КОНТАКТОР С РАЗДЕЛЕННЫМ ПОТОКОМ Российский патент 2012 года по МПК B01D15/04 B01J19/24 

Область техники, к которой относится изобретение

Представленные варианты осуществления в целом относятся к контактору с разделенным потоком для катализа в неподвижном слое и к способам использования контактора с разделенным потоком.

Описание уровня техники

Монооксид углерода представляет собой побочный продукт получения синтетического газа и других химических процессов. Монооксид углерода может представлять собой каталитический яд или загрязнитель и таким образом доставляет проблемы при последующей переработке. Однако монооксид углерода является легко воспламеняющимся, высоко активным химически и потенциально ядовитым при определенных концентрациях и не может выбрасываться в атмосферу в каких-либо значительных количествах.

Используются способы окисления монооксида углерода до диоксида углерода. Такие технологии, как правило, известны как конверсия водяного газа и являются каталитическими (см., например, патенты США № 3509043; США 4313908; США 4380529; США 5985231 и США 6692705). Как и для любого каталитического процесса, геометрия слоя является критическим фактором при работе и оптимизации реакции. Часто увеличение производства желаемых продуктов или, наоборот, сокращение нежелательных побочных продуктов в значительной степени зависит от времени пребывания текучей среды.

Время пребывания текучей среды, как правило, основывается на объеме слоя и объемной скорости потока в слое. Таким образом, подержание заданного времени пребывания при повышении объемной скорости потока или увеличение времени пребывания при постоянной объемной скорости потока обычно требует пропорционального увеличения объема слоя. Поскольку перепад давления в слое, как правило, является пропорциональным глубине слоя, объем слоя, как правило, повышается посредством поддержания постоянной глубины слоя и увеличения области поверхности слоя для применений, которые ограничены перепадом давления.

Однако экономические соображения и ограниченное пространство часто исключают увеличение площади поперечного сечения внутри существующих емкостей или внутри технологического оборудования. В таких случаях, объем слоя, как правило, увеличивается с помощью добавления глубины к существующему слою или с помощью параллельного или последовательного добавления дополнительных емкостей. Увеличение глубины слоя приводит к повышению перепада давления на слое, которое не всегда желательно, а в некоторых случаях является невозможным.

По этой причине, имеется необходимость в системах и способах, которые обеспечивают соответствующее время пребывания, снижают перепад давления и снижают потребность в пространстве.

Краткое описание чертежей

С тем чтобы выше перечисленные признаки настоящего изобретения были бы понятны в деталях, более подробное описание изобретения, кратко изложенное выше, может осуществляться со ссылками на варианты осуществления, некоторые из которых иллюстрируются на прилагаемых чертежах. Надо заметить, однако, что прилагаемые чертежи показывают только типичные варианты осуществления этого изобретения и, следовательно, не рассматриваются как ограничивающие его объем и рамки, для изобретения могут допускаться другие такие же эффективные варианты осуществления.

Фиг.1 изображает частичный вид в поперечном сечении иллюстративного контактора согласно одному или более из описанных вариантов осуществления.

Фиг.2 изображает вид в поперечном сечении первого неподвижного слоя и прохода для потока, расположенных внутри контактора, изображенного на фиг.1, вдоль линии 2-2.

Фиг.3 изображает вид в поперечном сечении второго неподвижного слоя и прохода для потока, расположенных внутри контактора, изображенного на фиг.1, вдоль линии 3-3.

Фиг. 4 изображает частичный вид в поперечном сечении другого иллюстративного контактора согласно одному или более описанным вариантам осуществления.

Фиг.5 изображает частичный вид в поперечном сечении еще одного иллюстративного контактора согласно одному или более описанным вариантам осуществления.

Фиг.6 изображает частичный вид в поперечном сечении еще одного иллюстративного контактора согласно одному или более описанным вариантам осуществления.

Фиг.7 изображает частичный вид в поперечном сечении еще одного иллюстративного контактора согласно одному или более описанным вариантам осуществления.

Фиг.8 изображает вид в поперечном сечении первого неподвижного слоя и прохода для потока, расположенных внутри контактора, изображенного на фиг.7, вдоль линии 8-8.

Подробное описание

Теперь будет представлено подробное описание. Каждый пункт формулы изобретения определяет отдельное изобретение, которое для целей соблюдения авторских прав определяется как содержащее эквиваленты различных элементов или ограничений, указанных в формуле изобретения. В зависимости от контекста, все ссылки ниже на "изобретение" могут в некоторых случаях относиться только к определенным конкретным вариантам осуществления. В других случаях будет видно, что ссылки на "изобретение" будут относиться к предмету рассмотрения, изложенному в одном или более, но необязательно, во всех, пунктах формулы изобретения. Каждое из изобретений теперь будет описываться ниже более подробно, включая конкретные варианты осуществления, версии и примеры, но изобретения не ограничиваются этими вариантами осуществления, версиями или примерами, которые включаются для того, чтобы дать возможность специалисту в данной области техники осуществить и использовать эти изобретения, при объединении информации настоящего патента с доступной информацией и технологией.

Создаются системы и способы контакта жидкости, газа и/или многофазной смеси с твердыми продуктами в виде частиц. Система или контактор может содержать корпус, имеющий первую головку и вторую головку, расположенную на ней. Два или более отдельных неподвижных слоя могут располагаться внутри корпуса и по его поперечному сечению. Один или более не имеющих препятствий проходов для потоков текучих сред могут использоваться для обхода одного или обоих неподвижных слоев, и одна или более перегородок могут располагаться между неподвижными слоями для регулирования потока внутри корпуса. Каждый неподвижный слой может содержать один или более активированных ("неинертных") твердых продуктов, таких как один или более катализаторов, одну или более ионообменных смол, один или более абсорбентов, один или более адсорбентов или любое их сочетание.

Если обратиться к фигурам, фиг.1 изображает частичный вид в поперечном сечении иллюстративного контактора 100 согласно одному или более вариантам осуществления. Контактор 100 может содержать корпус 102, первый конец или головку 104, второй конец или головку 106, перегородку 140 и одно или более соединений (показано четыре, 150, 160, 170 и 172). Два или более неподвижных слоя (показано два, 130, 132) могут располагаться внутри корпуса 102 и по его внутреннему диаметру (то есть по поперечному сечению). В одном или более вариантах осуществления, каждый из слоев 130, 132 может находиться в контакте со всем внешним диаметром корпуса 102, исключая один или более не имеющих препятствий проходов 110, 115 для потока или проходов, расположенных в нем.

В одном или более вариантах осуществления, в первом слое 130 могут, по меньшей мере, частично быть расположены или сформированы один или более проходов 110 для потока. Один или более проходов 110 для потока могут находиться в сообщении по текучей среде, на первом его конце, с некоторым объемом или камерой 105, образованной внутри первой головки 104, и в сообщении по текучей среде, на втором конце, с некоторым объемом или камерой 117, расположенной между слоями 130, 132.

В одном или более вариантах осуществления, во втором слое 132 могут, по меньшей мере, частично быть расположены или сформированы один или более проходов 115 для потока. Проход 115 для потока может находиться в сообщении по текучей среде, на первом его конце, с объемом 134, и в сообщении по текучей среде, на втором его конце, с объемом 125. Объем 134 может представлять собой пустое пространство или камеру, образованную между первым слоем 130 и перегородкой 140. Объем 125 содержится или образован внутри головки 106.

Проход 110 для потока ("первый проход для потока" или "первый проход в обход слоя") может обеспечивать обходной проход в обход первого слоя 130 или через него, так, чтобы текучая среда, содержащаяся в нем, не вступала в контакт с первым слоем 130. Проход 115 для потока (проходы для потока) ("второй проход для потока" или "второй проход в обход слоя") может обеспечивать проход в обход второго слоя 132 или через него, так, чтобы текучая среда, содержащаяся в нем, не вступала в контакт со вторым слоем 132. Проходы 110, 115 для потока могут также описываться ниже со ссылками на фиг.2 и 3. Фиг.2 изображает вид в поперечном сечении первого слоя 130 вдоль линии 2-2 контактора 100. Для обходного или прямого течения текучей среды вокруг слоя 130 могут использоваться два, три, четыре или пять или более проходов 110 для потока. На фиг.2 показаны четыре прохода 110 для потока. Проходы 110 для потока могут устанавливаться в виде любой структуры и/или с любой частотой по всему слою 130. Как изображено на фиг. 2, проходы 110 для потока могут однородно размещаться по всему слою 130 и полностью окружаться неподвижным слоем. Соответственно, твердые продукты внутри слоя 130 могут покрывать полностью внутренний диаметр или поперечное сечение корпуса 102 или проходить по ним.

Фиг.3 изображает вид в поперечном сечении второго слоя 132 вдоль линии 3-3 контактора 100. Один, два, три, четыре или пять, или более проходов 115 для потока могут использоваться для обходного или прямого протекания текучей среды вокруг слоя 132. Проход 115 для потока (проходы потока) могут располагаться неупорядоченно или могут распределяться равномерно по поперечному сечению слоя 132. Как изображено на фиг.3, сквозь слой 132 может проходить одиночный проход 115 для потока. Одиночный проход 115 для потока может проходить через центр слоя 132, как изображается, или проход 115 для потока может располагаться или размещаться эксцентрически, а именно, возле внешнего периметра или на периферии слоя 132. Подобно твердым продуктам первого слоя 130, твердые продукты второго слоя 132 могут покрывать весь внешний диаметр или поперечное сечение корпуса 102 или проходить по ним.

Если обратиться опять к фиг.1, один или более распределителей (диффузоров) 142 могут находиться или располагаться рядом с проходами 110, 115 для потока. Каждый из распределителей 142 может быть таким же, как другие, или отличным от других. Распределители (диффузоры) 142 могут содержать множество отверстий, таких как конфигурация "душевая головка" или любая другая конфигурация для распределения текучей среды внутри контактора 100. Каждый распределитель 142 может содержать любое количество отверстий, отверстия любого размера для равномерного распределения текучих сред. В одном или более вариантах осуществления, одно или более распределительных сопел (не показаны) могут располагаться внутри некоторых отверстий одного или более распределителей 142 или всех их.

В одном или более вариантах осуществления, размер (то есть диаметр) отверстий и расположение отверстий, расположенных вокруг распределителя (диффузора) 142, могут использоваться для модифицирования, регулировки или манипулирования потоком текучей среды через него. Например, неупорядоченная или однородная структура из меньших отверстий или отверстий различного размера может располагаться на одной стороне или половине распределителя 142, в то время как неупорядоченная или однородная структура с отверстиями большего диаметра или отверстиями других размеров могут располагаться на второй стороне или половине того же распределителя 142. Подобным же образом, могут использоваться различные распределители 142, каждый из которых имеет различные размеры и структуру отверстий, для модифицирования, регулирования или манипулирования потоком текучей среды через них.

Контактор 100 также может содержать опорный узел для поддержки слоев 130, 132 в нем. Каждый опорный узел может быть выполнен с возможностью поддержки и удержания массы слоев 130, 132. Каждый опорный узел может содержать одно или более креплений 122 и одно или более сит 124. Сито 124 может покоиться или иным образом устанавливаться на креплениях 122. Крепления 122 могут устанавливаться, например, привариваться или присоединяться с помощью болтов, на внутренней поверхности контактора 100 и могут представлять собой любое одно или более креплений из скоб, болтов, крюков, двутавровых балок, каналов и так далее. Опорные конструкции 122 и сито 124 могут изготавливаться из любого совместимого со способом материала, например, такого как алюминий, сталь, сплавы стали, нержавеющая сталь, сплавы нержавеющей стали, неметаллические материалы, сплавы неметаллических материалов или их сочетания.

Если рассматривать неподвижные слои 130, 132 более подробно, твердые продукты или твердые частицы внутри слоя 130, 132 могут быть одинаковыми или различными. В одном или более вариантах осуществления, слои 130, 132 могут содержать отдельный слой одного или более катализаторов, одного или более адсорбентов, одного или более абсорбентов, одной или более ионообменных смол и/или одного или более молекулярных сит. В одном или более вариантах осуществления, слои 130, 132 могут содержать два или более слоев, каждый слой содержит один или более инертных материалов, один или более катализаторов, одну или более ионообменных смол, один или более адсорбентов, один или более абсорбентов, одну или более ионообменных смол, одно или более молекулярных сит, их смеси или любое их сочетание. Один или более катализаторов могут содержать железо, хром, медь, цинк, алюминий, их оксиды, их сплавы или их смеси. По меньшей мере, в одном конкретном варианте осуществления, слой катализатора может содержать катализатор SÜD Chemie Type C 12-4-02, имеющий размер таблетки 6 мм ×6 мм и объемную плотность 1120 кг/м³ (70 фунт/куб.фут), для превращения оксида углерода в диоксид углерода. По меньшей мере, в одном конкретном варианте осуществления, каждый слой 130, 132 может содержать первый слой одного или более инертных материалов, второй слой одного или более инертных материалов и третий слой, содержащий один или более активированных твердых продуктов, содержащих один или более катализаторов, адсорбентов, абсорбентов, ионообменных смол и/или молекулярных сит, как изображено на фиг.4.

Корпус 102, первая головка 104 и вторая головка 106 могут съемно закрепляться с использованием съемных креплений, содержащих, но, не ограничиваясь этим, болты и другие сходные крепления. В одном или более вариантах осуществления, корпус 102, первая головка 104 и вторая головка 106 могут привариваться и/или приклепываться друг к другу. Головки 104, 106 могут иметь любую форму и профиль. Например, головки 104, 106 могут быть плоскими, вогнутыми согласно ASME, параболическими, коническими или иметь любой другой тип формы, известный в промышленности и используемый для удовлетворения конструкционных требований по температуре и давлению в способе. Хотя на фиг.1 изображается иллюстративный цилиндрический корпус 102, могут использоваться и другие геометрические конфигурации. Например, корпус 102 может представлять собой цилиндрический корпус, имеющий диаметр в диапазоне примерно от 0,2 м (0,6 фут) примерно до 20 м (66 фут); примерно от 0,5 м (1,6 фут) примерно до 10 м (32,8 фут); или примерно от 1 м (3 фут) примерно до 7 м (23 фут).

Соединения 150, 160, 170, 172 могут располагаться где-либо вблизи контактора 100, включая корпус 102 и головки 104, 106, для упрощения подачи и/или удаления твердых продуктов и текучих сред и для удобства поддержания внутренних частей контактора 100. В одном или более вариантах осуществления, соединения 150, 160, 170 и 172 могут представлять собой резьбовые, фланцевые, сварные соединения или любую другую форму способа соединения, используемую для соединения трубопровода для текучей среды или системы труб. В одном или более вариантах осуществления, соединения 150, 160, 170 и 172 могут свариваться. В одном или более вариантах осуществления, соединения 150, 160, 170 и 172 могут присоединяться съемно с использованием съемных креплений, таких как резьбовые соединения. Одно или более соединений 150, 160, 170 и 172 могут изготавливаться из соответствующего материала, включая, но не ограничиваясь этим, алюминий, сталь, сплавы стали, нержавеющую сталь, сплавы нержавеющей стали, неметаллические материалы, сплавы неметаллических материалов или их сочетания, на основе композиции способа, условий способа и желаемой коррозионной стойкости.

В одном или более вариантах осуществления, между слоями 130, 132 может располагаться перегородка 140. Когда используются более двух слоев 130, 132, могут использоваться две перегородки 140, по одной перегородке 140 между каждыми соседними слоями. Как показано на фиг.1, перегородка 140 может располагаться между двумя слоями 130, 132 для изоляции и/или отведения потока текучей среды между ними или вокруг них. Перегородка 140 может располагаться на любом расстоянии от нижнего или второго конца слоя 130. Расстояние между слоем 130 и перегородкой 140 определяет размер объема 134, который может зависеть от желаемого перепада давления и/или времени пребывания в контакторе 100.

Перегородка 140 может представлять собой поддон или другой коллекторный узел. Перегородка 140 может располагаться перпендикулярно центральной линии контактора 100 и вблизи внешнего диаметра корпуса 102. Перегородка 140 может располагаться горизонтально или под углом относительно вертикальной оси контактора 100. Перегородка 140 может быть адаптирована для изоляции каждого слоя 130, 132 от других слоев, для блокирования текучей среды, которая проходит через первый слой 130 (то есть, покидая первый слой 130) от второго слоя 132, таким образом, обходя второй слой 132 по второму проходу 115 для потока. Как таковой, второй проход 115 для потока находится в сообщении по текучей среде с верхней поверхностью перегородки 140, а первый проход 110 для потока (проходы для потока) не находится в сообщении по текучей среде с верхней поверхностью перегородки 140. В одном или более вариантах осуществления, перегородка 140 может изготавливаться из алюминия, стали, сплавов стали, нержавеющей стали, сплавов нержавеющей стали, неметаллических материалов, сплавов неметаллических материалов или их сочетаний.

В одном или более вариантах осуществления, первый конец прохода 115 для потока (проходов для потока) может быть приподнят или иным образом проходить за верхнюю поверхность перегородки 140, создавая переливной барьер. Переливной барьер может создавать объем или перепад уровней текучей среды на перегородке 140 перед перетеканием в проходе 115 для потока. Такие варианты осуществления могут быть полезными для жидкостных вспомогательных контакторов, таких как жидкостной контактор, содержащий ионообменную смолу, для обработки воды.

Фиг.4 изображает частичный вид в поперечном сечении иллюстративного контактора 200 согласно одному или более вариантам осуществления. Неподвижные слои 130, 132 контактора 200 могут содержать, по меньшей мере, один слой активированных твердых продуктов 234, расположенный, по меньшей мере, между двух инертных слоев 232. Каждый инертный слой 232 может содержать один или более индивидуальных слоев инертных материалов, таких, например, как пластинчатый глинозем, муллит, керамику, их смеси или их сочетания. Индивидуальные слои каждого инертного слоя 232 могут быть одинаковыми (то есть, он представляет собой одиночный слой) или различными. Например, каждый инертный слой 232 может содержать однородный слой, содержащий примерно от 92 мас.% примерно до 100 мас.%; примерно от 92 мас.% примерно до 97 мас.%; или примерно от 92 мас.% примерно до 95 мас.% Al₂O₃ и SiO₂ согласно совокупному анализу. В одном или более вариантах осуществления, инертные слои 232 могут содержать однородный слой из примерно от 1 мас.%, примерно от 0,75 мас.%, примерно от 0,5 мас.% или примерно от 0,25 мас.% или менее Fe₂O₃ согласно совокупному анализу. В одном или более вариантах осуществления, глубина каждого слоя 232 может находиться в диапазоне по глубине (то есть высоте) примерно от 10 см (4 дюймов) примерно до 51 см (20 дюймов); примерно от 10 см (4 дюймов) примерно до 30 см (12 дюймов) или примерно от 10 см (4 дюймов) до 20 см (8 дюймов). Глубина инертных слоев 232 может зависеть от желаемого перепада давления и времени пребывания в слоях 130, 132.

В одном или более вариантах осуществления, слой активированных твердых продуктов 234 может содержать, но, не ограничиваясь этим, один или более катализаторов или типов катализаторов, одну или более ионообменных смол, один или более адсорбентов, один или более абсорбентов и одно или более молекулярных сит. Глубина слоя твердых продуктов 234 может изменяться. Например, глубина слоя 234 может находиться в диапазоне примерно от 1,8 м (72 дюймов) примерно до 3,6 м (144 дюймов); примерно от 2,1 м (84 дюймов) примерно до 3,4 м (132 дюймов) или примерно от 2,4 м (96 дюймов) примерно до 3,0 м (120 дюймов). Глубина слоя 234 может зависеть от желаемого перепада давления и времени пребывания в слоях 130, 132.

Если обратиться к фиг.1-4, текучая среда, то есть жидкость или газ, может вводиться в корпус 102 через первое соединение ("входное отверстие") 150 и распределяться внутри первого объема 105 с использованием первого распределителя (диффузора) 142. Первая часть распределенной текучей среды может протекать через первый слой ("верхний слой") 130, с получением обработанной текучей среды ("первого эффлюента"), а вторая часть распределенной текучей среды может переноситься в обход первого слоя 130 через один или более проходов 110 для потока ко второму слою ("нижнему слою") 132. Обработанная текучая среда из первого слоя 130 может изолироваться или собираться на перегородке 140, а затем переноситься в обход второго слоя 132 по проходу для потока (проходам для потока) 115. Вторая часть текучей среды, которая переносится в обход первого слоя 130 по проходу 110 для потока, может распределяться по второму слою 132 с получением обработанной текучей среды ("второго эффлюента"), покидающей второй слой 132 внутри объема 125. Один или более распределителей 142, примыкающих к выходу прохода 110 для потока, могут использоваться для лучшего распределения потока текучей среды по слою 132. Первый эффлюэнт, из первого слоя 130, может покидать проход 115 для потока и может объединяться или иным образом смешиваться со вторым эффлюентом из второго слоя 132. Смешанные эффлюенты могут покидать контактор 100, 200 через второе соединение ("выход") 160. В одном или более вариантах осуществления, поток текучей среды через любые контакторы 100 или 200 может направляться в противоположном направлении, то есть текучая среда может подаваться в контактор через соединение 160 и выходить через соединение 150.

Первая часть распределенной текучей среды может составлять, по меньшей мере, 10% объем, 20% объем, 50% объем, 60% объем, 70% объем, 80% объем, 90% объем, 95% объем или 99% объем в подаваемых материалах, поступающих в контактор 100, 200. Остаток может представлять собой вторую часть распределенной текучей среды, которая обрабатывается во втором слое 132. С помощью разделения текучей среды, которая должна обрабатываться, на отдельные части, перепад давления на контакторе 100, 200 и по площади поперечного сечения контактора 100, 200 может сводиться к минимуму или, по меньшей мере, уменьшаться. С помощью снижения скорости потока через индивидуальные слои 130, 132, пребывание в каждом слое 130, 132 может продлеваться. Альтернативно, может поддерживаться постоянное время пребывания внутри каждого слоя 130, 132 с помощью пропорционального снижения как скорости потока через индивидуальные слои 130, 132, так и объема твердых продуктов в каждом слое 130, 132. Как таковые, желаемое время пребывания, минимальный перепад давления и минимальные требования к пространству, все они могут быть получены в одиночной емкости (то есть в контакторе).

В одном или более вариантах осуществления, перепад давления первой части текучей среды, протекающей через первый слой 130 и один или более проходов 115 для потока, может быть сбалансирован или уравнен с перепадом давления второй части текучей среды, протекающей через один или более проходов 110 для потока и второй слой 132. Балансирование или выравнивание перепада давления через независимые проходы для потока внутри контактора 100, 200 может обеспечивать согласованную работу и истощение слоя, оптимизируя, таким образом, как эффективность, так и время жизни активированных твердых продуктов в нем, например катализаторов. Различные устройства или технологии для увеличения или уменьшения перепада давления в одном или более трубопроводах 110 для текучей среды, такие как заслонки (не показаны), клапаны (не показаны), распределители с регулируемыми отверстиями (не показаны) или их функциональный эквивалент, могут использоваться для регулирования и/или балансировки перепада давления для каждого независимого прохода для потока текучей среды через контактор.

Фиг.5 изображает частичный вид в поперечном сечении другого иллюстративного контактора 500 согласно одному или нескольким вариантам осуществления. Контактор 500 может содержать корпус 102, первый конец или головку 104, образующую объем 105 внутри нее, второй конец или головку 106, образующую объем 125 внутри нее, перегородку 140, и одно или более соединений (показаны три, 150, 160 и 172). Два или более неподвижных слоя (показаны два, 130, 132) могут располагаться внутри корпуса 102 и по его внутреннему диаметру (то есть в поперечном сечении), формируя объемы 117, 134 между ними. В одном или более вариантах осуществления, обходные проходы (то есть проходы для потока) 515, 525 могут находиться снаружи слоев 130, 132 и располагаться вокруг внешней стороны корпуса 102 и/или головок 104, 106. Одно или более устройств 511, 516 для регулирования потока, включая, но, не ограничиваясь этим, клапаны, заслонки, распределители с изменяемыми отверстиями или их функциональный эквивалент, могут располагаться внутри одного или более проходов 510, 515, 525 для потока для блокирования или регулирования потока текучей среды с их помощью. В одном или более вариантах осуществления, устройства 511, 516 для контроля давления могут представлять собой клапаны, как изображено на фиг.5.

Второй конец одного или более проходов 510 для потока может находиться в сообщении по текучей среде с объемом 105, образуемым головкой 104 и верхней частью первого слоя 130. Первый конец прохода 515 потока может находиться в сообщении по текучей среде с одним или более проходами 505 для потоков, при этом второй конец прохода 515 для потока может находиться в сообщении по текучей среде с объемом 117, образуемым перегородкой 140 и верхней частью второго слоя 132. Первый конец одного или более проходов 525 для потока может находиться в сообщении по текучей среде с объемом 134, образуемым нижней частью первого слоя 130 и перегородкой 140, и второй конец одного или более проходов 525 для потоков может находиться в сообщении по текучей среде с объемом 125, образуемым головкой 106 и нижней частью второго слоя 132.

Один или более распределителей 542 могут располагаться внутри первого объема 105, вокруг второго конца одного или более проходов 510 для потока, которые могут входить в контактор 500 через соединение 150. Один или более распределителей 542 могут также располагаться или размещаться рядом со вторым концом одного или более проходов 515 для потока внутри объема 117. В одном или более вариантах осуществления, один или более распределителей 542 могут быть такими же, как распределители 142, которые обсуждались ранее, или один или более распределителей 542 могут представлять собой распределительный патрубок, как изображено на фиг.5. Распределительный патрубок 542 может представлять собой круглый или разветвленный трубопровод, содержащий одно или более отверстий. В одном или более вариантах осуществления, одно или более распределительных сопел (не показано) могут располагаться внутри нескольких отверстий одного или более распределителей 542 или всех их. В одном или более вариантах осуществления, каждое отверстие может иметь одинаковый диаметр или отверстия могут отличаться по диаметрам для уравновешивания или иного предпочтительного диспергирования потока текучей среды по слоям 130, 132.

При работе текучая среда, то есть жидкость или газ в линии 505, может распределяться или иным образом разделяться на первую часть в линии 510 и вторую часть 515. Первая часть может вводиться в корпус 102 через первое соединение ("вход") 150 и распределяться внутри первого объема 105 с использованием первого распределителя 542. Первая часть распределенной текучей среды может протекать через первый слой ("верхний слой") 130 с получением обработанной жидкости ("первый эффлюент"). Вторая часть текучей среды по линии 505 сможет обходить первый слой 130 через один или более проходов 515 для потока и распределяться внутри объема 117 через распределитель 542. Вторая часть распределенной текучей среды может протекать через второй слой ("нижний слой") 132 с получением обработанной жидкости ("второго эффлюента"), выходящей из второго слоя 132 внутри объема 125. Первая часть распределенной текучей среды может составлять, по меньшей мере, 10% объем, 20% объем, 50% объем, 60% объем, 70% объем, 80% объем, 90% объем, 95% объем или 99% объем от поступающих подаваемых материалов в линии 505. Остаток может представлять собой вторую часть распределенной текучей среды, которая вводится во второй слой 132 через проход 515 для потока.

Обработанная жидкость из первого слоя 130 может изолироваться или собираться на перегородке 140 и затем переноситься в обход вокруг второго слоя 132 через проход для потока (проходы для потока) 525. Первый эффлюент, из первого слоя 130, может распределяться на выходе прохода для потока 525 и может объединяться или иным образом смешиваться со вторым эффлюентом. Смешанные эффлюенты могут покидать контактор 500 через второе соединение ("выход") 160. В одном или более вариантах осуществления, текучая среда, протекающая через контактор 500, может быть направлена в обратном направлении, то есть текучая среда может подаваться в контактор по соединению 160 и выходить через соединение 150.

Фиг.6 изображает частичный вид в поперечном сечении еще одного иллюстративного контактора 600 согласно одному или более вариантам осуществления. Контактор 600 может содержать корпус 102, первый конец или головку 104, второй конец или головку 106, одно или более соединений 150, 160, 172, неподвижные слои 130, 132, крепления 122, сита 124 и распределители 142, как описывается выше. Подаваемые материалы в контактор 600 могут направляться через боковое соединение 172 в объем 605. На основе динамики текучей среды и падения давления внутри корпуса 102, подаваемые материалы текучей среды могут направляться, разбиваться или иным образом разделяться на слои 130, 132. Например, первая часть подаваемых материалов может протекать через первый слой 130 в "направлении восходящего потока" или "первого направления потока", формируя первый эффлюент в объеме 105, а вторая часть подаваемых материалов может протекать через второй слой 132 в "направлении нисходящего потока" или "второго направления потока", формируя второй эффлюент в объеме 125. Первый эффлюент может отводиться из контактора 600 через соединение 150, в то время как второй эффлюент может отводиться из контактора 600 через соединение 160.

В одном или более вариантах осуществления, текучая среда, подающаяся в контактор 600, может разделяться, разбиваться или распределяться между соединениями 150 и 160. В одном или более вариантах осуществления, первая часть подаваемых материалов может поступать в контактор 600 через вход 150, а вторая часть - через вход 160. Первая часть может протекать через первый слой 130 в нисходящем или первом направлении, таким образом, формируя первый эффлюент, который может собираться внутри объема 605. Вторая часть может протекать через второй слой 132 в восходящем или втором направлении, таким образом, формируя второй эффлюент, который может собираться внутри объема 605. Первый и второй эффлюенты могут вступать в контакт друг с другом и перемешиваться внутри объема 605, образуя там объединенный эффлюент. Объединенный эффлюент может отводиться из контактора 600 через боковое соединение 172.

В одном или более вариантах осуществления, коллекторный узел 673 может располагаться внутри объема 605. Коллекторный узел 673 может содержать множество отверстий 674, расположенных на нем, делая возможными множество проходов для потока через них. Коллекторный узел 673 может обеспечивать сообщение по текучей среде между объемом 605 и соединением 172 посредством отверстия 674.

В одном или более вариантах осуществления, коллекторный узел 673 может содержать один или более ответвлений или рукавов (не показано), которые проходят из него. Ответвления могут проходить из корпуса коллекторного узла 673 вдоль одной плоскости, такой как горизонтальная плоскость, относительно центральной линии емкости 600. Каждое ответвление может также располагаться под углом относительно центральной линии емкости 600. Углы могут отклоняться от горизонтали примерно на 1 градус - примерно на 30 градусов в обоих направлениях, то есть вверх или вниз. Более конкретно, углы могут отклоняться от горизонтали на величину примерно от -20 градусов примерно до +20 градусов или примерно от -10 градусов примерно до +10 градусов, или примерно от -5 градусов примерно до +5 градусов.

Отверстия 674 могут располагаться на ответвлениях или как на ответвлениях, так и на корпусе узла коллектора 673. Отверстия 674 могут иметь размер и форму согласно желаемой динамике потока внутри емкости 600. Каждое отверстие 674 может быть, например, круглым. Отверстия 674 могут располагаться неупорядоченно или в заданном порядке вокруг каждого ответвления и/или корпуса узла коллектора 673. В конкретном варианте осуществления, по меньшей мере, один ряд отверстий 674 располагается в направлении, поперечном к направлению потоку текучей среды из слоя 130, и, по меньшей мере, один ряд отверстий 674 располагается в направлении, поперечном к потоку текучей среды от слоя 132.

Фиг.7 изображает частичный вид в поперечном сечении еще одного иллюстративного контактора 700 согласно одному или нескольким вариантам осуществления. Контактор 700 может содержать корпус 102, первый конец или головку 104, второй конец или головку 106, одно или более соединений 150, 160, 172, неподвижные слои 130, 132, крепления 122, сита 124 и распределители 142, как описывается выше. В одном или более вариантах осуществления, первый слой 130 может содержать два или более концентрических подслоя (показаны два) 732, 734. Подобным же образом, второй слой 132 может содержать два или более концентрических подслоя (показаны два) 742, 744. Первые или верхние подслои 732, 734 могут образовывать множество каналов для потока 712, 736 и 738 между ними, и вторые или нижние подслои 742, 744 могут образовывать множество каналов для потока 722, 746 и 748 между ними, как более четко показано на фиг.8.

Фиг.8 изображает вид в поперечном сечении первого слоя 130 вдоль линии 8-8. Как показано на фиг.8, каждый подслой 732, 734 может быть кольцевым, то есть иметь форму кольца, определенного одной или несколькими внутренними стенками 770 и одной или несколькими внешними стенками 772. Одна или более внутренних стенок 770 и одна или более внешних стенок 772 могут изготавливаться с использованием перфорированного металла или металлического сита, чтобы сделать возможным протекание текучей среды в каналы 712, 736, 738 для потока и подслои 732, 734 или из них. Необходимо понять, что каждый подслой 742, 744 второго неподвижного слоя 132 может располагаться таким же образом, что и подслои 732, 734, и как изображено на фиг. 8. Хотя это не показано, подслои 742, 744 второго неподвижного слоя 132 могут находиться на некотором расстоянии друг от друга, то есть располагаться между точками вдоль радиуса корпуса 102, иными, чем для подслоев 732, 734, с тем, чтобы создавалось изменение прохода для потока.

При работе, подаваемые материалы могут вводиться в контактор 700 через одно или оба соединения 150, 160. От соединения 150, все подаваемые материалы или, по меньшей мере, их первая часть может поступать в корпус 102 через распределитель 142, через объем 705, и в кольцевой, то есть имеющий форму кольца канал для потока 712. Текучая среда внутри канала для потока 712 может протекать в первом направлении, например, вовнутрь, через подслой 732, появляясь как первый эффлюент в канале для потока 736. Текучая среда внутри канала для потока 712 может также протекать во втором направлении, например, наружу, через подслой 734, появляясь как второй эффлюент в канале для потока 738. Первый и второй эффлюенты могут протекать в объем 710 между слоями 130 и 132. От соединения 160, все подаваемые материалы или, по меньшей мере, вторая их часть может поступать в корпус 102, протекая через распределитель (не показано), через объем 725, и в кольцевой, то есть имеющий форму кольца, канал для потока 722. Текучая среда внутри канала для потока 722 может протекать вовнутрь через подслой 742, появляясь как третий эффлюент в канале для потока 746. Текучая среда внутри канала для потока 722 может также протекать наружу, через подслой 744, появляясь как четвертый эффлюент в канале для потока 748. Четвертый и третий эффлюенты могут протекать в объем 710 между слоями 130 и 132. Объединенные эффлюенты (первый, второй, третий и/или четвертый) внутри объема 710 могут отводиться от корпуса 102 через одно или более соединений 172.

В одном или более вариантах осуществления, подаваемые материалы в контакторе 700 могут направляться через соединение 172 на боковой стенке корпуса 102. Внутри корпуса 102, первая часть подаваемых материалов может поступать в каналы 736 и 738 для потока первого слоя 130. Подаваемые материалы внутри канала 736 для потока может протекать во втором направлении, например, наружу, через подслой 732, выходя как первый эффлюент в канал для потока 712. Подаваемые материалы внутри канала для потока 738 могут также протекать в первом направлении, например, внутрь, через подслой 734, выходя как второй эффлюент в канал для потока 712. Объединенные первый и второй эффлюенты могут протекать в объем 705 внутри головки 104 и могут отводиться от корпуса 102 через одно или более соединений 150. Вторая часть подаваемых материалов может поступать в каналы 746 для потока, и 748 второго слоя 132. Часть подаваемых материалов внутри канала 746 для потока может протекать во втором направлении ("наружу") через подслой 742, выходя как третий эффлюент в канал для потока 722. Часть подаваемых материалов внутри канала 748 для потока может также протекать в первом направлении ("внутрь") через подслой 744, выходя как четвертый эффлюент в канал 722 для потока. Объединенные третий и четвертый эффлюенты могут протекать в объем 725 внутри головки 106 и могут отводиться из корпуса 102 через одно или более соединений 160.

Контакторы 100, 200, 500, 600 и 700 могут использоваться вместе с гомогенными газовыми и/или жидкими фазами текучих сред, а также с двухфазными (то есть, с газовой и жидкостной фазой) текучими средами. Могут использоваться любые один или более контакторов 100, 200, 500, 600 и 700, самостоятельно или в любом сочетании, либо параллельно, либо последовательно, или как то, так и другое. Могут использоваться любые один или более контакторов 100, 200, 500, 600 и 700, самостоятельно или в любом сочетании, либо параллельно, либо последовательно, или как то, так и другое, как реактор для конверсии водяного газа, например, для конверсии оксида углерода в синтетическом газе до диоксида углерода.

В одном или более вариантах осуществления, емкость может модифицироваться или модернизироваться с получением любого из контакторов 100, 200, 500, 600 и 700, описанных здесь. Например, модернизация могла бы включать установку креплений 122 и сит 124, основанных на желаемом количестве слоев 130 для использования. Один или более проходов 110, 115 потока могут формироваться внутри соответствующего слоя 130, 132 или располагаться на внешней поверхности емкости, как изображено на фиг. 5. Один или более распределителей 142 могут устанавливаться рядом с концом прохода 110, 115 для потока, и перегородка (перегородки) 140 может присоединяться между соседними слоями 130, 132. Такая модернизация может являться предпочтительной там, где является желательным увеличения потока через контактор. Увеличение потока через однослойный контактор увеличивало бы нежелательным образом перепад давления через контактор. Добавление второго слоя 132 внутри контактора делает возможным уменьшение глубины слоя первого 130 и второго 132 слоев, в то же время, сохраняя полный объем активированных твердых продуктов, например катализаторов, внутри контактора. Поскольку поток через контактор может расщепляться с тем, чтобы он протекал параллельно по двум слоям 130, 132, глубина слоя может снижаться и скорость потока через контактор может повышаться при поддержании относительно постоянного перепада давления.

Определенные варианты осуществления и признаки описываются с использованием набора численных верхних пределов и набора численных нижних пределов. Необходимо понять, что рассматриваются диапазоны от любых нижних пределов до любых верхних пределов, если только не указано иного. Определенные нижние пределы, верхние пределы и диапазоны появляются ниже в одном или более пунктах формулы изобретения. Все числовые значения представляют собой указанное значение с уточнением "около" или "примерно", и принимается во внимание экспериментальная ошибка и разброс, которые ожидались бы специалистом в данной области.

Различные термины определены ранее. В случае если термины, используемые в формуле изобретения, не описывались ранее, они должны иметь самое широкое определение согласно определению этого термина специалистами в данной области, как отражено, по меньшей мере, в одной публикации или выданном патенте. Кроме того, все патенты, контрольные процедуры и другие документы, на которые ссылаются в этой заявке, полностью включаются в качестве ссылок до такой степени, до какой это описание не является несовместимым с настоящей заявкой, и для всех видов юрисдикции, в которых позволяется такое включение.

Хотя упомянутое выше направлено на варианты осуществления настоящего изобретения, другие и дополнительные варианты осуществления изобретения могут разрабатываться без отступления от его основных рамок, и их рамки определяются формулой изобретения, которая следует ниже.

Группа изобретений относится к устройствам и способам приведения в контакт жидкости, газа и/или многофазной смеси с твердыми продуктами в виде частиц. Контактор с разделенным потоком содержит корпус, имеющий первую головку и вторую головку, расположенную на ней, два или более отдельных неподвижных слоя, расположенных по поперечному сечению корпуса, один или более не имеющих препятствий проходов для потока для обхода каждого неподвижного слоя и одну или более перегородок, расположенных между неподвижными слоями. Каждый неподвижный слой содержит один или более катализаторов, одну или более ионообменных смол, один или более абсорбентов, один или более адсорбентов или любое их сочетание. Согласно способу модернизации резервуара внутри резервуара размещают два или более поддерживающих сит, причем каждое сито располагается отдельно, формируют один или более не имеющих препятствий проходов для потока через каждое из поддерживающих сит и размещают одну или более перегородок между соседними поддерживающими ситами. Причем одна или более перегородок являются по существу перпендикулярными проходам для потока. Согласно способу приведения в контакт одной или более текучих сред и одного или более твердых продуктов, в контактор вводят подаваемый материал, пропускают первую часть подаваемого материала через первый неподвижный слой с получением первого эффлюента, пропускают вторую часть подаваемого материала через один или более проходов для потока в обход первого неподвижного слоя. После этого пропускают вторую часть через второй неподвижный слой с получением второго эффлюента, пропускают первый эффлюент через один или более проходов для потока в обход второго неподвижного слоя и объединяют первый эффлюент и второй эффлюент. Согласно другому варианту контактор с разделенным потоком содержит корпус, имеющий первую головку и вторую головку, расположенную на ней, два или более отдельных неподвижных слоя, расположенных по поперечному сечению корпуса, и объем смешения, расположенный между слоями. Каждый неподвижный слой содержит один или более катализаторов, одну или более ионообменных смол, один или более абсорбентов, один или более адсорбентов или любое их сочетание, и каждый слой содержит один или более кольцевых проходов для потока, расположенных в нем. Эффлюент из первого слоя может вступать в контакт и смешиваться с эффлюентом из второго слоя в нем. Подаваемый материал может поступать в контактор через любые два элемента, выбранные из группы, состоящей из первой головки, второй головки и корпуса. Техническим результатом является снижение перепада давления на слое и уменьшение площади поперечного сечения контактора. 4 н. и 16 з.п. ф-лы, 8 ил.

1. Контактор с разделенным потоком, содержащий:
корпус, имеющий первую головку и вторую головку, расположенную на ней;
два или более отдельных неподвижных слоя, расположенных по поперечному сечению корпуса;
один или более не имеющих препятствий проходов для потока для обхода каждого неподвижного слоя; и
одну или более перегородок, расположенных между неподвижными слоями, причем каждый неподвижный слой содержит один или более катализаторов, одну или более ионообменных смол, один или более абсорбентов, один или более адсорбентов или любое их сочетание.

2. Контактор по п.1, дополнительно содержащий один или более распределителей, расположенных рядом с выпускным концом одного или более проходов для потока.

3. Контактор по п.1, в котором каждый неподвижный слой содержит первый инертный слой, второй инертный слой и активный слой, содержащий один или более катализаторов, ионообменных смол, абсорбентов, адсорбентов или любое их сочетание, активный слой расположен между первым инертным слоем и вторым инертным слоем.

4. Контактор по п.1, в котором один или более проходов для потока расположены снаружи корпуса, и содержит одно или более устройств для контроля давления, расположенных в нем.

5. Контактор по п.1, в котором один или более проходов для потока расположены внутри неподвижных слоев.

6. Контактор по п.4, в котором устройство для контроля давления выбирается из группы, состоящей из заслонок, сервоуправляемых регулирующих клапанов, клапанов, регулируемых вручную, регулирующих клапанов с удаленным контролем и запорных клапанов.

7. Способ модернизации существующего резервуара с получением контактора разделенного потока, включающий этапы, на которых:
размещают два или более поддерживающих сит внутри существующего резервуара, причем каждое сито располагается отдельно;
формируют один или более не имеющих препятствий проходов для потока через каждое из поддерживающих сит; и
размещают одну или более перегородок между соседними поддерживающими ситами, причем одна или более перегородок являются, по существу, перпендикулярными проходам для потока.

8. Способ по п.7, дополнительно включающий этап размещения неподвижного слоя на каждом из одного или более сит, причем каждый слой содержит один или более первых инертных слоев, один или более вторых инертных слоев и один или более катализаторов, расположенных между первым инертным слоем и вторым инертным слоем.

9. Способ по п.7, включающий также этап размещения одного или более распределителей рядом с выпускным концом каждого прохода для потока.

10. Способ приведения в контакт одной или более текучих сред и одного или более твердых веществ, включающий этапы, на которых:
вводят подаваемый материал в контактор, содержащий:
корпус, имеющий первую головку и вторую головку, расположенную на ней;
первый и второй неподвижные слои, расположенные по поперечному сечению корпуса;
один или более не имеющих препятствий проходов для потока для обхода каждого неподвижного слоя и
одну или более перегородок, расположенных между неподвижными слоями;
пропускают первую часть подаваемого материала через первый неподвижный слой с получением первого эффлюента;
пропускают вторую часть подаваемого материала через один или более проходов для потока в обход первого неподвижного слоя;
пропускают вторую часть через второй неподвижный слой с получением второго эффлюента;
пропускают первый эффлюент через один или более проходов для потока в обход второго неподвижного слоя и
объединяют первый эффлюент и второй эффлюент.

11. Способ по п.10, дополнительно включающий один или более распределителей, расположенных рядом с выпускным концом одного или более проходов для потока.

12. Способ по п.10, в котором подаваемый материал содержит смесь водорода и монооксида углерода.

13. Способ по п.10, дополнительно включающий одно или более устройств для контроля давления, расположенных внутри одного или более проходов для потока.

14. Способ по п.13, в котором одно или более устройств для контроля давления содержат клапана, заслонки, диффузоры с изменяемыми отверстиями или любое их сочетание.

15. Способ по п.10, в котором каждый неподвижный слой содержит первый инертный слой, слой катализатора и второй инертный слой.

16. Способ по п.15, в котором первый инертный слой содержит пластинчатый глинозем, муллит, керамику, их смеси или их сочетания, и второй инертный слой содержит пластинчатый глинозем, муллит, керамику, их смеси или их сочетания.

17. Способ по п.15, в котором слой катализатора содержит железо, хром, медь, цинк, алюминий, оксиды железа, оксиды хрома, оксиды меди, оксиды цинка, оксиды алюминия, сплавы железа, сплавы хрома, сплавы меди, сплавы цинка, сплавы алюминия, их смеси и их сочетания.

18. Способ по п.10, в котором каждый неподвижный слой содержит один или более катализаторов, одну или более ионообменных смол, один или более абсорбентов, один или более адсорбентов или любое их сочетание.

19. Способ по п.10, в котором подаваемый материал содержит монооксид углерода, и эффлюент содержит диоксид углерода.

20. Контактор с разделенным потоком, содержащий:
корпус, имеющий первую головку и вторую головку, расположенную на ней;
два или более отдельных неподвижных слоя, расположенных по поперечному сечению корпуса, причем каждый неподвижный слой содержит один или более катализаторов, одну или более ионообменных смол, один или более абсорбентов, один или более адсорбентов или любое их сочетание, и причем каждый слой содержит один или более кольцевых проходов для потока, расположенных в нем; и
объем смешения, расположенный между слоями, причем эффлюент из первого слоя может вступать в контакт и смешиваться с эффлюентом из второго слоя в нем, причем подаваемый материал может поступать в контактор через любые два элемента, выбранные из группы, состоящей из первой головки, второй головки и корпуса.