РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО РЕАКЦИОННЫХ АППАРАТОВ Российский патент 2003 года по МПК B01J8/00 

Изобретение относится к области нефтеперерабатывающей и нефтехимической промышленности, а именно к конструкциям реакторов для проведения каталитических процессов, в частности для гидроочистки нефтяных фракций в газожидкостном состоянии.

Известны распределительные устройства реакторов для гидроочистки дизельного топлива, включающие распределительную тарелку с переточными патрубками, имеющими защитные козырьки, и размещенные под полотном тарелки фильтры и фарфоровые шары со слоем катализатора (см. А.И. Скобло и др. Процессы и аппараты нефтегазопереработки и нефтехимии. - М.: Недра, 2000, с. 634-636).

Недостатком известных устройств является невысокая степень диспергирования газожидкостной смеси, следствием чего является неравномерное прохождение сырья через слой катализатора и, соответственно, неравномерное закоксовывание катализатора, что приводит к повышению гидравлического сопротивления в слое.

Из известных устройств наиболее близким к предлагаемому является распределительное устройство реакционных аппаратов, содержащее распределительную тарелку, полотно с отверстиями которой снабжено переточными патрубками с защитными козырьками и переливными элементами в виде гребенок, и установленные в полостях переточных патрубков насадки в виде перфорированного усеченного конуса (см. патент RU 2127147, В 01 J 8/04, 1996).

В известном устройстве насадка в виде перфорированного усеченного конуса выполняет роль приемника газожидкостной смеси, предназначенного для улучшения условий контактирования сырья с катализатором.

Однако конструктивное исполнение насадок обусловливает, во-первых, низкую чувствительность известного устройства к изменению уровня жидкости на тарелке, что отражается на степени диспергирования жидкой фазы и, соответственно, на глубине превращения сырья, а во-вторых - невысокую пропускную способность.

К недостаткам устройства относится также сложность изготовления насадки, обусловленная необходимостью выбора и оптимизации размера и порядка размещения перфорационных отверстий.

В основу настоящего изобретения положена задача создания распределительного устройства реакционных аппаратов, обеспечивающего повышение степени диспергирования жидкой фазы реакционной смеси за счет оптимизации скорости перемещения указанной смеси по высоте переточного патрубка и, как следствие, повышение интенсивности дробления жидкости газовой фазой и создание дисперсной реакционной смеси в зонах ее ввода в слой катализатора, что, в свою очередь, позволит уменьшить гидравлическое сопротивление и повысить производительность установки, а также глубину превращения сырья.

Поставленная задача достигается тем, что в распределительном устройстве реакционных аппаратов, включающем тарелку, в отверстиях горизонтального полотна которой установлены переточные патрубки с конусными насадками, размещенными в их полостях, переливными узлами и защитными козырьками, и установленные под полотном тарелки фильтры и фарфоровые шары, размещенные над слоем катализатора, согласно изобретению верхние участки переточных патрубков выполнены в виде раструбов, имеющих гофрированную поверхность с гофрами, сужающимися в сторону отверстий полотна тарелки, конусные насадки выполнены в виде двух патрубков усеченной конической формы, соединенных между собой большими основаниями, при этом верхний патрубок меньшим основанием прикреплен к защитному козырьку, а переливные узлы выполнены в виде системы отверстий, размещенных по периметру переточных патрубков между гофрами в зоне максимального сужения кольцевого зазора, образованного наружной поверхностью верхнего патрубка конусной насадки и гофрированной поверхностью патрубка.

В предпочтительных вариантах:
- гофры выполняют треугольного или овального сечения;
- отверстия переливных узлов имеют треугольную или трапециевидную форму.

В дальнейшем изобретение поясняется описанием конкретного варианта его выполнения и сопровождающими чертежами, на которых: на фиг.1 изображен общий вид распределительного устройства (продольный разрез); на фиг.2 - общий вид переточного патрубка распределительной тарелки; на фиг.3 - то же, продольный разрез; на фиг.4, 5 - то же, вид сверху; на фиг.6 - узел I на фиг.2.

Распределительное устройство реакционных аппаратов содержит (фиг.1, 2, 3) распределительную тарелку 1, в полотне 2 которой выполнены отверстия 3, в которых установлены переточные патрубки 4. Под полотном 2 тарелки 1 над слоем катализатора 5 установлены фильтры 6 и фарфоровые шары 7, предназначенные для предотвращения шевеления катализатора и защиты катализатора от динамического воздействия потока среды.

Верхние участки 8 переточных патрубков 4 (фиг.2, 3) выполнены в виде раструбов с гофрированной поверхностью, гофры 9 которой имеют треугольное (фиг. 4) или овальное (фиг.5) сечение и сужаются в сторону отверстий 3 полотна 2.

Выбор той или иной формы гофр осуществляется с учетом физических свойств газожидкостной смеси, исходя из условия обеспечения равномерного распределения потока по сечению гофр, а также предотвращения образования отложений на их внутренней поверхности.

В полости переточного патрубка 4 размещена конусная насадка 10, состоящая из двух патрубков 11, 12 усеченной конической формы. Патрубки 11, 12 соединены между собой большими основаниями и выполняют функцию обтекателя газожидкостной смеси. Верхний патрубок 11 меньшим основанием крепится к защитному козырьку 13, установленному над переточным патрубком 4 при помощи стоек 14.

По периметру переточного патрубка 4 между гофрами 9 выполнены отверстия 15 трапециевидной (фиг. 2) или треугольной (фиг.6) формы, выполняющие роль элементов переливного узла. Форма и размер указанных отверстий 15 выбираются из условия обеспечения равномерного распределения жидкости по сечению переточного патрубка 4, а также предотвращения их забивания. Так, например, в распределительном устройстве реактора для гидроочистки дизельного топлива размер отверстий 15 должен быть не менее 6 мм и не более 8-12 мм. Причем отверстия 15 выполняют в зоне максимального сужения кольцевого зазора, образованного между верхним патрубком 11 конусной насадки 10 и гофрированной поверхностью раструба переточного патрубка 4, т.е. фактически на уровне соединения больших оснований патрубков 11 и 12.

Работа распределительного устройства реакционных аппаратов осуществляется следующим образом.

Газожидкостную смесь подают на полотно 2 распределительной тарелки 1, где происходит частичное разделение жидкости и газа. Газовую фазу с частицами диспергированной жидкости направляют в переточные патрубки 4. Попадая в зону гофр 9 газожидкостная смесь разбивается в соответствии с числом гофр на отдельные струи, которые за счет наличия переменного по высоте, сужающегося в сторону полотна тарелки кольцевого зазора, образованного гофрированной поверхностью раструба переточного патрубка 4 и верхним патрубком 11 конусного обтекателя 10, перемещаясь вниз, увеличивают свою скорость. Увеличение скорости способствует интенсификации процесса распада образовавшихся струек и приводит к дополнительному дроблению частичек жидкости. В зоне наибольшего сужения кольцевого зазора, где скорость газожидкостной смеси максимальна, через переливные отверстия 15 вводится жидкость, которая интенсивно распыляется под воздействием высоких скоростей. Дальнейшее движение потока происходит в плавно расширяющемся кольцевом канале, образованном нижним патрубком 12 обтекателя 10 и боковой поверхностью переточного патрубка 4, вследствие чего уменьшается скорость истечения газожидкостной смеси, что приводит к возникновению дополнительного всасывающего эффекта, а следовательно, к увеличению пропускной способности устройства. Кроме того, уменьшение скорости потока позволяет избежать размывания верхнего слоя катализатора 5 и способствует равномерному вводу газосырьевой смеси в слой.

Козырек 13 исключает прямое попадание газожидкостной смеси в переточный патрубок.

После распределительной тарелки газосырьевая смесь проходит через систему фильтров 6, где задерживаются продукты коррозии и механические примеси, и выводится в слой катализатора 5.

Преимуществом предлагаемой конструкции распределительного устройства реакционных аппаратов является высокая степень дисперсности жидкой фазы и более равномерное распределение газожидкостной смеси в реакционном объеме даже при работе распределительной тарелки в режимах, максимально приближенных к режиму "захлебывания", благодаря чему оно может найти широкое применение в реакторах технологических установок.

Распределительное устройство реакционных аппаратов относится к нефтеперерабатывающей и нефтехимической промышленности. Включает тарелку и установленные под полотном тарелки фильтры и фарфоровые шары, размещенные над слоем катализатора. В отверстиях горизонтального полотна тарелки установлены переточные патрубки с конусными насадками, размещенными в их полостях, переливными узлами и защитными козырьками. Верхние участки переточных патрубков выполнены в виде раструбов, имеющих гофрированную поверхность с гофрами, сужающимися в сторону отверстий полотна тарелки. Конусные насадки выполнены в виде двух патрубков усеченной конической формы, соединенных между собой большими основаниями. Верхний патрубок меньшим основанием прикреплен к защитному козырьку. Переливные узлы выполнены в виде системы отверстий, размещенных по периметру переточных патрубков между гофрами в зоне максимального сужения кольцевого зазора, образованного между наружной поверхностью верхнего патрубка конусной насадки и гофрированной поверхностью патрубка. Данная конструкция обеспечивает высокую степень дисперсности жидкой фазы и более равномерное распределение газожидкостной смеси в реакционном объеме. 2 з.п. ф-лы, 6 ил.

1. Распределительное устройство реакционных аппаратов, включающее тарелку, в отверстиях горизонтального полотна которой установлены переточные патрубки с конусными насадками, размещенными в их полостях, переливными узлами и с защитными козырьками, и установленные под полотном тарелки фильтры и фарфоровые шары, размещенные над слоем катализатора, отличающееся тем, что верхние участки переточных патрубков выполнены в виде раструбов, имеющих гофрированную поверхность с гофрами, сужающимися в сторону отверстий полотна тарелки, конусные насадки выполнены в виде двух патрубков усеченной конической формы, соединенных между собой большими основаниями, при этом верхний патрубок меньшим основанием прикреплен к защитному козырьку, а переливные узлы выполнены в виде системы отверстий, размещенных по периметру переточных патрубков между гофрами в зоне максимального сужения кольцевого зазора, образованного между наружной поверхностью верхнего патрубка конусной насадки и гофрированной поверхностью патрубка. 2. Распределительное устройство по п.1, отличающееся тем, что гофры выполнены треугольного или овального сечения. 3. Распределительное устройство по п.1, отличающееся тем, что отверстия переливных узлов имеют треугольную или трапециевидную форму.