Устройство для каталитической конверсии жидкости и/или газа

 

Изобретение относится к устройствам для каталитической конверсии жидкости и/или газа и позволяет интенсифицировать процесс. Устройство содержит вертикальный корпус с патрубками для подачи конвертируемой жидкости и газа и катализатора, внутри которого по высоте расположены решетки, состоящие из направляющих элементов, выполненных в виде коробов с патрубками для подачи дополнительной жидкости и образующих между собой каналы. В коробках выполнены отверстия для выхода дополнительной жидкости, а решетки снабжены опорными элементами. 4 з.п. ф-лы, 4 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

aeSUnu

Ш 4 В 01 д 8/04

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЦТИЖ4

ПРИ ГКНТ СССР

1 (21) 4027658/23-26 (22) 16.06.86 (31) 8515398 (32) !8.06.85 (33) GB (46) 15.11.89. Бюл. И- 42 (71) Шелл Интернэшнл Рисерч

Маатсхаппий, Б.В. (НЬ) (72) Дзвид Уильям Белл Вестерман (AU) и Эндрю Мишель Скотт (63) (53) 66.023(088.8) .(56) Патент ФРГ У 972117, кл. 12 i 17/80, 1959. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ КАТАЛИТИЧЕСКОЙ

КОНВКРСИИ ЖИДКОСТИ И/ИЛИ ГАЗА (57) Изобретение относится к уСтИзобретение касается устройств для проведения процесса каталитичес-, кой конверсии жидкости и/или газа и может быть использовано для получения синтез-газа, состоящего из водорода и окиси углерода.

Цель изобретения — интенсификация процесса за счет равномерного распределения жидкости и катализатора.

На фиг. схематически показано устройство, вертикальный разрез; на фиг. 2 — разрез А-А на фиг. 1; на фиг. 3 — узел Х на фиг. 1; на фиг. 4 — модифицированнь|й вариант конструкции направляющего элемента, разрез °

Устройство для каталитической конверсии включает реактор 1, впускной патрубок ? для жидкости и впуск2 ройстваи для каталитической конверсии жидкости и/или газа и позволяет интенсифицировать процесс. Устройство соцержит вертикальный корпус с патрубками для подачи конвентируемой жидкости и газа и катализатора, внутри которого по высоте расположены решетки, состоящие из направляющих элементов, выполненных в виДе коробов с патрубками для поцачи дополнительнбй жидкости и образующих между собой каналы. В коробах выполнены отверстия для выхода дополнительной жидкости а решетки снабжены опорными элементами. 3 s.n. ф-лы, 4 ил. ной патрубок 3 для катализатора, расположенные в верхней конце реактора 1, и выпускной патрубок .4 для жидкости н выпускной патрубок 5 для катализатора, расположенные в нижнем конце реактора 1. Внутри реактора 1 имеется опорный корпус 6, поддерживающий слой частиц катализатора (не показан), с центральным тверстием 7, которое трубой 8 соединено с выпускным патрубком 5 для катализатора. Последний снабжен задвижкой (не показана), позволяющей в нужное время производить разгрузку реактора 1 от порошкообразного катализатора.

Внутри реактора 1 на различных уровнях смонтированы первая 9 и вторая 10 решетки, плоскости которых ориентированы перпендикулярно нап1523047

3 равлению потока жидкости в реакторе

1. Каждая решетка 9 и 10 образована множеством направляющих элементов, которые концами соединены с кольце5 вым опорным элементом ll смонтированным на внутренней поверхности боковой стенки реактора 1. Направляющие элементы первой решетки 9 размещены в шахматном, порядке относительно направляющйх элементов вто» рой решетки 10.

Между частями. обращенных одна к другой наружных поверхностей смежных направляющих, элементов 12 и

15 между частями, обращенными одна к другой наружных поверхностей кольцевого опорного элемента.ll и смежных направляющих элементов„ образуются каналы 13. Каждый канал 13 в направлении потока жидкости имеет суживающуюся 14, узкую 15 и расширяющуюся

16 части.

Каждый направляющий элемент 12 имеет трехгранную трубку 17 для жидкости, состоящую из боковых стенок 18 и нижней стенки 19, ограничивающих канал 20 для прохода жидкости.

Каждый кольцевой опорный элемент 11 также включает в себя треугольную трубку 21, имеющую боковую. стенку

18 и нижнюю. стенку 19, ограничивающие каналы 22 для жидкости, соединенный с каналами 20, образованными трехгранными трубками 17 и с впускным патрубком 23 для подачи в реак35 тор вспомогательной жидкости.

Трехгранные трубки 17 и 21 смонтированы на опорных балках 24. Ширина нижней стенки 19 каждой трехгран- 40 ной трубки 17 и 21 несколько превышает ширину опорной балки 24, так что края нижней стенки 19 выступают. за опорную балку 24 по всей ее длине. В выступающих за опорную балку 24 краях нижней стенки 19 каждой трехгранной трубки 17 и трубки

21 сделаны отверстия 25, через ко.торые из каналов 20 и 22 трубок 17 и 21 соответственно жидкость из

50 этих трубок подается в каналы 13 между смежными направляющими элементами 12.

Конструкция направляющих элементов и кольцевого опорного элемента второй решетки 10 ничем не отличается.от соответствующих элементов описанной первой решетки 9.

Устройство процесса каталитической конверсии содержащего серу.минерального масла в несодержащее серу минеральное масло с использованием водорода работает следующим образом.

Первоначально порошкообразный катализатор вводят в реактор 1 через впускной патрубок 3. Этот процесс продолжают до тех пор, пока объем реактора над опорным конусом б и труба 8 не будут заполнены частицами катализатора (не показан).

После загрузки реактора 1 катализатором в него через впускной патрубок .2 под давлением в пределах 3—

25 МПа подают смесь содержащего серу минерального масла и водорода, нагретую до температуры в пределах

300 †:500 0.

В процессе экзотермической реак- .

1 ции межцу водородом и серой, содержащейся в минеральном масле, образуется сероводород, а содержание серы в исходном минеральном масле снижается до минимума. Смесь минерального масла и сероводорода в реакrope 1 движется сверху вниз и через отверстия 26 в стенке трубы

8 попадает в приемник 27 ниже опорного конуса 6, откуда она удаляется через выходной патрубок 4. При охлаждении в соответствующем сепараторе (не показан) образующийся во время реакции сероводород отделяется от десульфированного минерального масла. После того, как катализатор достигнет определенной степени отравления, например по истечении

6-12 мес, процесс конверсии прекра.— щают, удаляют из реактора 1 весь отработанный катализатор и заполняют реактор свежим или регенерированным катализатором.

Контроль температуры в реакторе в процессе конверсии осуществляется подачей в реактор охлаждающей жидкости, в качестве которой может быть использовано охлажденное десульфированное минеральное масло или охлаждающий газ, Подача в реактор охлаждающей жидкости или газа производится через впускной патрубок 23, соединенный по меньшей мере с одной из решеток 9 и 10, Охлах<дающая жидкость поступает в каналы 13 между направляющими элементами 12 через от1523047 верстия 25 вблизи узких частей 15 каналов 20.

Таким образом, охлаждение продуктов реакции происходит в узких частях проходов; где скорость дви5 жения жидкости максимальна и где наблюдается повышенная туобулент. 1 .

d ность потока жидкости, благодаря чему обеспечивается улучшение теплообмена между горячими продуктами реакции и охлаждающей жидкостью.

Для того, чтобы достигнуть достаточно интенсивного теплообмена при умеренном перепаде давления на решетке, общая плошадь каналов 13 между направлявшими элементами 12 должна находиться в пределах 30—

60Х от плошади поперечного сечения реактора 1, предпочтительно в пре- 20 делах 45 вЂ, 55Х.

Края нижних стенок 19 трехгранных трубок 17 и 21 выпускают за верхние края опорных балок. При загрузке реактора 1 порошкообразным катали- 25 затором (не показан) масса частиц катализатора распределяется внутри реактора таким образом, что под выступающими за края опорных балок 24 краями нижних стенок 19 30 трубок 17 и 21 остаются незаполненные частицами катализатора простран— ства 28, продолжающиеся по всей длине опорных балок 24. Поскольку отверстия 25 находятся на выступающих за края опорных балок 24 краях нижних стенок 19 трубок 17 и 21, охлаждающая жидкость, поступающая из этих отверстий в незаполненные катализатором пространства 28, перед ее про40 никновением в слой катализатора равномерно распределяется по всей длиНр опорных балок 24. Такое равномерное распределение охлаждающей жидкости по длине направляющих элементов 12 обеспечивает достижение более

45 равномерного распределения температур в слое катализатора в зоне каналов 13.

Для равномерного распределения жидкости в расширяющейся части 16 каждого канала 13 величина строго угла 29 между наружной поверхностью направляющего элемента 12 или кольцевого опорного элемента 11 и вертикальной прямой должна быть согласована с величиной угла расхождения жидкости. Для жидкостей, проходящих через слой обычного порошкообразного катализатора, острый угол 29 может находиться в пределах 3 — 10

Равномерное распределение жидкости в расширяющейся части 16 каждого канала 13 оказывает положительное влияние на эффективность реакции, так как в случае, неравномерного контактирования жидкости с катализатором распределение температур в слое катализатора получается неравномерным, а это вызывает неравномерное отравление катализатора.

Описанная конструкция конвертора обеспечивает возможность использования катализатора без его регенерации в течение весьма продолжительных периодов времени. При использовании конверторов предлагаемой конструкции замену катализатора можно производить не полностью, а по часгям, для чего по истечении определенного периода времени необходимо удалять из реактора определенную часть катализатора и пополнять реак- тор соответствующим количеством свежего катализатора через впускной патрубок 3. При .непрерывном процессе загрузки реактора катализатором с одновременным удалением из реактора отработанного катализатора полная смена катализатора в реакторе может быть осуществлена в течение короткого периоца времени, например в течение одного дня.

Для того, чтобы направленное вниз движение частиц катализатора в сужающейся части 14 канала 13 было равномерным, т.е. для того, чтобы частицы катализатора вблизи поверхностой направляющих элементов в сужающейся части 14 канала 13 и в центральной зоне сужающейся части 14 двигались с одинаковой скоростью, величину острого угла 30 между вертикальной прямой и наружной поверхностью направляющего элемента 12 или кольцевого опорного элемента 11 в сужающейся части 14 канала 13 следует выбирать таким образом, чтобы это обеспечивало получение в этом проходе потока флюидизированных частиц.

При использовании в рассматриваемом конверторе обычных порошкообразных катализаторов величина указанного острого угла 30 может находиться в пределах 10 — 40

Рассмотренный реактор может быть использован для осуществления конвер1 23047 сии газа в жццкость.,В этом случае исходная смесь газа и жидкости вво;т дится в реактор через впускной патрубок 2, /

Примером такого процесса конверсии может служить, процесс конверсии содержащего водород и окись. углерода синтез-газа в жидкий углеводород, с температурой кипения в диапазоне 10 температур кипения средних дистиллятов.

В этом процессе конверсии смесь синтез-газа и возвращаемого в про це 1се рециклового жидкого углево5; дорода, нагретая до температуры в пределах 200 — 250 С под давлением в пределах 2 — 4 МПа, вводится в находящийся в реакторе слой катализатора. В данном процессе жидкость служит в качестве теплоносителя, обеспечивающего равномерное распре, деление температуры в слое находя" щегося в реакторе катализатора. Во время нормальной работы реактора ох" ,лаждающий углеводородный продукт по- дается в.реактор через входной патрубок 13, откуда по трубкам 17 и 21 и через отверстия 25 поступает в слой катализатора, обеспечивая охлаждение продуктов реакции внутри конвертора.

Описанный реактор 1 (фиг. 1) имеет две решетки направляющих элементов. Реакторы небольшого объема могут иметь только одну решетку направляющих элементов. В крупных реакторах может быть исподьзовано несколько решеток направляющих элемен- тов, например 3 — 10, размещенных внутри реактора на различных уровнях.

В направляющих элементах отверстия для введения охлаждающей жидкости в проходы между смежными элементами

45 располагаются по краям нижнеи стен- ки 19 трехгранной трубки 17, выступающим за опорную балку 24, так что во время нормальной работы конвертора охлаждающая жидкость вводится

„ в слой катализатора вблизи самой узкой части 15 канала 13.

В соответствии с изобретением часть направляющих элементов 12 в решетках 9 и 10 или все эти элементы могут быть заменены направляющими элементами 31. В конструкцию последнего входит треугольная трубка 32, смонтированная на опорной

33..Каждая боковая стенка треугольной трубки 32 состоит as нижней 34 и верхней 35 полос, простирающихся по всей длине направляющего элемента 31. Нижняя 34 и верхняя 35 полосы, образующие боковую стенку треуГольной трубки 32, располага" ют одна. относительно другой таким образом, что нижний край верхней полосы 35 смещен в сторону от верхнего края нижней полосы 34. Дополнительная охлаждающая жидкость вводится в сужающуюся часть прохода между смежными направляющими элементами через ряд отверстий 36, расположенньгх в той части боковой стенки треугольной трубки 32, где нижний край верхней полосы 35 выступает. за верхний край нижней полосы 34, и простирающихся по всей длине направляющего элемента.

Нижняя стенка 37 треугольной трубки 32 несколько выступает в обе стороны за края опорной балки

33. В этих выступающих краях нижней стенки 34 треугольной трубки 32 выполнены отверстия 38, предназначенные для подачи дополнительной жидкости в проход между смежными направляющими элементами 31 и равномерно распределенные по всей длине направляющего элемента.

Отверстия 3б и 38 соединяют внутренний канал 39 треугольной трубки

32 с пространством между смежными направляющими элементами 31 в его сужающейся и самой узкой частях соответственно. Канал 39 треугольной трубки 32 соединен с каналом 22 кольцевого опорного элемента 11, Во время нормальной работы реактора заполняющий внутренний объем реактора порошкообразный катализа1 тор (не -показан) распределяется таким образом, что под выступающими нижними краями верхних полос 35.треугольной трубки 32 образуются свобод" ные от катализатора полости 40, простирающиеся по всей длине направляющегося элемента 31, а под выступающими краями нижней стенки 34 треугольной трубки 32 — свободные от катализатора полости 41, также простирающиеся по всей длине направляющего элемента 31. Подаваемая в каналы 39 треугольных трубок. 32 каждой решетки направляющих элементов через отверстия 36 и 38 жидкость вво1523047

10 дится в сужающуюся и в самую узкую часть каждого прохода между смежными направляющими элементами.

Боковая стенка треугольной трубки кольцевого опорного элемента мо5 жет быть выполнена из двух полос, ориентированных вдоль опорного элемента и располагающихся одна относительно другой таким образом, что нижний крач верхней полосы выступает за верхний край нюкней полосы.

Под выступающим нижним краем верхней полосы боковой стенки треугольной трубки кольцевого спор15 ного элемента располагаются отверстия, через которые дополнительная жидкость из внутреннего канала треугольной трубки подается в нраход между кольцевым опорным элементам и смежным направпяющим элементсм.

Величина острого угла между вертикальной прямой и наружными поверхностями верхней и нижней полос, образующих боковую стенку треугольной трубки кольцевого опорного элемента, должна находиться в пределах

10-40

Каждая боковая стенка треугсльных трубок может быть образована не из двух, а из 3-5 полос, ориентированных в направлении длины, направляющего элемента. В такой конструкции. нижний край образующей боковую стенку треугольной трубки полосы выступает за верхний край расположенной ниже полосы. Подобно описанному в рассматриваемом случае дополнительная жидкость подается в суживующуюся часть и в самую узкую часть прохода между сМежными направляющими элементами через отверстия, располагающиеся под выступающими нижними краями образующих боковые стенки треугольной трубки полос, 45

Каждый простирающийся вдоль направляющего элемента ряд отверстий

25, 36 и 38 может быть па меньшей мере частично заменен ориентированной па длине направляющего элемента щелью.

Во время нормальной работы реактора в него можно вводить дополнительную жидкость или газ, необходимые для осуществления каталитическай конверсии. Так, например, в качестве такого дапалнительнога газа в описанном процессе каталитической конверсии серасадержащега минерального масла может быть использован газообразный водород. Количество вводимого в реактор дополнительного водорода должно обеспечивать поддержание тре-, буемого соотношения объемов серосодержащего минерального масла и BO дорода.

В тех случаях, когда процесс каталитической конверсии жидкости и/или газа носит эндотермический характер, в качестве дополнительной жидкости или газа в реактор должна поцаваться нагретая жчдкасть или газ, например водяной пар, или нагретая жидкость, необходимая для осуществления каталитической конверсии.

При использовании в реакторе направляющих элементов 31 жидкосги могут всасываться в верхний канал треугольной трубки 32 через стверстия

36 и после смешивания с дополнительной жидкостью продаваться в проходы между смежными направляющими элементами через отверстия 38.

В конструкции реактора, показанной на фиг. 1, слой катализатора поддерживается опорным конусам 6, однако ьместа этага конуса в реакторе может быть использован перфорированный диск или проволочная сетка, дополнительное преимушества которых сОстОит в том, чта ани могут Выполнять функции сепаратора, отделяющего катализатор ат жидкости. Опорой для слоя катализатора мажет также служить дно реактора 1. Для подачи в реактор жидкости и газа могут быть использованы раздельные впускные патрубки.

В предлагаемом реакторе могут быть использованы два или несколько отдельных слоев катализатора, причем по меньшей мере в одном из слоев катализатора должна находиться решетка направляющих элементов описанной конструкции.

Ф а р м у л а и з а б р е т е н и я

1. Устройство для каталитическай конверсии жидкости и/или газа, содержащее вертикальный корпус с патрубками для подачи конвертируемой жидкости и газа или конвертируемого газа н жидкости и катализатора, внутри которого па высоте расположены решетки, 1523047

4-4

73 состоящие из направляющих элементов, вйполненных в виде коробов с патрубками для подачи дополнительной жидкостц и обраэуюпщх между собой каналы, сужающиеся по ходу потока, и патрубки для вывода катализатора и отработанной жидкости, о т л и ч а— ю щ е е с я тем, что„ с целью интенсификации процесса за счет равномерного распределения жидкости и катализатора, в коробах выпОлнены отверстия для выхода дополнительной.жидкости в сужающуюся часть канала или вблизи сужающихся частей каналов, а решетки снабжены опорными элементами, закрепленными под коробами и образующими между собой расширяющиеся по ходу потока каналы, сообщающиеся с суженной частью основных каналов.

2 . Устроиство IID п . 1, o T JI H ч а ю щ е е с я тем, что короба имеют в сечении треугольную форму, а опорные элементы выполнены в сече.нии в виде перевернутого треугольни; ка соединенного основанием с осноt ванием короба.

3. Устройство по пп. 1 и 2, о т— л и ч а ю щ е е с я тем, что направляющие элементы снабжены дополнительными коробами, выполненными в сечении

5 в ниде трапеции, размещенными между основаниями основных коробов и основаниями опорных элементов, при этом основание основного короба выполнено с перекрытием верхнего основания дополнительного короба и отверстия для выхода дополнительной жидкости выполнены на этом перекрытии.

4. Устройство по и. 2 или и. 3, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что большие основания дополнительных коробов установлены с перекрытием оснований опорных элементов и имеют

20 отверстия для выхода дополнительной жидкости, расположенные на этом пе- рекрытии.

5. Устройство по пп, 1-4, о т,— л и ч а ю щ е е с я тем, что на25 правляющие элементы в решетке расположены в шахматном порядке по отношению к направляющим элементам в соседней решетке. !

1523047 рив4

Составитель Н. Каповская

Техред Л.Сердюкова Корректор Э. Лончакова

Редактор M. Петрова

Заказ 6984/59 Тираж 48б Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул. Гагарина, 101