СМЕСИТЕЛЬНОЕ И РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО СО СМЕСИТЕЛЬНОЙ И ОБМЕННОЙ ЗОНАМИ Российский патент 2019 года по МПК B01J8/04 

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к области экзотермических реакций и, более конкретно, реакциям гидроочистки, гидродесульфуризвции, гидроденитрогенизации, гидрокрекинга, гидрогенизации, гидродеоксигенирования или также гидродеароматизации, выполняемым в реакторе с неподвижным слоем. Настоящее изобретение, более конкретно, относится к устройству смешения и распределения текучих сред в реакторе с параллельным нисходящим потоком и к его применению для выполнения экзотермических реакций.

Предшествующий уровень техники

Экзотермические реакции, выполняемые, например, в нефтеочистке и/или нефтехимии, должны охлаждаться дополнительной текучей средой, называемой охлаждающей текучей средой, для того, чтобы избежать термического выхода из-под контроля каталитического реактора, в котором они выполняются. Каталитические реакторы, используемые для указанных реакций, обычно содержат, по меньшей мере, один твердый каталитический слой. Экзотермическая природа реакций требует поддержания однородного температурного градиента в реакторе для того, чтобы избежать наличия горячих зон в каталитическом слое, содержащемся в реакторе. Зоны, которые являются слишком горячими, могут преждевременно снижать активность катализатора и/или приводить к неселективным реакциям, и/или приводить к термическим выходам из-под контроля. Поэтому важно иметь, по меньшей мере, одну смесительную камеру в реакторе, расположенную между двумя каталитическими слоями, что обеспечивает однородное температурное распределение текучих сред по секции реактора и охлаждение реакционных текучих сред до желаемой температуры.

Для того чтобы выполнить указанную гомогенизацию специалисту в данной области техники часто необходимо использовать специальное размещение сложных внутренних устройств, включая насколько возможно гомогенное введение охлаждающей текучей среды в секцию реактора. Например, документ FR 2824495А1 описывает охлаждающее устройство, делающее возможным обеспечение эффективного обмена между охлаждающей текучей средой (средами) и технологической текучей средой (средами). Указанное устройство интегрируется в корпусе и содержит впускную трубу охлаждающей текучей среды, отражательную перегородку для накопления текучих сред, собственную охлаждающую камеру, осуществляющую смешение между охлаждающей текучей средой и нисходящим потоком, и распределительную систему, состоящую из перфорированной тарелки и распределительной тарелки. Охлаждающая камера содержит дефлектор, обеспечивающий вихревое движение текучих сред в направлении, по существу нерадиальном и непараллельном оси указанного корпуса, и ниже по потоку от дефлектора в направлении циркуляции реакционной текучей среды, по меньшей мере, одну выпускную секцию смеси текучих сред, образованной в камере. Данное устройство делает возможным преодоление некоторых недостатков различных систем-прототипов, но еще имеет требование большого пространства.

Для того, чтобы решить проблему требования большого пространства, было разработано устройство для смешения текучих сред в реакторе с нисходящим потоком и описано в документе FR 2952835А1. Данное устройство содержит горизонтальное накопительное устройство, обеспеченное вертикальной накопительной линией для поступления текучих сред, устройство введения, размещенное в накопительной линии, и кольцевую смесительную камеру с круглым поперечным сечением, расположенную ниже по потоку от накопительного устройства в направлении циркуляции текучих сред. Смесительная камера имеет впускной конец, соединенный с накопительной линией, и выпускной конец, обеспечивающий прохождение текучих сред, а также горизонтальную тарелку предварительного распределения, содержащую, по меньшей мере, одну трубку. Преимущество данного устройства состоит в том, что оно является более компактным, чем описанное ранее, и делает возможным обеспечение хорошего смешения текучих сред и хорошей температурной равномерности.

Задачей настоящего изобретения является создание смесительного устройства и распределительного устройства для текучих сред, которые занимают малые пространства, когда они размещаются в каталитическом реакторе. Другой задачей настоящего изобретения является создание смесительного и распределительного устройства, имеющего высокую эффективность, для смешения текучих сред и имеющего хорошую температурную равномерность и хорошее распределение.

Авторами разработано объединенное устройство для смешения и распределения текучих сред, делающее возможным значительно снизить пространство, предназначенное для смешения и распределения текучих сред, в частности, в реакторе с нисходящим потоком.

Объекты изобретения

Первый объект настоящего изобретения относится к устройству смешения и распределения текучих сред для каталитического реактора с нисходящим потоком, причем указанное устройство содержит:

- по меньшей мере, одну накопительную зону (А), содержащую, по меньшей мере, одно накопительное устройство,

- по меньшей мере, одну по существу вертикальную накопительную линию, подходящую для поступления реакционной текучей среды, накопленной указанным накопительным устройством, и, по меньшей мере, одно устройство введения, открывающееся в указанную накопительную линию для введения охлаждающей текучей среды,

- по меньшей мере, одну смесительную зону (В), расположенную ниже по потоку от накопительного устройства в направлении циркуляции текучих сред и сообщающуюся с указанной накопительной линией, причем указанная смесительная зона (В) содержит, по меньшей мере, одну оболочку для смешения текучих сред;

- по меньшей мере, одну распределительную зону (С), расположенную ниже по потоку от указанной смесительной зоны (В) в направлении циркуляции текучих сред, содержащую распределительную тарелку, несущую множество трубок;

отличающееся тем, что указанная смесительная зона (В) расположена на том же уровне, что и распределительная зона (С), и также содержит, по меньшей мере, одну оболочку для обмена текучих сред, соединенную и сообщающуюся с указанной смесительной оболочкой, причем указанная обменная оболочка содержит, по меньшей мере, одну секцию поперечных каналов, подходящих для прохождения текучих сред из указанной обменной оболочки в указанную распределительную зону (С).

Преимущественно указанная смесительная оболочка расположена выше указанной обменной оболочки.

Предпочтительно, совокупная общая высота H’2 указанной смесительной оболочки составляет от 200 до 800 мм.

Преимущественно ширина W указанной обменной оболочки составляет от 200 до 800 мм.

Предпочтительно, поперечное сечение указанной смесительной оболочки и/или указанной обменной оболочки является параллелограммом.

Предпочтительно, объемное соотношение между указанной обменной оболочкой и указанной смесительной оболочкой составляет от 5 до 60%.

Преимущественно секции поперечных каналов распределены, по меньшей мере, на двух уровнях.

Преимущественно указанная смесительная оболочка и указанная смесительная оболочка образуют единую часть.

Предпочтительно, устройство согласно настоящему изобретению также содержит диспергирующую текучие среды систему, размещенную ниже указанной распределительной тарелки, причем указанная диспергирующая система содержит, по меньшей мере, одно диспергирующее текучие среды устройство.

Преимущественно указанным диспергирующим устройством является решетка, причем ось указанной решетки является перпендикулярной продольной оси корпуса реактора.

Предпочтительно, указанная смесительная оболочка расположена между двумя обменными оболочками.

Предпочтительно, указанная смесительная оболочка содержит, по меньшей мере, одно отклоняющее устройство на, по меньшей мере, одной из внутренних стенок указанной смесительной оболочки

Преимущественно указанная обменная оболочка содержит множество секций горизонтальных каналов, подходящих для прохождения текучих сред из указанной обменной зоны к распределительной тарелке.

Предпочтительно, оболочка или оболочки и/или оболочка (оболочки), ближайшие к распределительной тарелке, расположена (расположены) на расстоянии “d” от указанной распределительной тарелки, составляющем от 20 до 150 мм.

Другой объект настоящего изобретения относится к каталитическому реактору с нисходящим потоком, имеющему корпус, содержащий, по меньшей мере, два неподвижных каталитических слоя, разделенных промежуточной зоной, содержащей устройство для смешения и распределения текучих сред согласно изобретению.

Описание чертежей

На фигуре 1 показано осевое поперечное сечение каталитического реактора с нисходящим потоком, содержащего, по меньшей мере, два твердых каталитических слоя и содержащего компактное устройство смешения и распределения текучих сред согласно прототипу. Стрелка жирным шрифтом показывает направление течения текучих сред в реакторе.

На фигуре 2 показано осевое поперечное сечение каталитического реактора с нисходящим потоком, содержащего, по меньшей мере, два твердых каталитических слоя и содержащего компактное устройство смешения и распределения текучих сред согласно изобретению. Стрелка жирным шрифтом показывает направление течения текучих сред в реакторе.

На фигуре 3а представлен подробный вид смесительной зоны (В) устройства согласно настоящему изобретению (штриховые линии показывают части смесительной зоны (В), которые являются невидимыми, т.е. расположены внутри указанной зоны). Стрелки показывают направление течения текучих сред в смесительной зоне. На фигуре 3b представлен вид в перспективе смесительной зоны (В) устройства согласно настоящему изобретению.

На фигурах 4а-4f показаны различные альтернативы смесительной и обменной оболочек смесительной зоны (В) устройства согласно настоящему изобретению. Стрелки показывают направления течения текучих сред в распределительную зону (С).

На фигуре 5 показан частный вариант устройства согласно настоящему изобретению, в котором обменная оболочка расположена на расстоянии “d” от распределительной тарелки. Стрелки показывают направление течения текучих сред из обменной оболочки в распределительную зону (С).

Подробное описание изобретения

Компактное смесительное и распределительное устройство согласно настоящему изобретению используется в реакторе, в котором выполняются экзотермические реакции, такие как реакции гидроочистки, гидродесульфуризвции, гидроденитрогенизации, гидрокрекинга, гидрогенизации или также гидродеароматизации. Обычно реактор имеет форму, которая является удлиненной вдоль по существу вертикальной оси. По меньшей мере, одна реакционная текучая среда (также называемая «технологической текучей средой») циркулирует из верхней части к днищу указанного реактора через по меньшей мере, один неподвижный каталитический слой. Предпочтительно, на выпуске каждого слоя, за исключением последнего, реакционная текучая среда накапливается, затем смешивается с охлаждающей текучей средой в указанном устройстве перед распределением в каталитическом слое, расположенном ниже по потоку от распределительной тарелки. Ниже по потоку и выше по потоку определяются по отношению к потоку реакционной текучей среды. Реакционная текучая среда может быть газом или жидкостью или смесью, содержащей жидкость и газ; это зависит от типа реакции, выполняемой в реакторе.

Для лучшего понимания изобретения описание, приведенное здесь путем примера, относится к смесительному и распределительному устройству, используемому в реакторе, подходящем для реакций гидроочистки. Описание фигуры 1 относится к смесительному и распределительному устройству согласно прототипу, описание фигур 2-5 относится к смесительному и распределительному устройству согласно изобретению. Фигуры 2-5 сохраняют некоторые элементы фигуры 1, ссылочные номера на фигурах 2-5, которые являются идентичными ссылочным номерам фигуры 1, обозначают одинаковые элементы. Конечно, устройство согласно настоящему изобретению может использоваться без превышения объема изобретения в любом реакторе или устройстве и в любой области, в которой желательно получить хорошее смешение материалов или термическое смешение и хорошее распределение текучих сред.

На фигуре 1 показано смесительное и распределительное устройство согласно прототипу, размещенное в реакторе 1 с формой, которая является удлиненной вдоль по существу вертикальной оси, в котором, по меньшей мере, одна реакционная текучая среда циркулирует из верхней части к днищу через два каталитических слоя 2 и 14. Реакционная текучая среда может быть газом (или газовой смесью) или жидкостью (или жидкой смесью), или смесью, содержащей жидкость и газ. Смесительное и распределительное устройство размещается ниже каталитического слоя 2 по отношению к потоку реакционной текучей среды в корпусе 1. Несущая сетка 3 делает возможным нести каталитический слой 2 таким образом, чтобы освободить накопительное пространство (А) ниже последней (также называемое накопительной зоной (А)). Высота Н1 накопительного пространства (А) обычно составляет от 10 до 300 мм. Указанное накопительное пространство, или накопительная зона, (А) делает возможным накапливать поток, идущий из каталитического слоя 2, на уровне накопительного устройства 5. Накопительное устройство 5, также называемое отражательной перегородкой, является сплошной тарелкой, открытой только в положение 6 для отвода потока текучей среды в кольцевую смесительную камеру 9. Реакционная текучая среда, идущая из слоя 2, таким образом направляется в накопительную зону (А) для прохождения через вертикальную накопительную линию 7, которая сообщается с отверстием 6. Охлаждающая текучая среда вводится в накопительную линию 7 через линию 8 введения. Охлаждающая текучая среда может быть жидкостью или газом, или смесью, содержащей жидкость или газ. Указанная кольцевая камера 9 соединена ее впускным концом с накопительной линией 7. Охлаждающая текучая среда и реакционная текучая среда, идущая из верхнего слоя 2, таким образом, направляются для поступления в указанную камеру 9, в которой они смешиваются и подвергаются вихревому течению. На выпуске указанной камеры смесь текучих сред течет через тарелку 11 предварительного распределения, расположенную ниже по потоку от кольцевой смесительной камеры 9 в направлении циркуляции текучих сред. Обычно высота Н2 (смотри фигуру 1), измеренная между накопительным устройством 5 и тарелкой 11 предварительного распределения, составляет от 300 до 600 мм. Кольцевая смесительная камера 9 располагается на периферии реактора. Газовая и жидкая фазы смеси разделяются на перфорированной тарелке 11, которая обеспечена одной или более центральными трубками 4, сконструированными для обеспечения прохождения газа. Жидкость проходит через перфорации тарелки так, чтобы образовать поток типа ливня или дождя. Роль перфорированной тарелки 11 состоит в распределении потока, выходящего из кольцевой смесительной камеры 9, для того чтобы питать распределительную тарелку 12 относительно сбалансированным образом, причем указанная распределительная тарелка 12 расположена ниже по потоку от тарелки предварительного распределения в направлении циркуляции текучих сред. Обычно высота Н3 (смотри фигуру 1), измеренная между тарелкой 11 предварительного распределения и распределительной тарелкой 12, составляет от 100 до 700 мм. Распределительная тарелка 12 содержит трубки 13, роль которых состоит в перераспределении газовой и жидкой фаз на впуске каталитического слоя 14, расположенного ниже по потоку от распределительной тарелки.

Смесительное и распределительное устройство согласно прототипу, таким образом, содержит смесительную зону и распределительную зону, расположенные одна выше другой пакетированным образом. Смешение текучих сред выполняется по высоте Н2, и распределение текучих сред выполняется по высоте Н3. Как результат суммарное требование пространства Н в корпусе 1 смесительного и распределительного устройства согласно прототипу равняется Н1+Н2+Н3 (смотри фигуру 1).

Авторами изобретения разработано новое устройство для смешения и распределения текучих сред, которое является более компактным, чем описанное ранее, имеющим хорошее смешение текучих сред и хорошее распределение по каталитическому слою, расположенному ниже указанных устройств.

Что касается фигур 2, 3а и 3b, смесительное и распределительное устройство согласно настоящему изобретению может быть размещено в реакторе 1, имеющем удлиненную форму вдоль по существу вертикальной оси, в котором, по меньшей мере, одна реакционная текучая среда циркулирует из верхней части к днищу через, по меньшей мере, один каталитический слой 2. Устройство согласно настоящему изобретению расположено ниже каталитического слоя 2 по отношению к потоку реакционной текучей среды в корпусе 1. Несущая сетка 3 делает возможным нести каталитический слой 2 так, чтобы освободить накопительную зону (А), расположенную ниже каталитического слоя 2. Накопительная зона (А) должна обеспечить отвод реакционной текучей среды в накопительную линию 7 (смотри фигуры 3а и 3b). Реакционная текучая среда, которая течет, состоит, например, из газовой фазы и жидкой фазы. Более конкретно, реакционная текучая среда, проходящая через каталитический слой 2 выше по потоку, накапливается по существу горизонтальным накопительным устройством 5 (также называемым накопительной отражательной перегородкой), ведущим к по существу вертикальной накопительной линии 7, расположенной либо ниже накопительной зоны (А) на уровне зоны, называемой смесительной зоной (В) (как показано на фигуре 3b), либо на уровне накопительной зоны (А) (не показано на фигурах). Под по существу вертикальным и по существу горизонтальным понимается в смысле настоящего изобретения отклонение плоскости от вертикали, соответственно, горизонтали, под углом ᾳ, составляющим ±5 градусов. Накопительное устройство 5 (смотри фигуру 2) представлено сплошной тарелкой, расположенной в плоскости, перпендикулярной продольной оси корпуса ниже несущей сетки 3 каталитического слоя 2. Тарелка накопительного устройства 5 идет радиально от всей поверхности реактора 1. Она содержит на одном из своих концов отверстие 6 (смотри фигуры 3а и 3b), с которым соединяется накопительная линия 7. Накопительное устройство 5 делает возможным накапливать поток реакционной текучей среды, идущей из каталитического слоя 2 выше по потоку, и направлять его в указанную накопительную линию 7. Накопительное устройство 5 отстоит от несущей сетки 3 каталитического слоя 2 на высоту Н’1 (фигура 2). Высота Н’1 выбрана так, чтобы ограничивать падение давления в процессе накопления текучей среды, текущей из каталитического слоя 2, и ограничивать высоту просвета, т.е. высоту, образованную жидкостью, накопленной в накопительном устройстве 5. Высота просвета не влияет на отвод реакционной текучей среды в накопительную линию 7, она течет по этой линии, или она течет через верхний каталитический слой 2. Когда накопительная линия 7 и устройство 8 введения (фигура 3b) расположены на уровне смесительной зоны (В), высота Н’1 составляет от 10 до 200 мм, предпочтительно, от 30 до 150 мм, еще более предпочтительно, от 40 до 100 мм. Таким образом, реакционная текучая среда, идущая из слоя 2, направляется в накопительную зону (А) для прохождения через накопительную линию 7.

Когда накопительная линия 7 и устройство 8 введения расположены на уровне накопительной зоны (А), высота Н’1 составляет от 10 до 400 мм, предпочтительно, от 30 до 300 мм и, еще более предпочтительно, от 50 до 250 мм.

Ниже накопительной зоны (А) находится смесительная зона (B) и распределительная зона (С). Что касается фигур 3а и 3b, смесительная зона (В) содержит по существу вертикальную накопительную линию 7, подходящую для поступления реакционной текучей среды, накопленной накопительным устройством 5, и охлаждающей текучей среды, идущей из устройства 8 введения (смотри фигуру 3b), отрывающегося в указанную накопительную линию 7.

Смесительная зона (В) также содержит смесительную оболочку 15 (смотри фигуры 2 и 3а), расположенную ниже по потоку от накопительного устройства 5 в направлении циркуляции текучих сред. Накопительная линия 7, которая сообщается со смесительной оболочкой 15, может быть расположена выше смесительной оболочки 15 или на одном уровне с указанной оболочкой. Предпочтительно, накопительная линя 7 расположена на том же уровне, что и смесительная оболочка 15 (смотри фигуру 3). Аналогично, линия 8 введения может быть открытой выше смесительной оболочки, на том же уровне, что и указанная оболочка, или непосредственно внутрь указанной смесительной оболочки 15 с помощью устройства, известного специалисту в данной области техники, например, перфорированной трубы, проходящей через смесительную зону. Введение охлаждающей текучей среды может быть выполнено параллельно, поперечно или даже противоточно по отношению к реакционной текучей среде, идущей из накопительной зоны (А).

Распределительная зона (С) сама содержит распределительную тарелку 12, несущую множество трубок 13.

Характеристика настоящего изобретения основана на размещении смесительной зоны (В) на том же уровне, что и распределительная зона (С), и на том, что указанная смесительная зона представлена оболочкой 15 для смешения текучих сред, соединенной и сообщающейся с оболочкой 16 для обмена текучих сред (смотри фигуры 2 и 3а), причем обменная оболочка 16 расположена ниже по потоку от смесительной оболочки 15 в направлении циркуляции текучих сред. В смысле изобретения смесительная оболочка 15 означает пространство, в котором смешиваются реакционная текучая среда и охлаждающая текучая среда. Под обменной оболочкой 16 понимается пространство, в котором реакционная текучая среда и охлаждающая текучая среда находятся в прямом контакте с распределительной зоной (С) посредством секций 17а и 17b поперечных каналов (описано далее).

Конструкция смесительной зоны (В) обеспечивает смешение текучих сред в смесительной оболочке 15 и течение указанной смеси в обменную оболочку 16. Смешение реакционной текучей среды и охлаждающей текучей среды продолжает иметь место на уровне обменной оболочки 16. Что касается фигур 3а и 3b, обменная оболочка 16 содержит, по меньшей мере, одну секцию 17а или 17b поперечных каналов, подходящих для прохождения текучих сред из смесительной зоны (В) в распределительную зону (С). Предпочтительно, смесительная зона 16 содержит, по меньшей мере, две секции 17а и 17b поперечных каналов. Таким образом, только обменная оболочка 16 находится в прямом контакте с распределительной зоной (С). Секции 17а поперечных каналов обеспечивают, в частности, прохождение жидкости из обменной оболочки 16 в распределительную зону (С), и секции 17b поперечных каналов обеспечивают, в частности, прохождение газа из обменной оболочки 16 в распределительную зону (С).

Сечение смесительной оболочки 15 и сечение обменной оболочки 16 может быть четырехсторонним сечением, предпочтительно, трапецеидальным сечением и, более предпочтительно, параллелограммным сечением, или круглым сечением. Под трапецеидальным сечением понимается любое четырехстороннее сечение, где две противоположные стороны указанного сечения образуют параллельную пару. Под параллелограммным сечением понимается любое четырехстороннее сечение, где противоположные стороны указанного сечения образуют параллельную пару, например, параллелограммное сечение может быть прямоугольным, квадратным или ромбовидным сечением. Под круглым сечением понимается сечение в форме круга или овала. Несмотря на форму сечения смесительной оболочки 15 и обменной оболочки 16, высота или диаметр указанной камеры выбирается так, чтобы ограничивать падение давления и как можно больше ограничивать требование к пространству в реакторе. Преимущественно сечение смесительной оболочки 15 и обменной оболочки 16 является прямоугольным (смотри фигуры 2-5). Прямоугольное сечение оболочек, кроме облегчения механического осуществления, обеспечивает их изготовление и частичную сборку вне реактора, при обеспечении их последующей легкой установки в реактор. Сечение смесительной оболочки 15 может отличаться от сечения обменной оболочки 16 (смотри фигуры 4b, 4c, 4e и 4f).

Смесительная оболочка 15 и обменная оболочка 16 могут быть вообще любой формы. Стенки смесительной оболочки 15 и обменной оболочки 16 могут, в частности, идти по прямой линии (“I” форма) или могут быть изогнуты (“C” форма), или также могут иметь углы (“L” форма). Смесительная зона (В) может быть расположена в любом положении в распределительной зоне (С). Например, смесительная зона (В) может быть расположена в центре распределительной зоны (С) или может быть смещена от последней позиции. Таким образом, длина смесительной и обменной оболочек определяется специалистом в данной области техники в зависимости от их положения в корпусе 1 реактора. Преимущественно концы смесительной оболочки 15 и обменной оболочки 16 не контактируют со стенкой корпуса 1 реактора, так чтобы обеспечить циркуляцию текучих сред по распределительной тарелке 12 на любой стороне смесительной оболочки 15 и обменной оболочки 16.

В варианте согласно настоящему изобретению смесительная оболочка 15 расположена выше указанной обменной оболочки 16 (как показано на фигурах 2, 3а и 3b). Смесительная оболочка 15 также может быть расположена ниже указанной обменной оболочки 16 (смотри фигуру 4а). В другом варианте согласно настоящему изобретению смесительная зона (В) может содержать смесительную оболочку 15 и множество обменных оболочек 16. Например, обменная оболочка 16 может быть расположена на любой стороне смесительной оболочки 15 (смотри фигуру 4с). По меньшей мере, одно отверстие 18 (смотри фигуру 3а) размещается в смесительной зоне (В) для того, чтобы обеспечить прохождение смеси текучих сред из смесительной оболочки 15 в обменную оболочку 16. Положение, форма и размер отверстия выбираются специалистом в данной области техники так, чтобы ограничить падение давления в процессе течения смеси текучих сред.

Преимущественно смесительная оболочка и обменная оболочка (оболочки) 16 составляют единую часть.

В другом варианте изобретения смесительная оболочка 15 может содержать один или более уровней (два уровня в контексте фигуры 4d). Когда смесительная оболочка 15 содержит несколько уровней, прохождение текучих сред с одного уровня на другой осуществляется с помощью, по меньшей мере, одной секции каналов (не показано на фигуре 4d) перфорированого или щелевого типа; поверхность указанной секции каналов выбирается так, чтобы возмутить течение текучих сред, не вызывая в результате значительного падения давления. Положение, форма и размер секции (секций) каналов между двумя уровнями смесительной зоны 15 выбирается (выбираются) специалистом в данной области техники так, чтобы ограничить падение давления в процессе течения смеси текучих сред.

Согласно настоящему изобретению совокупная общая высота Н’2 указанной смесительной оболочки 15 и указанной обменной оболочки 16 составляет от 200 до 800 мм, предпочтительно, от 300 до 750 мм, и, даже более предпочтительно, от 350 до 700 мм.

Предпочтительно, ширина “W” (смотри фигуру 3а) обменной оболочки 16 составляет от 200 до 800 мм, предпочтительно, от 250 до 700 мм, и, даже более предпочтительно, от 300 до 600 мм.

Объемное соотношение (в %) между объемной оболочкой (оболочками) 16 и смесительной оболочкой 15 составляет от 5 до 60%, предпочтительно, от 10 до 40%.

Распределительная зона (С), идущая сверх высоты Н’3 (смотри фигуру 2), содержит распределительную тарелку 12 (также называемую здесь как тарелка-распределитель) и множество трубок 13. Точнее, трубки 13 являются открытыми на их верхнем конце через верхнее отверстие и имеют ряд поперечных отверстий по их поперечной стенке (не показано на фигурах), предназначенных для жидкой фазы (через отверстия) и газообразной фазы (через верхнее отверстие) для прохода раздельно в трубках, так чтобы тщательно смешать их внутри указанных трубок. Форма поперечных отверстий может быть очень различной, обычно круглой или прямоугольной; указанные отверстия, предпочтительно, распределяются по каждой из трубок на нескольких уровнях, которые являются по существу идентичными от одной трубки к другой, обычно на, по меньшей мере, одном уровне, и, предпочтительно, от 1 до 10 уровней, с тем, чтобы обеспечить, чтобы поверхность раздела, устанавливаемая между газообразной фазой и жидкой фазой, была бы как можно правильной.

По сравнению со смесительным и распределительным устройством прототипа смесительное и распределительное устройство согласно настоящему изобретению не содержит тарелку 11 предварительного распределения, обеспеченную трубками. Cогласно существенному аспекту устройства согласно настоящему изобретению смесительная зона (В) расположена на том же уровне, как и распределительная зона (С). Смесительное и распределительное устройство согласно настоящему изобретению является, таким образом, значительно более компактным по сравнению с устройством, известными из прототипа. По сравнению с устройством согласно прототипу, как показано на фигуре 1, суммарное требование к пространству смесительного и распределительного устройства согласно изобретению составляет H=H’1+H’3 (смотри фигуру 2).

В варианте согласно настоящему изобретению оболочка или оболочки 15 или 16, ближайшие к распределительной тарелке 12, размещается (размещаются) непосредственно на распределительной тарелке 12 (смотри фигуру 2).

В другом варианте (смотри фигуру 5) оболочка или оболочки 15 и/или 16, ближайшие к распределительной тарелке, располагается (располагаются) на расстоянии “d” от указанной распределительной тарелки 12, предпочтительно, составляющем от 20 до 150 мм, и, более предпочтительно, составляющем от 30 до 80 мм. Пространство, находящееся между распределительной тарелкой 12 и оболочкой или оболочками 15 и/или 16, обеспечивает распределение текучих сред по всей поверхности распределительной тарелки 12 и, таким образом, делает возможным гомогенизировать распределение смеси текучих сред по всему сечению реактора выше каталитического слоя 14, расположенного ниже по потоку от смесительного и распределительного устройства в направлении циркуляции текучих сред. В данном варианте обменная оболочка 16 может содержать в своей нижней части секции продольных каналов (не показано на фигуре 5), так что смесь текучих сред может течь к распределительной тарелке 12 (течение текучих сред показано горизонтальными стрелками на фигуре 5).

Альтернативно, когда обменная оболочка 16 помещается непосредственно на распределительной тарелке 12, указанная обменная оболочка может содержать в своей нижней части секции продольных каналов (не показано на фигурах), так что смесь текучих сред может проходить непосредственно через распределительную тарелку 12. Конечно, число, форма и размер секций продольных каналов выбраны так, что меньшая часть потока смеси текучих сред проходит через указанные секции продольных каналов. Секции продольных каналов могут в равной степени иметь форму отверстий и/или щелей.

Предпочтительно, смесительная оболочка 15 может содержать, по меньшей мере, одно отклоняющее устройство (не показано на фигурах) на, по меньшей мере, одной из внутренних стенок указанной смесительной оболочки. Присутствие, по меньшей мере, одного устройства отклонения смеси текучих сред, проходящих через указанную смесительную оболочку 15, делает возможным увеличить поверхность обмена между двумя фазами и, таким образом, эффективность передачи тепла и материала между жидкой фазой и/или газообразной фазой, проходящих через указанную смесительную оболочку 15. Указанное отклоняющее устройство может присутствовать в нескольких геометрических формах, делая возможным улучшить эффективность смесительной оболочки, понятно, что указанные формы обеспечивают, по меньшей мере, частичное отклонение пути смеси текучих сред, проходящей через указанную обменную оболочку 16. Например, отклоняющее устройство может присутствовать в форме крючка, треугольного, квадратного, прямоугольного, яйцевидного сечения или другой формы сечения. Отклоняющее устройство может также присутствовать в форме одного или более фиксированных ребра (ребер) или одной или более фиксированных лопатки (лопаток), или решетки.

Ниже распределительной тарелки 12 может быть расположена диспергирующая система с тем, чтобы равномерно распределять текучие среды по каталитическому слою 14, расположенному ниже по потоку от указанной системы. Диспергирующая система содержит одно или более диспергирующих устройств 19 (смотри фигуру 2), способных соединяться с каждой трубкой 13, суммарно с несколькими трубками 13, или также суммарно со всеми трубками 13 распределительной тарелки 12. Каждое диспергирующее устройство 19 имеет по существу плоскую и горизонтальную геометрию, но может иметь периметр любой формы. Кроме того, каждое диспергирующее устройство 19 может быть расположено на различной высоте. Преимущественно указанное диспергирующее устройство присутствует в форме решеток и может, необязательно, содержать дефлекторы. Преимущественно ось решетки (решеток) 19 является, предпочтительно, перпендикулярной продольной оси корпуса реактора с тем, чтобы улучшать распределение смеси текучих сред по всему радиальному сечению корпуса реактора. Расстояние, отделяющее диспергирующую систему от слоя гранулированных твердых материалов, расположенного непосредственно ниже, выбирается так, чтобы как можно дольше сохранить состояние смеси газообразной и жидкой фаз, как на выпуске трубок 13.

Предпочтительно, расстояние между распределительной тарелкой 12 и каталитическим слоем 14, расположенным ниже указанной распределительной тарелки, составляет от 50 до 400 мм, предпочтительно, от 100 до 300 мм. Расстояние между распределительной тарелкой 12 и указанным диспергирующим устройством 19 составляет от 0 до 400 мм, предпочтительно, от 0 до 300 мм.

В частном варианте распределительная тарелка 12 помещена на диспергирующее устройство 19.

По сравнению с устройством, описанном в прототипе, и еще более конкретно, по сравнению с устройством, описанным в документе FR 2952835, смесительное и распределительное устройство согласно настоящему изобретению имеет следующие преимущества:

- увеличенная компактность благодаря интегрированию в одном и том же положении смесительной зоны и распределительной зоны текучих сред;

- хорошая тепловая эффективность и хорошая смесительная эффективность с помощью потока смеси текучих сред в смесительной зоне, содержащей смесительную оболочку, необязательно, включая устройство отклонения текучих сред; и одну или более оболочку (оболочек), расположенных на уровне распределительной тарелки.

Пример

В последующих примерах устройство согласно настоящему изобретению (устройство В) сравнивается с устройством не в соответствии с изобретением (устройство А). Для обоих устройств считается, что высоты Н1 и Н’1 накопительного пространства (А) являются идентичными и равными 120 мм. Аналогично накопительная линия 7 и устройство 8 введения располагаются на том же уровне, как смесительная зона (В). Таким же образом высота между распределительной тарелкой 12 и верхом второго каталитического слоя 14 фиксируется при 400 мм. Сравнение между указанными двумя устройствами основано на их компактности в каталитическом реакторе. Указанные примеры даны здесь путем иллюстрации, а не путем ограничения объема изобретения.

Устройство А (не в соответствии с изобретением)

Для реактора с внутренним диаметром 5 м требование к пространству традиционного смесительного устройства, такого как рассмотренное в документе FR 2952835A1, содержащегося между верхним концом накопительной линии 7 и тарелкой 11 предварительного распределения, составляет приблизительно 650 мм (соответствуя высоте Н2). Требование к суммарному пространству составляет приблизительно 950 мм, когда добавляется требование к пространству распределительной тарелки 12, расположенной ниже тарелки 11 предварительного распределения (соответствуя высоте Н3=300 мм).

Таким образом, суммарное требование к пространству традиционного смесительного и распределительного устройства, взятое между днищем первого каталитического слоя 2 и верхом второго каталитического слоя 14, составляет 120+950+400=1470 мм.

Устройство В (согласно настоящему изобретению)

Для реактора с диаметром 5 м высота распределительного и смесительного устройства согласно настоящему изобретению, находящаяся между верхним концом накопительной линии 7 и распределительной тарелкой 12, составляет 450 мм (соответствуя высоте H’3). Смесительная зона (В) содержит смесительную оболочку 15, содержащую два уровня, каждый высотой 150 мм, и обменную оболочку высотой 150 мм (что соответствует высоте H’2 150+150+150=450 мм). Ширина “W” смесительной оболочки 15 и обменной оболочки 16 составляет 400 мм. Обменная оболочка 16 соединяется с распределительной тарелкой (С) с помощью секций 17а и 17b поперечных каналов, расположенных на 0-10 мм выше тарелки (для секций 17b) и на 130-140 мм выше тарелки (для секций 17а). Таким образом, суммарное требование к пространству смесительного и распределительного устройства согласно настоящему изобретению, взятое между днищем первого каталитического слоя 2 и верхом второго каталитического слоя 14, составляет 120+450+400=970 мм.

Таким образом, путем сравнения, устройство согласно настоящему изобретению обеспечивает приблизительно 34% экономию пространства по сравнению с устройством А. Пространство, сэкономленное компактностью устройства согласно настоящему изобретению по сравнению с устройством-прототипом, может использоваться для каталитических слоев. Таким образом, устройство согласно настоящему изобретению также обеспечивает улучшение характеристик реактора при увеличении количества катализатора в каталитических слоях, и еще более легкими изготовлением и установкой, чем такое же устройство согласно прототипу.

Изобретение относится к области экзотермических реакций и, более конкретно, реакциям гидроочистки, гидродесульфуризвции, гидроденитрогенизации, гидрокрекинга, гидрогенизации, гидродеоксигенирования или гидродеароматизации, выполняемым в реакторе с неподвижным слоем, более конкретно, к устройству смешения и распределения текучих сред в реакторе с параллельным нисходящим потоком и к его применению для выполнения экзотермических реакций. Устройство для смешения и распределения текучих сред для каталитического реактора с нисходящим потоком содержит по меньшей мере одну накопительную зону, по меньшей мере одну смесительную зону, содержащую по меньшей мере одну оболочку для смешения текучих сред, по меньшей мере одну распределительную зону, смесительная зона расположена на том же уровне, как и распределительная зона, и также содержит по меньшей мере одну оболочку для обмена текучих сред, соединенную и сообщающуюся с указанной смесительной оболочкой, причем указанная обменная оболочка содержит по меньшей мере одну секцию поперечных каналов, подходящих для прохождения текучих сред из указанной обменной оболочки в указанную распределительную зону. Изобретение обеспечивает смесительное устройство и распределительное устройство для текучих сред, которые занимают малое пространство при их размещении в каталитическом реакторе, а обеспечивают хорошую эффективность для смешения текучих сред, хорошую температурную равномерность и хорошее распределение. 2 н. и 13 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Устройство для смешения и распределения текучих сред для каталитического реактора с нисходящим потоком, содержaщее:

- по меньшей мере одну накопительную зону (А), содержащую по меньшей мере одно накопительное устройство (5);

- по меньшей мере одну по существу вертикальную накопительную линию (7), выполненную с возможностью приема реакционной текучей среды, накопленной указанным накопительным устройством (5), и по меньшей мере одно устройство (8) введения, открывающееся в указанную накопительную линию (7) для введения охлаждающей текучей среды;

- по меньшей мере одну смесительную зону (В), расположенную ниже по потоку от накопительного устройства (5) в направлении циркуляции текучих сред и сообщающуюся с указанной накопительной линией (7), причем указанная смесительная зона (В) содержит по меньшей мере одну оболочку (15) для смешения текучих сред;

- по меньшей мере одну распределительную зону (С), расположенную ниже по потоку от указанной смесительной зоны (В) в направлении циркуляции текучих сред, содержащую распределительную тарелку (12), несущую множество трубок (13);

отличающееся тем, что указанная смесительная зона (В) расположена на том же уровне, что и распределительная зона (С), и также содержит по меньшей мере одну оболочку (16) для обмена текучих сред, соединенную и сообщающуюся с указанной смесительной оболочкой (15), причем указанная обменная оболочка (16) содержит по меньшей мере одну секцию (17a, 17b) поперечных каналов, выполненных с возможностью прохождения текучих сред из указанной обменной оболочки (16) в указанную распределительную зону (С).

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что указанная смесительная оболочка (15) расположена выше указанной обменной оболочки (16).

3. Устройство по п. 1 или 2, отличающееся тем, что совокупная общая высота H’2 указанной смесительной оболочки (15) и указанной обменной оболочки (16) составляет от 200 до 800 мм.

4. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что ширина W указанной обменной оболочки (16) составляет от 200 до 800 мм.

5. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что поперечное сечение указанной смесительной оболочки (15) и/или указанной обменной оболочки (16) является параллелограммом.

6. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что объемное соотношение указанной обменной оболочки (16) и указанной смесительной оболочки (15) составляет от 5 до 60%.

7. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что секции (17а, 17b) поперечных каналов распределены на по меньшей мере двух уровнях.

8. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что указанная смесительная оболочка (15) и указанная обменная оболочка (16) образуют единую часть.

9. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что оно также содержит диспергирующую текучие среды систему, расположенную ниже указанной распределительной тарелки (12), причем указанная диспергирующая система содержит по меньшей мере одно диспергирующее устройство (19) текучих сред.

10. Устройство по п. 9, отличающееся тем, что указанным диспергирующим устройством (19) является решетка, причем ось указанной решетки является перпендикулярной продольной оси корпуса реактора.

11. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что указанная смесительная оболочка (15) расположена между двумя обменными оболочками (16).

12. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что указанная смесительная оболочка (15) содержит по меньшей мере одно отклоняющее устройство на по меньшей мере одной или более внутренней стенке (стенках) указанной смесительной оболочки (15).

13. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что указанная обменная оболочка (16) содержит множество секций горизонтальных каналов, подходящих для прохождения текучих сред из указанной обменной зоны (16) к распределительной тарелке (12).

14. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что оболочка или оболочки (15) и/или (16), ближайшие к распределительной тарелке (12), располагается (располагаются) на расстоянии “d” от указанной распределительной тарелки (12), составляющем от 20 до 150 мм.

15. Каталитический реактор с нисходящим потоком, имеющий корпус (1), содержащий по меньшей мере два неподвижных каталитических слоя (2, 14), разделенных промежуточной зоной, содержащей устройство для смешения и распределения текучих сред по любому из пп. 1-14.