РЕАКТОР ДЛЯ КАТАЛИТИЧЕСКИХ ПРЕВРАЩЕНИЙ Российский патент 1996 года по МПК B01J8/04 

Изобретение относится к устройствам для проведения химических реакций и может быть использовано в нефтеперерабатывающей, химической и других отраслях народного хозяйства.

Реактор является одним из основных аппаратов в процессах каталитического риформинга, гидроочистки нефтяных фракций, гидрокрекинга, изомеризации и др. В нем производятся химические реакции углеводородов и других веществ с изменением их структуры и химического строения.

Известна конструкция реактора для каталитических превращений с раздельным вводом газосырьевой смеси, представляющая собой сосуд с внутренним перфорированным стаканом, в который загружается катализатор. Газосырьевая смесь поступает в кольцевой зазор между футеровкой (корпусом) и стаканом, проходит в радиальном направлении через слой катализатора и выводится через центральную перфорированную трубу вверх или вниз, в зависимости от требований технологии.

Недостатками данной конструкции являются уменьшение объема реакционного пространства, повышенные затраты легированных металлов, сложность конструкции и неравномерное распределение газосырьевой смеси через слой катализатора, особенно при изменении соотношения водородсодержащий газ сырье и их общей загрузки [1]
Известна конструкция реактора для каталитических превращений с аксиальным вводом газосырьевой смеси, содержащего корпус, штуцера для ввода газосырьевой смеси и вывода продуктов реакции, опорную решетку, на которую загружается слой фарфоровых шаров и катализатор.

Недостатком этой конструкции является неполное использование реакционного пространства аппарата, повышенный перепад давления в слое катализатора [2]
Наиболее близкой к заявляемой, по технической сущности и достигаемому результату, относится конструкция реактора для каталитических превращений, в котором производится гидроочистка масел в присутствии водородсодержащего газа с восходящим потоком газосырьевой смеси, содержащего корпус, загрузочный бункер, распределительную тарелку, устройство вывода катализатора и фильтрующее устройство [3]
Недостатками этой конструкции являются: неполное использование реакционного пространства и загруженного катализатора, а также истирание и унос части катализатора из реактора в систему.

Целью настоящего изобретения является более полное использование реакционного пространства и загруженного катализатора, сокращение уноса катализатора из аппарата.

Поставленная цель достигается тем, что внутреннюю часть верхнего штуцера выхода продуктов реакции удлиняют и перфорируют, а внутри него устанавливают перфорированный стакан. Размер отверстий перфорации меньше, чем гранулы катализатора. Внутрь перфорированного стакана загружают чугунные или фарфоровые шары, диаметр которых больше, чем отверстия перфорации.

Сопоставительный анализ с прототипом позволяет сделать вывод, что заявляемый реактор для каталитических превращений отличается тем, что верхний штуцер перфорирован и удлинен в реактор, внутри него установлен перфорированный стакан с диаметром, обеспечивающим его соосное перемещение в штуцере. Стакан в своем нижнем положении опирается на ограничители, прикрепленные к концевой части верхнего штуцера реактора.

В прототипе верхняя часть реактора загружена катализатором неполностью, имеется пустое пространство между колосниковой решеткой и верхней тарелкой.

Кроме того, над катализатором, находящимся на тарелке опять-таки имеется свободное пространство. Суммарное свободное пространство по предварительным расчетам составляет не менее 10-15% объема реактора.

В предложенном изобретении в верхней части реактора нет пустот. Все пространство заполнено катализатором.

Проведенные испытания в модельных стеклянных реакторах показали, что в реакторах, имеющих пустое пространство в верхней части и восходящий поток газосырьевой смеси наблюдается большее перемещение гранул катализатора, чем в реакторах, заполненных катализатором полностью, а значит и их повышенное истирание.

В прототипе катализатор, загруженный на верхнюю тарелку, в реакции не участвует, занимая полезный объем реактора 7-10% от общего. В предлагаемом техническом решении весь загруженный в реактор катализатор работает по целевому назначению. Кроме того, при одинаковых объемах реакторов в предлагаемой конструкции катализатора загружается больше и работает он более эффективно.

На фиг. 1 показан известный peaктор, на фиг. 2 показан общий вид реактора для каталитических превращений, согласно изобретению, на фиг. 3 - показан реактор в момент загрузки до середины выступающей перфорированной части верхнего штуцера, на фиг. 4 показан реактор в момент загрузки перфорированной части верхнего штуцера, на фиг. 5 показан реактор в момент загрузки перфорированной части верхнего штуцера на 80% с последующим размещением перфорированного стакана с чугунными шарами, на фиг. 6 показан реактор в момент окончательного заполнения катализатора пустот в верхней части реактора и расположением перфорированного стакана в нижнем положении.

Реактор для каталитических превращений имеет корпус 1, верхнее 2 и нижнее 3 сферические днища, распределительную тарелку 4, устройство для вывода катализатора 5, штуцер для ввода газосырьевой смеси 6, удлиненный штуцер для вывода продуктов реакции 7, внутри которого находится перфорированный стакан 8 и к которому крепят ограничители хода 9 перфорированного стакана 8. Реактор имеет опорное кольцо 10 для монтажа его на фундаменте.

Реактор для каталитических превращений работает следующим образом.

На выступающую перфорированную часть верхнего штуцера 7 крепят сетку с размером ячеек меньше, чем гранулы катализатора. В реактор загружают катализатор до середины выступающей перфорированной части верхнего штуцера 7. Далее, при помощи пневматического устройства заполняют катализатором пустоту за перфорированной частью верхнего штуцера 7, а внутри него устанавливают перфорированный стакан 8, в котором крепят сетку и засыпают в него чугунные шары.

Сыпучие материалы, включая гранулированные катализаторы, при загрузке их в аппараты принимают форму внутренней части аппарата (как и жидкости) за исключением верхней части, где образуется форма конуса и, как следствие - пустота за выступающей частью верхнего перфорированного штуцера.

Загрузка катализатора в реактор и его эксплуатация поэтапно представлена на фиг.3-6. Фиг.3 катализатор загружен в реактор до середины выступающей перфорированной части верхнего штуцера 7. За перфорированной частью штуцера пустота. Далее, при помощи пневматического устройства заполняют катализатором пустоту за перфорированной частью верхнего штуцера 7. Эта операция проводится несколько раз, что зависит от диаметра реактора и диаметра штуцера 7 (см. фиг.4).

Следующая операция (см. фиг.5) предусматривает засыпку катализатора в перфорированную часть штуцера приблизительно на 80% после чего в штуцер помещают перфорированный стакан с чугунными шарами 8. При этом уровень катализатора в верхнем штуцере 7 должен быть таким, чтобы часть перфорации стакана 8 (20%) находилась в зоне перфорированной выступающей части верхнего штуцера 7 (см. фиг.5). Затем реактор закрывают, продувают азотом, при этом происходит окончательное заполнение катализатором пустот в объеме реактора и в самой верхней его части, а перфорированный стакан 8 займет более низкое положение в штуцере 7 (см. фиг. 6).

По мере уплотнения катализатора, в период нормальной эксплуатации реактора, перфорированный стакан продолжает опускаться вниз, препятствуя "витанию" гранул катализатора и их истиранию. Витание катализатора становится невозможным, если в реакторе нет пустого (не заполненного катализатором) пространства. Часть его, находящаяся в верхней перфорированной части штуцера, уходит на "усадку". При этом перфорированный стакан под собственным весом перемещается вниз вместе с нижерасположенным катализатором и исключает образование пустоты в верхней части реактора (см. фиг.6).

При эксплуатации катализатора с низкой механической прочностью, возможно дальнейшее передвижение перфорированного стакана вниз и в случае отсутствия ограничителя хода 9, стакан 8 может опуститься ниже штуцера 7, что приведет к уносу катализатора из реактора в систему и аварийной остановке объекта и потере катализатора.

Примеры 1-6 подтверждают, что предложенная конструкция позволяет сократить унос катализатора из реактора.

Пример 1 (известное устройство). Для эксперимента используют лабораторный реактор с боковым выводом продуктов реакции (штуцер вывода продуктов находится на 80%-ной отметке от низа как в прототипе). В реактор загружают 100 грамм алюмоникельмолибденового катализатора (ТУ 38.101192-77), продувают азотом, затем водородом. Налаживают подачу водорода через реактор с низа вверх (восходящий поток), разогревают катализатор до 350^oС и подают сырье.

Эксперимент проводят при температуре 350^oС, давлении 4 МПа, кратности подачи водород cырье 250 1 нм³/м³ и объемной скорости подачи сырья 3 час^-1. В качестве сырья используют фракцию дизельного топлива, выкипающую в пределах 180-360^oС с содержанием серы 1,2 мас. Жидкий продукт реакции после стабилизации (стабильный гидрогенизат) содержит 0,14 мас. серы. Через 240 часов работы реактор продувают водородом, затем азотом, охлаждают и выгружают катализатор. После выжига кокса из катализатора в муфельной печи вес катализатора составляет 98,1 г. Потери составляют 1,9 г (1,9%).

Пример 2 (предлагаемое устройство). Для эксперимента используют лабораторный реактор с выводом продуктов реакции через верхний штуцер. В реактор загружают 100 г алюмоникельмолибденового катализатора (ТУ 38.101192-77).

В верхний штуцер устанавливают сеточный мешок из нержавеющей проволоки, заполненный чугунной дробью. Реактор продувают азотом, затем водородом. Налаживают подачу водорода с низа вверх (восходящий поток) и разогревают катализатор до 350^oС. Эксперимент проводят в условиях примера 1 на том же сырье. Полученный стабильный гидрогенизат содержит 0,12 мас. серы. Через 240 часов работы реактор продувают водородом, затем азотом, охлаждают, выгружают катализатор. После выжига кокса из катализатора в муфельной печи вес катализатора составляет 99,8 г. Потери составляют 0,20 г (0,2%).

Пример 3. Эксперимент проводят с лабораторным реактором как в примере 2, с тем же сырьем при температуре 350^oС, давлении 4 МПа, кратности подачи водорода на сырье 250 1 и объемной скорости подачи сырья на катализатор 3,5 час^-1. Полученный стабильный гидрогенизат содержит 0,14 мас. серы. Потери катализатора после выжига кокса составляют 0,35 г (0,35%). Производительность реактора увеличена на 11,7% при сохранении качества целевого продукта.

Пример 4 (известное устройство). Для эксперимента используют реактор с боковым выводом продуктов реакции (штуцер находится на 80%-ной отметке от низа, как в прототипе).

В реактор загружают 100 г алюмокобальтмолибденового катализатора (ТУ 38.101111-87), продувают азотом, затем водородом. Налаживают подачу водорода через реактор с низа вверх (восходящий поток), разогревают катализатор до 360^oС и подают сырье.

Эксперимент проводят при температуре 350^oС, давлении 3,5 МПа, кратности подачи водород сырье 500 1 и объемной скорости подачи сырья 1,1 час^-1. В качестве сырья используют фракцию вакуумного газойля, выкипающую в пределах 290-470^oС с содержанием серы 2,9 мас. Жидкий продукт реакции после стабилизации (стабильный гидрогенизат) содержит 0,45 мас серы. Через 240 часов работы реактор продувают водородом, азотом, охлаждают и выгружают катализатор. После выжига кокса вес катализатора составляет 97,8 г. Потери катализатора составляют 2,2 г или 2,2%
Пример 5 (предлагаемое устройство). Для эксперимента используют лабораторный реактор с выводом продуктов реакции через верхний штуцер (как в предлагаемом устройстве). В реактор загружают 100 г алюмокобальтмолибденового катализатора (ТУ 38.101111-87). В верхнем штуцере устанавливают сеточный мешок из нержавеющей проволоки, заполненный чугунной дробью. Реактор продувают азотом, затем водородом. Налаживают подачу водорода с низа вверх и разогревают катализатор до 360^oС. Эксперимент проводят в условиях примера 4 на том же сырье. Полученный стабильный гидрогенизат содержит 0,37 мас. серы. Через 240 часов работы реактор продувают водородом, азотом, охлаждают и выгружают катализатор. После выжига кокса вес катализатора составляет 99,6 г. Потери катализатора 0,4 г или 0,4%
Пример 6 (известное устройство). Для эксперимента используют лабораторный реактор с боковым выводом продуктов реакции (штуцер находится на 80%-ной отметке от низа, как в прототипе). В реактор загружают 100 г алюмоплатинового катализатора АП-64 (ТУ 38.101486-77).

Реактор продувают азотом, водородом. Налаживают подачу водорода с низа вверх и разогревают катализатор до 500^oС. Эксперимент проводят в условиях примера 6 на том же сырье. Полученный стабильный катализат имеет октановое число 85 пунктов. Разница октановых чисел сырья и катализата составляет 33 пункта. Через 240 часов работы реактор продувают водородом, азотом, охлаждают и выгружают катализатор. После выжига кокса вес катализатора составляет 98,9 г. Потери катализатора 1,1 г или 1,1% ЫЫЫ2 ЫЫЫ4

Изобретение относится к области нефтепереработки и нефтехимии.

Цель изобретения - упрощение конструкции реактора, более эффективное использование реакционного пространства и загруженного катализатора, сокращение уноса катализатора из аппарата.

Реактор для каталитических превращений содержит корпус, верхнее и нижнее сферические днища, распределительную тарелку, устройство для вывода катализатора, штуцера ввода и вывода продуктов.

Новым в реакторе является перфорированный стакан, помещенный в верхнем штуцере, выступающая внутренняя часть которого перфорирована и снабжена ограничителями перемещения стакана. 6 ил.

Реактор для каталитических превращений, содержащий корпус, верхнее и нижнее днища, распределительную тарелку, устройства для вывода катализатора, нижний штуцер ввода газосырьевой смеси и верхний штуцер вывода продуктов реакции, отличающийся тем, что верхний штуцер выполнен перфорированным и удлиненным в корпус реактора и снабжен металлическим перфорированным стаканом с диаметром, обеспечивающим его соосное перемещение в штуцере, и ограничителями перемещения стакана, прикрепленными к концевой части верхнего штуцера.