СМЕСИТЕЛЬНОЕ И РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО С ПРОДОЛЬНЫМ ОТВЕРСТИЕМ Российский патент 2021 года по МПК B01J8/04 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

Настоящее изобретение относится к области экзотермических реакций, более конкретно, к реакциям гидроочистки, гидрообессеривания, гидродеазотирования, гидрокрекинга, гидрогенизации, гидродезоксигенации, гидроизомеризации, гидродепарафинизации или гидродеароматизации, осуществляемым в реакторе с неподвижным слоем. Более конкретно, изобретение относится к смесительному и распределительному устройству для текучих сред в прямоточном реакторе с нисходящим потоком и его использованию для осуществления экзотермических реакций.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Экзотермические реакции, проводимые, например, в области нефтепереработки и/или нефтехимии, требуют охлаждения дополнительной текучей средой, которую называют закалочной текучей средой, чтобы избежать термического разгона каталитического реактора, в котором их осуществляют. Каталитические реакторы, используемые для проведения таких реакций, вообще, включают, по меньшей мере, слой твердого катализатора. Экзотермический характер реакций требует сохранения гомогенного осевого градиента температуры по сечению реактора и близкого к нулю радиального градиента внутри реактора, чтобы исключить появление точек перегрева в слое катализатора, находящегося в реакторе. Наличие зон со слишком высокой температурой может преждевременно снизить активность катализатора и/или вызвать неселективные реакции и/или привести к термическому разгону. Следовательно, важно, чтобы в реакторе находилась, по меньшей мере, одна смесительная камера, располагаемая между двумя слоями катализатора, которая обеспечивает гомогенное распределение температуры текучих сред по сечению реактора и охлаждение реакционных текучих сред до заданной температуры.

Для осуществления такой гомогенизации специалисты в данной области техники часто вынуждены использовать специальные внутренние устройства, порой сложные, предполагающие, по возможности, наиболее гомогенное введение закалочной текучей среды по сечению реактора. Например, в документе FR 2824495 А1 описано устройство закалки, позволяющее гарантировать эффективный обмен между одной или несколькими закалочными текучими средами и одной несколькими обрабатываемыми текучими средами. Это устройство заключено в корпус и включает форсунку закалочной текучей среды, перегородку для сбора текучих сред, собственно закалочную камеру, в которой происходит смешивание закалочной текучей среды и реакционной текучей среды в нисходящем потоке, и распределительную систему, состоящую из перфорированной чаши и распределительной пластины. В закалочной камере имеется дефлектор, обеспечивающий турбулентное движение текучих сред, по существу, в направлении не радиальном и не параллельном оси указанного корпуса, и, ниже по потоку относительно дефлектора в направлении циркуляции реакционной текучей среды, по меньшей мере, один выходной пропускной участок смеси текучих сред, образовавшейся в камере. Это устройство позволяет смягчить некоторые отрицательные стороны различных систем известного уровня техники, однако, остается громоздким.

Для решения проблемы громоздкости разработано смесительное устройство для текучих сред в реакторе с нисходящим потоком, описанное в документе FR 2952835 А1. Это устройство включает горизонтальное средство сбора, снабженное вертикальным коллектором для приема текучих сред, средство инжекции, расположенное в коллекторе, и кольцевую смесительную камеру круглого сечения, расположенную ниже по потоку от средства сбора в направлении циркуляции текучих сред. Смесительная камера имеет входной конец, соединенный с коллектором, и выходной конец, через который возможно прохождение текучих сред, а также горизонтальную пластину предварительного распределения, включающую, по меньшей мере, один канал. Преимуществом этого устройства является то, что оно более компактно, чем описанное выше, и обеспечивает хорошее смешивание текучих сред и достаточную гомогенность температуры.

В попытке создания еще более компактного смесительного и распределительного устройства, другое решение, предложенное в документе FR 3034323, заключается в реализации смесительного и распределительного устройства для текучих сред, в котором зона смешивания и зона распределения текучих сред расположены на одном и том же уровне. Такое устройство представлено на фиг. 1а - 1с и будет более подробно описано далее. Более конкретно, зона смешивания включает камеру смешивания текучих сред и камеру обмена текучих сред, связанную и сообщающуюся с камерой смешивания. Камера смешивания, предпочтительно, расположена над камерой обмена. Такая конфигурация зоны смешивания обеспечивает смешивание текучих сред в камере смешивания и стекание указанной смеси в камеру обмена. Смешивание реакционной текучей среды и закалочной текучей среды продолжается на уровне камеры обмена, затем смесь поступает на распределительную пластину, проходя через боковые пропускные участки, расположенные в стенках камеры обмена. Однако, когда закалочная текучая среда и/или реакционная текучая среда является газом, значительный газообразный поток может выдавливать текучие среды типа жидкость и/или жидкость/газ на распределительной пластине и осушать определенные зоны указанной пластины. Следовательно, подвод к каналам распределительной пластины будет неодинаковым, что может привести к дисбалансу расхода на уровне слоя катализатора, расположенного ниже по потоку от указанной распределительной пластины.

Целью настоящего изобретения является устранение указанной проблемы путем обеспечения смесительного и распределительного устройства, позволяющего лучше распределять текучие среды на распределительной пластине.

ЦЕЛИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Первой целью изобретения является смесительное и распределительное устройство для текучих сред в каталитическом реакторе с нисходящим потоком, при этом, указанное устройство включает:

- по меньшей мере, одну зону (А) сбора, включающую, по меньшей мере, одно средство сбора;

- по меньшей мере, один коллектор, по существу, вертикальный, пригодный для приема реакционной текучей среды, собранной указанным средством сбора, и, по меньшей мере, одно средство инжекции, открывающееся в указанный коллектор с целью инжекции закалочной текучей среды;

- по меньшей мере, одну зону (В) смешивания, расположенную ниже по потоку от указанного коллектора в направлении циркуляции текучих сред, при этом, указанная зона (В) смешивания включает, по меньшей мере, камеру смешивания текучих сред длиной L1’, при этом, указанная камера смешивания имеет первый конец, сообщающийся с указанным коллектором, и второй конец, сообщающийся с камерой обмена текучих сред длиной L2’, расположенной под указанной камерой смешивания и наложенной на нее;

- по меньшей мере, зону (С) распределения, расположенную на том же уровне, что и зона (В) смешивания, ниже по потоку от указанной зоны (В) смешивания в направлении циркуляции текучих сред, при этом, указанная зона (С) распределения включает распределительную пластину, несущую на себе множество труб;

отличающееся тем, что длина L2’ указанной камеры обмена строго больше, чем длина L1’ указанной камеры смешивания с тем, чтобы на уровне указанной камеры обмена образовывался потолок, при этом, в указанном потолке имеется, по меньшей мере, одно продольное отверстие, пригодное для прохода текучих сред из указанной камеры обмена в указанную зону (С) распределения.

Предпочтительно, отношение между длиной L1’ камеры смешивания и длиной L2’ камеры обмена составляет от 0,1 до 0,9.

Преимущественно, отношение между площадью потолка и площадью одного или нескольких продольных отверстий равно 1.

Преимущественно, устройство, кроме этого, включает, по меньшей мере, множество горизонтальных панелей, расположенных в зоне (С) распределения под отверстием потолка камеры обмена и над трубами или на трубах распределительной пластины.

Преимущественно, указанные горизонтальные панели расположены на высоте, составляющей от 0 до 10 см над трубами распределительной пластины.

Предпочтительно, указанные горизонтальные панели отстоят друг от друга на расстояние, составляющее от 0 до 5 см.

Предпочтительно, кроме этого, в боковых стенках указанной камеры обмена имеется множество боковых пропускных участков, пригодных для прохождения текучих сред из указанной камеры обмена в указанную зону (С) распределения.

Преимущественно, кроме этого, устройство включает множество боковых дефлекторов, расположенных на уровне указанной зоны (С) распределения напротив, по меньшей мере, одного бокового проходного участка.

Преимущественно, устройство включает пару боковых дефлекторов, расположенных по обе стороны от камеры обмена.

Предпочтительно, указанная зона (В) смешивания смещена относительно центральной оси зоны (С) распределения, образуя на распределительной пластине две зоны (Z1) и (Z2), отношение R которых, определяемое как отношение площади зоны (Z1) к площади зоны (Z2), составляет от 0 до 1, при этом, величины 0 и 1 исключены.

Преимущественно, камера смешивания имеет днище со скошенным краем, образующим угол θ относительно продольной оси XX’ камеры смешивания, составляющий от 20° до 70°.

Предпочтительно, объемное отношение указанной камеры обмена и указанной камеры смешивания составляет от 5 до 60%.

Предпочтительно, камера обмена расположена на расстоянии «d», составляющем от 20 до 150 мм, от распределительной пластины.

Другой целью изобретения является каталитический реактор с нисходящим потоком, имеющий корпус, в котором имеется, по меньшей мере, два неподвижных слоя катализатора, разделенных промежуточной зоной, заключающей в себе смесительное и распределительное устройство для текучих сред, соответствующее изобретению.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

На фиг. 1а представлено осевое сечение каталитического реактора с нисходящим потоком, включающего, по меньшей мере, два слоя твердого катализатора и компактное смесительное и распределительное устройство для текучих сред, описанное в документе FR 3034323.

На фиг. 1b представлен, соответственно, детализированный вид зоны (В) смешивания устройства, соответствующего фиг. 1а (пунктирными линиями показаны невидимые части зоны смешивания, т.е., находящиеся внутри указанной зоны).

На фиг. 1с представлен вид в перспективе зоны (В) смешивания устройства, соответствующего фиг. 1а.

На фиг. 2а представлен вид в перспективе зоны (В) смешивания устройства, соответствующего изобретению.

На фиг. 2b представлен вид в перспективе зоны (В) смешивания устройства, соответствующего изобретению, включающей боковые пропускные участки.

На фиг. 2с представлен поперечный разрез устройства, соответствующего изобретению, при этом, устройство включает множество горизонтальных панелей 33.

На фиг. 2d представлено осевое сечение каталитического реактора с нисходящим потоком, включающего, по меньшей мере, два слоя твердого катализатора и компактное смесительное и распределительное устройство для текучих сред, соответствующее изобретению.

На фиг. 3 представлен поперечный разрез устройства, соответствующего изобретению, согласно конкретному варианту его осуществления. Зона (В) смешивания смещена относительно центральной оси зоны (С) распределения, образуя, таким образом, распределительную пластину 12, включающую две зоны, Z1 и Z2, разной площади.

На фиг. 4 представлен вид в сечении по оси (XX’) зоны (В) смешивания устройства, соответствующего изобретению и показанного на фиг. 2b.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Определения

В контексте изобретения под камерой смешивания понимается пространство, в котором происходит смешивание реакционной текучей среды и закалочной текучей среды.

Под камерой обмена понимается пространство, в котором смешанные реакционная текучая среда и закалочная текучая среда находятся в непосредственном контакте с зоной распределения текучих сред через, по меньшей мере, одно продольное отверстие, необязательно, боковые пропускные участки.

Подробное описание

Компактное смесительное и распределительное устройство, соответствующее изобретению, предназначено для использования в реакторе, где проводят экзотермические реакции, такие как реакции гидроочистки, гидрообессеривания, гидродеазотирования, гидрокрекинга, гидрогенизации, гидродезоксигенации, гидроизомеризации, гидродепарафинизации или гидродеароматизации. Вообще, реактор имеет удлиненную форму вдоль, по существу, вертикальной оси. Сверху вниз указанного реактора организуют циркуляцию, по меньшей мере, одной реакционной текучей среды (именуемой также «process fluid» (технологическая текучая среда) согласно англоязычной терминологии) через, по меньшей мере, один неподвижный слой катализатора. Преимущественно, на выходе каждого слоя, за исключением последнего, реакционную текучую среду собирают и смешивают с закалочной текучей средой (именуемой также «quench fluid» согласно англоязычной терминологии) в указанном устройстве, после чего распределяют в слое катализатора, расположенного ниже по потоку от распределительной пластины. Положение выше и ниже по потоку определяется относительно направления течения реакционной текучей среды. Реакционная текучая среда может представлять собой газ или жидкость или смесь, содержащую жидкость и газ; это зависит от типа реакции, осуществляемой в реакторе.

Обратимся к фиг. 1а - 1с; смесительное и распределительное устройство, соответствующее предшествующему уровню техники, может быть расположено в реакторе 1, удлиненном вдоль, по существу, вертикальной оси, в котором сверху вниз организована циркуляция, по меньшей мере, одной реакционной текучей среды через, по меньшей мере, один слой катализатора 2. Устройство расположено под слоем катализатора 2 относительно направления течения реакционной текучей среды в корпусе 1. Опорная решетка 3 поддерживает слой катализатора 2 так, что под слоем катализатора 2 имеется свободная зона (А) сбора. Зона (А) сбора нужна для отведения реакционной текучей среды в коллектор 7 (см. фиг. 1b и 1с). Вытекающая реакционная текучая среда может быть образована, например, газовой фазой и жидкой фазой. Реакционную текучую среду, проходящую через слой катализатора 2, собирают при помощи устройства 5 сбора (также именуемого перегородкой для сбора текучей среды), по существу, горизонтального, ведущего в коллектор 7, по существу, вертикальный, расположенный либо под зоной (А) сбора на уровне зоны, именуемой зоной (В) смешивания (представленной на фиг. 1b и 1с), либо на уровне зоны (А) сбора (на фигурах не показанной). Под положением, по существу, вертикальным и, по существу, горизонтальным, в контексте настоящего изобретения понимается отклонение плоскости от вертикали и, соответственно, горизонтали на угол β, составляющий ±5 градусов. Средство 5 сбора (см. фиг. 1а) образовано сплошным листом, расположенным в плоскости, перпендикулярной продольной оси корпуса под опорной решеткой 3 слоя катализатора 2. Лист средства 5 сбора простирается радиально по всему реактору 1. На одном из его концов находится отверстие 6 (см. фиг. 1b и 1с), с которым связан указанный коллектор 7. Средство 5 сбора позволяет собирать поток реакционной текучей среды, поступающий из слоя катализатора 2 выше по потоку, и направлять его в указанный коллектор 7. Средство 5 сбора отстоит от опорной решетки 3 слоя катализатора 2 на расстояние по высоте Н1 (фиг. 1а). Высота Н1 выбрана так, чтобы ограничить потерю напора во время сбора текучей среды, вытекающей из слоя катализатора 2, и ограничить предохранительную высоту, т.е., высоту жидкости, накапливающейся в средстве 5 сбора. Предохранительная высота не влияет ни на отведение реакционной текучей среды в коллектор 7, ни на ее течение в коллекторе, ни на перемещение через верхний слой катализатора 2. Когда коллектор 7 и средство 8 инжекции (фиг. 1с) расположены на уровне зоны (В) смешивания, высота Н1 составляет от 10 до 500 мм, предпочтительно, от 10 до 200 мм, более предпочтительно, от 30 до 150 мм, еще более предпочтительно, от 40 до 100 мм. Таким образом, реакционная текучая среда, вышедшая из слоя 2, в зоне (А) сбора вынуждена проходить через коллектор 7. Когда коллектор 7 и средство 8 инжекции расположены на уровне зоны (А) сбора, высота Н1 составляет от 10 до 400 мм, предпочтительно, от 30 до 300 мм, более предпочтительно, от 50 до 250 мм. Под зоной (А) сбора находится зона (В) смешивания и зона (С) распределения. Обратимся к фиг. 1b и 1с; зона (В) смешивания включает коллектор 7, по существу, вертикальный, пригодный для приема реакционной текучей среды, собранной средством 5 сбора, и закалочной текучей среды, поступающей из средства 8 инжекции (см. фиг. 1с), открывающегося в указанный коллектор 7.

Зона (В) смешивания, кроме того, включает камеру 15 смешивания длиной L1 (см. фиг. 1а - 1с), расположенную ниже по потоку от средства 5 сбора в направлении циркуляции текучих сред. Коллектор 7, сообщающийся с камерой 15 смешивания, может располагаться над камерой 15 смешивания или на том же уровне, что и указанная камера. Предпочтительно, коллектор 7 расположен на том же уровне, что и камера 15 смешивания (см., особенно, фиг. 1b). Также и средство 8 инжекции может входить над камерой 15 смешивания, на том же уровне, что и указанная камера, или непосредственно внутрь указанной камеры 15 смешивания посредством устройства, известного специалистам в данной области, например, перфорированной трубы, пересекающей камеру 15 смешивания. Инжекция закалочной текучей среды может быть выполнена в прямотоке, в перекрестном потоке и даже в противотоке относительно реакционной текучей среды, поступающей из зоны (А) сбора.

Что касается зоны (С) распределения, она включает распределительную пластину 12, несущую на себе множество труб 13. Зона (С) распределения, простираясь на высоте Н3 (см. фиг. 1а), включает распределительную пластину 12 (которая также может быть названа распределителем) и множество труб 13. Более конкретно, каналы 13 открыты на верхнем конце, где имеется верхнее отверстие, и вдоль боковой стенки снабжены рядом боковых отверстий, которые предназначены для раздельного прохождения внутрь труб 13 жидкой фазы (через боковые отверстия) и газовой фазы (через верхнее отверстие) с целью их глубокого перемешивания внутри указанных труб 13. Форма боковых отверстий может быть очень разнообразной, как правило, круглой или прямоугольной, при этом, эти отверстия, предпочтительно, распределены по соответствующему каналу на множестве уровней, по существу, идентичных для всех труб, вообще, по меньшей мере, на одном уровне, предпочтительно, от 1 до 10 уровней, чтобы обеспечить образование настолько равномерной поверхности раздела между газовой и жидкой фазами, насколько это возможно.

Отличительной особенностью устройства, соответствующего известному уровню техники, является размещение зоны (В) смешивания на том же уровне, что и зона (С) распределения, а также то, что указанная зона (В) смешивания образована камерой 15 смешивания текучих сред, соединенной и сообщающейся с камерой 16 обмена текучих сред той же длины L1, что и камера 15 смешивания (см. фиг. 1а - 1с), при этом, указанная камера 16 обмена расположена ниже по потоку от камеры 15 смешивания в направлении циркуляции текучих сред. Более конкретно, камера 16 обмена расположена под камерой 15 смешивания. Текучие среды проходят из камеры 15 смешивания в камеру 16 обмена через отверстие 18, расположенное на выходном конце камеры 15 смешивания в направлении циркуляции текучих сред (как показано стрелками на фиг. 1b). Под камерой 15 смешивания понимается пространство, в котором осуществляется смешивание реакционной текучей среды и закалочной текучей среды. Под камерой 16 обмена понимается пространство, в котором смешанные реакционная текучая среда и закалочная текучая среда находятся в непосредственном контакте с зоной (С) распределения текучих сред через боковые пропускные участки 17. Как показано на фиг. 1а - 1с, камера 16 обмена включает расположенные на боковых стенках 20 пропускные участки 17, пригодные для прохождения текучих сред из зоны (В) смешивания в зону (С) распределения. Таким образом, только камера 16 обмена находится в непосредственном контакте с зоной (С) смешивания.

Однако, когда одна или другая из текучих сред - закалочная текучая среда или реакционная текучая среда - является газообразной, при значительном расходе газообразный поток может выдавливать жидкие текучие среды или смеси типа жидкость/газ на распределительной пластине 12 и, таким образом, осушать определенные зоны указанной пластины. Следовательно, подвод к каналам 13 распределительной пластины 12 будет неодинаковым, что может привести к дисбалансу расхода на уровне слоя катализатора 14, расположенного ниже по потоку от указанной распределительной пластины 12.

Заявителем разработано усовершенствование смесительного и распределительного устройства для текучих сред известного уровня техники, позволяющее исправить этот недостаток, тем не менее, не загромождая указанное устройство, для чего предложено устройство, включающее камеру обмена, удлиненную вдоль продольной оси (XX’) относительно камеры смешивания так, что образуется потолок, в котором имеется продольное отверстие, пригодное для прохождения текучих сред из камеры обмена в зону распределения.

Обратимся к фиг. 2а и 2b; смесительное и распределительное устройство для текучих сред, соответствующее изобретению, включает зону (В) смешивания, в которой имеется, по существу, вертикальный коллектор 7, пригодный для приема реакционной текучей среды, собранной средством сбора (на фигурах не показанным), и закалочной текучей среды, поступающей из средства 8 инжекции, открывающегося в указанный коллектор 7. Зона (В) смешивания включает камеру 15 смешивания длиной L1’, расположенную ниже по потоку от средства сбора в направлении циркуляции текучих сред. Камера 15 смешивания имеет прямоугольное сечение. Коллектор 7, сообщающийся с камерой 15 смешивания, может располагаться над камерой 15 смешивания или быть включенным в указанную камеру 15 смешивания. Предпочтительно, коллектор 7 включен в указанную камеру 15 смешивания. Точно так же, средство 8 инжекции может открываться над камерой 15 смешивания, на том же уровне, что и указанная камера, или непосредственно внутрь указанной камеры 15 смешивания, посредством устройства, известного специалистам в данной области, например, перфорированной трубы, пересекающей камеру 15 смешивания. Инжекция закалочной текучей среды может быть выполнена в прямотоке, в перекрестном потоке и даже в противотоке относительно реакционной текучей среды, поступающей из зоны (А) сбора. Зона (В) смешивания также включает камеру 16 обмена текучих сред длиной L2’, при этом, камера 16 обмена расположена ниже по потоку от камеры 15 смешивания в направлении циркуляции текучих сред. Камера 16 обмена имеет прямоугольное поперечное сечение. Согласно изобретению, камера 16 обмена распложена под камерой 15 смешивания, предпочтительно, наложена на камеру 15 смешивания. Текучие среды проходят из камеры 15 смешивания в камеру 16 обмена через отверстие 18, расположенное на выходном конце камеры 15 смешивания в направлении циркуляции текучих сред. Конфигурация зоны (В) смешивания обеспечивает смешивание текучих сред в камере 15 смешивания и перетекание образовавшейся смеси в камеру 16 обмена. Перемешивание реакционной текучей среды и закалочной текучей среды продолжается на уровне камеры 16 обмена.

Согласно основному аспекту изобретения, длина L2’ камеры 16 обмена строго больше, чем длина L1’ камеры 15 смешивания с тем, чтобы на уровне камеры 16 обмена образовывался потолок 30, при этом, в указанном потолке 30 имеется, по меньшей мере, одно продольное отверстие 31, пригодное для прохода текучих сред из указанной камеры 16 обмена в указанную зону (С) распределения. Такая компоновка устройства, соответствующего изобретению, благодаря созданию продольного отверстия 31 в камере обмена, позволяет лучше управлять расходом текучих сред, а именно, являющихся газообразными, выходящих из камеры 16 обмена, и, следовательно, ограничить влияние расхода текучих сред на распределительную пластину 12 зоны (С) распределения. Предпочтительно, отношение между длиной L1’ камеры 15 смешивания и длиной L2’ камеры 16 обмена составляет от 0,1 до 0,9, предпочтительно, от 0,3 до 0,9. Преимущественно, отношение между площадью потолка 30 и площадью одного или нескольких продольных отверстий 31 составляет от 0,2 до 1, предпочтительно, от 0,3 до 0,8. В одном из конкретных вариантов осуществления изобретения отношение между площадью потолка 30 и площадью указанного продольного отверстия 31 равно 1, что означает, что потолок30 полностью открыт в зону (С) распределения.

Чтобы гарантировать гомогенное распределение текучих сред по распределительной пластине 12, соответствующее изобретению устройство, предпочтительно, включает множество горизонтальных панелей 33 (см. фиг. 2с), расположенных в зоне (С) распределения под отверстием 31 потолка 30 камеры 16 обмена, но над трубами 13, или установленных на трубах 13 распределительной пластины 12 (см. фиг. 2d). Указанные горизонтальные панели 33, предпочтительно, отстоят друг от друга на расстояние, составляющее от 0 до 5 см, предпочтительно, от 0,5 до 1 см так, чтобы был возможен поток текучих сред к пространству, расположенному между горизонтальными панелями 33 и распределительной пластиной 12. Предпочтительно, указанные горизонтальные панели 33 находятся на высоте, составляющей от 0 до 10 см от труб 13 распределительной пластины 12. Когда горизонтальные панели установлены на трубах распределительной пластины, последние имеют такую конфигурацию, которая делает возможным прохождение текучих сред типа газа, например, благодаря наличию скошенного края. Горизонтальные панели 33 занимают площадь, составляющую от 5 до 95% радиальной площади реактора, предпочтительно, от 5 до 30%. Такая конфигурация устройства, соответствующего изобретению, позволяет обеспечить высокую эффективность смешивания текучих сред, тем не менее, без усложнения указанного устройства. В одном из конкретных вариантов осуществления изобретения в горизонтальных панелях 33 имеется множественная перфорация, обеспечивающая возможность прохождения текучих сред в пространство, расположенное между горизонтальными панелями 33 и распределительной пластиной 12. Для каждой горизонтальной панели 33, площадь, занимаемая указанной перфорацией, составляет от 1 до 20% площади, предпочтительно, от 2 до 5% общей площади горизонтальной панели 33.

В одном из конкретных вариантов осуществления изобретения камера 16 обмена также может включать расположенные в боковых стенках 20 пропускные участки 17, пригодные для прохождения текучих сред из зоны (В) смешивания в зону (С) распределения. Дополнительно, в известных случаях, устройство может включать, по меньшей мере, один боковой дефлектор 32 (см. фиг. 3), расположенный на уровне указанной зоны (С) распределения напротив, по меньшей мере, одного бокового проходного участка 17. Предпочтительно, устройство включает, по меньшей мере, пару боковых дефлекторов 32, расположенных в зоне (С) распределения по обе стороны от камеры обмена 16 напротив боковых проходных участков 17.

Преимущественно, зона (В) смешивания, т.е., камера 15 смешивания и камера 16 обмена, смещена относительно центра зоны (С) распределения (см. фиг. 3). Преимуществом такого смещения зоны смешивания относительно центра зоны распределения является упрощение операций осмотра и обслуживания устройства. При такой конкретной конфигурации устройства распределительная пластина 12 разделена на две зоны Z1 и Z2 разной площади, где Z1<Z2 (см. фиг. 3). Зоны Z1 и Z2 определяются, соответственно, как поверхность распределительной пластины 12, заключенная между боковой стенкой 20 камеры 16 обмена, окружностью корпуса 1 реактора и, соответственно, двумя осями АА’ и ВВ’ (см. фиг. 3), проходящими через концы 21 и 22 камеры 16 обмена (имея в виду, что Z1<Z2). R определяется как отношение между площадью зоны Z1 и зоны Z2 (R=Z1/Z2), имея в виду, что R составляет от 0 до 1, при этом величины 0 и 1 исключены.

Таким образом, когда соответствующее изобретению устройство включает боковые пропускные участки 17, чтобы гарантировать хорошее распределение текучих сред в зонах Z1 и Z2 распределительной пластины 12, расход текучих сред, проходящих через боковые пропускные участки 17 камеры 16 обмена, подбирают в соответствии с отношением R. Обозначим Sp общую площадь боковых пропускных участков 17 боковой стенки 20 напротив зоны Z1 распределительной пластины 12 (т.е., на стороне, где площадь распределительной пластины меньше) и Sg - общую площадь боковых пропускных участков 17 боковой стенки 20 напротив зоны Z2 распределительной пластины 12 (т.е., на стороне, где площадь распределительной пластины больше). Согласно изобретению, хорошее распределение текучих сред в двух зонах распределительной пластины достигается, если отношение R’ между площадями Sp/Sg составляет от 0,5 до 1,5, предпочтительно, от 0,6 до 1,4.

Действительно, в отсутствие специального средства распределения на выходе из камеры 16 обмена, текучие среды поступают в зоны Z1 и Z2 распределительной пластины 12 с одинаковым расходом, что приводит к плохому распределению текучих сред и, следовательно, вызывает значительное ухудшение параметров распределения текучих сред по распределительной пластине 12. Устройство, соответствующее изобретению, когда оно включает боковые пропускные участки 17 в стенках 20 камеры 16 обмена, при этом, общая площадь указанных участков различна в зависимости от того, находятся ли они на стороне, где площадь распределительной пластины меньше (Z1) или больше (Z2), позволяет создавать на выходе из камеры 16 обмена потерю напора и, следовательно, регулировать расход текучих сред в соответствии с отношением R (R=Z1/Z2).

Преимущественно, днище 23 камеры 15 смешивания (см. фиг. 4) может иметь скошенный край 27, образующий угол Ɵ относительно продольной оси XX’ камеры 15 смешивания, составляющий от 20° до 70°, предпочтительно, от 30° до 60°, более предпочтительно, от 30° до 45°. При такой форме края камеры 15 смешивания можно создать турбулентное течение текучих сред на уровне отверстия 18, благодаря чему повышается эффективность смешивания текучих сред, а именно, возможно смешивание направлений потока текучих сред, находящихся по обеим сторонам боковых стенок камеры 15 смешивания. Кроме этого, такая конфигурация камеры 15 смешивания позволяет уменьшить скорость текучих сред между камерой смешивания и камерой обмена. При уменьшении скорости текучих сред на этом уровне сводится к минимуму потеря напора.

Преимущественно, концы камеры 15 смешивания и камеры 16 обмена не контактируют со стенкой корпуса реактора, что обеспечивает возможность циркуляции текучих сред по распределительной пластине 12 по обеим сторонам от камеры 15 смешивания и камеры 16 обмена. Преимущественно, камера 15 смешивания и одна или несколько камер 16 обмена образуют одну деталь.

Общая суммарная высота Н2 указанной камеры 15 смешивания и указанной камеры 16 обмена составляет от 200 до 500 мм, предпочтительно, от 200 до 800 мм, более предпочтительно, от 300 до 750 мм, еще более предпочтительно, от 350 до 700 мм.

Предпочтительно, длина «L» (см. фиг. 2а) камеры 16 обмена составляет от 200 до 1100 мм, предпочтительно, от 200 до 800 мм, более предпочтительно, от 250 до 700 мм, еще более предпочтительно, от 300 до 600 мм.

Объемное отношение (в %) между одной или несколькими камерами 16 обмена и камерой 15 смешивания составляет от 5 до 60%, предпочтительно, от 10 до 60%, более предпочтительно, от 15 до 40%.

В одном из вариантов осуществления изобретения, камера 16 обмена расположена непосредственно на распределительной пластине 12 (так, как показано, например, на фиг. 1). В другом варианте осуществления изобретения (не показанном на фигурах) камера 16 обмена расположена на некотором расстоянии «d» от распределительной пластины 12, предпочтительно, составляющем от 30 до 80 мм. Пространство между распределительной пластиной 12 и камерой 16 обмена позволяет распределять текучие среды по всей поверхности распределительной пластины 12 и, следовательно, гомогенизировать распределение смеси текучих сред по всему сечению реактора над слоем катализатора 14, расположенным ниже по потоку от смесительного и распределительного устройства в направлении циркуляции текучих сред (см., особенно, фиг. 1). В этом варианте осуществления изобретения камера 16 обмена может включать расположенные в ее нижней части продольные пропускные участки, чтобы смесь текучих сред могла стекать к распределительной пластине 12. Разумеется, количество, форма и размер продольных пропускных участков выбраны так, что через указанные продольные пропускные участки проходит неосновная часть потока смеси текучих сред. Продольные пропускные участки могут иметь любую форму: отверстий и/или щелей.

Под распределительной пластиной 12 может быть расположена система рассеяния, предназначенная для равномерного распределения текучих сред в слое катализатора 14, расположенном ниже по потоку от указанной системы. Система 19 рассеяния (см. фиг. 1) может включать одно или несколько устройств рассеяния, которые могут быть соединены с каждой трубой 13, быть общими для множества труб 13 или же быть общими для всех труб 13 распределительной пластины 12. Каждое устройство 19 рассеяния имеет, по существу, плоскую и горизонтальную геометрию, однако, может иметь периметр любой формы. Кроме этого, каждое устройство 19 рассеяния может быть расположено на отличной от других высоте. Преимущественно, указанное устройство рассеяния имеет форму решеток и/или может включать, в известных случаях, дефлекторы. Преимущественно, ось одной или нескольких решеток 19, предпочтительно, перпендикулярна продольной оси корпуса реактора, чтобы улучшить распределение смеси текучих сред по всему радиальному сечению корпуса реактора. Расстояние, отделяющее систему рассеяния от слоя твердого гранулированного материала, расположенного непосредственно под ней, выбрано так, чтобы насколько возможно сохранить газовую и жидкую фазы в том перемешанном состоянии, в котором они вышли из труб 13.

Предпочтительно, расстояние между распределительной пластиной 12 и слоем катализатора 14, расположенным под указанной распределительной пластиной, составляет от 50 до 400 мм, предпочтительно, от 100 до 300 мм. Расстояние между распределительной пластиной 12 и указанным устройством 19 рассеяния составляет от 0 до 400 мм, предпочтительно, от 0 до 300 мм. В одном из конкретных вариантов осуществления изобретения распределительная пластина 12 размещена на устройстве 19 рассеяния.

По сравнению с устройствами, описанными в предшествующем уровне техники, и, более конкретно, по сравнению с устройством, раскрываемым в документе FR 3034323, смесительное и распределительное устройство, соответствующее изобретению, имеет следующие преимущества:

- компактность благодаря объединению на одной высоте зоны смешивания и зоны распределения текучих сред;

- высокий тепловой КПД и высокая эффективность смешивания текучих сред;

- хорошее распределение текучих сред по распределительной пластине 12 благодаря наличию продольного отверстия 31 камеры 16 обмена и множества горизонтальных панелей 33, расположенных над продольным отверстием 31 камеры 16 смешивания и над трубами 13 или на трубах 13 распределительной пластины 12.

Предложено смесительное и распределительное устройство для текучих сред для каталитического реактора с нисходящим потоком. Оно включает зону смешивания, в которой имеется, по меньшей мере, камера смешивания текучих сред длиной L1' и камера обмена текучих сред длиной L2', расположенная под указанной камерой смешивания и наложенная на нее, при этом длина L2' указанной камеры обмена строго больше, чем длина L1' указанной камеры смешивания. На уровне камеры обмена образован потолок, в котором имеется, по меньшей мере, одно продольное отверстие, пригодное для прохода текучих сред из указанной камеры обмена в указанную зону распределения. Технический результат заключается в обеспечении более равномерного подвода текучих сред к каналам распределительной пластины и улучшенного распределения текучих сред на распределительной пластине. 2 н. и 13 з.п. ф-лы, 9 ил.

1. Смесительное и распределительное устройство текучих сред для каталитического реактора с нисходящим потоком, при этом указанное устройство включает:

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

- по меньшей мере, один коллектор (7), по существу, вертикальный, выполненный с возможностью приема реакционной текучей среды, собранной указанным средством (5) сбора, и, по меньшей мере, одно средство (8) инжекции, открывающееся в указанный коллектор (7) с целью инжекции закалочной текучей среды;

- по меньшей мере, одну зону (В) смешивания, расположенную ниже по потоку от указанного коллектора (7) в направлении циркуляции текучих сред, при этом указанная зона (В) смешивания содержит, по меньшей мере, камеру (15) смешивания текучих сред длиной L1', при этом указанная зона (15) смешивания имеет первый конец, сообщающийся с коллектором (7), и второй конец, сообщающийся с камерой (16) обмена текучих сред длиной L2', расположенной ниже камеры (15) смешивания и наложенной на нее;

- по меньшей мере, одну зону (С) распределения, расположенную на том же уровне, что и зона (В) смешивания, ниже по потоку от указанной зоны (В) смешивания в направлении циркуляции текучих сред, при этом указанная зона (С) распределения содержит распределительную пластину (12), несущую на себе множество труб (13);

отличающееся тем, что длина L2' камеры (16) обмена строго больше, чем длина L1' камеры (15) смешивания с тем, чтобы на уровне камеры (16) обмена образовывался потолок (30), при этом в указанном потолке (30) имеется, по меньшей мере, одно продольное отверстие (31), выполненное с возможностью пропускания текучих сред из указанной камеры (16) обмена в указанную зону (С) распределения.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что отношение между длиной L1' камеры (15) смешивания и длиной L2' камеры (16) обмена составляет от 0,1 до 0,9.

3. Устройство по п. 1 или 2, отличающееся тем, что отношение между площадью потолка (30) и площадью одного или более продольных отверстий (31) составляет от 0,2 до 1.

4. Устройство по п. 3, отличающееся тем, что отношение между площадью потолка (30) и площадью одного или более продольных отверстий (31) равно 1.

5. Устройство по любому из пп. 1-4, отличающееся тем, что оно содержит также, по меньшей мере, множество горизонтальных панелей (33), расположенных в зоне (С) распределения под отверстием (31) потолка (30) камеры (16) обмена и над трубами (13) или на трубах (13) распределительной пластины (12).

6. Устройство по п. 5, отличающееся тем, что указанные горизонтальные панели (33) расположены на высоте, составляющей от 0 до 10 см над трубами (13) распределительной пластины (12).

7. Устройство по п. 5, отличающееся тем, что указанные горизонтальные панели (33) отстоят друг от друга на расстояние, составляющее от 0 до 5 см.

8. Устройство по любому из пп. 1-7, отличающееся тем, что в боковых стенках (20) указанной камеры (16) обмена также имеется множество боковых пропускных участков (17), выполненных с возможностью пропускания текучих сред из указанной камеры (16) обмена в указанную зону (С) распределения.

9. Устройство по п. 8, отличающееся тем, что также включает, по меньшей мере, один боковой дефлектор (32), расположенный на уровне указанной зоны (С) распределения напротив, по меньшей мере, одного бокового проходного участка (17).

10. Устройство по п. 8 или 9, отличающееся тем, что содержит пару боковых дефлекторов (32), расположенных по обе стороны от камеры (16) обмена.

11. Устройство по любому из пп. 1-10, отличающееся тем, что указанная зона (В) смешивания смещена относительно центральной оси зоны (С) распределения, образуя на распределительной пластине (12) две зоны (Z1) и (Z2), отношение R которых, определяемое как отношение площади зоны (Z1) к площади зоны (Z2), составляет от 0 до 1, при этом величины 0 и 1 исключены.

12. Устройство по любому из пп. 1-11, отличающееся тем, что камера (15) смешивания имеет днище (23) со скошенным концевым краем (27), образующим угол θ относительно продольной оси XX' камеры (15) смешивания, составляющий от 20° до 70°.

13. Устройство по любому из пп. 1-12, отличающееся тем, что объемное отношение указанной камеры (16) обмена и указанной камеры (15) смешивания составляет от 5 до 60%.

14. Устройство по любому из пп. 1-13, отличающееся тем, что камера (16) обмена расположена на расстоянии «d», составляющем от 20 до 150 мм, от распределительной пластины (12).

15. Каталитический реактор с нисходящим потоком, содержащий корпус (1), в котором находится, по меньшей мере, два неподвижных слоя катализатора (2, 14), разделенных промежуточной зоной, содержащей смесительное и распределительное устройство текучих сред по любому из пп. 1-14.