Изобретение касается устройств для проведения процесса каталитической конверсии жидкости и/или газа и может быть использовано для получения синтез-газа, состоящего из водорода и окиси углерода.
Цель изобретения - интенсификация процесса за счет равномерного распределения жидкости и катализатора.
На фиг. 1 схематически показано устройствоJ вертикальный разрезj .. на фиг. 2 - разрез А-А на фиг.. 1; на фиг. 3 - узел I на фиг. 1; на фиг. 4 - модифицированный вариант конструкции направляющего элемента, разрез.
Устройство для каталитической конверсии включает реактор 1, впускной патрубок 2 для жидкости и впускной патрубок 3 для катализатора, расположенные в верхней конце реактора I5 и выпускной патрубок .4 для жидкости и выпускной патрубок 5 для катализатора, расположенные в нижнем конце реактора 1. Внутри реактора 1 имеется опорный корпус 6, поддерживающий слой частиц катализатора (не показан), с центральным тверстием 7, которое трубой 8 соединено с вьшускным патрубком 5 для катализатора. Последний снабжен задвижкой (не показана), позволяющей в нужное время производить разгрузку реактора 1 от порошкообразного катализатора.
Внутри реактора 1 на различных уровнях смонтированы первая 9 и вторая 10 решетки, плоскости которых ориентированы перпендикулярно напО1tsD
СО
Ы
равлению потока жидкости в реакторе 1. Каждая решетка 9 и 10 образована множеством направляющих элементов, которые концами соединены с кольцевым опорным элементом 11,смонтированным на внутренней поверхности боковой стенки реактора 1. Направляющие элементы первой решетки 9 размещены в шахматном,порядке относительно направляющих элементов второй решетки 10.
Между частями.обращенных одна к другой наружных поверхностей смежных направляющих .элементов 12 и между частями, обращенными одна к другой нарзжных поверхностей кольцевого опорного элемента.I и смежных направляющих элементов, образуются каналы 13 Каждый канал 13 в направлении потока жидкости имеет суживающуюся 14, узкую 15 и расширяющуюся 16 части.
Каждый направляющий элемент 12 имеет трехгранную трубку 17 для жидкости, состоящую из боковых стенок 18 и нижней стенки 19, ограничивающих канал 20 для прохода жидкости Каждый кольцевой опорньш элемент J1 также включает в себя треугольн.ую ..трубку 21, имеющую боковую, стенку 18 и НИЖНЮЮ- стенку 19, ограничивающие каналы 22 для жидкости, соединенный с каналами 20, рбразованными трехгранными трубками 17 и с впускным патрубком 23 для подачи в реактор вспомогательной жидкости.
Трехгранные трубки 17 и 21 смонтированы на опорных балках 24. Ширина нижней стенки 19 каждой трехгранной трубки 17 и 21 несколько превышает щирину опорной балки 24, так что края нижней стенки 19 выступают за опорную балку 24 по всей ее длине. В выступающих за опорнзга балку 24 краях нижней стенки 19 каждой трехгранной трубки 17 и трубки 21 сделаны отверстия 25, через ко- .торые из каналов 20 и 22 трубок 17 и 21 соответственно жидкость из этих трубок подается в каналы 13 между смежными направляющими элементами 12.
Конструкция направляющих элементов и кольцевого опорного элемента второй решетки 10 ничем не отличается.от соответствующих элементов описанной первой решетки 9.
Устройство процесса каталитической конверсии содержащего серу,минерального масла в несодержащёе серу минеральное масло с использованием водорода работает следующим образом.
Первоначально порошкообразньй катализатор вводят в реактор 1 через впускной патрубок 3. Этот процесс продолжают до тех пор, пока объем реактора над опорным конусом 6 и труба В не будут заполнены частицами катализатора (не показан).
После загрузки реактора 1 катализатором в него через впускной патрубок 2 под давлением в пределах 3 - 25 Ша подают смесь содержащего серу минерального масла и водорода,
нагрет ую до температуры в пределах 300 --500°С.
В процессе экзотермической реак-. ции между водородом и серой, содержащейся в минеральном масле, образуется сероводород, а содержание серы в исходном минеральном масле снижается до минимума. Смесь минерального масла и сероводорода в реакторе i движется сверку вниз и через отверстия 26 в стенке трубы 8 попадает в приемник 2.7 ниже опорного конуса 6,, откуда она удаляется через вькодной патрубок 4. При охлаждении в соответствующем сепараторе (не показан) образующийся во время реакции сероводород отделяется от десульфированного минерального масла о После того, как катализатор достигнет определенной степени отравления, например по истечении 6-12 мес, процесс конверсии прекращают, удаляют из реактора 1 весь отработанный катализатор и заполняют реактор свежим или регенерированным катализатором.
Контроль температуры в реакторе в процессе конверсии осуществляется подачей в реактор охлаждающей жидкости, в качестве которой может
быть использовано охлажденное де- сульфированное минеральное масло или охлаждающий газ. Подача в реактор охлаждающей жидкости или газа про- изБО.дится через впускной патрубок 23,
соединенньй по меньшей мере с одной из решеток 9 и 10, Охлаждающая жидкость поступает в каналы 13 между направляющими элементами 2 через от. 515
верстия 25 вблизи узких частей 15 каналов 20,
Таким образом, охлаждение продуктов реакции происходит в узких частях проходовj где скорость движения жидкости максимальна и где наблюдается повышенная тз рбулент- ность потока жидкости, благодаря чему обеспечивается улучшение теп- лообмена между горячими дродуктами реакции и охлаждающей жидкостью.
Для того, чтобы достигнуть достаточно интенсивного теплообмена при умеренном перепаде давления на решетке, общая площадь каналов 13 между направляющими элементами 12 должна находиться в пределах 30 - 60% от площади поперечного сечения реактора 1, предпочтительно в пре- делах 45 - 55%.
Края нижних стенок 19 трехгранных трубок 17 и 21 выпускают за верхние края опорных балок. При загрузке реактора 1 порошкообразным катали затором (не показан) масса частиц катализатора распределяется внутри реактора таким образом, что под выступающими за края опорных балок 24 краями нижних стенок 19 трубок 17 и 21 остаются незаполненные частицами катализатора пространства 28, продолжающиеся по всей длине опорных балок 24. Поскольку отверстия 25 находятся на выступающих за края опорных балок 24 краях нижних стенок 19 трубок 17 и 21, охлаждающая жидкость, поступающая из этих отверстий в незаполненные катализатором пространства 28, перед ее про- никновением в слой катализатора ран- номерно распределяется по всей длине опорных балок 24. Такое равномерное распределение охлаждающей жидкости по длине направляющих элемен- тов 12 обеспечивает достижение более равномерного распределения температур в слое катализатора в зоне каналов 13.
Для равномерного распределения жидкости в расширяющейся части 16 каждого канала 13 величина строго угла 29 между наружной поверхностью направляющего элемента 12 или кольцевого опорного элемента 11 и вертикальной прямой должна быть согласована с величиной угла расхождения жидкости. Для жидкостей, проходящих через слой обычного порошкообразно
0
5 О Q
п
5
5
го катализатора, острый угол 29 может находиться в пределах 3 - JO.
Равномерное распределение жидкости в расширяющейся части 16 каждого канала 13 оказывает положительное влияние на эффективность реакции, так как в случае неравномерного контактирования жидкости с катализатором распределение температур в слое катализатора получается неравномер- Hbif-i, а это вызывает неравномерное отравление катализатора.
Описанная конструкция конвертора обеспечивает возможность использования катализатора без его регенерации в течение весьма продолжительных периодов . При использовании конверторов предлагаемой конструкции замену катализатора можно производить не полностью, а по частям, для чего по истечении определенного периода времени необходимо удалять из реактора определенную часть катализатора и пополнять реак- тор соответств тощим количеством свежего катализатора через впускной патрубок 3. При непрерывном процессе загрузки реактора катализатором с одновременным удалением из реактора отработанного катализатора полная смена катализатора в реакторе может быть осуществлена в течение короткого периода времени, например в течение одного дня.
Для того, чтобы направленное вниз движение частиц катализатора в сужающейся части 14 канала 13 было равномерным, т.е. для того, чтобы частицы катализатора вблизи поверхностей направляющих элементов в сужающейся части 14 канала 13 и в центральной зоне сужающейся части 14 двигались с одинаковой скоростью, величину острого угла 30 между вертикальной прямой и наружной поверхностью направляющего элемента 12 или кольцевого опорного элемента 11 в сужающейся части 14 канала 13 следует выбирать таким образом, чтобы это обеспечивало получение в этом проходе потока флюидизированных частиц. При использовании в рассматриваемом конверторе обычных порошкообразных катализаторов величина указанного острого угла 30 может находиться в пределах 10-40°.
Рассмотренный реактор может.быть использован для осуществления конвер71
сии газа в жцдкость,.В этом случае исходная смеСь газа и жидкости вво.т дится в реактор через впускной патрубок 2,
Примером такого процесса конверсии может служить,процесс конверсии содержащего водород и окись углерода синтез-газа в жидкий углеводород
с те шературой кипения в диапазоне темпер атур кипения средних дистил- ;
лятов,
В этом процессе конверсии смесь синтез-газа и возвращаемого в процессе рециклового жидкого углеводорода, нагретая до температуры в пределах 200 - 250°С-под давлением
В пределах 2-4 МПа вводится в находяшийся в реакторе слой катализатора, В данном процессе жидкость служит в качестве теплоносителя, обеспечивающего равномерное распределение температуры в слое находя™ щегося в реакторе катализатора. Во время нормальной работы реактора ок лаждающий углеводородный продукт подается в реактор через входной патрубок 13, откуда по трубкам 17 и 21 и через отверстия 25 поступает в сло катализатора, обеспечивая охлаждение продуктов реакции внутри конвертора.
Описанный реактор 1 (фиг. О имеет две решетки направляющих элементов. Реакторы небольшого объема могут иметь только одну решетку направляющих элементов. В крупных- реакторах может быть использовано несколько решеток направляющих элементов, например 3 - 10, размещенных внутри реактора на различных уровнях .
В направляющих элементах отверсти для введения охлаждающей жидкости в проходы между смежными элементами располагаются по краям нижней стенки 19 трехгранной трубки 17, выступающим за опорную балку 24, так что во время нормальной работы конвер- , тора охлаждающая жидкость вводится , в слой катализатора вблизи самой узкой части 15 канала 13.
В соответствии с изобретением часть направляющих элементов i2 в решетках 9 и 10 или все эти элементы могут быть заменены направляющими элементами 31, В конструкцию последнего входит треугольная трубка 32, смонтированная на опорной
8
0
5;
0
5
0
5
0
0
5
балке 33.-Камэдая боковая стенка треугольной 32 состоит из ней 34 и верхней 35 полос, простирающихся по всей длине направляющего элемента 31. Нижняя 34 и верхняя 35 полосы, образующие боковую стенку треугольной трубки 32, располагают одна.относительно другой таким образом, что нижний край верхней полосы 35 смещен в сторону от верхнего края нижней полосы 34. Дополнительная охлаждающая жидкость вводится в сужающуюся часть прохода между смежными направляющими элементами через ряд отверстий 36, расположенных в той части боковой стенки треугольной трубки 32, где нижний край верхней полосы 35 выступает. за верхний край низшей полосы 34, и простирающихся по всей длине направляющего элемента.
Нижняя CTaiiKa 37 треугольной трубки 32 несколько выступает в обе стороны за края опорной балки 33, В этих выступающих краях нижней стенки 34 треугольной трубки 32 вьшолнены отверстия 38, предназначенные для подачи дополнительной жг-здкости в. проход между смежными направляющими элементами 31 и равномерно распределенные по всей длине направляющего элемента.
Отверстия 36 и 38 соединяют внутренний канал 39 треуго.льной трубки 32 с пространством между смежными направляющими элементами 31 в его сужающейся .и самой узкой частях соответственно. Канал 39 треугольной трубки 32 соединен с каналом 22 кольцевого опорного элемента 11,
Во время нормальной работы реактора заполняющий внутренний объем реактора порошкообразный катализатор (не -показан) распределяется таким образом, что под выступающими нижними краями верхних полос 35.треугольной трубки 32 образуются свободные от катализатора полости 40, простирающиеся по всей длине направляющегося элемента 31, а под выступающими краями нижней стенки 34 треу- гольной трубки 32 - свободные от катализатора полости 41, также простирающиеся по всей длине направляющего элемента 31. Подаваемая в каналы 39 треугольных трубок.32 каждой решетки направляющих элементов через отверстия 36 и 38 жидкость вводится в сужающуюся и в самую узкую часть каждого прох&да между смежными направляющими элементами,
Боковая стенка треуголь-ной трз/б- ки кольцевого опорного элемента может быть вьшолнена из двух полос, ориентированных вдоль опорного элемента и располагающихся одна относительно другой таким образом, что нижний край верхней полосы выступа- ,,ет,за верхний край нижней полосы, Под выступающим -нижнш З краем верхней полосы боковой стенки треугольной трубки кольцевого опоного элемента располагаются отверстия, через которые дополнительная жидкость из внутреннего канала треугольной трубки подается в проход между кольцевым опорным элементом и смежным направляющим элементом,
Величина острого угла между вертикальной прямой и наружными поверхностями верхней и нижней полос, образующих боковую стенку треугольной трубки кольцевого опорного элемента, должна находиться в пределах 10 - Д0°.
Каждая боковая стенка треугольных трубок может быть образована не из двух, а из 3-5 полос, ориентированных в направлении длины «направляющего элемента. В такой конструкции- нижний край образующей боковую стенку треугольной трубки полосы выступает за верхний край расположенной ниже полосы Подобно описанному в рассматриваемом случае дополнительная жидкость подается в суживующуюся часть и в самую узкую часть прохода между смежными направляющими элементами через отверстия,, располагающиеся под выступающими нижними краями образующих боковые стенки треугольной трубки полос,
Каждый простирающийся вдоль направляющего элемента ряд отверстий 25, 36 и 38 может быть по меньщей мере частично заменен ориентированной по длине направляющего элемента щелью,
BQ время нормальной работы реактора в него можно вводить дополнительную жидкость или газ, необходимые для осуществления каталитической конверсии. Так, например, в качестве такого дополнительного газа в описанном процессе каталитической конверсии серосодержащего минерального
0
5
0
5
0
5
0
5
0
5
масла может быть использован- газообразный водород. Количество вводимого в реактор дополнительного водорода , должно обеспечивать поддержание тре-. б -емого соотношения объемов серосодержащего минерального масла и водорода,
В тех случаях, когда процесс каталитической конверсии жидкости и/или газа носит эндотермический характер, в качестве дополнительной. жидкости или газа в реактор должна подаваться нагретая ж щкость. или газ, например водяной пар, или нагретая жидкость, необходимая для осуществления каталитической конверсии. .
При использовании в реакторе направляющих элементов 31 жидкости могут всасьшаться в верхний канал треугольной трубки 32 через отверстия 36 и после смещивания с дополнительной жидкостью продаваться в проходы между смежными направляющими элементами через отверстия ,38,
В конструкции реактора, показанной на фиг с 1 5 слой катализатора поддержива ется опорным конусом 6, однако- вместо этого конуса в реакторе может быть использован перфорированный диск или проволочная сетка, дополнительное преимушество которых состоит в том, что они могут вьтол- нять функции сепаратора, отделяющего катализатор от жидкости. Опорой для слоя катализатора может также служить дно реактора 1, Для подачи в ,реактор жидкости и газа могут быть использованы раздельные впускные патрубки,
В предлагаемом реакторе могут быть использованы два или несколько отдельных слоев катализатора, причем по меньшей мере в одном из слоев катализатора должна находиться решетка направляющих элементов описанной конструкции.
Формула изобретения
1, Устройство для каталитической конверсии жидкости и/или газа, со- Jз,epжaщee вертикальный корпус с патрубками для подачи конвертируемой жидкости и газа или конвертируемого газа и жидкости и катализатора, внутри которого по высоте расположены решетки,
состоящие из направляющих элементов, выполненных в виде коробов с патруб ками для подачи дополнительной жидкости и образукщц51 Чеазду собой каналы, сужающиеся по ходу потока, и патрубки для вывода катализатора и отработанной жидкости, о т ли ч а - ю, щ ее с я тем, что, с целью интенсификации процесса за счет равномерного распределения жидкости и катализатора, в коробйх выполнены отверстия для выхода дополнительной, жид- кости в сужающуюся часть канала или вблизи сужающихся частей каналов, а решетки снабжены опорными элементами закрепленными под коробами и образующими между собой расширяющиеся по ходу потока каналы, сообщающиеся с суженной частью основньк каналов.
I
2 о Устройство по п. 1, отличающееся тем, что короба имеют в сечении треугольную форму, а опорные элементы вьшолнены в сечении в виде перевернутого треугольниг ка, соединённого основанием с основанием короба.
3„ Устройство по пп. 1 и 2, о т - личающееся там, что направляющие элементы снабжены дополнитель- ными коробами, выполненными в сечении в виде трапеции, размещенными между основаниями основных коробов и основаниями опорных элементов, при этом основание основного короба вы0 полнено с перекрытием верхнего основания дополнительного короба и от- верстия для выхода дополнительной жидкости вьтолнены на этом перекрытии.,
5 . Устройство по п, 2 или п. 3, . отличающееся тем, что большие основания дополнительных коробов установлены с перекрытием оснований опорных элементов и имеют
0 отверстия для выхода дополнительной . жидкости, расположенные на этом перекрытии.
5. Устройство по пп, 1-4, о т,,- личающееся тем, что на5 правляющие элементы в решетке расположены в шахматном порядке по отношению к направляющим элементам в
соседней решетке.
I
Изобретение относится к устройствам для каталитической конверсии жидкости и/или газа и позволяет интенсифицировать процесс. Устройство содержит вертикальный корпус с патрубками для подачи конвертируемой жидкости и газа и катализатора, внутри которого по высоте расположены решетки, состоящие из направляющих элементов, выполненных в виде коробов с патрубками для подачи дополнительной жидкости и образующих между собой каналы. В коробках выполнены отверстия для выхода дополнительной жидкости, а решетки снабжены опорными элементами. 4 з.п. ф-лы, 4 ил.
W 0 9 :Q
х/.у--
Q -жг :;У:ж: чТ/
1313
f
Л
27
А-Л
J
12
IS
13
If
3S
39
n
33
74
фигЛ
