Распределительное устройство для газожидкостного потока в неподвижном слое катализатора

Изобретение относится к области процессов и аппаратов химической технологии и может быть использовано для гидрокаталитических процессов в неподвижном слое катализатора. Описано распределительное устройство в виде стержня из металлической трубы с навитыми вокруг него двумя лопастями, расположенными симметрично относительно оси стержня, устройство расположено непосредственно в слое твердых частиц катализатора, соосно реактору и вдоль всей длины слоя, лопасти и стержень распределительного устройства выполнены в виде отдельных секций, крепление секций к балкам, опорным кольцам и между собой осуществляется крепежными фиксаторами, при этом реактор дополнительно содержит верхнее распределительное устройство по типу «стакан в стакане», распределительную тарелку колпачково-барботажного типа, а также слой керамического инертного материала и опорный стол. Технический результат – устранение неоднородности скоростей потока в неподвижных слоях катализаторов рабочей камеры аксиального реактора и улучшение поверхностного взаимодействия сырьевой смеси с катализатором. 2 з.п. ф-лы, 1 ил., 2 пр.

 

Изобретение относится к области процессов и аппаратов химической технологии и может быть использовано для гидрокаталитических процессов переработки углеводородного сырья.

При проведении гидрокаталитических процессов в нефтегазопереработке наиболее распространенным типом оборудования являются адиабатические реактора с неподвижным слоем твердых частиц катализатора. В таком реакторе как правило жидкое сырье смешивают с газовой фазой и полученную смесь нисходящим потоком пропускают через слои катализаторов. При прохождении через неподвижные слои катализаторов может происходить расслоение газожидкостной смеси на отдельные фазы, образование устойчивых пузырей газа, что затрудняет одновременный доступ газа и жидкой фазы к поверхности катализатора, приводит к неполной смачиваемости катализатора и неоднородной скорости потока в области таких пузырей, сказывающиеся на сроке службы катализатора, на превращении и селективности, а также на однородное распределение температуры. Это связано с возникающим пристеночным эффектом, приводящим к радиальной неравномерности скорости потока реакционной смеси, а также влиянием внешней диффузии, обусловленным неравномерным распределением гранул катализатора в реакторе.

Известна конструкция распределительного диска, предназначенная для равномерного распределения газа и жидкости в каталитических реакторах с неподвижными слоями, с конструктивными элементами распределения, малочувствительными к погрешностям горизонтальности. Конструктивный элемент распределения состоит из двух по существу коаксиальных цилиндров, называемых внутренним цилиндром и внешним цилиндром; причем нижняя горизонтальная поверхность, разделяющая два цилиндра, закрыта. Распределительный диск адаптирован к спутным нисходящим потокам газа и жидкости, в частности в так называемом «струящемся» режиме. Изобретение также относится к применению распределительного диска, к способам очищения методом гидрогенизации или насыщения водородом различных нефтяных погонов. Недостатком данной конструкции является отсутствие информации об однородности потока после диска далее по ходу движения потока в слое катализатора (Патент РФ 2606618, B01J 8/02).

Известна конструкция распределительной тарелки для реакторов с отверстиями, на которых расположены статические смесители таким образом, что реакционная смесь, попадая с одной стороны распределительной тарелки на другую сторону распределительной тарелки, должна пройти по крайней мере через один статический смеситель. В качестве статических смесителей могут быть использованы, например, смесители фирмы Kenics, Koch или Sulzer. Эти устройства ограничивают высоту каталитического слоя вследствие использования пространства внутри реактора смесительными каналами распределительной тарелки, при этом в описании к изобретению приводится пример с двумя расположенными по ходу потока и разделенными слоями катализаторов распределительными тарелками. Ограничение высоты каталитического слоя уменьшает каталитическую активность реактора и, как следствие, конверсию (Патент РФ 2381828, B01J 8/02).

Известна конструкция смесительного устройства, содержащая верхнюю горизонтальную тарелку с внутренней поверхностью, опорную тарелку, параллельно расположенную к верхней тарелке, с внутренней поверхностью и отверстием опорной тарелки, множество изогнутых внутрь лопастей, проходящих вертикально между внутренними поверхностями верхней и опорной тарелок. Лопасти тарелок направляют жидкость и газ по касательной, при этом поток приобретает дугообразный или круговой характер. Жидкость переливается через кольцо затвора в сливное отверстие и смешивается с газом, далее, как правило, газожидкостной поток попадает на тарелку со множеством отверстий, в сливные стаканы или насадки, а затем на нижний слой катализатора. Изобретение позволяет создать дугообразный поток для входящей в него газожидкостной смеси и обеспечить перемешивание реагентов в зоне перед слоями катализаторов, однако после слоя катализатора необходимо вновь придавать потоку дугообразный характер движения (Патент РФ 2640070, B01J 8/02).

Задачей заявляемого изобретения является устранение неоднородности скоростей потока в неподвижных слоях катализаторов рабочей камеры аксиального реактора и улучшение поверхностного взаимодействия сырьевой смеси с катализатором.

Решение поставленной задачи достигается посредством использования в реакторе распределительного устройства геликоидального типа. Распределительное устройство представлено в виде стержня из металлической трубы с навитыми вокруг него двумя лопастями, расположенными симметрично относительно оси стержня. Распределительное устройство расположено непосредственно в слое катализатора, соосно реактору и вдоль всей длины слоя. При этом реактор дополнительно содержит верхнее распределительное устройство по типу «стакан в стакане», распределительную тарелку колпачково-барботажного типа, а также слой керамического инертного материала и опорный стол. При этом лопасти распределительного устройства могут иметь перфорацию в виде круглых отверстий, распределенных по всей площади лопасти, и отверстие для ввода термопары в слой катализатора.

Лопасти и стержень распределительного устройства выполнены в виде отдельных секций, позволяющие проводить монтаж и демонтаж устройства в реакторе через люки. Крепление секций к балкам, опорным кольцам и между собой осуществляется крепежными фиксаторами. Лопасти навиваются вокруг стержня с соотношением шага (h) к внутреннему диаметру рабочей камеры реактора (d): h/d = 0,65-0,95 - для d > 1 м и h/d = 0,95-1,45 для d ≤ϕ 1 м.

Предлагаемое распределительное устройство в комбинации с традиционными аппаратами (распределительной тарелкой, входного диффузора) обеспечивает однородность скоростей потока в слое неподвижного катализатора, улучшает поверхностное взаимодействие потока и частиц катализатора, увеличивает степень конверсии в гидрокаталитических процессах и продолжительность срока службы катализатора.

Сущность изобретения поясняется чертежом (Фиг.1), на котором показан общий вид реактора аксиального типа с применением предлагаемого распределительного устройства.

В реакторе для проведения гидрокаталитических процессов имеется входной штуцер (диффузор) 1, распределительная тарелка колпачково-барботажного типа 2, предлагаемое распределительное устройство геликоидального типа 4, расположенное в слое твердых частиц катализатора 3, опорное кольцо 5, а также слой керамического инертного материала 6.

Распределительное устройство газожидкостной смеси в гидрокаталитических процессах с неподвижным слоем катализатора работает следующим образом.

Сырьевая смесь газа и жидкости поступает в реактор через входной штуцер 1 и разбрызгивается на распределительную тарелку 2. Далее поток проходит через колпачки тарелки и равномерно распределяется на верхний слой катализатора 3. Образовавшаяся однородная сырьевая смесь перемещается вниз через свободный объем между частицами катализатора и одновременно попадает в винтовой канал, образованный между корпусом реактора и лопастями распределительного устройства 4, опирающегося на опорное кольцо 5. Проходя через слой катализатора и распределительное устройство, поток приобретает общую вращательно-поступательную траекторию движения смеси, в результате которой уменьшается образование застойных зон, улучшается поверхностное взаимодействие катализатора и реагентов и обеспечивается равномерное распределение скоростей потока в слое катализатора. Далее прореагировавшая газопродуктовая смесь выводится из реактора, попутно проходя через слой керамического инертного материала 6, расположенного на дне реактора, и выходной штуцер реактора.

Эффективность изобретения иллюстрируется ниже на нескольких примерах его осуществления в процессе гидрообессеривания на проточной лабораторной установке гидрокаталитических процессов.

Пример 1 (без использования предлагаемого изобретения).

Реактор был заполнен двумя слоями катализаторов алюмоникельмолибденового и алюмокобальтмолибденового типа. В качестве сырья использовали газоконденсатный мазут плотностью при 15°С - 923,7 кг/м3, кинематической вязкостью при 50°С составляет 16 мм2/сек, содержание общей серы – 2,87% масс. Процесс обессеривания проводился в среде водорода с давлением 6,0 МПа при температуре 350°С, объемной скорости подачи сырья в реактор – 1,0 ч-1 и соотношением водород / сырье равным 200 нм33.

В результате процесса получен гидрогенизат с содержанием общей серы 0,38 % масс. Для оценки гидродинамического сопротивления в реакторе был определен перепад давления относительно входа и выхода с реактора, который составил 81 кПа.

Пример 2.

В реактор предварительно было установлено распределительное устройство с соотношением h/d = 1,3 (для d ≤ 1 м) и затем плотно загружены два слоя катализатора. Технологические условия процесса и качество исходного сырья были аналогичны примеру 1.

В результате процесса получен гидрогенизат с содержанием общей серы 0,29% масс. При этом перепад давления в реакторе составил 93 кПа.

Исходя из представленных примеров, использование в реакторе распределительного устройства позволило увеличить степень удаления сернистых соединений в исходном сырье на 3,1%, но с незначительным повышением перепада давления. Улучшение качества получаемого гидрогенизата позволяет оптимизировать режимные параметры процессы (расход, давление, температуры) и тем самым увеличить продолжительность срока службы катализатора.

Таким образом, использование в реакторе распределительного устройства, состоящего из двух навитых вокруг круглой трубы лопастей и расположенного в слое твердых частиц катализатора, позволяет создать однородный газожидкостной поток, улучшить поверхностное взаимодействие реагентов и частиц катализатора, увеличить степень конверсии в гидрокаталитических процессах и продолжительность срока службы катализатора.

1. Распределительное устройство представлено в виде стержня из металлической трубы с навитыми вокруг него двумя лопастями, расположенными симметрично относительно оси стержня, отличающееся тем, что устройство расположено непосредственно в слое твердых частиц катализатора, соосно реактору и вдоль всей длины слоя, лопасти и стержень распределительного устройства выполнены в виде отдельных секций, крепление секций к балкам, опорным кольцам и между собой осуществляется крепежными фиксаторами, при этом реактор дополнительно содержит верхнее распределительное устройство по типу «стакан в стакане», распределительную тарелку колпачково-барботажного типа, а также слой керамического инертного материала и опорный стол.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что соотношение шага закручивания лопасти (h) к внутреннему диаметру рабочей камеры реактора (d): h/d = 0,65-0,95 - для d > 1 м и h/d = 0,95-1,45 для d ≤ 1 м.

3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что лопасти распределительного устройства могут быть перфорированы; перфорация выполнена в виде круглых отверстий, распределенных по всей площади лопасти; лопасти могут иметь отверстие для ввода термопары в слой катализатора.



 

Похожие патенты:

Группа изобретений относится к способу и установке для регенерации катализаторов. Способ регенерации катализаторов включает загрузку катализатора в блок обжига, обеспечение угла наклона блока обжига в 10-15° с угловой скоростью вращения не более 7 об/мин, газоочистку сопутствующих газов, включение горелки с подачей через форсунку жидкого топлива, нагрев катализатора до 400°С и поддержание данной температуры в течение 40 минут с дополнительной подачей инертного газа, отключение горелки и подачи топлива и поддержание подачи только инертного газа в течение 25 минут, повторное включение горелки с подачей через форсунку жидкого топлива, нагрев катализатора до 600°С и поддержание данной температуры в течение 20 минут с дополнительной подачей инертного газа, отключение горелки и подачи топлива и поддержание подачи только инертного газа в течение 10 минут, выгрузку регенерированного катализатора.

Изобретение относится к области переработки в полезные продукты жидких и/или твердых углеводородных отходов, таких как нефтяной шлам, отработанное масло, шины, древесина и любые виды пластика. Изобретение относится, в частности, к элементу ротора для использования в реакторе абляционного пиролиза, реактору и способу абляционного пиролиза, и их использованию в процессе переработки отходов в топливо, в частности, к процессу переработки пластика в топливо.

Изобретение относится к устройствам для синтеза надмолочной кислоты. Лабораторная установка для отработки режимов синтеза надмолочной кислоты содержит реактор, выполненный в виде цилиндрического корпуса с коническим основанием и сливным отводом с шаровым краном, снабженного рубашкой нагрева-охлаждения и закрытого крышкой с уплотнительным кольцом, причем к рубашке нагрева-охлаждения подключена система поддержания оптимальной температуры реакции синтеза надмолочной кислоты, включающая в себя выходной патрубок, соединенный с рубашкой нагрева-охлаждения, снабженный первым датчиком температуры, подключенный к трубопроводу системы, оборудованному циркуляционным насосом, датчиком потока жидкости и радиатором, с установленным на нем вентилятором; выход трубопровода подключен к входному патрубку, соединенному с рубашкой нагрева-охлаждения, снабженному проточным нагревателем и вторым датчиком температуры; в крышке корпуса реактора через торцовое уплотнение установлена электромеханическая мешалка, включающая в себя мотор-редуктор, на выходном валу которого закреплен шток, с закрепленным на нем якорем; дополнительно в крышку введены третий датчик температуры, установленный в стеклянной трубке, предотвращающей его контакт с реакционной смесью, и селективный датчик на надмолочную кислоту, закрепленный во фторопластовой трубке; блок управления лабораторной установкой установлен в корпусе, закрепленном на внешней поверхности корпуса реактора, и выполнен на основе микроконтроллера, при этом выходы датчиков температуры и датчика потока жидкости подключены к измерительным входам блока управления, а силовые выходы последнего подключены к циркуляционному насосу, проточному нагревателю и мотор-редуктору электромеханической мешалки.

Изобретение относится к технологии производства сероводорода из водорода и элементарной серы непрерывным способом с использованием катализатора с псевдоожиженным слоем. Способ включает следующие этапы: (а) приведение в контакт серы с твердым катализатором в зоне А, содержащим, по меньшей мере, один металл, выбранный из металлов групп VIB и VIII Периодической системы элементов, в форме сульфида металла, при температуре от 120 до 160°C; (b) циркуляцию смеси серы и катализатора с этапа (a) в реакционной зоне, содержащей трубчатый реактор В, образованный из восходящего вибрирующего винтообразного спиралевидного канала, в которой упомянутую смесь приводят в контакт с водородом, причем реакционная зона демонстрирует температуру в точке входа катализатора, большую или равную 150°C, и температуру в точке выхода катализатора, меньшую или равную 300°C, и давление, меньшее или равное 3⋅105 Па; (c) разделение катализатора и газообразных эфлюентов, содержащих сероводород в зоне C' и (d) рециркуляцию катализатора на этап (a).

Изобретение относится к способу получения энергетических продуктов путем каталитического крекинга твердого углеводородного материала, в котором нагревают дисперсию, а именно дисперсию (40) крекинга, содержащую твердый материал (1) в измельченном состоянии, содержащий по меньшей мере один углеводородный компонент; по меньшей мере один катализатор (10) каталитического крекинга, выбранный из группы, состоящей из силикатов калия, силикатов натрия, силикатов кальция и силикатов магния и алюминия; по меньшей мере один щелочной компонент (20), представляющий собой негашеную известь (оксид кальция СаО), в количестве, подходящем для того, чтобы величина рН дисперсии крекинга превысила 8,5, и жидкость (30), инертную к каталитическому крекингу, содержащую по меньшей мере одно минеральное масло, устойчивое к температуре крекинга.

Изобретение относится к реакционной емкости для стабилизации температуры жидкой смеси веществ. Реакционная емкость (1), предназначенная для температурной стабилизации жидкой смеси веществ (12), включает верхнюю часть (2) емкости и нижнюю часть (15) емкости.

Изобретение относится к области получения цеолитных катализаторов и может быть использовано в катализе, в частности катализе процессов алкилирования изобутана бутиленами. Предложено устройство для обработки цеолита путем ионного обмена, включающее автоклав, выполненный в виде цилиндрического корпуса, заполненного реакционной средой и снабженного герметичной крышкой, и помещенный в разъемный нагревательный кожух.

Изобретение относится к конструкциям реакционных аппаратов малого объема периодического действия и может использоваться для получения смесей горячего отверждения различного назначения. Химический реактор для проведения процессов в гетерогенных средах, содержит корпус с теплообменной рубашкой, нагревательный элемент, установленный в теплообменной рубашке, крышку, загрузочный и разгрузочный патрубки, механизм вращения, вал которого установлен внутри корпуса вдоль продольной оси, якорную мешалку, установленную в нижней части вала, лопасти, установленные выше мешалки перпендикулярно валу с зазором по отношению к внутренней стенке корпуса, хвостовик которых имеет кручение относительно плоскости основания на 40…50°, последовательно соединенные датчик температуры и блок управления, при этом датчик температуры установлен в корпусе реактора между якорной мешалкой и лопастями, и блок ввода данных, выход которого соединен со вторым входом блока управления, причем первый выход блока управления соединен с механизмом вращения, а второй выход - с нагревательным элементом.

Изобретение раскрывает способ для увеличения количества дизельного топлива, в котором вода, барботируемая воздухом в присутствии фермента, содержащего липазу, цеолит, смешивается с метанолом, причем вода содержит активный кислород и гидроксильный радикал; полученная жидкая смесь и исходное дизельное топливо смешиваются для того, чтобы подготовить эмульсию; и эта эмульсия и содержащий двуокись углерода газ вводятся в контакт друг с другом, причем способ дополнительно содержит извлечение газа, содержащего двуокись углерода из газообразного продукта сгорания.

Изобретение относится к химической, полупроводниковой и оптической промышленности и может быть использовано при изготовлении кварцевого стекла, оптики, световодов. Зёрна кварца обрабатывают в разогретом до температуры не менее 1000°С реакторе в присутствии воздуха путем подачи в него газообразного хлористого водорода.

Изобретение относится к распределительному элементу и/или коллекторному элементу для равномерного распределения первой текучей среды, такой как жидкость, по плоскости сечения, например по плоскости сечения массообменной колонны, при этом вторая основная текучая среда, например газ, течет в прямотоке и/или в противотоке относительно первой текучей среды через распределительный элемент, причем распределительный элемент содержит, по меньшей мере, два уровня, отделенных друг от друга фрактальными пластинами, содержащими отверстия и проходы, при этом каждый уровень содержит каналы, по которым должна протекать вторая основная текучая среда, и между каналами один или несколько путей потока, по которым может протекать первая текучая среда, при этом количество отверстий увеличивается от самой верхней фрактальной пластины к самой нижней фрактальной пластине, причем каналы, через которые должна протекать вторая основная текучая среда, являются непроницаемыми для текучей среды, отделены стенками от всех из одного или нескольких полых пространств, образующих пути для текучей среды, через которые может протекать первая текучая среда, и при этом каждый из путей для текучей среды имеет, по меньшей мере, по существу, одинаковую длину, причем, по существу, одинаковая длина означает, что длина каждого из путей для текучей среды уровня не отличается от длины любого другого пути для текучей среды того же уровня более чем на 20%.
Наркология
Наверх