ОПОРА ДЛЯ НЕПОДВИЖНОГО СЛОЯ КАТАЛИЗАТОРА В РЕАКТОРЕ ГИДРООЧИСТКИ
FIXED-BED CATALYST SUPPORT FOR HYDROPROCESSING REACTOR

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
[0001] Настоящее изобретение относится к опоре для неподвижного слоя катализатора в реакторе гидроочистки. Такие реакторы гидроочистки применяют в нефтяной и химической промышленности для проведения каталитических реакций очистки углеводородного сырья в присутствии водорода в условиях высоких температур и повышенного давления. Примерами таких реакционных процессов являются гидроочистка, каталитическая сероочистка в присутствии водорода, гидрокрекинг и гидродепарафинизация.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
[0002] В реакторах гидроочистки с неподвижным слоем катализатора газ и жидкие реагенты (например, водород и углеводородное сырье) проходят нисходящим потоком через один или более слоев твердых экструдатов катализатора. При прохождении реагентов нисходящим потоком через слои катализатора происходит реакция с образованием необходимых продуктов. Газообразные реагенты, такие как водород, расходуются, и в результате каталитических реакций выделяется тепло.
[0003] Фигура 1 иллюстрирует принципиальную схему стандартного вертикального реактора с нисходящим потоком в поперечном сечении, подобного описанному в заявке США 3824080, авторы Smith et al., от 16 июля 1974 года. Реактор 1 содержит реакционную колонну 2, имеющую верхнюю и нижнюю зоны катализатора 3 и 4, соответственно, и зону быстрого охлаждения 5 между ними.
[0004] Жидкое углеводородное сырье подается в реакционную колонну 2 по трубе 6 через штуцер ввода сырья 7. Исходное сырье попадает на дефлектор 8, распределяющий сырье через сопловой распределительный узел 9, выполненный с возможностью равномерного распыления сырья над верхней зоной катализатора 3.
[0005] Поток, выходящий из верхней зоны катализатора 3, попадает в зону быстрого охлаждения 5. Поскольку сырье проходит сверху вниз через зоны катализатора 3, 4, оно контактирует с экструдатами катализатора и вступает в реакцию с образованием необходимых продуктов. Газообразные реагенты, такие как водород, расходуются, и в результате каталитических реакций выделяется тепло.
[0006] Для обеспечения наилучшего качества и максимального выхода целевого(вых) продукта(ов) важно контролировать температуру проходящего по реакционной колонне 2 сырья. Такие задачи выполняются в зоне быстрого охлаждения 5, при этом: (1) хладоагент, которым является газообразный водород, вводят в колонну 2 через трубу 10, (2) затем хладоагент, газообразный водород, смешивают с потоком жидкости, стекающей из верхней зоны катализатора 3, в смешивающем устройстве 11, и (3) через сопла распределительного узла зоны быстрого охлаждения 12 охлажденное сырье равномерно распыляют над нижней зоной катализатора 4.
[0007] Охлажденное сырье опускается вниз, проходя через вторую зону катализатора 4, при этом реагенты вступают в дополнительные каталитические реакции. Вытекающий поток из второй реакционной зоны 4 попадает в стандартный выпускной сборник 13 и затем выходит из реакционной колонны 2 по трубе 14.
[0008] В стандартном реакторе, таком как проиллюстрированный на Фигуре 1, для поддержания над выходом из колонны самого нижнего или донного слоя катализатора может применяться горизонтальная тарелка для катализатора (проиллюстрирована как элемент 15 на Фигуре 1). Однако такие конструкции приводят к образованию пустых или мертвых зон в нижней части реактора. Кроме того, количество активного катализатора, загруженного в нижний слой катализатора, ограничено статической нагрузкой для горизонтальной тарелки. Это ограничение является существенным, поскольку доступное сырье становится все более некачественным и требует более тщательной гидроочистки, что, в свою очередь, вызывает необходимость загрузки еще большего количества катализатора в существующие реакторы.
[0009] В других стандартных реакторах заменяют слой инертного материала, такого как инертные керамические шары, на нижнюю горизонтальную тарелку для слоя катализатора. (См. деталь 13 на Фигуре 1, заявка США 2006/0163758, автор Мюллер (Muller) от 27 июля 2006 г.). Хотя применение инертных материалов для опоры нижнего слоя катализатора способствует загрузке более активного катализатора в нижний слой, по сравнению с обычной горизонтальной тарелкой применение таких инертных слоев опоры приводит к значительным дополнительным расходам. Кроме того, с течением времени инертные материалы выходят из строя, крошась на мелкие части, которые должны быть собраны и удалены из реактора, поэтому требуется периодическая замена инертного материала.
[0010] Поэтому существует постоянная потребность в системах нижней опоры слоя катализатора, которые уменьшают или устраняют пустые или мертвые зоны в донной части стандартных реакторов гидроочистки. Также по-прежнему существует потребность в системах опоры слоя катализатора, позволяющих нефтепереработчикам загружать большее количество каталитических материалов в реактор, не прибегая к применению инертных слоев опоры катализатора, которые со временем ухудшаются и добавляют нефтеперерабатывающим предприятиям значительные эксплуатационные расходы.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0011] Данное изобретение относится к выпуклой вверх опоре для неподвижного слоя катализатора в реакторе гидроочистки. Опора слоя катализатора содержит выпуклую вверх тарелку кольцеобразной формы, имеющую наружный край, сообщающийся с внутренней поверхностью реактора, и внутренний край, сообщающийся со снимаемым монтажным комплектом крышки люка.
[0012] Монтажный комплект крышки люка прикреплен с возможностью съема к опорной ленте крышки люка, которая, в свою очередь, жестко прикреплена к внутреннему краю тарелки. Во время планово-предупредительного ремонта снятие монтажного комплекта крышки люка обеспечивает рабочим доступ через опору для слоя катализатора в зону реактора ниже опоры для слоя катализатора.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ГРАФИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ
[0013] Фигура 1 иллюстрирует схему стандартного реактора гидроочистки в поперечном сечении.
[0014] Фигура 2 иллюстрирует в поперечном сечении схему установки в реакторе описанной в данном изобретении опоры для слоя катализатора.
[0015] Фигура 3 иллюстрирует еще одно поперечное сечение установки в реакторе описанной в данном изобретении опоры для слоя катализатора.
[0016] Фигура 4А иллюстрирует развернутый вид сверху секции кольцеобразной перфорированной тарелки, образующей часть опоры для слоя катализатора.
[0017] Фигура 4В иллюстрирует шаг отверстий кольцеобразной перфорированной тарелки.
[0018] Фигура 5 иллюстрирует вид сверху кольцеобразной перфорированной тарелки и монтажного комплекта крышки люка.
[0019] Фигура 6 иллюстрирует схему в поперечном сечении кольцеобразной перфорированной тарелки и монтажного комплекта крышки люка.
[0020] Фигура 7 иллюстрирует вид сверху узла крышки люка.
[0021] Фигура 8 иллюстрирует еще одно поперечное сечение установки в реакторе описанной в данном изобретении опоры слоя катализатора.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0022] Было установлено, что приведенная в данном описании изобретения выпуклая вверх пористая опора для неподвижного слоя катализатора обеспечивает ряд преимуществ по сравнению с известными в данной области техники системами опоры для слоя катализатора. Такими преимуществами являются, но не ограничиваются ими: уменьшение или устранение пустых или мертвых зон в донной части стандартных реакторов гидроочистки, увеличение объема загрузки катализатора, а также снижение стоимости. Далее в подробном описании изобретения представлены конкретные варианты реализации изобретения и их преимущества. Однако следует учитывать, что подробное описание и конкретные примеры, раскрывающие отдельные предпочтительные варианты реализации данного изобретения, приведены только в иллюстративных целях и не предназначены для ограничения объема данного изобретения.
[0023] Данное изобретение относится к выпуклой вверх пористой опоре для неподвижного слоя катализатора в реакторе гидроочистки. Фигура 2 иллюстрирует поперечное сечение нижней части реактора 10 с неподвижным слоем катализатора и нисходящим потоком.
[0024] Реактор 10 содержит реакционную колонну 12 с внутренней стенкой 14, слой катализатора 16, содержащий уплотненные каталитические экструдаты и нанесенный на выпуклую вверх опору для слоя катализатора 18, представленную в данном описании изобретения. Выпуклая опора слоя катализатора 18 прикреплена к внутренней стенке 14 реакционной колонны. Реактор 10 дополнительно содержит отверстие 20 для выгрузки выходящего потока продукта из реактора 10 во время производственного процесса и дренажную трубу катализатора 21 для удаления отработанных экструдатов катализатора во время планово-предупредительного ремонта. На Фигуре 2 проиллюстрирована дренажная труба катализатора 21, отходящая от нижней части реактора 10 вниз под углом около 40° и расположенная выше опоры слоя катализатора 18. В других вариантах реализации изобретения, не проиллюстрированных на Фигуре 2, дренажная труба 21 отходит от нижней части реактора 10 вниз под углом от 30 до 90 градусов (при 90° дренажная труба отходит вертикально вниз от нижней части реактора 10).
[0025] Фигура 2 иллюстрирует опору слоя катализатора 18, вертикально поддерживающую самый нижний слой катализатора 16 в реакторе 10, ближайший к выходу из реактора 20.
[0026] Фигура 3 иллюстрирует в поперечном сечении схему крепления выпуклой вверх опоры слоя катализатора 18 к внутренней стенке реакционной колонны 14. Опора слоя катализатора 18 содержит выпуклую вверх кольцеобразную перфорированную тарелку 22 с наружным краем 24, присоединенным к внутренней поверхности реактора, и внутренним краем 26, присоединенным к опорной ленте крышки люка 28, к которой прикреплен с возможностью съема монтажный комплект крышки люка 30. Предпочтительна конструкция кольцеобразной перфорированной тарелки 22 в виде цельной детали.
[0027] Как проиллюстрировано на Фигуре 4А, кольцеобразная перфорированная тарелка 22 имеет множество отверстий, ограниченных краями 22а, которые делают опору 18 пористой, что позволяет жидким и газообразным реагентам проходить через нее, удерживая, по существу, каталитические экструдаты в реакторе 10 на месте, выше опоры 18. Отверстия расположены пошагово, и их совокупность составляет от 25 до 40 процентов открытой площади тарелки, как правило, между 30 и 35 процентами. В варианте реализации изобретения, проиллюстрированном на Фигуре 4B, угол шага между отверстиями составляет 60°, причем внутренний угол между конструктивно связанными секциями составляет 60° (конструктивно связанная секция располагается на воображаемой линии, проходящей между центрами соседних отверстий на тарелке).
[0028] На Фигуре 3 проиллюстрирована решетка опоры катализатора 32, расположенная наверху тарелки 22 и занимающая всю ее верхнюю поверхность. В варианте реализации изобретения, проиллюстрированном на Фигуре 5, решетка 32 состоит из множества радиально расположенных секций решетки 34, каждая из которых имеет радиально расположенные длинные края 36, внешний кольцеобразный край 38 вблизи от внутренней поверхности реактора 14 и внутренний кольцеобразный край 40 вблизи от монтажного комплекта крышки люка 30. Каждая секция решетки 34 примыкает к соседней секции решетки по соответствующим длинным краям 36.
[0029] На Фигуре 6 проиллюстрирована схема монтажного комплекта крышки люка 30 в поперечном сечении. Монтажный комплект крышки люка 30 прикреплен с возможностью снятия к опорной ленте крышки люка 28, которая, в свою очередь, жестко прикреплена к внутреннему краю тарелки 26. Во время планово-предупредительного ремонта, состоящего из обслуживания реактора, удаления и замены катализатора и т.п., снятие монтажного комплекта крышки люка 30 обеспечивает рабочим доступ через опору для слоя катализатора 18 в зону реактора ниже опоры 18.
[0030] Как проиллюстрировано на Фигурах 6 и 7, монтажный комплект крышки люка 30 содержит опорную ленту полосы решетки 42 для жесткой поддержки множества горизонтально расположенных полос решетки 44, имеющих короткие концы 44а, надежно прикрепленные к внутреннему краю 46 опорной ленты 42. Опорная лента полосы решетки 42 снабжена горизонтальным фланцем опорной ленты 48 для поддержания монтажного комплекта крышки люка 30 на верхнем краю опорной ленты крышки люка 28.
[0031] Удерживающий решетку выступ 50 выдвинут вверх от верхнего края опорной ленты полосы решетки 42, что предусмотрено для ограничения горизонтального перемещения горизонтальной решетки опоры катализатора 52, закрепленной наверху монтажного комплекта крышки люка 30 полосами решетки 44 и опорной лентой 42.
[0032] Одна или более подъемных проушин 54, протянутых вверх от фланца опорной ленты 48 и жестко связанных с ним, предназначены для упрощения установки и удаления монтажного комплекта крышки люка 30. При простое реактора 10 монтажный комплект крышки люка 30 снимают, что обеспечивает рабочим доступ через опору для катализатора 18 в зону ниже опоры 18.
[0033] Фигура 8 иллюстрирует в поперечном сечении схему крепления наружного конца 24 кольцеобразной тарелки к внутренней стенке реактора 14. Опорный выступ опоры 56 выступает из внутренней стенки 14 реакционной колонны и имеет горизонтальную опорную поверхность 58 (см. также Фигуру 3). Опорный выступ опоры 56 сформирован на внутренней стенке 14 реакционной колонны стандартными методами наращивания при сварке.
[0034] Лента опоры для слоя катализатора 60 жестко прикреплена к наружному краю 24 кольцеобразной тарелки и имеет нижнюю поверхность 62, вертикально поддерживаемую опорным выступом на горизонтальной опорной поверхности 58. Предпочтительно, чтобы лента опоры для слоя катализатора 60 прикреплялась к опорному выступу 56 опоры катализатора в реакторе.
[0035] В одном варианте реализации изобретения множество опорных колонок 64 на опорных выступах опоры жестко зафиксированы и выступают вверх на горизонтальной опорной поверхности 58, также на их верхние края нанесена резьба 66, что дает возможность соединить их с внутренней резьбой такой детали, как гайка 68. Когда опорная система 18 вмонтирована в реактор, опорные колонки 64 проходят через соответственно расположенные отверстия в опорной ленте, ограниченные краем 70, прикрепляющим опору катализатора 18 к опорному выступу реактора 56 опоры катализатора. Отверстия опорной ленты 70 имеют прорези или увеличенный размер, что позволяет опорной ленте слоя катализатора 60 выдвигаться в радиальном направлении по отношению к опорному выступу реактора 56 опоры катализатора, который, как правило, имеет более низкую скорость теплового расширения по сравнению с лентой опоры слоя катализатора 60.
[0036] Очевидно, что описанный выше предпочтительный вариант реализации изобретения приведен, в основном, для иллюстрации и может быть исполнен в различных вариациях, которые, однако, должны находиться в пределах сущности и объема изобретения. Соответственно, объем настоящего изобретения определяется следующей формулой изобретения.