УСТРОЙСТВО ФИЛЬТРАЦИИ И РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ДЛЯ КАТАЛИТИЧЕСКОГО РЕАКТОРА
FILTRATION AND DISTRIBUTION DEVICE FOR CATALYTIC REACTOR

Настоящее изобретение относится к области распределительных тарелок, предназначенных для подачи газа и жидкости в прямоточные химические реактора с нисходящим потоком газа и жидкости.
Такие реактора встречаются в области нефтепереработки, в частности, в процессах гидроочистке, которые требуют потока водорода высокого давления и работают с тяжелым жидким сырьем, которое может содержать примеси, состоящие из засоряющих твердых частиц.
Действительно, в некоторых случаях жидкое сырье и даже смесь жидкого сырья и газа, богатого водородом, в условиях по температуре и давлению, требующихся для гидроочистки, содержит примеси, которые могут осаждаться на сам слой катализатора и со временем уменьшить свободный объем пор этого слоя катализатора, и, тем самым, привести к постепенному повышению потери напора. В крайних случаях, в частности, в конце цикла, наблюдается забивка слоя катализатора, что выражается в очень быстром усилении потери напора, что, как следствие, нарушает течение через реактор.
Потеря напора может стать такой, что оператор будет вынужден остановить реактор и заменить часть или весь катализатор, что, разумеется, влечет значительное сокращение продолжительности технологического цикла.
Из сырья, приводящего к засорению, можно назвать углеводородные смеси, которые могут содержать довольно большое количество ненасыщенных или полиненасыщенных ацетиленовых или диеновых соединений или комбинацию этих разных соединений, причем суммарное содержание этих ненасыщенных соединений может составлять до 90 вес.% сырья. В качестве характерного примера сырья, обсуждаемого в настоящем изобретении, можно назвать бензин пиролиза, где пиролиз означает процесс термического крекинга, хорошо известный специалисту. Можно назвать также тяжелые углеводородные фракции, в частности, газойли, вакуумные газойли, остатки атмосферной или вакуумной дистилляции. Эти тяжелые фракции могут быть получены при прямой перегонке сырой нефти или в процессах конверсии, таких как висбрекинг, коксование, деасфальтирование, каталитический крекинг или гидрокрекинг.
Засорение части слоя катализатора может вызываться несколькими механизмами.
Непосредственно, присутствие частиц в потоке сырья может привести к засорению в результате осаждения указанных частиц внутри слоя катализатора, результатом этого осаждения является уменьшение доли пустот.
Косвенно, образование слоя продуктов, получаемых в химических реакциях, обычно кокса, но, возможно, и других твердых продуктов, производных от примесей, присутствующих в сырье, продуктов, которые осаждаются на поверхность зерен катализатора, также может способствовать уменьшению доли пустот в слое.
Названные выше тяжелые углеводородные фракции могут также содержать различные примеси, в частности, производные железа или кальция, которые могут вносить вклад в засорение слоев каталихатора. Фракции типа остатков содержат также асфальтены, являющиеся химическими соединениями, часто описываемые как предшественники кокса.
Помимо того, что осаждения засоряющих частиц может происходить в слое более или менее случайным образом, оно может привести к неоднородностям распределения доли пустот этого слоя, что выражается в образовании предпочтительных траекторий.
Эти предпочтительные траектории очень пагубны с точки зрения гидродинамики, так как они более или менее серьезно возмущают однородность течения фаз в слое и могут приводить к неоднородности протекания химической реакции, а также вредны с точки зрения термодинамики (например, радиальный перепад температуры, точка перегрева).
Предшествующий уровень техники
Чтобы предотвратить преждевременное засорение слоя катализатора, были разработаны различные технические решения, которые базируются на использовании фильтрационной системы, устанавливаемой до слоя катализатора (в направлении течения потоков).
Например, можно назвать:
- документ FR 2889973, описывающий распределительную тарелку, которая напрямую поддерживает фильтрующую среду и, таким образом, обеспечивает одновременно функцию фильтрации по отношению к слою катализатора, находящемуся ниже по потоку, и распределение газовой и жидкой сред. Фильтрующая тарелка, согласно FR 2889973, содержит патрубки, имеющие перфорированные отверстия (или щели) в средней части фильтрующего слоя, что может создавать сложности в случае забивки слоя вблизи отверстий. Как результат, эта забивка слоя влечет забивку патрубков с двумя последствиями: несбалансированность распределения жидкого потока под распределительной тарелкой и риск повреждения патрубков при демонтаже тарелки с патрубками, склеившимися и слипшимися с фильтрационным слоем;
- документ FR2959677, который описывает совокупность 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 жестко закрепляют болтовым соединением или системой крепления скобами, что усложняет работы по монтажу и демонтажу;
- документ FR 2996465, который описывает систему фильтрации и распределения газовой и жидкой фазы, содержащую распределительную тарелку, снабженную распределительными патрубками и верхней перфорированной фильтровальной опорой, на которой находится слой фильтрующей среды и сквозь которую проходят патрубки распределительной тарелки. Фильтровальная опора удерживается механически на распределительной тарелке с помощью угловой детали, находящейся между указанной опорой и тарелкой, или с помощью завинчивающей системы. Основная трудность реализации такой системы заключается в загрузке фильтрующей среды, которая должна производиться после установки опоры на место в реакторе, и особенно при демонтаже системы, предполагающем предварительное опорожнение опоры изнутри реактора, что оказывается еще более сложным в случае агломерации (или схватывания) фильтрующей среды.
Задачей изобретения является разработка нового устройства фильтрации и распределения для прямоточного реактора с нисходящим потоком газовой фазы и жидкой фазы, которое было бы легче в установке и демонтаже, и позволяло бы тем самым снизить время простоя реактора и ограничить риски повреждения указанного устройства при операциях демонтажа.
Сущность изобретения
С решения этой задачи предлагается устройство фильтрации и распределения газовой фазы и жидкой фазы, которое можно поместить выше неподвижного слоя катализатора в прямоточном реакторе с нисходящим потоком газа и жидкости, причем устройство содержит:
- сплошную тарелку, расположенную в горизонтальной плоскости, на которой закреплены по существу вертикальные патрубки, открытые на их верхнем и нижнем концах, причем указанные патрубки снабжены отверстиями на по меньшей мере части их высоты,
- множество съемных корзин, способных вмещать и удерживать по меньшей мере одну фильтрующую среду, причем каждая съемная корзина ограничена вертикальной эллипсоидальной стенкой или по меньшей мере тремя боковыми вертикальными стенками и дном, при этом вертикальные стенки и/или дно проницаемы для газа и жидкости, и причем каждая корзина снабжена по меньшей мере одним средством поддержки корзины, действующим вместе с патрубком тарелки для поддержки съемной корзины.
Операции монтажа и демонтаже облегчаются по сравнению с устройствами предшествующего уровня техники, поскольку в устройстве по изобретению съемные корзины напрямую удерживаются патрубками, таким образом, нет необходимости в применении дополнительных средств для прикрепления корзин к распределительной тарелке, таких, например, как винты или скобы.
Помимо функции поддержки съемных корзин, патрубки распределительной тарелки могут обеспечить функцию направляющей при установке указанных корзин.
Другим преимуществом устройства согласно изобретению является то, что загрузку в корзины фильтрующей среды можно осуществлять снаружи реактора, что значительно облегчает и ускоряет работу, которая ограничивается затем помещением заполненных корзин над распределительной тарелкой. Кроме того, регулировку высоты фильтрующих частиц в каждой корзине можно производить очень точно от корзины к корзине.
Согласно одному варианту осуществления, через дно корзины проходит по меньшей мере один патрубок, и средство поддержки действует совместно с патрубком, проходящим через дно.
Согласно другому варианту осуществления, по меньшей мере одна из боковых стенок корзины содержит средство поддержки, действующее вместе с патрубком.
Предпочтительно, средство поддержки содержит трубу, закрепленную на дне корзины, и диаметр трубы существенно больше диаметра патрубка, причем указанная труба закрыта на верхнем конце и открыта на нижнем конце, так что труба способна вместить патрубок и, таким образом, опираться на него.
Так, труба содержать одно или несколько отверстий в зоне, примыкающей к ее верхнему концу, чтобы позволить газовой фазе диффундировать внутрь патрубков. В одном варианте осуществления труба является проницаемой для жидкой фазы и, возможно, способна удерживать твердую фазу, из которой состоит фильтрующая среда. Труба является пористой по ее высоте, чтобы позволить также прохождение через патрубки жидкой фазы, аккумулирующейся на уровне фильтрующей среды. Например, отверстия распределены по высоте трубы с регулярным шагом между ними. Альтернативно, труба выполнена из перфорированной сетки, например, типа сетки Джонсона.
Согласно альтернативному варианту осуществления, средство поддержки содержит множество вертикальных стоек, закрепленных на дне корзины и снабженных устройствами для подвески, выполненными с возможностью взаимодействия с патрубком.
Предпочтительно, дно корзин проницаемо для жидкой фазы, и высота h средства поддержки меньше высоты H патрубков, чтобы создать зону для сбора жидкой фазы между дном корзин и тарелкой. Этот вариант осуществления выгоден, так как он позволяет предоставить зону для сбора жидкости, в которой очищенная жидкая фаза смешивается перед распределением на слое катализатора через патрубки. В этом варианте осуществления отверстия патрубков находятся преимущественно в зоне для сбора жидкости, а средства поддержки не обязательно являются проницаемыми для жидкости.
Согласно другому предпочтительному варианту осуществления, фильтрующие корзины содержат по меньшей мере один патрубок, проницаемый для газа, и дно корзины проницаемо для жидкой фазы. Каждая корзина покоится на по меньшей мере одном патрубке сплошной тарелки, так что дно корзины образует средство поддержки корзины, действующее вместе с патрубком сплошной тарелки.
Согласно одному предпочтительному варианту осуществления, корзины разграничиваются патрубком тарелки, находящимся на каждом конце боковых сторон корзины.
Предпочтительно, корзины, находящиеся на периферии указанного устройства, имеют по меньшей мере одну боковую стенку, обладающую кривизной. Этот вариант осуществления позволяет реализовать устройство, которое может повторять кривизну стены реактора, в котором оно установлено, чтобы плотно закрывать сечение реактора.
Предпочтительно, две соседние корзины разделены промежутком, или рабочим зазором, чтобы позволить их размещение и их извлечение корзина за корзиной. Например, этот промежуток составляет от 1 до 20 мм, предпочтительно от 1 до 10 мм.
Настоящее изобретение относится также к прямоточному реактору с нисходящим потоком газа и жидкости, содержащему:
- неподвижный слой катализатора,
- устройство фильтрации и распределения газовой фазы и жидкой фазы согласно изобретению, установленное выше по потоку от слоя катализатора,
- по меньшей мере один слой фильтрующей среды, находящийся в корзинах,
при условии, что верхний конец патрубка находится выше верхнего фильтрующего слоя, когда указанный патрубок проходит через дно корзины.
Предлагаемый изобретением реактор представляет собой, например, прямоточный струйный реактор с нисходящим потоком газа и жидкости, работающий 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).
Предпочтительно, устройство фильтрации и распределения установлено в реакторе таким образом, чтобы оставить свободную кольцевую зону между стенки периферийных корзин, примыкающих к стенке реактора. Например, кольцевая зона соответствует 2%-50%, предпочтительно 5%-20% сечения реактора.
Согласно изобретению, корзины могут содержать несколько слоев фильтрующей среды.
Предпочтительно, устройство фильтрации и распределения, установленное в реакторе, содержит по меньшей мере одну съемную перфорированную защитную сетку, размещенную выше верхнего слоя фильтрующей среды. Эта защитная сетка позволяет защитить фильтрующую среду от попадания потока газа/жидкости, входящего в реактор и, таким образом, избежать выброса частиц, из которых состоит верхний слой фильтрующей среды. В контексте изобретения устройство может также содержать по одной съемной сетке на корзину, позволяя тем самым извлекать полные корзины, наклоняя их под углом к горизонтали, чтобы облегчить их прохождение через выпускное отверстие, выполненное в реакторе (например, лаз).
Из соображений легкости перемещения предпочтительно, чтобы съемные корзины имели размер меньше размера лаза, выполненного в реакторе.
Основным целевым применением является каталитическая обработка тяжелых нефтяных фракций, хотя настоящее изобретение может применяться к любому гидрированию нефтяных фракций, содержащих засоряющие частицы или элементы-предшественники образования кокса, которые могут вызвать забивку неподвижного слоя.
Подробное описание изобретения
В дальнейшем изобретение поясняется описанием неограничительных вариантов его осуществления, приводимым с ссылками на сопровождающие чертежи, на которых:
- фигура 1 схематически показывает вид в разрезе прямоточного реактора с нисходящим потоком газа и жидкости, содержащего устройство фильтрации и распределения, находящееся по потоку выше неподвижного слоя катализатора;
- фигура 2 является детальным видом сбоку распределительной тарелки в устройстве фильтрации и распределения согласно изобретению;
- фигура 3 является детальным видом сбоку совокупности корзин в устройстве фильтрации и распределения согласно изобретению;
- фигуры 4-6 показывают вид в сечении горизонтальной плоскостью, проходящей через прямую (AA') с фигуры 1, совокупности корзин для фильтрации в устройстве фильтрации и распределения согласно изобретению;
- фигура 7 является видом сбоку устройства фильтрации и распределения согласно другому варианту осуществления.
Как правило, похожие элементы обозначены на фигурах одинаковыми позициями.
Настоящее изобретение относится к устройству фильтрации и распределения, предназначенному для питания каталитического реактора, работающего на газообразном и жидком сырье, более конкретно в режиме течения, называемого струйным, то есть с поверхностной скоростью жидкости от 0,1 см/сек до 5 см/сек.
Согласно фигуре 1, устройство 1 фильтрации и распределения газовой фазы и жидкой фазы находится в прямоточном каталитическом реакторе 2 с нисходящим потоком газа и жидкости, корпус которого задается стенкой 3 обычно круглого сечения. Устройство 1 размещено выше по потоку от неподвижного слоя катализатора 4. Устройство согласно изобретению можно определить как распределительную тарелку, функцией которой является превратить двухфазную струю, входящую в реактор, в газожидкостную смесь, однородно распределенную по поверхности слоя катализатора, находящегося за указанной тарелкой, и которая выполняет также функцию фильтрации благодаря размещению фильтрующего слоя.
Как показано на фигурах 1 и 2, устройство 1 включает в себя распределительную тарелку 5, которая содержит сплошной лист 6 (называемый также сплошной тарелкой 6), на котором закреплены средства распределения 7 двухфазной газожидкостной смеси. Средства распределения 7, которые проходят через сплошной лист 6, имеют вид вертикальных патрубков 7, закрытых на их верхнем конце 8 и открытых на их нижнем конце 9, и имеют сбоку перфорации 10 (называемые здесь также отверстиями), распределенные по высоте патрубков 7, роль этих отверстий подробно описывается ниже. Следует отметить, что альтернативно отверстия 10, выполненные в патрубках 7, можно заменить одной или несколькими щелями. Кроме того, каждый патрубок 7 имеет боковое отверстие 8', находящееся под его закрытым верхним концом 8, чтобы позволить введение газовой фазы.
Предпочтительно, распределительная тарелка 5 выполнена так, чтобы сплошной лист 6 имел сечение, соответствующее сечению корпуса реактора. Таким образом, если реактор имеет круглое сечение, размер сечения сплошного листа соответствует внутреннему диаметру реактора.
Как показано на фигурах 1 и 2, нижний конец 9 патрубков 7 открывается на уровне или ниже сплошного листа 6 и выше неподвижного слоя катализатора 4. Предпочтительно, реактор содержит также рассеивающий элемент 11, размещенный ниже распределительной тарелки 5, функцией которого является разбивать и рассеивать струю газожидкостной смеси, выбрасываемой из нижнего конца 9 патрубков 7. Отметим, что согласно фигуре 2, открытый верхний конец 8 патрубков 7 накрыт отклоняющим элементом 12, который препятствует вхождению жидкой фазы через отверстие на верхнем конце 8, но пропускает газовую фазу в боковую зону верхней части.
Согласно изобретению, устройство 1 выполняет также функцию фильтрации, обеспечиваемую множеством фильтрующих корзин, находящихся над распределительной тарелкой 5 и поддерживаемых ею.
Как показано на фигуре 3, фильтрующие корзины состоят из дна 13, которое поддерживает по меньшей мере три по существу вертикальные боковые стенки 14. Вертикальные стенки 14 и дно 13 являются пористыми, чтобы пропускать жидкую фазу, одновременно удерживая фильтрующую среду 15. Вертикальные стенки 14 и дно 13 могут быть образованы из металлической сетки, например, типа сетки Джонсона, известной специалистам, или могут представлять собой сплошной металлический лист с перфорированными отверстиями, причем размер ячеек сетки или отверстий таков, что он строго меньше среднего размера компонентов фильтрующей среды 15, содержащихся в корзине.
Согласно изобретению и как следует из фигур 1 и 3, корзина дополнительно содержит по меньшей мере одно средство поддержки 16 корзины, действующее вместе с по меньшей мере одним патрубком 7 распределительной тарелки 5. В примере с фигуры 3 средство поддержки 16 имеет вид трубы, закрепленной на дне корзины, и диаметр этой трубы существенно больше диаметра патрубка 7. Труба закрыта на своем верхнем конце листом 17 и открыта на своем нижнем конце 20, чтобы она могла принимать патрубок. После установки корзины на место она опирается на патрубок 7 посредством листа 17. Кроме того, отметим, что область, примыкающая к верхнему концу трубы 16, имеет отверстия 21, сообщающиеся с открытым верхним концом патрубка, на который она установлена, чтобы позволить проходить газовому потоку в трубу 16, а затем в патрубок 7 распределительной тарелки. В одном частном варианте осуществления, когда патрубки снабжены отверстиями, распределенными по высоте, трубы также являются пористыми на по меньшей мере нижней половине их высоты, а предпочтительно на всей их высоте, чтобы обеспечить прохождение очищенной жидкой фазы от фильтрующих корзин в распределительные патрубки. Согласно другому альтернативному варианту осуществления (не показан), средство поддержки имеет вид вертикальных стоек, закрепленных на дне корзины, и указанные стойки снабжены устройствами для подвески, выполненными с возможностью совместного действия с патрубком, например, на уровне верхнего отверстия патрубка или на любом другом уровне высоты патрубка.
Горизонтальное сечение, ограниченное вертикальными стенками 14, может быть треугольным (в случае трех вертикальных стенок), как показано на фигуре 4, круглым (частный случай вертикальной стенки эллипсоидальной формы), как показано на фигуре 6, или шестиугольным (в случае шести вертикальных стенок), как показано на фигуре 5. Горизонтальное сечение корзины может быть также четырехугольным, например, квадратной или прямоугольной формы.
Фигура 1 показывает один частный вариант осуществления устройства фильтрации и распределения, в котором дно 13 корзин является проницаемым для жидкой фазы, и в котором высота h, отсчитываемая от дна корзины до верхнего конца средства поддержки 16, меньше высоты H патрубков, чтобы создать зону E для сбора жидкой фазы (называемую также зоной E смешения жидкости) между дном 13 корзин и распределительной тарелкой 5. Отметим, что в этом варианте осуществления отверстия 10 патрубков находятся в основном в зоне сбора, чтобы сообщаться с ней, и что стенки поддерживающих корзины труб 16 не обязательно являются проницаемыми для жидкости, например, стенки труб являются сплошными.
Отметим, что, как показано также на фигуре 1, отверстия 10 в патрубках 7 могут иметься на большей части высоты патрубков 7, так что указанные отверстия 10 находятся в слое фильтрующей среды 15. Когда средство поддержки проницаемо для жидкости, это позволяет сохранять распределение жидкости по мере забивки, потому что всегда используются все патрубки 7, и потому что скорость потока жидкости между патрубками остается почти неизменной, причем она определяется в основном уровнем жидкости, установившимся в фильтрующих корзинах. Таким образом, распределение жидкости остается контролируемым в продолжение всего срока службы фильтрационного слоя, а постепенное задействование боковых отверстий или боковых щелей, распределенных по длине патрубков, позволяет использовать фильтрационный слой до его полного насыщения без повышения градиента давления, которое заставило бы остановить реактор.
Предпочтительно и как показано на фигуре 1, суммарная площадь сечения всех фильтрующие корзин в устройстве не занимает всего сечения реактора. Действительно, между зоной фильтрации корзин, называемых "периферийными", и стенкой 3 реактора имеется кольцевой зазор 18. Этот кольцевой зазор 18 позволяет жидкости проходить в зону сбора E, а затем к средствам распределения 7 даже в случае, когда фильтрующая среда забита различными примесями, накапливающимися со временем.
В случае, когда фильтрующие корзины больше не обеспечивают функцию фильтрации, распределительная тарелка продолжает, тем не менее, функционировать благодаря отверстиям 10 элементов патрубка 7, которые находятся в зоне E перемешивания жидкости.
Ширину этого кольцевого зазора устанавливают так, чтобы баланс по давлению соблюдался даже в случае, когда тарелка полностью забита. Предпочтительно, кольцевая зона 18 соответствует 2-50%, предпочтительно 5-20% поперечного сечения реактора.
Когда устройство фильтрации и распределения применяется в реакторе, фильтрующие корзины наполнены одним или несколькими слоями фильтрующей среды 15. Например, слой фильтрующей среды 15 может содержать элементы, называемые защитными, на высоте, обычно составляющей от 100 мм до 450 мм, предпочтительно от 100 до 300 мм.
Защитные элементы, являющиеся компонентами указанного слоя, могут представлять собой:
- частицы защитного материала или любые другие частицы, служащие обычно элементами защиты, например, выпускаемые в продажу фирмой Axens,
- подложку катализатора или катализатор (свежий, или отработавший, или регенерированный).
Для устройства по настоящему изобретению может подходить любой материал, способный удерживать засоряющие частицы, содержащиеся в сырье, как, например, металлический или керамический сетчатый материал, например, выпускаемый в продажу фирмами Unicat или Crystaphase. Эти сетчатые материалы могут иметь вид диска круглого сечения с диаметром 3-5 см и высотой от 1 до 3 см.
Следует отметить, что фильтрующие элементы могут иметь различные формы, как, например, шарики, многодольчатые цилиндры, простые цилиндры, полые трубки или же иметь форму колеса телеги; этот список не является исчерпывающим.
В большинстве случаев достаточно единственного слоя фильтрующей среды. Тем не менее, при высоте фильтрующей среды более 200 мм можно использовать несколько слоев, причем размер фильтрующих элементов данного слоя меньше, чем размер фильтрующих элементов, образующих слой, находящийся непосредственно выше данного.
Однако для применения устройства в реакторе следует стремиться к тому, чтобы в конце загрузки фильтрующей среды 15 верхний конец распределительных патрубков 7 находился выше верхнего слоя фильтрующей среды, чтобы не мешать проходу газовой фазы внутрь патрубка из распределительной тарелки.
Как следует из фигуры 1, устройство предпочтительно содержит перфорированную защитную сетку 19, находящуюся над верхним слоем фильтрующей среды 15. Эта защитная сетка позволяет защитить фильтрующую среду от попадания газожидкостного потока, входящего в реактор, чтобы предотвратить выбивание частиц, образующих верхний слой фильтрующей среды и, позволяет также осуществить легкую загрузку/выгрузку путем наклона относительно горизонтали.
Согласно другому варианту осуществления устройства фильтрации и распределения, высота h средства поддержки по существу равна высоте H патрубков, чтобы не создавать зоны сбора E жидкой фазы между дном корзин и тарелкой, и чтобы дно корзин покоилось на сплошной тарелке 6. В этом варианте осуществления средства поддержки 16 корзины являются проницаемыми для жидкости по меньшей мере на нижней половине их высоты, а предпочтительно на большей части высоты, и боковые отверстия 10 в патрубках распределены в по меньшей мере нижней половине высоты патрубка, а предпочтительно на большей части высоты указанных патрубков 7. Ввиду того, что в этом варианте осуществления дно 13 корзин покоится на сплошной тарелке 6, не требуется, чтобы дно 13 было проницаемым для жидкости.
Работа устройства фильтрации и распределения, установленного в прямоточном реакторе с нисходящим потоком газовой фазы и жидкой фазы, описывается ниже с обращением к фигуре 1. Обычно фильтрующую тарелку согласно изобретению устанавливают по меньшей мере до первого слоя катализатора 4 (в направлении течения потоков). Когда двухфазное газожидкостное сырье вводится ярусами на разные катализаторные слои, рассредоточенные по реактору, устройство согласно изобретению можно разместить до каждого слоя катализатора.
Газожидкостную смесь направляют в верхнюю часть устройства согласно изобретению, как показано стрелкой G/L. Газообразная фракция смеси, которая проникла в патрубки 7 через верхние отверстия после прохождения через верхние отверстия 21 средства поддержки 16, направляется под сплошную тарелку 6. Что касается жидкой фракции, которой не дают пройти в верхнюю часть патрубков отклоняющие элементы 12 (смотри фигуру 2), она собирается в фильтрующих корзинах и просачивается через слой или слои фильтрующей среды, содержащиеся в корзинах. Контактирование жидкой фазы с фильтрующими элементами позволяет задержать частицы, ответственные за загрязнение слоя катализатора, давая в результате жидкость, называемую "очищенной", которая диффундирует через отверстия в дне корзин.
Таким образом, очищенная жидкость собирается в зоне E сбора, которая занята только жидкостью, так как при нормальной работе реактора уровень жидкости над тарелкой 6 находится внутри слоя среды 15 и ниже верхнего конца патрубков 7, которые доступны только для газа. Очищенная жидкость, скопившаяся в зоне E сбора, диффундирует затем в патрубки через отверстия 10, открывающиеся в эту зону, и смешивается с газовой фазой, циркулирующей в патрубках 7. Очищенная газожидкостная смесь выводится из патрубков 7 через их нижнее отверстие 9 ниже сплошной тарелки 6. Затем струя газожидкостной смеси рассеивается, когда она встречает рассеивающий элемент или элементы 11, находящиеся между слоем катализатора 4 и сплошной тарелкой 6.
В одном частном варианте осуществления патрубки содержат также отверстия, которые расположены в зоне, соответствующей высоте фильтрующей среды, и средства поддержки 16 (труба) являются проницаемыми для жидкой фазы, чтобы очищенная жидкость могла диффундировать напрямую из зоны фильтрации в патрубки, проходя через трубы.
Режим работы устройства фильтрации и распределения согласно изобретению, в котором дно 13 корзин, возможно сплошное, опирается на тарелку 6, похож на режим, описанный выше, с тем отличием, что очищенная жидкость не выходит из корзин через их дно, но диффундирует через средства поддержки 16, а затем в патрубки 7 через боковые отверстия 10 в патрубках.
Фигуры 4-6, представляющие собой виды в сечении горизонтальной плоскостью, проходящей через прямую (AA') с фигуры 1, показывают разные формы, которые могут иметь фильтрующие корзины, поддерживаемые патрубками 7 распределительной тарелки.
Можно видеть, что фильтрующие корзины согласно изобретению имеют по меньшей мере три вертикальные боковые стенки 14, которые задают сечение корзины. Корзины, одна стенка которых примыкает к стене реактора, могут иметь на некоторой из их стенок кривизну, соответствующую кривизне стены реактора. Горизонтальное сечение, ограниченное вертикальными стенками, может быть треугольным (случай трех вертикальных стенок), как показано на фигуре 4, или шестиугольным (случай шести вертикальных стенок), как представлено на фигуре 5. В этих предпочтительных вариантах осуществления через все корзины проходит по меньшей мере один патрубок, с которым взаимодействует средство поддержки корзины.
Как показано на фигурах 4 и 5, углы корзин ограничены патрубком распределительной тарелки. Так, в случае, показанном на фигуре 4, через корзину треугольной формы проходит центральный патрубок, и по одному патрубку в каждом углу. На фигуре 5 корзина имеет шестиугольную форму, и сквозь нее проходит один патрубок в центре и шесть других патрубков, по одному в каждом углу шестиугольника.
Альтернативно и как показано на фигуре 6, корзины ограничены одной вертикальной стенкой в форме круга, являющегося частным случаем эллипса.
В тех случаях, когда используемые корзины не имеют вертикальной стенки в форме эллипса, различают корзины, у которых ни одна из стенок не соприкасается со стенкой реактора, такие корзины называются центральными, и корзины, у которых часть стенок примыкает к стене реактора, такие корзины называются периферийными. Периферийные корзины могут иметь по меньшей мере одну изогнутую боковую стенку, форма которой соответствует форме стены 3 реактора, тогда как центральные корзины имеют прямые вертикальные стенки.
В другом альтернативном варианте осуществления (не показан) используются корзины, углы которых ограничены патрубком, и через дно которых не проходит патрубок распределительной тарелки. В этом случае роль средства поддержки корзины выполняют боковые стенки корзин, которые могут принимать форму отогнутых лопаток, образующих крюк, способный цепляться за патрубок.
Как правило, все корзины устроены так, чтобы они занимали все поперечное сечение реактора, оставляя только промежуток, или рабочий зазор, между боковыми стенками соседних корзин, чтобы позволить их введение или извлечение по отдельности, то есть корзину за корзиной.
Другой вариант осуществления устройства фильтрации и распределение согласно изобретению показан на фигуре 7. Устройство 1 фильтрация и распределение содержит распределительную тарелку 5, конструкция которой идентична конструкции тарелки с фигуры 2, и множество фильтрующих корзин, содержащих по меньшей мере одну фильтрующую среду 15.
Распределительная тарелка 5 снабжена множеством вертикальных патрубков 7, закрытых на их верхнем конце 8 и открытых на их нижнем конце 9 и имеющих боковые перфорации 10 (называемые здесь также отверстиями), распределенные по высоте патрубков 7. Отметим, что стенка патрубка 7, находящаяся на верхнем конце 8, имеет вырез полукругом, образующий отверстие 8', обеспечивающее прохождение газа. Патрубок 7 содержит пластину 12, которая позволяет закрыть верхний конец 8.
Как видно из фигуры 7, фильтрующие корзины состоят из дна 13, которое проницаемо для жидкости, и вертикальных стенок 14, которые также предпочтительно проницаемы для жидкости и, кроме того, содержат по меньшей мере один патрубок 22, предназначенный для прохождения газа к распределительной тарелке 5. Например, корзины (дно, боковые стенки и патрубок) могут быть образованы из сетки или металлических листов, имеющих перфорации, позволяющие проходить газу и жидкости.
Вариант осуществления с фигуры 7 существенно отличается от варианта с фигуры 1 тем, что каждая фильтрующая корзина опирается на по меньшей мере один патрубок 7 распределительной тарелки своим дном 13, которое, таким образом, является средством поддержки 16, взаимодействующим с патрубком распределительной тарелки. Более точно, в варианте с фигуры 7 дно 13 опирается на пластину 12 патрубка 7.
Кроме того, в этом варианте осуществления патрубок 22 корзины смещен (фиг. 7) или находится на одной линии с патрубком 7 распределительной тарелки. Когда корзина расположена так, что ее патрубок 22 выровнен с патрубком 7 распределительной тарелки, пластина 12 указанного патрубка имеет отверстия, обеспечивающие прохождение газового потока между этими двумя патрубками.
По сравнению с вариантом осуществления, показанном на фигуре 1, монтаж/демонтаж корзины является более легким, так как точность позиционирования корзин относительно распределительной тарелки больше не требуется, поскольку корзина не должна больше скользить вдоль патрубков 7. Этот вариант осуществления выгоден также по сравнению с вариантом, показанным на фигуре 1, тем, что он позволяет увеличивать высоту фильтрующей среды независимо от высоты патрубка 7 распределительной тарелки. Согласно одному предпочтительному варианту осуществления, дно корзины 13 и пластина 12 патрубка 7 содержат соответственно дополняющие элементы позиционирования (охватываемого/охватывающего типа), способные сцепляться друг с другом, позволяя тем самым удерживать корзины на месте относительно распределительной тарелки.
Работа такого устройства фильтрации и распределения по существу аналогична работе, описанной в связи с фигурой 1, но отличается тем, что газообразная фракция газожидкостной смеси диффундируют к зоне сбора E, ограниченной сплошной тарелкой 6 и дном 13 корзины, образуя верхнее газовое пространство в указанной зоне E. Что касается жидкой фракции, она просачивается через фильтрующую среду 15, затем пересекает дно 13 корзины, собираясь в зоне сбора E под верхним газовым пространством. Очищенная жидкость, скопившаяся в зоне сбора E, диффундирует затем в патрубках 7 через отверстия 10, открывающиеся в эту зону, и смешивается с газообразной фракцией, которая движется в патрубках 7 через отверстие 8'.
Устройство фильтрации и распределения согласно настоящему изобретению применимо к процессам гидроочистки, селективного гидрирования, конверсии остатков или окисления нефтяных фракций. Тяжелое сырье, подходящее для обработки с помощью предлагаемой изобретением фильтрующей и распределяющей тарелки, можно определить как сырье, точка кипения которого выше 350°C, в частности, типа вакуумного дистиллята, остатка или родственного типа: вакуумный газойль, атмосферные остатки, вакуумные остатки, деасфальтированные масла, или же вакуумные остатки или дистилляты с процессов конверсии, таких, например, как коксование, гидроочистка или гидрокрекинг в неподвижном слое, в кипящем слое или в движущемся слое. Все эти типы вакуумных дистиллятов или остатков могут использоваться по отдельности или в смеси.
Это тяжелое сырье может использоваться как есть или быть разбавлено углеводородной фракцией или смесью углеводородных фракций.
Тяжелое сырье, рассматриваемое в настоящем изобретении, может также содержать фракции, поступающие с процессов ожижения угля, ароматических экстрактов или любых других углеводородных фракций.
Пример
Ниже описан один иллюстративный пример определения размеров устройства фильтрации и распределения по изобретению в соответствии с фигурой 5 для реактора с внутренним диаметром 5,5 м.
Характеристики распределительной тарелки, которая несет 1149 вертикальных патрубков, следующие:
- диаметр сплошной тарелки: 5,5 м
Размеры вертикальных патрубков:
- высота патрубков: 440 мм от сплошной тарелки
- наружный диаметр патрубков: 50 мм
- шаг между патрубками: 150 мм
Патрубки содержат два ряда отверстий для впуска жидкости:
- ряд 1 отверстий: высота относительно сплошной тарелки 40 мм, 3 отверстия по 5 мм
- ряд 2 отверстий: высота относительно сплошной тарелки 130 мм, 3 отверстия по 5 мм
- отверстие для прохода газа вверху патрубка для впуска газа: 50 мм
Кроме того, устройство содержит 383 корзины с шестиугольным сечением, которые могут принимать патрубок в каждом углу шестиугольника. Размеры корзины следующие:
- ребро шестиугольника: 95 мм
- высота вертикальных стенок: 240 мм
Шестиугольное дно каждой корзины снабжено центральным отверстием, над которым установлена труба, закрытая на ее верхнем конце, в которую вводится распределительный патрубок. Размеры трубы следующие:
- внутренний диаметр трубы: 55 мм
- высота трубы: 300 мм
Таким образом, корзины поддерживаются посредством центральной трубы, которая опирается на патрубок. Дно корзин находится на расстоянии 140 мм выше сплошного листа распределительной тарелки, задавая пространство смешения для очищенной жидкой фазы, имеющее высоту 140 мм.
Корзины могут также содержать фильтрующую среду, состоящую из одного или двух слоев, толщина которых, измеренная от дна корзины, составляет 230 мм.