КАТАЛИТИЧЕСКИЕ РЕАКТОРЫ С ПСЕВДООЖИЖЕННЫМ КАТАЛИЗАТОРОМ, СОДЕРЖАЩИЕ РАСПРЕДЕЛИТЕЛИ ПОТОКА Российский патент 2021 года по МПК B01J8/00 B01J8/18 

Перекрестная ссылка на родственную заявку

По настоящей заявке испрашивается приоритет согласно предварительной заявки на патент США 62/416,553, поданной 2 ноября 2016 года, содержание которой включено в настоящий документ в полном объеме посредством ссылки.

Область техники

Настоящее изобретение в целом относится к реакторным блокам для химического производства, а конкретнее, к реакторам для проведения химических превращений с участием псевдоожиженного катализатора.

Уровень техники

Химические превращения с участием псевдоожиженного катализатора, например реакции каталитического крекинга (FCC), могут проходить в каталитических реакторных установках с псевдоожиженным катализатором. Как правило, каталитическая реакторная установка с псевдоожиженным катализатором может содержать каталитический реактор и регенерационный блок. Каталитический реактор с псевдоожиженным катализатором может превращать сырьевой химпродукт в конечный химпродукт путем контакта с псевдоожиженным пылеобразным катализатором. Во время реакции катализатор может становиться по меньшей мере частично деактивированным или «отработанным», и после этого демонстрировать сниженную каталитическую активность. Поэтому отработанный катализатор может быть перемещен в регенерационный блок для проведения регенерации, и, следовательно, увеличения его каталитической активности по сравнению с отработанным состоянием, что позволяет его использовать в последующих каталитических реакциях. После проведения регенерации в регенерационном блоке регенерированный катализатор перемещают обратно в реакторную установку для повторного взаимодействия с сырьевым химпродуктом.

Иногда может требоваться масштабирование по меньшей мере части каталитической реакторной установки с псевдоожиженным катализатором, в частности каталитического реактора. Масштабированный каталитический реактор с псевдоожиженным катализатором может быть спроектирован и построен на основе меньшего исходного каталитического реактора. Однако масштабирование каталитических реакторов с псевдоожиженным катализатором может быть сложным, поскольку масштабирование каталитического реактора может привести к изменению параметров реакции, оказывающих влияние на выход конечного продукта. Следовательно, необходимы улучшенные способы и/или устройства для масштабирования каталитических реакторов с псевдоожиженным катализатором.

Краткое описание сущности изобретения

Согласно одному или нескольким вариантам реализации изобретения, описанным в данном документе, каталитический реактор с псевдоожиженным катализатором может содержать распределитель потока. Распределитель потока может быть расположен в переходной части каталитического реактора с псевдоожиженным катализатором и может изменять величину потока в каталитическом реакторе с псевдоожиженным катализатором по сравнению с каталитическим реактором, не содержащим распределителя потока. А именно, распределитель потока может ограничивать поток жидкости более узким проходом между элементами каталитического реактора, в частности между нижней частью реактора и райзером.

Кроме того, в данном документе описаны способы масштабирования каталитических реакторов с псевдоожиженным катализатором. Для решения промышленных задач может потребоваться проведение масштабирования относительно небольшого каталитического реактора с псевдоожиженным катализатором (именуемого в данном документе «базовым» каталитическим реактором) путем создания каталитического реактора больших размеров (именуемого в данном документе «масштабированным» каталитическим реактором), основанного на конструкции базового каталитического реактора с псевдоожиженным катализатором. Например, с использованием данных, полученных на базовом реакторе, можно улучшать и/или стандартизировать конфигурацию процесса без увеличения капитальных затрат на установку или эксплуатацию более крупного каталитического реактора с псевдоожиженным катализатором.

В некоторых вариантах реализации изобретения базовый каталитический реактор с псевдоожиженным катализатором и масштабированный каталитический реактор с псевдоожиженным катализатором могут содержать нижнюю часть реактора и райзер, причем нижняя часть реактора имеет большую по сравнению с райзером площадь поперечного сечения. Такие конструкции могут использовать переходную часть, соединяющую нижнюю часть реактора с райзером, причем переходная часть внутри может сходить на конус по направлению от нижней части реактора к райзеру таким образом, что проход для текучей среды на пути от нижней части реактора к райзеру сужается по всей высоте переходной части.

Как правило, каталитический реактор с псевдоожиженным катализатором может быть масштабирован за счет увеличения площадей поперечного сечения различных частей базового каталитического реактора с псевдоожиженным катализатором приблизительно пропорционально коэффициенту масштабирования, причем «коэффициент масштабирования» обозначает множитель, на который умножается площадь поперечного сечения в масштабированном каталитическом реакторе по сравнению с базовым каталитическим реактором с псевдоожиженным катализатором. Например, каталитические реакторы с псевдоожиженным катализатором, содержащие нижнюю часть реактора и райзер, могут быть масштабированы за счет одновременного увеличения площадей поперечного сечения нижней части реактора и райзера приблизительно пропорционально коэффициенту масштабирования. Коэффициент масштабирования как правило может представлять собой отношение емкостей реакторов либо объемных скоростей потока сырья или конечного продукта. В процессе масштабирования соотношение площади поперечного сечения нижней части реактора к площади поперечного сечения райзера в базовом каталитические реакторе с псевдоожиженным катализатором и в масштабированном реакторе с жидким катализатором может оставаться неизменным (например, в пределах около 20%). Поскольку соотношения остаются неизменными, масштабированный реактор с псевдоожиженным катализатором может выполнять те же реакции, что и базовый каталитический реактор.

Однако в таких вариантах реализации способа масштабирования, при которых переходная часть сохраняет свою общую форму (например, угол конусности), может потребоваться увеличение высоты (то есть, увеличение расстояния между райзером и нижней частью реактора). Однако было обнаружено, что увеличение высоты переходной части влияет на эпюру скоростей потока и время пребывания газа в текучей среде во время работы реактора, что приводит к изменениям в выходе конечного продукта по сравнению с базовым реактором.

Было обнаружено, что эпюра скоростей потока масштабированного каталитического реактора с псевдоожиженным катализатором в переходной части может быть сохранена неизменной по отношению к базовому каталитическому реактору за счет установки распределителя потока в переходной части масштабированного каталитического реактора с псевдоожиженным катализатором. Распределитель потока может представлять собой объект, занимающий пространство внутри переходной части масштабированного каталитического реактора с псевдоожиженным катализатором, тем самым сужающий пространство для прохода потока текучей среды между нижней частью реактора и райзером в масштабированном каталитическом реакторе с псевдоожиженным катализатором. В одном или нескольких вариантах реализации изобретения распределитель потока можно использовать для сохранения соотношения между имеющейся площадью поперечного сечения потока к площади поперечного сечения нижней части реактора практически в неизменных пределах (например, в пределах 30%) для одной или нескольких высот масштабированной переходной части по сравнению с базовым каталитическим реактором с псевдоожиженным катализатором. Такая конструкция может позволить привести эпюру скоростей масштабированного каталитического реактора в соответствие с базовым каталитическим реактором с псевдоожиженным катализатором.

Согласно одному варианту реализации настоящего изобретения каталитический реактор с псевдоожиженным катализатором может содержать райзер, нижнюю часть реактора, переходную часть и распределитель потока. Райзер может содержать площадь поперечного сечения, и нижняя часть реактора может содержать площадь поперечного сечения. Переходная часть может присоединять райзер к нижней части реактора. Площадь поперечного сечения райзера может быть меньше площади поперечного сечения нижней части реактора таким образом, что переходная часть внутри сходит на конус по направлению от нижней части реактора к райзеру. Распределитель потока может быть расположен, по меньшей мере, во внутреннем пространстве переходной части. Распределитель потока может содержать объект, оказывающий влияние на эпюру скорости текучих сред, перемещающихся из нижней части реактора в райзер.

Согласно другому варианту реализации изобретения каталитический реактор с псевдоожиженным катализатором может быть масштабирован с помощью способа, который может включать установку или эксплуатацию масштабированного каталитического реактора на основе базового каталитического реактора с псевдоожиженным катализатором. Каталитический реактор с псевдоожиженным катализатором может содержать масштабированный райзер, масштабированную нижнюю часть реактора, масштабированную переходную часть, соединяющую масштабированный райзер и масштабированную нижнюю часть реактора, и распределитель потока, расположенный по меньшей мере во внутреннем пространстве переходной части. Базовый каталитический реактор с псевдоожиженным катализатором может содержать базовый райзер, базовую нижнюю часть реактора и базовую переходную часть, соединяющую базовый райзер и базовую нижнюю часть реактора. Для средней точки высоты масштабированной переходной части масштабированное значение изменения плотности потока может составлять от 70% до 130% от базового значения. Для заданной высоты величина масштабированного изменения плотности потока может быть равна отношению (а) масштабированной площади потока в переходной части на указанной высоте к (b) площади поперечного сечения масштабированной нижней части реактора, при этом масштабированная площадь потока в переходной части для указанной высоты равна площади поперечного сечения переходной части на указанной высоте за вычетом площади поперечного сечения распределителя потока на указанной высоте. Для заданной высоты величина базового изменения плотности потока может быть равна: для значений высоты, меньших чем высота переходной части - отношению (а) площади потока в базовой переходной части на указанной высоте к (b) площади поперечного сечения базовой нижней части реактора, при этом площадь потока базовой переходной части для указанной высоты равна площади поперечного сечения базовой переходной части на указанной высоте; или для значений высоты, превышающих высоту базовой переходной части - отношению (а) площади поперечного сечения базового райзера к (b) площади поперечного сечения базовой нижней части реактора.

Следует понимать, что предшествующее краткое описание сущности изобретения и последующее ее подробное описание представляют варианты реализации технических решений и предназначены для получения общего представления или основ понимания сущности и характера технических решений по данной заявке. Сопроводительные графические материалы представлены для более глубокого понимания технических решений, включены в настоящее описание и составляют его часть. Графические материалы иллюстрируют различные варианты реализации изобретения и вместе с описанием используются для объяснения основных идей и принципов действия технических решений. Кроме того предполагается, что графические материалы и описание использованы исключительно для иллюстративных целей, и никоим образом не предназначены для ограничения объема заявленного изобретения.

Дополнительные особенности и преимущества технических решений, раскрытых в данном документе, изложены в нижеследующем подробном описании и частично будут очевидны специалистам в данной области техники из этого описания, либо же определены опытным путем при использовании технических решений, описанных в данном документе, содержащем нижеследующее подробное описание, формулу изобретения, а также прилагаемые графические материалы.

Краткое описание графических материалов

Нижеследующее подробное описание конкретных вариантов реализации настоящего изобретения более всего понято в сочетании с нижеследующими графическими материалами, на которых одинаковые элементы обозначены одинаковыми номерами позиций и на которых:

фиг. 1 представляет схематическое изображение установки каталитического реактора с псевдоожиженным катализатором согласно одному или нескольким вариантам реализации изобретения, раскрытым в данном документе;

фиг. 2 представляет схематическое изображение вертикальной проекции в поперечном разрезе части масштабированного каталитического реактора с псевдоожиженным катализатором, содержащего распределитель потока, согласно одному или нескольким вариантам реализации изобретения, раскрытым в данном документе;

фиг. 3 представляет схематическое изображение вертикальной проекции в поперечном разрезе части базового каталитического реактора с псевдоожиженным катализатором и части масштабированного каталитического реактора с псевдоожиженным катализатором, содержащего распределитель потока, согласно одному или нескольким вариантам реализации изобретения, раскрытым в данном документе;

фиг. 4A представляет схематическое аксонометрическое изображение распределителя потока согласно одному или нескольким вариантам реализации изобретения, раскрытым в данном документе;

фиг. 4B представляет схематическое аксонометрическое изображение распределителя потока согласно одному или нескольким вариантам реализации изобретения, раскрытым в данном документе; а также

фиг. 4C представляет схематическое аксонометрическое изображение распределителя потока согласно одному или нескольким вариантам реализации изобретения, раскрытым в данном документе.

Следует понимать, что графические материалы являются схематичными по своей сути и не содержат некоторых компонентов установки каталитического реактора с псевдоожиженным катализатором, повсеместно используемых в данной области техники, в частности, среди прочего, температурных датчиков, датчиков давления, расходомеров, насосов, клапанов и тому подобного. Следует понимать, что эти компоненты не выходят за рамки смысла и объема представленных в данном документе раскрытых вариантов реализации изобретения. Однако функциональные компоненты, в частности, рассмотренные в настоящем описании, могут быть включены в варианты реализации изобретения, представленные в этом описании.

Более подробные примеры приведены для различных вариантов реализации изобретения, при этом некоторые варианты реализации изобретения проиллюстрированы в сопроводительных графических материалах. Во всех возможных случаях в графических материалах используются одинаковые номера позиций для обозначения аналогичных либо подобных компонентов.

Подробное описание сущности изобретения

Согласно одному или нескольким вариантам реализации изобретения в данном документе описываются каталитические реакторы с псевдоожиженным катализатором, содержащие распределители потока, расположенные внутри каталитических реакторов с псевдоожиженным катализатором. Кроме того, в данном документе описаны распределители потока для использования в масштабированных каталитических реакторах с псевдоожиженным катализатором, а также способы масштабирования каталитических реакторов с псевдоожиженным катализатором. Как правило, согласно одному или нескольким вариантам реализации изобретения, описанным в данном документе, можно проводить масштабирование базового каталитического реактора с псевдоожиженным катализатором для получения масштабированного каталитического реактора с псевдоожиженным катализатором. Базовый каталитический реактор с псевдоожиженным катализатором может не содержать распределитель потока, в то время как масштабированный каталитический реактор с псевдоожиженным катализатором содержит распределитель потока, расположенный внутри его переходной части, соединяющей нижнюю часть реактора с райзером.

Перейдем к фиг. 1, которая представляет схематическое изображение установки 102 каталитического реактора с псевдоожиженным катализатором. Каталитическая реакторная установка 102 с псевдоожиженным катализатором, изображенная на фиг. 1, может представлять собой базовую реакторную установку с псевдоожиженным катализатором либо масштабированную реакторную установку с псевдоожиженным катализатором. Хотя согласно вариантам реализации изобретения, описанным в данном документе, масштабированный каталитический реактор содержит распределитель потока, распределитель потока не изображен на фиг. 1. Каталитическая реакторная установка 102 с псевдоожиженным катализатором, как правило, содержит ряд компонентов, в том числе каталитический реактор 200 с псевдоожиженным катализатором и/или блок регенерации 300. В контексте данного документа термин «каталитический реактор с псевдоожиженным катализатором», как правило, обозначает реактор, предназначенный для преобразования исходного сырья в химпродукт с использованием псевдоожиженного катализатора. В контексте фиг. 1 каталитический реактор с псевдоожиженным катализатором изображен как часть установки каталитического реактора с псевдоожиженным катализатором, в которой проходит основная химическая реакция. Согласно некоторым вариантам реализации изобретения каталитический реактор 200 с псевдоожиженным катализатором также может производить выделение катализатора (иногда отработанного, что указывает на его по меньшей мере частичную дезактивацию) от фракции конечного продукта реакции. Также в контексте данного документа термин «блок регенерации» в целом обозначает часть устройства реактора с псевдоожиженным катализатором 102, в которой происходит регенерация катализатора, например посредством выжига, и отделение регенерированного катализатора от других технологических материалов, в частности газов, выделяемых из выжигаемого материала, либо вначале из дезактивированного катализатора, либо дополнительного топлива. Согласно некоторым вариантам реализации изобретения блок регенерации может содержать каталитический реактор с псевдоожиженным катализатором, в котором проходит регенерация катализатора.

Согласно одному или нескольким вариантам реализации изобретения, как представлено на фиг. 1, каталитический реактор 200 с псевдоожиженным катализатором может содержать нижнюю часть реактора 250, райзер 230 и блок сепарации катализатора 210. Блок регенерации 300 может содержать камеру сгорания 350, райзер 330 и блок сепарации катализатора 310. В одном или нескольких вариантах реализации изобретения блок сепарации катализатора 210 может сообщаться по текучей среде с камерой сгорания 350 реактора (например, через отводной трубопровод 126), а блок сепарации катализатора 310 может сообщаться по текучей среде с нижней частью реактора 250 (например, через отводной трубопровод 124 и транспортировочный райзер 130).

Следует понимать, что каталитическая реакторная установка 102, изображенная на фиг. 1, представляет собой только образец типовой каталитической реакторной установки 102 с псевдоожиженным катализатором, содержащей каталитический реактор с псевдоожиженным катализатором 200. В данном документе предполагаются и другие варианты реализации каталитических реакторов с псевдоожиженным катализатором, а каталитические реакторы с псевдоожиженным катализатором по данному описанию не следует ограничивать примерами, представленными на фиг. 1 или пригодными для использования в установке из фиг. 1. Например, каталитический реактор с псевдоожиженным катализатором может представлять собой автономное устройство, не содержащее блок регенерации 300 или блок сепарации катализатора 210. В другом варианте реализации изобретения каталитический реактор с псевдоожиженным катализатором может представлять собой реактор выжига, используемый для регенерации отработанного катализатора.

Согласно одному или нескольким вариантам реализации изобретения каталитическая реакторная установка 102 с псевдоожиженным катализатором может работать путем подачи одного или нескольких типов исходного химсырья и одного или нескольких типов псевдоожиженных катализаторов в нижнюю часть реактора 250, и химического превращения одного или нескольких типов исходного химсырья при контакте с одним или несколькими типами псевдоожиженных катализаторов с получением одного или нескольких конечных химпродуктов в нижней части 250 каталитического реактора с псевдоожиженным катализатором 200. Конечный химический продукт и катализатор могут быть выведены из нижней части реактора 250 через райзер 230 в устройство сепаратора 220 в блоке сепарации катализатора 210, где катализатор отделяют от химического продукта, который выводят из блока сепарации катализатора 210. Выделенный катализатор проходит из блока сепарации катализатора 210 в камеру сгорания 350. В камере сгорания 350 катализатор может быть регенерирован с помощью химического процесса, например выжига. Например, среди прочего, может производиться декоксование отработанного катализатора и/или каталитическое сжигание дополнительного топлива. Затем катализатор из камеры сгорания 350 выводят через райзер 330 в сепаратор 378 на выходе райзера, в котором приходит частичное разделение газа и твердых частиц из райзера 330. Пар и остающиеся твердые частицы транспортируют во вспомогательное устройство сепаратор 320, которое может состоять из ряда первичных и вторичных циклонов в блоке сепарации катализатора 310, где остающийся катализатор отделяют от газов, образованных в процессе регенерации (например, газов, выделяемых при выжиге отработанного катализатора). Затем отделенный катализатор направляют из блока сепарации катализатора 310 в нижнюю часть реактора 250 через отводной трубопровод 124 и транспортировочный райзер 130 для его последующего использования в каталитическом процессе. В результате, в процессе работы катализатор может циркулировать между блоком каталитического реактора 200 и блоком регенерации 300. В целом фракции переработанных химических продуктов, включая сырьевые фракции и фракции конечных продуктов, могут быть газообразными, а катализатор может представлять собой псевдоожиженное пылеобразное твердое вещество.

Согласно вариантам реализации изобретения, описанных в данном документе, каталитический реактор с псевдоожиженным катализатором 200 содержит нижнюю часть реактора 250, переходную часть 258 и райзер 230. Переходная часть 258 может соединять нижнюю часть реактора 250 с райзером 230. Согласно одному или нескольким вариантам реализации изобретения нижняя часть реактора 250 и райзер 230 могут иметь практически постоянную площадь поперечного сечения, тогда как переходная часть 258 имеет коническую форму и не имеет постоянной площади поперечного сечения. Согласно настоящему описанию, если явно не указано иное, площадь поперечного сечения обозначает площадь поперечного сечения части реактора, лежащего в практически перпендикулярной плоскости относительно направления потока реагентов и/или химпродуктов. Например, на фиг. 1 площадь поперечного сечения нижней части реактора 250, переходной части 258 и райзера 230 принадлежат плоскости, образованной горизонтальным направлением и направлением вглубь листа (перпендикулярно направлению движения текучей среды, т.е. вертикально вверх).

Согласно настоящему описанию нижняя часть реактора 250 может представлять собой сосуд, барабан, бочку, бак или другой контейнер, пригодный для проведения данной химической реакции. В одном или нескольких вариантах реализации изобретения нижняя часть реактора 250 может, как правило, иметь цилиндрическую форму (т.е. с практически круглой формой поперечного сечения) или в альтернативном варианте может иметь нецилиндрическую форму, например, форму призмы с формой поперечного сечения в виде треугольников, прямоугольников, пятиугольников, шестиугольников, восьмиугольников, овалов, или других многоугольников или изогнутых закрытых форм, или сочетаний вышеуказанного. В контексте настоящего описания нижняя часть реактора 250 может как правило содержать металлический корпус и может дополнительно содержать огнеупорные футеровки или другие материалы, используемые для защиты металлического корпуса и/или для управления параметрами технологического процесса. Как показано на фиг. 1, нижняя часть реактора 250 может содержать впускной канал 252 для подачи катализатора в нижнюю части реактора, осуществляющий соединение транспортировочного райзера 130 с нижней частью реактора 250.

Нижняя часть реактора 250 может быть соединена с транспортировочным райзером 130, который в процессе работы может подавать регенерированный катализатор и/или химические вещества, участвующие в реакции, в каталитический реактор с псевдоожиженным катализатором 200. Регенерированный катализатор и/или химические вещества, участвующие в реакции, могут быть смешаны посредством устройства распределения 260, расположенного в нижней части реактора 250. Катализатор, поступающий в нижнюю часть реактора 250 через транспортировочный райзер 130, из блока регенерации 300 можно подавать в транспортный райзер 130 через отводной трубопровод 124. В некоторых вариантах реализации изобретения катализатор может поступать непосредственно из блока сепарации катализатора 210 через отводной трубопровод 122 в транспортировочный райзер 130, из которого он затем поступает в нижнюю часть реактора 250. Этот катализатор может быть частично дезактивирован, но в некоторых вариантах реализации изобретения он все же может быть пригодным для осуществления химического взаимодействия в нижней части реактора 250.

Продолжая рассматривать фиг. 1, отметим, что каталитический реактор с псевдоожиженным катализатором 200 может содержать райзер 230, который служит для переноса продуктов из нижней части реактора 250 в блок сепарации катализатора 210. В одном или нескольких вариантах реализации изобретения райзер 230 может, как правило, иметь цилиндрическую форму (т.е. иметь практически круглую форму поперечного сечения) или в альтернативном варианте может иметь нецилиндрическую форму, например, форму призмы с формой поперечного сечения в виде треугольников, прямоугольников, пятиугольников, шестиугольников, восьмиугольников, овалов, или других многоугольников или изогнутых закрытых форм, или сочетаний вышеуказанного. В контексте настоящего описания райзер 230 может, как правило, содержать металлический корпус и может дополнительно включать в себя огнеупорные футеровки или другие материалы, используемые для защиты металлического корпуса и/или для управления параметрами технологического процесса.

Согласно некоторым вариантам осуществления, райзер 230 может содержать наружную секцию райзера 232 и внутреннюю секцию райзера 234. В контексте данного документа термин «наружная секция райзера» обозначает часть райзера, расположенную за пределами блока сепарации катализатора, а «внутренняя секция райзера» обозначает часть райзера, расположенную внутри блока сепарации катализатора. Например, в варианте реализации изобретения, отображенном на фиг. 1, внутренняя секция райзера 234 каталитического реактора с псевдоожиженным катализатором 200 может быть расположена внутри блока сепарации катализатора 210, а наружная секция райзера 232 расположена за пределами блока сепарации катализатора 210.

Как показано на фиг. 1, нижняя часть реактора 250 может быть соединена с райзером 230 через переходную часть 258. Нижняя часть реактора 250 в общем случае может иметь большую ширину (например, диаметр в вариантах реализации изобретения с цилиндрической формой нижней части), чем райзер 230. Переходная часть 258 может сужаться от размера диаметра нижней части реактора 250 до размера диаметра райзера 230 таким образом, что переходная часть 258 направлена внутрь от нижней части реактора 250 к райзеру 230. В контексте данного документа термин «ширина райзера» обозначает наибольшее расстояние вдоль поперечного сечения райзера. Например, цилиндрический райзер имеет ширину, равную его диаметру, а райзер в форме прямоугольной призмы имеет ширину, равную квадратному корню от суммы квадрата его первой стороны поперечного сечения и квадрата его второй стороны поперечного сечения.

В некоторых вариантах реализации изобретения, в частности таких, для которых нижняя часть реактора 250 и райзер 230 имеют сходные формы поперечного сечения, переходная часть 258 может иметь форму усеченной геометрической фигуры. Например, для варианта реализации каталитического реактора с псевдоожиженным катализатором 200, содержащего цилиндрическую нижнюю часть реактора 250 и цилиндрический райзер 230, переходная часть 258 может иметь форму усеченного конуса. Однако следует понимать, что в настоящем документе предполагается большое разнообразие форм нижней части реактора 250, которые предполагают соединение нижних частей реактора 250 различной геометрии с райзерами 230.

В рабочем процессе катализатор может перемещаться вверх по райзеру 230 (из нижней части реактора 250) в устройство сепаратор 220. Отделенные пары могут быть удалены из каталитической реакторной установки 102 с псевдоожиженным катализатором через трубу 120 с выпускным газовым патрубком 216 блока сепарации катализатора 210. Согласно одному или нескольким вариантам реализации изобретения сепараторное устройство 220 может представлять собой установку циклонной сепарации, содержащую две или несколько ступеней циклонного разделения. В таких вариантах реализации изобретения, для которых сепараторное устройство 220 содержит более чем одну ступень циклонного разделения, первое сепараторное устройство, в которое поступает псевдоожиженная фракция, называется первичным циклонным сепараторным устройством. Псевдоожиженный эффлюент из первичного циклонного сепараторного устройства может поступать во вторичное циклонное сепараторное устройство для дальнейшего разделения. Первичные циклонные сепараторные устройства могут содержать, например, первичные циклоны и системы, имеющиеся в продаже под названиями VSS (предлагаемые компанией UOP), LD2 (предлагаемые компанией Stone and Webster) и RS2 (предлагаемые компанией Stone and Webster). Первичные циклоны описаны, например, в патентах США №№ 4,579,716; 5,190,650 и 5,275,641, содержание которых включено в настоящий документ в полном объеме посредством ссылки. В некоторых системах сепарации, использующих первичные циклоны в качестве первичного циклонного разделительного устройства, для дальнейшего отделения катализатора от газообразного продукта используют один или несколько наборов дополнительных циклонов, например вторичных циклонов и третичных циклонов. Следует понимать, что в вариантах реализации изобретения можно использовать любое первичное циклонное разделительное устройство.

Согласно одному или нескольким вариантам реализации изобретения после отделения от паров в сепараторном устройстве 220, катализатор, как правило, может перемещаться через отпарную секцию - стриппер 224 в выпускной канал катализатора 222, через который катализатор выводят из каталитического реактора 200 с псевдоожиженным катализатором через отводной трубопровод 126 в блок регенерации 300. При необходимости, катализатор может быть также непосредственно перемещен обратно в нижнюю часть реактора 250 через отводной трубопровод 122. В альтернативном варианте катализатор может быть предварительно смешан с регенерированным катализатором в транспортировочном райзере 130.

Перейдем к блоку регенерации 300, в котором, как изображено на фиг. 1, камера сгорания 350 блока регенерации 300 в нижней части реактора может содержать один или несколько впускных каналов 352 и сообщаться по текучей среде с райзером 330. Камера сгорания 350 реактора может сообщаться по текучей среде с блоком сепарации катализатора 210 через отводной трубопровод 126, который может подавать отработанный катализатор из каталитического реактора с псевдоожиженным катализатором 200 в блок регенерации 300 для проведения регенерации катализатора. Камера сгорания 350 в нижней части реактора может содержать дополнительный впускной канал 352, через который происходит соединение воздухоприемника 128 с камерой сгорания 350. Через воздухоприемник 128 можно подавать химически активные газы, которые могут вступать в реакцию с отработанным катализатором для проведения по меньшей мере частичной регенерации катализатора. Например, вследствие прохождения химических реакций в нижней части реактора 250, катализатор может быть закоксован, и кокс может быть удален с поверхности катализатора (т.е. проведена регенерация катализатора) посредством реакции выжига. Например, окислитель (в частности воздух) можно подавать в нижнюю часть камеры сгорания 350 через воздухоприемник 128. После выжига регенерированный катализатор может быть отделен в блоке сепарации катализатора 310 и доставлен обратно в каталитический реактор с псевдоожиженным катализатором 200 через отводной трубопровод 124.

Фиг. 2 представляет увеличенное изображение части каталитического реактора 200 с псевдоожиженным катализатором из фиг. 1 согласно варианту реализации изобретения, содержащего масштабирование. Как показано на фиг. 2 нижняя часть реактора 250 соединена с райзером 230 через переходную часть 258. Площадь поперечного сечения райзера 230 может быть меньше площади поперечного сечения нижней части реактора 250 таким образом, что переходная часть 258 внутри сходит на конус по направлению от нижней части реактора 250 к райзеру 230. Распределитель потока 110 расположен по меньшей мере во внутреннем пространстве переходной части 258. Распределитель потока 110 может содержать объект, оказывающий влияние на эпюру скорости текучих сред, перемещающихся из нижней части реактора 250 в райзер 230. В некоторых вариантах реализации изобретения распределитель потока может быть расположен в осевом центре переходной части 258. Следует понимать, что вид в поперечном разрезе, представленный на фиг. 2, можно интерпретировать как изображение поперечного сечения осесимметричной системы. Например, райзер 230 и нижняя часть реактора 250 могут быть цилиндрическими (то есть иметь круглое поперечное сечение), а переходная часть 258 может представлять собой усеченный конус (то есть иметь круглое поперечное сечение). В силу этого распределитель потока 110, как изображено на фиг. 2, можно интерпретировать как объект, образованный двумя коническими конструкциями с сопряженными основаниями. Следует однако понимать, что в данном документе предусматриваются и другие формы для распределителя потока 100.

Фиг. 4A представляет схематическое аксонометрическое «3D» изображение распределителя потока 110, представленного на фиг. 2, содержащего первую коническую конструкцию 602 и вторую коническую конструкцию 604. В таком варианте реализации изобретения основание первой конической конструкции 602 и основание второй конической конструкции 604 могут иметь аналогичною форму и размер. Согласно настоящему описанию предусматриваются другие формы, в том числе изображенные на фиг. 4B. Распределитель потока 110 на фиг. 4B содержит верхнюю коническую конструкцию 606, первую конструкцию в виде усеченного конуса 608, вторую конструкцию в виде усеченного конуса 610 и нижнюю коническую конструкцию 612. Верхняя коническая конструкция может иметь общее основание с первой конструкцией 608 в форме усеченного конуса, при этом первая конструкция в форме усеченного конуса 608 может иметь общее основание со второй конструкцией в форме усеченного конуса 610 и/или нижняя коническая конструкция 612 может иметь общее основание со второй конструкцией в форме усеченного конуса 610. В других вариантах реализации изобретения, в частности изображенных на фиг. 4C, распределитель потока 110 может иметь ассиметричную форму. Например, ассиметричные формы могут быть использованы, когда распределители потока 110 спроектированы для конкретного варианта реализации изобретения с масштабированием, как было показано в данном документе.

В одном или нескольких вариантах реализации изобретения распределитель потока 110 может представлять собой твердое тело или, в альтернативном варианте, представлять собой полый объект. Распределитель потока 100 может содержать нержавеющую сталь, в частности нержавеющую сталь 304H SS. Распределитель потока 110 может дополнительно содержать огнеупорные материалы на внешней поверхности распределителя потока 110 или по меньшей мере частично заполнять ими внутреннюю часть полого распределителя потока 110.

В одном или нескольких вариантах реализации изобретения распределитель потока 110 может быть зафиксирован в переходной части 580 с помощью одной или нескольких механических опорных конструкций. В данном описании предполагаются многочисленные механические системы крепежа, в том числе на основе тросов, опор, кронштейнов или других подобных средств. Например, в одном варианте реализации изобретения для фиксации распределителя потока 110 в части каталитического реактора 200 с псевдоожиженным катализатором могут быть подвешены однотавровые или двутавровые профили. Вариант реализации системы фиксации, которая может быть адаптирована для фиксации распределителей потока 110, описанных в данном документе, описан в заявке на патент США № 14/751,424, озаглавленной «A Fluid Solids Contacting Device», содержание которой включено в настоящий документ в полном объеме посредством ссылки.

Процедура масштабирования схематически представлена на фиг. 3, где изображен базовый каталитический реактор 500 с псевдоожиженным катализатором и масштабированный каталитический реактор 400 с псевдоожиженным катализатором, расположенные вдоль одной линии таким образом, что граница раздела между нижней частью базового реактора 550 и базовой переходной частью 558 лежит в одной плоскости с границей раздела между масштабированной нижней частью реактора 450 и базовой переходной частью 558. Эти копланарные границы раздела представлены линией 182. Кроме того, линия 184 представляет плоскость границы раздела между базовой переходной частью 558 и базовым райзером 530, а линия 186 представляет плоскость границы раздела между масштабированной переходной частью 458 и масштабированным райзером 430.

В то время как согласно настоящему описанию масштабированный каталитический реактор с псевдоожиженным катализатором 400 на фиг. 3 имеет масштабированную переходную часть 458 в форме усеченного конуса, масштабированную нижнюю часть реактора 450 цилиндрической формы и масштабированный райзер 430 цилиндрической формы, следует понимать, что процесс масштабирования может быть адаптирован для каталитических реакторов с псевдоожиженным катализатором различной геометрии. Аналогичным образом, в то время как согласно настоящему описанию базовый каталитический реактор 500 с псевдоожиженным катализатором из фиг. 3 представлен в качестве базового каталитического реактора 500, содержащего базовую переходную часть 558 в форме усеченного конуса, базовую нижнюю часть реактора 550 цилиндрической формы, и базовый райзер 530 цилиндрической формы, следует понимать, что процесс масштабирования может быть адаптирован для каталитических реакторов с псевдоожиженным катализатором различной геометрии.

Возвращаясь к фиг. 3 отметим, что нижняя часть базового реактора 550 имеет ширину 584 (например, эта величина представляет собой диаметр в случае круглого поперечного сечения нижней части базового реактора 550), базовый райзер 530 имеет ширину 582 (например, диаметр в случае круглого поперечного сечения райзера 530), и при этом базовая переходная часть 558 имеет высоту 586, измеренную как расстояние между нижней частью базового райзера 530 и верхом нижней части базового реактора 550. Аналогичным образом, масштабированная нижняя часть реактора 450 имеет ширину 484 (например, диаметр), масштабированный райзер 430 имеет ширину 482 (например, диаметр), и при этом масштабированная переходная часть 458 имеет высоту 486, измеренную как расстояние между нижней частью масштабированного райзера 430 и верхом масштабированной нижней части реактора 450. Кроме того, разница между высотой 586 и высотой 486 представлена как высота 494, покрывающая ту высоту масштабированной переходной части, которая превышает высоту 586 базовой переходной части 558.

Согласно настоящему описанию масштабированный каталитический реактор 400 с псевдоожиженным катализатором, как правило, представляет собой увеличенную версию базового каталитического реактора 500 с псевдоожиженным катализатором. Различные компоненты базового каталитического реактора 500 с псевдоожиженным катализатором могут быть масштабированы с использованием коэффициента масштабирования. Например, отношение площади поперечного сечения масштабированного райзера 430 к площади поперечного сечения базового райзера 530 может составлять от 80% до 120% коэффициента масштабирования. Кроме того, отношение площади поперечного сечения масштабированной нижней части реактора 450 к площади поперечного сечения базовой нижней части реактора 550 может составлять от 80% до 120% коэффициента масштабирования. Согласно дополнительным вариантам реализации изобретения отношение площади поперечного сечения масштабированного райзера 430 к площади поперечного сечения базового райзера 530 может составлять от 85% до 115% коэффициента масштабирования, от 90% до 110% коэффициента масштабирования, от 95% до 105% коэффициента масштабирования, от 98% до 102% коэффициента масштабирования или даже от 99% до 101% коэффициента масштабирования. Согласно дополнительным вариантам реализации изобретения отношение площади поперечного сечения масштабированной нижней части реактора 450 к площади поперечного сечения базовой нижней части реактора 550 может составлять от 85% до 115% коэффициента масштабирования, от 90% до 110% коэффициента масштабирования, от 95% до 105% коэффициента масштабирования, от 98% до 102% коэффициента масштабирования или даже от 99% до 101% коэффициента масштабирования.

Согласно одному или нескольким вариантам реализации изобретения коэффициент масштабирования может составлять по меньшей мере 1,3, по меньшей мере 1,4, по меньшей мере 1,5, по меньшей мере 1,6, по меньшей мере 1,7, по меньшей мере 1,8, по меньшей мере 1,9, по меньшей мере 2, по меньшей мере 2,5, по меньшей мере 3, по меньшей мере 3,5, по меньшей мере 4, по меньшей мере 4,5, по меньшей мере 5, по меньшей мере 6, по меньшей мере 7, по меньшей мере 8, по меньшей мере 9 или даже по меньшей мере 10. В одном или нескольких вариантах реализации изобретения коэффициент масштабирования может составлять от 1,3 до 5, от 2 до 4 или от 2,5 до 3,5.

Согласно вариантам реализации изобретения по настоящему описанию общая форма базовой переходной части 558 может использоваться для масштабированной переходной части 458. Например, угол конуса 588 базовой переходной части 558 может составлять до 20% угла конуса 488 масштабированной переходной части 458. Например, угол конуса 558 может составлять от 80% до 120% угла конуса 488, от 85% до 115% угла конуса 488, от 90% до 110% угла конуса 488, от 95% до 105% угла конуса 488, от 98% до 102% угла конуса 488 или даже от 99% до 101% угла конуса 488.

Согласно настоящему описанию различные компоненты базового каталитического реактора 500 с псевдоожиженным катализатором и масштабированного каталитического реактора 400 с псевдоожиженным катализатором имеют «площади потока». Площадь потока, как правило, может соответствовать области, в которой текучие среды могут перемещаться вверх в заданном компоненте. В компонентах, которые могут иметь относительно постоянную площадь поперечного сечения, площадь потока относительно постоянна по высоте. Например, базовая нижняя часть реактора 550, базовый райзер 530, масштабированная нижняя часть реактора 450 и масштабированный райзер 430 могут иметь области потока, которые не зависят от высоты, тогда как базовая переходная часть 558 и масштабированная переходная часть 458 могут иметь площади потока, которые являются функцией от высоты.

Базовая переходная часть 558 содержит площадь потока базовой переходной части для каждого значения высоты базовой переходной части 558. В контексте данного документа термин «площадь потока базовой переходной части» на заданной высоте обозначает площадь поперечного сечения базовой переходной части 558 на указанной высоте. Например, для высоты внизу базовой переходной части 558 (на линии 182) площадь потока базовой переходной части равна площади поперечного сечения базовой нижней части реактора 550 шаблона, а для высоты вверху базовой переходной части 558 (на линии 184) площадь потока базовой переходной части шаблона равна площади поперечного сечения базового райзера 530. Базовый райзер 530 содержит площадь потока базового райзера, которая равна площади поперечного сечения базового райзера 530. Нижняя часть базового реактора 550 содержит площадь потока базовой нижней части реактора, которая равна площади поперечного сечения базовой нижней части реактора 550.

В одном или нескольких вариантах реализации изобретения величина базового изменения плотности потока может быть определена для базового каталитического реактора 500 с псевдоожиженным катализатором. В контексте данного документа термин «величина базового изменения плотности потока» на заданной высоте обозначает отношение площади потока на данной высоте базовой переходной части 558 или в базовом райзере 530 к площади потока в нижней части реактора. Например, для значений высоты, меньших чем высота 586 базовой переходной части 558, величина базового изменения плотности потока равна отношению (а) площади потока в базовой переходной части на указанной высоте к (b) площади потока в базовой нижней части реактора (то есть площади поперечного сечения базовой нижней части реактора). Для значений высоты, больших чем высота базовой переходной части 558, величина базового изменения плотности потока равна отношению площади потока в базовом райзере (то есть площади поперечного сечения базового райзера 530) к площади потока в базовой нижней части реактора (то есть площади поперечного сечения базовой нижней части реактора).

Масштабированная переходная часть 458 может содержать площадь потока в масштабированной переходной части для каждого значения высоты масштабированной переходной части 458. В контексте данного документа термин «площадь потока в масштабированной переходной части» на заданной высоте обозначает площадь поперечного сечения переходной части за вычетом площади поперечного сечения распределителя потока 110 на указанной высоте. Распределитель потока 110 уменьшает площадь потока в масштабированной переходной части 458. Масштабированный райзер 430 содержит масштабированную площадь потока райзера, которая равна площади поперечного сечения масштабированного райзера 430. Масштабированная нижняя часть реактора 450 содержит масштабированную площадь потока нижней части реактора, которая равна площади поперечного сечения масштабированной нижней части реактора 450.

В одном или нескольких вариантах реализации изобретения величина масштабированного изменения плотности потока может быть определена для масштабированного каталитического реактора 400 с псевдоожиженным катализатором. В контексте данного документа термин «величина масштабированного изменения плотности потока» на заданной высоте обозначает отношение площади потока на указанной высоте масштабированной переходной части 458 к площади потока в масштабированной нижней части реактора. Например, величина масштабированного изменения плотности потока на заданной высоте может обозначать отношение (а) площади потока в масштабированной переходной части на указанной высоте к (b) площади потока в масштабированной нижней части реактора (то есть площади поперечного сечения масштабированной нижней части реактора 450).

Согласно вариантам реализации изобретения по настоящему описанию для одной или нескольких высот, проведенных от линии 182 (то есть от основания масштабированной переходной части 458), величина масштабированного изменения плотности потока может составлять от 70% до 130% от величины базового изменения плотности потока, в частности от 75% до 125% величины базового изменения плотности потока, от 80% до 120% величины базового изменения плотности потока, от 85% до 115% величины базового изменения плотности потока, от 90% до 110% величины базового изменения плотности потока, от 95% до 105% величины базового изменения плотности потока, от 98% до 102% величины базового изменения плотности потока или от 99% до 101% величины базового изменения плотности потока.

В одном варианте реализации изобретения величина масштабированного изменения плотности потока может составлять от 70% до 130% от величины базового изменения плотности потока на высоте базовой переходной части 558 (линия 184) в масштабированной переходной части 458. Например, на высоте базовой переходной части 558 в масштабированной переходной части 458 величина масштабированного изменения плотности потока может составлять от 70% до 130% величины базового изменения плотности потока, от 75% до 125% величины базового изменения плотности потока, от 80% до 120% величины базового изменения плотности потока, от 85% до 115% величины базового изменения плотности потока, от 90% до 110% величины базового изменения плотности потока, от 95% до 105% величины базового изменения плотности потока, от 98% до 102% величины базового изменения плотности потока или от 99% до 101% величины базового изменения плотности потока.

В одном варианте реализации изобретения величина масштабированного изменения плотности потока может составлять от 70% до 130% от величины базового изменения плотности потока в средней точке высоты 486 масштабированной переходной части 458. Например, в средней точке высоты 486 масштабированной переходной части 458 величина масштабированного изменения плотности потока может составлять может составлять от 70% до 130% величины базового изменения плотности потока, от 75% до 125% величины базового изменения плотности потока, от 80% до 120% величины базового изменения плотности потока, от 85% до 115% величины базового изменения плотности потока, от 90% до 110% величины базового изменения плотности потока, от 95% до 105% величины базового изменения плотности потока, от 98% до 102% величины базового изменения плотности потока или от 99% до 101% величины базового изменения плотности потока.

Согласно другому варианту реализации изобретения величина масштабированного изменения плотности потока может составлять от 70% до 130% от величины базового изменения плотности потока на высоте, составляющей 25% от высоты 486 масштабированной переходной части 458. Например, на высоте, составляющей 25% от высоты 486 масштабированной переходной части 458, величина масштабированного изменения плотности потока может составлять от 70% до 130% величины базового изменения плотности потока, от 75% до 125% величины базового изменения плотности потока, от 80% до 120% величины базового изменения плотности потока, от 85% до 115% величины базового изменения плотности потока, от 90% до 110% величины базового изменения плотности потока, от 95% до 105% величины базового изменения плотности потока, от 98% до 102% величины базового изменения плотности потока или от 99% до 101% величины базового изменения плотности потока.

Согласно другому варианту реализации изобретения величина масштабированного изменения плотности потока может составлять от 70% до 130% от величины базового изменения плотности потока на высоте, составляющей 75% от высоты 486 масштабированной переходной части 458. Например, на высоте, составляющей 75% от высоты 486 масштабированной переходной части 458, величина масштабированного изменения плотности потока может составлять от 70% до 130% величины базового изменения плотности потока, от 75% до 125% величины базового изменения плотности потока, от 80% до 120% величины базового изменения плотности потока, от 85% до 115% величины базового изменения плотности потока, от 90% до 110% величины базового изменения плотности потока, от 95% до 105% величины базового изменения плотности потока, от 98% до 102% величины базового изменения плотности потока или от 99% до 101% величины базового изменения плотности потока.

Согласно другому варианту реализации изобретения величина масштабированного изменения плотности потока может составлять от 70% до 130% от величины базового изменения плотности потока для всех значений высоты базовой переходной части 558, меньших, чем высота 492. Например, для всех значений высоты, меньших, чем высота 586 базовой переходной части 558, величина масштабированного изменения плотности потока может составлять от 70% до 130% величины базового изменения плотности потока, от 75% до 125% величины базового изменения плотности потока, от 80% до 120% величины базового изменения плотности потока, от 85% до 115% величины базового изменения плотности потока, от 90% до 110% величины базового изменения плотности потока, от 95% до 105% величины базового изменения плотности потока, от 98% до 102% величины базового изменения плотности потока или от 99% до 101% величины базового изменения плотности потока.

Согласно другому варианту реализации изобретения величина масштабированного изменения плотности потока может составлять от 70% до 130% от величины базового изменения плотности потока для всех значений высоты базовой переходной части 558, больших, чем высота 586 (высоты 494). Например, для всех значений высоты, больших, чем высота 586 базовой переходной части 558, величина масштабированного изменения плотности потока может составлять от 70% до 130% величины базового изменения плотности потока, от 75% до 125% величины базового изменения плотности потока, от 80% до 120% величины базового изменения плотности потока, от 85% до 115% величины базового изменения плотности потока, от 90% до 110% величины базового изменения плотности потока, от 95% до 105% величины базового изменения плотности потока, от 98% до 102% величины базового изменения плотности потока или от 99% до 101% величины базового изменения плотности потока.

Согласно другому варианту реализации изобретения величина масштабированного изменения плотности потока может составлять от 70% до 130% от величины базового изменения плотности потока для всех значений высоты масштабированной переходной части 458. Например, для всех значений высоты масштабированной переходной части 458 величина масштабированного изменения плотности потока может составлять от 70% до 130% величины базового изменения плотности потока, от 75% до 125% величины базового изменения плотности потока, от 80% до 120% величины базового изменения плотности потока, от 85% до 115% величины базового изменения плотности потока, от 90% до 110% величины базового изменения плотности потока, от 95% до 105% величины базового изменения плотности потока, от 98% до 102% величины базового изменения плотности потока или от 99% до 101% величины базового изменения плотности потока.

Следует понимать, что распределитель потока 110 может быть спроектирован с возможностью соответствия одному или нескольким вариантам реализации изобретения, относящимся к величинам изменения плотности потока, описанным в данном документе. Было обнаружено, что в тех случаях, когда величина масштабированного изменения плотности потока подобна (например, составляет от 70% до 130%) величине базового изменения плотности потока, эпюра скорости текучей среды по направлению вверх в масштабированном каталитическом реакторе 400 с псевдоожиженным катализатором остается неизменной по сравнению с базовым каталитическим реактором 500 с псевдоожиженным катализатором. В одном варианте реализации изобретения в качестве распределителя потока 110 может быть использован объект, содержащий два конуса с сопряженными основаниями. Например, следует понимать, что часть распределителя потока 110 потока с конусными основаниями может находиться на той же высоте относительно низа масштабированной переходной части 458 (то есть линии 182), что и верхняя часть базовой переходной части 558 (то есть линия 184) по отношению к низу базовой переходной части 558 (то есть линии 182). Следует понимать, что моделирование различных масштабирующих конфигураций реактора при сохранении практического равенства между величиной масштабированного изменения плотности потока и величиной базового изменения плотности потока для всех высот масштабированной переходной части 458 может приводить к получению сложных трехмерных форм распределителя потока 110. Однако этим сложным формам можно дать предварительную оценку с использованием не изогнутых многоугольников или конструкций в виде усеченных геометрических фигур или конусов. Например, на фиг. 4C показан вариант реализации такого распределителя потока 110 потока сложной формы, предназначенного для размещения в масштабированной переходной части в виде усеченной фигуры.

Возвращаясь к фиг. 2, отметим, что согласно одному или нескольким вариантам реализации изобретения распределитель потока 110 может занимать значительную часть объема переходной части 258. Например, распределитель потока 110 может заполнять по меньшей мере 10%, по меньшей мере 20%, по меньшей мере 30%, по меньшей мере 40% или даже по меньшей мере 50% объема переходной части 258. В дополнительных вариантах реализации изобретения распределитель потока 110 может заполнять от 10% до 50% или от 20% до 45% объема переходной части 258.

Описанные в настоящем документе системы могут быть использованы в качестве технологического оборудования для проведения различных химических превращений с использованием псевдоожиженного катализатора. Например, углеводороды, а также другое химическое сырье можно превращать в требуемые химпродукты за счет использования реакторов с псевдоожиженным слоем катализатора. Реакторы с псевдоожиженным слоем катализатора имеют множество применений в промышленности, включая дегидрогенизацию парафинов и/или алкилированных ароматических углеводородов, крекинг углеводородов (т.е. крекинг с псевдоожиженным катализатором), получение олефинов из метанола, дегидратацию алкоголей, хлорирование олефинов, окисление нафталина до фталевого ангидрида, получение акрилонитрила из пропилена, аммиака и кислорода, синтез Фишера-Тропша и полимеризацию этилена.

Согласно вариантам реализации изобретения по данному описанию можно изготовить и использовать масштабированный каталитический реактор с псевдоожиженным катализатором. Согласно настоящему описанию изготовление масштабированного каталитического реактора 400 с псевдоожиженным катализатором может обозначать построение или иначе соединение либо сборку компонентов реактора для получения масштабированного каталитического реактора 400 с псевдоожиженным катализатором. Кроме того, использование масштабированного каталитического реактора 400 с псевдоожиженным катализатором может обозначать управление масштабированным каталитическим реактором 400 с псевдоожиженным катализатором, в частности управление одной или несколькими химическими реакциями с образованием конечного химпродукта из реагента в масштабированном каталитическом реакторе 400 с псевдоожиженным катализатором.

Кроме того, масштабированный каталитический реактор 400 с псевдоожиженным катализатором может быть «основан на» базовом каталитическом реакторе 500 с псевдоожиженным катализатором. В одном или нескольких вариантах реализации изобретения не обязательно иметь фактический базовый каталитический реактор 500 с псевдоожиженным катализатором. Например, базовый каталитический реактор 500 с псевдоожиженным катализатором может быть осмотрен, в частности изучен, лично либо нет, в процессе эксплуатации либо иным образом. Осмотр может включать сбор данных, относящихся к работе базового каталитического реактора 500 с псевдоожиженным катализатором. В другом варианте реализации изобретения могут быть получены данные, относящиеся к базовому каталитическому реактору 500 с псевдоожиженным катализатором, что может включать получение любой информации, связанной с работой базового каталитического реактора 500 с псевдоожиженным катализатором. Например, получение данных, относящихся к базовому каталитическому реактору 500 с псевдоожиженным катализатором, может включать сбор информации, относящейся к скоростям реакции, механике текучей среды, условиям процесса и т.п. в базовом каталитическом реакторе 500 с псевдоожиженным катализатором. Например, в качестве акта получения данных, относящихся к базовому каталитическому реактору 500 с псевдоожиженным катализатором, может быть включено получение публикации, раскрывающей конструкцию и/или рабочие характеристики базового каталитического реактора 500 с псевдоожиженным катализатором. В одном или нескольких вариантах реализации изобретения данные, относящиеся к базовому реактору 500, могут содержать один или несколько типов данных относительно площади поперечного сечения базового райзера 530, площади поперечного сечения базовой нижней части реактора 550, формы поперечного сечения базового райзера 558, формы поперечного сечения базовой нижней части реактора 550 или формы базовой переходной части 558 (в том числе величины угла усеченного конуса).

Следует понимать, что, хотя некоторые варианты реализации каталитического реактора с псевдоожиженным катализатором, описанные в настоящем документе, масштабированы на основании базовых реакторов, в некоторых вариантах реализации изобретения каталитические реакторы с псевдоожиженным катализатором, содержащие распределители потока, могут представлять собой исходные реакторами (т.е. не масштабированные). Следует понимать, что согласно настоящему описанию распределители потока помимо масштабирования могут использоваться и в других контекстах, в частности для модификации реактора. Например, для изменения технологических параметров реакции может потребоваться проведение модификации реактора путем включения распределителя потока.

В целях описания и раскрытия содержания настоящего изобретения следует отметить, что в контексте данного документа термин «около» используется для представления имманентной степени неопределенности, свойственной любому количественному сравнению, значению, измерению или иному представлению. Этот термин также используется в настоящем описании для представления степени, в которой количественное выражение может отличаться от заявленного значения без внесения изменений в основную функцию рассматриваемого предмета.

Следует отметить, что в одном или нескольких нижеследующих пунктов формулы изобретения в качестве переходной фразы используется термин «в котором». В целях раскрытия содержания настоящего изобретения следует отметить, что этот термин используется в пунктах формулы изобретения в качестве универсальной переходной фразы, которая служит для представления ряда характеристик конструкции, и ее следует понимать аналогично более широко используемому универсальному ограничительному термину «содержащий».

В общем случае в контексте данного документа термины «впускные каналы» и «выпускные каналы» любого системного узла реакторной установки 102 с псевдоожиженным катализатором обозначают отверстия, сквозные отверстия, каналы, проемы, зазоры или другие подобные механические элементы в системном узле. Например, впускные каналы обеспечивают возможность доставки материалов в конкретный системный узел, а выпускные каналы обеспечивают возможность вывода материалов из конкретного системного узла. В общем случае выпускной канал или впускной канал образует область системного узла реакторной каталитической установки 102 с псевдоожиженным катализатором, к которой прикрепляют трубу, трубопровод, трубка, шланг, транспортировочную линию или подобный механический элемент, либо представляет собой часть системного узла, к которой непосредственно присоединяют другой системный узел. Хотя в настоящем описании могут быть рассмотрены функциональные особенности впускных каналов и выпускных каналов, они могут иметь подобные физические характеристики, а их соответствующие функции в действующей системе не должны рассматриваться в качестве факторов, ограничивающих их физическую конструкцию.

Специалистам в данной области техники очевидно, что в настоящем изобретении могут быть осуществлены различные изменения и вариации, не выходящие за пределы смысла и объема настоящего изобретения. Поскольку специалисты в данной области техники могут представить себе модификации, сочетания, субкомбинации и вариации раскрытых вариантов реализации изобретения, заключающих в себе смысл и существо изобретения, следует понимать, что изобретение охватывает весь объем прилагаемых пунктов формулы изобретения и их аналогов.

Изобретение в целом относится к реакторным блокам для химического производства, а конкретнее к реакторам для проведения химических превращений с участием псевдоожиженного катализатора. Согласно одному или нескольким вариантам реализации настоящего изобретения каталитический реактор с псевдоожиженным катализатором может содержать райзер, нижнюю часть реактора, переходную часть и распределитель потока. Райзер может содержать площадь поперечного сечения, и нижняя часть реактора может содержать площадь поперечного сечения. Переходная часть может присоединять райзер к нижней части реактора. Площадь поперечного сечения райзера может быть меньше площади поперечного сечения нижней части реактора таким образом, что переходная часть внутри сходит на конус по направлению от нижней части реактора к райзеру. Распределитель потока может быть расположен по меньшей мере во внутреннем пространстве переходной части. Распределитель потока может содержать объект, оказывающий влияние на эпюру скорости текучих сред, перемещающихся из нижней части реактора в райзер. 3 н. и 12 з.п. ф-лы, 6 ил.

1. Каталитический реактор с псевдоожиженным катализатором, содержащий: райзер, имеющий площадь поперечного сечения; нижнюю часть реактора, содержащую площадь поперечного сечения; переходную часть, соединяющую райзер с нижней частью реактора, причем площадь поперечного сечения райзера меньше площади поперечного сечения нижней части реактора, так что переходная часть внутри сходит на конус по направлению от нижней части реактора к райзеру; а также распределитель потока, расположенный по меньшей мере во внутреннем пространстве переходной части, при этом распределитель потока оказывает влияние на эпюру скорости текучих сред, перемещающихся из нижней части реактора в райзер, причем распределитель потока представляет собой объект, уменьшающий площадь поперечного сечения области, в которой текучая среда может перемещаться вверх в переходной части.

2. Каталитический реактор с псевдоожиженным катализатором по п. 1, отличающийся тем, что распределитель потока заполняет по меньшей мере 10% объема переходной части.

3. Каталитический реактор с псевдоожиженным катализатором по п. 1, отличающийся тем, что распределитель потока заполняет по меньшей мере 20% объема переходной части.

4. Каталитический реактор с псевдоожиженным катализатором по п. 1, отличающийся тем, что распределитель потока заполняет от 20% до 45% объема переходной части.

5. Каталитический реактор с псевдоожиженным катализатором по любому из пп. 1-4, отличающийся тем, что распределитель потока содержит коническую конструкцию.

6. Каталитический реактор с псевдоожиженным катализатором по любому из пп. 1-4, отличающийся тем, что распределитель потока содержит конструкцию в виде усеченной геометрической фигуры.

7. Каталитический реактор с псевдоожиженным катализатором по любому из пп. 1-6, отличающийся тем, что переходная часть содержит конструкцию в виде усеченной геометрической фигуры.

8. Каталитический реактор с псевдоожиженным катализатором по любому из пп. 1-6, отличающийся тем, что переходная часть содержит конструкцию в виде усеченного конуса.

9. Способ масштабирования каталитического реактора с псевдоожиженным катализатором, включающий: установку или эксплуатацию масштабированного каталитического реактора на основе базового каталитического реактора с псевдоожиженным катализатором, масштабированный каталитический реактор, содержащий масштабированный райзер, масштабированную нижнюю часть реактора, масштабированную переходную часть, соединяющую масштабированный райзер и масштабированную нижнюю часть реактора, а также распределитель потока, расположенный по меньшей мере во внутренней части переходной части, при этом: базовый каталитический реактор с псевдоожиженным катализатором содержит базовый райзер, базовую нижнюю часть реактора и базовую переходную часть, соединяющую базовый райзер и базовую нижнюю часть реактора; причем для значения высоты в средней точке высоты масштабированной переходной части масштабированное значение изменения плотности потока составляет от 70% до 130% от базового значения изменения плотности потока, причем: для заданной высоты величина масштабированного изменения плотности потока равна отношению масштабированной площади потока в переходной части на указанной высоте к площади поперечного сечения масштабированной нижней части реактора, при этом масштабированная площадь потока в переходной части для указанной высоты равна площади поперечного сечения переходной части на указанной высоте за вычетом площади поперечного сечения распределителя потока на указанной высоте; и для заданной высоты величина базового изменения плотности потока равна: для значений высоты, меньших, чем высота базовой переходной части - отношению площади потока в базовой переходной части на указанной высоте к площади поперечного сечения базовой нижней части реактора, при этом площадь потока базовой переходной части для указанной высоты равна площади поперечного сечения базовой переходной части на указанной высоте; или для значений высоты, превышающих высоту базовой переходной части - отношению площади поперечного сечения базового райзера к площади поперечного сечения базовой нижней части реактора.

10. Способ по п. 9, отличающийся тем, что на высоте, составляющей 25% от высоты масштабированной переходной части, величина масштабированного изменения плотности потока составляет от 70% до 130% величины базового изменения плотности потока.

11. Способ по п. 9 или 10, отличающийся тем, что на высоте, составляющей 75% от высоты масштабированной переходной части, величина масштабированного изменения плотности потока составляет от 70% до 130% величины базового изменения плотности потока.

12. Способ по любому из пп. 9-11, отличающийся тем, что для всех значений высоты масштабированной переходной части, меньших, чем высота базовой переходной части, величина масштабированного изменения плотности потока составляет от 70% до 130% величины базового изменения плотности потока.

13. Способ по любому из пп. 9-12, отличающийся тем, что для всех значений высоты масштабированной переходной части, больших, чем высота базовой переходной части, величина масштабированного изменения плотности потока составляет от 70% до 130% от величины базового изменения плотности потока.

14. Способ по любому из пп. 9-13, отличающийся тем, что для всех значений высоты масштабированной переходной части величина масштабированного изменения плотности потока составляет от 70% до 130% величины базового изменения плотности потока.

15. Способ масштабирования каталитического реактора с псевдоожиженным катализатором, включающий: установку или эксплуатацию масштабированного каталитического реактора на основе базового каталитического реактора с псевдоожиженным катализатором, масштабированный каталитический реактор с псевдоожиженным катализатором, содержащий масштабированный райзер, масштабированную нижнюю часть реактора, масштабированную переходную часть, соединяющую масштабированный райзер и масштабированную нижнюю часть реактора, а также распределитель потока, расположенный по меньшей мере во внутренней части переходной части, при этом: базовый каталитический реактор с псевдоожиженным катализатором содержит базовый райзер, базовую нижнюю часть реактора и базовую переходную часть, соединяющую базовый райзер и базовую нижнюю часть реактора, причем: отношение площади поперечного сечения масштабированного райзера к площади поперечного сечения базового райзера составляет от 80% до 120% коэффициента масштабирования; отношение площади поперечного сечения масштабированной нижней части реактора к диаметру базовой нижней части реактора составляет от 80% до 120% коэффициента масштабирования; угол конуса масштабированной переходной части составляет от 80% до 120% угла конуса базовой переходной части; и при этом коэффициент масштабирования составляет по меньшей мере 1,3; для значения высоты в средней точке высоты масштабированной переходной части масштабированное значение изменения плотности потока составляет от 70% до 130% от базового значения изменения плотности потока, причем: для заданной высоты величина масштабированного изменения плотности потока равна отношению масштабированной площади потока в переходной части на указанной высоте к площади поперечного сечения масштабированной нижней части реактора, при этом масштабированная площадь потока в переходной части для указанной высоты равна площади поперечного сечения переходной части на указанной высоте за вычетом площади поперечного сечения распределителя потока на указанной высоте; и при этом для заданной высоты величина базового изменения плотности потока равна: для значений высоты, меньших, чем высота базовой переходной части - отношению площади потока в базовой переходной части на указанной высоте к площади поперечного сечения базовой нижней части реактора, при этом площадь потока базовой переходной части для указанной высоты равна площади поперечного сечения базовой переходной части на указанной высоте; или для значений высоты, превышающих высоту базовой переходной части - отношению площади поперечного сечения базового райзера к площади поперечного сечения базовой нижней части реактора.