РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНАЯ ПЛАСТИНА ДЛЯ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ МНОГОФАЗНОЙ СМЕСИ С НАКЛОННЫМИ КАНАЛАМИ ПО ПЕРИМЕТРУ Российский патент 2016 года по МПК B01J8/02 B01J19/00 

ОБЛАСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Настоящее изобретение относится к области распределения многофазных текучих сред в каталитических реакторах. Оно относится, в частности, к распределительной пластине, позволяющей обеспечить распределение текучих сред в каталитических реакторах типа реакторов с неподвижным слоем, вытекающих в ниспадающем прямотоке, в частности, в режиме, называемом «струящимся».

Настоящее изобретение применяется, в частности, в области распределителей газ/жидкость, применяемых в реакторах гидрокрекинга, гидрообработки, гидрообессеривания, гидродеметаллирования, гидродеазотирования, селективного или полного гидрирования. Настоящее изобретение применяется также в области селективного гидрирования бензинов, получаемых крекингом в паровой фазе, гидрирования ароматических соединений в алифатических и/или нефтяных фракциях и гидрирования олефинов в ароматических фракциях.

Вообще, настоящее изобретение применяется во всех реакторах с неподвижным слоем, нуждающихся в смеси газообразной фазы и жидкой фазы, например, в случае реакторов для осуществления реакции частичного или полного окисления, реакций аминирования, ацетилоксидирования, аммоксидирования и галогенирования, в частности, хлорирования.

Распределительную пластину согласно настоящему изобретению располагают обычно в корпусе или реакторе, содержащем вход текучей среды и вход газообразной среды и содержащем по меньшей мере один слой твердых гранул, размещенный на выходе распределительной пластины.

В рамках настоящего изобретения распределительную пластину размещают в верхней части реактора над слоем твердого катализатора.

ЭКСПЕРТИЗА ИЗВЕСТНОГО УРОВНЯ ТЕХНИКИ

Чтобы улучшить распределение газовой и текучей сред в этих устройствах, возможность, используемая в известном уровне техники, заключается в применении распределительных пластин, содержащих множество смесительных каналов, называемых также вентиляционными каналами, предназначенных для прохождения газа и жидкости. Эти смесительные каналы могут быть различных типов и могут быть расположены по пластине согласно различным конфигурациям.

Такие устройства описаны в заявках на патенты FR 2807676, FR 2745202, FR 2853260 или US 2007/0241467. Обычно эти смесительные каналы расположены перпендикулярно распределительной пластине, то есть почти вертикально.

Эти устройства ограничивают высоту каталитического слоя вследствие высоты смесительных каналов и поскольку большинство реакторов имеют обычно верхнюю часть в форме полусферического купола. Ограничение высоты каталитического слоя уменьшает каталитическую активность реактора и, как следствие, конверсию.

Высота, с которой начинается этот полусферический купол, называется касательной линией («tangent line» согласно англо-саксонской терминологии). Установка пластины осуществляется посредством панелей определенного размера, который обязательно меньше диаметра входного патрубка реактора.

Таким образом, пластину обычно монтируют в реакторе, начиная с панелей, вводимых индивидуально и впоследствии соединяемых между собой. Эти панели должны быть приспособлены для установки в реактор. Высота каналов такова, что они не могут быть расположены на высоте, значительно превышающей касательную линию, по причинам габаритных размеров и сложности установки, так как кривизна полусферы верхней части реактора затрудняет их установку на уровне полусферического купола. Фактически их даже обычно размещают ниже этой касательной линии.

При одинаковом размере корпуса реактора установка распределительной пластины в реакторе на более низком уровне приводит к тому, что не всегда можно разместить каталитический объем желаемой величины. Или, с другой точки зрения, при заданном объеме катализатора всегда необходимо использовать корпус реактора большего размера.

Целью настоящего изобретения является преодоление этого неудобства известного уровня техники, предложив распределительную пластину, которая дает возможность ее установки внутри реактора выше, то есть, точнее, на меньшем расстоянии от полусферической вершины реактора и, возможно, на уровне, расположенном внутри полусферического купола. В результате этого распределительная пластина согласно настоящему изобретению позволяет увеличить высоту каталитического слоя и, следовательно, химическую конверсию.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Настоящее изобретение описывает пластину, обеспечивающую распределение многофазной смеси в реакторе, работающем в струящемся режиме, то есть с прямоточным падающим потоком газообразной и жидкой фаз, при этом жидкость, образующая дисперсную фазу, имеет поверхностную скорость меньше 1,5 см/с, а газовая фаза образует непрерывную фазу.

Практически, реактор имеет вертикальные стенки (1) и заканчивается полусферическим куполом (2). Пластина согласно настоящему изобретению определена таким образом, чтобы дать возможность ее установки в реакторе выше, возможно, вплоть до того, чтобы занять часть пространства, определяемого полусферическим куполом (2).

Распределительная пластина (10) согласно настоящему изобретению расположена над слоем твердых частиц (30), образующих катализатор, и содержит множество каналов (3), отличающаяся тем, что часть этих каналов, расположенная на периферии, называемых периферическими каналами, имеет верхнюю часть, наклоненную под углом альфа по отношению к вертикали. Наклон всех наклонных каналов направлен приблизительно к центру реактора. Эти каналы в продолжении описания будут обозначаться термином наклонные каналы.

Согласно предпочтительному способу осуществления изобретения наклонные каналы представляют собой каналы, образующие периферический ряд, наиболее близкий к стенке (1 или 2) корпуса реактора, и расположенные на расстоянии от стенки (1 или 2) корпуса реактора, составляющем от 25 до 250 мм. Понятие периферических каналов распространяется равным образом на второй ряд каналов, расположенный на расстоянии от стенки (1) реактора, составляющем от 250 до 450 мм. Таким образом, вообще, расстояние (D1) до стенки, на котором находятся периферические каналы, составляет от 25 до 450 мм, предпочтительно находится в интервале от 25 до 250 мм.

Все каналы распределительной пластины (10), центральные или периферические, разделены шагом Р, находящимся в интервале от 100 до 250 мм, предпочтительно находящимся в интервале от 100 до 200 мм.

Согласно одному способу осуществления изобретения наклонные периферические каналы и непериферические каналы, называемые центральными каналами, имеют высоту (Нс), находящуюся в интервале от 100 до 500 мм, предпочтительно находящуюся в интервале от 200 до 350 мм.

Точнее, периферические каналы наклонены, начиная с расстояния (d) по отношению к основанию распределительной пластины (10), составляющего от 10 до 80% от их полной высоты, предпочтительно от 50 до 80%.

Центральные и периферические каналы (3) снабжены проходными отверстиями (4), предусмотренными для жидкости. Разумеется, для периферических каналов часть этих отверстий (4) может находиться на верхней наклонной части указанных каналов.

Центральные и периферические каналы (3) имеют, кроме того, отверстие (5) на их верхнем конце для прохода газа.

Согласно одному способу осуществления изобретения проходные отверстия (4) для жидкости представляют собой отверстия круглой формы или почти вертикальные прорези.

Согласно предпочтительному способу осуществления изобретения пластина (10) снабжена диспергирующей системой (20), размещенной под указанной пластиной (10) на расстоянии от нее, находящемся в интервале от 10 до 100 мм. Эта диспергирующая система состоит обычно из сетки или дефлекторов.

Изобретение касается также способа, прибегающего к пластине, такой как описанная перед этим, предназначенного для осуществления реакций гидрообработки, или гидрирования, или окисления.

Изобретение касается также любого способа, прибегающего к двухфазному истечению в прямоточном падающем потоке газообразной и жидкой фаз, в котором газовая фаза является непрерывной фазой, а жидкая фаза является дисперсной фазой, причем указанная жидкая фаза имеет поверхностную скорость меньше 1,5 см/с.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Фиг. 1 согласно настоящему изобретению показывает распределительную пластину согласно настоящему изобретению, состоящую из двух типов каналов.

Периферические каналы (3), образующие самый наружный ряд указанной пластины или два самых наружных ряда, имеют верхнюю часть, наклоненную под углом альфа по отношению к вертикали, при этом угол альфа находится в интервале от 10° до 45°, предпочтительно от 10° до 30°. Наклон периферических каналов направлен приблизительно к центру реактора.

Предпочтительно угол наклона каналов, расположенных в самом ближнем к стенке (1, 2) реактора ряду, больше угла наклона каналов, расположенных во втором ряду, немного более удаленном от стенки.

Каналы, называемые периферическими, расположены на расстоянии (D1) от стенки (1) реактора, составляющем от 25 до 450 мм, предпочтительно находящемся в интервале от 25 до 250 мм.

Точнее, периферические каналы наклонены, начиная с расстояния (d) по отношению к основанию распределительной пластины (10), составляющего от 10 до 80% от их полной высоты, предпочтительно от 50 до 80%.

Каналы, называемые центральными, занимают остальную часть пластины (10). Они идентичны периферическим каналам, за исключением того, что они не имеют никакой наклонной части. Они имеют ту же самую высоту и то же самое распределение проходных отверстий (4) для жидкости, что и периферические каналы.

Центральные и периферические каналы имеют, кроме того, отверстие (5) для прохода газа, расположенное на их верхнем конце. Это отверстие (5) может иметь различные формы, как, например, и неисчерпывающим образом, форму со скошенным краем или форму большого отверстия, занимающего весь верхний конец.

Центральные и периферические каналы (3) имеют высоту (Нс), определяемую по отношению к основанию пластины (10), находящуюся в интервале от 100 до 500 мм, предпочтительно от 200 до 350 нм.

Пластина (10) согласно изобретению может быть использована в реакторе, работающем в струящемся режиме, в котором газовая фаза соответствует непрерывной фазе двухфазного истечения, а жидкая фаза находится в форме тонких струек с поверхностной скоростью жидкости меньше 1,5 см/с.

Пластина согласно изобретению может быть снабжена диспергирующей системой, размещенной под пластиной (10), но выше нижнего каталитического слоя (30), на расстоянии, находящемся в интервале от 10 до 100 мм от основания пластины (10).

Фиг. 2 представляет собой вид сверху, который позволяет показать расстояние D1. Это расстояние D1 определяет расположение наклонных периферических каналов, которые расположены между стенкой реактора и окружностью на расстоянии D1 от указанной стенки.

Изобретение проиллюстрировано примером, следующим ниже.

ПРИМЕР

В этом примере сравниваются две пластины: одна согласно известному уровню техники, содержащая каналы, имеющие один и тот же размер и одну и ту же форму, и другая согласно изобретению, содержащая наклонные периферические каналы, позволяющие размещать пластину в реакторе выше.

Пластина согласно известному уровню техники

Распределительная пластина содержала каналы высотой 250 мм над распределительной пластиной и диаметром 50 мм, имевшие 3 ряда отверстий (4) для прохода жидкости, расположенные соответственно на высоте 50/100/150 мм по отношению к основанию каналов (3), с отверстием (5) со скошенным краем размером 50 мм в верхней части для обеспечения прохождения газа.

Шаг между каналами составлял 200 мм.

Распределительная пластина располагалась на 29 мм ниже касательной линии, с которой начинается верхний полусферический купол обечайки.

Диаметр обечайки реактора составлял 5000 мм, высота полусферического купола составляла 2500 мм.

Пластина согласно изобретению

Наиболее близкие к стенке (1) каналы наклонены, начиная с высоты 150 мм или с высоты (d), соответствующей 60% от их полной высоты. Угол наклона альфа по отношению к вертикали был равен 15°. Наклон всех периферических каналов был ориентирован почти к центру реактора.

Таким образом, распределительная пластина (10) могла быть поднята на высоту 100 мм (250-150). Таким образом, теперь распределительная пластина была расположена на 71 мм выше касательной линии. Этот выигрыш по высоте был использован для увеличения высоты каталитического слоя, находящегося в реакторе.

Функционирование было исследовано для обоих типов пластин со следующими общими операционными условиями:

Скорость поступления жидкости в слой: 1 см/с.

Температура: 650 К.

Давление: 40 бар (1 бар = 10⁵ Паскаль).

Содержание серы в сырье: 2% масс.

Плотность сырья: 800 кг·м^-3.

Теплоемкость сырья: 1800 Дж/кг/К.

Химическая реакция была 1-го порядка по отношению к серосодержащему соединению сырья и по отношению к водороду.

Характеристики реакции: К0 (предэкспоненциальный член) 5,1·10⁷, Еа (энергия активации) = 120 кДж/моль, ΔH (энтальпия реакции) = 75 кДж/моль.

Результаты

С пластиной согласно известному уровню техники концентрация серы, полученная на выходе, составляла 10 ч/млн.

С пластиной согласно изобретению получали выигрыш по высоте каталитического слоя 100 мм или высоту каталитического слоя 3100 мм.

Исходная высота 3000 мм каталитического слоя была увеличена на 100 мм за счет выигрыша в расположении пластины, размещенной выше в обечайке. Это увеличение высоты и, следовательно, каталитического объема давало возможность глубже провести обессеривание сырья. Концентрация серы на выходе составляла 7,3 ч/млн.

Таким образом, более высокое расположение распределительной пластины согласно изобретению, в конечном счете, привело к увеличению степени обессеривания более чем на 25% по отношению к случаю расположения согласно известному уровню техники.

Изобретение относится к области распределения многофазных текучих сред в каталитических реакторах с неподвижным слоем, а также способу гидрообработки или гидрирования нефтяных фракций в реакторах. Реактор содержит вертикальные стенки, верхний купол и распределительную пластину, расположенную в верхней части реактора над слоем каталитических частиц и содержащую множество каналов, по существу перпендикулярных пластине, снабженных отверстиями для прохождения жидкости, распределенными по всей высоте каналов, и отверстием для прохождения газа, расположенным на их верхнем конце. При этом часть каналов, расположенных на периферии пластины, на расстоянии от стенки реактора от 25 до 450 мм, имеет свою верхнюю часть, наклоненную под углом от 10° до 45° по отношению к вертикали, причем наклон направлен приблизительно к центру реактора. Изобретение позволяет увеличить высоту каталитического слоя и химическую конверсию и обеспечивает эффективное распределение многофазных текучих сред. 2 н. и 11 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Реактор с нисходящим потоком многофазной смеси, содержащий вертикальные стенки (1), верхний купол (2) и распределительную пластину (10), позволяющую обеспечить распределение указанной многофазной смеси в указанном реакторе, при этом пластина (10) расположена в верхней части реактора над слоем каталитических частиц (30) и содержит множество каналов (3), по существу перпендикулярных пластине (10), снабженных отверстиями (4) для прохождения жидкости, распределенными по всей высоте (Нс) указанных каналов, и отверстием (5) для прохождения газа, расположенным на их верхнем конце, отличающийся тем, что часть каналов, расположенных на периферии пластины (называемых периферическими каналами), имеет свою верхнюю часть, наклоненную под углом альфа по отношению к вертикали, причем угол альфа имеет величину, находящуюся в интервале от 10° до 45°, при этом наклон направлен приблизительно к центру реактора, и периферические каналы расположены при этом на расстоянии D1 от стенки (1 или 2) реактора, находящемся в интервале от 25 до 450 мм.

2. Реактор с нисходящим потоком по п. 1, в котором расстояние D1, на котором периферические каналы расположены по отношению к стенке (1) реактора, находится в интервале от 25 до 250 мм.

3. Реактор с нисходящим потоком по п. 1 или 2, в котором угол альфа наклонной части периферических каналов по отношению к вертикали находится в интервале от 10° до 30°.

4. Реактор с нисходящим потоком по п. 1 или 2, в котором периферические каналы (3) наклонены, начиная с расстояния d по отношению к основанию распределительной пластины (10), составляющего от 10% до 80% от общей высоты каналов, предпочтительно от 50 до 80%.

5. Реактор с нисходящим потоком по п. 3, в котором периферические каналы (3) наклонены, начиная с расстояния d по отношению к основанию распределительной пластины (10), составляющего от 10% до 80% от общей высоты каналов, предпочтительно от 50 до 80%.

6. Реактор с нисходящим потоком по пп. 1, 2, 5, в котором периферические и центральные каналы разделены шагом, находящимся в интервале от 100 до 250 мм, предпочтительно находящимся в интервале от 100 до 200 мм.

7. Реактор с нисходящим потоком по п. 3, в котором периферические и центральные каналы разделены шагом, находящимся в интервале от 100 до 250 мм, предпочтительно находящимся в интервале от 100 до 200 мм.

8. Реактор с нисходящим потоком по п. 4, в котором периферические и центральные каналы разделены шагом, находящимся в интервале от 100 до 250 мм, предпочтительно находящимся в интервале от 100 до 200 мм.

9. Реактор с нисходящим потоком по любому из пп. 1, 2, 5, 7 и 8, в котором центральные и периферические каналы имеют высоту (Hc), находящуюся в интервале от 100 до 500 мм, предпочтительно от 200 до 350 мм.

10. Реактор с нисходящим потоком по п. 3, в котором центральные и периферические каналы имеют высоту (Hc), находящуюся в интервале от 100 до 500 мм, предпочтительно от 200 до 350 мм.

11. Реактор с нисходящим потоком по п. 4, в котором центральные и периферические каналы имеют высоту (Hc), находящуюся в интервале от 100 до 500 мм, предпочтительно от 200 до 350 мм.

12. Реактор с нисходящим потоком по п. 6, в котором центральные и периферические каналы имеют высоту (Hc), находящуюся в интервале от 100 до 500 мм, предпочтительно от 200 до 350 мм.

13. Способ гидрообработки или гидрирования нефтяных фракций, содержащих от 4 до 20 атомов углерода, относительно реактора по п. 1, который осуществляют в струящемся режиме, то есть с жидкой дисперсной фазой, имеющей поверхностную скорость меньше 1,5 см/с, и с газовой фазой, являющейся непрерывной фазой.