УСТРОЙСТВО ДЛЯ СМЕШИВАНИЯ И РАСПРЕДЕЛЕНИЯ С ЗОНАМИ СМЕШЕНИЯ И ОБМЕНА И ДЕФЛЕКТОРАМИ Российский патент 2020 года по МПК B01J8/04 B01J19/00 B01J4/00 

Настоящее изобретение применяется в области экзотермических реакторов, в частности, к реакциям гидрообработки, гидрообессеривания, гидродеазотирования, гидрогенирования, гидродезоксигенирования, гидроизомеризации, гидродепарафинизации или гидродеароматизации, осуществляемым в реакторе с неподвижным слоем. Изобретение касается, в частности, устройства для смешивания и распределения текучих сред в реакторе с ниспадающим прямоточным истечением и его применения для осуществления экзотермических реакций.

Известный уровень техники

Экзотермические реакции, осуществляемые, например, при очистке и/или в нефтехимии, нуждаются в охлаждении дополнительной жидкостью, называемой охлаждающей жидкостью, чтобы избежать термического разгона каталитического реактора, в котором их осуществляют. Каталитические реакторы, используемые для этих реакций, содержат обычно, по меньшей мере, один слой твердого катализатора. Экзотермический характер реакций требует сохранения гомогенного градиента температуры в среде реактора, чтобы избежать существования горячих точек в слое катализатора, находящегося в реакторе. Слишком горячие зоны могут преждевременно уменьшать активность катализатора и/или приводить к неселективным реакциям и/или приводить к термическим разгонам. Следовательно, важно располагать в реакторе, по меньшей мере, одной камерой смешения, расположенной между двумя слоями катализатора, которая обеспечивает равномерное распределение температуры текучих сред по сечению реактора и охлаждение реакционных текучих сред до желаемой температуры.

Чтобы осуществить эту гомогенизацию, специалисты в данной области часто прибегают к использованию специфических внутренних конструкций, часто сложных, включающих в себя как можно более равномерное введение закалочной жидкости в сечение реактора. Например, в документе FR 2824495 A1 описано устройство для резкого охлаждения, позволяющее обеспечить эффективный обмен между охлаждающей или охлаждающими жидкостью(ями) и текучей средой или текучими средами способа. Это устройство интегрировано в корпус и содержит форсунку для инжектирования охлаждающей жидкости, заслонку для сбора текучих сред, собственно камеру охлаждения, осуществляющую смешивание между охлаждающей жидкостью и ниспадающим потоком, и систему распределения, состоящую из перфорированной кюветы и распределительной пластины. Камера охлаждения содержит отражатель, обеспечивающий приведение в турбулентное движение текучих сред по направлению, существенно не радиальному и не параллельному оси указанного корпуса ниже по потоку от отражателя, в направлении прохождения реакционной текучей среды, по меньшей мере, одно проходное сечение для выхода смеси текучих сред, образующейся в камере. Это устройство позволяет преодолеть некоторые неудобства различных систем известного уровня техники, но остается неудобным.

Чтобы устранить проблему неудобства, устройство для смешивания текучих сред в реакторе с ниспадающим потоком было разработано и описано в документе FR 2952835 A1. Это устройство содержит средство для горизонтального сбора, снабженное вертикальным коллекторным трубопроводом для восприятия текучих сред средством инжектирования, размещенным в коллекторном трубопроводе и смесительной камерой кольцевого сечения, расположенной ниже по потоку от коллекторного средства в направлении прохождения текучих сред. Смесительная камера содержит входной конец, соединенный с коллекторным каналом, и выходной конец, обеспечивающий проход текучих сред, а также горизонтальную пластину предварительного распределения, содержащую, по меньшей мере, один канал. Преимущество этого устройства заключается в том, что оно является более компактным, чем устройство, описанное ранее, и обеспечивает хорошее смешивание и хорошую равномерность по температуре.

Для того чтобы еще больше уменьшить габаритные размеры устройства для смешивания и распределения, другое решение, предложенное во французской заявке n⁰15/52.783, заключается в реализации устройства для смешивания и распределения текучих сред, в котором зона смешивания и зона распределения текучих сред расположены на одном и том же уровне. Такое устройство представлено на фигурах с 1а по 1с и будет подробно описано ниже.

Однако такое устройство может представлять определенные неудобств, когда уровень жидкой фазы в зоне распределения устройства является высоким, способным частично перекрывать боковые проходные сечения, предназначенные для прохода газообразной фазы из зоны смешивания в зону распределения, что приводит к плохому истечению указанной газообразной фазы в зону распределения и, следовательно, порождает нарушение равновесия относительно гомогенного распределения текучих сред на слое катализатора, расположенном обычно ниже указанного устройства. Цель изобретения состоит в том, чтобы предложить усовершенствование устройства для смешивания и распределения текучих сред, описанного во французской заявке n⁰15/52.783, которое могло бы устранить неудобства, указанные перед этим, оставаясь при этом не громоздким и позволяя реализовать хорошую эффективность смешивания и распределения текучих сред.

Объекты изобретения

Объектом изобретения является устройство для смешивания и распределения текучих сред для каталитического реактора с ниспадающим потоком, при этом указанное устройство включает в себя:

- по меньшей мере, одну коллекторную зону (А), содержащую по меньшей мере одно средство для сбора;

- по меньшей мере, один приблизительно вертикальный коллекторный трубопровод, способный воспринимать реакционную текучую среду, собранную указанным средством для сбора, и по меньшей мере одно средство инжектирования, открывающееся в указанный коллекторный трубопровод, для инжектирования охлаждающей жидкости;

- по меньшей мере, одну зону смешивания (В), расположенную ниже по потоку указанного коллекторного трубопровода в направлении прохождения текучих сред, сообщающуюся с указанным коллекторным трубопроводом, при этом зона смешивания (В) содержит, по меньшей мере, одну смесительную камеру для смешивания текучих сред;

- по меньшей мере, одну зону распределения (С), расположенную ниже по потоку от указанной зоны смешивания (В) в направлении прохождения текучих сред, содержащую распределительную пластину, несущую множество каналов;

указанная зона смешивания (В) расположена на том же уровне, что зона распределения (С), и содержит, кроме того, по меньшей мере, одну камеру обмена текучих сред, соединенную и сообщающуюся с указанной смесительной камерой, при этом указанная камера обмена содержит, по меньшей мере, одно верхнее боковое проходное сечение и по меньшей мере одно нижнее боковое проходное сечение, способные к пропусканию текучих сред из указанной обменной камеры в указанную зону распределения (С),

отличающееся тем, что указанная камера обмена содержит, кроме того, средство для отклонения текучих сред, закрепленное на указанной камере обмена и расположенное ниже по потоку, по меньшей мере, одного верхнего бокового проходного сечения в направлении прохождения текучих сред, при этом указанное средство для отклонения текучих сред образует с указанной камерой обмена пространство, по форме, представляющее собой чашу.

Предпочтительно, указанная смесительная камера расположена выше указанной камеры обмена.

Благоприятно, верхний конец указанного средства для отклонения текучих сред расположен выше последнего уровня боковых отверстий указанных каналов по отношению к распределительной пластине.

Предпочтительно, верхний конец указанного средства для отклонения текучих сред, кроме того, расположен ниже верхнего конца указанных каналов.

Благоприятно, верхний конец указанного средства для отклонения текучих сред расположено на том же самом уровне, что верхний конец указанных каналов.

Благоприятно, указанное средство для отклонения текучих сред содержит, по меньшей мере, одно отверстие, способное для прохода жидкой фазы в направлении распределительной пластины.

Благоприятно, каждое верхнее боковое проходное сечение указанной камеры обмена соединено со средством отклонения текучих сред.

Предпочтительно, общая совокупная высота Н2 указанной смесительной камеры и указанной камеры обмена находится в интервале от 200 до 1500 мм.

Благоприятно, ширина L указанной камеры обмена находится в интервале от 200 до 1100 мм.

Предпочтительно, объемное отношение между указанной камерой обмена и указанной смесительной камерой находится в интервале от 5 до 60%.

Благоприятно, указанная смесительная камера и указанная камера обмена образуют один элемент.

Предпочтительно, указанная смесительная камера содержит, по меньшей мере, средство отклонения, по меньшей мере, на одной внутренней стенке или внутренних стенках указанной смесительной камеры.

Благоприятно, указанная камера обмена содержит множество горизонтальных проходных сечений, способных пропускать текучие среды из указанной зоны обмена к распределительной пластине.

Предпочтительно, камера обмена расположена на расстоянии ʺdʺ от распределительной пластины, находящемся в интервале от 20 до 150 мм.

Другой объект согласно изобретению касается каталитического реактора с ниспадающим потоком, включающего в себя корпус, содержащий, по меньшей мере, два слоя неподвижного катализатора, разделенных промежуточной зоной, содержащей устройство для смешивания и распределения текучих сред согласно изобретению.

Описание фигур

Фигура 1 представляет осевой разрез каталитического реактора с ниспадающим потоком, содержащего, по меньшей мере, два слоя твердого катализатора и включающего в себя компактное устройство для смешивания и распределения текучих сред, такое как описанное во французской заявке n⁰15/52.783. Фигура 1b представляет соответственно детальный вид зоны смешивания (В) устройства согласно фигуре 1а (пунктирные линии представляют невидимые части зоны смешивания, то есть находящиеся внутри указанной зоны).

Фигура 1с представляет вид в перспективе зоны смешивания (В) устройства согласно фигуре 1а.

Фигура 2 представляет осевой разрез каталитического реактора с ниспадающим потоком, содержащего, по меньшей мере, два слоя твердого катализатора и включающего в себя компактное устройство для смешивания и распределения текучих сред согласно изобретению, причем это последнее содержит средства для о отклонения текучих сред 24.

Фигура 3 представляет собой разрез устройства для смешивания и распределения согласно изобретению, распределительной пластины 12 и каналов 13. Стрелки показывают направления истечения текучих сред из камеры обмена в зону распределения (С).

Фигура 4 представляет собой изображение частного способа осуществления устройства согласно изобретению, в котором средства отклонения текучих сред 24 содержат, кроме того, по меньшей мере, одно отверстие 20, способное пропускать жидкую фазу в направлении распределительной пластины 12.

Фигура 5 представляет собой изображение в перспективе средства отклонения текучих сред 24 согласно частному способу осуществления согласно изобретению.

Подробное описание изобретения

Компактное устройство для смешивания и распределения согласно изобретению используют в реакторе, в котором осуществляются экзотермические реакции, такие как реакции гидрообработки, гидрообессеривания, гидродеазотирования, гидрокрекинга, гидрогенирования, гидродезоксигенирования, Обычно, реактор имеет удлиненную форму вдоль практически вертикальной оси. Заставляют циркулировать сверху вниз указанного реактора, по меньшей мере, одну текучую реакционную среду (называемую также «технологической жидкостью») через по меньшей мере один неподвижный слой катализатора. Благоприятно, на выходе из каждого слоя, за исключением последнего, реакционную среду собирают, затем смешивают с охлаждающей жидкостью (называемой также «закалочной жидкостью» согласно англо-саксонской терминологии) в указанном устройстве перед тем, как распределить по слою катализатора, расположенного ниже распределительной пластины. Низ и верх определяют по отношению направления потока текучей реакционной среды. Текучая реакционная среда может представлять собой газ или жидкость или смесь, состоящую из жидкости и газа; это зависит от типа реакции, осуществляемой в реакторе.

Возвращаясь к фигурам с 1а по 1с, устройство для смешивания и распределения согласно известному уровню техники может быть расположено в реакторе 1 удлиненной формы вдоль практически вертикальной оси, в котором заставляют циркулировать сверху вниз, по меньшей мере, одну текучую реакционную среду через по меньшей мере один слой катализатора 2. Устройство расположено ниже слоя катализатора 2 по отношению к потоку текучей реакционной среды в корпусе 1. Несущая решетка 3 позволяет поддерживать слой катализатора 2 таким образом, чтобы очищать от примесей коллекторную зону (А), расположенную под слоем катализатора 2. Коллекторная зона (А) необходима для того, чтобы обеспечить сток текучей реакционной среды до коллекторного трубопровода 7 (см. фигуры 1b и 1с). Текучая реакционная среда, которая вытекает, состоит, например, из газовой фазы и жидкой фазы. Реакционную текучую среду, прошедшую через слой катализатора 2, собирают почти горизонтальным средством для сбора 5 (называемым также здесь коллекторным дефлектором), приводящим к почти вертикальному коллекторному трубопроводу 7, расположенному либо ниже коллекторной зоны (А) на уровне зоны, называемой зоной смешивания (В) (такой, как представленная на фигурах 1b и 1с), либо на уровне коллекторной зоны (А)(не представленной на фигурах). Под терминами «почти вертикальный(ая)» и «почти горизонтальный(ая)» подразумевают, с точки зрения настоящего изобретения, отклонение плоскости от вертикали, соответственно о горизонтали, под углом α, находящимся в интервале ±5 градусов. Средство сбора 5 (см. фигуру 1а) состоит из сплошной пластины, расположенной в плоскости, перпендикулярной продольной оси корпуса, под несущей решеткой 3 слоя катализатора 2. Пластина средства сбора 5 простирается радиально на всю поверхность реактора 1. Она содержит на одном из ее концов отверстие 6 (см. фигуры 1b и 1с) с которым соединен указанный коллекторный трубопровод 7. Средство сбора 5 позволяет собирать поток реакционной текучей среды, выходящий из каталитического слоя 2, расположенного выше, и направлять его к указанному коллекторному трубопроводу 7. Средство сбора 5 отстоит от несущей решетки 3 слоя катализатора на высоту Н1 (фигура 1а). Высоту Н1 выбирают таким образом, чтобы ограничить потерю сырья при сборе текучей среды, вытекающей из слоя катализатора 2, и ограничить высоту сохранения, то есть высоту, образуемую жидкостью, накапливающейся в средстве сбора 5. Высота сохранения не изменяет ни сток реакционной текучей среды в коллекторный трубопровод 7, ни ее слив в этот трубопровод, ни ее поток через верхний каталитический слой 2. Когда коллекторный трубопровод 7 и форсунка 8 (фигура 1с) расположены на уровне зоны смешивания (В), высота Н1 находится в интервале от 10 до 500 мм, предпочтительно, от 10 до 200 мм, более предпочтительно, от 30 до 150 мм, и еще более предпочтительно, от 40 до 100 мм. Итак, реакционную текучую среду, выходящую из слоя 2, вынуждают в коллекторной зоне (А) проходить через коллекторный трубопровод 7. Когда коллекторный трубопровод 7 и форсунка 8 расположены на уровне коллекторной зоны (А), высота Н1 находится в интервале от 10 до 400 мм, предпочтительно, от 30 до 300 мм, и еще более предпочтительно, от 50 до 250 мм.

Ниже коллекторной зоны (А) находятся зона смешивания (В) и зона распределения (С). Возвращаясь к фигурам 1b и 1с, зона смешивания (В) содержит почти вертикальный коллекторный трубопровод 7, способный воспринимать реакционную текучую среду, собранную средством сбора 5 и охлаждающую жидкость, происходящую из форсунки 8 (см. фигуру 1С), открывающейся в указанный коллекторный трубопровод 7.

Зона смешивания (В) содержит, кроме того, смесительную камеру 15 (см. фигуры 1а и 1b), расположенную ниже по потоку от средства сбора 5 в направлении прохождения текучих сред. Коллекторный трубопровод 7, который сообщается со смесительной камерой 15, может быть расположен выше смесительной камеры 15 или на том же самом уровне, что указанная камера. Предпочтительно, коллекторный трубопровод 7 расположен на том же самом уровне, что смесительная камера 15 (см. в частности фигуру 1b). Так же, форсунка 8 может выходить выше смесительной камеры 15, на том же уровне, что указанная камера, или непосредственно внутрь указанной смесительной камеры 15 через устройство, известное специалистам в данной области, например, перфорированную трубу, проходящую через зону смешивания 15. Инжектирование охлаждающей жидкости может быть осуществлено в прямотоке, в скрещенном потоке, даже в противотоке по отношению к реакционной текучей среде, выходящей из коллекторной зоны (А).

Зона распределения (С), что касается ее, содержит распределительную пластину 12, несущую множество каналов 13. Зона распределения (С), простирающаяся на высоту Н3 (см. фигуру 1а), содержит распределительную пластину 12 (называемую здесь также пластинчатым распределителем или пластиной распределения) и множество каналов 13. Точнее, каналы 13 открыты на их верхнем конце через верхнее отверстие и имеют вдоль их боковой стенки ряд боковых отверстий 21, предназначенных для раздельного прохода жидкой фазы (через отверстия) и газовой фазы (через верхнее отверстие) внутри каналов 13 таким образом, чтобы получить их гомогенную смесь внутри указанных каналов 13. Форма боковых отверстий 21 может быть очень изменчивой, обычно круглой или прямоугольной, при этом эти отверстия предпочтительно распределены на каждом из каналов по нескольким почти одинаковым уровням от одного канала к другому, обычно, по меньшей мере, на одном уровне и, предпочтительно, от 1 до 10 уровней, таким образом, чтобы обеспечить установление как можно более четкой межфазной границы между газовой фазой и жидкой фазой.

Важнейшая характеристика устройства согласно известному уровню техники заключается в размещении зоны смешивания (В) на том же самом уровне, что зоны распределения (С), и в том, что указанная зона смешивания (В) представляет собой камеру для смешивания 15 текучих сред, соединенную и сообщающуюся с камерой обмена 16 текучих сред (см. фигуры 1а и 1b), при этом камера обмена 16 расположена ниже по потоку от смесительной камеры 15 в направлении прохождения текучих сред. Под смесительной камерой 15 подразумевают пространство, в котором осуществляют смешивание между реакционной текучей средой и охлаждающей жидкостью. Под «камерой обмена» 16 подразумевают пространство, в котором смешанные реакционная текучая среда и охлаждающая жидкость находятся в непосредственном контакте с зоной распределения (С) через верхние 17а и нижние 17b боковые проходные сечения.

Конфигурация зоны смешивания (В) обеспечивает смешивание текучих сред в смесительной камере 15 и истечение указанной смеси в камеру обмена 16. Смешивание между реакционной текучей средой и охлаждающей жидкостью продолжает осуществляться на уровне камеры обмена 16. Возвращаясь к фигурам 1b и 1с, камера обмена 16 содержит, по меньшей мере, одно верхнее боковое проходное сечение 17а и по меньшей мере одно нижнее боковое проходное сечение 17b, способные для прохода текучих сред из зоны смешивания (В) в зону распределения (С). Предпочтительно, смесительная камера 16 содержит, по меньшей мере, два верхних 17а и нижних 17b боковых проходных сечения. Таким образом, только камера обмена 16 находится в прямом контакте с зоной распределения (С). Верхние боковые проходные сечения 17а обеспечивают, в частности, проход газа из камеры обмена 16 в зону распределения (С), и нижние боковые проходные сечения 17b обеспечивают, в частности, проход жидкости из камеры обмена 16 в зону распределения (С).

Смесительная камера 15, равным образом, может быть расположена ниже указанной камеры обмена 16 (не представлена на фигурах). По меньшей мере, одно отверстие 18 (см. фигуру 1b) устроено в зоне смешивания (В), чтобы обеспечить проход смеси текучих сред из смесительной камеры 15 в камеру обмена 16. Смесительная камера 15 может быть расположена выше указанной камеры обмена 16 (такой, как представленная на фигурах 1а, 1b и 1с).

Однако, такое устройство может представлять некоторые неудобства, когда уровень жидкой фазы в зоне распределения устройства является таким, что он частично перекрывает, даже полностью, верхние боковые проходные сечения 17а камеры обмена 16, которые обеспечивают, в частности, проход газовой фазы из зоны смешивания (В) в зону распределения (С), что может порождать нарушение равновесия относительно распределения текучих сред (газовой и жидкой) в зоне распределения и приводить тогда к негомогенному распределению текучих сред на слое катализатора 14, расположенном ниже по потоку от зоны смешивания (С) в направлении прохождения текучих сред.

Фирма-заявитель разработала усовершенствование устройства для смешивания и распределения текучих сред согласно известному уровню техники, позволяющее устранить неудобства, указанные выше, без изменения габаритных размеров указанного устройства, добавив, по меньшей мере, одно средство для отклонения текучих сред 24 на уровне камеры обмена 16 зоны распределения (В) ниже по потоку от, по меньшей мере, одного верхнего бокового проходного сечения 17а в направлении прохождения текучих сред. Расположение средства отклонения текучих сред 24 на камере обмена 16 создает пространство 26, по форме представляющее собой открытую чашу на зоне распределения (С) по высоте на уровне ее верхней части (см. фигуру 3).

В частности, возвращаясь к фигуре 2, средство отклонения текучих сред 24 закреплено, предпочтительно, снаружи камеры обмена 16 то есть ниже верхнего бокового проходного сечения 17а в направлении прохождения текучих сред. Указанное средство отклонения текучих сред 24 позволяет направить текучую газовую среду в верхнюю часть зоны распределения (С) для того, чтобы эта последняя могла войти внутрь каналов 13 через их верхние отверстия (не представленные на фигурах), и это, в частности, когда уровень жидкой фазы в зоне распределения (С) таков, что будет полностью или частично перекрывать боковые проходные сечения 17а камеры обмена 16, если такое средство отклонения 24 не предусмотрено на выходе из указанных верхних боковых проходных сечений 17а. В самом деле, если уровень жидкой фазы в зоне распределения (С) является таким, что граница раздела газ/жидкость 23 в указанной зоне распределения (С) расположена выше верхних боковых проходных сечений 17а, газообразная фаза, содержащаяся в камере обмена 16, не сможет пройти через указанные боковые проходные сечения 17а, что затруднит получение гомогенной смеси между газовой фазой и жидкой фазой в каналах 13. Тем же самым образом, если уровень жидкой фазы в зоне распределения (С) таков, что граница раздела газ/жидкость 23 в указанной зоне распределения (С) расположена на уровне боковых проходных сечений 17а, количество газовой фазы, проходящей через верхние боковые проходные сечения 17а, будет определенно меньше количества газовой фазы, способной нормально проходить через указанные сечения в случае, когда никакая жидкая фаза не проходит через верхние боковые проходные сечения 17а.

Форма средства отклонения 24 может быть любой, как только это последнее образует с камерой обмена 16 зоны смешивания (В) пространство 26, по форме представляющее собой чашу, обеспечивающую поток газовой фазы к верхним отверстиям каналов 13 и позволяющую предотвратить частичное или полное перекрывание верхних боковых проходных сечений 17а жидкой фазой, содержащейся в зоне распределения (С). Предпочтительно, верхний конец указанного средства отклонения текучих сред 24 расположен выше последнего уровня боковых отверстий 21 каналов 13, с тем, чтобы предотвратить вход жидкой фазы, содержащейся в зоне распределения (С) в пространство 26 (см. фигуры 3 и 4).

Предпочтительно, верхний конец указанного средства отклонения текучих сред 24 расположен на том же самом уровне или ниже верхнего конца указанных каналов 13, но все еще находясь выше последнего уровня боковых отверстий 21 указанных каналов 13.

Согласно частному способу осуществления устройства согласно изобретению средство отклонения текучих сред 24 содержит, кроме того, по меньшей мере, одно отверстие 20, обеспечивающее проход жидкой фазы, возможно содержащейся в пространстве 26, в направлении распределительной пластины 12 (см. фигуры 4 и 5). Таким образом, когда, по меньшей мере, часть жидкой фазы, содержащейся в камере обмена 16, направляется в зону распределения (С), проходя через верхние боковые проходные сечения 17а, эта часть может быть удалена из пространства 26 через отверстие 20. Число, форма и размер отверстий 20 могут быть очень изменчивыми, и выбраны таким образом, чтобы дать возможность установления как можно более четкой межфазной границы между газовой фазой и жидкой фазой.

В частном способе осуществления согласно изобретению каждое верхнее боковое сечение 17а камеры обмена 16 содержит средство отклонения текучих сред 24, которое ему подходит.

Согласно изобретению, сечение смесительной камеры 15 и сечение камеры обмена 16 могут представлять собой четырехстороннее сечение, предпочтительно, трапециедальное сечение, более предпочтительно, сечение в виде параллелограмма, или круглое сечение. Под трапециедальным сечением подразумевают любое четырехстороннее сечение, у которого две противоположные стороны указанного сечения являются попарно параллельными. Под сечением в виде параллелограмма подразумевают любое четырехстороннее сечение, у которого противоположные стороны указанного сечения являются попарно параллельными, например, сечение в виде параллелограмма может представлять собой прямоугольное сечение, квадратное сечение или ромбовидное сечение. Под круглым сечением подразумевают сечение в форме круга или овала. Какова бы ни была форма сечения смесительной камеры 15 и камеры обмена 16, высота или диаметр указанных камер будет выбран таким образом, чтобы максимально ограничить потерю давления и таким образом, чтобы ограничить пространственное загромождение в реакторе. Благоприятно, сечение смесительной камеры 15 и камеры обмена 16 является прямоугольным (см. фигуры с 2 по 5). Прямоугольное сечение камер, помимо упрощенной механической осуществимости, дает возможность их изготовления и их частичной сборки внутри реактора, все еще позволяя вследствие этого их вставку в реактор облегченным способом.

Форма стенок смесительной камеры 15 и камеры обмена 16 может быть любой. Стенки смесительной камеры 15 и камеры обмена 16 могут, в частности, распространяться в прямом направлении (ʺIʺобразная форма) или быть искривленными (С-образная форма) или образовывать углы (L-образной формы). Зона смешивания (В) может быть расположена в любом месте на уровне зоны распределения (С). Например, зона смешивания (В) может быть расположена в центре зоны распределения (С) или может быть смещена от этого последнего положения. Таким образом, длина смесительной камеры и камеры обмена определяется специалистом в данной области в зависимости от их положения в корпусе реактора 1. Благоприятно, концы смесительной камеры 15 и камеры обмена 16 не контактируют со стенкой корпуса реактора 1, так, чтобы обеспечить циркуляцию текучих сред на распределительной пластине 12 по одну и по другую стороны смесительной камеры 15 и камеры обмена 16. Благоприятно, смесительная камера 15 и камера или камеры обмена 16 образуют один элемент.

Общая совокупная высота Н2 указанной смесительной камеры 15 и указанной камеры обмена 16 (см. фигуру 2) находится в интервале от 200 до 1500 мм, предпочтительно, от 200 до 800 мм, более предпочтительно, от 300 до 700 мм и, еще более предпочтительно, от 350 до 700 мм.

Предпочтительно, ширина «L» (см. фигуру 3)камеры обмена 16 находится в интервале от 200 до 1100 мм, предпочтительно, от 200 до 800 мм, более предпочтительно, от 250 до 700 мм и, еще более предпочтительно, от 300 до 600 мм.

Отношение объемов (в %) между камерой или камерами обмена 16 и смесительной камерой 15 находится в интервале от 5 до 60%, предпочтительно, от 10 до 60% и, еще более предпочтительно, от 15 до 40%.

В способе осуществления согласно изобретению камера обмена 16 расположена непосредственно на распределительной пластине 12 (так, как представлено, например, на фигуре 2). В другом способе осуществления (не представлен на фигурах) камера обмена 16 расположена на расстоянии ʺdʺ от указанной распределительной пластины 12, предпочтительно, находящемся в интервале от 20 до 150 мм, более предпочтительно, находящемся в интервале от 30 до 80 мм. Пространство, находящееся между распределительной пластиной 12 и камерой обмена 16 обеспечивает распределение текучих сред по всей поверхности распределительной пластины 12 и, следовательно, позволяет гомогенизировать распределение смеси текучих сред по всему сечению реактора над слоем катализатора 14, расположенном ниже устройства для смешивания и распределения в направлении прохождения текучих сред. В этом способе осуществления камера обмена 16 может содержать в ее нижней части продольные проходные сечения для того, чтобы смесь текучих сред могла стекать на распределительную пластину 12. Разумеется, число, форму и размер продольных проходных сечений выбирают таким образом, чтобы минимальная доля потока смеси текучих сред проходила через продольные проходные сечения. Продольные проходные сечения могут безразлично принимать форму отверстий и/или щелей.

Предпочтительно, смесительная камера 15 может содержать, по меньшей мере, одно средство отклонения (не представлено на фигурах) на по меньшей мере одной из внутренних стенок указанной смесительной камеры.

Наличие, по меньшей мере, одного средства отклонения смеси текучих сред, проходящей через указанную смесительную камеру 15, позволяет увеличить поверхность обмена между двумя фазами и, следовательно, эффективность переносов тепла и вещества между жидкими и/или газообразными фазами, проходящими через указанную смесительную камеру 15. Указанное средство отклонения может находиться в нескольких геометрических формах, позволяющих улучшить эффективность смесительной камеры, разумеется, что указанные формы обеспечивают отклонение, по меньшей мере, частичное, траектории смеси текучих сред, проходящих через указанную камеру обмена 15. Например, средство отклонения по форме может представлять собой выступ треугольного, квадратного, прямоугольного, яйцевидного сечения или сечения любой другой формы. Средство отклонения может также находиться в форме одной или нескольких лопастей, или одной или нескольких неподвижных лопаток, или решетки.

Ниже распределительной пластины 12 может быть расположена система диспергирования, таким образом, чтобы равномерно распределять текучие среды по слою катализатора 14, расположенному ниже указанной системы. Система диспергирования может содержать одно или несколько диспергирующих устройств 19 (см. фигуру 2), которые могут быть соединены с каждой трубой 13, сообщаться с несколькими каналами 13, или сообщаться с системой каналов 13 распределительной пластины 12. Каждое диспергирующее устройство 19 имеет почти плоскую и горизонтальную геометрию, но может иметь периметр любой формы. Кроме того, каждое диспергирующее устройство 19 может быть расположено на различных высотах. Благоприятно, указанное диспергирующее устройство находится в форме решеток, и/или может содержать, возможно, дефлекторы. Благоприятно, ось решетки или решеток 19, предпочтительно, перпендикулярна продольной оси корпуса реактора, чтобы улучшить распределение смеси текучих сред по всему радиальному сечению корпуса реактора. Расстояние, отделяющее систему диспергирования от слоя гранулированных твердых частиц, расположенного непосредственно ниже, выбирают таким образом, чтобы сохранить состояние смеси газообразной и жидкой фаз, насколько возможно, таким, какое оно на выходе из каналов 13.

Предпочтительно, расстояние между распределительной пластиной 12 и слоем катализатора 14, расположенным ниже указанной распределительной пластины, находится в интервале от 50 до 400 мм, предпочтительно, от 100 до 300 мм. Расстояние между распределительной пластиной 12 и указанным диспергирующим устройством 19 находится в интервале от 0 до 400 мм, предпочтительно, от 0 до 300 мм. В частном способе осуществления, распределительная пластина 12 помещена на диспергирующее устройство 19.

По сравнению с устройствами, описанными в известном уровне техники, и, в частности, по сравнению с устройством, раскрытым во французской заявке n⁰15/52.783, устройство для смешивания и распределения согласно изобретению представляет следующие преимущества:

- хорошая компактность, благодаря компоновке на одной и той же высоте зоны смешивания и зоны распределения текучих сред;

- хорошая тепловая эффективность и хорошая эффективность смешивания текучих сред

ₒ благодаря истечению смеси текучих жидкостей в зону смешивания, содержащую смесительную камеру, содержащую, возможно, средства отклонения текучих сред, и одну камеру обмена или несколько камер обмена, расположенную(ых) на уровне распределительной пластины, и

ₒ благодаря наличию средств отклонения текучих сред на уровне верхнего бокового проходного сечения камеры обмена, позволяющих одновременно направлять газовую фазу, выходящую из камеры обмена в верхний конец каналов распределительной пластины, и предотвратить перекрывание жидкой фазой, содержащейся в зоне распределения, верхних боковых проходных сечений камеры обмена.

Изобретение относится к области экзотермических реакторов, в частности к устройству для смешивания и распределения текучих сред и каталитическому реактору с ниспадающим потоком, содержащему такое устройство. Устройство содержит коллекторную зону, содержащую средство сбора, коллекторный трубопровод, выполненный с возможностью приема реакционной текучей среды, собранной средством сбора, и средство впрыска охлаждающей текучей среды, открывающееся в трубопровод, зону смешивания, расположенную ниже по потоку трубопровода в направлении прохождения текучих сред, сообщающуюся с трубопроводом и содержащую смесительную камеру, зону распределения, расположенную ниже по потоку зоны смешивания в направлении прохождения текучих сред, содержащую распределительную пластину, содержащую множество каналов, открытых на их верхнем конце посредством верхнего отверстия и имеющих вдоль их боковой стенки ряд боковых отверстий, причем зона смешивания расположена на том же уровне, что зона распределения, и камеру обмена текучих сред, соединенную и сообщающуюся со смесительной камерой, при этом камера обмена содержит верхнее боковое проходное сечение и нижнее боковое проходное сечение, способные к пропусканию текучих сред из камеры обмена в зону распределения, и средство отклонения текучих сред, закрепленное на камере обмена и расположенное ниже по потоку от верхнего бокового проходного сечения в направлении прохождения текучих сред, причем средство для отклонения текучих сред образует с камерой обмена пространство, по форме представляющее собой чашу. Изобретение обеспечивает компактность устройства, хорошую тепловую эффективность и хорошую эффективность смешивания и распределения текучих сред. 2 н. и 13 з.п. ф-лы, 7 ил.

1. Устройство для смешивания и распределения текучих сред для каталитического реактора с ниспадающим потоком, содержащее:

- по меньшей мере одну коллекторную зону (А), содержащую по меньшей мере одно средство (5) сбора;

- по меньшей мере один по существу вертикальный коллекторный трубопровод (7), выполненный с возможностью приема реакционной текучей среды, собранной средством (5) сбора, и по меньшей мере одно средство (8) впрыска, открывающееся в коллекторный трубопровод (7), для впрыска охлаждающей текучей среды;

- по меньшей мере одну зону (В) смешивания, расположенную ниже по потоку коллекторного трубопровода (7) в направлении прохождения текучих сред, сообщающуюся с коллекторным трубопроводом (7), при этом зона (В) смешивания содержит по меньшей мере одну смесительную камеру для смешивания (15) текучих сред;

- по меньшей мере одну зону (С) распределения, расположенную ниже по потоку зоны (В) смешивания в направлении прохождения текучих сред, содержащую распределительную пластину (12), содержащую множество каналов (13), открытых на их верхнем конце посредством верхнего отверстия и имеющих вдоль их боковой стенки ряд боковых отверстий (21);

зона (В) смешивания расположена на том же уровне, что зона (С) распределения, и содержит, кроме того, по меньшей мере одну камеру (16) обмена текучих сред, соединенную и сообщающуюся со смесительной камерой (15), при этом указанная камера (16) обмена содержит по меньшей мере одно верхнее боковое проходное сечение (17а) и по меньшей мере одно нижнее боковое проходное сечение (17b), способные к пропусканию текучих сред из камеры (16) обмена в зону (С) распределения,

отличающееся тем, что камера (16) обмена содержит, кроме того, средство (24) отклонения текучих сред, закрепленное на камере (16) обмена и расположенное ниже по потоку от по меньшей мере одного верхнего бокового проходного сечения (17а) в направлении прохождения текучих сред, при этом средство (24) для отклонения текучих сред образует с камерой (16) обмена пространство (26), по форме представляющее собой чашу.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что смесительная камера (15) расположена выше камеры обмена (16).

3. Устройство по п. 1 или 2, отличающееся тем, что верхний конец средства (24) для отклонения текучих сред расположен выше последнего уровня боковых отверстий (21) каналов (13) по отношению к распределительной пластине (12).

4. Устройство по п. 3, отличающееся тем, что верхний конец средства (24) для отклонения текучих сред, кроме того, расположен ниже верхнего конца каналов(13).

5. Устройство по п. 3, отличающееся тем, что верхний конец средства (24) для отклонения текучих сред расположен на том же уровне, что верхний конец каналов (13).

6. Устройство по любому из пп. 1-5, отличающееся тем, что средство (24) для отклонения текучих сред содержит по меньшей мере одно отверстие (20), способное для прохода жидкой фазы в направлении распределительной пластины (12).

7. Устройство по любому из пп. 1-6, отличающееся тем, что каждое верхнее боковое проходное сечение (17а) камеры (16) обмена соединено со средством (24) отклонения текучих сред.

8. Устройство по любому из пп. 1-7, отличающееся тем, что общая совокупная высота Н2 смесительной камеры (15) и камеры обмена (16) находится в интервале от 200 до 1500 мм.

9. Устройство по любому из пп. 1-8, отличающееся тем, что ширина L камеры обмена (16) находится в интервале от 200 до 1100 мм.

10. Устройство по любому из пп. 1-9, отличающееся тем, что соотношение по объему между камерой (16) обмена и смесительной камерой (15) находится в интервале от 5 до 60%.

11. Устройство по любому из пп. 1-10, отличающееся тем, что смесительная камера (15) и камера (16) обмена выполнены в виде единой детали.

12. Устройство по любому из пп. 1-11, отличающееся тем, что смесительная камера (15) содержит по меньшей мере одно средство отклонения по меньшей мере на одной внутренней стенке или внутренних стенках смесительной камеры (15).

13. Устройство по любому из пп. 1-12, отличающееся тем, что камера (16) обмена содержит множество горизонтальных проходных сечений, способных пропускать текучие среды из указанной камеры (16) обмена к распределительной пластине (12).

14. Устройство по любому из пп. 1-13, отличающееся тем, что камера (16) обмена расположена на расстоянии ʺdʺ от распределительной пластины (12), находящемся в интервале от 20 до 150 мм.

15. Каталитический реактор с ниспадающим потоком, включающий в себя корпус (1), содержащий по меньшей мере два слоя (2, 14) неподвижного катализатора, разделенных промежуточной зоной, содержащей устройство для смешивания и распределения текучих сред по любому из пп. 1-14.