РЕАКТОР С ОХЛАЖДАЕМЫМИ СТЕНКАМИ ДЛЯ ГИДРОГЕНИЗАЦИИ СО ВЗВЕШЕННЫМ СЛОЕМ Российский патент 2019 года по МПК B01J19/02 

Область техники

Данное изобретение касается области техники химического оборудования, в частности, относится к реактору с холодной стенкой для гидрогенизации в псевдоожиженном слое.

Уровень техники

Технология гидрокрекинга в псевдоожиженном слое является важным процессом в перегонке тяжелой нефти в легкую нефть. Главное отличие между реактором с псевдоожиженным слоем и традиционным реактором для гидрокрекинга с неподвижным слоем заключается в том, что катализатор в реакторе с псевдоожиженным слоем течет. В настоящее время в качестве реактора с неохлаждаемым кожухом, широко применяемого для гидрокрекинга в псевдоожиженном слое, обычно используется полый цилиндрический реактор без внутренних деталей. Смесь сырой нефти, водорода и катализатора подается в реактор снизу, течет вверх и вытекает из верхней части реактора. Однако, поскольку температура стенок реактора для гидрокрекинга в псевдоожиженном слое с неохлаждаемым кожухом является высокой, материалы, принимающие участие в реакции внутри него, легко коксуются на боковой стенке реактора, что негативно влияет на текучесть материала внутри реактора. На реакционный процесс также негативно влияет неравномерность течения катализатора, что делает работу реактора нестабильной.

Параметры потока трех фаз (газа-жидкости-твердого вещества) в реакторе с псевдоожиженным слоем являются важным индикатором качества реакции, которое непосредственно влияет на глубину переработки, качество продукта и продолжительность работы. Под воздействием эффекта влияния стенок линейная скорость текучей среды у оси реактора относительно высока, а линейная скорость текучей среды у поверхности стенок относительно низкая, таким образом газ, попадающий в реактор, распределяется неравномерно. Поэтому большой пузырек поднимается в ходе процесса быстро, и в процессе подъема газа происходит замыкание. Появление этих двух явлений приводит к сильному обратному смешению текучей среды внутри реактора, что ослабляет межфазную массопередачу и ослабляет влияние теплопередачи, что осложняет обеспечение равномерного распределения температуры внутри реактора и приводит к повышению выхода кокса, снижению глубины переработки, а также оказывает серьезное отрицательное влияние на срок эксплуатации реактора. Поскольку реактор с псевдоожиженным слоем требует большей однородности смеси сырья, водорода и катализатора, необходимо полностью смешивать сырьевые материалы, газообразный водород и катализатор, чтобы водород и сырьевые материалы могли полностью реагировать на поверхности катализатора, а водород мог быстро растворяться в требуемых сырьевых материалах, в результате чего происходила бы гидрогенизация. Следовательно, к процессу смешивания предъявляются высокие требования. Кроме того, поскольку температура стенки реактора является высокой, материалы могут с легкостью скапливаться и коксоваться на внутренней стенке, а водород может с легкостью вызывать коррозию стенки реактора, поэтому к материалу, из которого изготовлен цилиндр реактора, предъявляются более высокие требования.

Например, в китайском патенте CN 204051658U раскрывается реактор для гидрогенизации, состоящий из корпуса реактора и опорного основания. Корпус реактора содержит вертикально расположенный корпус цилиндра и верхнюю головку с уплотнением, соединенную с верхом цилиндра, а также нижнюю головку с уплотнением, соединенную с низом цилиндра. Верхняя головка с уплотнением оснащена отводной трубой, а нижняя головка с уплотнением оснащена подающей трубой. Две соединительные трубы водородопровода расположены вертикально через определенные интервалы на боковой стенке цилиндра. Корпус цилиндра, верхняя и нижняя головки - каждый из них состоит из последовательности элементов, таких как (от внешней стороны к внутренней) первая металлическая оболочка, первый коррозионноустойчивый слой нержавеющей стали, первая термоизоляционная футеровка и первая гильза из стали. Первый коррозионноустойчивый слой нержавеющей стали наносится посредством наплавки на внутреннюю боковую стенку первой металлической оболочки. Реактор для гидрогенизации является конструкцией с холодной стенкой. Рабочая температура металлической оболочки гораздо ниже максимальной предельной рабочей температуры материала. Традиционный материал - хромомолибденовая сталь, стойкая к водородной коррозии, может соответствовать рабочим требованиям. Внутренняя стенка металлической оболочки не оснащена анкерным стержнем, но имеет коррозионноустойчивый слой нержавеющей стали, нанесенный посредством наплавки, а также имеет стальную гильзу на внутренней боковой стенке термоизоляционной футеровки для предотвращения внешнего загрязнения термоизоляционной футеровки, вызываемого реакционной средой. Таким образом, эта конструкция соответствует требованиям к коррозийной стойкости к воздействию водорода и сульфида водорода, способна преодолеть ограничение предельной рабочей температуры существующей стали, стойкой к коррозионному воздействию водорода, обеспечивает стойкость к коррозии, вызываемой воздействием водорода, сульфида водорода и прочих сред. Однако, в вышеупомянутом реакторе для гидрогенизации с холодной стенкой холодный газообразный водород может поступать в стальную гильзу только через ограниченное количество отверстий, что позволяет лишь ограниченному количеству материала в стальной гильзе контактировать с холодным водородом, в то время как материал, находящийся далеко от впускного отверстия для воздуха, не может в достаточной степени смешиваться с холодным водородом. В результате трехфазные материалы в реакторе не перемешиваются до образования однородной смеси, количество холодного водорода в разных местах является различным, и температура материала является разной, что в свою очередь приводит к коксованию на участках местного перегрева материалов и снижению текучести материалов и катализатора. Поток катализатора в реакторе не может быть обеспечен, следовательно, эффективность реакции является низкой. Краткое изложение сущности изобретения

Таким образом, данное изобретение решает техническую проблему известного уровня техники, которая заключается в том, что в реакторе с псевдоожиженным слоем сложно равномерно смешивать воздух, жидкости и твердые фазы, а также проблемы неравномерной температуры, низкой эффективности реактора и легкости коксования. Мы представляем реактор с холодной стенкой для гидрогенизации в псевдоожиженном слое, при помощи которого газ, жидкость и твердые трехфазные материалы равномерно смешиваются, температура является равномерной, эффективность реакции высокая, и коксование не возникает так просто.

Следовательно, в одном аспекте данное изобретение предоставляет реактор с холодной стенкой для гидрогенизации в псевдоожиженном слое, состоящий из корпуса реактора, который имеет выпускное отверстие для продукта реакции, расположенное в верхней его части, впускное отверстие для холодного газообразного водорода, расположенное в его боковой стенке, и загрузочное отверстие, расположенное в его дне, а корпус реактора состоит из (в последовательности от внешних элементов к внутренним) кожуха, поверхностного слоя и теплоизоляционной прокладки, а также внутренней оболочки в форме цилиндра, жестко закрепленной внутри корпуса реактора и имеющей выпускное отверстие в ее верхней части и впускное отверстие в ее дне, при этом выпускное отверстие внутренней оболочки в форме цилиндра герметично соединено с выпускным отверстием для продукта реакции, а впускное отверстие во внутренней оболочке в форме цилиндра соединено с загрузочным отверстием, при этом боковая стенка внутренней оболочки в форме цилиндра и внутренняя боковая стенка корпуса реактора определяют полость, служащую в качестве первого циркуляционного канала, при этом второй циркуляционный канал расположен на боковой стенке внутренней оболочки в форме цилиндра, и внутренняя часть внутренней оболочки в форме цилиндра соединена с первым циркуляционным каналом посредством второго циркуляционного канала.

Предпочтительно, когда второй циркуляционный канал реактора с холодной стенкой содержит множество щелей, расположенных по окружности вдоль боковой стенки внутренней оболочки в форме цилиндра.

Предпочтительно, когда расстояние между боковой стенкой внутренней оболочки в форме цилиндра и внутренней боковой стенкой корпуса реактора с холодной стенкой увеличивается в направлении сверху вниз.

Предпочтительно, когда внутренняя оболочка в форме цилиндра реактора с холодной стенкой имеет первое вентиляционное отверстие, расположенное на ее боковой стенке в соответствии со впускным отверстием для холодного газообразного водорода, и второе вентиляционное отверстие, расположенное на ее боковой стенке в соответствии с первым вентиляционным отверстием.

Предпочтительно, когда внутренняя оболочка в форме цилиндра реактора с холодной стенкой содержит конический цилиндр, верх которого герметично соединен с выпускным отверстием для продукта реакции, и множества кольцевых цилиндров, расположенных в последовательности от верха до низа под коническим цилиндром, при этом первый циркуляционный канал относится к полости, ограниченной боковой стенкой кольцевого цилиндра и внутренней боковой стенкой корпуса реактора, и при этом второй циркуляционный канал содержит щель между коническим цилиндром и соседним с ним кольцевым цилиндром и щель между двумя соседними кольцевыми цилиндрами.

Реактор с холодной стенкой по п. 5, отличающийся тем, что расстояние между боковой стенкой кольцевого цилиндра (16), расположенного над впускным отверстием для холодного газообразного водорода (3), и внутренней боковой стенкой корпуса реактора (1) меньше, чем расстояние между боковой стенкой кольцевого цилиндра (16), расположенного под впускным отверстием для холодного газообразного водорода (3), и внутренней боковой стенкой корпуса реактора (1).

Предпочтительно, когда кольцевой цилиндр реактора с холодной стенкой имеет первое вентиляционное отверстие, расположенное на его боковой стенке в соответствии со впускным отверстием для холодного газообразного водорода, и второе вентиляционное отверстие, расположенное на его боковой стенке в соответствии с первым вентиляционным отверстием.

Предпочтительно, когда корпус реактора с холодной стенкой представляет собой вертикальное цилиндрическое тело.

Предпочтительно, когда корпус реактора с холодной стенкой имеет сходящее на конус внутреннее дно, конец которого направлен в сторону загрузочного отверстия, а основание направлено в сторону дна внутренней оболочки в форме цилиндра.

Предпочтительно, когда корпус реактора с холодной стенкой является металлическим кожухом толщиной 60-300 мм, поверхностный слой имеет толщину 4-15 мм, теплоизоляционная прокладка имеет толщину 100-200 мм, а внутренняя оболочка в форме цилиндра имеет толщину стенок 5-15 мм.

Технические решения, предлагаемые данным изобретением, имеют следующие преимущества:

(1) Реактор с холодной стенкой для гидрогенизации в псевдоожиженном слое, предлагаемый данным изобретением, состоит из корпуса реактора, который имеет выпускное отверстие для продукта реакции, расположенное в верхней его части, впускное отверстие для холодного газообразного водорода, расположенное в его боковой стенке, и загрузочное отверстие, расположенное в его дне, а корпус реактора состоит из (в последовательности от внешних элементов к внутренним) кожуха, поверхностного слоя и теплоизоляционной прокладки, а также внутренней оболочки в форме цилиндра, жестко закрепленной внутри корпуса реактора и имеющей выпускное отверстие в ее верхней части и впускное отверстие в ее дне, при этом выпускное отверстие внутренней оболочки в форме цилиндра герметично соединено с выпускным отверстием для продукта реакции, а впускное отверстие во внутренней оболочке в форме цилиндра соединено с загрузочным отверстием, при этом боковая стенка внутренней оболочки в форме цилиндра и внутренняя боковая стенка корпуса реактора определяют полость, служащую в качестве первого циркуляционного канала, при этом второй циркуляционный канал расположен на боковой стенке внутренней оболочки в форме цилиндра, и внутренняя часть внутренней оболочки в форме цилиндра соединена с первым циркуляционным каналом посредством второго циркуляционного канала.

Таким образом, внутренняя боковая стенка корпуса реактора ограничивает полость, которая может служить первым циркуляционным каналом, а второй циркуляционный канал расположен на боковой стенке внутренней оболочки в форме цилиндра, чтобы водород мог попадать во внутреннюю оболочку в форме цилиндра через различные ее части при входе в корпус реактора таким образом, чтобы материал, распределяемый в разных местах внутренней оболочки в форме цилиндра, мог контактировать с холодным водородом, обеспечивая хорошее перемешивание материала и холодного водорода, а также хорошее смешивание трех фаз (жидких материалов, таких как масла, твердых материалов, таких как катализатор, и газообразных материалов, таких как холодный водород) внутри реактора. Следовательно, температура материала более равномерна, и повышается эффективность реакции, а коксование материалов вследствие перегрева на отдельных участках снижается. Кроме того, холодный водород при попадании в корпус реактора может формировать жидкий термоизоляционный слой между внутренней оболочкой в форме цилиндра и внутренней боковой стенкой корпуса реактора, предотвращая скопление и коксование материала между внутренней оболочкой в форме цилиндра и внутренней боковой стенкой корпуса реактора, а также предотвращая падение и повреждение теплоизоляционной прокладки и снижая температуру внешней стенки корпуса реактора до уровня ниже температуры носителя.

(2) Второй циркуляционный канал реактора с холодной стенкой, предлагаемого данным изобретением, содержит множество щелей, расположенных по окружности вдоль боковой стенки внутренней оболочки в форме цилиндра. Таким образом, щели параллельны направлению подачи холодного водорода, и облегчается подача холодного водорода через второй циркуляционный канал во внутреннюю оболочку в форме цилиндра.

(3) Внутренняя оболочка в форме цилиндра реактора с холодной стенкой, предлагаемого данным изобретением, имеет первое вентиляционное отверстие, расположенное на ее боковой стенке в соответствии со впускным отверстием для холодного газообразного водорода, и второе вентиляционное отверстие, расположенное на ее боковой стенке в соответствии с первым вентиляционным отверстием.

Таким образом, во время процесса поступления холодного водорода в корпус реактора и прохождения сквозь первое вентиляционное отверстие и второе вентиляционное отверстие во внутреннюю оболочку цилиндра холодный водород проходит сначала сквозь большое отверстие, а затем проходит сквозь малое отверстие, в результате чего скорость потока постепенно увеличивается.

В этот момент энергия статического давления жидкости конвертируется в кинетическую энергию согласно уравнению Бернулли, и скорость потока жидкости выше, в то время как давление минимально, когда жидкость проходит сквозь самое маленькое отверстие. Течение жидкости во втором циркуляционном канале внутренней оболочки в форме цилиндра формирует возмущение, и весь процесс реализует множественное возмущение внутри реактора, и процесс смешивания масла и водорода быстро завершается, а также это способствует равномерному смешиванию частиц катализатора и масла.

(4) Внутренняя оболочка в форме цилиндра реактора с холодной стенкой, предлагаемого данным изобретением, содержит конический цилиндр, верх которого герметично соединен с выпускным отверстием для продукта реакции, и множества кольцевых цилиндров, расположенных в последовательности от верха до низа под коническим цилиндром, при этом первый циркуляционный канал относится к полости, ограниченной боковой стенкой кольцевого цилиндра и внутренней боковой стенкой корпуса реактора, и при этом второй циркуляционный канал содержит щель между коническим цилиндром и соседним с ним кольцевым цилиндром и щель между двумя соседними кольцевыми цилиндрами. Таким образом, боковая стенка внутренней оболочки в форме цилиндра разделена на множество кольцевых цилиндров, жестко прикрепленных к боковой стенке корпуса реактора для обеспечения возможности реализации циркуляции материала внутри реактора, завершая процесс быстрого смешивания с водородом, а также способствуя равномерному смешиванию частиц катализатора и масла.

(5) Расстояние между боковой стенкой кольцевого цилиндра, расположенного над впускным отверстием для холодного газообразного водорода реактора с холодной стенкой, и внутренней боковой стенкой корпуса реактора меньше, чем расстояние между боковой стенкой кольцевого цилиндра, расположенного под впускным отверстием для холодного газообразного водорода, и внутренней боковой стенкой корпуса реактора. Поскольку холодный водород с легкостью поднимается в верхнюю часть корпуса реактора вследствие его легкой массы, холодный водород, поступающий сквозь впускное отверстие для холодного водорода, не будет легко подниматься посредством поддержания расстояния между боковой стенкой кольцевого цилиндра, расположенного над впускным отверстием для холодного газообразного водорода реактора с холодной стенкой, и внутренней боковой стенкой корпуса реактора меньшим, чем расстояние между боковой стенкой кольцевого цилиндра, расположенного ниже впускного отверстия для холодного газообразного водорода и внутренней боковой стенкой корпуса реактора. Следовательно, часть холодного водорода будет течь вниз по первому циркуляционному каналу, таким образом, что температура нижней части внешней стены корпуса реактора может поддерживаться на более низком уровне, чем температура носителя, а тем временем холодный водород может достичь равномерного смешивания с материалами в нижней части корпуса реактора, чтобы температура материалов в нижней части корпуса реактора была под контролем.

(6) Корпус реактора с холодной стенкой является металлическим кожухом толщиной 60-300 мм, поверхностный слой имеет толщину 4-15 мм, теплоизоляционная прокладка имеет толщину 100-200 мм, а внутренняя оболочка в форме цилиндра имеет толщину стенок 5-15 мм.

Реактор с псевдоожиженным слоем предназначен для работы при высокой температуре, высоком давлении и в водородной среде, что предусматривается проектной толщиной кожуха корпуса реактора, поверхностным слоем, теплоизоляционной прокладкой и внутренней оболочкой в форме цилиндра. А температура внешней металлической стенки корпуса реактора гарантированно обеспечивается на более низком уровне, чем температура материалов в реакторе во избежание коррозии кожуха реактора.

Краткое описание графических материалов

Далее кратко описаны фигуры, используемые в конкретных вариантах реализации данного изобретения или известного уровня техники и приводимые для более четкой иллюстрации вариантов реализации данного изобретения или технического решения в рамках известного уровня техники. Как представляется, фигуры в следующем описании представляют собой некие варианты реализации данного изобретения, и по этим фигурам обычный специалист в данной отрасли может получить прочие фигуры без каких-либо творческих усилий.

Фиг. 1 иллюстрирует принципиальную схему конструкции реактора с холодной стенкой для гидрогенизации в псевдоожиженном слое по варианту реализации 1 данного изобретения.

Фиг. 2 иллюстрирует принципиальную схему конструкции реактора с холодной стенкой для гидрогенизации в псевдоожиженном слое по варианту реализации 2 данного изобретения.

Фиг. 3 иллюстрирует принципиальную схему конструкции реактора с холодной стенкой для гидрогенизации в псевдоожиженном слое по варианту реализации 3 данного изобретения;

1 - корпус реактора, 2 - выпускное отверстие для продукта реакции, 3 - впускное отверстие для холодного газообразного водорода, 4 - загрузочное отверстие, 5 - кожух, 6 -внутренняя оболочка в форме цилиндра, 7 - выпускное отверстие, 8 - впускное отверстие, 9 -полость, 10 - первый циркуляционный канал, 11 - второй циркуляционный канал, 12 - щели, 13 - первое вентиляционное отверстие, 14 - второе вентиляционное отверстие, 15 - конический цилиндр, 16 - кольцевой цилиндр, 17 - теплоизоляционная прокладка, 18 - поверхностный слой, 19 - сквозное отверстие, 20 - опора.

Подробное описание вариантов реализации изобретения

Чтобы было проще понять содержание данного изобретения, далее данное изобретение описывается более подробно со ссылкой на конкретные варианты реализации и с сопроводительными графическими материалами. Очевидно, что указанные выше варианты реализации являются всего лишь частями вариантов реализации, а не всеми ими. Любые варианты реализации, полученные без творческих усилий лицом, являющимся специалистом в данной сфере, входят в объем правовой охраны данного изобретения.

В спецификации, если не указано иное, и нет иных ограничений, относительные понятия, такие как «центральный», «вверх», «под», «левый», «правый», «вертикальный», «горизонтальный», «внутренний» и «внешний», должны толковаться как относящиеся к расположению, как далее описано или показано на фигурах, о которых идет речь. Эти относительные термины используются для удобства объяснения и не требуют толкования или использования данного изобретения в конкретной ориентации. Кроме того, такие термины, как «первый», «второй» и «третий» используются в данном документе в целях описания и не предназначены для указания или обозначения относительной важности или значимости.

Следует понимать, что, если не указано иное, и нет иных ограничений, в описании данного изобретения термины «установлен», «подключен» и «соединен» используются в широком значении и охватывают такие виды соединения, как фиксированное, разъемное и неразъемное, механическое и электрическое, непосредственное или опосредованное через промежуточный элемент, или два элемента с внутренним соединением, что является понятным специалистам в данной сфере в соответствии с подробным описанием варианта реализации данного изобретения.

Кроме того, технические характеристики, представленные в разных вариантах реализации, можно комбинировать друг с другом при условии отсутствия конфликта в изобретении, описанном ниже.

Вариант реализации 1

Представляется реактор с холодной стенкой для гидрогенизации в псевдоожиженном слое по данному изобретению, проиллюстрированный на фиг. 1 (стрелка на фигуре указывает направление потока материалов или направление потока холодного водорода). Реактор с холодной стенкой состоит из корпуса реактора 1, в котором имеется выпускное отверстие для продукта реакции 2, расположенное в верхней его части, впускное отверстие для холодного газообразного водорода 3, расположенное в его боковой стенке, и загрузочное отверстие 4, расположенное в его дне. Корпус реактора 1 состоит из (в последовательности от внешних элементов к внутренним) кожуха 5, поверхностного слоя 18 и теплоизоляционной прокладки 17, а также внутренней оболочки в форме цилиндра 6, жестко закрепленной внутри корпуса реактора 1. В данном варианте реализации фиксированное присоединение внутренней оболочки в форме цилиндра 6 достигается за счет расположения выпускного отверстия 7 в верхней части внутренней оболочки в форме цилиндра 6 и герметичного соединения выпускного отверстия 7 с выпускным отверстием для продукта реакции 2. Во внутренней оболочке в форме цилиндра 6 имеется впускное отверстие 8 в ее нижней части, и впускное отверстие 8 соединено с загрузочным отверстием 4. Боковая стенка внутренней оболочки в форме цилиндра 6 и внутренняя боковая стенка корпуса реактора 1 ограничивают полость 9, служащую первым циркуляционным каналом 10. Второй циркуляционный канал 11 расположен на боковой стенке внутренней оболочки в форме цилиндра 6. Второй циркуляционный канал 11 содержит множество прямоугольных сквозных отверстий 19, расположенных на боковой стенке внутренней оболочки в форме цилиндра 6, и внутренняя часть внутренней оболочки в форме цилиндра 6 соединена с первым циркуляционным каналом 10 посредством сквозных отверстий 19.

Благодаря наличию в корпусе реактора 1 внутренней оболочки в форме цилиндра 6 и ограничению полости 9 между внутренней оболочкой в форме цилиндра 6 и внутренней боковой стенкой корпуса реактора 1 в качестве первого циркуляционного канала 10, а также размещению на внутренней оболочке в форме цилиндра 6 множества прямоугольных сквозных отверстий 19 в качестве второго циркуляционного канала 11, когда материал поступает в корпус реактора 1 сквозь загрузочное отверстие 4, он попадает во внутреннюю оболочку в форме цилиндра 6 и течет вверх. Холодный водород подается через отверстие для холодного газообразного водорода 3, попадает в первый циркуляционный канал 10 и течет вверх и вниз по первому циркуляционному каналу 10. Во время течения холодный водород проходит через второй циркуляционный канал 11, чтобы попасть во внутреннюю оболочку в форме цилиндра 6, и равномерно смешивается с материалами во внутренней оболочке в форме цилиндра 6. Поскольку имеется множество прямоугольных сквозных отверстий 19, расположенных на боковой стенке внутренней оболочки в форме цилиндра 6, холодный водород попадает во внутреннюю оболочку в форме цилиндра 6 из разных позиций, что обеспечивает возможность более равномерного смешивания холодного водорода с материалами во внутренней оболочке в форме цилиндра 6 и, следовательно, возможность достижения равномерной температуры материалов. В ходе указанного выше процесса холодный водород, который попадает в корпус реактора 1, может формировать теплоизоляционный жидкий слой между внутренней стенкой корпуса реактора 1 и внутренней оболочкой в форме цилиндра 6, что предотвращает скопление и коксование материалов между внутренней оболочкой в форме цилиндра 6 и внутренней стенкой корпуса реактора 1, а также предотвращает повреждение и отслоение теплоизоляционной прокладки 17 и поддерживает температуру внешней стенки корпуса реактора 1 на уровне ниже температуры носителя.

Вариант реализации 2

Представляется реактор с холодной стенкой для гидрогенизации в псевдоожиженном слое по данному изобретению, проиллюстрированный на фиг. 2 (стрелка на фигуре указывает направление потока материалов или направление потока холодного водорода). Реактор с холодной стенкой состоит из корпуса реактора 1, в котором имеется выпускное отверстие для продукта реакции 2, расположенное в верхней его части, впускные отверстия для холодного газообразного водорода 3, расположенные в его боковой стенке. Корпус реактора 1 представляет собой вертикально расположенное цилиндрическое тело, в котором имеются 3 впускных отверстия для холодного газообразного водорода, расположенные через равные интервалы сверху вниз на одной стороне стенки корпуса реактора 1. Корпус реактора 1 имеет загрузочное отверстие 4, расположенное в его дне, и содержит, в последовательности от внешней стороны к внутренней, кожух 5, поверхностный слой 18 и теплоизоляционную прокладку 17, а также внутреннюю оболочку в форме цилиндра 6. Внутренняя оболочка в форме цилиндра 6 жестко закреплена внутри корпуса реактора 1 и имеет выходное отверстие 7 в верхней части. Выпускное отверстие 7 герметично соединено с выпускным отверстием для продукта реакции 2 корпуса реактора 1, реализуя таким образом фиксацию внутренней оболочки в форме цилиндра 6. В нижней части корпуса реактора 1 имеется конусообразная конструкция, верхушка которой направлена в сторону загрузочного отверстия 4, а основание направлено в сторону дна внутренней оболочки в форме цилиндра 6, что упрощает подачу материалов из загрузочного отверстия 4 во внутреннюю оболочку в форме цилиндра 6. Выпускное отверстие 7 в верхней части внутренней оболочки в форме цилиндра 6 соединено с выпускным отверстием для продукта 2. В нижней части внутренней оболочки в форме цилиндра 6 имеется впускное отверстие 8, и это впускное отверстие 8 соединено с загрузочным отверстием 4. Боковая стенка внутренней оболочки в форме цилиндра 6 и внутренняя боковая стенка корпуса реактора 1 ограничивают полость 9, служащую в качестве первого циркуляционного канала 10. Расстояние между боковой стенкой внутренней оболочки в форме цилиндра 6 и внутренней стенкой корпуса реактора 1 постепенно увеличивается сверху вниз, то есть, первый циркуляционный канал 10 постепенно увеличивается от верха до низа. Боковая стенка внутренней оболочки в форме цилиндра 6 оснащена вторым циркуляционным каналом 11, который содержит множество щелей 12, расположенных по окружности вдоль боковой стенки внутренней оболочки в форме цилиндра 6. Внутренняя часть внутренней оболочки в форме цилиндра 6 соединена с первым циркуляционным каналом 10 посредством щелей 12. Внутренняя оболочка в форме цилиндра 6 содержит первое вентиляционное отверстие 13, расположенное на ее боковой стенке и соответствующее впускному отверстию для холодного газообразного водорода 3, и второе вентиляционное отверстие 14, расположенное на ее боковой стенке и соответствующее первому вентиляционному отверстию 13. В данном варианте реализации изобретения корпус реактора 1 представляет собой вертикально расположенное цилиндрическое тело, а кожух 5 представляет собой металлическую оболочку с толщиной стенок 60 мм. Поверхностный слой 18 имеет толщину 4 мм, теплоизоляционная прокладка 17 имеет толщину 100 мм, а внутренняя оболочка в форме цилиндра 6 имеет толщину стенок 5 мм.

Поскольку фаза холодного водорода легче, чем другие материалы, ей легче течь вверх таким образом, что материалы в верхней части корпуса реактора 1 спешиваются с большим количеством холодного водорода, чем материалы в нижней части корпуса реактора 1. В данном варианте реализации благодаря настройке расстояния между боковой стенкой внутренней оболочки в форме цилиндра 6 и внутренней боковой стенкой корпуса реактора 1, постепенно увеличивающегося сверху вниз, первый циркуляционный канал 10 постепенно увеличивается от верха до низа таким образом, чтобы обеспечить подачу достаточного количества холодного водорода в нижнюю часть корпуса реактора 1, позволяя материалам в корпусе реактора 1 как следует смешиваться с холодным водородом, что выравнивает температуру материалов. Чтобы холодный водород легко проходил по второму циркуляционному каналу 11 и попадал во внутреннюю оболочку в форме цилиндра 6, конструкцией второго циркуляционного канала 11 предусмотрено множество щелей 12, которые расположены по окружности в боковой стенке внутренней оболочки в форме цилиндра 6. Щели 12 параллельны направлению поступления холодного водорода, таким образом, холодный водород легко попадает во внутреннюю оболочку в форме цилиндра 6 через щели 12. Благодаря наличию во внутренней оболочке в форме цилиндра 6 первого вентиляционного отверстия 13 на ее боковой стенке, соответствующего впускному отверстию для холодного газообразного водорода 3, и второго вентиляционного отверстия 14 на ее боковой стенке, соответствующего вентиляционному отверстию 13, при поступлении холодного водорода в корпус реактора 1 он течет и проходит по первому циркуляционному каналу 10, сквозь первое вентиляционное отверстие 13 и второе вентиляционное отверстие 14 для поступления во внутреннюю оболочку в форме цилиндра 6, и такой процесс течения сопровождает изменение диаметров отверстий от большого до маленького, в результате чего скорость потока постепенно увеличивается, и энергия статического давления холодного водорода преобразуется в кинетическую энергию. Когда холодный водород проходит сквозь самое маленькое отверстие, скорость потока самая высокая, а давление минимальное, и холодный водород между внутренней оболочкой в форме цилиндра 6 и корпусом реактора 1 течет под воздействием снижения давления возле первого вентиляционного отверстия 13 и второго вентиляционного отверстия 14, и такой поток создает возмущение в щелях 12 внутренней оболочки в форме цилиндра 6, и весь процесс реализует возмущение потока в нескольких секциях внутри реактора, что быстро упрощает смешивание водорода и жировой фазы, а также способствует хорошему смешиванию жировой фазы и частиц катализатора. Вариант реализации 3

Представляется реактор с холодной стенкой для гидрогенизации в псевдоожиженном слое по данному изобретению, проиллюстрированный на фиг. 3 (стрелка на фигуре указывает направление потока материалов или направление потока холодного водорода). Реактор с холодной стенкой состоит из корпуса реактора 1, в котором имеется выпускное отверстие для продукта реакции 2, расположенное в верхней его части, впускное отверстие для холодного газообразного водорода 3, расположенное в его боковой стенке, и загрузочное отверстие 4, расположенное в его дне, и состоит из (в последовательности от внешних элементов к внутренним) кожуха 5, поверхностного слоя 18 и теплоизоляционной прокладки 17, а также внутренней оболочки в форме цилиндра 6, которая жестко закреплена внутри корпуса реактора 1. В текущем варианте реализации изобретения внутренняя оболочка в форме цилиндра 6 содержит конический цилиндр 15 и множество кольцевых цилиндров 16. Конический цилиндр 15 изнутри соединен с кольцевым цилиндром 16. Выпускное отверстие 7 расположено в верхней части конического цилиндра 15 и герметично соединено с выпускным отверстием для продукта реакции 2. Множество кольцевых цилиндров 16 размещены от верха до низа под коническим цилиндром 15. Боковая стенка кольцевого цилиндра 16 прикреплена к внутренней боковой стенке корпуса реактора 1 крепежным механизмом. Механизм крепления представляет собой кронштейн 20, установленный на внутренней боковой стенке корпуса реактора 1. Внутренняя оболочка в форме цилиндра 6 жестко соединена с кронштейном 20 для обеспечения фиксации внутренней оболочки в форме цилиндра 6. Боковая стенка кольцевого цилиндра 16 и внутренняя боковая стенка корпуса реактора 1 ограничивают полость 9, служащую в качестве первого циркуляционного канала 10. Щель между коническим цилиндром 15 и прилегающим к нему кольцевым цилиндром 16, а также щель между двумя соседними кольцевыми цилиндрами 16 представляют собой второй циркуляционный канал 11. Дно самого нижнего кольцевого цилиндра 16 соединено с загрузочным отверстием 4. Расстояние между боковой стенкой кольцевого цилиндра 16, расположенного над впускным отверстием для холодного газообразного водорода 3, и внутренней боковой стенкой корпуса реактора 1 меньше расстояния между боковой стенкой кольцевого цилиндра 16, расположенного под впускным отверстием для холодного газообразного водорода 3, и внутренней боковой стенкой корпуса реактора 1. Кольцевой цилиндр 16 имеет первое вентиляционное отверстие 13, расположенное на его боковой стенке и соответствующее впускному отверстию для холодного газообразного водорода 3, и второе вентиляционное отверстие 14, расположенное на его боковой стенке и соответствующее первому вентиляционному отверстию 13. В данном варианте реализации изобретения корпус реактора 1 представляет собой вертикально расположенный цилиндр, а кожух 5 представляет собой металлическую оболочку с толщиной стенок 300 мм. Поверхностный слой 18 имеет толщину 15 мм, теплоизоляционная прокладка 17 имеет толщину 200 мм, а внутренняя оболочка в форме цилиндра 6 имеет толщину стенки 15 мм.

В данном варианте реализации изобретения конструкцией внутренней оболочки в форме цилиндра 6 предусмотрен конический цилиндр 15 и множество кольцевых цилиндров 16, конический цилиндр 15 расположен в верхней части внутренней оболочки в форме цилиндра 6, и верх конического цилиндра 15 герметично соединен с выпускным отверстием для продукта реакции 2, за счет чего упрощается транспортировка материалов, находящихся во внутренней оболочке в форме цилиндра 6, из нее через конический цилиндр 15 и выпускное отверстие для продукта реакции 2 и их поступление в последующее оборудование. Конструкцией боковой стенки внутренней оболочки в форме цилиндра 6 предусмотрено наличие множества кольцевых цилиндров 16, расположенных от верха до низа, и щель между коническим цилиндром 15 и соседним кольцевым цилиндром 16, а также щель между двумя соседними кольцевыми цилиндрами 16 представляют собой второй циркуляционный канал 11, таким образом щели формируют кольцо вокруг боковой стенки внутренней оболочки в форме цилиндра 6, и это кольцо служит вторым циркуляционным каналом 11 во внутренней оболочке в форме цилиндра, и поток холодного водорода между внутренней оболочкой в форме цилиндра 6 и корпусом реактора 1 генерирует сильное возмущение во втором циркуляционном канале 11 вследствие снижения давления вокруг первого вентиляционного отверстия 13 и второго вентиляционного отверстия 14. Кроме того, поскольку имеется множество кольцевых цилиндров 16, формируется множество вторых циркуляционных каналов 11, и, таким образом, возмущение потока происходит в нескольких секциях внутри реактора, что быстро способствует смешиванию водорода в жировой фазе, а также способствует качественное смешивание жировой фазы с частицами катализатора. Более того, расстояние между боковой стенкой кольцевого цилиндра 16, расположенного над впускным отверстием для холодного газообразного водорода 3, и внутренней стенкой корпуса реактора 1 меньше, чем расстояние между боковой стенкой кольцевого цилиндра 16, расположенного под впускным отверстием для холодного газообразного водорода 3, и внутренней стенкой корпуса реактора 1, и таким образом обеспечивается то, что первый циркуляционный канал 10 постепенно увеличивается от верха до низа, позволяя части холодного водорода течь в направлении дна корпуса реактора 1 для обеспечения подачи достаточного количества холодного водорода в нижнюю часть корпуса реактора 1, таким образом обеспечивая тщательное перемешивание холодного водорода с материалами в нижней части корпуса реактора 1 и обеспечивая одинаковую температуру материалов. Кольцевой цилиндр 16 имеет первое вентиляционное отверстие 13 на его боковой стенке, соответствующее впускному отверстию для холодного газообразного водорода 3, и второе вентиляционное отверстие 14 на его боковой стенке, соответствующее первому вентиляционному отверстию 13, таким образом, что холодный водород поступает в кольцевой цилиндр 16 через первое вентиляционное отверстие 13 и второе вентиляционное отверстие 14, проходит сквозь отверстия от большого к маленькому, что позволяет постепенно увеличить скорость потока, и во время этого процесса энергия статического давления холодного водорода преобразуется в кинетическую энергию. Когда холодный водород проходит сквозь самое маленькое отверстие, скорость потока является самой высокой, а давление - минимальным, а холодный водород между внутренней оболочкой в форме цилиндра 6 и корпусом реактора 1 течет под воздействием снижения давления в области первого вентиляционного отверстия 13 и второго вентиляционного отверстия 14, генерируя возмущение холодного водорода во втором циркуляционном канале 11 и способствуя смешиванию материалов и холодного водорода.

Реактор с холодной стенкой для гидрогенизации в псевдоожиженном слое работает следующим образом. Материалы (такие как жидкая жировая фаза, твердый катализатор и водород, растворенный в жировой фазе) поступают в корпус реактора 1 через загрузочное отверстие 4, а затем попадают во внутреннюю оболочку в форме цилиндра 6, где эти материалы смешиваются с холодным водородом, который поступает через впускное отверстие для холодного газообразного водорода 3, первый циркуляционный канал 10 и второй циркуляционный канал 11 или через первое вентиляционное отверстие 13 и второе циркуляционное отверстие 14. Материалы во внутренней оболочке в форме цилиндра 6 поднимаются, проходят несколько из вторых циркуляционных каналов 11 на внутренних оболочках в форме цилиндров 6, смешиваются с холодным водородом, который проходит сквозь вторые циркуляционные каналы 11, и текут во внутреннюю оболочку в форме цилиндра 6 и вытекают через выпускное отверстие для продукта реакции 2, что реализует тщательное перемешивание материалов и потока холодного водорода, обеспечивает единообразную температуру материалов во внутренней оболочке в форме цилиндра 6, снижает коксование материала вследствие локального перегрева, обеспечивает статус потока катализатора в реакторе и повышает эффективность реакции. В ходе указанного выше процесса холодный водород, который попадает в корпус реактора 1, может формировать теплоизоляционный жидкий слой между внутренней стенкой корпуса реактора 1 и внутренней оболочкой в форме цилиндра 6, что предотвращает скопление и коксование материалов между внутренней оболочкой в форме цилиндра 6 и внутренней стенкой корпуса реактора 1, а также предотвращает повреждение и отслоение теплоизоляционной прокладки 17 и поддерживает температуру внешней стенки корпуса реактора 1 на уровне ниже температуры носителя.

Очевидно, что указанные выше варианты реализации являются всего лишь примерами, проиллюстрированными для ясности описания текущего изобретения, и не ограничивают способы его реализации. Для специалистов в данной сфере могут быть внесены различные изменения и модификации в других отличных формах на основании вышеуказанного описания. Исчерпывающее перечисление всех вариантов его реализации является ненужным и невозможным. Однако любые очевидные изменения или модификации, вытекающие из указанного выше описания, как предполагается, охвачены объемом правовой охраны данного изобретения.

Изобретение относится к области техники химического оборудования, в частности к реактору с холодной стенкой для гидрогенизации в псевдоожиженном слое. Реактор содержит корпус, имеющий выпускное отверстие для продукта реакции, расположенное в верхней его части, впускное отверстие для холодного газообразного водорода, расположенное в его боковой стенке, загрузочное отверстие, расположенное в его дне, кожух, поверхностный слой и теплоизоляционную прокладку, кроме того реактор содержит внутреннюю оболочку цилиндра, жестко закрепленную внутри корпуса и имеющую выпускное отверстие в ее верхней части, выполненное в форме цилиндра и герметично соединенное с выпускным отверстием для продукта реакции, и впускное отверстие в ее дне, выполненное в форме цилиндра и соединенное с загрузочным отверстием. Боковая стенка внутренней оболочки в форме цилиндра и внутренняя боковая стенка корпуса определяют полость, служащую в качестве первого циркуляционного канала, а на боковой стенке внутренней оболочки в форме цилиндра расположен второй циркуляционный канал, при этом внутренняя часть внутренней оболочки в форме цилиндра соединена с первым циркуляционным каналом посредством второго циркуляционного канала. Изобретение обеспечивает равномерное смешивание материалов, равномерную температуру и повышение эффективности реакции. 9 з.п. ф-лы, 3 ил., 3 пр.

1. Реактор с холодной стенкой для гидрогенизации в псевдоожиженном слое, содержащий:

корпус реактора (1), который имеет выпускное отверстие для продукта реакции (2), расположенное в верхней его части, впускное отверстие для холодного газообразного водорода (3), расположенное в его боковой стенке, и загрузочное отверстие (4), расположенное в его дне, и содержит (в последовательности от внешних элементов к внутренним) кожух (5), поверхностный слой (18) и теплоизоляционную прокладку (17), а также

внутреннюю оболочку цилиндра (6), жестко закрепленную внутри корпуса реактора (1) и имеющую выпускное отверстие (7) в ее верхней части и впускное отверстие (8) в ее дне, причем выпускное отверстие (7) внутренней оболочки в форме цилиндра (6) герметично соединено с выпускным отверстием для продукта реакции (2), а впускное отверстие (8) во внутренней оболочке в форме цилиндра (6) соединено с загрузочным отверстием (4), при этом боковая стенка внутренней оболочки в форме цилиндра (6) и внутренняя боковая стенка корпуса реактора (1) определяют полость (9), служащую в качестве первого циркуляционного канала (10), а второй циркуляционный канал (11) расположен на боковой стенке внутренней оболочки в форме цилиндра (6) и внутренняя часть внутренней оболочки в форме цилиндра (6) соединена с первым циркуляционным каналом (10) посредством второго циркуляционного канала (11).

2. Реактор с холодной стенкой по п. 1, отличающийся тем, что второй циркуляционный канал (11) содержит множество щелей (12), расположенных по окружности вдоль боковой стенки внутренней оболочки в форме цилиндра (6).

3. Реактор с холодной стенкой по п. 1 или 2, отличающийся тем, что расстояние между боковой стенкой внутренней оболочки в форме цилиндра (6) и внутренней боковой стенкой корпуса реактора (1) увеличивается в направлении сверху вниз.

4. Реактор с холодной стенкой по любому из пп. 1-3, отличающийся тем, что внутренняя оболочка в форме цилиндра (6) имеет первое вентиляционное отверстие (13), расположенное в ее боковой стенке и соответствующее впускному отверстию для холодного газообразного водорода (3), и второе вентиляционное отверстие (14), расположенное в ее боковой стенке и соответствующее первому вентиляционному отверстию (13).

5. Реактор с холодной стенкой по любому из пп. 1-4, отличающийся тем, что внутренняя оболочка в форме цилиндра содержит:

конический цилиндр (15), верх которого герметично соединен с выпускным отверстием для продукта реакции (2), а также

множество кольцевых цилиндров (16), расположенных последовательно от верха до низа под коническим цилиндром (15),

причем первый циркуляционный канал (10) определяет полость (9), ограниченную боковой стенкой кольцевого цилиндра (16) и внутренней боковой стенкой корпуса реактора (1), и

при этом второй циркуляционный канал (11) содержит зазор между коническим цилиндром (15) и находящимся рядом с ним кольцевым цилиндром (16) и зазор между двумя расположенными рядом кольцевыми цилиндрами (16).

6. Реактор с холодной стенкой по п. 5, отличающийся тем, что расстояние между боковой стенкой кольцевого цилиндра (16), расположенного над впускным отверстием для холодного газообразного водорода (3), и внутренней боковой стенкой корпуса реактора (1) меньше, чем расстояние между боковой стенкой кольцевого цилиндра (16), расположенного под впускным отверстием для холодного газообразного водорода (3), и внутренней боковой стенкой корпуса реактора (1).

7. Реактор с холодной стенкой по п. 5, отличающийся тем, что кольцевой цилиндр (16) имеет первое вентиляционное отверстие (13), расположенное в его боковой стенке и соответствующее впускному отверстию для холодного газообразного водорода (3), и второе вентиляционное отверстие (14), расположенное в его боковой стенке и соответствующее первому вентиляционному отверстию (13).

8. Реактор с холодной стенкой по любому из пп. 1-7, отличающийся тем, что корпус реактора (1) представляет собой корпус вертикального цилиндра.

9. Реактор с холодной стенкой по любому из пп. 1-8, отличающийся тем, что корпус реактора (1) имеет сходящее на конус внутреннее дно, конец которого направлен в сторону загрузочного отверстия (4), а его основание направлено в сторону дна внутренней оболочки в форме цилиндра (6).

10. Реактор с холодной стенкой по п. 8, отличающийся тем, что кожух (5) имеет толщину 60-300 мм, поверхностный слой (18) имеет толщину 4-15 мм, теплоизоляционная прокладка (17) имеет толщину 100-200 мм и внутренняя оболочка в форме цилиндра (6) имеет толщину стенок 5-15 мм.