Каталитический химический реактор с отделением частиц с фильтрующим устройством
CATALYTIC CHEMICAL REACTOR WITH SEPARATION OF PARTICLES WITH FILTERING DEVICE

Область техники
Данное изобретение относится к каталитическому химическому реактору с отделением частиц. Более конкретно, изобретение относится к реактору с одним или несколькими фильтрующими устройствами, отфильтровывающими частицы от входящего потока жидкой среды в реактор до того, как этот поток жидкой среды поступает в реакционную камеру с катализаторами. Реактор может представлять собой каталитический реактор с нисходящим потоком, который включает в себя вертикально наложенные уплотненные слои каталитического материала в виде частиц. Этот тип реактора используется в нефтяной и химической перерабатывающей промышленности для проведения различных каталитических реакций, таких как конверсия серы и азота (HDS/HDN); гидрирование: олефинов (HYD) и ароматических соединений (гидродеароматизация - HDA), удаление металлов (гидродеметаллизация - HDM), конверсия кислорода (гидродеоксигенация - HDO) и гидрокрекинг (НС). В качестве альтернативы, реактор представляет собой радиальный конвертор, где элементы ярусов должны быть прикреплены к реактору. Этот реактор имеет радиальный поток, пересекающий уплотненный слой каталитического материала, и он обычно используется в нефтяной и химической перерабатывающей промышленности для проведения каталитических реакций, таких как каталитический риформинг и синтез аммиака.
Уровень техники
Отделение и классификация по размерам частиц представляют собой хорошо изученные потребности в химической, фармацевтической, горнодобывающей и пищевой промышленности. Хотя классификация частиц по размерам в промышленных процессах может потребоваться для улучшения качества определенного продукта, отделение частиц также может быть необходимо для очистки потока текучей среды или во избежание проблем с технологическим оборудованием.
Иногда частицы специально присутствуют в технологическом потоке. Это, например, случай процессов сгорания на основе пылевидного топлива или производства фармацевтических или специализированных химических продуктов с использованием порошковой технологии. В других случаях присутствие частиц является непреднамеренным. Это, например, случай некоторых потоков в нефтепереработке, выходящих потоков из псевдоожиженных слоев, потоков продуктов из реакторов Фишера-Тропша. Частицы могут иметь различное происхождение: они могут быть частью исходного сырья и других потоков реагентов, или они могут генерироваться и собираться из технологического оборудования, например, в качестве продуктов эрозии. Частицы могут быть твердыми или жидкими, могут иметь органическую природу, такую как уголь, кокс и смолы, или неорганическую природу, такую как соли, продукты износа или коррозии и эрозии в виде компонентов железа или продукты износа частиц катализатора. Они могут быть жидкими, в виде какого-либо водного тумана, и содержать живые примеси, такие как бактерии. Форма и размер также могут сильно различаться - от сфер до чешуек, от миллиметров до нескольких микрон или меньше. Если частицы являются нежелательными в последующем процессе, часто фильтр или другая подходящая технология отделения частиц, известная в данной области техники, удаляет большую часть этих частиц перед чувствительным оборудованием.
Один конкретный пример проблем, создаваемых частицами, можно увидеть при гидроочистке нафты. Подаваемое в реактор гидроочистки сырье иногда содержит частицы. Когда содержащее частицы исходное сырье вводится в реактор гидроочистки, эти частицы имеют тенденцию быстро образовывать отложения на фильтре или катализаторе.
По этой причине реакторы могут требовать частого удаления поверхностной части затронутого слоя яруса, чтобы сдерживать рост перепада давления в реакторе. Частота, составляющая раз в 5-6 месяцев или даже раз в 2-3 месяца, для удаления поверхностного слоя является не редкостью.
Патент США US 2009177023 раскрывает фильтрующую тарелку для реактора с неподвижным слоем с прямоточным нисходящим течением газа и жидкости.
Устройство может улавливать закупоривающие частицы, содержащиеся в жидком исходном сырье, питающем реактор, работая в режиме нисходящего прямоточного течения газа и жидкости, с использованием специальной распределительной тарелки, содержащей фильтрующую среду. Это устройство имеет конкретное применение для селективного гидрирования исходного сырья, содержащего ацетиленовые и диеновые соединения.
Европейский патент ЕР 0358923 раскрывает способ и аппарат для очистки сырьевого газа, образующегося в результате газификации твердых веществ. В способе и аппарате для очистки сырьевого газа из газификации твердых веществ, содержащего гранулированные и пылевидные твердые частицы, следует найти решение, с помощью которого твердые частицы любого размера по большей части удаляются из этого сырьевого газа перед поступлением в расположенные ниже по потоку устройства охлаждения. Это достигается тогда, когда сырьевой газ на первой стадии очистки проходит из зоны газификации по прямой линии в направлении пространства, задерживающего газ, в результате чего гранулированные твердые частицы осаждаются в нижней части этого пространства, задерживающего газ, а затем, на второй стадии очистки, частично очищенный сырьевой газ подвергается боковому отклонению от пространства, задерживающего газ, и претерпевает изменение в скорости, сниженной по меньшей мере в 3 раза, и после еще одного бокового отклонения газа, по существу, проходит в основном в вертикальном направлении через фильтр твердых частиц, где из этого сырьевого газа удаляются пылевидные твердые частицы.
При установке фильтрующих устройств в каталитическом реакторе проблема возникает, когда фильтрующее устройство приходится обслуживать, например при установке, или когда собранные частицы должны быть удалены. Пространство для обслуживания является узким и опасным, что означает, что известные фильтрующие устройства являются трудноизвлекаемыми и отнимающими много времени в обслуживании.
Проблема также появляется, когда фильтрующее устройство закупоривается плотно, что влечет за собой повышение перепада давления в фильтрующем устройстве. Когда этот перепад давления становится слишком высоким, он отрицательно влияет на эффективность производства и требуется обслуживание/очистка этого фильтрующего устройства. Возникающая в результате производственная остановка реактора является очень затратной.
Таким образом, существует потребность в каталитическом реакторе с улучшенным фильтрующим устройством, которое защищает катализатор от частиц в реакционном потоке текучей среды на входе в реактор, который является простым, безопасным и быстрым в обслуживании и который обеспечивает длительное, эффективное время работы реактора, несмотря на накопление частиц на этом фильтрующем устройстве.
Краткое описание изобретения
Эти задачи решаются с помощью настоящего изобретения, каталитического химического реактора, включающего по меньшей мере одно фильтрующее устройство. Согласно изобретению предоставляется каталитический реактор, который включает по меньшей мере одно фильтрующее устройство 01 для отделения частиц от впускного технологического потока текучей среды, втекающего в реактор, до того, как они достигнут катализатора в реакционной камере реактора, путем сбора их на этом фильтрующем устройстве. Фильтрующее устройство включает основание 02 и по меньшей мере одну фильтрующую кассету 03/04. Основание имеет по меньшей мере один посадочный торец 15 с такими размерами, поверхностью и фиксирующими элементами, чтобы соответствовать и удерживать по меньшей мере одну фильтрующую кассету. Это позволяет установить фильтрующую кассету на основании с возможностью снятия. Таким образом, при обслуживании фильтрующего устройства можно разбирать его и обрабатывать отдельные более легкие части, в частности фильтрующую кассету, проще, то есть без подъема и работы с общим весом фильтрующего устройства. Фильтрующая кассета приспособлена для сбора и удерживания частиц свыше определенного размера от поступления в каталитическую реакционную камеру реактора. Кассета включает раму кассеты 06 и по меньшей мере одну фильтрующую сетку 05 с отверстиями. Рама кассеты выполнена с возможностью удерживания фильтрующей сетки либо с возможностью снятия, либо фиксированной с помощью фиксирующих средств, известных в данной области техники. Размер отверстий определяет размер частиц, которые собираются на фильтрующем устройстве, и то, частицы какого размера имеют возможность пройти через сетку. В некоторой степени собирается даже часть частиц с меньшим размером, чем отверстия, поскольку во время работы более крупные частицы, собранные на сетке, также действуют в качестве фильтра, как известно в данной области техники. Отличительный признак этого фильтрующего устройства состоит в том, что основание представляет собой основание кассеты, выполненное за одно целое с выпуском 08 фильтрующего устройства. Это означает, что это основание не только служит для целей установки одной или нескольких фильтрующих кассет с одной или несколькими фильтрующими сетками, но оно также служит в качестве выпуска фильтрующего устройства в направлении каталитической реакционной камеры реактора ниже по потоку от этого фильтрующего устройства, что является отличительным признаком, который дополнительно уменьшает размер и сложность системы.
В одном варианте осуществления изобретения основание фильтрующего устройства, описанное выше, включает два посадочных торца, что позволяет устанавливать некоторое число фильтрующих кассет на обоих посадочных торцах. Это уменьшает количество оснований, необходимых для установки заданного размера площади фильтрующей сетки, а также уменьшает количество выпусков в каталитическую реакционную камеру, необходимое для заданного размера площади фильтрующей сетки, следовательно, это упрощает оборудование и снижает стоимость производства и установки. В конкретном варианте осуществления два посадочных торца расположены на двух противоположных сторонах основания. Другой возможный вариант осуществления состоит в том, что на основании имеются три, четыре или больше посадочных торцов.
В другом варианте осуществления изобретения интегрированный выпуск фильтрующего устройства расположен в нижней части основания, что является практичным во многих случаях, когда фильтрующие устройства расположены выше каталитической реакционной камеры реактора и, таким образом, этот выпуск может вести непосредственно из фильтрующего устройства вниз по направлению к реакционной камере.
Фильтрующая кассета может содержать две фильтрующие сетки в другом варианте осуществления. Фильтрующие сетки могут быть расположены последовательно относительно потока технологической текучей среды, который в этом случае должен проходить через обе сетки. Это может быть полезно, особенно когда сетки установлены в реакторе в положении, отличном от горизонтального, например, в вертикальном положении. Поскольку частицы под действием силы тяжести имеют тенденцию собираться сначала в нижней части сеток, то две последовательно соединенные сетки обеспечивают эффект «перелива» от сетки, находящейся выше по потоку, которая во время работы частично забивается в нижней части, и далее к сетке, находящейся ниже по потоку, которая является менее забитой. Таким образом, общая площадь фильтрующей сетки соответственно увеличивается без увеличения внешней площади фильтрующего устройства.
Этот принцип может быть реализован даже еще на шаг вперед, путем того, что имеются несколько кассет, установленных друг на друга в последовательном соединении относительно потока текучей среды. Соответственно, в другом варианте осуществления изобретения одна или несколько кассет 1-го порядка устанавливаются на основании, а затем одна или несколько кассет 2-го порядка устанавливаются на кассетах 1-го порядка. Таким образом, площадь фильтрующей сетки одного фильтрующего устройства может быть в несколько раз больше, чем внешняя площадь этого фильтрующего устройства, то есть, если каждая кассета содержит две фильтрующие сетки, расположенные последовательно с технологической текучей средой, две кассеты устанавливаются друг на друга, а основание имеет два посадочных торца, то общая площадь фильтрующей сетки фильтрующего устройства может быть приблизительно в четыре раза больше, чем площадь самой кассеты, и значительно больше общей площади фильтрующего устройства в целом. Поскольку площадь фильтрующей сетки является существенной для способности фильтрующего устройства собирать частицы и производственного периода, который возможен, пока не понадобится остановка на обслуживание, площадь фильтрующей сетки можно увеличить еще больше, придавая этой фильтрующей сетке зигзагообразную структуру, если смотреть на вид в поперечном сечении. Соответственно, фильтрующая сетка в одном варианте осуществления может быть выполнена из перфорированной металлической пластины, которая изогнута в зигзагообразную структуру. Размер отверстия, а также открытая область фильтрующей сетки, определяемая общей площадью отверстий сетки, могут варьироваться в зависимости от потребностей конкретного процесса. В одном варианте осуществления открытая область составляет по меньшей мере 40% площади сетки.
В одном варианте осуществления изобретения простота в обращении с фильтрующим устройством улучшается с помощью ручных быстроразъемных креплений для крепления кассеты к основанию. Быстроразъемное устройство упрощает простую установку и удаление кассет на основании фильтрующего устройства или с него. Также это решение является мерой безопасности, так как требуется меньше времени для работы любого персонала в реакторе.
Чтобы дополнительно облегчить простое обслуживание фильтрующего устройства, фильтрующие кассеты в другом варианте осуществления могут быть выполнены из двух разъемных секций. Каждая секция кассеты включает по меньшей мере одну фильтрующую сетку, и эти секции могут быть скреплены вместе с помощью ручных быстроразъемных креплений. Как объяснялось ранее, важно, чтобы фильтрующее устройство было простым в обслуживании, как по экономическим, так и по соображениям безопасности. Разделяя кассету на две секции, можно достичь и очистить область между двумя секциями, а кроме того, каждая деталь, которая нуждается в обработке, имеет небольшой вес. В другом варианте осуществления пустое пространство внутри кассеты между двумя сетками может быть заполнено каталитическим или инертным материалом, который проницаем для потока технологической текучей среды в реактор. Таким образом, фильтрующие свойства и даже каталитические свойства фильтрующего устройства могут быть улучшены без остановки этого фильтрующего устройства.
Упомянутое быстроразъемное крепление в одном варианте осуществления может включать зацепляющие соединения либо на секции кассеты, либо также между кассетой и основанием. Эти соединения могут быть отцеплены просто путем отклонения одной части от другой, то есть, путем отклонения одной секции кассеты от другой. Этот принцип позволяет демонтировать детали фильтрующего устройства в очень узком пространстве, и если эти детали все еще держатся на опоре в реакторе, то не требуется подъема. Угол наклона может составлять всего несколько градусов, например, около 5. В одном варианте осуществления угол наклона составляет менее 45. Чтобы закрепить на основании несколько кассет, в одном варианте осуществления может быть использована запирающая планка, которая за одну операции/движение закрепляет на основании несколько кассет. В другом варианте осуществления подобрана крышка для покрытия верхней части фильтрующего устройства вместе со всеми кассетами, установленными на основании. Эта крышка может быть прикреплена к фильтрующему устройству с использованием ручных быстроразъемных креплений. Также в одном варианте осуществления крышка может быть приспособлена для крепления кассет к основанию фильтрующего устройства. Любое из упомянутых быстроразъемных приспособлений может представлять собой крепежный выступ и отверстие под этот выступ, крепеж со сдвигом или другие известные типы.
В одном варианте осуществления реактор может иметь верхнюю часть в форме купола, включающую впускное отверстие для технологической текучей среды в верхней части купола и опорную плиту в нижней части купола. Основание каждого из одного или нескольких фильтрующих устройств согласно изобретению устанавливают на этой опорной плите, которая имеет отверстие под каждым из оснований фильтрующего устройства, чтобы обеспечить прохождение потока технологической текучей среды от впускного отверстия для технологической текучей среды реактора, через одно или несколько фильтрующих устройств в направлении одного или нескольких выпусков фильтрующих устройств и далее вниз в направлении каталитической реакционной камеры реактора. В одном варианте осуществления изобретения каталитический реактор с отделением частиц представляет собой реактор гидрообработки.
Отличительные признаки изобретения
1. Каталитический реактор с отделением частиц для химических реакций, включающий по меньшей мере одно фильтрующее устройство для отделения частиц от входящего в реактор потока текучей среды, причем указанное фильтрующее устройство включает основание, по меньшей мере одну фильтрующую кассету, включающую одну или несколько фильтрующих сеток, содержащих отверстия, причем указанное основание включает по меньшей мере один посадочный торец для установки одной или нескольких фильтрующих кассет, и основание дополнительно включает выпуск текучей среды для фильтрующего устройства в направлении каталитической реакционной камеры реактора, в результате чего основание представляет собой основание кассеты, выполненное за одно целое с выпуском фильтрующего устройства.
2. Каталитический реактор с отделением частиц согласно признаку 1, в котором указанное основание включает два посадочных торца для установки нескольких фильтрующих кассет.
3. Каталитический реактор с отделением частиц согласно признаку 2, в котором два посадочных торца расположены на двух противоположных сторонах основания.
4. Каталитический реактор с отделением частиц согласно любому из предшествующих признаков, в котором выпуск текучей среды расположен в нижней части указанного основания.
5. Каталитический реактор с отделением частиц согласно любому из предшествующих признаков, в котором каждая фильтрующая кассета включает две фильтрующие сетки.
6. Каталитический реактор с отделением частиц согласно любому из предшествующих признаков, в котором фильтрующее устройство включает по меньшей мере одну кассету 1-го порядка и по меньшей мере одну кассету 2-го порядка, причем кассета 1-го порядка выполнена с возможностью установки на посадочном торце, а кассета 2-го порядка выполнена с возможностью установки на кассете 1-го порядка, в результате чего кассеты 1-го и 2-го порядка расположены в последовательном соединении по отношению к потоку текучей среды.
7. Каталитический реактор с отделением частиц согласно любому из предшествующих признаков, в котором сетки изготовлены из изогнутой металлической пластины зигзагообразной формы, если смотреть сбоку.
8. Каталитический реактор с отделением частиц согласно любому из предшествующих признаков, в котором кассета прикреплена к основанию посредством одного или нескольких ручных быстроразъемных креплений, в результате чего кассета обладает простотой установки на основании или удаления с него.
9. Каталитический реактор с отделением частиц согласно любому из предшествующих признаков, в котором кассета выполнена из двух секций, причем каждая секция включает сетку, и указанные две секции соединены вместе при помощи одного или нескольких ручных быстроразъемных креплений, в результате чего кассета обладает простотой сборки или разборки.
10. Каталитический реактор с отделением частиц согласно признаку 9, в котором пустое пространство между двумя секциями заполнено каталитическим материалом или инертным материалом, причем указанный материал или свободное пространство между частицами этого материала проницаемы для потока текучей среды в реактор.
11. Каталитический реактор с отделением частиц согласно признаку 9, в котором две секции кассеты могут быть собраны путем наклона одной секции к другой на угол менее 45° и скреплены вместе указанным быстроразъемным креплением и разобраны путем удаления быстроразъемного крепления и отклонения двух секций друг от друга на угол менее 45°.
12. Каталитический реактор с отделением частиц согласно любому из предшествующих признаков, в котором фильтрующее устройство дополнительно содержит один или несколько запирающих планок, причем каждая запирающая планка приспособлена для запирания нескольких кассет на основании.
13. Каталитический реактор с отделением частиц согласно любому из предшествующих признаков, в котором фильтрующее устройство включает крышку, приспособленную для закрывания верхнего конца основания и одной или нескольких кассет, когда основание и кассеты собраны вместе.
14. Каталитический реактор с отделением частиц согласно любому из предшествующих признаков, в котором фильтрующее устройство собрано посредством либо запирающих штифтов, либо замков из ключа и замочной скважины, либо  запирающих штифтов и замков из ключа и замочной скважины.
15. Каталитический реактор с отделением частиц согласно любому из предшествующих признаков, в котором сетки прикреплены к фильтрующей кассете с помощью одного или нескольких ручных быстроразъемных креплений, в результате чего эти сетки могут быть легко установлены на кассетах и удалены с них.
16. Каталитический реактор с отделением частиц согласно любому из предшествующих признаков, в котором реактор имеет верхнюю часть в форме купола, а опорная плита расположена снизу или внутри нижней части купола и выше каталитической реакционной камеры, одно или несколько фильтрующих устройств расположены внутри купола, установлены на упомянутой опорной плите, а указанный выпуск расположен выше отверстия в опорной плите, обеспечивая возможность прохождения текучей среды из купола через фильтрующее устройство и далее вниз в каталитическую реакционную камеру.
17. Каталитический реактор с отделением частиц согласно любому из предшествующих признаков, в котором указанный каталитический реактор представляет собой реактор гидрообработки.
Краткое описание чертежей
Изобретение дополнительно иллюстрируется с помощью прилагаемых чертежей, показывающих примеры вариантов осуществления изобретения.
Фиг. 1 показывает изометрическое изображение собранного фильтрующего устройства, а
Фиг. 2-14 показывают изометрические изображения деталей фильтрующего устройства на разных этапах сборки.
Номера позиций
01. Фильтрующее устройство.
02. Основание.
03. Кассета 1-го порядка.
04. Кассета 2-го порядка.
05. Сетка.
06. Рама кассеты.
07. Крышка.
08. Выпуск.
09. Быстроразъемное крепление.
10. Запирающая планка.
11. Запирающий штифт.
12. Ключ.
13. Замочная скважина.
14. Подвесное ушко.
15. Посадочный торец.
Описание чертежей
Некоторые конкретные варианты осуществления изобретения будут объяснены более подробно далее со ссылкой на чертежи, представленные на Фиг. 1-14.
Каталитический реактор (не показан) включает полую верхнюю камеру, куда поступает технологическая текучая среда. В этом пустом пространстве могут быть установлены одно или несколько фильтрующих устройств 01, которые показаны в собранном состоянии на Фиг. 1, обеспечивая возможность отделения частиц в процессе без необходимости добавления дополнительного пространства в реактор.
Фильтрующее устройство включает основание 02, которое расположено в середине фильтрующего устройства и выше отверстия в опорной плите реактора (не показана), чтобы обеспечить соединение по текучей среде от выпуска в основании (как показано на другой Фигуре) до реакционной камеры реактора ниже фильтрующего устройства. На каждой стороне основания установлены кассеты 1-го и 2-го порядка 03, 04. Эти кассеты изготовлены из двух секций рам 06, которые крепятся вместе посредством быстроразъемных замков с ключом 09, 12. Все кассеты включают фильтрующие сетки 05 для сбора частиц из технологической текучей среды, протекающей через фильтрующее устройство. Верхняя часть этого фильтрующего устройства, то есть, основание и установленные фильтрующие кассеты, закрыты крышкой 07, предотвращающей обход сеток технологической текучей средой и особенно частицами. Крышка крепится к фильтрующему устройству также с помощью быстроразъемных соединений 09 в форме скользящих запирающих штифтов 11.
Основание фильтрующего устройства более детально показано на Фиг. 2. Оно включает выпуск 08 технологической текучей среды в нижней части и два посадочных торца 15, по одной на каждой стороне основания, для приема кассеты 1-го порядка на каждой стороне, как видно на Фиг. 3. Каждая кассета 1-го порядка приспособлена для приема кассет 2-го порядка, как видно на Фиг. 4. Кассеты можно перемещать вручную или с помощью крана или другого подъемного оборудования с помощью подвесных ушек 14. Кассеты внизу прикреплены к основанию и друг к другу с помощью блокировочных фиксирующих средств (не показаны), таких как изогнутые края пластины или тому подобное. Вверху все устройства: основание, кассеты 1-го и 2-го порядка - скреплены вместе с помощью двух запирающих планок 10, которые имеют вырезы, подобранные для соответствия основанию и кассетам, и скользят вниз на собранные кассеты и основание, как видно на Фиг. 8 и 7. Наверху этой сборки предусмотрена крышка 07, чтобы предотвратить обход технологической текучей средой фильтрующих сеток. Крышка фиксируется на месте с помощью скользящих запирающих штифтов, как показано на Фиг. 6 и 5.
Каждая кассета включает две секции, которые скреплены друг с другом с помощью ручных быстроразъемных креплений, замков из ключа и замочной скважины 13, которые находятся в закрытом положении, как видно на Фиг. 9 и 10, и открываются после поворота в открытое положение, как видно на Фиг. 11 и 12.
Когда ключи удалены из замочных скважин, две секции кассеты могут быть удалены друг от друга, обеспечивая доступ к обслуживанию и очистке фильтрующих сеток, путем отклонения двух частей кассеты на несколько градусов друг от друга, как видно на Фиг. 13 и 14, что снимает блокировочное действие крепления (не показано) в нижней части секций кассет.
Как объяснено, эта легкая сборка и разборка фильтрующего устройства на большое количество частей обеспечивает простой и быстрый доступ к обслуживанию и очистке фильтрующего устройства без использования инструментов. В зависимости от размера фильтрующего устройства, каждая из частей может даже обрабатываться и подниматься вручную.