случае, в контексте псевдоожиженных слоев, легкая текучая среда представляет собой газовую среду, среду "газ - твердые частицы", среду "газ - жидкость", жидкую среду или среду "жидкость - твердые частицы", а тяжелая текучая среда представляет собой собственно псевдоожиженный слой, то есть суспензию твердых частиц, диспергированных в газе и/или в жидкости.
В случае, когда реакционная камера представляет собой псевдоожиженный слой, содержащий твердые частицы (необязательно обладающие каталитическими свойствами), поддерживаемые в виде суспензии в псевдоожиженном состоянии за счет прохода потока газа, потока жидкости, смеси потоков газа и жидкости или псевдоожиженного потока, образованного газом или жидкостью, содержащими суспендированные частицы, распределение играет существенную роль в поддержании псевдоожиженного состояния твердых частиц в реакционной камере, при этом обеспечивая хорошее смешивание комплекса сред и хорошую гомогенность продуктов в среде псевдоожиженного слоя.
Таким образом, решающее значение имеет обеспечение хорошего распределения текучих сред на входе в реакционную камеру. Это обстоятельство является тем более важным в случае, когда химическую реакцию осуществляют в псевдоожиженном слое, поскольку при этом стремятся избегать возникновения любого побочного перетока или любой мертвой зоны, вредящих технологическому процессу.
Предшествующий уровень техники
В US 5571482 описано устройство для распределения газа, расположенное вверху реактора с псевдоожиженным слоем и с восходящим прямоточным движением потоков "газ - твердые частицы" (называемое согласно терминологии на английском языке "райзер") в регенераторе, содержащем крышку эллипсовидной формы, снабженную отверстиями и имеющую выемки по краю крышки.
В FR 3006607 описано устройство для распределения легкой среды в тяжелой среде, содержащее средство отклонения, расположенное на внешней поверхности крышки.
В US 5156817 описано распределительное устройство, снабженное множеством распределительных траверс треугольного сечения, имеющих зубчатые нижние кромки.
В US 6221318 описано распределительное устройство, снабженное множеством распределительных траверс, имеющих разные концевые участки.
Краткое описание изобретения
В описанном ранее контексте первой целью настоящего изобретения является разработка распределительных устройств, обеспечивающих лучшее распределение первой текучей среды (т.е. легкой среды) в реакционной камере, содержащей вторую текучую среду (т.е. тяжелую среду), имеющую плотность больше, чем плотность распределяемой легкой текучей среды. Разность плотностей может быть обусловлена как объемной долей твердых частиц, так и объемной долей жидкости во вводимой среде, меньшей по сравнению со средой, содержащейся в емкости, в которой среды должны быть смешаны. Второй целью настоящего изобретения является разработка распределительных устройств, обеспечивающих лучшее смешивание сред и лучшие параметры осуществления реакции.
Согласно первому аспекту указанные ранее цели, а также другие преимущества достигнуты благодаря устройству распределения легкой текучей среды в тяжелой среде в реакционной камере, содержащей указанную тяжелую среду (например, в псевдоожиженном состоянии), причем устройство содержит:
подводящую трубу для подачи легкой текучей среды к реакционной камере, причем подводящая труба предпочтительно адаптирована для вхождения в реакционную камеру;
первые окна и вторые окна, прорезанные в боковой стенке подводящей трубы, причем вторые окна выходят непосредственно в реакционную камеру;
и
отводы, идущие от каждого первого окна вдоль оси отвода по существу перпендикулярно к оси симметрии подводящей трубы;
в котором каждый отвод разделяется в плоскости, по существу перпендикулярной по отношению к оси симметрии подводящей трубы, на:
центральный проход, входящий в реакционную камеру через промежуточное окно, прорезанное в верхней стенке отвода;
по меньшей мере два отличающихся боковых отвода, образующих два боковых прохода, входящих в реакционную камеру через окна в периферийных частях отводов.
Согласно одному или нескольким вариантам реализации первые окна адаптированы так, что первая порция легкой текучей среды, распределяемая на периферии реакционной камеры, выходит через первые окна с первой скоростью, а вторые окна адаптированы так, что вторая порция легкой текучей среды, распределяемая в центральной области реакционной камеры, выходит через вторые окна со второй скоростью, причем сечения проходов первых и вторых окон заданы так, чтобы первая скорость и вторая скорость находились в интервале от 0,1 до 30 V, где V означает скорость указанной легкой текучей среды в подводящей трубе и имеет значение в интервале от 1 до 100 м/с.
Согласно одному или нескольким вариантам реализации промежуточные окна адаптированы так, чтобы центральная часть первой порции легкой текучей среды распределялась в средней области реакционной камеры и выходила через промежуточные окна с третьей скоростью, а окна в периферийной части отводов адаптированы так, чтобы боковые части первой порции легкой текучей среды распределялись в периферийной области реакционной камеры и выходили через окна в периферийной части отводов с четвертой скоростью, причем сечения проходов промежуточных окон и периферийных окон отводов заданы так, чтобы третья скорость и четвертая скорость находились в интервале от 0,5 до 3 V2, где V2 означает вторую скорость.
Согласно одному или нескольким вариантам реализации отводы имеют длину в интервале от 0,1 до 0,5 D, где D означает диаметр реакционной камеры.
Согласно одному или нескольким вариантам реализации первые и вторые окна расположены чередующимся образом и/или имеются в парном числе, и/или имеются в одинаковом числе, в частности, для обеспечения симметрии течения.
Согласно одному или нескольким вариантам реализации ширина сечения прохода, образованного отводом, увеличивается линейно, криволинейно или ступенчато, начиная от подводящей трубы.
Согласно одному или нескольким вариантам реализации ширина отводов увеличивается, начиная от подводящей трубы, вдоль оси отводов под двумя углами α на участке f, причем угол α находится в интервале от 0 до 60°, а длина участка f находится в интервале от 0 до 1 a, где a означает длину отводов.
Согласно одному или нескольким вариантам реализации высота сечения прохода, образованного отводом, уменьшается линейно, криволинейно или ступенчато, начиная от подводящей трубы.
Согласно одному или нескольким вариантам реализации ширина отводов уменьшается, начиная от подводящей трубы, вдоль оси отводов под углом β на участке f, причем угол β находится в интервале от 0 до 85°, а длина участка f находится в интервале от 0 до 1 a, где a означает длину отводов.
Согласно одному или нескольким вариантам реализации расстояние b вдоль оси отвода между подводящей трубой и центральной стенкой, делящее отвод на указанные ранее центральный проход и боковые проходы, находится в интервале от 0,1 до 0,9 a, где a означает длину отводов.
Согласно одному или нескольким вариантам реализации промежуточное окно размещают на краю центральной стенки.
Согласно второму аспекту указанные ранее цели, а также другие преимущества достигнуты благодаря реактору, содержащему распределительное устройство согласно первому аспекту.
Согласно одному или нескольким вариантам реализации реактор имеет только одно устройство распределения. Согласно одному или нескольким вариантам реализации реактор имеет множество распределительных устройств.
Согласно третьему аспекту указанные ранее цели, а также другие преимущества достигнуты благодаря способу каталитического крекинга с двумя зонами регенерации, в котором используют распределительное устройство согласно первому аспекту для осуществления перемещения катализатора из первой зоны регенерации во вторую зону регенерации в турбулентном псевдоожиженном слое.
Согласно одному или нескольким вариантам реализации реакцию в первой зоне регенерации осуществляют в следующих условиях:
температура: в интервале от 600 до 750°C;
давление: в интервале от 0,15 до 0,3 МПа изб.;
линейная скорость газа: в интервале от 0,5 до 1,5 м/с;
катализатор FCC (матрица "диоксид кремния-оксид алюминия" с цеолитом и добавками);
регенерируемая "загрузка": закоксованный катализатор (кокс, образованный углеродом, водородом, азотом и серой).
Согласно одному или нескольким вариантам реализации реакцию во второй зоне регенерации осуществляют в следующих условиях:
температура: в интервале от 690 до 750°C;
давление: в интервале от 0,1 до 0,3 МПа изб.;
линейная скорость газа: в интервале от 0,5 до 1,5 м/с;
катализатор FCC (матрица "диоксид кремния-оксид алюминия" с цеолитом и добавками);
регенерируемая "загрузка": закоксованный катализатор (кокс, образованный углеродом, водородом, азотом и серой).
Согласно четвертому аспекту указанные ранее цели, а также другие преимущества достигнуты благодаря способу обработки биомассы, в котором используют распределительное устройство согласно первому аспекту для осуществления ввода газа или суспензии "газ - твердые частицы" в псевдоожиженную среду, например в реактор каталитического пиролиза, например, осуществляя ввод водорода и/или твердых частиц в псевдоожиженную среду, содержащую твердые частицы.
Согласно одному или нескольким вариантам реализации в реакторе каталитического пиролиза устанавливают следующие условия реакции:
температура: в интервале от 500 до 650°C;
давление: в интервале от 0,5 до 0,7 МПа изб.;
линейная скорость газа: в интервале от 0,3 до 1,5 м/с;
катализатор (матрица "диоксид кремния-оксид алюминия" с добавками);
твердая исходная смесь: биомасса.
Согласно пятому аспекту указанные ранее цели, а также другие преимущества достигнуты благодаря способу гидрообработки тяжелых нефтяных фракций, в котором используют распределительное устройство согласно первому аспекту для осуществления ввода водорода в псевдоожиженную среду, содержащую твердые частицы (например, катализатор) и в случае необходимости обрабатываемую тяжелую углеводородную фракцию.
Согласно одному или нескольким вариантам реализации в реакторе каталитического пиролиза устанавливают следующие условия реакции:
температура: в интервале от 390 до 460°C;
давление: в интервале от 15 до 20 МПа изб.;
линейная скорость газа: в интервале от 2 до 8 см/с;
линейная скорость жидкости: в интервале от 2 до 8 см/с;
катализатор "H-oilTM" (например, металл из группы VI и металл из группы VIII на оксиде алюминия);
исходная смесь: атмосферный и/или вакуумный остаток.
Группы химических элементов указаны согласно классификации CAS (CRC Handbook of Chemistry and Physics, éditeur CRC press, rédacteur en chef D.R. Lide, 81ème édition, 2000-2001). Например, группа VIII согласно классификации CAS соответствует металлам столбцов 8, 9 и 10 согласно новой классификации ИЮПАК.
Варианты реализации согласно аспектам, перечисленным ранее, а также другие характеристики и преимущества устройств и способов согласно указанным ранее аспектам будут приводиться при чтении дальнейшего описания пояснительным и неограничительным образом и со ссылкой на прилагаемые фигуры.
Краткое описание фигур
На фиг. 1 представлено схематическое изображение реактора, содержащего устройство распределения согласно вариантам реализации по настоящему описанию.
На фиг. 2a и 2b представлены схематические изображения подводящей трубы распределительного устройства согласно вариантам реализации по настоящему описанию.
На фиг. 3 представлено схематическое изображение отводов распределительного устройства согласно вариантам реализации по настоящему описанию.
На фиг. 4a, 4b и 4c представлены схематические изображения отводов распределительного устройства согласно вариантам реализации по настоящему описанию.
На фиг. 5a, 5b, 5c и 5d представлены схематические изображения боковых проходов отводов распределительного устройства согласно вариантам реализации по настоящему описанию.
На фиг. 6a и 6b представлены изображения, полученные трехмерным моделированием и показывающие диспергирование текучей среды, введенной в реакционную камеру посредством сравнительного устройства и распределительного устройства согласно вариантам реализации по настоящему описанию соответственно.
В общем случае сходные элементы обозначены на фигурах идентичными позициями.
Подробное описание изобретения
Распределительное устройство согласно настоящему описанию может быть определено как устройство для распределения легкой текучей среды в тяжелой среде (т.е. для смешивания с текучими средами с более высокой плотностью) в реакционной камере, содержащей указанную тяжелую среду, например, в псевдоожиженном состоянии.
Легкая текучая среда может представлять собой газовую среду, среду "газ - твердые частицы", среду "газ - жидкость", жидкую среду или среду "жидкость - твердые частицы". Согласно одному или нескольким вариантам реализации легкая текучая среда представляет собой среду "газ - твердые частицы" или среду "жидкость - твердые частицы". Согласно одному или нескольким вариантам реализации легкая текучая среда представляет собой среду "газ - твердые частицы".
Тяжелая среда может представлять собой эмульсию "газ - твердые частицы" или даже трехфазную среду "газ - твердые частицы - жидкость", как, например, в процессах гидрообработки нефтяных фракций. Согласно одному или нескольким вариантам реализации соотношение плотностей тяжелой среды и легкой среды находится в интервале от 1,1 до 5000.
Распределительное устройство согласно настоящему описанию предпочтительно адаптировано для распределения легкой текучей среды в реакторе с псевдоожиженным слоем, таком как реактор с псевдоожиженным кипящим трехфазным слоем, в котором твердотельный катализатор приводят в псевдоожиженное состояние смешиванием текучих взаимодействующих сред, содержащих газ и жидкость. Распределительное устройство согласно настоящему описанию является предпочтительно приемлемым для распределения среды "газ - твердые частицы" или среды "газ - жидкость" при высокой температуре в реакторе с псевдоожиженным слоем. Например, это относится к случаю ступенчатой регенерации катализатора в технологическом процессе конверсии остатка "FCC R2RTM", когда катализатор подвергают первой стадии регенерации в реакторе с псевдоожиженным слоем, а затем осуществляют вторую стадию регенерации в реакторе с псевдоожиженным слоем, в котором катализатор предпочтительно в хорошей степени распределен однородным образом в комплексе секции второй ступени регенерации, предпочтительно для облегчения реакций сжигания и ограничения различий по температуре.
Распределительное устройство согласно настоящему описанию является особенно хорошо приспособленным в случае, когда легкая текучая среда содержит водород и когда тяжелая текучая среда содержит нефтяной остаток, предпочтительно для осуществления стадии гидроконверсии в кипящем слое при использовании реактора с псевдоожиженным трехфазным слоем.
В рамках способа каталитического крекинга с двумя ступенями регенерации распределительное устройство согласно настоящему описанию может быть использовано для перемещения катализатора из первой зоны регенерации во вторую зону регенерации в турбулентном псевдоожиженном слое.
В рамках способа обработки биомассы распределительное устройство согласно настоящему описанию может быть использовано для ввода газа или суспензии "газ - твердые частицы" в псевдоожиженную среду в реакторе обработки биомассы.
В рамках способа гидрообработки тяжелых нефтяных фракций распределительное устройство согласно настоящему описанию может быть использовано для ввода водорода в псевдоожиженную среду, содержащую частицы катализатора и обрабатываемую тяжелую углеводородную фракцию.
В более общем случае распределительное устройство согласно настоящему описанию может быть использовано:
- в реакторах для осуществления способа каталитического крекинга в псевдоожиженном слое (сокращенно обозначаемого аббревиатурой FCC);
- в реакторах регенерации катализаторов, например, каталитического крекинга (например, FCC);
- в реакторах, содержащих псевдоожиженный слой катализаторов;
- в реакторах гидрообработки или гидрокрекинга, работающих в режиме восходящего потока со входом двухфазного потока "газ - жидкость" или "газ - твердые частицы" со стороны дна реакционной камеры;
- в реакторах типа "сларри" (т.е. содержащих твердые частицы, диспергированные в текучей среде);
- в стрипперах, сушилках, аэраторах или увлажнителях;
- в реакторах каталитического пиролиза.
Более конкретно, соответственно фиг. 1 распределительное устройство согласно настоящему описанию содержит подводящую трубу 1 диаметром R, адаптированную для внедрения в нижнюю часть реакционной камеры 5, содержащей тяжелую среду 4 в псевдоожиженном состоянии, и приспособленную для подачи со скоростью V легкой текучей среды 2 к реакционной камере 5.
Согласно одному или нескольким вариантам реализации распределительное устройство устанавливают в реакционной камере 5 диаметром D в интервале от 0,5 до 50 м, предпочтительно от 1 до 30 м и более предпочтительно от 2 до 20 м.
Согласно одному или нескольким вариантам реализации распределительное устройство применяют для распределения легкой текучей среды 2 в реакционной камере 5 выше или ниже инжектора газа 22, который может иметь форму кольца.
Согласно одному или нескольким вариантам реализации подводящая труба 1 является круглой.
Согласно одному или нескольким вариантам реализации верхняя оконечность подводящей трубы 1 по существу расположена по центру вдоль оси симметрии (т.е. центральной вертикальной оси) реакционной камеры 5.
Согласно одному или нескольким вариантам реализации подводящая труба 1 является вертикальной. Подводящая труба 1 предпочтительно является вертикальной, если по ней подают мультифазную легкую текучую среду 2.
Согласно одному или нескольким вариантам реализации соотношение диаметра R подводящей трубы 1 и диаметра D реакционной камеры 5 находится в интервале от 0,005 до 0,9, предпочтительно от 0,01 до 0,5 и более предпочтительно от 0,1 до 0,3.
В верхней части подводящей трубы 1, называемой также впускной трубой, прорезаны/выполнены первые окна 7 и вторые окна 8 в боковой стенке подводящей трубы 1.
В верхней части подводящей трубы 1 распределительное устройство 3 также предназначено для распределения легкой текучей среды 2 в реакционной камере 5 в разных радиальных направлениях.
Распределительное устройство 3 содержит множество отводов 6 (называемых также боковыми отводами), каждое из которых идет от первых окон 7, начинаясь от подводящей трубы 1 вдоль оси отвода по существу перпендикулярно к оси симметрии подводящей трубы 1.
Соответственно фиг. 2a и 2b и согласно одному или нескольким вариантам реализации первые окна 7 и/или вторые окна 8 имеют по существу прямоугольную форму, причем первые окна 7 имеют ширину c и высоту d (или сечение прохода c·d), а вторые окна 8 имеют ширину m и высоту l (или сечение прохода m·l). Разумеется, первые окна 7 и/или вторые окна 8 могут представлять собой отверстия любой формы (например, квадратной, треугольной, круглой и тому подобной формы).
Согласно одному или нескольким вариантам реализации первые и вторые окна 7 и 8 расположены чередующимся образом. Согласно одному или нескольким вариантам реализации первые и вторые окна 7 и 8 имеются в общем в парном числе и/или одинаковом числе.
Согласно одному или нескольким вариантам реализации число первых окна 7 и/или вторых окон 8 находится в интервале от 2 до 48, предпочтительно от 4 до 24 и более предпочтительно от 4 до 12.
Согласно одному или нескольким вариантам реализации центры первых и вторых окон 7 и 8 отстоят на расстоянии o вдоль оси симметрии z подводящей трубы 1 и/или сдвинуты на угол θ в плоскости xy, перпендикулярной к оси симметрии z подводящей трубы 1.
Согласно одному или нескольким вариантам реализации угол θ находится в интервале от 0 до 180° и предпочтительно от 0 до 90°.
Согласно одному или нескольким вариантам реализации первые окна 7 расположены ниже вторых окон 8 вдоль оси симметрии z.
Согласно одному или нескольким вариантам реализации расстояние o вдоль оси симметрии z между центрами первых и вторых окон 7 и 8 находится в интервале от 0 до 2 d и предпочтительно от 0 до 1 d.
Согласно одному или нескольким вариантам реализации расстояние o вдоль оси симметрии z между центрами первых и вторых окон 7 и 8 находится в интервале от 0 до 1 d, а первые и вторые окна 7 и 8 расположены чередующимся образом на подводящей трубе 1.
Соответственно фиг. 3 отводы 6 позволяют распределять первую порцию 12 легкой текучей среды 2 на периферии реакционной камеры 5. Вторые окна 8 выходят непосредственно в реакционную камеру 5, позволяя, в частности, распределять вторую порцию 13 легкой текучей среды 2 в центральной области реакционной камеры 5.
Согласно одному или нескольким вариантам реализации первые и вторые окна 7 и 8 адаптированы так, что первая порция 12 выходит через первые окна 7 с первой скоростью V1 для направления затем к отводам 6, а вторая порция 13 выходит непосредственно в реакционную камеру 5 через вторые окна 8 со второй скоростью V2.
Согласно одному или нескольким вариантам реализации сечения проходов первых и вторых окон 7 и 8 заданы так, чтобы первая скорость V1 и вторая скорость V2 находились в интервале от 0,1 до 30 V, предпочтительно от 0,3 до 20 V и более предпочтительно от 0,5 до 10 V, где V означает скорость легкой текучей среды в подводящей трубе 1 и имеет значение в интервале от 1 до 100 м/с и предпочтительно от 3 до 30 м/с.
Соответственно фиг. 4a, 4b и 4c каждый отвод 6 имеет центральную стенку 16, по существу перпендикулярную по отношению к оси отвода x и делящую отвод 6 на три прохода в плоскости xy, перпендикулярной к оси симметрии z подводящей трубы 1, из которых центральный проход входит в реакционную камеру 5 через промежуточное окно 9, прорезанное в верхней стенке отвода 6, а два отличающихся боковых отвода (обозначенных далее как боковые проходы 10) отходят по обеим сторонам центрального прохода на длину n и выходят в реакционную камеру 5 через окна 11 в периферийной части отвода. Согласно одному или нескольким вариантам реализации длина n находится в интервале от 0,1 до 0,9 a и предпочтительно от 0,4 до 0,8 a.
Таким образом, первая порция 12 легкой текучей среды 2 разделяется на три части, из которых центральная часть 14 направляется к центральному проходу, а две боковые части 15 направляются к двум боковым проходам 10. Согласно одному или нескольким вариантам реализации устройство включает дополнительные боковые проходы 10, так чтобы, например, первая порция 12 легкой текучей среды 2 могла быть разделена на 5 частей или больше. Согласно одному или нескольким вариантам реализации центральный проход образует центральный отвод, отличающийся от боковых отводов (например, за счет двух вертикальных стенок, причем каждая вертикальная стенка располагается между центральным отводом и боковым отводом).
Определенное таким образом распределительное устройство согласно настоящему описанию обеспечивает ввод легкой текучей среды 2 в реакционную камеру 5 в три разные области в плоскости xy, перпендикулярной к оси симметрии z подводящей трубы 1, что обеспечивает лучшее распределение легкой текучей среды 2 сравнительно с традиционным устройством эллипсовидной формы. Лучшее распределение легкой текучей среды 2 в камере 5 позволяет обеспечивать лучшее смешивание сред и лучшие параметры осуществления реакций.
Три области ввода представляют собой ближнюю относительно подводящей трубы 1 центральную область с вводом через вторые окна 8, среднюю область с вводом через промежуточные окна 9 и периферийную область с вводом через окна 11 в периферийной части отвода.
Распределение легкой текучей среды 2 через различные области регулируется изменением размеров окон 7, 8, 9 и 11.
Согласно одному или нескольким вариантам реализации отводы 6 имеют длину a в интервале от 0,1 до 0,5 D и предпочтительно от 0,2 до 0,5 D.
Согласно одному или нескольким вариантам реализации сечение прохода, образованного отводом 6, является постоянным или переменным.
Согласно одному или нескольким вариантам реализации сечение прохода, образованного отводом 6, изменяется линейно, криволинейно или ступенчато, начиная от подводящей трубы 1.
Согласно одному или нескольким вариантам реализации ширина сечения прохода, образованного отводом 6, увеличивается линейно, криволинейно или ступенчато, начиная от подводящей трубы 1.
Согласно одному или нескольким вариантам реализации в плоскости xy, перпендикулярной к оси симметрии z подводящей трубы 1, отводы 6 имеют ширину c на уровне первого окна 7 подводящей трубы 1 и ширину u на расстоянии f от первого окна 7, причем u больше c.
Согласно одному или нескольким вариантам реализации расстояние f находится в интервале от 0 до 1 a и предпочтительно от 0,1 до 0,6 a.
Согласно одному или нескольким вариантам реализации ширина отводов 6 (в плоскости xy, перпендикулярной к оси симметрии z подводящей трубы 1) увеличивается, начиная от подводящей трубы 1 вдоль оси отвода x, под двумя углами α на участке f, например, для избежания резкого изменения ширины отводов 6. Например, ширина отводов 6 может изменяться от c (ширина первых окон 7) до c+2f·tan(α).
Согласно одному или нескольким вариантам реализации угол α находится в интервале от 0 до 60°, предпочтительно от 0 до 30° и более предпочтительно от 0 до 20°.
Согласно одному или нескольким вариантам реализации нижние секции отводов 6 закрыты.
Согласно одному или нескольким вариантам реализации высота сечения прохода, образованного отводом 6, уменьшается линейно, криволинейно или ступенчато, начиная от подводящей трубы 1.
Согласно одному или нескольким вариантам реализации высота отводов 6 уменьшается, начиная от подводящей трубы 1 вдоль оси отвода x, образуя, например, нижнюю стенку 18 под углом β на участке f, причем угол β образован осью отвода x и нижней стенкой 18.
Согласно одному или нескольким вариантам реализации угол β находится в интервале от 0 до 85°, предпочтительно от 15 до 75° и более предпочтительно от 30 до 70°.
Согласно одному или нескольким вариантам реализации центральная стенка 16 отвода 6 имеет по существу форму прямоугольника шириной g и высотой k и расположена на расстоянии b от подводящей трубы 1 вдоль оси отвода x. Разумеется, центральная стенка 16 может представлять собой стенку любой формы (например, квадратной, треугольной, круглой и тому подобной формы).
Согласно одному или нескольким вариантам реализации центральная стенка 16 имеет ширину g в интервале от 0,1 до 0,9 u, предпочтительно от 0,15 до 0,8 u и более предпочтительно от 0,3 до 0,6 u.
Согласно одному или нескольким вариантам реализации высота k центральной стенки 16 выбрана так, чтобы скорость V4 боковых частей 15 находилась в интервале от 0,5 до 3 V2 и предпочтительно от 0,9 до 2 V2.
Согласно одному или нескольким вариантам реализации расстояние b между центральной стенкой 16 и подводящей трубой 1 находится в интервале от 0,1 до 0,9 a и предпочтительно от 0,4 до 0,8 a.
Согласно одному или нескольким вариантам реализации промежуточное окно 9 имеет по существу форму прямоугольника длиной h вдоль оси отвода от подводящей трубы 1 и шириной g (или сечение прохода g·h). Разумеется, промежуточное окно 9 может представлять собой отверстие любой формы (например, квадратной, треугольной, круглой и тому подобной формы).
Согласно одному или нескольким вариантам реализации длину h промежуточного окна 9 вдоль оси отвода x определяют так, чтобы скорость V3 центральной части 14 находилась в интервале от 0,5 до 3 V2 и предпочтительно от 0,9 до 2 V2. Согласно одному или нескольким вариантам реализации длина h находится в интервале от 0,2 до 5 g и предпочтительно от 0,5 до 2 g.
Согласно одному или нескольким вариантам реализации промежуточное окно 9 размещают у края центральной стенки 16, позволяя, в частности, центральной части 14 первой порции 12 легкой текучей среды 2, блокированной центральной стенкой 16, выходить в реакционную камеру 5 со скоростью V3 в средней части отвода 6 в плоскости xy, перпендикулярной к оси симметрии z подводящей трубы 1.
Согласно одному или нескольким вариантам реализации нижняя стенка 18 отвода 6 и/или нижние стенки 19 боковых проходов 10 снабжены отверстием, в частности, для облегчения установки отражателя внутри отводов 6 и/или боковых проходов 10 и обеспечения удаления катализатора во время остановки установки.
Согласно одному или нескольким вариантам реализации нижняя стенка 18 отвода 6 имеет округленную форму 18a, улучшающую, в частности, ввод первой порции 12 легкой текучей среды 2 в отводы 6. Например, внутренняя часть нижней стенки 18 отвода 6 может иметь выгнутую форму.
Согласно одному или нескольким вариантам реализации отводы 6 имеют верхние стенки 20 округленной формы, улучшающей, в частности, механическую прочность распределительного устройства 3. Например, внутренние части верхних стенок 20 могут иметь выгнутую форму.
Согласно одному или нескольким вариантам реализации пространство 21 между боковыми проходами 10 по меньшей мере частично заполнено, что улучшает, в частности, механическую прочность распределительного устройства 3.
Согласно одному или нескольким вариантам реализации окна 11 в периферийной части отвода имеют по существу форму прямоугольника высотой k и шириной i (или сечение прохода k·i), позволяя, в частности, боковым частям 15 первой порции 12 легкой текучей среды 2 выходить в реакционную камеру 5 со скоростью V4. Разумеется, окна 11 в периферийной части отвода могут представлять собой отверстия любой формы (например, квадратной, треугольной, круглой и тому подобной формы).
Согласно одному или нескольким вариантам реализации ширина i боковых проходов 10 по существу равна разности между длиной u и длиной g, разделенной на 2. Согласно одному или нескольким вариантам реализации высота k боковых проходов 10 находится в интервале от 0,2 до 5 i и предпочтительно от 0,5 до 2 i.
Соответственно фиг. 5a, 5b, 5c и 5d и согласно одному или нескольким вариантам реализации боковые проходы 10 ориентированы в направлении, определенном углом δ по отношению к оси отвода x в плоскости xy, перпендикулярной к оси симметрии z.
Согласно одному или нескольким вариантам реализации угол δ, определяющий направление боковых проходов 10 по отношению к оси отвода x в плоскости xy, перпендикулярной к оси симметрии z, находится в интервале от 0 до 60°, предпочтительно от 0 до 45° и более предпочтительно от 0 до 25°.
Согласно одному или нескольким вариантам реализации боковые проходы 10 имеют расширения в своих периферийных частях, так что расширение под углом η на участке с заданной длиной позволяет, в частности, текучей среде, проходящей через окно 11a в периферийной части отвода, замедляться, например, в зависимости от значения угла η.
Согласно одному или нескольким вариантам реализации угол η, определяющий расширение периферийных частей боковых проходов 10, находится в интервале от 0 до 80°, предпочтительно от 0 до 45° и более предпочтительно от 0 до 25°.
Согласно одному или нескольким вариантам реализации боковые проходы 10 имеют по меньшей мере одно или два окна 11b в периферийных частях боковых отводов.
Согласно одному или нескольким вариантам реализации окна 11b в периферийных частях боковых отводов имеют длину p вдоль оси отвода x.
Согласно одному или нескольким вариантам реализации длина p окон 11b в периферийных частях боковых отводов выбрана так, чтобы скорость V4 боковых частей 15 находилась в интервале от 0,5 до 3 V2 и предпочтительно от 0,9 до 2 V2.
Согласно одному или нескольким вариантам реализации окна 11c в периферийных частях боковых отводов размещены в верхней части боковых проходов 10.
Согласно одному или нескольким вариантам реализации окна 11c в периферийных частях боковых отводов имеют длину q вдоль оси отвода x.
Согласно одному или нескольким вариантам реализации длина q окон 11c в периферийных частях боковых отводов выбрана так, чтобы скорость V4 боковых частей 15 находилась в интервале от 0,5 до 3 V2 и предпочтительно от 0,9 до 2 V2.
Согласно одному или нескольким вариантам реализации распределительное устройство 3 в своей верхней части имеет выпуклую головку (не показано), в частности, для улучшения распределения второй порции 13, выходящей непосредственно в центральную часть реакционной камеры 5 через вторые окна 8.
Согласно одному или нескольким вариантам реализации выпуклую головку пересекают отводы 6, которые выступает за пределы окружности указанной головки.
Согласно одному или нескольким вариантам реализации диаметр головки находится в интервале от 0,05 до 0,95 D, предпочтительно от 0,2 до 0,8 D и более предпочтительно от 0,25 до 0,75 D.
Согласно одному или нескольким вариантам реализации выпуклая головка имеет выемки, расположенные регулярно вдоль всего ее нижнего края.
Согласно одному или нескольким вариантам реализации выемки имеют по существу треугольную или прямоугольную форму. Разумеется, выемки может представлять собой отверстия любой формы (например, квадратной, круглой и тому подобной формы).
Согласно одному или нескольким вариантам реализации выемки имеют по существу форму прямоугольников, причем их ширина находится в интервале от 0,01 до 0,9 F, а их высота находится в интервале от 0,01 до 0,9 F, где F означает высоту нижней части головки.
Согласно одному или нескольким вариантам реализации выемки имеют по существу форму треугольников, причем высота треугольников находится в интервале от 0,01 до 0,9 F, а основание треугольников находится в интервале от 0,01 до 0,9 F, где F означает высоту нижней части головки.
Согласно одному или нескольким вариантам реализации головка имеет отверстия в своем верхнем колпаке, причем указанные отверстия имеют, например, диаметр в интервале от 1 до 100 мм и предпочтительно от 10 до 50 мм.
Примеры
Приведенные далее примеры относятся к сравнительному устройству и к устройству распределения согласно настоящему описанию. В таблице 1, приведенной далее, представлены показатели рабочих условий и размеры сравнительного устройства и распределительного устройства согласно настоящему описанию.
Было осуществлено трехмерное численное моделирование механики текучих сред (CFD от "computational fluid dynamics" (вычислительная гидродинамика) согласно терминологии на английском языке) для сравнительного устройства, с одной стороны, и для распределительного устройства согласно настоящему описанию, с другой стороны, результаты которого показаны на фиг. 6a и 6b соответственно.
На фигурах 6a и 6b показано продвижение поступающей из подводящей трубы 1 распределяемой легкой текучей среды 2 в тяжелую среду 4 соответственно в случае сравнительного устройства (см. фиг. 6a) и в случае распределительного устройства согласно настоящему описанию (см. фиг. 6b). С этой целью в общую газовую среду подавали газ с изохорной процентной долей, поступающий из подводящей трубы 1, в интервале от 10 до 100%.
В случае устройства согласно настоящему описанию распределение легкой текучей среды 2, поступающей из подводящей трубы 1, осуществляется лучше, чем в случае устройств большинства реакционных камер 5. Легкая текучая среда 2 занимает около 80% объема выше распределительного устройства 3 против 30% в случае сравнительного устройства.
Таким образом, легкая текучая среда 2 хорошо диспергируется и взаимодействует более эффективно с тяжелой средой 4, что улучшает эксплуатационные характеристики реакционной камеры относительно сравнительного устройства.
Таблица 1
| ПОДВОДЯЩАЯ ТРУБА | |
| Диаметр подводящей трубы 1, м | 1,25 |
| РЕАКЦИОННАЯ КАМЕРА | |
| Диаметр реакционной камеры 5, м | 8 |
| РАБОЧИЕ УСЛОВИЯ | |
| Плотность частиц, кг/м3 | 1450 |
| Средний диаметр частиц, мкм | 70 |
| Плотность газа, кг/м3 | 0,9 |
| Газ в подводящей трубе 1/общий газ в реакционной камере 5, % | 50 |
| СРАВНИТЕЛЬНОЕ РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО | |
| Диаметр головки, м | 3,2 |
| Общее число окон | 8 |
| Число отверстий | 95 |
| Диаметр отверстий, мм | 100 |
| УСТРОЙСТВО СОГЛАСНО НАСТОЯЩЕМУ ОПИСАНИЮ | |
| Число первых окон 7 | 4 |
| Число вторых окон 8 | 8 |
| Площадь вторых окон 8/общая площадь окон 7+8, % | 8 |
| Длина a, м | 2,7 |
| Угол α, ° | 15 |
| Угол β, ° | 30 |
| Угол δ, ° | 0 |
| Угол η, ° | 0 |
| Длина f, м | 1,1 |
| Длина b, м | 1,6 |
| Длина u, м | 0,7 |
| Длина g, м | 0,3 |
1. Устройство распределения легкой текучей среды (2) в тяжелой среде (4) в реакционной камере (5), содержащей тяжелую среду (4), причем устройство содержит:
трубопровод (1) для подачи легкой текучей среды (2) к реакционной камере (5);
первые окна (7) и вторые окна (8), прорезанные в боковой стенке подводящей трубы (1), причем вторые окна (8) выходят непосредственно в реакционную камеру (5);
отводы (6), идущие от каждого первого окна (7) вдоль оси отвода (x) по существу перпендикулярно к оси симметрии (z) подводящей трубы (1),
в котором каждый отвод (6) разделяется в плоскости (xy), по существу перпендикулярной по отношению к оси симметрии (z) подводящей трубы (1), на:
центральный проход, входящий в реакционную камеру (5) через промежуточное окно (9), прорезанное в верхней стенке отвода (6);
по меньшей мере два отличающихся боковых отвода, образующих два боковых прохода (10), входящих в реакционную камеру (5) через окна (11) в периферийных частях отводов.
2. Распределительное устройство по п. 1, в котором:
первые окна (7) адаптированы так, чтобы первая порция (12) легкой текучей среды (2) распределялась в периферийной области реакционной камеры (5) и выходила через первые окна (7) с первой скоростью (V1);
вторые окна (8) адаптированы так, чтобы вторая порция (13) легкой текучей среды (2) распределялась в центральной области реакционной камеры (5) и выходила через вторые окна (8) со второй скоростью (V2);
сечения проходов первых и вторых окон (7, 8) заданы так, чтобы первая скорость (V1) и вторая скорость (V2) находилась в интервале от 0,1 до 30 V, где V означает скорость легкой текучей среды (2) в подводящей трубе (1) и имеет значение в интервале от 1 до 100 м/с.
3. Распределительное устройство по п. 2, в котором:
промежуточные окна (9) адаптированы так, чтобы центральная часть (14) первой порции (12) легкой текучей среды (2) распределялась в средней области реакционной камеры (5) и выходила через промежуточные окна (9) с третьей скоростью (V3);
окна (11) в периферийной части отвода адаптированы так, чтобы боковые части (15) первой порции (12) легкой текучей среды (2) распределялись в периферийной области реакционной камеры (5) и выходили через окна (11) в периферийной части отвода с четвертой скоростью (V4);
сечения проходов промежуточных окон (9) и окон (11) в периферийных частях отводов заданы так, чтобы третья скорость (V3) и четвертая скорость (V4) находилась в интервале от 0,5 до 3 V2, где V2 означает вторую скорость (V2).
4. Распределительное устройство по любому из предыдущих пунктов, в котором отводы (6) имеют длину в интервале от 0,1 до 0,5 D, где D означает диаметр реакционной камеры (5).
5. Распределительное устройство по любому из предыдущих пунктов, в котором первые и вторые окна (7, 8) расположены чередующимся образом, и/или имеются в парном числе, и/или имеются в одинаковом числе.
6. Распределительное устройство по любому из предыдущих пунктов, в котором ширина сечения прохода, образованного отводом (6), увеличивается линейно, криволинейно или ступенчато, начиная от подводящей трубы (1).
7. Распределительное устройство по любому из предыдущих пунктов, в котором ширина отводов (6) увеличивается, начиная от подводящей трубы (1), вдоль оси отвода (x) под двумя углами α на участке f, причем угол α находится в интервале от 0 до 60°, а длина участка f находится в интервале от 0 до 1 a, где a означает длину отводов (6).
8. Распределительное устройство по любому из предыдущих пунктов, в котором высота сечения прохода, образованного отводом (6), уменьшается линейно, криволинейно или ступенчато, начиная от подводящей трубы (1).
9. Распределительное устройство по любому из предыдущих пунктов, в котором высота отводов (6) уменьшается, начиная от подводящей трубы (1), вдоль оси отвода (x) под углом β на участке f, причем угол β находится в интервале от 0 до 85°, а длина участка f находится в интервале от 0 до 1 a, где a означает длину отводов (6).
10. Распределительное устройство по любому из предыдущих пунктов, в котором расстояние b вдоль оси отвода (x) между подводящей трубой (1) и центральной стенкой (16), делящей отвод (6) на центральный проход и боковые проходы (10), находится в интервале от 0,1 до 0,9 a, где a означает длину отводов (6).
11. Распределительное устройство по любому из предыдущих пунктов, в котором промежуточное окно (9) размещают на краю центральной стенки (16).
12. Реактор, содержащий распределительное устройство по любому из пп. 1-11.
13. Способ каталитического крекинга с двумя зонами регенерации, в котором распределительное устройство по любому из пп. 1-11 применяют для осуществления перемещения катализатора из первой зоны регенерации во вторую зону регенерации в турбулентном псевдоожиженном слое.
14. Способ обработки биомассы, в котором распределительное устройство по любому из пп. 1-11 применяют для осуществления ввода газа или суспензии "газ - твердые частицы" в псевдоожиженную среду.
15. Способ обработки по п. 14 для осуществления ввода водорода и/или твердых частиц в псевдоожиженную среду, содержащую твердые частицы.
