УСТРОЙСТВО СМЕШЕНИЯ, НАХОДЯЩЕЕСЯ ВЫШЕ ЗОНЫ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ Российский патент 2022 года по МПК B01J8/02 B01J8/04 B01J8/18 B01J8/20 B01J8/44 

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к области экзотермических реакций, более конкретно, реакций гидроочистки, гидродесульфирования, гидродеазотирования, гидрокрекинга, гидрирования, гидродеоксигенации, гидроизомеризации, гидродепарафинизации или же гидродеароматизации, осуществляемых в реакторе с неподвижным слоем. Более конкретно, изобретение относится к устройству смешения и распределения текучих сред в реакторе с нисходящим прямоточным течением и к его применению для осуществления экзотермических реакций.

Уровень техники

Экзотермические реакции, проводимые, например, в области нефтепереработки и/или нефтехимии, требуют охлаждения с помощью дополнительных текучих сред, называемых охлаждающей средой, чтобы избежать неуправляемого теплового разгона каталитического реактора, в котором осуществляют эти реакции. Каталитические реакторы, применяющиеся для таких реакций, обычно содержат по меньшей мере один слой твердого катализатора. Экзотермический характер реакций требует сохранения однородного осевого градиента температуры по сечению реактора и близкий к нулю радиальный градиент температуры внутри реактора, чтобы избежать образования зон перегрева в слое катализатора, содержащемся в реакторе. Слишком горячие зоны могут преждевременно снизить активность катализатора и/или привести к неселективным реакциям и/или к тепловому разгону. Поэтому важно иметь в реакторе по меньшей мере одну смесительную камеру, находящуюся между двумя слоями катализатора, что позволит однородно перераспределить температуру сред по сечению реактора и охладить реакционные среды до желаемой температуры.

Для осуществления этой гомогенизации специалистам часто приходится использовать особую схему внутренних компонентов, часто сложных, включающую как можно более однородное введение охлаждающей среды в реакторную секцию. Например, документ FR 2824495 A1 описывает охлаждающее устройство, позволяющее обеспечить эффективный теплообмен между одной или несколькими охлаждающими средами и одной или несколькими технологическими средами. Это устройство встроено в корпус и содержит сопло для впрыска охлаждающей среды, перегородку для сбора сред, собственно камеру охлаждения, осуществляющую смешение охлаждающей среды и реакционной среды, текущей вниз, и распределительную систему, состоящую из перфорированного поддона и распределительной тарелки. Камера охлаждения содержит отражатель, обеспечивающий турбулентное движение сред в направлении существенно не радиальном и не параллельном оси указанного корпуса, а за отражателем, в направлении циркуляции реакционной среды, по меньшей мере один выпускной канал для выпуска смеси текучих сред, образованных в камере. Однако такое устройство имеет много недостатков:

- устройство оказалось неудовлетворительным с точки зрения эффективности смешения и распределения сред, в частности, в случае высоких скоростей течения сред (охлаждающей среды и/или реакционной среды);

- устройство является довольно громоздким, поэтому пространство, теряемое в реакторе, использующем такое устройство, идет в ущерб количеству катализатора, какое можно было бы использовать.

Целью настоящего изобретения является устранение описанных выше проблем путем предложения устройства смешения и распределения, позволяющего повысить эффективность смешения сред, и следовательно, позволяющего лучше распределить среды на распределительной тарелке, без ущерба и даже с выгодой для компактности.

Краткое описание изобретения

Объектом настоящего изобретения является устройство смешения и распределения текучих сред для каталитического реактора с нисходящим потоком, причем указанное устройство содержит:

- по меньшей мере одну зону сбора, содержащую по меньшей мере одно средство сбора;

- по меньшей мере одну по существу вертикальную трубу, способную принимать реакционную среду, собранную указанным средством сбора, и по меньшей мере одно средство впрыска, выходящее в указанную коллекторную трубу, для ввода охлаждающей среды;

- по меньшей мере одну зону смешения, находящуюся ниже по потоку за указанной коллекторной трубой, причем указанная зона смешения содержит по меньшей мере одну камеру смешения сред длиной L1, и указанная зона смешения имеет первую концевую часть, сообщающуюся с указанной коллекторной трубой, и вторую концевую часть, сообщающуюся с камерой обмена сред длиной L2, находящейся ниже указанной камеры смешения, причем длина L2 указанной камеры обмена строго больше длины L1 указанной камеры смешения, чтобы создать перекрытие на уровне указанной камеры обмена, причем указанное перекрытие имеет по меньшей мере одно отверстие, способное пропускать среды из указанной камеры обмена в зону распределения;

- по меньшей мере одну зону распределения, находящуюся ниже зоны смешения, за указанной зоной смешения в направлении циркуляции сред, причем указанная зона распределения содержит распределительную тарелку, несущую множество труб и множество горизонтальных пластин, расположенных ниже отверстия в перекрытии камеры обмена, но выше труб или на трубах распределительной тарелки зоны распределения.

Предпочтительно, отношение длины L1 камеры смешения и длины L2 камеры обмена составляет от 0,1 до 0,9.

Предпочтительно, доля поверхности, занятая отверстием или отверстиями, составляет от 20% до 100% от полной площади перекрытия.

В одном частном варианте осуществления доля поверхности, занятая отверстием или отверстиями, равна 100% от полной площади перекрытия.

В одном варианте осуществления изобретения указанные горизонтальные пластины находятся на высоте не более 100 мм над трубами распределительной тарелки.

В другом варианте осуществления изобретения указанные горизонтальные пластины находятся на трубах распределительной тарелки.

Предпочтительно, площадь поперечного сечения, занятая указанными горизонтальными пластинами, составляет от 2% до 95% от площади поперечного сечения зоны распределения (C).

Предпочтительно, указанные горизонтальные пластины отстоят друг от друга на расстояние от 1 до 50 мм.

В одном варианте осуществления изобретения указанная зона смешения смещена относительно центральной оси зоны распределения, образуя две зоны (Z1) и (Z2) на распределительной тарелке, соотношение R между которыми, определенное как отношение площадей зоны (Z1) и зоны (Z2), составляет от 0 до 1, исключая граничные значения 0 и 1.

В одном варианте осуществления изобретения камера смешения имеет дно, содержащее скошенный торцевой край, образующий угол α с продольной осью XX' камеры смешения (15), составляющий от 20° до 70°.

В одном варианте осуществления изобретения средство впрыска дополнено насадкой, выходящей прямо в указанную коллекторную трубу, причем указанная насадка состоит из трубки, имеющей по меньшей мере одно отверстие, открывающееся в указанную коллекторную трубу.

Предпочтительно, указанная камера обмена дополнительно содержит на своих боковых стенках множество боковых проходных сечений, способных пропускать среды из указанной камеры обмена в указанную зону распределения.

Предпочтительно, устройство согласно изобретению содержит также по меньшей мере один боковой отражатель, находящийся на уровне указанной зоны распределения напротив по меньшей мере одного бокового проходного сечения.

Предпочтительно, отношение объемов указанной камеры смешения и указанной камеры обмена составляет от 5% до 60%.

Другим объектом изобретения является каталитический реактор с нисходящим потоком, содержащий корпус, включающий по меньшей мере два неподвижных слоя катализатора, разделенных промежуточными зонами, содержащими устройство смешения и распределения текучих сред согласно изобретению.

Описание фигур

Фигура 1 показывает продольное сечение каталитического реактора с нисходящим потоком, содержащего по меньшей мере два слоя твердого катализатора и содержащего предлагаемое изобретением устройство смешения и распределения текучих сред.

Фигура 2 показывает вид в перспективе зоны смешения (B) устройства согласно изобретению.

Фигура 3 показывает вид в перспективе зоны смешения (B) устройства согласно изобретению, содержащей боковые пропускные сечения.

Фигура 4 показывает поперечное сечение устройства согласно изобретению, причем указанное устройство содержит множество горизонтальных пластин 33.

Фигура 5 показывает поперечное сечение устройства согласно изобретению в одном частном варианте осуществления. Зона смешения (B) смещена относительно центральной оси зоны распределения (C), образуя распределительную тарелку 12, содержащую две зоны, Z1 и Z2, с разными площадями.

Фигура 6 показывает вид в разрезе по оси (XX') зоны смешения (B) в одном частном варианте осуществления устройства согласно изобретению.

Подробное описание изобретения

Определения

В контексте изобретения под камерой смешения понимается пространство, в котором реализуют перемешивание реакционной среды и охлаждающей среды.

Под камерой обмена понимается пространство, в котором перемешанные реакционная среда и охлаждающая среда находятся в прямом контакте с зоной распределения текучих сред через по меньшей мере одно отверстие.

Подробное описание

Все описываемые ниже варианты осуществления являются частью общего раскрытия изобретения и могут комбинироваться друг с другом.

Устройство смешения и распределения согласно изобретению применяется в реакторе, в котором реализуют экзотермические реакции, такие как реакции гидрообработки, гидродесульфирования, гидродеазотирования, гидрокрекинга, гидрирования, гидродеоксигенации, гидроизомеризации, гидродепарафинизации или же гидродеароматизации. Как правило, реактор имеет форму, вытянутую вдоль по существу вертикальной оси. Сверху вниз указанного реактора течет по меньшей мере одна реакционная среда, называемая также по-английски process fluid (технологическая среда), через по меньшей мере один неподвижный слой катализатора. Предпочтительно, на выходе каждого слоя, за исключением последнего, реакционную среду собирают, а затем смешивают с охлаждающей средой (называемую также quench fluid по-английски) в указанном устройстве, прежде чем распределить ее на слое катализатора, находящемся за распределительной тарелкой. Выражения "за" и "перед" определены относительно направления течения реакционной среды. Реакционная среда может быть газом или жидкостью или смесью, содержащей жидкость и газ, это зависит от типа реакции, проводимой в реакторе.

Согласно фигуре 1, устройство смешения и распределения может быть установлено в реакторе 1 с формой, вытянутой вдоль по существу вертикальной оси, в котором сверху вниз протекает по меньшей мере одна реакционная среда через по меньшей мере один слой катализатора 2. Устройство находится, относительно направления течения реакционной среды в корпусе 1, ниже слоя катализатора 2. Несущая решетка 3 позволяет поддерживать слой катализатора 2, отделяя зону сбора (A), находящуюся под слоем катализатора 2. Зона сбора (A) необходима для обеспечения возможности стока реакционной среды до коллекторной трубы 7 (см. фигуры 4 и 5). Охлаждающая среда вводится в коллекторную трубу 7 через средство впрыска 8 охлаждающей среды (см. фигуры 4 и 5). Охлаждающая среда может быть жидкой или газообразной или быть смесью, содержащей жидкость и газ.

Реакционная среда, проходящая через слой катализатора 2, собирается средством сбора 5 (называемым также собирательной перегородкой), по существу горизонтальным и ведущим к по существу вертикальной коллекторной трубе 7, находящейся либо ниже зоны сбора (A) на уровне зоны, называемой зоной смешения (B) (как показано на фигурах 1, 4 и 5), либо на уровне зоны сбора (A) (на фигурах не показано). Под "по существу вертикальным" и "по существу горизонтальным" в контексте настоящего изобретения понимается, что угол β отклонения плоскости от вертикали, соответственно от горизонтали составляет не более ±5 градусов. Средство сбора 5 (см. фигуру 1) состоит из сплошной пластины, расположенной в плоскости, перпендикулярной продольной оси корпуса под несущей решеткой 3 слоя катализатора 2. Пластина средства сбора 5 простирается радиально на всю площадь реактора 1. На одном из своих краев она имеет отверстие 6 (см. фигуры 4 и 5), с которым соединена указанная коллекторная труба 7. Средство сбора 5 позволяет собрать поток реакционной среды, поступающий из находящегося выше катализаторного слоя 2, и направить его к указанной коллекторной трубе 7. Средство сбора 5 отстоит от решетки 3, несущей слой катализатора 2, на высоту H1 (фигура 1). Высоту H1 выбирают так, чтобы ограничить потерю напора во время сбора среды, текущей из слоя катализатора 2, и ограничить защитную высоту, т.е. уровень, образуемый средой, накопившейся в средстве сбора 5. Защитная высота не изменяет ни сток реакционной среды к коллекторной трубе 7, ни ее течение в этой трубе, ни ее течение через верхний катализаторный слой 2. Когда коллекторная труба 7 и средство впрыска 8 (фигуры 4 и 5) находятся на уровне зоны смешения (B), высота H1 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 среда, выходящая из слоя 2, вынуждена в зоне сбора (A) проходить через коллекторную трубу 7. Когда коллекторная труба 7 и средство впрыска 8 находятся на уровне зоны сбора (A), высота H1 составляет от 10 до 400 мм, предпочтительно от 30 до 300 мм и еще более предпочтительно от 50 до 250 мм.

Предпочтительно, коллекторная труба 7 и средство впрыска 8 охлаждающей среды находятся на уровне зоны смешения (B), что позволяет достичь компактности. Таким образом, дополнительный объем, полученный благодаря компактности устройства, можно использовать для слоев катализатора.

Ниже зоны сбора (A) находится зона смешения (B). Согласно фигурам 1-5, зона смешения (B) содержит по существу вертикальную коллекторную трубу 7, способную принимать реакционную среду, собранную средством сбора 5, и охлаждающую среду, поступающую из средства впрыска 8 (см. фигуру 4), заканчивающегося в указанную коллекторную трубу 7.

Зона смешения (B) содержит камеру смешения 15 длиной L1 (см. фигуру 3), находящуюся в направлении циркуляции сред за средством сбора. Сечение камеры смешения 15 предпочтительно является прямоугольным. Коллекторная труба 7, сообщающаяся с камерой смешения 15, может находиться выше камеры смешения 15 или быть включена в указанную камеру смешения 15. Предпочтительно, коллекторная труба 7 включена в камеру смешения 15. Аналогично, инжекторная труба 8 может заканчиваться выше камеры смешения 15, на том же уровне, что и указанная камера, или непосредственно внутри указанной камеры смешения 15, с помощью устройства, известного специалисту, например, перфорированной трубы, проходящей через зону смешения 15. Инжекцию охлаждающей среды можно реализовать в виде прямоточного, поперечного и даже противоточного течения относительно реакционной среды, поступающей из зоны сбора (A). Зона смешения (B) содержит также камеру обмена 16 сред длиной L2 (смотри фигуру 3), причем камера обмена 16 находится в направлении циркуляции сред за камерой смешения 15. Сечение камеры обмена 16 предпочтительно является прямоугольным. Согласно изобретению, камера обмена 16 находится ниже камеры смешения 15. Предпочтительно, камера смешения 15 установлена на камеру обмена 16. Среды проходят из камеры смешения 15 в камеру обмена 16 через отверстие 18 (см. фигуру 2), находящееся на выходном, относительно направления циркуляции сред, краю камеры смешения 15. Конфигурация зоны смешения (B) делает возможным смешение сред в камере смешения 15 и течение полученной смеси в камеру обмена 16. Перемешивание реакционной среды и охлаждающей среда продолжается на уровне камеры обмена 16.

Согласно изобретению, длина L2 камеры обмена 16 строго больше длины L1 камеры смешения 15, чтобы образовать перекрытие 30 на уровне указанной камеры обмена 16, причем указанное перекрытие 30 содержит по меньшей мере одно отверстие 31, предназначенное для пропускания сред из указанной камеры обмена 16 в указанную зону распределения (C). Указанное отверстие 31 может с равным успехом иметь вид одного или нескольких проходов любой геометрии и/или одной или нескольких щелей. Такая конфигурация устройства по изобретению позволяет, благодаря созданию отверстия 31 на камере обмена, лучше управлять расходом текучих сред, в частности, газообразных, выходящих из камеры обмена 16, и, таким образом, ограничить эффект расхода сред на распределительную тарелку 12 зоны распределения (C). Предпочтительно, отношение длины L1 камеры смешения 15 и длины L2 камеры обмена 16 составляет от 0,1 до 0,9, предпочтительно от 0,3 до 0,9. Предпочтительно, доля площади, занятой отверстием или отверстиями 31, составляет от 20% до 100% от полной площади перекрытия 30, предпочтительно от 30% до 80% площади. В одном частном варианте осуществления изобретения доля площади, занятой указанным отверстием 31, равна 100% полной площади перекрытия 30, и это означает, что перекрытие 30 полностью открыто к зоне распределения (C).

Предпочтительно, края камер смешения 15 и обмена 16 не соприкасаются со стенкой корпуса реактора 1, чтобы позволить движение текучих сред на распределительной тарелке 12 с обеих сторон камер смешения 15 и обмена 16. Предпочтительно, камера смешения 15 и камера(ы) обмена 16 выполнены как единое целое.

Суммарная высота H2 указанной камеры смешения 15 и указанной камеры обмена 16 составляет от 200 до 1500 мм, предпочтительно от 200 до 800 мм, более предпочтительно от 300 до 750 мм и еще более предпочтительно от 350 до 700 мм.

Предпочтительно, ширина L (см. фигуру 2) камеры обмена 16 составляет от 200 до 1100 мм, предпочтительно от 200 до 800 мм, более предпочтительно от 250 до 700 мм и еще более предпочтительно от 300 до 600 мм.

Отношение объемов (в %) камеры смешения 15 и камеры обмена 16 составляет от 10% до 90%, предпочтительно от 50% до 90%, еще более предпочтительно от 75% до 90%.

В одном частном варианте осуществления изобретения (на фигурах не показан), вышеописанное средство впрыска 8 охлаждающей среды может быть оснащено насадкой, заканчивающейся прямо в коллекторную трубу 7, причем указанная насадка состоит из трубки, имеющей по меньшей мере одно отверстие, выходящее в указанную коллекторную трубу 7. Предпочтительно, указанная насадка содержит множество отверстий, однородно распределенных по всей поверхности указанной трубки. Форма отверстий может быть самой разной, обычно круглой или прямоугольной, причем эти отверстия предпочтительно однородно распределены по всей поверхности насадки.

Предпочтительно, дно 23 камеры смешения 15 (см. фигуру 6) может иметь скошенный торцевой край 27, образующий угол α к продольной оси XX' камеры смешения 15, составляющий от 20° до 70°, предпочтительно от 30° до 60° и еще более предпочтительно от 30° до 45°. Такая форма торцевого края камеры смешения 15 позволяет создать турбулентное течение текучих сред на уровне отверстия 18, в результате чего улучшается эффективность смешения сред, в частности, позволяя смешиваться линиям тока сред, находящихся по обе стороны от боковых стенок камеры смешения 15. Кроме того, такая конфигурация камеры смешения 15 снижает скорость течения сред между камерой смешения и камерой обмена. При уменьшении скорости течения на уровне отверстия 18 минимизируется потеря напора.

Ниже зоны смешения (B) находится зона распределения (C). Зона распределения (C), простирающаяся на высоту H3 (см. фигуру 1), содержит распределительную тарелку 12, несущую множество труб 13, и множество горизонтальных пластин 33 (см. фигуру 4), находящихся ниже отверстия 31 в перекрытии 30 камеры обмена 16, но выше труб 13, или установленных на трубы 13 распределительной тарелки 12. Более точно, трубы 13 являются открытыми в их верхней части посредством верхнего отверстия и имеют вдоль их боковой стенки ряд боковых отверстий, предназначенных для раздельного прохода жидкой фазы (через боковые отверстия) и газовой фазы (через верхнее отверстие) внутрь труб 13, чтобы осуществить их однородное перемешивание внутри указанных труб 13. Форма боковых отверстий может быть самой разной, обычно она круглая или прямоугольная, причем эти отверстия предпочтительно распределены на каждой из труб на нескольких уровнях, по существу идентичных для всех труб, обычно по меньшей мере на одном уровне, а предпочтительно на 1-10 уровнях, чтобы установить как можно более равномерную (плоскую) границу раздела между газовой и жидкой фазами. Предпочтительно, высота H3 зоны распределения составляет от 20 до 1500 мм, более предпочтительно от 50 до 800 мм и еще более предпочтительно от 100 до 600 мм.

Чтобы гарантировать гомогенное распределение сред на распределительной тарелке 12, устройство содержит множество горизонтальных пластин 33 (см. фигуру 4), находящихся в зоне распределения (C), ниже отверстия 31 в перекрытии 30 камеры обмена 16, но выше труб 13 или установленных на трубы 13 распределительной тарелки 12 (см. фигуру 1). Наличие горизонтальных пластин 33 позволяет осуществить предварительное распределение сред на распределительной тарелке 12. Указанные горизонтальные пластины 33 предпочтительно отстоят друг от друга на расстояние, составляющее от 1 до 50 мм, предпочтительно от 5 до 20 мм, чтобы среды могли течь в пространство между горизонтальными пластинами 33 и распределительной тарелкой 12. Предпочтительно, указанные горизонтальные пластины 33 находятся на 0-100 мм выше труб 13 распределительной тарелки 12. Когда горизонтальные пластины установлены на трубы распределительной тарелки, эти трубы выполнены так, чтобы позволить прохождение газообразных сред, например, имея скошенный край. Предпочтительно, площадь поперечного сечения, занятого указанными горизонтальными пластинами 33, составляет от 2% до 95% от площади поперечного сечения зоны распределения (C), более предпочтительно от 2% до 20%. Такая конфигурация устройства по изобретению позволяет обеспечить высокую эффективность смешения сред, не приводя к увеличению габаритов указанного устройства. В одном частном варианте осуществления изобретения горизонтальные пластины 33 имеют множество перфораций, позволяющих течение сред в пространство, находящееся между горизонтальными пластинами 33 и распределительной тарелкой 12. Для каждой горизонтальной пластины 33 площадь, занятая указанными перфорациями, составляет от 1% до 20%, предпочтительно от 2% до 5% полной площади горизонтальной пластины 33.

В одном частном варианте осуществления камера обмена 16 может также содержать на своих боковых стенках 20 боковые проходные сечения 17 (см. фигуру 3), предназначенные для пропускания текучих сред из зоны смешения (B) в зону распределения (C). Кроме того, устройство факультативно может содержать по меньшей мере один боковой отражатель 32 (см. фигуру 5), находящийся на уровне указанной зоны распределения (C), напротив по меньшей мере одного бокового пропускного сечения 17. Предпочтительно, устройство содержит по меньшей мере одну пару боковых отражателей 32, находящихся в зоне распределения (C) по обе стороны камеры обмена 16 напротив бокового пропускного сечения 17.

Предпочтительно, зона смешения (B), т.е. камера смешения 15 и камера обмена 16 смещены относительно центра зоны распределения (C) (см. фигуру 5). Это смещение зоны смешения от центра зоны распределения выгодно тем, что облегчаются операции осмотра и технического обслуживания устройства. В этой конкретной конфигурации устройства распределительная тарелка 12 разделена на две зоны Z1 и Z2 с разными площадями, причем Z1 < Z2 (см. фигуру 5). Определим зоны Z1 и Z2 соответственно как поверхность распределительной тарелки 12 в пределах между боковой стенкой 20 камеры обмена 16, периферией корпуса 1 реактора, и соответственно двумя осями AA' и BB' (см. фигуру 5), проходящими через края 21 и 22 камеры обмена 16 (разумеется, Z1 < Z2). Определим R как отношение площадей зоны Z1 и зоны Z2 (R=Z1/Z2), при этом следует понимать, что R лежит в интервале от 0 до 1, причем значения 0 и 1 исключены. Таким образом, когда устройство согласно изобретению содержит боковые пропускные сечения 17, для того, чтобы гарантировать хорошее распределение сред на обеих зонах Z1 и Z2 распределительной тарелки 12, расход сред, проходящих через боковые пропускные сечения 17 камеры обмена 16, должен подбираться в зависимости от отношения R. Обозначим Sp полную площадь боковых пропускных сечений 17 в боковой стенке 20 напротив зоны Z1 распределительной тарелки 12 (т.е. находящихся со стороны, где площадь распределительной тарелки наименьшая), а Sg полную площадь боковых пропускных сечений 17 в боковой стенке 20 напротив зоны Z2 распределительной тарелки 12 (т.е. находящихся со стороны, где площадь распределительной тарелки наибольшая). Хорошее распределение сред на обеих зонах распределительной тарелки получается, если отношение R' площадей Sp/Sg составляет от 0,5 до 1,5, предпочтительно от 0,6 до 1,4. Действительно, в отсутствие особого устройства распределения на выходе камеры обмена 16 на обе зоны Z1 и Z2 распределительной тарелки 12 подаются одинаковые расходы текучих сред, что приводит к плохому распределению сред и, следовательно, приводит к значительному ухудшению эффективности распределения сред на распределительной тарелке 12. Устройство согласно изобретению, когда оно содержит боковые пропускные сечения 17 на стенках 20 камеры обмена 16, причем полная площадь указанных сечений является разной в зависимости от того, находится ли оно со стороны меньшей (Z1) или большей (Z2) поверхности распределения, позволяет иметь на выходе камеры обмена 16 потери напора, которые позволяют установить расходы сред в соответствии с отношением R (R=Z1/Z2).

В одном варианте осуществления изобретения камера обмена 16 установлена прямо на горизонтальные пластины 33 зоны распределения (C) (как показано, например, на фигуре 1). В другом варианте осуществления (на фигурах не показан) камера обмена 16 находится на расстоянии d от указанных горизонтальных пластин 33, предпочтительно составляющем от 20 до 150 мм, более предпочтительно от 30 до 80 мм. Пространство под камерой обмена 16 и горизонтальными пластинами 33 позволяет распределить текучие среды по всей поверхности указанных горизонтальных пластин 33. В этом варианте осуществления камера обмена 16 может содержать в своей нижней части продольные пропускные сечения, чтобы смесь сред могла течь напрямую на горизонтальные пластины 33, находящиеся непосредственно под камерами обмена 16. Разумеется, число форма и размер продольных пропускных сечений выбираются так, чтобы через указанные продольные пропускные сечения проходила лишь меньшая часть потока смеси текучих сред. Продольные пропускные сечения могут иметь вид отверстий произвольной формы и/или щелей.

Ниже распределительной тарелки 12 можно разместить диспергирующую систему, чтобы однородно распределить текучие среды на слое катализатора 14, находящемся дальше по потоку от указанной системы. Диспергирующая система 19 (см. фигуру 1) может содержать одно или несколько распылительных устройств, которые могут быть соединены с каждой трубой 13, быть общими для нескольких труб 13 или же быть общими для всех труб 13 распределительной тарелки 12. Каждое распылительное устройство 19 имеет по существу плоскую геометрию и расположено горизонтально, но может иметь периметр любой формы. Кроме того, каждое распылительное устройство 19 может находиться на разных высотах. Предпочтительно, указанное распылительное устройство имеет вид решетки, и/или оно может при необходимости содержать отражатели. Выгодно, чтобы ось решетки(ок) 19 предпочтительно была перпендикулярна продольной оси корпуса реактора, чтобы улучшить распределение смеси сред на всем радиальном сечении корпуса реактора. Расстояние, отделяющее диспергирующую систему от твердого гранулированного слоя, находящегося непосредственно под ней, выбирают так, чтобы по возможности сохранить состояние смешения газовой и жидкой фаз таким, каким оно было на выходе из труб 13.

Предпочтительно, расстояние между распределительной тарелкой 12 и слоем катализатора 14, находящегося под указанной распределительной тарелкой, составляет от 50 до 400 мм, предпочтительно от 100 до 300 мм. Расстояние между распределительной тарелкой 12 и указанным распылительным устройством 19 составляет от 0 до 400 мм, предпочтительно от 0 до 300 мм. В одном частном варианте осуществления распределительная тарелка 12 установлена на распылительном устройстве 19.

По сравнению с устройствами, описанными в документах прежнего уровня техники, более конкретно по сравнению с устройством, описанным в документе FR 2824495, устройство смешения и распределения, предлагаемое в настоящем изобретении, имеет следующие преимущества:

- высокий тепловой кпд и высокая эффективность перемешивания текучих сред;

- хорошее распределение сред на распределительной тарелке 12 благодаря наличию отверстия 31 в камере обмена 16 и множеству горизонтальных пластин 33, находящихся выше отверстия 31 камеры обмена 16 и выше труб 13 или на трубах 13 распределительной тарелки 12;

- когда зона смешения (B) смещена относительно центральной оси зоны распределения (C), операции загрузки и/или выгрузки катализатора, находящегося ниже и/или выше устройства, являются намного более простыми, так как не нужно демонтировать указанное устройство,

- устройство согласно изобретению становится существенно более компактным:

- когда камера обмена установлена непосредственно на распределительных пластинах 33, которые, в свою очередь, находятся непосредственно на трубах 13 распределительной тарелки 12, и/или

- когда коллекторная труба 7 и средство впрыска 8 находятся на уровне зоны смешения (B).

Изобретение относится к области экзотермических реакций, более конкретно, реакций гидроочистки, гидродесульфирования, гидродеазотирования, гидрокрекинга, гидрирования, гидродеоксигенации, гидроизомеризации, гидродепарафинизации или же гидродеароматизации, осуществляемых в реакторе с неподвижным слоем. Более конкретно, изобретение относится к устройству смешения и распределения текучих сред в реакторе с нисходящим прямоточным течением и к его применению для осуществления экзотермических реакций. Устройство смешения и распределения сред для каталитического реактора с нисходящим потоком содержит: зону сбора, содержащую средство сбора; по существу вертикальную коллекторную трубу и по меньшей мере одно средство впрыска, выходящее в указанную коллекторную трубу; зону смешения, содержащую камеру смешения сред, и указанная зона смешения имеет первую концевую часть, сообщающуюся с указанной коллекторной трубой, и вторую концевую часть, сообщающуюся с указанной камерой обмена сред, находящейся ниже указанной камеры смешения, причем длина указанной камеры обмена строго больше длины указанной камеры смешения; зону распределения, находящуюся ниже зоны смешения, содержащую распределительную тарелку, несущую множество труб и множество горизонтальных пластин, находящихся выше труб или на трубах. Технический результат изобретения - повышение эффективности смешения сред. 2 н. и 13 з.п. ф-лы, 6 ил.

1. Устройство смешения и распределения сред для каталитического реактора с нисходящим потоком, причем указанное устройство содержит:

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

- по меньшей мере одну, по существу вертикальную, коллекторную трубу (7), способную принимать реакционную среду, собранную указанным средством сбора (6), и по меньшей мере одно средство впрыска (8), выходящее в указанную коллекторную трубу (7), для ввода охлаждающей среды;

- по меньшей мере одну зону смешения (B), находящуюся ниже по потоку за указанной коллекторной трубой (7), причем указанная зона смешения (B) содержит по меньшей мере одну камеру смешения (15) сред длиной L1, и указанная зона смешения (15) имеет первую концевую часть, сообщающуюся с указанной коллекторной трубой (7), и вторую концевую часть, сообщающуюся с камерой обмена (16) сред длиной L2, находящейся ниже указанной камеры смешения (15), причем длина L2 указанной камеры обмена (16) строго больше длины L1 указанной камеры смешения (15), так чтобы создать перекрытие (30) на уровне указанной камеры обмена (16), причем указанное перекрытие (30) имеет по меньшей мере одно отверстие (31), способное пропускать среды из указанной камеры обмена (16) к зоне распределения (C);

- по меньшей мере одну зону распределения (C), находящуюся ниже зоны смешения (B), ниже по потоку за указанной зоной смешения, причем указанная зона распределения (C) содержит распределительную тарелку (12), несущую множество труб (13) и множество горизонтальных пластин (33), расположенных ниже отверстия (31) в перекрытии камеры обмена (16), но выше труб (13) или на трубах (13) распределительной тарелки (12) зоны распределения (C).

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

3. Устройство по одному из пп. 1 или 2, отличающееся тем, что доля поверхности, занятая отверстием или отверстиями (31), составляет от 20% до 100% полной площади перекрытия (30).

4. Устройство по п. 3, отличающееся тем, что доля поверхности, занятая отверстием или отверстиями (31), равна 100% от полной площади перекрытия (30).

5. Устройство по любому из пп. 1-4, отличающееся тем, что указанные горизонтальные пластины (33) находятся на высоте не более 100 мм над трубами (13) распределительной тарелки (12).

6. Устройство по любому из пп. 1-4, отличающееся тем, что указанные горизонтальные пластины (33) находятся на трубах (13) распределительной тарелки (12).

7. Устройство по любому из пп. 1-6, отличающееся тем, что площадь поперечного сечения, занятая указанными горизонтальными пластинами (33), составляет от 2% до 95% площади поперечного сечения зоны распределения (C).

8. Устройство по любому из пп. 1-7, отличающееся тем, что указанные горизонтальные пластины (33) отстоят друг от друга на расстояние от 1 до 50 мм.

9. Устройство по любому из пп. 1-8, отличающееся тем, что указанная зона смешения (B) смещена относительно центральной оси зоны распределения (C), образуя две зоны (Z1) и (Z2) на распределительной тарелке (12), причем отношение R, определенное как отношение площадей зоны (Z1) и зоны (Z2), составляет от 0 до 1, исключая граничные значения 0 и 1.

10. Устройство по любому из пп. 1-9, отличающееся тем, что камера смешения (15) содержит дно (23), имеющее скошенный торцевой край (27), образующий угол α к продольной оси XX' камеры смешения (15) в интервале от 20° до 70°.

11. Устройство по любому из пп. 1-10, отличающееся тем, что средство впрыска (8) дополнено насадкой, выходящей прямо в указанную коллекторную трубу (7), причем указанная насадка состоит из трубки, имеющей по меньшей мере одно отверстие и открывающейся в указанную коллекторную трубу (7).

12. Устройство по любому из пп. 1-11, отличающееся тем, что указанная камера обмена (16) дополнительно содержит на своих боковых стенках (20) множество боковых проходных сечений (17), способных пропускать текучие среды из указанной камеры обмена (16) в указанную зону распределения (C).

13. Устройство по любому из пп. 1-12, отличающееся тем, что оно дополнительно содержит по меньшей мере один боковой отражатель (32), находящийся на уровне указанной зоны распределения (C) напротив по меньшей мере одного бокового проходного сечения (17).

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

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