ПАРОЖИДКОСТНОЕ РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ПРЯМОТОЧНОГО ДВУХФАЗНОГО ПОТОКА В АППАРАТЕ С НИСХОДЯЩИМ ПОТОКОМ И РЕАКТОР, СНАБЖЕННЫЙ УКАЗАННЫМ УСТРОЙСТВОМ Российский патент 2013 года по МПК B01J8/00 B01D3/00 

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Изобретение относится к устройствам для распределения массовых потоков, используемых в гидропроцессорных реакторах, в особенности к парожидкостному распределительному устройству для распределения прямоточного двухфазного потока в аппарате с нисходящим потоком, и к реактору, снабженному указанным устройством.

Известные конструкции жидкостных распределительных устройств делятся на пять категорий. Первая представляет собой серии желобов и водосливов для последовательного разделения жидкости на множественные потоки перед ее контактом со слоем катализатора. Этот тип часто используется в жидкостных компрессорах или противоточных абсорберах. Пример этого типа описан в патенте США №5,192,465.

Второй тип жидкостных распределительных устройств представляет собой перфорированную горизонтальную тарелку. Она может или не может иметь щелевые водосливы вокруг отверстий. Тарелка может также иметь патрубки для прохода пара. Этот тип распределительного устройства может быть использован для предварительного жидкостного распределения в сочетании с более тонкой конечной жидкостной распределительной тарелкой. Примеры этого типа раскрыты в патенте США №4,836,989.

Третий тип жидкостных распределительных устройств представляет собой тарелку с патрубком для прохода газа. В этом устройстве используется ряд вертикальных трубок, установленных обычно по схеме квадрата или правильного треугольника с равномерным шагом на горизонтальной тарелке. Вертикальные трубки обычно имеют отверстия по сторонам для прохода жидкости. Сверху вертикальные трубки открыты, чтобы позволить пару стекать вниз через центр патрубков. Некоторые конструкции используют специальные паровые сливные патрубки, чтобы контролировать объем парового потока. Этот тип известен из патентов США №4,126,540 и 3,353,924.

Четвертый тип жидкостного распределительного устройства представляет собой колпачковую барботажную тарелку. В этом устройстве используются несколько колпачков, регулярно расположенных на горизонтальной тарелке. Барботажный колпачок формируется колпачком, который устанавливается концентрически по центру вертикальной трубки. Стороны колпачка снабжены просечками для парового потока. Жидкость поступает под колпачок и вместе с паром поднимается вверх в кольцеобразное пространство и затем вниз через центр вертикальной трубки, как описано в патенте США №5,158,714.

Известный тип распределительного устройства с использованием желобов является сложным с механической точки зрения и очень чувствительным в отношении горизонтальности расположения. В зависимости от конструкции переходов между желобами, качество распределения может также быть чувствительно к засорению.

Известная конструкция перфорированной плоской тарелки подобна конструкции с патрубками. Конструкция с патрубками является предпочтительной, поскольку она может быть спроектирована для более широкого ряда загрузок жидкость/пар и менее чувствительна к засорению.

Другой известный тип жидкостных распределительных устройств представляет собой перфорированную тарелку, оснащенную поднимающими пар трубками в форме длинноногого сливного проводника, установленного с одним или более коротконогими поднимающими проводниками, создающими зону восходящего потока и зону нисходящего потока внутри трубки. Стороны короткого поднимающего проводника имеют просечки, и жидкость, текущая прямотоком с паром, поднимается с помощью пара в зоне восходящего потока и равномерно распределяется вместе с паром по зоне нисходящего потока к нижележащему слою катализатора, как описано далее в патенте США № 5,942,162.

Преимущество устройства с поднимающей пар трубкой перед устройством патрубкового типа состоит в том, что в случае с поднимающей пар трубкой представляется значительно более широкий предел возможностей регулирования. Когда жидкостной поток уменьшается, правильно сконструированный патрубок должен либо стать выше, либо иметь меньше отверстий на стороне. Из-за погрешностей при изготовлении, при установке и отклонении операционной нагрузки не все распределительные устройства будут на одинаковом уровне в аппарате. На некотором уровне регулирования некоторые отверстия будут закрыты жидкостью, а другие не будут. Это приведет к неравномерному распределению жидкости на поверхности ниже тарелки.

Целью изобретения является создание парожидкостного распределительного устройства, имеющего простую конструкцию, что сделает его более легким и менее дорогим в изготовлении и в установке, с оптимальным размером, диктуемым условиями процесса.

Другой целью изобретения является улучшение распределения жидкостной и паровой фаз.

КРАТКОЕ ИЗЛОЖЕНИЕ СУЩНОСТИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Это изобретение представляет собой парожидкостное распределительное устройство для распределения прямоточного двухфазного потока в аппарате с нисходящим потоком, содержащее:

несколько горизонтальных самонесущих структур, действующих как несущие поперечные детали, и тарельчатые панели, в собранном виде образующие тарелку, которая будет практически герметична в соединениях структур и между образованной тарелкой и внутренней стенкой аппарата;

каждая из названных горизонтальных самонесущих структур, состоящая из нижней пластины, перфорированной, по меньшей мере, одним рядом отверстий равного размера, в которой каждое отверстие подходит для удлиненного сливного канала, имеющего форму трубки или любую другую геометрическую форму с такой же самой геометрической формой поперечного сечения, как отверстия в названной нижней пластине, и каждый из сливных каналов обеспечен входом для прямоточного двухфазного потока и в которой по меньшей мере два из названных сливных канала оснащаются общей стоячей насадкой, присоединенной к и вдоль по меньшей мере одной части стенки каждого из сливных каналов и поднятой над и отстоящей отдельно от входа каждого из сливных каналов.

Комбинация сливных каналов и общей стоячей насадки называется здесь BOXVLT (блок с пароподнимающей трубкой).

Самонесущая структура по изобретению горизонтально поддерживается в аппарате, и ее края скреплены с краями соседней самонесущей структуры или тарельчатой панелью с прокладкой, или другим уплотнением для обеспечения практически герметичной поверхности, перекрывающей поперечное сечение аппарата.

Нижняя пластина самонесущей структуры/тарельчатой панели перфорирована равномерно расположенными на ее поверхности отверстиями, которые распределены на нижней пластине, по меньшей мере, в один ряд. Отверстия могут быть круглой, квадратной, прямоугольной или любой другой геометрической формы. Во всех случаях используется оптимальная схема расположения, чтобы обеспечить приблизительно равные расстояния между всеми отверстиями и обеспечить приблизительно равное отношение площади отверстий к горизонтальной площади тарелки по всей тарелке, образованной несколькими рядами BOXVLT.

По меньшей мере, один BOXVLT, состоящий из двух каналов для нисходящего потока, накрытый общей стоячей насадкой, создает устройство из поднимающих пар трубок на каждой самонесущей структуре/тарельчатой панели, по меньшей мере, с двумя точками стекания.

Устройство из поднимающих пар трубок по изобретению в концепции подобно устройству колпачковой тарелки, но имеет несколько преимуществ. Поскольку устройство из поднимающих пар трубок меньше, то большее количество их может быть размещено на распределительной тарелке путем расположения нескольких поперечных деталей рядом друг с другом внутри реактора, чтобы достигнуть лучшего распределения жидкости. При меньшем интервале меньше величина этих зазоров. Эффективность полного смачивания под тарелкой лучше в случае с меньшим шагом, чем в случае с более широким шагом.

Во многих процессах, где будет использовано изобретение, например гидропроцессорных реакторах, возможен широкий диапазон изменения скоростей паровой и жидкостной фаз и физических свойств с течением времени и в период регулирования операциями. Из-за погрешностей при изготовлении и при установке возможны неизбежные отклонения от горизонтального положения распределительной тарелки. Жидкости, стекающие на распределительную тарелку из входного распределителя или из зоны охлаждения смеси, могут неравномерно распределяться, и в результате возможны перепады высоты жидкости по тарелке из-за всплесков, волн или гидростатического напора. Оптимальная конструкция жидкостного распределителя, использующая концепцию поднимающих пар трубок, представляет возможность лучшего распределения жидкости под тарелкой, чем то, которое может быть получено на оптимальных конструкциях распределителей из желобов, простых перфорированных плоских распределительных тарелок, распределительных тарелок патрубкового типа или концентрических колпачковых распределительных тарелок.

Распределительное устройство этого изобретения в основном будет использоваться в гидропроцессорных реакторах. Путем получения выровненного распределения жидких реагентов по всей площади поперечного сечения реактора, каждый катализатор на данном уровне смачивается равномерно. Таким образом, все катализаторы на данном уровне работают с одинаковой эффективностью, что увеличивает общую эффективность реактора. Кроме того, равномерное распределение жидкости поддерживает равномерные радиальные профили температур в реакторе.

В одном варианте выполнения изобретения, по меньшей мере, два канала для нисходящего потока снабжаются общей стоячей насадкой, которая присоединяется к и вдоль двух противоположных стенок каналов для нисходящего потока, обеспечивают поднимающую пар трубку с Т-образной формой поперечного сечения.

В другом варианте выполнения изобретения поднимающая пар трубка сделана с формой поперечного сечения в виде перевернутой буквы U путем установки, по меньшей мере, двух каналов для нисходящего потока с общей стоячей насадкой, которая присоединяется к и вдоль одной части стенки каждого канала для нисходящего потока.

Еще в одном варианте выполнения изобретения край стекания на нижней стороне поперечной детали создается для каждого отверстия посредством канала для нисходящего потока, проходящего по поперечной детали, или путем отдельного отрезка канала, прикрепленного к поперечной детали. Край стекания, кроме того, может быть образован путем экструзии на поперечной детали или другими подобными средствами.

Предпочтительно, каналы для нисходящего потока имеют одинаковую высоту по всем точкам на горизонтальной самонесущей структуре.

Также предпочтительно, чтобы стоячая насадка имела одну или более вертикальных просечек, сделанных в ее стенке, при этом высота просечки заканчивалась на уровне или ниже уровня входа в канал для нисходящего потока.

В другом предпочтительном варианте выполнения изобретения входной конец стоячей насадки заканчивается выше уровня горизонтальной поперечной детали, так что жидкости в двухфазном потоке ничто не препятствует протекать в нижнюю часть стоячей насадки.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Краткое описание приложенных чертежей

На Фиг.1 показан перспективный вид самонесущей структуры, которая состоит минимум из одной поперечной детали, которая включает стоячую насадку, сливную трубку и нижнюю пластину, комбинация которых в следующем описании определяется как блок из поднимающих пар трубок, или BOXVLT.

На Фиг.2 показан перспективный вид самонесущей структуры с тремя BOXVLT.

На Фиг.3(A-D) показан вид поперечного сечения BOXVLT (вид снизу) с примерами различной компоновки сливного устройства с различными формами и различными схемами расположения.

Подробное описание изобретения

Конструкторское решение парожидкостного распределительного устройства (упомянутого как самонесущая структура) показано на Фиг.1 и Фиг.2. Устройство состоит из одного или нескольких BOXVLT 1, располагаемых от одной стороны внутренней стенки реактора до другой стороны внутренней стенки реактора, вертикальной стенки отбортованного кольца 2, кривизна которого соответствует кривизне внутренней стенки реактора (не показано), чтобы обеспечить газонепроницаемую установку. Продольный край 7 самонесущей структуры линейно приспосабливается для сборки либо с другой самонесущей структурой (не показано), либо с не самонесущей тарельчатой панелью, также оборудованной одним или более BOXVLT (не показано). Все соединения будут практически герметичны. Каждый BOXVLT состоит из общей стоячей насадки, которая накрывает две или более сливные трубки 4. Сливные трубки 4 могут различаться по форме, размеру и схемой расположения (примеры см. на Фиг.3) Каждая сливная трубка вставляется в отверстия, сделанные в нижней пластине 3. Между каждой сливной трубкой 4 прорезана одна или более вертикальных просечек 6 в стенке стоячей насадки 5. Верхняя точка просечки находится на уровне или ниже входного конца (не показано) сливных трубок 4.

Фиг.3 представляет собой поперечное сечение (сечение В-В) BOXVLT, вид снизу стоячей насадки. Фиг.3А представляет собой BOXVLT с квадратным сечением сливных трубок, расположенных по одной линии и закрепленных на двух сторонах стоячей насадки в правильном порядке. Фиг.3В представляет прямоугольное сечение сливных трубок, расположенных по одной линии и закрепленных только на одной стенке стоячей насадки также в правильном порядке. Фиг.3С представляет собой то же, что и Фиг.3А, но с круглым сечением сливных трубок. На Фиг.3D показано круглое сечение сливных трубок, расположенных по треугольной схеме.

Дальнейшее улучшение эффективности распределения, то есть более низкая чувствительность к охватываемому распределению двухфазного потока, может быть получено путем установки разделительных пластин 8 между каналами нисходящего потока, как показано на Фиг.3А-С.

В процессе по изобретению уровень жидкости будет устанавливаться на тарелке, оборудованной рядом поперечных деталей, каждая из которых оснащена BOXVLT в виде самонесущих структур, и как тарельчатые панели. Части соединяются вдоль своих краев и вдоль стенки реактора герметично относительно газа/жидкости. Уровень жидкости на собранной таким образом тарелке будет выше нижней части всех стоячих насадок 5, но ниже верхних точек просечек 6 в стоячих насадках. Пар будет проходить через просечки, создавая перепад давления между внутренней и наружной частью BOXVLT, скомпонованного общей стоячей насадкой и несколькими каналами нисходящего потока. Благодаря более низкому давлению внутри BOXVLT, уровень жидкости внутри BOXVLT будет выше, чем снаружи BOXVLT. Пар и жидкость будут смешиваться внутри стоячей насадки, при этом пар будет поднимать жидкость вверх и выше стенки входного отверстия каналов нисходящего потока 4. Жидкость будет частично отделяться, переливаясь через стенку входных отверстий, и стекать в нисходящий поток каналов 4. В просвете под нижними пластинами 3 жидкость и пар будут дальше разделяться, при этом жидкость будет стекать с края сливной трубки 4.

Изобретение относится к устройствам для распределения массовых потоков, используемых в гидропроцессорных реакторах. Парожидкостное распределительное устройство для распределения прямоточного двухфазного потока в аппарате с нисходящим потоком содержит некоторое количество горизонтальных самонесущих структур, действующих как несущие поперечные детали, и тарельчатые панели, которые после установки образуют тарелку, которая будет практически герметична в соединительных узлах структуры и между тарелкой и внутренней стенкой аппарата. Самонесущая структура состоит из нижней пластины, имеющей ряд отверстий равного размера, в которой каждое отверстие соответствует удлиненному каналу для нисходящего потока, имеющему форму трубки или любую другую геометрическую форму с той же самой геометрической формой поперечного сечения, как и отверстия в пластине. Каждый канал обеспечен входом для прямоточного двухфазного потока, и, по меньшей мере, два из каналов снабжены общей стоячей насадкой. Устройство имеет простую конструкцию и оптимальные размеры, является более легким и менее дорогим в изготовлении и в установке и обеспечивает улучшение распределения жидкостной и паровой фаз. 3 н. и 5 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Парожидкостное распределительное устройство для распределения прямоточного двухфазного потока в аппарате с нисходящим потоком, содержащее:
некоторое количество горизонтальных самонесущих структур, действующих как несущие поперечные детали, и тарельчатые панели, которые после установки образуют тарелку, которая будет практически герметична в соединительных узлах структуры и между образованной тарелкой и внутренней стенкой аппарата;
каждую из названных горизонтальных самонесущих структур, состоящих из нижней пластины, имеющей, по меньшей мере, один ряд отверстий равного размера, в которой каждое отверстие соответствует удлиненному каналу для нисходящего потока, имеющему форму трубки или любую другую геометрическую форму с той же самой геометрической формой поперечного сечения, как и отверстия в названной нижней пластине, и каждый из каналов для нисходящего потока обеспечен входом для прямоточного двухфазного потока, и в которой, по меньшей мере, два из названных каналов для нисходящего потока снабжены общей стоячей насадкой, присоединенной к и вдоль, по меньшей мере, одной части стенки каждого из каналов для нисходящего потока и расположенной выше и на расстоянии от входа в каждый из названных каналов для нисходящего потока.

2. Парожидкостное распределительное устройство по п.1, в котором каналы для нисходящего потока имеют одну и ту же высоту по всем точкам на горизонтальной самонесущей структуре.

3. Парожидкостное распределительное устройство по п.1, в котором стоячая насадка имеет одну или более вертикальных просечек, прорезанных в ее стенке, при этом высота просечки заканчивается на уровне или ниже уровня входа в канал для нисходящего потока.

4. Парожидкостное распределительное устройство по п.1, в котором входной конец стоячей насадки заканчивается выше уровня нижней пластины самонесущей структуры.

5. Парожидкостное распределительное устройство по п.1, в котором общая стоячая насадка соединена с двумя противоположными стенками каждого канала для нисходящего потока.

6. Парожидкостное распределительное устройство по любому из пп.1-5, в котором разделительная пластина расположена между одним или более названных каналов для нисходящего потока.

7. Аппарат с нисходящим прямоточным двухфазным потоком, содержащий парожидкостное распределительное устройство по любому из пп.1-6.

8. Реактор, снабженный одним или более парожидкостным распределительным устройством по любому из пп.1-6.