СПОСОБ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ ОДНОЙ ИЛИ НЕСКОЛЬКИХ ТЕКУЧИХ СРЕД И РЕАКТОР ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
METHOD OF INTERACTION OF ONE OR MORE FLUID MEDIA AND REACTOR FOR ITS IMPLEMENTATION

Притязание на приоритет
Настоящая заявка испрашивает приоритет по заявке US №13/069,535 от 23.03.2011.
Область техники, к которой относится изобретение
Изобретение в целом относится к способу взаимодействия одной или нескольких текучих сред и реактору для его осуществления.
Уровень техники
Зачастую реактор включает в себя различные внутренние механизмы. Обычно, реактор, имеющий множество слоев, также может включать в себя механизмы, такие как смешивающие устройства и распределительные тарелки, предназначенные для того, чтобы смешивать и перераспределять потоки, проходящие из одного слоя катализатора в следующий.
Обычно, между слоями катализатора подают внешний охлаждающий газ для охлаждения потока, поступающего из расположенного выше слоя. Охлаждающий газ и поток смешивают, чтобы равномерно распределить температуру и составы. В целом, при смешанных фазах газа и жидкости процесс смешивания является более сложным из-за из различающихся плотностей. Качество смешивания может зависеть от времени и площади контакта двух фаз. Обычно газ и жидкость втекают в смеситель из тарелки, а затем текут по касательной и, тем самым, создавая вихревое движение. Газ и жидкость могут покинуть смеситель через центральное выходное отверстие.
К сожалению, может иметь место тенденция к тому, что газ и жидкость, вытекающие из тарелки, быстро разделяются из-за большой разности плотностей газа и жидкости. Не желая быть связанным какой-либо теорией, считают, что газ, в основном, находится в пределах внутреннего участка водоворота, в то время как жидкость выдавливается к периферии, и, таким образом, взаимодействие газа и жидкости может быть очень ограниченным. В связи с этим существует потребность в смешивании различных фаз более эффективно.
Сущность изобретения
Один типовой вариант осуществления может представлять собой способ взаимодействия одной или нескольких текучих сред в сосуде. Способ может включать в себя прохождение одной или нескольких текучих сред в камеру из расположенной выше тарелки и создание канала наружу из камеры, соединяющего соответствующий слив с соответствующим отверстием, для увеличения времени и площади контакта внутри канала и камеры. Обычно, камера имеет одну или несколько боковых стенок, у которых имеется, по меньшей мере, одно отверстие, а в расположенной выше тарелке имеется, по меньшей мере, один слив.
Другой типовой вариант осуществления может представлять собой способ взаимодействия одной или нескольких текучих сред, включающих в себя пар и жидкость в сосуде. Обычно способ включает в себя следующее: одна или несколько текучих сред поступают в реактор, одну или несколько текучих сред подают в слой катализатора, возвращают одну или несколько текучих сред на сборную тарелку, которая может иметь, по меньшей мере, один слив, выполняют, по меньшей мере, один канал и подают одну или несколько текучих сред на распределительную тарелку, расположенную под смесительной камерой и над вторым слоем катализатора. В целом, по меньшей мере, один канал включает в себя первое плечо и второе плечо, соединенные коленом, первое плечо соединено со сборной тарелкой вокруг, по меньшей мере, одного слива, а второе плечо заканчивается, чтобы связать одну или более текучих сред из сборной тарелки со смесительной камерой.
Еще один типовой вариант осуществления может представлять собой реактор. Обычно реактор может включать в себя первый слой катализатора, сборную тарелку, имеющую слив, расположенную под первым слоем катализатора, смесительную камеру, имеющую днище и одну или несколько боковых стенок, и канал, образующий трубу, связывающую слив с отверстием. Обычно одна или несколько боковых стенок соединены по периметру с днищем, при этом одна или несколько боковых стенок имеют отверстие.
Варианты осуществления, описанные в этом документе, могут создать канал для эффективного смешивания текучих сред в сосуде. В частности, каналы могут соединять текучие среды, собирающиеся на тарелке в реакторе, обычно после первого слоя катализатора, и направлять текучие среды через канал, который может находиться внутри или снаружи камеры. В одном типовом варианте осуществления для способствования смешиванию в канале может быть расположена одна или несколько лопастей. Таким образом, приведенные здесь варианты осуществления увеличивают площадь контакта пар-жидкость и увеличивают время нахождения внутри канала и камеры.
Определения
В этом документе термин "зона" может обозначать область, включающую в себя один или несколько элементов оборудования и/или одну или несколько подзон. Элементы оборудования могут включать в себя один или несколько реакторов или реакционных сосудов, нагревателей, теплообменников, труб, насосов, компрессоров и контроллеров. Помимо этого, элемент оборудования, такой как реактор, осушитель или сосуд, дополнительно может включать в себя одну или несколько зон или подзон.
В этом документе термин "обогащенный" может означать, что доля соединения или класса соединений в потоке составляет, по меньшей мере, 50% моль и предпочтительно 70% моль.
В этом документе термин "по существу" может означать, что доля соединения или класса соединений в потоке составляет, по меньшей мере, 80% моль, предпочтительно 90% моль и оптимально 99% моль.
В этом документе термин "связанные" может означать два элемента непосредственно или косвенно соединенных, скрепленных, связанных, соединенных или образованных как единое целое либо химически, либо механически с применением процесса штампования, формования или сварки. Более того, два элемента могут быть соединены с использованием третьего компонента, такого как механический крепеж, например, винт, гвоздь, скоба или заклепка; клей; или припой.
В этом документе термин "текучая среда" может означать жидкость или газ.
В этом документе термин "текучие среды" может означать одну или несколько жидкостей и/или видов газа.
В этом документе термин "пар" может обозначать газ или дисперсную систему, которая может включать в себя или состоять из водорода и одного или нескольких углеводородов. Зачастую, пар может включать в себя газ, содержащий капли углеводородной жидкости.
Краткое описание чертежей
На фиг.1 приведен схематичный вид в вертикальном разрезе типового сосуда с внутренними компонентами.
На фиг.2 приведен вид в перспективе типовой камеры.
На фиг.3 приведен вид в перспективе типовой сборной тарелки, соединенной с типовой камерой.
На фиг.4 приведен вид сверху в плане типовой сборной тарелки, при этом показаны каналы и камера в полуразрезе.
На фиг.5 приведен вид в перспективе другой типовой сборной тарелки, соединенной с другой типовой камерой.
На фиг.6 приведен вид сверху в плане другой типовой сборной тарелки, при этом показаны каналы и камера в полуразрезе.
На фиг.7 приведен вид сверху в плане типового слива, имеющего одну или несколько лопастей.
Подробное описание изобретения
Обращаясь к фиг.1, типовой сосуд или реактор 100 может включать в себя входное отверстие 104 и выходное отверстие 108. Обычно сосуд 100 может быть использован для реакций гидроочистки и может принимать множество текучих сред. Зачастую, сосуд 100 может принимать жидкость, а также один или несколько, обычно множество, паров. В целом, сосуд или реактор 100 может представлять собой любой подходящий реактор гидроочистки, такой как реактор, описанный, например, в US 4,937,051.
Сосуд 100 может содержать первую распределительную тарелку 110 или тарелку грубого распределения, вторую распределительную тарелку или перераспределительную тарелку 120, несколько сливных труб 130, ряд опор или ферм 140 на различных высотах, первый слой 150 катализатора, зону 200 охлаждения и/или смешивания и второй слой 320 катализатора. В общем, сосуд 100 может содержать зону 200 охлаждения и/или смешивания между первым и вторым слоями 150 и 320 катализатора. Хотя изображено два слоя 150 и 320 катализатора, понятно, что может быть использовано любое количество слоев катализатора с соответствующими зонами охлаждения и/или смешивания, расположенными между ними. Более того, надо понимать, что могут быть использованы другие конфигурации сосуда, например, когда текучую среду из входного отверстия 104 подают непосредственно на первый слой 150 катализатора, или слой катализатора принимает текучую среду из расположенной выше зоны 200 охлаждения и/или смешивания.
Первая распределительная тарелка 110 может быть соединена со второй распределительной тарелкой 120 рядом опор или ферм 140 с использованием любого подходящего средства, такого как механические крепежи. Несколько сливных труб 130 могут представлять собой трубы и могут быть расположены в отверстиях во второй распределительной тарелке 120. В общем, поступающие текучие среды, проходящие через входное отверстие 104, могут быть распределены через множество сливных труб 130 за второй распределительной тарелкой 120. Хотя изображено шесть сливных труб 130, понятно, что может использоваться любое подходящее количество сливных труб 130. В других типовых вариантах осуществления сливные трубы 130 могут быть расположены симметрично и равномерно на второй распределительной тарелке 120.
Впоследствии текучие среды могут пройти через первый слой 150 катализатора, поддерживаемый опорной тарелкой 190 катализатора. В общем, реагенты могут образовывать продукты, которые падают вниз. Обычно, в опорной тарелке 190 катализатора имеются отверстия для того, чтобы текучие среды могли пройти через них.
Зона 200 охлаждения и/или смешивания может включать в себя охлаждающее распределительное устройство 210, опоры 214, сборную тарелку 220, камеру или смесительную камеру 270, первую тарелку или тарелку 290 грубого распределения, вторую или перераспределительную тарелку 300 и несколько сливных труб 310. Хотя изображено семь сливных труб 310, понятно, что может использоваться любое подходящее количество сливных труб 310. В других типовых вариантах осуществления сливные трубы 310 могут быть расположены симметрично и равномерно на второй распределительной тарелке 300.
В общем, сборная тарелка 220, смесительная камера 270, первая распределительная тарелка 290 и вторая распределительная тарелка 300 могут быть закреплены рядом опор или ферм 140 и опор 214. Каналы 232 и 236 могут проводить текучие среды из сборной тарелки 220 в смесительную камеру 270, как будет объяснено ниже.
Обычно охлаждающий газ и продукты, проходящие из первого слоя 150 катализатора, могут проходить через зону 200 смешивания или охлаждения, чтобы быть смешанными и распределенными, а затем могут пройти на второй слой 320 катализатора. После этого, продукты из второго слоя 320 катализатора могут выйти через выходное отверстие 108. В других типовых вариантах осуществления перед тем, как выйти через выходное отверстие 108, продукты могут проходить через одну или несколько других зон охлаждения и/или смешивания.
Как показано на фиг.2-4, типовая смесительная камера 270 может иметь любую подходящую форму, обычно форму по существу прямого цилиндра круглого сечения. На чертежах изображены не все элементы, из-за того, что на различных видах некоторые элементы не видны. Смесительная камера может включать в себя днище 272, окружающее отверстие 274, и одну или несколько боковых стенок 280. Как правило, обычно круглое отверстие 274 может окружать порог 276. Нижний элемент 272 может образовывать или иметь внешние границы 278, окруженные одной или несколькими боковыми стенками 280. В общем, одна или несколько боковых стенок 280 могут иметь, по меньшей мере, одно отверстие, обычно первое отверстие 282, второе отверстие 284, третье отверстие 286 и четвертое отверстие 288. Как правило, смесительная камера 270 может иметь внутреннюю часть 264 и внешнюю часть 268.
Обычно порог 276 и одна или несколько боковых стенок 280 могут быть присоединены к нижнему днищу 272 с использованием любого подходящего средства, такого как механические крепежи или сварка. В дополнение, смесительная камера 270 с использованием любого подходящего средства, такого как механические крепежи или сварка, может быть присоединена к сборной тарелке. Обычно текучая среда, такая как одна или несколько жидкостей или парообразных фаз, может собираться на верхней поверхности сборной тарелки 220. Сборная тарелка 220, которая может быть по существу круглой, может иметь, по меньшей мере, один слив, а именно, первый слив 222, второй слив 224, третий слив 226 и четвертый слив 228.
Как правило, один или несколько, например, множество, каналов, а именно, первый канал 232, второй канал 234, третий канал 236 и четвертый канал 238 могут быть присоединены к соответствующим сливам 222, 224, 226 и 228, соединяя верхнюю поверхность сборной тарелки 220 со смесительной камерой 270 у соответствующего первого отверстия 282, второго отверстия 284, третьего отверстия 286 и четвертого отверстия 288. Хотя описано четыре канала 232, 234, 236 и 238, может использоваться любое подходящее число каналов. Так как каналы могут быть по существу идентичными, то ниже рассмотрим подробнее только первый канал 232. Понятно, что каналы могут быть одинаковыми или различными.
Первый канал 232 может включать в себя первое плечо 242, завершающееся коленом 244, которое соединяется со вторым плечом 246. Обычно, колено 244 может располагать первое плечо 242 под углом 90° относительно второго плеча 246, тем не менее, может использоваться любое подходящее значение угла, например, угол до 180°. Таким образом, в этом типовом варианте осуществления колено 244 между первым плечом 242 и вторым плечом 246 образует угол, равный по существу 90°. В общем, первое плечо 242 с одного конца присоединено к первому сливу 222, а второе плечо 246 с другого конца присоединено к первому отверстию 282. Первый канал 232 может быть присоединен к сборной тарелке 220 и смесительной камере 270 с использованием любого подходящего средства, такого как механические крепежи или сварка. Обычно, первый канал 232 может собирать одну или несколько текучих сред из сборной тарелки 220 и направлять их в смесительную камеру 270.
Во время функционирования одна или несколько текучих сред могут собираться на сборной тарелке 220 и поступать в первый канал 232. Первый канал 232 может быть расположен полностью снаружи 268 смесительной камеры 270. Одна или несколько текучих сред, выходящих из первого канала 232, могут течь по касательной к одной или нескольким боковым стенкам 280 и смешиваться во внутренней части 264, перетекать через порог 276 и выходить через отверстие 274.
Для усиления смешивания фаз в смесительной камере 270, пар и охлаждающий газ, а также жидкость, могут вместе перетекать в нижнюю часть смесительной камеры 270 через четыре слива 222, 224, 226 и 228. Время контакта пар-жидкость и площадь контакта могут быть увеличены посредством параллельного потока пара-жидкости в каналах 232, 234, 236 и 238 и поперечного течения пара-жидкости внутри смесительной камеры 270. Так как плотность газа обычно меньше, чем плотность жидкости, газ может подниматься через циркулирующую внутри смесительной камеры 270 жидкость, тем самым увеличивая взаимодействие пара-жидкости. Каналы 232, 234, 236 и 238 могут иметь различную форму, например, прямую или изогнутую, чтобы усилить смешивание текучих сред. Горизонтальный участок каналов 232, 234, 236 и 238 может быть длинным или коротким, но должен направлять поток жидкости внутрь смесительной камеры 270, так что его влияние на вращение жидкости во внутренней части 264 минимизировано.
В альтернативном варианте осуществления, как показано на фиг.4, первый канал 232 может быть заменен другой версией канала 334. В этой типовой версии канал 334 помимо того, что включает в себя первое плечо и второе плечо, может включать в себя изгиб 248 во втором плече. Изгиб 248 может находиться под любым подходящим углом в горизонтальной плоскости, как, например, по меньшей мере, 90°. Понятно, что для канала может использоваться любая подходящая форма.
На фиг.5 другой типовой вариант осуществления сборной тарелки 420 может включать в себя один или несколько сливов, предпочтительно первый слив 422, второй слив 424, третий слив 426 и четвертый слив 428. Размеры сборной тарелки 420 по существу могут быть такими же, что и у сборной тарелки 220, как описано выше. В этом типовом варианте осуществления один или несколько сливов 422, 424, 426 и 428 могут быть выполнены над смесительной камерой 270 внутри внешних границ 278. Таким образом, может быть выполнен один или несколько, например, множество, каналов, а именно, первый канал 432, второй канал 434, третий канал 436 и четвертый канал 438. Каналы могут быть одинаковыми или различными, но в этом типовом варианте осуществления каналы 432, 434, 436 и 438 по существу могут быть одинаковыми и по существу такими же, как и первый канал 232, как описано выше, и при этом могут иметь первое плечо 442 и второе плечо 446, соединенные в колене 444, как, например канал 432.
Ниже будет описан только первый канал 432 в рабочем состоянии. Одна или несколько текучих сред могут собираться на сборной тарелке 420 и поступать в первый канал 432. Первый канал 432 может быть расположен полностью во внутренней части 264 смесительной камеры 270. Одна или несколько текучих сред, выходящих из первого канала 432, могут течь по касательной к одной или нескольким боковым стенкам 280 и смешиваться во внутренней части 264, перетекать через порог 276 и выходить через отверстие 274.
На фиг.6 показан другой вид смесительной камеры 270 и сборной тарелки 420. Канал 436 был заменен на канал 532. Канал 532 по существу аналогичен каналу 334, описанному выше, а именно, второе плечо 544 канала 532 имеет изгиб 548, аналогичный изгибу 248 канала 334.
В соответствии с фиг.3 и 7, канал может быть пустым или может содержать одно или несколько устройств, предназначенных для того, чтобы способствовать смешиванию, как, например, одна или несколько лопастей или статический смеситель, чтобы дополнительно усилить взаимодействие пара-жидкости. Одна или несколько лопастей, а именно первая лопасть 250, вторая лопасть 252, третья лопасть 254, четвертая лопасть 256, пятая лопасть 258, шестая лопасть 260 и седьмая лопасть 262, могут быть расположены в канале 232 вблизи от слива 222. Одна или несколько лопастей могут быть изготовлены из плоской пластины или соединены с сердечником 268 с использованием любого простого средства, такого как сварка или механические крепежи. В этом варианте осуществления сердечник 268 по существу может быть круглым. В этой связи, лопасти 250, 252, 254, 256, 258, 260 и 262 могут выступать на любое подходящее расстояние в пределах канала 232, чтобы способствовать смешиванию текучих сред. Более того, одна или несколько лопастей могут быть размещены в любом желаемом месте в канале, например, вблизи от слива 222 или отверстия 282.
Без дополнительных уточнений полагают, что специалист в области техники, используя вышеприведенное описание, может использовать настоящее изобретение во всей его полноте. Вышеприведенные предпочтительные отдельные варианты осуществления, таким образом, должны толковаться только как иллюстративные, а не ограничивающие каким-либо образом остальное описание.
Из вышеприведенного описания специалист в области техники может легко выявить важные характеристики этого изобретения, и, не выходя за пределы существа и объема изобретения, может внести различные изменения и модификации в изобретение, чтобы приспособить его для различного применения и условий.