СЪЕМНАЯ КОРЗИНА ДЛЯ КАТАЛИТИЧЕСКОГО РЕАКТОРА
REMOVABLE BASKET FOR CATALYTICAL REACTOR

Область техники
Настоящее описание относится к съемным корзинам для фильтрации и распределения газа и жидкости в химических реакторах, работающих с прямоточными нисходящими потоками газа и жидкости.
Такие реакторы встречаются в области рафинирования, например, для гидроочистки, которая требует потоков водорода при повышенном давлении, они работают с тяжелым жидким сырьем, которое может содержать примеси, состоящие из твердых засоряющих частиц.
Действительно, в некоторых случаях, жидкое сырье и даже смесь жидкого сырья и газа, богатого водородом, в условиях по температуре и давлению, необходимых для гидроочистки, содержит примеси, которые могут осаждаться на катализаторный слой и со временем уменьшать поровый объем этого катализаторного слоя и, таким образом, приводить к постепенному повышению потери давления. В экстремальных случаях, в частности, в конце цикла, наблюдается забивка катализаторного слоя, что выражается в очень быстром повышении потери давления, тем самым нарушая течение через реактор.
Потеря давления может стать такой, что предприниматель будет вынужден остановить реактор и заменить часть или весь катализатор, что, конечно, влечет за собой значительное снижение продолжительности технологического цикла.
Из засоряющих видов сырья можно назвать смеси углеводородов, которые могут содержать довольно значительную долю ненасыщенных или полиненасыщенных ацетиленовых или диеновых соединений или комбинацию этих разных соединений, причем полное количество ненасыщенных соединений в сырье может доходить до 90 вес.%. В качестве характерного примера сырья, рассматриваемого в настоящем описании, можно назвать бензин пиролиза, при этом пиролиз означает способ термического крекинга, хорошо известный специалисту. Можно также назвать тяжелые углеводородные фракции, в частности, газойли, вакуумные газойли, атмосферные или вакуумные остатки и деасфальтированные масла. Эти тяжелые фракции могут происходить с прямой перегонки сырой нефти или с процессов конверсии, таких как висбрекинг, коксование, деасфальтирование, каталитический крекинг или гидрокрекинг.
in situ
Названные выше тяжелые углеводородные фракции также могут содержать различные примеси, в частности, осадки (например, определяемые в соответствии со стандартами IP 375 и 390), металлы (например, Ni, V, Fe, Ca и т.д.) и их производные, такие как производные железа или кальция, которые могут способствовать забивки катализаторных слоев. В сырье могут также образоваться дополнительные примеси при контакте сырья с водородом. Например, из Fe, содержащегося в сырье (например, минерального или органического типа нафтената), может  образоваться сульфид серы. Фракции типа остатков содержат также асфальтены, представляющие собой химические соединения, часто описываемые как предшественники кокса.
Забивка части катализаторного слоя может быть вызвана несколькими механизмами. Непосредственно, присутствие частиц в потоке сырья может повлечь забивку из-за осаждения указанных частиц внутри катализаторного слоя, причем эффектом этого осаждения является уменьшение доли пустот. Косвенно, образование слоя продуктов химических реакций, обычно кокса, но, возможно, и других твердых продуктов, полученных из примесей, присутствующих в сырье, эти продукты оседают на поверхность зерен катализатора, что также может способствовать снижению доли пустот в слое катализатора.
Кроме того, поскольку осаждение засоряющих частиц происходит в катализаторном слое более или менее случайным образом, оно может привести к гетерогенности распределения пор в этом катализаторном слое, что выразится в образовании предпочтительных путей. Эти предпочтительные пути чрезвычайно вредны в плане гидродинамики, так как они более или менее сильно нарушают однородность течения фаз внутри катализаторного слоя и могут привести к неоднородности в отношении глубины химической реакции, а также вредны в термическом плане (например, радиальный перепад температуры, точки перегрева).
Уровень техники
Были разработаны различные технические решения, чтобы предотвратить преждевременное засорение катализаторного слоя, Эти решения основаны на использовании системы фильтрации, размешенной выше катализаторного слоя (в направлении течения жидкости и газа). Например, можно процитировать следующие документы.
Документ FR 2889973 описывает распределительную тарелку, напрямую поддерживающую фильтрующую среду и, таким образом, обеспечивающую одновременно функции фильтрации в отношении катализаторного слоя, находящегося ниже по потоку, и распределение газа и жидкости. Фильтрующая распределительная тарелка согласно FR 2889973 содержит трубы, имеющие перфорационные отверстия (или щели) посреди фильтрующего слоя, что может создавать проблемы в случае забивки фильтрующего слоя вблизи отверстий. Забивка фильтрующего слоя повлекла бы забивку трубы со следующими двумя последствиями: нарушение равновесия распределения потока жидкости под распределительной тарелкой и риск повреждения труб при демонтаже распределительной тарелки с трубами, прилипшими и приклеившимися к фильтрующему слою.
Документ FR 2959677 описывает систему съемных корзин, содержащих фильтрующие частицы, причем эти корзины находятся на распределительной тарелке, чтобы облегчить монтаж/демонтаж устройства фильтрации, не затрагивая распределительную тарелку. Чтобы обеспечить механическую целостность системы корзин, указанные съемные корзины удерживаются вместе болтовыми соединениями или системой скоб, что усложняет операции монтажа и демонтажа.
Документ FR 2996465 описывает систему фильтрации и распределения газа и жидкости, содержащую распределительную тарелку, оборудованную распределительными трубами и перфорированную верхнюю фильтрующую основу, на которой расположен фильтрующий слой, через который проходят трубы распределительной тарелки. Фильтрующая основа удерживается механически на распределительной тарелке с помощью угловой детали, находящейся между указанной основой и распределительной тарелкой, или болтовой системой. Основная трудность при применении этой системы состоит в загрузке фильтрующей среды, которая должна производиться после того как основа будет установлена в реакторе, и особенно сложен демонтаж системы, который предполагает заблаговременное опорожнение основы внутри реактора, что становится еще сложнее в случае слипания (или схватывания) фильтрующей среды.
Документ FR 3043339 описывает систему фильтрации и распределения, содержащую распределительную тарелку, на которой закреплены трубы и на которой установлены фильтрующие корзины, причем каждая корзина снабжена средством поддержки, действующим вместе с трубой распределительной тарелки, чтобы поддерживать фильтрующую корзину. Однако эта система имеет лишь ограниченную толщину фильтрующей среды и, следовательно, ее функция фильтрации действует ограниченное время.
Целью настоящего изобретения является устранить указанные выше недостатки.
Сущность изобретения
Первой целью настоящее изобретения является разработать штабелируемые съемные корзины, позволяющие, в частности, суперпозицию нескольких фильтрующих слоев и улучшенное использование пространства, находящегося под верхним основанием реактора. Второй целью настоящего изобретения является повышение срока службы катализаторного слоя, находящегося ниже по потоку от распределительной тарелки.
Согласно первому аспекту, вышеуказанные цели, а также другие преимущества достигаются посредством съемной корзины, предназначенной для вмещения и удерживания по меньшей мере одной фильтрующей среды для фильтрации и распределения газовой фазы и жидкой фазы, и которая может быть размещена до неподвижного слоя катализатора в реакторе, работающем с прямоточными нисходящими потоками газа и жидкости, причем указанная съемная корзина содержит:
- по существу горизонтальное дно и совокупность по существу вертикальных боковых стенок и/или по меньшей мере одну эллипсоидальную боковую стенку (по существу вертикальную), причем дно и/или по меньшей мере одна боковая стенка проницаемы для газа и жидкости, и
- совокупность по существу вертикальных труб, открытых на их верхних и нижних концах, причем каждая труба имеет нижнюю часть, содержащую нижний конец, закрепленный на дне и простирающуюся между боковыми стенками, и первая труба съемной корзины имеет верхнюю часть, находящуюся выше боковых стенок,
причем
- верхняя часть первой трубы предназначена для введения в нижнюю часть трубы другой съемной корзины того же типа (например, во вторую трубу съемной корзины согласно первому аспекту).
Так как первая труба съемной корзины может вводиться в трубу другой съемной корзины, эта первая труба может обеспечивать функцию направляющей при размещении съемных корзин ярусами. Таким образом, можно разместить друг на друге несколько ярусов съемных корзин до катализаторного слоя в реакторе, например, в пространстве под верхним основанием реактора. Кроме того, принимая во внимание, что риск забивки фильтрующего слоя касается в основном съемных корзины, расположенных в верхних ярусах, засоренные съемные корзины остаются доступными для замены без необходимости прибегать к демонтажу дополнительных корзин. В конечном счете, забивание корзины вызывает перераспределение потоков в корзинах, находящихся ниже, не подвергая опасности функцию фильтрации в целом. Первая труба может также обеспечивать функцию структурного элемента жесткости при укладке друг на друга и образовании ярусов съемных корзин.
Течение жидкостей и газов в случае забивки фильтрующего слоя также улучшается, поскольку съемные корзины снабжены трубами. Так, распределение газа в центральной части реактора усиливается, улучшая однородность течения фаз внутри катализаторного слоя. Кроме того, если даже фильтрующий слой забьется, жидкость сможет подниматься вдоль стенок съемной корзины, затем переливаться через верх съемной корзины в пространство между двумя съемными корзинами, и/или течь в соседнюю съемную корзину, и/или течь вместе с газом в трубу съемной корзины, сохраняя тем самым равновесие распределения текучих сред под распределительной тарелкой. Согласно одному или нескольким вариантам осуществления, часть жидкости может также переливаться через верх в кольцевой зазор между съемными корзинами и стенкой реактора.
Согласно одному или нескольким вариантам осуществления, высота верхней части первой трубы меньше или равна высоте нижней части второй трубы съемной корзины. Таким образом, первая съемная корзина может располагаться на второй съемной корзине, так чтобы дно первой съемной корзины опиралось на боковые стенки второй съемной корзины.
Согласно одному или нескольким вариантам осуществления, трубы (например, нижние и верхние части труб) являются трубами с круговым сечением, и диаметр нижней части второй трубы съемной корзины больше диаметра верхней части первой трубы. В результате сокращаются стадии изготовления труб, и оптимизируется течение газа. Разумеется, трубы съемной корзины могут иметь любую форму, если только верхние части труб съемной корзины можно ввести в нижние части труб другой съемной корзины по первому аспекту.
Согласно одному или нескольким вариантам осуществления, съемная корзина содержит, кроме того, вторую трубу, имеющую верхнюю часть, находящуюся выше боковых стенок, причем верхняя часть второй трубы предназначаются для введения в нижнюю часть трубы другой съемной корзины (например, в первую трубу съемной корзины по первому аспекту). Поскольку вторая труба съемной корзины также находится выше стенок, управление размещением корзин друг над другом, а также структурная целостность всей системы, образованной ярусами съемных корзин, улучшаются.
Согласно одному или нескольким вариантам осуществления, высота верхней части второй трубы меньше или равна высоте нижней части первой трубы.
Согласно одному или нескольким вариантам осуществления, диаметр нижней части первой трубы больше диаметра верхней части второй трубы.
Согласно одному или нескольким вариантам осуществления, съемная корзина имеет по меньшей мере три по существу вертикальные боковые стенки. Так, корзины могут иметь форму треугольной призмы, прямоугольного параллелепипеда (например, квадратного), гексагональной призмы и т.д. Согласно одному или нескольким вариантам осуществления, три боковые стенки образуют треугольную призму. Согласно одному или нескольким вариантам осуществления, съемная корзина содержит четыре по существу вертикальные боковые стенки. Согласно одному или нескольким вариантам осуществления, четыре боковые стенки образуют прямоугольный параллелепипед (например, квадратный). Согласно одному или нескольким вариантам осуществления, съемная корзина содержит шесть по существу вертикальных боковых стенок. Согласно одному или нескольким вариантам осуществления, эти шесть боковых стенок образуют гексагональную призму. Согласно одному или нескольким вариантам осуществления, эллипсоидальная боковая стенка (по существу вертикальная) образует круглый цилиндр.
Согласно одному или нескольким вариантам осуществления, съемная корзина содержит четыре по существу вертикальные боковые стенки, образующие прямоугольный параллелепипед, содержащий полость, состоящую из двух прямоугольных параллелепипедов со смежными квадратными основаниями, причем каждая из первых и вторых труб находится в центре одного из прямоугольных параллелепипедов с квадратным основанием. Таким образом, съемные корзины одного яруса могут располагаться в конфигурации, перпендикулярной конфигурации съемных корзин соседнего яруса, что значительно уменьшает оставшееся свободное пространство между съемными корзинами. Согласно одному или нескольким вариантам осуществления, две противоположные первые боковые стенки имеют ширину, по существу равную удвоенной ширине двух других боковых стенок, чтобы, таким образом, образовать указанную полость, состоящую из двух смежных прямоугольных параллелепипедов с квадратным основанием.
Согласно одному или нескольким вариантам осуществления, высоты верхних частей первой и второй труб по существу равны. В результате облегчается укладка ярусами съемных корзин, так как получается большее число возможных ориентаций съемных корзин. Согласно одному или нескольким вариантам осуществления, высоты верхних частей первой и второй труб разные. Так, формы корзин могут быть заранее рассчитаны так, чтобы они были вынуждены размещаться ярусами в заданных ориентациях.
Согласно одному или нескольким вариантам осуществления, по меньшей мере одна из совокупности труб имеет высоту меньше или равную удвоенной высоте боковых стенок (например, высота верхней части указанной трубы по существу меньше или равна высоте боковых стенок).
Согласно одному или нескольким вариантам осуществления, по меньшей мере одна из совокупности труб съемной корзины проницаема для газа.
Согласно одному или нескольким вариантам осуществления, верхние концы совокупности труб находятся выше слоя фильтрующей среды. Таким образом, жидкость направляется так, чтобы идти преимущественно через фильтрующий слой.
Согласно одному или нескольким вариантам осуществления, по меньшей мере один из верхних концов совокупности труб съемной корзины содержит сетку, позволяющую, в частности, ограничить выбросы нефильтрованной жидкости в трубы для прохождения газа через корзины.
Согласно одному или нескольким вариантам осуществления, дно и/или боковые стенки содержат периферийную арматуру. Тем самым улучшается структурная целостность съемной корзины. Согласно одному или нескольким вариантам осуществления, дно и/или боковые стенки содержат перфорированный разделительный элемент, такой как металлическая сетка, например, сетка типа Johnson, известная специалисту, или перфорированная металлическая пластина с отверстиями, причем размер ячеек сетки или отверстий таков, что он строго меньше среднего размера компонентов фильтрующей среды, содержащихся в съемной корзине.
Согласно одному или нескольким вариантам осуществления, съемная корзина содержит, кроме того, по меньшей мере один элемент жесткости, придающий жесткость съемной корзине. Согласно одному или нескольким вариантам осуществления, указанный, по меньшей мере один, элемент жесткости создает место подвески съемной корзины при манипуляциях со съемной корзиной. Согласно одному или нескольким вариантам осуществления, этот, по меньшей мере один, элемент жесткости соединяет по меньшей мере один элемент, выбранный из дна, стенок и труб съемной корзины, с по меньшей мере одним другим элементом, выбранным из дна, стенок и труб съемной корзины. В результате улучшается структурная целостность съемной корзины, и облегчаются манипуляции со съемной корзиной.
Согласно одному или нескольким вариантам осуществления, съемная корзина содержит по меньшей мере один слой фильтрующей среды.
Согласно одному или нескольким вариантам осуществления, съемная корзина содержит перфорированную защитную сетку, факультативно съемную, предназначенную для размещения над верхним слоем фильтрующей среды. Таким образом, фильтрующая среда остается внутри съемной корзины и не выбрасывается при погрузочно-разгрузочных операциях и во время работы реактора. Защитная сетка позволяет, в частности, извлечение съемных корзин, заполненных фильтрующей средой, в ориентации под углом к горизонтали, чтобы облегчить их прохождение через выпускные отверстия, проделанные в реакторе (например, лаз), без потери фильтрующей среды.
Согласно одному или нескольким вариантам осуществления, съемная корзина содержит также соединительный элемент для соединения боковой стенки съемной корзины с боковой стенкой соседней съемной корзины. В результате улучшается структурная целостность ярусов съемных корзин. Согласно одному или нескольким вариантам осуществления, соединительный элемент содержит выступ (например, пластину), чтобы накрывать по меньшей мере часть промежутка между съемной корзиной и соседней съемной корзиной. Согласно одному или нескольким вариантам осуществления, соединительный элемент образует единое целое со съемной корзиной. Таким образом, жидкость направляется так, чтобы идти преимущественно через фильтрующий слой, а не между двумя съемными корзинами.
Согласно одному или нескольким вариантам осуществления, съемная корзина подходит для размещения на средствах распределения перфорированной тарелки в реакторе, причем съемная корзина содержит поддерживающие элементы, действующие вместе с по меньшей мере одним из средств распределения перфорированной тарелки. В результате операции по монтажу и демонтажу остаются легкими, благодаря тому, что съемные корзины напрямую опираются на перфорированную тарелку.
Согласно второму аспекту, вышеуказанные цели, а также другие преимущества достигаются посредством съемной корзины, предназначенной для вмещения и удерживания по меньшей мере одной фильтрующей среды для фильтрации и распределения газовой фазы и жидкой фазы, и подходящей для размещения до неподвижного слоя катализатора в реакторе, работающем с прямоточными нисходящими потоками газа и жидкости, причем указанная съемная корзина содержит:
- по существу горизонтальное дно и совокупность по существу вертикальных боковых стенок и/или по меньшей мере одну эллипсоидальную боковую стенку (по существу вертикальную), причем дно и/или по меньшей мере одна боковая стенка проницаемы для газа и жидкости, и
- совокупность по существу вертикальных труб, открытых на их нижних и верхних концах, причем каждая труба имеет нижнюю часть, содержащую нижний конец, закрепленный на дне, и находящуюся между боковыми стенками, и первая труба съемной корзины имеет верхнюю часть, расположенную выше боковых стенок,
причем
- нижние и верхние части труб имеют по существу трубчатую форму, чтобы форма, задаваемая поперечным сечением верхней части первой трубы, могла быть окружена формой, задаваемой поперечным сечением нижней части второй трубы съемной корзины (все варианты осуществления по первому аспекту применимы к вариантам осуществления по второму аспекту).
Согласно одному или нескольким вариантам осуществления, вторая труба съемной корзины имеет верхнюю часть, расположенную выше боковых стенок, и форма, задаваемая поперечным сечением нижней части первой трубы, может окружать форму, задаваемую поперечным сечением верхней части второй трубы.
Согласно третьему аспекту, вышеуказанные цели, а также другие преимущества достигаются посредством устройства фильтрации и распределения газовой фазы и жидкой фазы, предназначенным для размещения до неподвижного слоя катализатора в реакторе, работающем с прямоточными нисходящими потоками газа и жидкости, содержащим:
- перфорированную тарелку, расположенную в горизонтальной плоскости, на которой закреплены средства распределения, такие, как по вертикальные трубы, факультативно с круглым сечением, по существу вертикальные и открытые на их верхних и нижних концах, причем указанные средства распределения снабжены отверстиями на по меньшей мере части их высоты, и
- множество съемных корзин по первому и/или второму аспекту, расположенных на средствах распределения.
Помимо их функции поддержки съемных корзин, средства распределения перфорированной тарелки могут обеспечивать функцию направляющей при установке указанных съемных корзин.
Другое преимущество устройства фильтрации и распределения связано с тем, что загрузку фильтрующей среды в съемные корзины можно осуществить снаружи реактора, что значительно облегчает и ускоряет операцию, которая лимитируется затем установкой заполненных съемных корзин над перфорированной тарелкой. Кроме того, регулировку высоты фильтрующих частиц в каждой съемной корзине можно произвести очень точно, корзина за корзиной.
Согласно одному или нескольким вариантам осуществления, средства распределения содержат отклоняющий элемент, позволяющий, в частности: поддерживать съемные корзины, закрывать конец средств распределении, препятствовать введению жидкой фазы через отверстие в верхнем конце средств распределения, одновременно пропуская газовую фазу в боковую зону верхней части средств распределения.
Согласно одному или нескольким вариантам осуществления, съемная корзина подходит для установки на средства распределения перфорированная тарелки в реакторе, при этом съемная корзина содержит поддерживающие элементы, действующие вместе со средствами распределения перфорированной тарелки. Согласно одному или нескольким вариантам осуществления, поддерживающие элементы включают в себя дно съемной корзины.
Согласно одному или нескольким вариантам осуществления, съемные корзины размещены так, чтобы образовать первый ярус съемных корзин на средствах распределения. Согласно одному или нескольким вариантам осуществления, съемные корзины размещены так, чтобы образовать по меньшей мере один дополнительный ярус съемных корзин на первом ярусе съемных корзин.
Согласно одному или нескольким вариантам осуществления, съемные корзины размещены так, чтобы труба съемной корзины находилась на одной линии со средствами распределения перфорированной тарелки, и отклоняющий элемент указанного средства распределения содержит отверстия, позволяющие прохождение газа между указанной трубой съемной корзины и указанным средством распределения. В результате облегчается доступ газа через устройство фильтрации и распределения.
Согласно одному или нескольким вариантам осуществления, съемные корзины размещены так, чтобы труба съемной корзины была смещена относительно средств распределения. В результате облегчается смешение газа и жидкости в зоне сбора между дном съемных корзины и перфорированной тарелкой.
Согласно одному или нескольким вариантам осуществления, съемные корзины одного и того же яруса размещены параллельно друг другу и смещены относительно съемных корзин соседнего яруса. Согласно одному или нескольким вариантам осуществления, съемные корзины одного и того же яруса размещены перпендикулярно съемным корзинам соседнего яруса. Таким образом, структурная целостность последовательных ярусов съемных корзин улучшается.
Согласно одному или нескольким вариантам осуществления, совокупность съемных корзин размещена так, чтобы образовать последовательность ярусов пирамидальной формы. Таким образом, съемные корзины могут быть размещены в пространстве под верхним основанием реактора, тем самым оптимизируя пространство, доступное в реакторе.
Согласно одному или нескольким вариантам осуществления, поддерживающие элементы включают в себя по меньшей мере одну из боковых стенок съемной корзины, действуя вместе со средствами распределения.
Согласно одному или нескольким вариантам осуществления, поддерживающие элементы содержат трубу, закрепленную на дне съемной корзины, при этом диаметр трубы существенно больше диаметра средств распределения, причем указанная труба закрыта на верхнем конце и открыта на нижнем конце, так что труба способна принимать средство распределения и, таким образом, опираться на него.
Согласно одному или нескольким вариантам осуществления, труба имеет одно или несколько отверстий в области вблизи ее верхнего конца, чтобы позволить диффузию газовой фазы внутрь средств распределения.
Согласно одному или нескольким вариантам осуществления, труба проницаема для жидкой фазы и, возможно, способна задерживать твердую фазу, из которой образована фильтрующая среда.
Согласно одному или нескольким вариантам осуществления, труба является пористой по ее высоте, чтобы позволить также прохождение в средства распределения жидкой фазы, скапливающейся на уровне фильтрующей среды. Например, отверстия распределены по высоте трубы с правильным шагом между отверстиями. Альтернативно, труба выполнена из перфорированной сетки, например, типа Johnson.
Согласно одному или нескольким вариантам осуществления, поддерживающие элементы содержат совокупность вертикальных стоек, закрепленных на дне съемной корзины и снабженных устройствами для подвески, выполненными так, чтобы действовать вместе со средствами распределения.
Согласно одному или нескольким вариантам осуществления, съемные корзины, находящиеся на периферии указанного устройства фильтрации и распределения, содержат по меньшей мере одну боковую стенку, имеющую кривизну. Этот вариант осуществления позволяет, в частности, реализовать устройство фильтрации и распределения, которое может соответствовать кривизне стенки реактора, в котором оно установлено, чтобы плотно закрывать сечение реактора.
Согласно одному или нескольким вариантам осуществления, две соседние съемные корзины разделены свободным пространством или рабочим зазором, чтобы позволить их установку и удаление корзина за корзиной. Согласно одному или нескольким вариантам осуществления, это свободное пространство составляет от 1 до 20 мм, например, от 1 до 10 мм.
Согласно четвертому аспекту, вышеуказанные цели, а также другие преимущества достигаются посредством реактора, предназначенного для работы с прямоточными нисходящими потоками газа и жидкости, содержащего в направлении течения газа и жидкости:
- неподвижный слой катализатора и
- устройство фильтрации и распределения газовой фазы и жидкой фазы по третьему аспекту, установленное до катализаторного слоя.
Согласно одному или нескольким вариантам осуществления, устройство фильтрации и распределения размещено в реакторе таким образом, чтобы оставить свободной по существу кольцевую зону между стенкой реактора и боковыми стенками периферийных съемных корзин, смежных со стенкой реактора. Согласно одному или нескольким вариантам осуществления, кольцевая зона составляет от 2% до 50%, например, от 5% до 20%, от сечения реактора.
Согласно одному или нескольким вариантам осуществления, совокупность съемных корзин размещена в реакторе так, чтобы заполнить зону верхнего основания (т.е. верхнего свода) реактора.
Согласно одному или нескольким вариантам осуществления, реактор является реактором, предназначенным для работы в режиме стекания с прямоточными нисходящими потоками газа и жидкости со при скорости жидкости от 0,1 до 5 см/сек, например, от 0,1 до 1 см/сек (в случае реакторов гидроочистки) или от 1,1 до 5 см/сек (в случае реакторов селективного гидрирования).
Согласно одному или нескольким вариантам осуществления, из соображений легкости манипуляций размер съемных корзин меньше размера лаза, проделанного в реакторе.
В пятом аспекте вышеназванные цели, а также другие преимущества достигаются посредством способа гидроочистки и/или гидрокрекинга углеводородного сырья, содержащего по меньшей мере одну углеводородную фракцию, имеющую содержание серы по меньшей мере 0,5 вес.%, и/или начальную температуру кипения по меньшей мере 300°C, и/или конечную температуру кипения по меньшей мере 500°C, в соответствии с которым сырье вводят в реактор по четвертому аспекту. Основным целевым применением является каталитическая обработка тяжелых нефтяных фракций, хотя устройства фильтрации и распределения согласно настоящему изобретению могут применяться для любой обработки (например, гидрирования) нефтяных фракций, содержащих загрязняющие частицы или предшественники образования кокса, которые могут вызвать забивку неподвижного слоя.
Варианты осуществления в соответствии с указанными выше аспектами, а также другие характеристики и преимущества устройств по вышеуказанным аспектам станут понятными из следующего описания, приводимого исключительно для иллюстрации, но не ограничения, с обращением к прилагаемым чертежам.
Краткое описание чертежей
Фигура 1 является схематическим видом сбоку съемной корзины согласно вариантам осуществления настоящего изобретения.
Фигура 2 является схематическим видом в разрезе съемной корзины с фигуры 1, в которой находится фильтрующая среда.
Фигура 3 является схематическим видом снизу съемной корзины с фигур 1 и 2.
Фигура 4 является схематическим видом сбоку съемной корзины согласно вариантам осуществления настоящего изобретения.
Фигура 5 является схематическим видом снизу съемной корзины с фигуры 4.
Фигура 6 является схематическим видом сбоку съемной корзины согласно вариантам осуществления настоящего изобретения.
Фигура 7 является схематическим видом снизу съемной корзины с фигуры 6.
Фигура 8 является схематическим видом сбоку съемной корзины согласно вариантам осуществления настоящего изобретения.
Фигура 9 является схематическим видом сбоку съемной корзины согласно вариантам осуществления настоящего изобретения.
Фигура 10 является схематическим видом сбоку съемной корзины согласно вариантам осуществления настоящего изобретения.
Фигура 11 является схематическим видом в разрезе части реактора, содержащего устройство фильтрации и распределения согласно вариантам осуществления настоящего изобретения.
Фигура 12 является схематическим видом сбоку съемных корзин согласно вариантам осуществления настоящего изобретения, на которых находится фильтрующая среда.
Фигура 13 является схематическим видом сверху съемных корзин согласно вариантам осуществления настоящего изобретения.
Как правило, похожие элементы обозначены на фигурах одинаковыми позициями.
Подробное описание
Согласно первому и второму аспекту, настоящее изобретение относится к съемной корзине, предназначенной для вмещения и удерживания по меньшей мере одной фильтрующей среды для фильтрации и предварительного распределения газовой фазы и жидкой фазы, и предназначенной для размещения до неподвижного слоя катализатора в реакторе, работающем с прямоточными нисходящими потоками газа и жидкости.
Согласно фигурам 1, 2 и 3, съемная корзина предназначена для заполнения фильтрующей средой M и содержит по существу горизонтальное дно 1 и совокупность боковых стенок 2, по существу вертикальных и предпочтительно одинаковой высоты, причем стенки ограничивают поперечное сечение съемной корзины (т.е. горизонтальное сечение, или перпендикулярное высоте корзины). В этом примере дно 1 проницаемо для газа и жидкости. Альтернативно, в зависимости от выбранной конфигурация, по меньшей мере один элемент, выбранный из дна и боковых стенок, проницаем для газа и жидкости. В этом примере съемная корзина имеет четыре боковые стенки 2, образуя прямоугольный параллелепипед. Альтернативно, в зависимости от выбранной конфигурации, съемная корзина может иметь другое число боковых стенок, образуя, например, треугольную, квадратную, шестиугольную и т.д. призму. Съемная корзина может также иметь единственную эллипсоидальную боковую стенку 2, чтобы образовать полость в виде круглого цилиндра, или иметь по меньшей мере одну искривленную боковую стенку 2. Например, съемные корзины, предназначенные для размещения вдоль стенки реактора, могут иметь кривизну на по меньшей мере одной боковой стенке 2.
Кроме того, съемная корзина содержит трубы, такие как первая труба 3 и вторая труба 4, по существу вертикальные и открытые на их нижних 5 и верхних 6 концах. Первая и вторая трубы 3 и 4 имеют, каждая, нижнюю часть 7, имеющую нижний конец 5, закрепленный на дне 1, и простирающуюся между боковыми стенками 2. Кроме того, первая труба 3 имеет также верхнюю часть 8, находящуюся выше боковых стенок 2.
Как показано на фигурах 1, 2 и 3, верхняя часть 8 первой трубы 3 подходит для введения в нижнюю часть 7 трубы другой съемной корзины, т.е. в нижнюю часть 7 второй трубы 4 съемной корзины по первому и второму аспектам, какая, например, по существу идентична съемной корзине, показанной на фигурах 1, 2 и 3. Таким образом, съемные корзины можно размещать друг над другом, так что можно установить несколько ярусов съемных корзин до катализаторного слоя в реакторе.
Согласно одному или нескольким вариантам осуществления, нижние 7 и верхние 8 части первой трубы 3, а также нижняя часть 7 второй трубы 4 имеют трубчатую форму, чтобы форма поперечного сечения верхней части 8 первой трубы 3 могла быть окружена формой поперечного сечения нижней части 7 второй трубы 4. Например, как следует из фигуры 3, нижние 7 и верхние 8 части труб 3 и 4 могут представлять собой трубы круглого сечения, так чтобы диаметр D2 нижней части 7 второй трубы 4 был больше диаметра d1 верхней части 8 первой трубы 3. Разумеется, трубы съемной корзины могут иметь любую форму, если только верхние части 8 труб съемной корзины могут быть введены в нижние части 7 труб другой съемной корзины по первому и второму аспектам.
Как показано на фигуре 2, высота h1 верхней части 8 первой трубы 3 меньше или равна высоте H2 нижней части 7 второй трубы 4. Таким образом, дно 1 съемной корзины может поддерживаться боковыми стенками 2 другой съемной корзины. Кроме того, если фильтрующий слой забьется, жидкость сможет преимущественно течь вместе с газом в трубы съемной корзины.
Как видно из фигуры 2, верхние концы 6 первой и второй труб 3 и 4 предназначены находиться выше слоя фильтрующей среды M, чтобы жидкость проходила преимущественно через фильтрующий слой.
В примере, показанном на фигуре 3, две противоположные первые боковые стенки 2 имеют ширину L, по существу равную удвоенной ширине l двух других боковых стенок 2. Таким образом, боковые стенки образуют полость, состоящую из двух смежных прямоугольных параллелепипедов с квадратным основанием. В этом примере каждая из первой и второй труб 3 и 4 находится в центре указанных прямоугольных параллелепипедов с квадратным основанием. Например, трубы 3 и 4 находятся на расстоянии, по существу равном L/4, от трех боковых стенок 2 и на расстоянии, по существу равном 3L/4, от четвертой боковой стенки 2. Таким образом, съемные корзины одного и того же яруса съемных корзин могут быть размещены в конфигурации, перпендикулярной конфигурации съемных корзин соседнего яруса. Разумеется, возможны и другие структурные конфигурации, чтобы съемные корзины можно было размещать друг над другом перпендикулярно другим съемным корзинам.
Согласно одному или нескольким вариантам осуществления, верхняя поверхность съемной корзины по меньшей мере частично, а предпочтительно полностью открыта, чтобы позволить легкую загрузку и выгрузку фильтрующей среды M, причем эти операции могут выполняться, когда реактор остановлен, и обычно снаружи реактора. Кроме того, съемная корзина может содержать перфорированную защитную сетку 9 (фигура 2), факультативно съемную, находящуюся выше верхнего слоя фильтрующей среды M, чтобы окружить оболочкой фильтрующую среду M внутри съемной корзины.
Согласно фигурам 4 и 5, вторая труба 4 съемной корзины может иметь верхнюю часть 8, находящуюся выше боковых стенок 2, чтобы верхняя часть 8 второй трубы 4 также могла быть введена в нижнюю часть 7 трубы другой съемной корзины, то есть в нижнюю часть 7 первой трубы 3 съемной корзины по первому и второму аспектам, например, по существу идентичной съемной корзине, показанной на фигурах 4 и 5.
Согласно одному или нескольким вариантам осуществления, форма, задаваемая поперечным сечением нижней части 7 первой трубы 3, предназначена для окружения формы, задаваемой поперечным сечением верхней части 8 второй трубы 4. Так как трубы 3 и 4 съемной корзины обе расположены выше боковых стенок 2, улучшается наведение для размещения корзин друг над другом. Например, как показано на фигуре 5, нижние 7 и верхние части 8 труб 3 и 4 могут быть образованы трубами круглого сечения, чтобы диаметр D1 нижней части 7 первой трубы 3 был больше диаметра d2 верхней части 8 второй трубы 4. В этом примере диаметр d2 верхней части 8 и диаметр D2 нижней части второй трубы 4 по существу равны. Альтернативно, d2 и D2 могут быть разными, если только D2>d1 и D1>d2.
Как видно из фигуры 4, высота h2 верхней части 8 второй трубы 4 меньше или равна высоте H1 нижней части 7 первой трубы 3.
Согласно фигурам 6 и 7, высоты верхних частей 8 первой и второй труб 3 и 4 могут быть по существу равными. Этим достигается более широкий выбор ориентации корзин, устанавливаемых ярусами. Понятно, что указанные высоты верхних частей 8 первой и второй труб 3 и 4 могут быть разными, чтобы установка ярусами съемных корзин была предварительно ориентированной. В данном примере диаметры d1 и d2 верхних частей 8 первой и второй труб 3 и 4 по существу равны; диаметры D1 и D2 нижних частей 7 первой и второй труб 3 и 4 по существу равны. разумеется, возможны и другие конфигурации, если только D2>d1 и D1>d2.
Согласно одному или нескольким вариантам осуществления, показанным на фигурах 4 и 6, когда высота H1 нижней части 7 первой трубы 3 и/или высота H2 нижней части 7 второй трубы 4 меньше высоты Hp боковых стенок 2, соответствующая труба может также содержать промежуточную часть, расположенную выше нижней части 7, например, простирающуюся от нижней части 7 до верхней части 8 указанной трубы.
Согласно фигуре 8, по меньшей мере одна из первой и второй труб 3 и 4 может иметь высоту (H3 и/или H4), по существу равную удвоенной высоте Hp боковых стенок 2. Согласно фигуре 9, высоты H3 и H4 по существу равны удвоенной высоте Hp боковых стенок 2. Другими словами, в примере с фигуры 9 высоты h1, h2, H1 и H2 по существу равны.
Согласно фигуре 10, по меньшей мере один из верхних концов 6 первой и второй труб 3 и 4 может содержать сетку 10, позволяющую, в частности, избежать прохождения возможных выбросов нефильтрованной жидкости напрямую через первую трубу 3 и/или вторую трубу 4. Кроме того, дно 1 и/или боковые стенки 2 могут содержать периферийную арматуру 11, позволяющую, в частности, повысить целостность съемной корзины, и/или перфорированный разделяющий элемент 12, такой как металлическая сетка или пластина, проницаемая для газа и/или жидкости. Кроме того, по меньшей мере одна из совокупности труб 3 и 4 съемной корзины также может быть перфорирована, чтобы стать газопроницаемой.
Как видно из фигуры 10, съемная корзина может дополнительно содержать элементы жесткости 13, предназначенные для придания жесткости съемной корзине, при этом элементы жесткости 13 могут служить, в частности, точками подвески съемной корзины при манипуляциях. В этом примере элементы жесткости 13 соединены с трубами 3 и 4 и боковыми стенками 2. Понятно, что элементы жесткости 13 могут также соединять боковые стенки 2 между собой и/или дно 1 с по меньшей мере одним элементом, выбранным из труб 3 и 4 и боковых стенок 2.
Кроме того, съемная корзина может содержать соединительный элемент 14, такой как выступ (например, язычок), чтобы соединить боковую стенку 2 съемной корзины с боковой стенкой соседней съемной корзины и, факультативно, закрыть промежуток между съемной корзиной и соседней съемной корзиной. Согласно одному или нескольким вариантам осуществления, соединительный элемент 14 может составлять единое целое со съемной корзиной. В результате повышается структурная целостность ярусов съемных корзин, и жидкость предпочтительно движется через фильтрующий слой. Согласно одному или нескольким вариантам осуществления, все съемные корзины подогнаны так, чтобы покрывать все поперечное сечение реактора, оставляя свободным только кольцевой зазор в реакторе, а также свободное пространство или рабочий зазор между боковыми стенками смежных съемных корзин, чтобы позволить их перемещение по отдельности для введения или извлечения, а также позиционирование соединительных элементов 14.
Согласно фигуре 11, съемная корзина может предназначаться для размещения на средствах распределения 15 перфорированной тарелки 16 в реакторе 17, при этом съемная корзина содержит поддерживающие элементы 18, действующие вместе со средствами распределения 15 перфорированной тарелки 16. Таким образом, операции монтажа и демонтажа остаются легкими, поскольку съемные корзины напрямую поддерживаются средствами распределения 15.
В третьем аспекте настоящее изобретение относится к устройству фильтрации и распределения газовой фазы и жидкой фазы, предназначенному для снабжения каталитического реактора, работающего с газовой и жидкой загрузкой, предпочтительно в режиме течения, называемом режимом стекания, то есть с поверхностной скоростью жидкости в интервале от 0,1 см/сек до 5 см/сек.
Как показано на фигуре 11, устройство фильтрации и распределения жидкой и газовой фаз может быть размещено до неподвижного слоя катализатора 19 в реакторе 17, работающем с прямоточными нисходящими потоками газа и жидкости. В этом примере оболочка (корпус) реактора 17 ограничена стенкой 20, обычно круглого сечения. Устройство фильтрации и распределения содержит перфорированную тарелку 16 (называемую также распределительной тарелкой, сплошной тарелкой или монолитной плитой), функция которой состоит в преобразовании двухфазной струи, входящей в реактор 17, в смесь газ/жидкость, однородно распределенную на поверхности неподвижного слоя катализатора 19, находящегося ниже по потоку от указанной перфорированной тарелки 16 и, факультативно, выполняющего функцию фильтрации благодаря размещению одного или нескольких фильтрующих слоев.
Согласно фигуре 11, устройство фильтрации и распределения содержит перфорированную тарелку 16, на которой закреплены средства распределения 15, такие, как вертикальные трубы, проходящие через перфорированную тарелку 16. Например, средства распределения 15 могут быть закрыты на их верхних концах 21 и открыты на нижних концах 22 и, факультативно, могут иметь боковые отверстия 23, распределенные по высоте средств распределения 15. Следует отметить, что боковые отверстия 23, выполненные в средствах распределения 15, могут иметь вид щелей. Кроме того, каждое средство распределения 15 имеет одно боковое отверстие 24, находящееся под закрытым верхним концом 21, чтобы позволить введение газовой фазы.
Согласно одному или нескольким вариантам осуществления, перфорированная тарелка 16 имеет сечение, которое соответствует сечению корпуса реактора 17. Например, если реактор 17 имеет круглое сечение, то размер сечения перфорированной тарелки 16 соответствует размеру внутреннего диаметра реактора 17.
Как видно из фигуры 11, нижний конец 22 средств распределения 15 заканчивается на уровне или ниже перфорированной тарелки 16 и выше неподвижного слоя катализатора 19. Согласно одному или нескольким вариантам осуществления, реактор содержит также рассеивающий элемент 25 (например, металлическую сетку), установленный ниже перфорированной тарелки 16, функция этого элемента состоит в разбивании и рассеивании струи газожидкостной смеси, которая выбрасывается из нижнего конца 22 средств распределения 15. Отметим, что открытый верхний конец 21 средств распределения 15 накрыт отклоняющим элементом 26, таким как пластина, который препятствует введению жидкой фазы через боковое отверстие 24, соседнее с верхним концом 21, но позволяет проходить газовой фазе в боковую зону верхней части.
Как показано на фигуре 11, устройство фильтрации и распределения имеет, кроме того, функцию фильтрации, обеспечиваемую множеством съемных корзин согласно первому и/или второму аспекту, размещенных выше перфорированной тарелки 16 и поддерживаемых этой последней. В данном примере съемные корзины установлены друг на друга в несколько ярусов в одной плоскости (наибольшие ребра всех корзин параллельны друг другу). Кроме того, съемная корзина содержит поддерживающие элементы 18, действующие вместе со средствами распределения 15 перфорированной тарелки 16. В примере с фигуры 11 поддерживающие элементы 18 соответствуют дну 1 съемной корзины, основные размеры которого (например, длина и ширина, диаметр) существенно больше, чем размеры средств распределения 15. Помимо своей функции поддержки съемных корзин, средства распределения 15 перфорированной тарелки 16 могут обеспечивать функцию направляющей при установке указанных съемных корзин в реактор 17.
Согласно одному или нескольким вариантам осуществления, когда съемная корзина расположена так, чтобы одна из ее труб была выровнена со средством распределения 15 перфорированной тарелки 16, отклоняющий элемент 26 указанного средства распределения 15 имеет отверстия, позволяющие прохождение газового потока между трубой съемной корзины и средством распределения 15. Согласно одному или нескольким вариантам осуществления, дно 1 съемной корзины и/или отклоняющий элемент 26 содержат, соответственно, комплементарные позиционирующие элементы (охватываемого/охватывающего типа), которые могут вставляться друг в друга, обеспечивая тем самым сохранение положения съемной корзины относительно перфорированной тарелки 16.
Согласно одному или нескольким вариантам осуществления, съемные корзины размещены так, чтобы труба съемной корзины была смещена относительно средства распределения 15. Это облегчает смешение газа и жидкости в зоне сбора E между дном съемных корзин и перфорированной тарелкой 16.
Предпочтительно, использование крепежных элементов, таких как винты, для закрепления съемных корзин не является обязательным, так как съемные корзины могут быть размещены бок о бок рядами, чтобы поддерживающие элементы 18 взаимодействовали со средствами распределения 15. Отметим, что поддерживающие элементы 18 могут соответствовать другим элементам съемной корзины. Например, согласно одному или нескольким вариантам осуществления, поддерживающие элементы 18 содержат по меньшей мере одну из первой и второй труб 3 и 4 съемной корзины, действующих совместно со средствами распределения 15, чтобы средства распределения 15 можно было вставить в нижние части 7 труб съемных корзин. Согласно одному или нескольким вариантам осуществления, в нижних частях 7 труб 3 и 4 съемной корзины можно предусмотреть выступ, идущий внутрь, причем этот выступ предназначен для опоры на средства распределения 15. Согласно одному или нескольким вариантам осуществления, средства распределения 15 могут не содержать отклоняющих элементов 26 для улучшения прохождения газа.
Согласно одному или нескольким вариантам осуществления, поддерживающие элементы 18 могут быть определены, как указано в документе FR 3043339. Согласно одному или нескольким вариантам осуществления, поддерживающие элементы 18 включают в себя по меньшей мере одну из боковых стенок 2 съемной корзины, действующую совместно со средствами распределения 15. Согласно одному или нескольким вариантам осуществления, поддерживающие элементы 18 могут иметь вид трубы (не показана), закрепленной на дне 1 съемной корзины, диаметр которой существенно больше диаметра средств распределения 15. Труба закрыта на своем верхнем конце пластиной и открыта на нижнем конце, чтобы труба могла принять средство распределения 15 перфорированной тарелки 16. После установки съемной корзины на место, она опирается на средство распределения 15 посредством пластины трубы, закрепленной на дне 1 съемной корзины. Отметим также, что секция, смежная с верхним концом указанной трубы, может иметь отверстия, сообщающиеся с боковым отверстием 24 средства распределения 15, на котором она установлена, чтобы позволить прохождение газового потока в трубу, а затем в средство распределения 15 перфорированной тарелки 16. Согласно одному или нескольким вариантам осуществления, когда средства распределения 15 снабжены отверстиями, распределенными по их высоте, трубы также являются пористыми на по меньшей мере нижней половине их высоты, например, на всей их высоте, чтобы позволить прохождение очищенной жидкой фазы от съемных корзин в средства распределения 15. Согласно одному или нескольким вариантам осуществления, поддерживающие элементы 18 имеют вид вертикальных стоек (не показаны), закрепленных на дне 1 съемной корзины, и указанные стойки снабжены устройствами для подвески, выполненными так, чтобы действовать вместе со средствами распределения 15, например, на уровне бокового отверстия 24 средств распределения 15 или на любом уровне средств распределения.
Как показано на фигуре 11, поддерживающие элементы 18 съемных корзин и средства распределения 15 на перфорированной тарелке 16 могут быть размещены так, чтобы образовать зону E сбора жидкой фазы (называемую также зоной E смешения жидкости) между дном 1 съемных корзин и перфорированной тарелкой 16.
Согласно одному или нескольким вариантам осуществления и как показано на фигуре 11, съемные корзины размещены так, чтобы образовать по меньшей мере один ярус съемных корзин на средствах распределения 15.
Согласно одному или нескольким вариантам осуществления и как показано на фигуре 11, сечение, занятое совокупностью съемных корзин устройства фильтрации и распределения, не занимает всего сечения реактора 17. Действительно, может иметься кольцевой зазор 27 между зоной фильтрации съемных корзин, называемой "периферией", и стенкой 20 реактора. Этот кольцевой зазор 27 позволяет прохождение жидкости в зону сбора E даже в случае, когда фильтрующая среда M засорена различными примесями, накапливающимися со временем.
В случае, когда функция фильтрация больше не обеспечивается съемными корзинами, перфорированная тарелка 16 может, тем не менее, продолжать функционировать благодаря боковым отверстиям 23 в средствах распределения 15, которые находятся в зоне E смешения жидкости. Ширина этого кольцевого зазора устанавливается так, чтобы баланс по давлению соблюдался даже в случае, когда тарелка полностью забита. Согласно одному или нескольким вариантам осуществления, кольцевая зона 27 соответствует 2-50%, например, 5-20% поперечного сечения реактора.
Когда устройство фильтрации и распределения применяется в реакторе 17, съемные корзины могут быть заполнены одним или несколькими слоями фильтрующей среды M, при этом фильтрующая среда M может быть инертной или активной. Например, слой фильтрующей среды M может содержать фильтрующие элементы, называемые защитными, на высоте, обычно составляющей от 100 мм до 1500 мм, предпочтительно от 150 мм до 500 мм, например, 300 мм.
Фильтрующие элементы, образующие указанный слой, могут представлять собой:
- вспомогательные фильтрующие средства,
- частицы защитного материала или любые другие частицы, служащие обычно защитными элементами, например, выпускаемые в продажу фирмой Axens,
- подложку катализатора или катализаторов (свежего, или отработанног, или регенерированного).
Эти фильтрующих элементы предпочтительно представляют собой катализатор в форме гранул, зерен или экструдатов, имеющий диаметр частиц от 0,5 до 5 мм, предпочтительно от 1 до 3 мм. Эти катализаторы предпочтительно состоят из активной фазы, содержащей переходные металлы на подложке, содержащей оксид алюминия. Конечно, фильтрующие элементы могут содержать любой материал, способный задерживать засоряющие частицы, содержащиеся в сырье, например, сетчатый материал из керамики или металла, например, выпускаемый в продажу фирмами Unicat или Crystaphase. Эти сетчатые материалы могут иметь вид диска с круглым сечением диаметром 3-5 см и высотой от 1-3 см. Следует отметить, что фильтрующие элементы могут иметь и другие формы, как, например, шарики, многодольчатые цилиндры, простые цилиндры, полые трубки, или же форму колеса тележки, причем этот список не является ограничительным.
В большинстве случаев достаточно всего одного слоя фильтрующей среды на съемную корзину, например, слоя толщиной от 100 мм до 1500 мм, предпочтительно от 150 мм до 500 мм, например, 300 мм. Однако можно использовать несколько слоев фильтрующей среды на съемную корзину, при этом размер фильтрующих элементов данного слоя предпочтительно меньше размера фильтрующих элементов, образующих слой, расположенный непосредственно над ним.
Согласно одному или нескольким вариантам осуществления, слой, находящийся в контакте с дном 1 корзины, может быть намного более пористым, чем слой фильтрующей среды, находящийся над ним, например, в случае использования очень тонкодисперсного катализатора, чтобы избежать забивки дна 1 съемной корзины или чтобы иметь дно 1 съемной корзины со слишком мелкими перфорациями. Согласно одному или нескольким вариантам осуществления, диаметр слоя, контактирующего с дном, в 2-10 раз, например, в 4 раза больше диаметра верхнего слоя, чтобы избежать, в частности, смешения и выделения частиц.
Работа устройства фильтрации и распределения, установленного в реакторе 17 с прямоточными нисходящими потоками газовой фазы и жидкой фазы, описывается ниже с обращением к фигуре 11. Обычно устройство фильтрации и распределения согласно третьему аспекту размещено до катализаторного слоя 19 (в направлении течения потоков). Когда двухфазная загрузка газ/жидкость вводится ступенчато на разные катализаторные слои, распределенные по реактору 17, можно разместить по устройству фильтрации и распределения до каждого катализаторного слоя. Газожидкостная смесь направляется в голову устройства фильтрации и распределения, как показано стрелкой G/L. Газовая фракция смеси, которая проникает в средства распределения 15 через боковые отверстия 24 после прохождения через трубы 3 и 4 съемных корзин (и, факультативно, через верхние отверстия труб, когда поддерживающий элемент 18 имеет вид трубы), направляется затем под перфорированную тарелку 16.
Что касается жидкой фракции, которой отклоняющие элементы 26 мешают пройти в верхнюю часть средств распределения 15 (смотри фигуру 11), она собирается в съемных корзинах и просачивается через слой или слои фильтрующей среды M, содержащейся в съемных корзинах. Контакт жидкой фазы с фильтрующей средой M позволяет задерживать частицы, ответственные за засорение катализаторного слоя, давая так называемую "очищенную" жидкость", которая диффундирует через отверстия в дне 1 съемных корзин. Таким образом, очищенная жидкость собирается в сборной зоне E. Очищенная жидкость, скапливающаяся в зоне сбора E, диффундирует затем в средства распределения 15 через отверстия 23, выходящие в эту зону, и смешивается с газовой фазой, циркулирующей в средствах распределения 15. Смесь газа и очищенной жидкости выводится из средств распределения 15 под перфорированную тарелку 16 через открытые нижние концы 22. Затем струя газожидкостной смеси рассеивается, наталкиваясь на рассеивающий элемент или элементы 25, расположенные между катализаторным слоем 19 и перфорированной тарелкой 16.
Как показано на фигуре 12, съемные корзины могут быть установлены друг на друга параллельно, но со смещением от яруса к ярусу. В результате повышается структурная целостность ярусов съемных корзин. Кроме того, фигура 12, показывающая такое размещение съемных корзин, чтобы трубы каждого яруса съемных корзин были выровнены с трубами соседнего яруса съемных корзин, позволяет также продемонстрировать образование предпочтительного пути 28 газа через ярусы съемных корзин. Таким образом, облегчается распределение газа в центральной части реактора 17, что улучшает однородность течения фаз в катализаторном слое. Кроме того, если фильтрующий слой забьется, жидкости смогут подниматься вдоль стенок и труб, а затем перетекать с газом в трубы съемной корзины, сохраняя равновесие распределения потоков под перфорированной тарелкой 16. Отметим, что может образоваться предпочтительный путь 28 газа, если верхняя часть 8 первой трубы 3 подходит для введения в нижнюю часть 7 трубы другой съемной корзины.
Как показано на фигуре 13, съемные корзины одного яруса могут также быть размещены в конфигурации, перпендикулярной конфигурации съемных корзин соседнего яруса, что позволяет, в частности, улучшить структурную целостность ярусов съемных корзин. Кроме того, такая конфигурация позволяет пирамидальное расположение ярусов съемных корзин, как показано в примере с фигуры 13, в котором:
- первый ярус 29 содержит 44 съемные корзины,
- второй ярус 30 содержит 35 съемных корзин, расположенных перпендикулярно съемным корзинам первого яруса 29,
- третий ярус 31 содержит 27 съемных корзин, расположенных перпендикулярно съемным корзинам второго яруса 30, и
- четвертый ярус 32 содержит 20 съемных корзин, расположенных перпендикулярно съемным корзинам третьего яруса 31.
В результате достигается выигрыш места, так как такая пирамидальная компоновка позволяет разместить съемные корзины в пространстве под верхним основанием реактора 17, как схематически показано на фигуре 11.
В четвертом аспекте настоящее изобретение относится также реактору 17, способному работать с прямоточными нисходящими потоками газа и жидкости, содержащему, в направлении течения потоков: неподвижный слой катализатора и устройство фильтрации и распределения газовой фазы и жидкой фаза по третьему аспекту, установленное до катализаторного слоя.
Согласно одному или нескольким вариантам осуществления, реактор 17 может иметь форму эллипса или полусферы. В примере с фигуры 11 верхнее основание реактора 17 содержит входной патрубок заданного диаметра, позволяющий введение газообразных и жидких сред, и обычно снабженный непоказанной насадкой для регулирования напора (по-английски feed diffuser). Входной патрубок факультативно может быть установлен на лазе (не показано), чтобы облегчить доступ персонала к съемным корзинам. Нижнее основание (не показано) реактора 17 содержит выпускной патрубок (не показан) заданного диаметра, позволяющий выпустить потоки, и обычно снабжено непоказанным выпускным коллектором (по-английски outlet collector). Корпус реактора 17 оборудован внутренними устройствами, в частности, устройством фильтрации и распределения. Катализаторный слой 19 в реакторе 17 находится под рассеивающим элементом 25.
Согласно пятому аспекту, съемная корзина, устройство фильтрации и распределения и реактор 17 по настоящему изобретению могут применяться, в частности, в процессах гидроочистки и/или гидрокрекинга углеводородного сырья, содержащего по меньшей мере одну углеводородную фракцию, имеющую содержание серы по меньшей мере 0,5 вес.% от полного веса углеводородного сырья, и/или начальную температуру кипения по меньшей мере 300°C, и/или конечную температуру кипения по меньшей мере 500°C. Согласно одному или нескольким вариантам осуществления, углеводородное сырье имеет по меньшей мере одну из следующих характеристик: по меньшей мере 1 вес.%, например, от 1 до 2 вес.% или от 2 до 4 вес.% серы от полного веса углеводородного сырья, начальная температура кипения по меньшей мере 350°C и конечная температура кипения по меньшей мере 520°C, например, по меньшей мере 540°C. Согласно одному или нескольким вариантам осуществления, углеводородное сырье, которое может обрабатываться с помощью перфорированной тарелки 16, можно определить, в частности, как углеводороды, точка кипения которых выше 350°C, в частности, типа вакуумного дистиллята, остатка или подобного: вакуумный газойль, атмосферные остатки, вакуумные остатки, деасфальтированные масла, или же вакуумные остатки или дистилляты, полученные в процессах конверсии, таких, например, как коксование, гидроочистка или гидрокрекинг в неподвижном слое, в кипящем слое или в движущемся слое. Все эти типы вакуумных остатков или дистиллятов можно использовать по отдельности или в смеси. Это тяжелое сырье можно использовать как есть или разбавить одной углеводородной фракцией или смесью углеводородных фракций. Тяжелое сырье, рассматриваемое в настоящем описании, может также содержать фракции, поступающие с процессов сжижения угля, экстракции ароматики, или любые другие углеводородные фракции.
-1
-1
-1
3
3
3
3
Согласно одному или нескольким вариантам осуществления, процесс гидроочистки и/или процесс гидрокрекинга осуществляют при температуре от 300°C до 500°C, например, от 350°C до 430°C, и при абсолютном давлении от 5 МПа до 35 МПа, например, от 11 МПа до 26 МПа. Согласно одному или нескольким вариантам осуществления, объемная скорость углеводородного сырья, определенная как объемный расход углеводородного сырья, деленный на полный объем катализатора, лежит в диапазоне от 0,1 ч до 5 ч, например, от 0,1 до 2 ч. Согласно одному или нескольким вариантам осуществления, количество водорода, смешиваемого с углеводородным сырьем, составляет от 100 до 5000 нормальных кубических метров (Нм) на кубический метр (м) углеводородного сырья, например, от 200 до 2000 Нм/м.
Примеры
Ниже описываются иллюстративные примеры определения размеров предлагаемых настоящим изобретением съемной корзины и устройства фильтрации и распределения.
Размеры съемных корзин следующие:
L: 300 мм,
l: 150 мм,
Hp: 100 мм.
Прямоугольное дно 1 каждой съемной корзины снабжено двумя отверстиями, на которые установлены трубы в форме труб с круглым сечением, открытые на их нижних и верхних концах. Трубы съемной корзины имеют следующие размеры:
H3: 180 мм, Hp+h1
H4: 120 мм, Hp+h2
h1: 80 мм,
H1: 100 мм,
h2: 20 мм,
H2: 100 мм,
d1: 50 мм,
D1: 60 мм,
d2: 50 мм,
D2: 60 мм.
Таким образом, съемные корзины могут содержать фильтрующую среду M, состоящую, например, из одного или двух разных слоев, суммарная толщина которых, отсчитываемая от дна съемной корзины, составляет 80 мм.
Характеристики перфорированной тарелки 16, которая поддерживает 680 вертикальных труб, следующие:
- диаметр перфорированной тарелки 16: 5,5 м.
Размеры вертикальных труб перфорированной тарелки 16 следующие:
- высота труб перфорированной тарелки 16: 440 мм, считая от перфорированной тарелки,
- наружный диаметр труб перфорированной тарелки 16: 50 мм,
- шаг между трубами перфорированной тарелки 16: 150 мм.
Трубы перфорированной тарелки 16 имеют два ряда отверстий для впуска жидкости:
ряд 1 отверстий: высота относительно перфорированной тарелки от 16 до 40 мм, 3 отверстия по 5 мм;
ряд 2 отверстий: высота относительно перфорированной тарелки от 16 до 130 мм, 3 отверстия по 5 мм;
отверстие для прохода газа вверху трубы для впуска газа: 50 мм.
Кроме того, устройство содержит 65 съемных корзин с прямоугольным сечением, которые могут располагаться на трубах перфорированной тарелки 16. В этих примерах съемные корзины поддерживаются через их дно 1, которое покоится на трубах перфорированной тарелки 16.
В этих примерах съемные корзины являются прямоугольными параллелепипедами, а трубы 3 и 4 являются трубами с круглым поперечным сечением. Само собой разумеется, съемные корзины и трубы 3 и 4 могут иметь и другие формы, как, например, корзины с треугольным, квадратным, шестиугольным сечением или круглые, и/или трубы с эллиптическим или многоугольным сечением (например, с треугольным, прямоугольным и т.д.), соответственно.