ХИМИЧЕСКИЙ РЕАКТОР, СОДЕРЖАЩИЙ ПЛАВАЮЩУЮ ТАРЕЛКУ
CHEMICAL REACTOR CONTAINING FLOATING PLATE

Данное изобретение относится к каталитическому химическому реактору с распределением текучей среды и при необходимости также с отделением частиц. Более конкретно, изобретение относится к химическому реактору, содержащему распределитель текучей среды в виде плавающей тарелки, который поддерживается слоем катализатора в реакторе и который изготовлен из сегментов, позволяющих собирать данную плавающую тарелку внутри реактора, а также отсоединять и удалять из реактора через существующие технологические отверстия реактора, то есть, без вскрытия реактора. Реактор может представлять собой каталитический реактор с нисходящим потоком, который включает вертикально уложенные слои насадки из каталитического материала в виде частиц. Этот тип реактора используется в нефтяной и химической перерабатывающей промышленности для проведения различных каталитических реакций, таких как преобразование серы и азота (HDS/HDN); гидрирование: олефинов (HYD) и ароматических соединений (гидродеароматизация - HDA), удаление металлов (гидродеметаллизация - HDM), преобразование кислорода (гидродеоксигенация - HDO) и гидрокрекинг (НС).
В каталитических химических реакторах может быть благоприятным обеспечивать равномерное распределение входного потока технологической текучей среды по каталитическому слою внутри реактора, так как это улучшает использование и эффективность катализатора. Это может быть достигнуто с помощью распределителей текучей среды, расположенных в верхней части реактора, ниже по потоку от входа технологического газа и выше слоя катализатора.
В некоторых случаях технологическая текучая среда, подаваемая в реактор, содержит частицы. Поскольку эти частицы могут забивать катализатор, срок службы катализатора может быть продлен, если между входом технологического газа и слоем катализатора в реакторе также располагается отделитель частиц. При необходимости распределитель текучей среды и отделитель частиц могут быть объединены в один интегрированный блок, распределитель текучей среды тарелки и отделитель частиц.
В промышленности, например, в нефтеперерабатывающей промышленности, значительное количество реакторов не имеют никакого опорного кольца для поддержки конструкции тарелки обычного типа. Несмотря на это, все еще может существовать потребность в тарелке, оптимизирующей распределение текучей среды или собирающей чешуйки твердых отложений или для того и другого. Чтобы удовлетворить эту потребность, настоящее изобретение раскрывает новый тип тарелки, которая может опираться на сам катализатор - плавающую тарелку. Кроме того, касаемо упоминания некоторых из отличительных признаков, настоящее изобретение описывает ряд усовершенствований, касающихся монтажа и демонтажа этой плавающей тарелки внутри реактора, опорожнения от собранных частиц, быстроразъемных соединений.
Патент США US 2009177023 раскрывает фильтрующую тарелку для реактора с неподвижным слоем с прямоточным нисходящим потоком газа и жидкости. Это устройство может улавливать закупоривающие частицы, содержащиеся в жидком сырье, подающемся в реактор, работающий в режиме прямоточного нисходящего потока газа и жидкости, с использованием специальной распределительной тарелки, содержащей фильтрующую среду. Устройство имеет конкретное применение для селективного гидрирования сырья, содержащего ацетиленовые и диеновые соединения.
Европейский патент ЕР 0358923 раскрывает способ и устройство для очистки необработанного газа, получающегося из газификации твердых веществ. В способе и устройстве для очистки необработанного газа из газификации твердых частиц, содержащего гранулированные и пылевидные твердые частицы, следует найти решение, с помощью которого твердые частицы любого размера в значительной степени удаляются из необработанного газа перед поступлением в находящиеся ниже по потоку охлаждающие устройства. Это достигается, когда необработанный газ на первой стадии очистки пропускают из зоны газификации по прямой линии в направлении пространства для удержания газа, в результате чего частицы гранулированного твердого вещества осаждаются на дне этого пространства для удержания газа, а затем, на второй стадии очистки, частично очищенный необработанный газ отклоняется в боковом направлении от пространства для удержания газа и претерпевает изменение до скорости, уменьшенной по меньшей мере в 3 раза, и после дополнительного отклонения газа, он проходит в основном в вертикальном направлении через фильтр для твердых частиц, где пылевидные твердые частицы удаляются из этого необработанного газа.
Патент США US 7470410 раскрывает поддерживающую систему для использования с реакторным сосудом, которая определяет зону реактора и имеет впускной смотровой люк, обеспечивающий доступ в зону реактора. Эта поддерживающая система содержит вставной блок смотрового люка, который поддерживается этим впускным смотровым люком и проходит через отверстие впускного смотрового люка и в зону реактора. К вставному блоку смотрового люка прикреплены крепежные приспособления для соединения подвесной опоры со вставным блоком смотрового люка и для передачи нагрузки от подвесной опоры к вставному блоку смотрового люка. Подвесная опора имеет верхний конец и нижний конец, причем верхний конец неподвижно прикреплен к крепежным приспособлениям, а нижний конец неподвижно прикреплен к приспособлениям опорной конструкции средств для выдерживания нагрузки.
Несмотря на упомянутый выше известный уровень техники, существует потребность в реакторе с распределителем текучей среды и, при необходимости, также с отделителем для частиц, чтобы обеспечить продленную эффективную работу реактора, и который может быть установлен и легко удален из реактора без необходимости в поддерживающих средствах, прикрепленных к реактору, и с использованием доступных имеющихся в реакторе отверстий для обслуживания, сборки и демонтажа.
Настоящее изобретение описывает новый каталитический химический реактор, содержащий распределитель текучей среды плавающей тарелки и при необходимости также систему отделения частиц.
Согласно изобретению плавающая тарелка изготовлена из сегментов, которые собираются внутри реактора и которые легко удаляются из реактора по сегментам. Важным отличительным признаком изобретения являются опорные элементы, которые позволяют плавающей тарелке удерживаться сверху слоя катализатора внутри реактора без необходимости в опорных элементах, прикрепленных к реактору.
Изобретение относится к каталитическому реактору со слоем катализатора или множеством слоев катализатора внутри реактора, которые известны в данной области техники. В одном варианте исполнения изобретения реактор имеет тарелку в верхней части, расположенную ниже по потоку от входа технологической текучей среды и выше по потоку от слоя (слоев) катализатора. Указанная тарелка приспособлена, чтобы обеспечивать распределение технологической текучей среды, поступающей в реактор, равномерно на слой катализатора. Чтобы обеспечить легкий монтаж, демонтаж, опорожнение и удаление данной тарелки внутри и из реактора, она выполнена в виде сборной конструкции из множества секций тарелки. Эта тарелка снабжена элементами для распределения текучей среды, что обеспечивает указанное равномерное распределение текучей среды на слой (слои) катализатора. Важным отличительным признаком реактора является то, что тарелка для распределения текучей среды содержит множество опор тарелки, которые позволяют этой тарелке удерживаться сверху слоя катализатора, то есть, она «плавает» на слое катализатора. Особенно важно при модернизации реакторов, которые изначально не были сконструированы для тарелки для распределения текучей среды, это делает возможным устанавливать и поддерживать плавающую тарелку без необходимости в опорах, прикрепленных к реактору, например, с помощью сварных или подвесных опор. Чтобы гарантировать, что распределение технологической текучей среды по слою катализатора оптимизировано, опоры тарелки могут в одном варианте исполнения содержать проволочную сетку, которая приспособлена для распределения нагрузки тарелки по слою катализатора без раздавливания частиц, но все еще позволяет технологической текучей среде проходить сквозь опору посредством отверстий в этой проволочной сетке. Проволочная сетка или сетка из толстой проволоки обладает тем преимуществом, что она может в некоторой степени адаптироваться к неровной поверхности слоя катализатора, что выравнивает нагрузку плавающей тарелки.
В другом варианте исполнения изобретения плавающая тарелка не только действует как распределитель текучей среды, но, кроме того, имеет особенность собирать по крайней мере некоторые частицы, содержащиеся в технологической текучей среде на входе в реактор. В этом варианте исполнения секции тарелки имеют основание секции, которое приспособлено для сбора частиц. В другом варианте исполнения упомянутые элементы распределения текучей среды имеют форму вертикальных трубок, прикрепленных к основаниям секций, например, круглых трубок, которые соединены по текучей среде со слоем катализатора через одно отверстие и отверстие в основании секции, а другое отверстие в верхней части трубки соединено по текучей среде с верхней стороной тарелки и с технологической текучей средой, поступающей в реактор. Когда технологический газ поступает в верхнюю часть реактора, скорость потока уменьшается, и, по меньшей мере, часть частиц, которые могут находиться в технологической текучей среде, могут осаждаться на основании секции, прежде чем технологическая текучая среда протекает дальше через распределительные элементы на слой катализатора ниже тарелки. Это имеет то преимущество, что катализатор не загрязняется и не забивается частицами, которые собираются. Собранные частицы могут быть удалены из реактора, или секции тарелки могут быть опорожнены на слой катализатора, если этот слой должен быть удален из реактора. Поскольку технологическая текучая среда может содержать паровую фазу, элементы для распределения текучей среды в одном варианте исполнения также могут содержать отверстия на боковой поверхности этих элементов для распределения текучей среды и на высоте, выше основания секции, относительно желаемого уровня текучей среды в тарелке.
В одном варианте исполнения изобретения тарелка выполнена из одной центральной секции с площадью поперечного сечения круглой формы и множества внешних секций тарелки, которые имеют форму круговой трапеции. Внутренние изогнутые основания внешних секций тарелки приспособлены для соответствия внешней окружности центральной секции тарелки, а внешние изогнутые основания внешних секций тарелки приспособлены, чтобы соответствовать внутренней части реактора. Поэтому, когда секции тарелки собраны, они образуют один интегрированный блок, который соответствует внутренней площади поперечного сечения реактора с площадью поперечного сечения круглой формы. Все эти тарелки могут быть соединены с помощью соединительных средств любого типа, известных в данной области техники. В одном варианте исполнения эти соединительные средства включают быстроразъемные фиксаторы, которыми можно легко управлять и даже дистанционно управлять снаружи реактора, например, через отверстие для впуска технологического газа, что обеспечивает простой и безопасный монтаж и удаление плавающей тарелки без необходимости для кого-либо проникать в реактор. Работа с этой тарелкой может проводиться с помощью подъемных петель на некоторых или на всех секциях тарелки. Чтобы дополнительно облегчить монтаж и демонтаж тарелки, одна из внешних секций этой тарелки может включать множество секций, которые имеют геометрию, предотвращающую сдавливание при удалении или установке в реакторе.
В одном варианте исполнения плавающая тарелка образует жесткий блок, который может оставаться неподвижным в своем положении в реакторе даже в том случае, когда слой катализатора оседает и в некоторых местах опускается, благодаря жесткости и прочности сборной тарелки и, при желании также при помощи разъединяющих средств, установленных на тарелке, которые фиксируют тарелку на внутренней стенке реактора.
Каталитический реактор согласно изобретению может представлять собой реактор для гидроочистки или любой другой тип реактора, который может быть оптимизирован путем включения описанной выше тарелки.
ОТЛИЧИТЕЛЬНЫЕ ПРИЗНАКИ
1. Каталитический реактор, содержащий слой катализатора, причем указанный реактор содержит распределитель текучей среды в виде плавающей тарелки, распределяющий поток текучей среды, входящий в реактор, на слой катализатора, причем указанная плавающая тарелка содержит множество отдельных разъемных секций тарелки и по меньшей мере один элемент распределения текучей среды, причем множество упомянутых секций тарелки, кроме того, содержат по меньшей мере одну опору тарелки для поддерживания указанной плавающей тарелки сверху слоя катализатора.
2. Каталитический реактор по отличительному признаку 1, причем указанная плавающая тарелка представляет собой комбинированный распределитель текучей среды и отделитель частиц для отделения частиц из потока текучей среды, входящего в реактор, и распределения указанного входящего потока текучей среды на слой катализатора, причем каждая из множества указанных секций тарелки, кроме того, содержит основание секции, приспособленное для сбора частиц.
3. Каталитический реактор согласно любому из предшествующих отличительных признаков, причем указанная опора тарелки включает проволочную сетку, приспособленную для передачи нагрузки упомянутой плавающей тарелки на верхнюю часть слоя катализатора.
4. Каталитический реактор согласно любому из предшествующих отличительных признаков, причем указанная опора тарелки приспособлена также для функционирования в качестве распределителя потока текучей среды.
5. Каталитический реактор согласно любому из предшествующих отличительных признаков, содержащий одну центральную секцию тарелки и множество внешних секций тарелки.
6. Каталитический реактор согласно отличительному признаку 4, причем центральная секция тарелки имеет круглое поперечное сечение, а внешние секции тарелки имеют форму круговой трапеции, причем внутренние изогнутые основания внешних секций тарелки приспособлены, чтобы соответствовать внешней окружности центральной секции тарелки, а внешние изогнутые основания внешних секций тарелки приспособлены, чтобы соответствовать внутренней части реактора.
7. Каталитический реактор согласно любому из предшествующих отличительных признаков, причем по меньшей мере один распределительный элемент представляет собой трубки с любой формой поперечного сечения, первый конец каждой трубки имеет отверстие, а второй конец каждой трубки соединен с основанием секции, а отверстие в основании секции в пределах наружной границы второго конца каждой трубки обеспечивает соединение по текучей среде от первого конца каждой трубки через эту трубку и через основание секций для создания возможности протекать текучей среде от верхней стороны плавающей тарелки к каталитическому слою под плавающей тарелкой.
8. Каталитический реактор согласно отличительному признаку 7, причем по меньшей мере один распределительный элемент содержит одно или несколько отверстий на по меньшей мере одной из боковых сторон трубки.
9. Каталитический реактор согласно отличительному признаку 8, причем одно или несколько отверстий по меньшей мере на одной из боковых сторон трубки сориентированы от центра плавающей тарелки.
10. Каталитический реактор согласно любому из отличительных признаков 7-9, причем по меньшей мере один распределительный элемент имеет круглое поперечное сечение.
11. Каталитический реактор согласно любому из предшествующих отличительных признаков, содержащий множество указанных распределительных элементов, причем данные распределительные элементы равномерно расположены по поперечному сечению плавающей тарелки для обеспечения равномерного распределение текучей среды от входного потока текучей среды на каталитический слой под плавающей тарелкой.
12. Каталитический реактор согласно любому из предшествующих отличительных признаков, причем множество секций тарелки соединены с помощью быстроразъемных фиксаторов.
13. Каталитический реактор согласно отличительному признаку 12, причем указанные быстроразъемные фиксаторы приспособлены для дистанционного разъединения.
14. Каталитический реактор согласно любому из предшествующих отличительных признаков, причем по меньшей мере одна из указанных секций тарелки содержит по меньшей мере одну подъемную петлю, позволяющую размещать секции тарелки внутри и удалять из реактора снаружи реактора.
15. Каталитический реактор согласно любому из отличительных признаков 2-14, причем по меньшей мере одна из указанных подъемных петель расположена со смещением от центра к секциям тарелки, что позволяет выгружать собранные частицы из упомянутых секций тарелки внутри реактора.
16. Каталитический реактор согласно любому из предшествующих отличительных признаков, причем по меньшей мере одна секция тарелки содержит множество секций с геометрией поперечного сечения, позволяющей удаление из реактора без блокирования соседними секциями тарелки.
17. Каталитический реактор согласно любому из предшествующих отличительных признаков, причем по меньшей мере одна из указанных секций тарелки содержит сборочные средства, и упомянутые секции тарелки сцепляются с помощью упомянутых сборочных средств при сборке для формирования плавающей тарелки в виде одного интегрированного жесткого блока.
18. Каталитический реактор согласно любому из предшествующих отличительных признаков, причем по меньшей мере одна из упомянутых секций тарелки содержит разъединяющие средства, приспособленные для фиксации плавающей тарелки к внутренней части реактора.
19. Каталитический реактор согласно любому из предшествующих отличительных признаков, причем указанный каталитический реактор представляет собой реактор для гидроочистки.
20. Каталитический реактор согласно любому из предшествующих отличительных признаков, причем данный реактор имеет верхнюю часть в форме купола, причем плавающая тарелка расположена ниже или внутри нижней части этого купола.
Изобретение, кроме того, иллюстрируется с помощью прилагаемых чертежей, показывающих примеры вариантов исполнения изобретения.
Фиг.1 показывает изометрическое изображение сбоку и верхнюю часть плавающей тарелки для каталитического химического реактора (не показан) согласно одному варианту исполнения изобретения,
Фиг. 2 показывает изометрическое изображение сбоку и нижнюю сторону плавающей тарелки для каталитического химического реактора (не показан) согласно одному варианту исполнения изобретения, и
Фиг. 3 показывает вид в разрезе детали плавающей тарелки согласно одному варианту исполнения изобретения.
Номера позиций
01. Плавающая тарелка.
02. Секция тарелки.
03. Основание секции.
04. Элемент распределения текучей среды.
05. Опора тарелки.
06. Проволочная сетка.
07. Центральная секция тарелки.
08. Внешняя секция тарелки.
09. Быстроразъемные фиксаторы.
Варианты исполнения изобретения будут объяснены более подробно далее со ссылкой на чертежи, как видно на Фиг. 1, Фиг. 2 и Фиг. 3. Варианты исполнения настоящего изобретения поясняются с помощью примера и со ссылкой на сопровождающие чертежи. Следует отметить, что прилагаемые чертежи иллюстрируют только примеры вариантов исполнения данного изобретения, и поэтому они не должны рассматриваться как ограничивающие его объем, поскольку изобретение может допускать другие альтернативные варианты исполнения.
Каталитический реактор (не показан) включает полую верхнюю секцию, куда поступает технологическая текучая среда. В этом пустом пространстве может быть установлена плавающая тарелка 01, в этом варианте исполнения обеспечивающая не только отличительный признак распределения текучей среды от входа рабочей текучей среды в реактор на слой катализатора (не показан), но также отделение частиц от входящей технологической текучей среды, не требуя дополнительного пространства, добавленного в реактор. Плавающая тарелка изготовлена путем сборки секций тарелки 02 в объединенный жесткий блок. Множество внешних секций тарелки с формой круговой трапеции, то есть, в форме пирога с вырезанной внутренней частью с двумя прямыми сторонами, дугообразной внешней стороной и дугообразной внутренней стороной. Дугообразная внутренняя сторона приспособлена, чтобы соответствовать центральной секции 07 тарелки круглой формы. Все секции тарелки выполнены в размере, позволяющем их устанавливать, собирать, отсоединять и удалять в реакторе через верхний впуск реактора для технологической текучей среды (не показан), что делает плавающую тарелку подходящей для модернизации существующих реакторов. Секции тарелки могут содержать крепежные средства (не показаны), соединяющие их вместе, когда они собраны и зафиксированы с помощью быстроразъемных фиксаторов 09, которые подробно показаны на виде в разрезе части плавающей тарелки на Фиг. 2. Все быстроразъемные фиксаторы расположены рядом с центром плавающей тарелки, что обеспечивает возможность удаленной сборки и отсоединения тарелки, например, с помощью штанги с крюком, управляемой снаружи реактора через входное отверстие для технологической текучей среды в верхней части реактора. Все секции тарелки содержат такие средства, как подъемные петли или отверстия для дистанционного подъема и перемещения их в реакторе.
Секции тарелки включают основание секции 03, которое подходит для сбора любых частиц, которые вводятся в реактор с входным потоком технологической текучей среды. Частицы удаляются из входного потока текучей среды с помощью силы тяжести и снижения скорости потока текучей среды, что позволяет этим частицам оседать на основании секции секций тарелки. К основаниям секций прикреплены элементы распределения текучей среды 04 в форме трубок. Нижняя часть каждого элемента распределения текучей среды имеет отверстие для текучей среды, проходящее через отверстие в основании секции, а верхняя часть каждого элемента распределения текучей среды является открытой. Таким образом, элементы распределения текучей среды обеспечивают соединение по текучей среде от верхней стороны плавающей тарелки, через внутреннюю часть элементов распределения текучей среды, через основания секций и наружу из нижней стороны плавающей тарелки. Как видно из Фиг. 1 и Фиг. 2, элементы распределения текучей среды равномерно расположены по всей площади поперечного сечения плавающей тарелки. Это позволяет плавающей тарелке обеспечивать равномерное распределение текучей среды для технологической текучей среды, которая поступает выше плавающей тарелки из расположенного по центру впуска технологической текучей среды, и на слой катализатора (не показан) ниже этой плавающей тарелки внутри реактора. Как видно на Фиг. 1, элементы для распределения текучей среды могут, кроме того, содержать отверстия на боковой стороне трубок, которые приспособлены, чтобы распределять жидкость из тарелки и технологическую текучую среду на слой катализатора ниже. Внутри плавающей тарелки может присутствовать объем жидкости, причем объем зависит от расстояния от основания секции до отверстий на боковой стороне трубок.
Каждая отдельная внешняя секция тарелки и собранная плавающая тарелка в целом поддерживаются с помощью опор тарелки 05, как видно на Фиг. 1 и Фиг. 2. Эти опоры тарелки позволяют плавающей тарелке удерживаться («плавать») на слое катализатора внутри реактора. В частности, при модернизации существующих реакторов, это имеет множество преимуществ, поскольку делает плавающую тарелку независимой от каких-либо механических опор в реакторе. Также это делает простым монтаж плавающей тарелки внутри реактора, поскольку нет необходимости в сварных швах или подвесных опорах между тарелкой и реактором. Площадь опоры тарелки приспособлена, чтобы быть достаточно большой для удержания нагрузки плавающей тарелки плюс любой превышающей нагрузки от частиц и/или текучей среды, собранных внутри этой тарелки, без разрушения или повреждения катализатора в слое катализатора под плавающей тарелкой. Отличительным признаком настоящего варианта исполнения является изготовление по меньшей мере части плавающей тарелки из проволочной сетки 06. Это обеспечивает поток текучей среды также к той части слоя катализатора, которая закрыта опорой плавающей тарелки, как следствие, улучшая равномерное распределение технологической текучей среды на слой катализатора.