Реактор с движущимся слоем катализатора

 

Изобретение относится к нефтепереработке и нефтехимии, в частности к конструкции реакторов для проведения каталитических процессов, таких, как каталитический риформинг, дегидрирование парафинов, и позволяет повысить эффективность работы реактора за счет более полной и равномерной замены отработанного катализатора. Реактор с движущимся слоем катализатора содержит корпус с днищами, штуцера ввода и вывода газового потока, катализаторную камеру, кольцевой выгружной канал, загрузочные и разгрузочные трубы. Новым в реакторе является установка сборного ложного конического днища с размещенными на его внутренней поверхности тормозными элементами, направляющие воронки, установленные в кольцевом выгрузном канале высотой, обеспечивающей равномерное поступление в него катализатора. 2 з.п.ф-лы, 10 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИ„АЛИСТИЧЕСКИХ

РесПУБлик (st>s В 01 J 8/12

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ и ь» ь»

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4729319/26 (22) 11.08.89 (46) 30.07.91. Бюл. М 28 (71) Всесоюзный научно-исследовательский и проектно-конструкторский институт нефтяного машиностроения (72) С.П.Николаев, Г.В,Мамонтов, И.И.Мухин, И,С.Феофанов, С.М.Мельников, В.А.Лукьянов, Ю,А.Скипин, Е.Л.Лобанов, .

Г.Г.Ковров и В.Ф.Лычагин (53) 66.023 (088.8) (56) Патент США

М 3706536, кл. В 01 J 9/12, 1972.

Патент США

М 4567023, кл. В 01 S5/08,,1986. (54) РЕАКТОР С ДВИЖУЩИМСЯ СЛОЕМ

КАТАЛИЗАТОРА (57) Изобретение относится к нефтепереработке и нефтехимии, в частности к конструкИзобретение относится к нефтепереработке и нефтехимии, в частности к конструкции реакторов для проведения каталитических процессов, таких, как каталитический риформинг, дегидрирование парафинов и т.д.

Цель- изобретения — повышение эффективности работы реактора за счет более полной и равномерной замены отработанного катализатора свежим с одновременным улучшением технологичности его сборки.

На фиг.1 показан общий вид реактора, разрез; на фиг.2 — разрез A-А на фиг.1; на фиг.3 — конструктивное решение нижней части реактора: на фиг.4 — вид Б на фиг.3; на фиг. 5- сечение В-В на фиг.4; на фиг. 6-10—

„„5U„„1666175 А1 ции реакторов для проведения каталитических процессов, таких, как каталитический риформинг, дегидрирование парафинов, и позволяет повысить эффективность работы реактора зэ счет более полной и равномерной замены отработанного катализатора.

Реактор с движущимся слоем катализатора содержит корпус с днищами, штуцера ввода и вывода газового потока, катализаторную камеру, кольцевой выгружной канал, загрузочные и разгрузочные трубы. Новым в реакторе является установка сборного ложного конического днища с размещенными на его внутренней поверхности тормозными элементами, направляющие воронки, установленные в кольцевом выгрузном канале высотой, обеспечивающей равномерное поступление в него катализатора.

2 3. и, ф-лы, 10 ил, о эпюры вертикальной составляющей скоро- Оц стей. (:

Реактор с движущимся слоем катализа- д тора состоит из цилиндрического корпуса 1, верхнего 2 и нижнего 3 днищ, штуцера вво- у да газосырьевой смеси (ГСС) 4 и штуцера вывода продуктов реакции(ПР) 5, коаьцевои д» кэтализэторной камеры 6, наружной 7 и а внутренней 8 перфорированных обечаек.

Верхняя часть каталиэаторной камеры 8 соединяется с загрузочными трубами 9, нижняя — с помощью сборного ложного конического днища 10 — с размещенными на его поверхности тормозными элементами

11 и состоящего из отдельных кольцевых секторов 12 переходит в кольцевой выгруж1666175

40

50 ной канал 13, образованный наружной 14 и внутренней 15 обечайками. Внутри кольцевого выгружного канала установлены направляющие воронки 16(фиг,2-5), каждая из которых состоит из двух наклонных пластин

17 и 18, шириной, соответствующей ширине выгружного кольцевого канала 13, Одним концом воронки жестко соединяются с центрирующей втулкой 19, свободно вставляемой в верхний конец разгрузочных труб 20, чем достигается фиксация воронок 16 в строго определенном положении. Стыковка соседних воронок. осуществляется в месте контакта свободных концов пластин. При этом отогнутый конец 21 одной из них перекрывает образующуюся между ними монтажную щель, Тем самым исключается попадание частиц катализатора в свободное пространство кольцевого выгружного канала под пластинами и исключается за- 20 клинивание воронок при их демонтаже. На определенном расстоянии от центрирующей втулки 19 пластины 17 и 18 соединяются между собой жесткой перемычкой 22.

На внутренней 15 и наружной 14 обечайках располагаются опорные устройства

23, выполненные в виде непрерывных выступов, плотно прилегающих снизу к пластинам 17 и 18 направляющих воронок 16 вдоль линии их контакта со стенками кольцевого выгружного канала 13. Эти опорные устройства, перекрывая монтажную щель, препятствуют просыпанию частиц катализатора. под направляющие воронки.

Предусматривается эксплуатация реактора в следующих режимах, со стационарным слоем катализатора (движение катализатора в катализаторной камере отсутствует); с движущимся слоем (в этом случае происходит постоянная замена закоксованного катализатора, выводимого из нижней. части реактора, свежим, поступающим в реактор сверху); полунепрерывный режим работы (сочетание первого и второго режимов работы. B этом случае замена отработанного катализатора свежим начинается по достижении на нем заданного содержания кокса).

Реактор работает следующим образом.

ГСС, поступив в реактор через штуцер

4, направляется в кольцевой зазор между корпусом 1 и наружной обечайкой 7. Далее газовый поток через перфорированную обечайку 7 в радиальном направлении поступает в катализаторную камеру 6, из нее — во внутреннюю перфорированную обечайку 8 и затем выводится из аппарата через штуцер 5. Подача свежего катализатора в катализаторную камеру 6 с целью замены им отработанного с последующим направлением последнего на регенерацию производится с помощью загрузочных труб 9. Для гравитационного потока сыпучего материала в кольцевом канале с вертикальными стенками в отсутствии фильтрации газа характерно, как и для цилиндрических каналов, наличие двух основных участков с различным движением частиц.

Участок Г стабилизированного движения занимает почти всю высоту канала и характеризуется безградиентным по скорости движением частиц, отсутствием у них взаимных смещений и поперечных перемещений. Частицы движутся по вертикальным траекториям.

Участок 0 выпуска характеризуется ускоренным движением частиц к выпускному отверстию разгрузочных труб 20 с относительным и взаимным смещением, Частицы, прилегающие к внутренней перфорированной обечайке 8, движутся вертикально, а отстоящие от нее — по наклонным сходящимся траекториям. Скорость катализатора на этом участке потока снижается в направлении от оси канала к периферии.

При наличии поперечной фильтрации газов в движущемся потоке частиц происходят ойределенные изменения (фиг.7). Под действием гидродинамического давления газового потока движущийся слой частиц стремится отжаться от наружной перфорирован ной обечайки 7 и прижаться к внутренней 8. B результате давление твердого материала на внутреннюю обечайку возрастает, а на наружную — падает. Соответствующим образом изменяются и силы трения на боковой поверхности слоя. Это приводит. к нарушению безградиентного движения частиц на участке Г стабилизированного движения, в слое развивается неравномерное послойное течение. Скорость нисходящего движения сыпучего материала в потоке нарастает в направлении от оси канала к периферии, Развитию неравномерности способствует и переменность гидродинамического давления в поперечном сечении кольцевого канала, обусловленная постоянным нарастанием скорости фильтрации газового потока по мере его проникновения в глубину слоя. На участке выпуска Д с усилением фильтрации газа профиль скоростей частиц катализатора приобретает такой же вид, как и на участке

Г. Заполнение кольцевого выгружного канала 13 осуществляется главным образом частицами .быстротечных слоев, формирующихся в области, прилегающей к нижнему концу наружной перфорированной обечайки 7 и скользящих далее в радиальном направлении по поверхности кониче1666175 ского днища 10. Здесь, в отличие от остальных областей, катализатор движется в условиях прямоточной фильтрации газа, чем и объясняется его повышенная скорость.

Тормозные элементы,11 (фиг. 1,8) позволяют затормозить движение катализатора вдоль конического днища 10, что приводит к выравниванию скоростного профиля потока на участке Д выпуска и, в конечном счете, обеспечивает равномерное движение материала по всей длине катализаторной камеры 6. В качестве тормозных элементов могут быть использованы как отдельно стоящие вертикальные элементы 11 (фиг.8) или наклонные пластины, расположенные радиально или под углом к направлению движения катализатора по ложному коническому днищу, так и конструкции из отдельных пластин, жестко соединенных между собой, а также кольцевые пороги.

Экспериментально установлено, что можно эффективно управлять скоростью отдельных слоев катализатора (сыпучего материала) при его движении внутри реактора, варьируя высоту и количество тормозных элементов. Исследования проводились для тормозных элементов, выполненных в виде вертикальных, радиально расположенных ребер, которыми могут являться и стыковые опорные фланцы отдельных секторов составного ложного конического днища. Этот вариант выполнения тормозных элементов является предпочтительным, поскольку является наиболее технологичным, Для обеспечения тормозного эффекта минимальная высота Н ребер должна составлять Н 10 dp, где dt< — диаметр частиц катализатора, а их количество и определяется минимальным расстоянием между ними1 1 20 dk.

Конкретное значение высоты и количества тормозных элементов зависит от скорости фильтрации газа в слое катализатора задаваемым видом каталитического процесса и его технологическими параметрами.

Однако следует отметить, что действие тормозных элементов 11 направлено в первую очередь на достижение равномерности движения в пределах, одного продольного сечения потока.. Полного равенства скоростей частиц в соседних продольных сечениях по всей длине потока они не обеспечивают. Это оказывается возможным лишь при организации равномерного движения частиц в выпускном отверстии катализаторной камеры 6, т.е. на входе в выгрузной канал 13. Из-за отсутствия фильтрации газа течение катализатора в нем подчиняется законам свободного движения (фиг. 8,9). В этом случае обеспечение равномерного движения материала на входе в кольцевой выгружной канал 13 возмож5 но лишь тогда, когда его высота превышает максимальную высоту Н выходного участка, формирующегося над входными отверстиями разгрузочных труб 20. Верхний уровень выходного участка определяется условной

10 границей С (фиг,10) перехода от равномерного стержневого движения слоя к неравномерному, проходящей через вершины зон

ЖСЕ, которые ограничены коническими поверхностями с образующими, наклоненны15 ми к горизонтали под углом динамического откоса Р = 65-70 и отделяющими зону потока с относительно быстрым движением твердых частиц от периферийных с медленно движущимся и полностью неподвиж20 ным материалом. Максимальная высота выходного участка Н определяется выражением

Н =(— — )т9Р, d

2 (1)

25 где! — расстояние от точки "С" до оси нагрузочной трубы, d — внутренний диаметр разгрузочной трубы.

Принимая, с целью уменьшения разме30 ров застойных зон катализатора в кольцевом канале 13, d = Л, где Л вЂ” ширина кольцевого выгружного канала, получим

35 н= р где R — радиус внутренней обечайки 15 выгружного кольцевого канала 13, а величина угла у> при равномерном расположении по

45 сечению канала 13 N числа разгрузочных труб 20 составит р = — — (л = 180О).

2л

С учетом (2) и максимального значения угла P= 70 минимальная высота кольцево50 ro выгружного канала 13 может быть определена из выражения

Н=2,751

11

55 (2F +3F+1)(1 — cos N)+4 (3)

R где F =д

1666175

Для ликвидации застойных зон катализатора в кольцевом выгружном канале 13 применяются легкосъемные направляющие воронки 16 (фиг. 3,4), Угол наклона их пластин 17 и 18 зависит от свойств сыпучего 5 материала и ограничен с одной стороны углом естественного откоса осыпания, превышающим угол естественного откоса в среднем на 20 и равный 30-43 для хорошо сыпучих материалов, с другой — угол ди- 10 намического откоса P = 65-70 .

Для обеспечения бесперебойного поступления катализатора в разгрузочные тру1 бы 20 и вывода его из аппарата с целью предотвращения сводообразования над вы- 15 пускными отверстиями воронок имеются перемычки 22, жестко соединенные с пластинами 17 и 18; Одновременно перемычки

22 придают воронкам 16 необходимую жес1 ткость, а также облегчают их демонтаж из 20 выгружного канала 13 при проведении профилактического осмотра.

Формула изобретения

1. Реактор с движущимся слоем катали- 25 затора, содержащий вертикальный корпус с днищем, штуцера ввода газосырьевой сме1 си и вывода продуктов реакции, катализаторную камеру и выгружной канал, снабженный направляющими воронками и 30 загрузочными и разгрузочными трубами, о тл и ч а ю шийся тем, что, с целью повышения эффективности работы реактора за счет более полной и равномерной замены отраЮ! ботанного катализатора свежим с одновре- 35 менным улучшением технологичности его сборки, катализаторная камера снабжена ложным коническим днищем с,тормозными элементами, размещенными на его внутренней поверхности, и центрирующими 40

Н=2,75х рД(Ж

+1)(1 — cos — )+—

R где F =+

Н вЂ” минимальная высота кольцевого выгружного канала;

Л- ширина кольцевого выгружного канала, Л= бв+2д, где dB — внутренний диаметр центрирующей втулки, д — толщина ее стенки;

R — радиус внутренней обечайки кольцевого выгружного канала;

N — число разгрузочных труб. 2, Реактор по п.1, отличающийся тем, что ложное коническое днище выполнено составным в виде отдельных кольцевых секторов, боковые стенки которых выполнены в виде стыковых опорных фланцев одновременно являющихся тормозными элементами.

3. Реактор по п.1, отличающийся тем, что пластины направляющих воронок размещены под углом 30-70 к горизонтали, а кольцевой выгружной канал снабжен опорными устройствами, размещенными на обечайках канала. втулками, свободно установленными в верхних концах разгрузочных труб, направляющие воронки выполнены в виде жестко соединенных между собой перемычками отдельных пластин, нижние концы которых жестко соединены с центрирующей втулкой, а верхние — отогнутые, установлены с возможностью перекрытия монтажных щелей, при этом минимальная высота кольцевого выгружного канала удовлетворяет условию

ГамсырьИаи

peaeguu

1666175

1666175

Отр

/ящРлиРт (Рлр. /г-ф) 166617 .

Ипр

1/

ПР

Фиг,9

1666175

Составитель А. Телесницкий

Редактор Н. Шитев Техред M.Ìoðãåíòàë Корректор О. Кундрик

Заказ 2480. Тираж 348 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб„4/5

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

Tpaeemopuu дбожения тбердых uacrnuq

Зпюры Вертикальной сосгпаЬяюшей скоро

cmeu часгииц на участках стаоилизирооанного Яижения и дыпуска