УСТРОЙСТВА ДЛЯ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ТЕКУЧЕЙ СРЕДЫ Российский патент 2024 года по МПК B01J8/18 

ПЕРЕКРЕСТНЫЕ ССЫЛКИ НА РОДСТВЕННЫЕ ЗАЯВКИ

[0001] Настоящая заявка испрашивает приоритет по заявке на патент США № 16/393,875, поданной 24 апреля 2019 г., содержание которой полностью включено в настоящую заявку посредством ссылки.

1. Область техники

[0002] Раскрытые здесь варианты реализации относятся к устройству распределения текучей среды, более конкретно к устройствам распределения, применяемым в процессе каталитического крекинга с псевдоожиженным катализатором, используемом в нефтеперерабатывающей промышленности.

2. Уровень техники

[0003] Процессы каталитического крекинга с псевдоожиженным катализатором (fluid catalytic cracking, FCC) широко используются для преобразования потоков углеводородного сырья, таких как вакуумные газойли и другие относительно тяжелые виды нефти, в более легкие и более ценные углеводородные продукты. В процессе FCC мелкодисперсные частицы катализатора используются для крекинга нефтяного сырья и получения низших олефинов, бензина, дизельного топлива и других продуктов. Частицы катализатора поддерживаются в псевдоожиженном состоянии с использованием газа или паров в качестве псевдоожижающей среды, позволяющей катализатору перемещаться между зонами реакции и регенерации. В различных конфигурациях FCC для проведения реакций с газовым катализатором при транспортировке катализатора вертикально вверх используются стояки или подъемные трубопроводы, в верхней части стояка расположено устройство для распределения газа и катализатора в слое частиц псевдоожиженного катализатора. Для диспергирования газа и частиц из стояка в слой псевдоожиженного катализатора используются распределители. Существует множество конструкций распределителей, однако так называемые распределители с грибовидными крышками имеют множество преимуществ и используются как в реакторных, так и в регенераторных сосудах. Эти распределители также известны как оконечные устройства стояков (Riser Termination Devices, RTD).

[0004] В процессах глубокого каталитического крекинга, который представляет собой одну из разновидностей процесса FCC, в качестве устройства для оконечной нагрузки стояка используется распределитель грибовидного типа. Этот распределитель установлен наверху стояка и служит для распределения паров углеводородов и частично закоксованного катализатора из стояка в слой псевдоожиженного катализатора, находящийся в сосуде реактора. Распределение паров углеводородов в слое псевдоожиженного катализатора важно для обеспечения времени пребывания, достаточного для дальнейшего крекинга паров в слое псевдоожиженного катализатора. Обычно такие конструкции для крекинга в слое катализатора используются для дальнейшего крекинга сырой нефти в стояке в потоки олефинов, богатых пропиленом. Любое неправильное распределение или канализация пара может привести к низкому выходу, например к низкой олефинности продукта, высокому содержанию сухого газа и т.д.

[0005] В одноступенчатом регенераторе FCC распределители грибовидного типа обычно используются в верхней части восходящей линии и служат для равномерного распределения воздуха и отработанного катализатора в слое катализатора регенератора. В двухступенчатых регенераторах, где регенератор второй ступени установлен поверх регенератора первой ступени, традиционный распределитель грибовидного типа расположен в регенераторе второй ступени над восходящей линией отработанного катализатора, по которой он поднимается от регенератора первой ступени. Поднимающийся воздух и катализатор проходят вверх по восходящей линии, на мгновение собираются под грибовидной крышкой и распределяются через отверстия, расположенные в верхней части гриба, а также через сливные выемки, расположенные вдоль нижней юбки гриба. Рабочие характеристики распределителя способствуют достижению равномерной регенерации катализатора, а также однородного температурного профиля в сосуде регенератора. Неправильное распределение или канализация воздуха и отработанного катализатора может привести к изменению температуры так же, как и после сжигания в регенераторе, что ограничивает эксплуатационную гибкость сосуда.

[0006] Попытки решить проблемы распределения предпринимались в устройствах, известных из предшествующего уровня техники. Распределительные устройства, предшествующего уровня техники, включают те, которые описаны в патенте США № 5571482, в котором раскрывается распределитель с грибовидной крышкой с отверстиями в крышке и сливными выемками на ободе крышки, служащими для обеспечения хорошего распределения катализатора и поднимающейся текучей среды в плотном слое псевдоожиженного катализатора. В патенте США № 9833759 описана другая версия устройства для распределения текучих сред, содержащего крышку по меньшей мере с одним средством отклонения, расположенным на его внешней поверхности и выполненным с возможностью направления газа к периферии упомянутой крышки или удержания газа на ней.

[0007] Конструкция в соответствии с одним из видов традиционного устройства 10 для распределения грибов показана на Фиг. 1A и 1B. На обоих Фиг. 1A и 1B грибовидная крышка 12 имеет дискретные отверстия 14, например, отверстия наверху, и сливные выемки 16 на краю крышки 12, обеспечивающие хорошее распределение пара и катализатора в плотном слое псевдоожиженного катализатора. На Фиг. 1A сливные выемки 16 имеют прямоугольную форму, а на фиг. 1B – треугольную форму. Верхняя часть 17 стояка обычно имеет несколько прорезей 18, через которые из нее вытекает смесь пара и катализатора из стояка или восходящей линии. Распределение текучей среды через грибовидное распределительное устройство 10 и вокруг него зависит от количества отверстий 14 на грибовидной крышке 12. Количество отверстий 14 обычно определяется на основе желаемого распределения потока путем уравновешивания перепада давления на отверстиях и вокруг крышки. Поток через дискретные отверстия 14 на грибовидной крышке 12 способствует формированию небольших пузырьков и увеличивает контакт газа и твердых частиц над грибовидной крышкой 12.

[0008] Традиционные распределительные устройства, такие, как показано на Фиг. 1A и 1B, охватывают только ограниченную часть общей площади поперечного сечения реактора. Распределение потока по площади сосуда в реакторе, где большая часть газа проходит через стояк, не может быть постоянным, если вся площадь поперечного сечения потока не закрыта крышкой, что непрактично для реактора, установленного наверху отпарной колонны с катализатором, стекающим вниз из реактора в отпарной сосуд. Кроме того, поток вокруг юбки 19 крышки 12 имеет тенденцию сливаться с газом, протекающим через отверстия, и потенциально может вызвать поток газа и образование каналов.

[0009] В процессе планируемой работы часть газа в виде маленьких пузырьков проходит через отверстия, а остальная часть газа проходит вокруг крышки через боковые выемки. Для газа, протекающего вокруг крышки, цель состоит в том, чтобы распределять его в зоне сосуда вокруг крышки и равномерно псевдоожижать. Однако газ, протекающий вокруг крышки, имеет тенденцию течь вдоль стенки крышки, перемещаться вдоль верхней поверхности, объединяться с пузырьками газа из отверстий и образовывать центральную струю высокоскоростной текучей среды и в значительной степени протекать мимо слоя, не взаимодействуя со слоем псевдоожиженного катализатора.

[0010] Такие традиционные способы и системы обычно считаются удовлетворяющими требованиям их предполагаемого назначения. Однако в данной области техники по-прежнему существует потребность в улучшенных распределителях грибовидного типа. Дополнительные цели вариантов реализации настоящего раскрытия станут очевидными из следующего раскрытия сущности и осуществления изобретения.

РАСКРЫТИЕ СУЩНОСТИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0011] Устройство для распределения текучей среды включает в себя стояк, у которого имеется первый конец и второй конец. Крышка функционально соединена со вторым концом стояка. Крышка имеет внутреннюю поверхность и внешнюю поверхность с множеством отверстий между внутренней и внешней поверхностями. Устройство включает в себя по меньшей мере один распределительный выступ, радиально выступающий от крышки наружу. По меньшей мере один распределительный выступ имеет внутреннюю поверхность и внешнюю поверхность. По меньшей мере один распределительный выступ включает в себя множество отверстий между внутренней поверхностью и внешней поверхностью.

[0012] Согласно некоторым вариантам реализации, крышка включает в себя по меньшей мере одно проходящее внутрь отверстие. По меньшей мере один распределительный выступ может быть вставлен по меньшей мере в одно проходящее внутрь отверстие. Крышка может заканчиваться проходящей вниз юбкой с краем, обращенным к первому концу стояка. По меньшей мере один распределительный выступ может радиально выходить наружу за край крышки. По меньшей мере один распределительный выступ может включать в себя множество распределительных выступов, распределенных вокруг центра крышки на равных расстояниях друг от друга. Внешняя поверхность крышки может представлять собой вершину. Продольная ось верхней поверхности по меньшей мере одного из распределительных выступов расположена на вертикальной проекции вершины. Вершина может представлять собой касательную плоскость. Продольная ось верхней поверхности по меньшей мере одного из распределительных выступов может быть параллельна касательной плоскости.

[0013] В некоторых вариантах реализации каждый из распределительных выступов находится на равном расстоянии от соседних распределительных выступов. По меньшей мере один распределительный выступ может определять путь потока в распределительном выступе со стороны внутренней поверхности крышки через внутреннюю полость распределительного выступа наружу по меньшей мере через одно из множества отверстий распределительного выступа. По меньшей мере один распределительный выступ может быть ограничен соответствующей верхней стенкой и двумя соответствующими боковыми стенками. В соответствующей верхней стенке может быть выполнено множество отверстий по меньшей мере одного распределительного выступа. К крышке могут быть прикреплены верхняя и боковые стенки по меньшей мере одного распределительного выступа. По меньшей мере один распределительный выступ может быть по меньшей мере частично закрыт нижней стенкой, соединяющей две боковые стенки. По меньшей мере один распределительный выступ может быть открыт между двумя боковыми стенками, противоположными верхней стенке. Верхняя и боковые стенки по меньшей мере одного распределительного выступа могут быть выполнены как единое целое. Внешняя поверхность распределительного выступа имеет дугообразную форму. Внешняя поверхность крышки может иметь куполообразную форму. Крышка заканчивается проходящей вниз юбкой с краем, обращенным к первому концу стояка. Проходящая вниз юбка может включать в себя множество сливных вырезов, проходящих вверх в юбку от края юбки. Первый конец и второй конец стояка могут представлять собой первый впускной конец и второй впускной конец. Крышка может быть функционально соединена с выпускным концом стояка.

[0014] Согласно другому аспекту, блок обработки включает в себя сосуд, представляющий собой внутреннее пространство, и устройство для распределения текучей среды, включающее в себя стояк, установленный во внутреннем пространстве сосуда, имеющий первый конец, прикрепленный к сосуду, и второй конец, противоположный первому концу. Устройство включает в себя крышку, выполненную с возможностью функционального соединения со вторым концом стояка. Крышка включает в себя внешнюю поверхность и внутреннюю поверхность с множеством отверстий, образованных между внутренней и внешней поверхностью. Устройство включает в себя по меньшей мере один распределительный выступ, проходящий радиально наружу от крышки. По меньшей мере один распределительный выступ образует внутреннюю поверхность и внешнюю поверхность. По меньшей мере один распределительный выступ включает в себя множество отверстий между внутренней поверхностью и внешней поверхностью.

[0015] В некоторых вариантах реализации по меньшей мере один распределительный выступ проходит радиально наружу от крышки к внутренней поверхности сосуда. Блок обработки может представлять собой реактор со слоем псевдоожиженного катализатора. Блок обработки может представлять собой регенератор псевдоожиженного слоя. Сосуд может включать в себя отверстие для приема первого конца стояка. Крышка может заканчиваться проходящей вниз юбкой с краем, обращенным к первому концу стояка. Верхняя поверхность по меньшей мере одного распределительного выступа может образовывать соответствующую центральную продольную ось, аналогичную продольной оси, описанной выше.

[0016] Согласно настоящему раскрытию, эти и другие характеристики систем и способов станут более очевидными для специалистов в данной области техники из следующего подробного описания предпочтительных вариантов реализации, приведенных вместе с чертежами.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

[0017] К настоящему описанию прилагаются тринадцать фигур, которые приведены ниже. Кроме того, файл заявки на патент содержит по меньшей мере один цветной чертеж. Копии настоящего патента или опубликованной патентной заявки с цветными чертежами будут предоставлены Ведомством по запросу и при уплате необходимой пошлины.

[0018] Чтобы специалисты в данной области техники, к которой относится настоящее раскрытие, могли легко понять, как производить и использовать устройства и способы настоящего раскрытия без лишних экспериментов, их предпочтительные варианты реализации будут подробно описаны ниже со ссылкой на определенные фигуры, среди которых:

[0019] Фиг. 1A-1B показывают традиционное распределительное устройство;

[0020] Фиг. 2 представляет собой схематическое изображение блока реактора с вариантом реализации распределительного устройства, выполненным в соответствии с настоящим раскрытием, который включает в себя распределительные выступы;

[0021] Фиг. 3A-3C представляют собой перспективные изображения распределительного устройства по Фиг. 2, показывающие стояк и крышку распределительного устройства вместе с распределительными выступами, проходящими от крышки;

[0022] Фиг. 4A представляет собой схему, на которой показана степень однородности потока газа, спрогнозированную с использованием вычислительной гидродинамики (CFD), в зависимости от высоты резервуара вблизи номинального уровня слоя, показывающую сравнение средней однородности потока газа между традиционным распределительным устройством и распределительным устройством, изображенным на Фиг. 2;

[0023] Фиг. 4B представляет собой вид в увеличенном масштабе части схемы, приведенной на Фиг. 4A, схематически показывающий увеличение однородности потока газа между традиционным распределительным устройством и распределительным устройством, показанным на Фиг. 2, для части над верхней частью крышки;

[0024] Фиг. 5 представляет собой схему, на которой показано сравнение характеристик между традиционным распределительным устройством и распределительным устройством, показанным на Фиг. 2, основанное на результатах CFD-моделирования, с точки зрения стандартного отклонения компонента осевой скорости газа в слое катализатора над распределительным устройством;

[0025] Фиг. 6 представляет собой схему, на которой показано сравнение процента пара, подвергнутого крекингу в стояке, на основе взаимодействия пара в стояке со слоем псевдоожиженного катализатора между традиционным распределительным устройством и распределительным устройством, показанным на Фиг. 2;

[0026] Фиг. 7A представляет собой результат CFD, представляющий мгновенный график концентрации пара в стояке, проходящем через слой реактора, когда пар течет вверх по реактору к традиционному распределительному устройству;

[0027] Фиг. 7B представляет собой результат CFD, представляющий мгновенный график концентрации пара в стояке, представляет собой через слой реактора, когда пар течет вверх по реактору к распределительному устройству, показанному на Фиг. 2; и

[0028] Фиг.8 представляет собой перспективное изображение другого варианта реализации распределительного устройства, выполненного в соответствии с настоящим изобретением, на котором показаны распределительные выступы без нижней стенки.

ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0029] Теперь будет сделана ссылка на чертежи, на которых одинаковые ссылочные позиции обозначают аналогичные структурные особенности или аспекты вариантов реализации настоящего изобретения. В целях объяснения и иллюстрации, а не ограничения, на Фиг. 2 показано и в общем обозначено ссылочной позицией 100 схематическое представление примерного варианта реализации системы обработки, выполненной в соответствии с вариантами реализации настоящего раскрытия. Другие варианты реализации системы 10 обработки и/или распределительных устройств в соответствии с настоящим раскрытием или его аспектами представлены на Фиг. 3A-8, как будет описано ниже.

[0030] Способы и системы настоящего раскрытия представляют распределительные устройства, которые обеспечивают улучшенное покрытие поперечного сечения и распределение паров в стояке и катализатора в слое реактора, а также снижают вероятность отвода и обхода газа, что приводит к повышению каталитической конверсии. Улучшенное распределение дополнительно приведет к однородности плотности слоя псевдоожиженного катализатора и улучшенному увеличению давления. Улучшенное парораспределение также приведет к более равномерному отложению кокса на катализаторе, что приведет к улучшению характеристик отпарки и регенерации.

[0031] Как показано на Фиг. 2, блок 100 обработки включает в себя сосуд 102, образующий внутреннее пространство 104, и устройство 101 для распределения текучей среды, включающее в себя цилиндрический стояк 106, установленный во внутреннем пространстве 104 сосуда 102, имеющий первый конец 108, прикрепленный к сосуду 102, и второй конец 110, противоположный первому концу 108. Блок 100 обработки может представлять собой реактор или регенератор, например блок 100 обработки представляет собой реактор со слоем псевдоожиженного катализатора, в котором пары продукта и частично закоксованный катализатор из стояка вводятся в слой катализатора реактора и распределяются при помощи устройства 101 для того, чтобы пары продолжали взаимодействовать со слоем псевдоожиженного катализатора и подвергались крекингу. В еще одном примере блок 100 обработки представляет собой регенератор с псевдоожиженным слоем, в котором воздух и отработанный катализатор вводятся в слой псевдоожиженного катализатора регенератора и распределяются при помощи устройства 101 для выжигания кокса из отработанного катализатора. Устройство 101 включает в себя распределительные выступы 120, проходящие радиально наружу от крышки 112 к внутренней поверхности 128 сосуда 102. Стояк имеет удлиненные прорези 154, которые представляют собой отверстия для выпуска паров стояка и катализатора в плотный слой псевдоожиженного катализатора.

[0032] Теперь со ссылкой на Фиг. 3A-3C, крышка 112 включает в себя внешнюю поверхность 114 и внутреннюю поверхность 116 с множеством отверстий 118, образованных между внутренней поверхностью 116 и внешней поверхностью 114. Каждый распределительный выступ образует внутреннюю поверхность 122 и внешнюю поверхность 124. Каждый распределительный выступ 120 включает в себя множество отверстий 126 между внутренней поверхностью 122 и внешней поверхностью 124. Поток через дискретные отверстия 118 в крышке 112 способствует образованию небольших пузырьков и увеличению контакта газа с твердыми частицами над крышкой 112, отверстия 126 каждого распределительного выступа 120 обеспечивают выполнение аналогичной функции, тем самым увеличивая контакт газа с твердыми частицами, по сравнению с традиционными распределителями. Увеличение образования мелких пузырьков приводит к более равномерному смешиванию паров со слоем псевдоожиженного катализатора, способствуя дальнейшему крекингу паров сырой нефти из стояка в сжиженный нефтяной газ (СНГ), в частности пропилен. Достижение выступами 120 отверстий шляпки 112 гриба помогает достичь улучшенного распределения и однородности паров стояка в слое псевдоожиженного катализатора, что приводит к меньшей глубине слоя, необходимой для реакции, и снижению общего количества вещества. Распределительные выступы 120 могут поддерживаться сверху стенкой 128 сосуда, например, при помощи подвесного троса или другого подобного приспособления, идущего от части стенки 128 сосуда над распределительными выступами 120. В регенераторе увеличение образования мелких пузырьков приводит к улучшению распределения и однородности воздуха для горения и отработанного катализатора в слое псевдоожиженного катализатора, что способствует достижению равномерной регенерации катализатора, а также однородности температурного профиля в сосуде регенератора.

[0033] По-прежнему ссылаясь на Фиг. 3A-3C, крышка 112 оканчивается проходящей вниз юбкой 132, имеющей край 134, например нижний край, обращенный к первому концу 108 стояка 106. Проходящая вниз юбка 132 включает в себя множество сливных вырезов 152, идущих вверх в юбку 132 от края 134 юбки 132. Крышка 112 образует вершину B, имеющую касательную к ней плоскость C. Верхняя поверхность 136 каждого распределительного выступа образует соответствующую центральную продольную ось A. Продольная ось A каждой верхней поверхности расположена на вертикальной проекции вершины B или по существу близко к ней. Продольная ось A каждой верхней поверхности 136 параллельна плоскости C. Иными словами, верхняя поверхность 136 наклонена под нулевым градусом относительно плоскости C. Если выступ 120 закрыт снизу нижней стенкой 150 (более подробно описанной ниже), нижняя стенка 150 наклонена (от 0 до 45°) относительно плоскости C, что позволяет катализатору скользить вниз по нижней стенке 150 и избегать осаждения катализатора на нижней стенке 150. Если выступы 120 не закрыты снизу, например, как показано на Фиг. 8, то нижние края боковых стенок 148а и 148b могут быть наклонены или располагаться параллельно оси А. Устройство 102 на Фиг. 8, по существу, такое же, как и на Фиг. 3A-3B, за исключением того, что нижняя стенка 150 отсутствует. Специалисты в данной области техники легко поймут, что, хотя выступы 120 показаны как образованные отдельными стенками 148a-148c, предполагается, что выступы 120 могут быть выполнены как единое целое и/или представлять собой единое целое с крышкой 112.

[0034] По-прежнему обращаясь к Фиг. 3A-3C, крышка 112 включает в себя множество проходящих внутрь отверстий 138, которые представляют собой отверстия в шляпке 112 гриба, направленные во внутреннюю полость 144 каждого выступа 120. Каждый распределительный выступ 120 вставлен в одно из множества проходящих внутрь отверстий 138. Распределительные выступы 120 проходят радиально наружу за край 134 крышки 112. Распределительные выступы 120 равномерно разнесены вокруг центра крышки 112. Грибовидная крышка 112 включает в себя несколько распределительных выступов 120. Вариант реализации, изображенный на Фиг. 3A-3C, включает в себя шесть распределительных выступов. Специалисты в данной области техники легко поймут, что количество выступов может варьироваться от 1 до 8 или более в зависимости от размера сосуда, геометрической формы, наличия других внутренних устройств или требований к распределению. Каждый распределительный выступ расположен на одном и том же расстоянии от соседнего распределительного выступа 120 (измеренном между двумя центральными продольными осями A). Каждый распределительный выступ 120 образует путь 140 потока распределительного выступа (схематично показан пунктирной стрелкой на Фиг. 3C) от внутренней поверхности 116 боковой стороны 142 крышки 112 через внутреннюю полость 144 распределительного выступа 120 и наружу через по меньшей мере одно из множества отверстий 126 распределительного выступа 120. Увеличение длины распределительных выступов 120 обеспечивает улучшенное покрытие поперечного сечения потока пара в стояке и катализатора в слое реактора, что приводит к повышению каталитической конверсии. В регенераторах распределительные выступы 120 обеспечивают улучшенное распределение и однородность паров в стояке и повышенную однородность потока воздуха и отработанного катализатора в слое катализатора регенератора, что приводит к равномерной регенерации катализатора и однородному температурному профилю. Хотя данное описание составлено в контексте применения реакторов и регенераторов, специалисты в данной области техники легко поймут, что устройство 101 можно использовать в различных сосудах с псевдоожиженным слоем.

[0035] Как показано на Фиг. 3A-3C, каждый распределительный выступ 120 ограничен соответствующей верхней стенкой 146 и тремя боковыми стенками 148a, 148b и 148c. Верхняя стенка 146 и боковые стенки 148a-148c могут быть выполнены как единое целое. В соответствующей верхней стенке 146 образовано множество отверстий 126 каждого распределительного выступа. Верхняя стенка 146 и боковые стенки 148a-148b каждого распределительного выступа прикреплены к крышке 112. Каждая боковая стенка 148c является торцевой стенкой своего соответствующего распределительного выступа 120. Каждый распределительный выступ по меньшей мере частично закрыт нижней стенкой 150, соединяющей две боковые стенки 148а. Однако в некоторых вариантах реализации предполагается, что нижняя стенка 150 может быть удалена так, чтобы распределительный выступ 120 был открыт снизу. Внешняя поверхность 114 крышки 112 имеет куполообразную форму.

[0036] Как показано на фиг. 4A-4B, варианты реализации распределительного устройства 101 обеспечивают повышенную среднюю однородность потока газа по сравнению с традиционными распределительными устройствами. Диаграмма 500 представляет собой пример среднего по времени графика однородности потока газа, предсказанного с использованием вычислительной гидродинамики (CFD), относительно высоты резервуара в непосредственной близости от верхней части распределителя («Верхняя часть крышки») и номинального уровня слоя. CFD-моделирование широко используется для моделирования динамики потоков газа, твердых частиц и текучей среды, а также для моделирования потока пара и катализатора в стояке, распределителе и слое катализатора в реакторе. Диаграмма 500 на Фиг. 4A представляет собой пример сравнения средней равномерности потока между традиционным распределительным устройством, например, устройством 10 (представлено линией 502) и распределительным устройством согласно настоящему раскрытию, например, распределительным устройством 101 (представлено линией 504) на Фиг. 2. На диаграмме 500 на Фиг. 4В схематично показано, что пар из стояка распределяется более равномерно (показано стрелкой 506), когда используется распределительное устройство, подобное распределительному устройству 101. Стрелкой 506 показано двукратное увеличение однородности между устройством 10 и устройством 101. Индекс однородности (например, «Однородность, %» по оси x на Фиг. 4A и 4B) количественно определяет величину площади поперечного сечения, активно используемую для потока. Равномерность потока определяется как отношение площади поперечного сечения, используемой для потока текучей среды, к общей площади поперечного сечения. На диаграмме 500 показано, что распределение потока газа на единицу площади поперечного сечения слоя катализатора над распределителем при использовании распределительных выступов улучшилось почти в два раза.

[0037] Далее со ссылкой на Фиг. 5, на диаграмме 600 показано стандартное отклонение компонента осевой скорости газа в слое катализатора над распределителем, которое определяет степень распределения газа. Более низкое стандартное отклонение относится к меньшему изменению скорости газа, что дополнительно означает, что газ распределяется более равномерно, что обеспечивает лучший контакт с катализатором. Стрелка 606 на диаграмме 600 показывает, что стандартное отклонение осевого компонента скорости между распределительным устройством нормальным уровнем слоя уменьшается по меньшей мере на 20%, когда распределительные выступы, например, распределительные выступы 120 встроены в крышку распределителя. Стандартное отклонение осевой составляющей скорости для традиционного распределительного устройства, например, устройства 10, представлено линией 602, а стандартное отклонение осевой составляющей скорости для распределительного устройства, выполненного в соответствии с вариантами реализации настоящего изобретения, например, устройства 101, представлено линией 604. Более низкое стандартное отклонение при использовании распределительных выступов указывает на меньший перепуск газа и улучшенные характеристики.

[0038] Далее со ссылкой на Фиг. 6,на диаграмме 700 показан график процентного содержания паров в стояке, подвергаемых крекингу в зависимости от степени их взаимодействия с частицами катализатора в слое катализатора реактора. Процент преобразования (например, крекинга) газов/паров стояка для традиционного распределительного устройства, например, устройства 10, показан линией 702, а процент преобразования (например, крекинга) газов/паров стояка для распределительного устройства, сконструированного в соответствии с вариантами реализации настоящего изобретения, например, устройства 101, показан линией 704. На диаграмме 700 показано, что конверсия газа стояка при использовании распределительных выступов, например, распределительных выступов 120, увеличивается в 1,6 раза, что указывает на хорошее взаимодействие газа стояка и слоя катализатора.

[0039] Как показывает сравнение Фиг. 7A-7B, распределительные устройства, сконструированные в соответствии с вариантами реализации настоящего изобретения, например, распределительное устройство 101, обеспечивают улучшенное распределение потока. На Фиг. 7A показан результат цветного CFD-моделирования 800a, представляющий собой мгновенный график концентрации пара стояка, проходящего через слой реактора, когда пар течет вверх по реактору, оборудованному традиционным распределительным устройством, например, устройством 10. Для сравнения, на Фиг. 7B показан результат цветного CFD-моделирования 800b, представляющий собой мгновенный график концентрации пара стояка, проходящего через слой другого реактора, когда пар течет вверх по реактору, оборудованному распределительным устройством, сконструированным в соответствии с вариантами реализации настоящего изобретения, например, устройством 101. Как показано на Фиг. 7B, варианты реализации в соответствии с настоящим раскрытием представляют собой распределительное устройство, которое обеспечивает значительно улучшенное покрытие и распределение пара по сравнению с традиционными распределительными устройствами. Без распределительных выступов, например распределительных выступов 120, газ течет вокруг гриба (например, крышки) и имеет тенденцию сливаться с газом, протекающим через крышку, с образованием центральной струи (о чем свидетельствует значительная концентрация красного цвета в верхней центральной части CFD-диаграммы 800a). Для сравнения, при использовании распределительных выступов 120 пары стояка распределяются по поперечному сечению более равномерно (что очевидно на диаграмме 800b), что приводит к улучшенному крекингу, на что указывает более низкая концентрация паров стояка.

[0040] Способы и системы настоящего раскрытия представляют собой устройство для многофазного распределения текучей среды, которое включает в себя грибовидную крышку с распределительными выступами, обеспечивающими улучшенное покрытие поперечного сечения потока паров и катализатора в слой частиц псевдоожиженного катализатора. При использовании в реакторе каталитического крекинга с псевдоожиженным слоем такие распределители более равномерно распределяют пары стояка и катализатор в слое псевдоожиженного катализатора реактора, что приводит к улучшению каталитической конверсии. При применении регенератора FCC это обеспечивает повышенную однородность потока воздуха и отработанного катализатора в слое псевдоожиженного катализатора, что приводит к равномерной регенерации катализатора и равномерному температурному профилю.

[0041] Способы и системы вариантов реализации настоящего раскрытия, как описано выше и показано на чертежах, предусматривают использование распределительных устройств, которые обеспечивают повышенную однородность потока, способствуют образованию более мелких пузырьков для увеличения контакта газа с твердыми частицами и уменьшают возможность канализации и обхода газа. Хотя устройство и способы настоящего изобретения были показаны и описаны с указанием предпочтительных вариантов реализации, специалисты в данной области техники легко поймут, что в них могут быть внесены изменения и/или модификации, не выходящие за рамки сущности и объема настоящего изобретения. Приведенные выше описание и примеры представляют собой просто иллюстрацию изобретения и не должны рассматриваться как ограничение объема изобретения. С учетом вышеизложенного описания, специалисту в данной области техники будут очевидны различные модификации. Предполагается, что все такие модификации, входящие в объем и сущность прилагаемой формулы изобретения, должны ею охватываться.

Группа изобретений относится к устройству распределения текучей среды, а также к блоку обработки текучей среды в сосуде с псевдоожиженным слоем. Указанное устройство включает в себя стояк, имеющий первый конец и второй конец. Устройство включает крышку, выполненную с возможностью функционального соединения со вторым концом стояка. Крышка имеет внутреннюю поверхность и внешнюю поверхность с множеством отверстий, образованных между внутренней и внешней поверхностями. Устройство включает в себя по меньшей мере один распределительный выступ, проходящий радиально наружу от крышки. По меньшей мере один распределительный выступ имеет внутреннюю поверхность и внешнюю поверхность. По меньшей мере один распределительный выступ имеет множество отверстий между внутренней поверхностью и внешней поверхностью. Блок обработки включает в себя сосуд, образующий внутреннее пространство, и устройство распределения текучей среды, включающее в себя стояк, установленный во внутреннем пространстве сосуда, имеющий первый конец, прикрепленный к сосуду, и второй конец, противоположный первому концу. Группа изобретений обеспечивает повышенную однородность потока, способствует образованию более мелких пузырьков для увеличения контакта газа с твердыми частицами и уменьшает возможность канализации и обхода газа. 2 н. и 21 з.п. ф-лы, 8 ил.

1. Устройство для распределения текучей среды, содержащее:

стояк, имеющий первый конец и второй конец;

крышку, функционально соединенную со вторым концом стояка, при этом крышка включает в себя внутреннюю поверхность и внешнюю поверхность с множеством отверстий, образованных между внутренней и внешней поверхностями; и

по меньшей мере один распределительный выступ, проходящий радиально наружу от крышки, при этом по меньшей мере один распределительный выступ включает в себя внутреннюю поверхность и внешнюю поверхность, и при этом по меньшей мере один распределительный выступ включает в себя множество отверстий между внутренней поверхностью и внешней поверхностью.

2. Устройство по п. 1, в котором крышка включает в себя по меньшей мере одно проходящее внутрь отверстие, при этом по меньшей мере один распределительный выступ вставлен по меньшей мере в одно проходящее внутрь отверстие.

3. Устройство по п. 1, в котором по меньшей мере один распределительный выступ проходит радиально наружу за край крышки.

4. Устройство по п. 1, в котором по меньшей мере один распределительный выступ включает в себя множество распределительных выступов, расположенных вокруг крышки на равном расстоянии друг от друга.

5. Устройство по п. 1, в котором внешняя поверхность крышки образует вершину, при этом продольная ось верхней поверхности по меньшей мере одного распределительного выступа расположена в вертикальной проекции вершины.

6. Устройство по п. 1, в котором внешняя поверхность крышки образует вершину, образующую тангенциальную плоскость, при этом продольная ось верхней поверхности по меньшей мере одного распределительного выступа параллельна тангенциальной плоскости.

7. Устройство по п. 1, в котором по меньшей мере один распределительный выступ образует путь потока распределительного выступа со стороны внутренней поверхности крышки через внутреннюю полость распределительного выступа и наружу через по меньшей мере одно из множества отверстий распределительного выступа.

8. Устройство по п. 1, в котором по меньшей мере один распределительный выступ ограничен соответствующей верхней стенкой и двумя соответствующими боковыми стенками.

9. Устройство по п. 8, в котором множество отверстий по меньшей мере одного распределительного выступа образовано в соответствующей верхней стенке.

10. Устройство по п. 8, в котором верхняя и боковые стенки по меньшей мере одного распределительного выступа прикреплены к крышке.

11. Устройство по п. 8, в котором по меньшей мере один распределительный выступ по меньшей мере частично ограничен нижней стенкой, соединяющей две боковые стенки.

12. Устройство по п. 8, в котором по меньшей мере один распределительный выступ открыт между двумя боковыми стенками, противоположными верхней стенке.

13. Устройство по п. 8, в котором верхняя и боковые стенки по меньшей мере одного распределительного выступа выполнены как единое целое.

14. Устройство по п. 1, в котором внешняя поверхность крышки имеет куполообразную форму.

15. Устройство по п. 1, в котором внешняя поверхность по меньшей мере одного распределительного выступа имеет дугообразную форму.

16. Устройство по п. 1, в котором крышка заканчивается проходящей вниз юбкой, имеющей край, обращенный к первому концу стояка.

17. Устройство по п. 16, в котором проходящая вниз юбка включает в себя множество сливных вырезов, проходящих вверх в юбку от края юбки.

18. Устройство по п. 1, в котором первый конец и второй конец стояка представляют собой первый впускной конец и второй впускной конец, при этом крышка выполнена с возможностью функционального соединения с выпускным концом стояка.

19. Блок обработки текучей среды в сосуде с псевдоожиженным слоем, содержащий:

сосуд, образующий внутреннее пространство; и

устройство распределения текучей среды, включающее в себя:

стояк, установленный во внутреннем пространстве сосуда, имеющий первый конец, прикрепленный к сосуду, и второй конец, противоположный первому концу;

крышку, функционально соединенную со вторым концом стояка, при этом крышка включает в себя внешнюю поверхность и внутреннюю поверхность с множеством отверстий, образованных между внутренней и внешней поверхностями; и

по меньшей мере один распределительный выступ, проходящий радиально наружу от крышки, при этом по меньшей мере один распределительный выступ образует внутреннюю поверхность и внешнюю поверхность, и при этом по меньшей мере один распределительный выступ включает в себя множество отверстий между внутренней поверхностью и внешней поверхностью.

20. Блок по п. 19, в котором по меньшей мере один распределительный выступ проходит радиально наружу от крышки к внутренней поверхности сосуда.

21. Блок по п. 19, причем блок обработки представляет собой реактор со слоем псевдоожиженного катализатора.

22. Блок по п. 19, причем блок обработки представляет собой регенератор с псевдоожиженным слоем.

23. Блок по п. 19, в котором сосуд включает в себя отверстие для приема первого конца стояка.