РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНАЯ ТАРЕЛКА, ЁМКОСТЬ ИЛИ СПОСОБ, ОТНОСЯЩИЙСЯ К НИМ
DISTRIBUTION TRAY, TANK OR METHOD RELATED THEREWITH

По данной заявке испрашивается приоритет на основании заявки на патент США №12/961208, поданной 6 декабря 2010 г.
Область техники, к которой относится изобретение
Изобретение в целом относится к распределительной тарелке для емкости с целью пропускания через нее текучей среды.
Уровень техники
В химической переработке, нефтепереработке и других отраслях промышленности для распределения текучих сред, конкретно текучей среды со смешанными фазами, состоящей из жидкости и газа, по слоям или тарелкам можно использовать различные емкости. Одна из конкретных емкостей может представлять собой реактор, такой как реактор с потоком орошения, который можно использовать в таких процессах, как каталитическая депарафинизация, гидропереработка, гидрообессеривание, гидроочистка и гидрокрекинг. В большинстве случаев, сырье, такое как текучая среда, заключающая в себе одну или несколько жидкостей и газов, может проходить через катализатор в форме частиц, содержащийся в уплотненном слое в реакторе с нисходящим потоком. Могут иметь место химические реакции, которые в некоторых процессах гидроочистки могут приводить к образованию в газовой фазе дополнительных компонентов, таких как сероводород и аммиак. Такие газы и жидкости обычно протекают в нисходящем направлении через уплотненный слой и выходят из нижнего выпускного патрубка.
Для стимулирования реакций твердый катализатор часто располагают во множестве слоев при помощи тарелки с распределителем или тарелки над каждым слоем с целью равномерного, эффективного и рационального распределения текучей среды в верхней части слоя.
В большинстве случаев тарелки можно снабжать распределителями для создания равномерно распределенного потока по слою, расположенному ниже. Однако указанные распределители могут иметь недостатки, например, в случае, когда идеальные условия отсутствуют и имеет место неравномерное распределение жидкости. Как пример, неидеальные условия распределения могут существовать в ходе запуска установки, например, после проведения текущего ремонта. Данные неидеальные условия могут приводить к нежелательному смачиванию слоя катализатора ниже распределителя. Указанное неравномерное смачивание может обусловливать возникновение горячих точек в слое катализатора, приводя к образованию одного или нескольких очагов сокращенного срока службы катализатора. В дополнение к этому, неравномерный поток жидкости может обеспечивать образование местных сквозных протоков через слой. Как следствие, желательно предусматривать распределитель, который обеспечивает лучшее и однородное смачивание расположенного ниже слоя катализатора для исключения указанных недостатков и продления срока службы катализатора.
Кроме того, часто желательно предусматривать распределители, которые являются относительно несложными для изготовления. Как следствие, желательно разработать распределитель, который может рационально и эффективно обеспечивать равномерный поток текучей среды.
Сущность изобретения
Один из примеров осуществления изобретения может представлять собой распределительную тарелку для емкости. Как правило, распределительная тарелка включает в себя полотно, переточное устройство и вставку. Полотно может образовывать первую сторону и вторую сторону. Обычно первую сторону адаптируют для приема в нее жидкости. Кроме того, на полотне можно формировать множество отверстий. Обычно переточное устройство простирается через полотно, при этом первая часть распространяется с первой стороны, а вторая часть распространяется со второй стороны, и его адаптируют для обеспечения возможности пропускания через него текучей среды. Вставка может быть размещена внутри переточного устройства с целью сужения, а затем расширения прохода для текучей среды через него.
Другой пример осуществления может представлять собой другая распределительная тарелка для емкости. Как правило, распределительная тарелка включает в себя полотно, переточное устройство и вставку. Полотно может образовывать первую сторону и вторую сторону. Обычно первую сторону адаптируют для приема в нее жидкости. Кроме того, на полотне можно формировать множество отверстий. Обычно переточное устройство простирается через полотно, при этом первая часть распространяется с первой стороны, а вторая часть распространяется со второй стороны, и его адаптируют для обеспечения возможности пропускания через него текучей среды. Вставка может быть размещена внутри переточного устройства с целью сужения, а затем расширения прохода для текучей среды через него. Обычно переточное устройство имеет некоторую высоту, и сужение размещено в верхней половине переточного устройства.
Еще один дополнительный пример осуществления представляет собой способ модифицирования распределительной тарелки. Данный способ может включать в себя соединение вставки с внутренней частью переточного устройства с целью сужения прохода для текучей среды через него. В большинстве случаев переточное устройство соединяют с полотном в отверстии таким образом, что переточное устройство распространяется, по меньшей мере, с одной стороны полотна.
В вариантах осуществления изобретения, раскрытых в настоящем документе, может быть создано переточное устройство, имеющее круглую форму и адаптированное для приема в него вставки. Вставка может образовывать горловину типа трубки Вентури внутри такого переточного устройства, как труба. По существу, горловина может обусловливать появление мощной движущей силы для потока жидкости через распределительную тарелку. По существу, любое влияние негоризонтальности тарелки на распределение жидкости может быть сведено к минимуму. Кроме того, перепад давления через тарелку можно снижать до минимального уровня, поскольку некоторый перепад давления можно получать внутри вставки Вентури.
Кроме того, газожидкостное смешивание обычно улучшается при помощи пропускания текучей среды через сужение или сближение стенок, а затем выпуска через расходящийся конус в горловине вставки типа Вентури. Таким образом, использование вставки типа Вентури может обусловливать увеличение площади покрытия газожидкостной смесью после выхода текучей среды из распределителя. В дополнение к этому, на верхних участках трубчатого переточного устройства можно предусматривать перфорационные отверстия для увеличения рабочего диапазона потока текучей среды. Кроме того, поток текучей среды через каждую из распределительных труб, как правило, может перемещаться не только под воздействием напора жидкости на тарелке, но и под воздействием разности давления между жидкостью на тарелке и текучей средой внутри трубы. Следовательно, поток текучей среды через горловину может в меньшей степени зависеть от напора жидкости на тарелке и, следовательно, его неравномерного распределения в случае негоризонтальной тарелки. Конкретно, горловина может обеспечивать достижение повышенной скорости текучей среды и, таким образом, пониженного давления для стимулирования отведения жидкости с тарелки в трубу. Следовательно, жидкость может быть распределена по любому слою, расположенному ниже в конструкции.
Определения
Используемый в настоящем документе термин «текучая среда» может означать один или несколько газов и/или одну или несколько жидкостей.
Используемый в настоящем документе термин «газ» может подразумевать отдельный газ или раствор множества газов. В дополнение к этому, термин «газ» может заключать в себе раствор или суспензию, например, пар или аэрозоль, одной или нескольких жидких частиц и/или одной или нескольких твердых частиц, одного и того же или различных веществ, в одном или нескольких газах.
Используемый в настоящем документе термин «жидкость» может подразумевать отдельную жидкость, либо раствор или суспензию одной или нескольких жидкостей с одним или несколькими газами и/или твердыми частицами.
Используемый в настоящем документе термин «абсорбция» может собирательно относиться к нескольким процессам, включая адсорбирование и абсорбирование.
Используемый в настоящем документе термин «обогащенный» может означать количество, как правило, по меньшей мере, 50%, а предпочтительно 70% мол. соединения или класса соединений в потоке.
Используемый в настоящем документе термин «отверстия» относится к перфорационным отверстиям или прорезям ниже сужения горловины только для понимания настоящего документа. Конкретно, отверстия могут находиться в том же количестве, быть той же формы или размера, что и прорези, сформированные выше отверстий на переточном устройстве или образуемые вставкой.
Краткое описание чертежей
Фиг.1 представляет собой вертикальное поперечное сечение емкости примера.
Фиг.2 представляет собой вид в перспективе тарелки примера.
Фиг.3 представляет собой вертикальное поперечное сечение переточных устройств примера.
Фиг.4 представляет собой вид в разрезе по линии 4-4 фиг.3 переточного устройства примера.
Фиг.5 представляет собой относящийся к другому примеру вид в разрезе переточного устройства другого примера.
Фиг.6 представляет собой вертикальное поперечное сечение переточного устройства следующего примера.
Фиг.7 представляет собой вертикальное поперечное сечение переточного устройства еще другого примера.
Фиг.8 представляет собой вертикальное поперечное сечение переточного устройства еще одного примера.
Фиг.9 представляет собой вид снизу переточного устройства еще одного примера.
Осуществление изобретения
Как видно из фиг.1-2, емкость 100 изображена имеющей входной патрубок 110 и выпускной патрубок 130. Емкость 100 может принимать сырье в виде текучей среды, включая жидкость или текучую среду в смешанной фазе, как, например, одну или несколько жидкостей и газов, через входной патрубок 110. Как правило, сырье распределяется в емкости, заключающей в себе неподвижный слой частиц, таких как катализатор. Несмотря на то что в настоящем документе раскрыт реактор, следует понимать, что в случае других типов емкостей, таких как абсорбер или массобменная емкость, также можно использовать варианты осуществления, раскрытые в настоящем документе, и взамен катализатора или в дополнение к нему могут содержаться другие материалы, как, например, абсорбент. Кроме того, емкость 100 может быть изготовлена из любого подходящего материала, такого как углеродистая или нержавеющая сталь.
Емкость 100 может заключать в себе распределительную тарелку 200 и уплотненный слой 400 частиц, как, например, катализатор. Хотя в данном примере осуществления отображена только одна распределительная тарелка 200 и один уплотненный слой 400, следует понимать, что емкость 100 может включать в себя любое число распределительных тарелок 200 и уплотненных слоев 400. Характерная емкость, заключающая в себе множественные уплотненные слои, раскрыта, например, в заявке на патент США 2006/0163758 A1. В дополнение к этому, хотя обсуждается сырье, как подлежащее распределению, можно распределять любой поток или текучую среду, включая промежуточные потоки внутри емкости 100 или рецикловые потоки.
Распределительная тарелка 200 может включать в себя полотно 220, имеющее первую сторону 230 и вторую сторону 240, и, по меньшей мере, одно переточное устройство 300 для стимулирования прямотока в нисходящем направлении. Хотя полотно 220 изображено круглым, следует понимать, что полотно 220 может принимать любую подходящую форму. В целом, полотно 220 является непроницаемым для текучей среды, за исключением тех участков, на которых в полотне 220 сформированы отверстия 250, и, по существу, занимает площадь поперечного сечения емкости 100.
Как правило, распределительная тарелка 200 включает в себя, по меньшей мере, одно переточное устройство 300, которое обусловливает возможность прохождения через него текучей среды, такой как жидкость или текучая среда со смешанными фазами. Переточные устройства 300 могут быть размещены по любой подходящей схеме на полотне 220. В данном примере осуществления отображено множество или десять переточных устройств 300, однако можно использовать любое подходящее число переточных устройств 300. Несмотря на то что переточные устройства 300 изображены без колпачков, следует понимать, что с переточными устройствами 300 независимо можно использовать любой подходящий колпачок. В дополнение к этому, в полотне 220 можно формировать множество отверстий 250, как проиллюстрировано при помощи отверстия 252, при этом другие отверстия заняты соответствующими переточными устройствами. Как правило, любое отверстие 252 в полотне 220 адаптировано для приема переточного устройства, поэтому любое незанятое отверстие 252 может быть подвергнуто закупориванию. По существу, отверстие 252 изображено без переточного устройства 300 только в иллюстративных целях и, как правило, заполняется там переточным устройством 300. Кроме того, следует понимать, что каждое переточное устройство 300 может быть таким же, как и другие переточные устройства, или, соответственно, отличным от них. В указанном примере осуществления переточные устройства 300 могут быть практически идентичными, поэтому можно описать более подробно только одно.
Как видно из фиг.3, изображены два характерных переточных устройства 300. Переточные устройства 300 могут принимать любую подходящую форму, такую как трубка, призма, восьмиугольная структура или любая другая подходящая форма. В данном примере осуществления переточное устройство 300 может иметь первую часть 310, обычно распространяющуюся с первой стороны 230, и вторую часть 320, как правило, распространяющуюся со второй стороны 240.
Обращаясь к фиг.2-4, можно видеть, что из переточного устройства 300 в данном примере осуществления можно образовывать трубку 358 и далее формировать на ней ряд прорезей 330, а именно первую прорезь 334, вторую прорезь 336 и третью прорезь 338. В данном конкретном варианте осуществления прорези 330 могут быть разного размера, а именно третья или верхняя прорезь 338 на самой большой высоте по отношению к полотну 220 может иметь больший диаметр, чем первая прорезь 334 или вторая прорезь 336. В дополнение к этому, ряд прорезей 330 можно размещать на варьирующихся высотах в переточном устройстве 300 для создания возможности регулируемого поступления жидкости в переточное устройство 300.
Как правило, вставку 350 можно размещать внутри переточного устройства 300. В большинстве случаев вставка 350 может иметь две противолежащие секции, обычно конусы или воронки с соответственными постепенно уменьшающимися диаметрами, которые могут входить в контакт с образованием сужения 356. Вставка 350 может образовывать по существу форму трубки Вентури с формированием горловины 354 внутри переточного устройства 300, в данном примере осуществления трубку 358. В большинстве случаев горловина 354 может образовывать сужение 356 для текучей среды, такой как газ 260, проходящий вниз через переточное устройство 300. В дополнение к этому, в горловине 354 можно формировать, по меньшей мере, одну прорезь 364 для создания возможности поступления в горловину 354 текучей среды, такой как жидкость, которая проходит в переточное устройство 300. Хотя в данном примере осуществления вставка 350 имеет по существу форму трубки Вентури, можно использовать любую подходящую форму, которая обеспечивает разность давлений между внутренней и внешней сторонами трубки 358. Кроме того, в переточном устройстве 300 можно формировать ряд отверстий 340 ниже сужения 356 во вставке 350. Ряд отверстий 340 может находиться на одной и той же или на разной высоте и может иметь одинаковый или отличающийся размер и/или форму. Ряд отверстий 340 может быть размещен ниже сужения 356 для создания возможности жидкости перетекать вверх и в прорезь 364. Как далее отображено на фиг.4, в переточном устройстве 300 можно формировать ряд отверстий 340 по его окружности, и во вставке 350 также можно формировать ряд прорезей 364 по ее окружности.
Отверстия и прорези изображены круглыми, но следует понимать, что упомянутые отверстия можно формировать любой подходящей формы, такой как пазы, щели или любая другая многоугольная форма. Типичные отверстия для переточного устройства и/или вставки отображены, например, в патенте США 4140625. В большинстве случаев отверстия 340, а также прорези 330 и 364 могут быть любого подходящего размера, как, например, имеющие диаметр от 1 до 4 см.
Как видно из фиг.5, переточное устройство 300 другого примера может принимать форму призмы 362. Аналогично тому, как изображено линиями 4-4 на фиг.3, переточное устройство в форме призмы или переточное устройство квадратной формы может иметь соответствующую квадратную вставку или вставку в форме призмы с соответственными отверстиями 340 и прорезями 364.
Обращаясь к фиг.1-4, можно видеть, что в рабочем режиме, как правило, уровень жидкости, собранной на распределительной тарелке 200, может повышаться и проходить через отверстия 340 в переточном устройстве 300. Впоследствии уровень жидкости может подниматься внутри переточного устройства 300 и проходить через прорезь 364, сформированную во вставке 350. Одновременно текучая среда, как правило, один или несколько газов, либо смесь газов и жидкостей, может проходить через верхнюю часть переточного устройства 300 и смешиваться с жидкостью, поступающей через прорезь 364. Горловина 354 в форме трубки Вентури может обеспечивать повышение скорости текучей среды, проходящей через нее, и создавать перепад давления между внутренней и внешней сторонами горловины 354 для отвода большего количества жидкости 210 во вставку 350. Движущую силу потока жидкости, обусловленную разностью давлений текучей среды, можно регулировать посредством изменения относительной площади поперечного сечения горловины 354. Движущая сила потока жидкости может зависеть от уровня жидкости на полотне 220. Смешанная фаза газ - жидкость может вытесняться через расширяющееся сопло вставки 350 под полотно 220 в уплотненный слой 400, расположенный ниже.
Как правило, низкое давление, создаваемое внутри горловины 354, может вызывать появление перепада давления и обусловливать отбор текучей среды в нее. В большинстве случаев, как только уровень жидкости 210 возрастает выше одной или нескольких прорезей 334, 336 и 338 в первой части 310 переточного устройства 300, по меньшей мере, одна из прорезей 330 может принимать небольшую долю жидкости 210 с полотна 220. Жидкость может перетекать вниз во вставке 350 вместе с газом 260 и смешиваться с жидкостью 210, поступающей в прорези 364.
Обычно одновременно перепад давления увеличивается вследствие уменьшения сечения перфорационного отверстия для потока жидкости, так как уровень жидкости повышается и усиливает поток жидкости через горловину 354 в форме трубки Вентури, что, в свою очередь, может обусловливать увеличение движущей силы потока жидкости в отверстия 340 на переточных устройствах 300. Таким образом, повышение уровня жидкости 210 над распределительной тарелкой 200 может приводить к усилению потока жидкости в переточные устройства 300. Следовательно, распределительную тарелку 200 можно эксплуатировать в более широком диапазоне потока жидкости или потока газа. Другим положительным эффектом использования горловины 354 в форме трубки Вентури является интенсификация газожидкостного смешивания и контактирование внутри трубок, что может улучшать тепло- и массопередачу между двумя фазами.
Обращаясь к фиг.3-4, можно видеть, что одним из преимуществ вариантов осуществления, раскрытых в настоящем документе, является рациональное изготовление распределительной тарелки 200. Конкретно, вставка 350 может быть размещена внутри переточного устройства 300, такого как трубка 358. Впоследствии переточное устройство 300 можно вставлять в отверстие 252 полотна 220. Вставки 350 и трубки 358 можно закреплять с использованием любого подходящего способа, такого как сварка. Изготовление таким способом может исключать необходимость разделения, а затем прикрепления отдельных секций сопла на пластину.
Обращаясь к фиг.6, можно видеть следующий пример осуществления переточного устройства 500, имеющего первую часть 510 и вторую часть 520, при этом первая часть 510, как правило, распространяется над полотном 220, а вторая часть 520 обычно распространяется под ним. Переточное устройство 500 может иметь высоту 558. В большинстве случаев вставка 560 размещена внутри переточного устройства 500. На переточном устройстве 500 можно формировать ряд отверстий 550 с первым отверстием 552 и вторым отверстием 554. Обычно отверстия 550 расположены на равном расстоянии по окружности переточного устройства 500.
В свою очередь, на вставке 560 можно формировать одно или несколько отверстий 570, включая отверстия 572 и 574 на первой или наибольшей высоте, отверстия 576 и 578 на второй или средней высоте; и отверстия 580 и 582 на третьей или наименьшей высоте. В большинстве случаев вставка 560 внутри переточного устройства 500 образует по существу горловину 594 в форме трубки Вентури и сужение 596. Как правило, сужение 596 формируют в верхней половине, предпочтительно в верхней трети, переточного устройства 500. Отверстия 572 и 574 могут находиться на уровне сужения 596 или ниже него. Обычно суммарная площадь ряда отверстий 550 больше суммарной площади одного или нескольких отверстий 570. По существу, одно или несколько отверстий 570 могут регулировать поток жидкости во вставку 560. Поскольку жидкость поднимается в пределах стенок переточного устройства 500, по мере продвижения жидкость может проходить через отверстия 570 увеличивающимся потоком, так как высота уровня жидкости растет и проходит отверстия 580 и 582, затем отверстия 576 и 578, и даже отверстия 572 и 574. Переточное устройство 500, заключающее в себе вставку 560, может быть изготовлено способом, аналогичным описанному выше для тарелки 200, и работать подобно тому, как описано выше.
Обращаясь к фиг.7, можно видеть еще один пример осуществления переточного устройства 600, имеющего первую часть 604 и вторую часть 608, при этом первая часть 604, как правило, распространяется над полотном 220, а вторая часть 608 обычно распространяется под ним. В большинстве случаев первая вставка 610 и вторая вставка 630 размещены внутри переточного устройства 600. Как правило, первая вставка 610 может быть перевернутой воронкой, а вторая вставка 630 может быть воронкой. Вставки 610 и 630 могут образовывать соответственные сужения 614 и 634, при этом, по меньшей мере, часть второй вставки 630 находится в противонаправленном, вложенном взаиморасположении, по меньшей мере, с частью первой вставки 610. В большинстве случаев размер диаметра трубки первой вставки 610 задан для размещения трубки и, необязательно, по меньшей мере, части конуса второй вставки 630. На переточном устройстве 600 можно формировать ряд отверстий 650 с первым отверстием 652 и вторым отверстием 654. Как правило, отверстия 650 расположены на равном расстоянии по окружности переточного устройства 600.
На первой вставке 610 можно формировать одно или несколько отверстий 616, включая отверстия 622 и 624 на высоте, выше отверстий 652 и 654. В большинстве случаев первая вставка 610 и вторая вставка 630 находятся внутри переточного устройства 600. Поскольку жидкость входит в отверстия 652 и 654, она может подниматься и перетекать через отверстия 622 и 624, взаимодействуя с газом, протекающим вниз через переточное устройство 600 и проходящим через сужение 634. Следовательно, жидкость может течь по извилистому маршруту через вставки 610 и 630, в совокупности образуя кольцевой канал в переточном устройстве 600. Если на полотне 220 имеется избыточная жидкость, она может проходить через прорезь 644, прорезь 646 или даже прорезь 648. Переточное устройство 600, заключающее в себе вставки 610 и 630, может быть изготовлено способом, аналогичным описанному выше для тарелки 200, и работать подобно тому, как описано выше.
Обращаясь к фиг.8-9, можно видеть и другой пример осуществления переточного устройства 700, имеющего первую часть 704 и вторую часть 708, при этом первая часть 704, как правило, распространяется над полотном 220, а вторая часть 708 обычно распространяется под ним. В большинстве случаев первая вставка 710 и вторая вставка 730 размещены внутри переточного устройства 700. Обычно первая вставка 710 может иметь форму перевернутой воронки, а вторая вставка 730 может иметь форму воронки. Вставки 710 и 730 могут образовывать соответственные сужения 714 и 734, при этом, по меньшей мере, часть второй вставки 730 находится в противонаправленном, вложенном взаиморасположении, по меньшей мере, с частью первой вставки 710. В большинстве случаев размер диаметра трубки первой вставки 710 задан для размещения трубки и, необязательно, по меньшей мере, части конуса второй вставки 730. На переточном устройстве 700 можно формировать ряд отверстий 750 с первым отверстием 752 и вторым отверстием 754. Обычно отверстия 750 расположены на равном расстоянии по окружности переточного устройства 700.
Первая вставка 710 может оканчиваться на некоторой высоте для формирования извилистого маршрута между вставками 710 и 730. Втулка 760, в которой сформирован ряд отверстий 770, а именно отверстия 772, 774, 776 и 778, может быть размещена между вставками 710 и 730 и может регулировать поток жидкости между ними. В большинстве случаев первая вставка 710 образует сужение 714, а вторая вставка 730 образует сужение 734 внутри переточного устройства 700. Поскольку жидкость входит в отверстия 752 и 754, она может подниматься и перетекать через ряд отверстий 770, взаимодействуя с газом, протекающим вниз через переточное устройство 700 и проходящим через сужение 734. Следовательно, жидкость может течь по извилистому маршруту через переточное устройство 700. Если на полотне 220 имеется избыточная жидкость, она может проходить через прорезь 744, прорезь 746 или даже прорезь 748. Переточное устройство 700, заключающее в себе вставки 710 и 730, может быть изготовлено способом, аналогичным описанному выше для тарелки 200, и работать подобно тому, как описано выше.
Без дополнительного уточнения полагают, что с использованием предшествующего описания специалист в данной области техники может применять настоящее изобретение в его самом полном объеме. Следовательно, приведенные выше предпочтительные конкретные варианты осуществления необходимо истолковывать только в качестве иллюстративных, а не ограничивающих остальную часть раскрытия каким бы то ни было образом.
Исходя из вышеизложенного описания, специалист в данной области техники может легко выявить существенные характеристики настоящего изобретения и в пределах его существа и объема может выполнять различные изменения и модификации изобретения для адаптации его к разнообразным вариантам применения и условиям.