Реактор для каталитического получения бензина и дизельного топлива

Изобретение относится к области процессов и аппаратов химической технологии и может быть использовано для каталитического процесса получения бензинов и дизельного топлива из углеводородного сырья. Реактор включает корпус, крышку и днище, штуцера для ввода исходной газожидкостной смеси и вывода целевого продукта, газопроницаемую горизонтальную перегородку, на которой расположен неподвижный слой гранулированных частиц катализатора. Внутри реактора с зазором к основному корпусу установлена дополнительная внутренняя стенка, выполненная из листового металла, верхняя часть которой соединена с основным корпусом, а нижняя часть с газожидкопроницаемой горизонтальной перегородкой. На входном штуцере установлено распределительное устройство, состоящее из входного канала кольцевой формы, центрального осесимметричного выходного канала, нескольких соединяющих указанные каналы патрубков, расположенных тангенциально к указанному выходному каналу, и отбойного диска. Обеспечивается гомогенное перемешивание двухфазного потока на входе в реактор и его равномерное распределение на слой катализатора, снижение теплопотерь через стенки реактора и подвод дополнительного тепла в нижнюю часть слоя катализатора. 5 з.п. ф-лы, 3 ил.

 

Изобретение относится к области процессов и аппаратов химической технологии и может быть использовано для каталитического процесса получения высокооктановых бензинов и низкозастывающего дизельного топлива из углеводородного сырья широкого фракционного состава.

Известно, что эффективность каталитического гетерогенного процесса зависит от характера распределения технологических параметров в слое катализатора. Для создания оптимальных условий проведения процесса необходимо обеспечить равномерное распределение потока на входе в слой катализатора. Эта проблема становится особо актуальной в случае двухфазного (жидкость-газ) входного потока, имеющего место для многих процессов переработки нефтепродуктов, например, процессов гидроочистки или для одностадийного процесса получения сжиженного газа, высокооктанового бензина и низкозастывающего дизельного топлива из углеводородного сырья широкого фракционного состава. Для создания этих оптимальных условий используют специальные конструкции распределителей потока, которые устанавливают на входе в реактор перед слоем катализатора. Кроме того, необходимо создание оптимального распределения температуры в слое. Как правило, это заданный градиент температуры по длине слоя, который организуют различными методами подвода или отвода тепла по длине слоя. Равномерное распределение температуры в поперечных сечениях слоя обеспечивают, снижая теплопотери через стенки реактора. В случае проведения в реакторах эндотермических процессов, например процессов получения высокооктановых компонентов бензина, допустимого градиента температур по высоте слоя катализатора достигают либо подводом дополнительного количества тепла в нижнюю часть реактора, либо путем проведения процесса в нескольких реакторах, с промежуточным подогревом сырья перед каждым реактором.

Известны конструкции распределителей входного потока, которые достаточно эффективно работают в случае однофазного потока [Ч.Сеттерфилд. Практический курс гетерогенного катализа. М.: Мир, 1984, с.404]. При распределении двухфазного потока газ-жидкость такие конструкции, как правило, не обеспечивают однородное распределение обеих составляющих реакционного потока.

Традиционно в нефтепереработке для распределения двухфазного потока используют устройства, выполненные в виде т.н. колпачковых решеток [Г.Л.Вихман, С.А.Круглов. Основы конструирования аппаратов и машин нефтеперерабатывающих заводов. М.: Машиностроение. 1978. Стр.230]. Это устройство характеризуется сравнительной простотой конструкции и незначительным гидравлическим сопротивлением. Известны модификации колпачковых решеток [Пат. РФ №2192303, B01J 8/02 и №2206383, B01J 8/00]. Общим недостатком такого типа распределительного устройства является дискретный характер ввода жидкой фазы в слой катализатора из-за конечного числа отверстий, через которые происходит перелив жидкой составляющей потока на нижележащий слой. Кроме того, эффективность такого устройства критична к его монтажу в реакторе. Незначительные отклонения от горизонтального расположения приводят к перетоку жидкости по поверхности колпачковой решетки к пониженному участку и преимущественному поступлению жидкости в слой в этом месте.

Известны конструкции каталитических реакторов, в которых снижение теплопотерь через стенки реактора достигается установкой внутри реактора дополнительной стенки, размещенной с зазором к основной стенке, и пропусканием через зазор всего реакционного потока [Пат. РФ №2070827, B01J 8/04]. Последнее ограничивает возможности оптимизации температурного режима в слое катализатора из-за невозможности регулировки расхода.

Наиболее близким по количеству сходных признаков к заявляемому является реактор для проведения каталитических процессов [Пат. РФ №1594755, B01J 8/02]. Реактор имеет корпус, штуцера для ввода исходной реакционной смеси и вывода целевого продукта, газопроницаемую перегородку, на которой размещен слой катализатора, распределительное устройство, установленное на входе в реактор. Распределительное устройство состоит из размещенного аксиально в реакторе патрубка, заглушенного снизу и имеющего боковые окна для ввода углеводородного сырья и тангенциально размещенного горизонтального патрубка для ввода водяного пара. Ниже патрубка для ввода углеводородного сырья размещен перфорированный диск.

Этот реактор принят за прототип изобретения.

Указанная конструкции имеет ограничения в применении, связанные с тем, что для качественного распределения реакционной смеси в реактор необходимо подать на вход два потока, один из которых, в данном случае это водяной пар, должен обладать сравнительно большим запасом энергии для аксиальной закрутки и распределения всего потока по сечению реактора. Кроме того, данная конструкция не позволяет избежать большого перепада температур по высоте слоя катализатора, неизбежно возникающего при проведении эндотермических процессов, к каким и относится одностадийный каталитический процесс получения бензина и дизельного топлива из углеводородного сырья широкого фракционного состава.

Изобретение направлено на достижение гомогенного перемешивания двухфазного потока на входе в реактор и его равномерного распределения на слой катализатора, снижение теплопотерь через стенки реактора и подвод дополнительного тепла в нижнюю часть слоя катализатора. Это позволяет обеспечить проведение эндотермических реакций в условиях, близких к оптимальным, практически полностью устранить возникновение неоднородностей двухфазного потока в слое катализатора.

Указанный результат достигается тем, что реактор для проведения одностадийного каталитического процесса получения бензина и дизельного топлива включает корпус, крышку и днище, штуцера для ввода исходной газожидкостной смеси и вывода целевого продукта, газопроницаемую горизонтальную перегородку, на которой расположен неподвижный слой гранулированных частиц катализатора, дополнительную стенку, выполненную из листового металла и установленную внутри реактора с зазором к основному корпусу, причем верхняя часть стенки соединена с указанным корпусом, а нижняя часть с газожидкопроницаемой горизонтальной перегородкой, распределительное устройство, установленное на входном штуцере и состоящее из входного канала кольцевой формы, центрального осесимметричного выходного канала, нескольких соединяющих указанные каналы патрубков, расположенных тангенциально к указанному выходному каналу, и отбойного диска. Цилиндрическая стенка имеет высоту не менее высоты слоя катализатора и имеет ряд отверстий, расположенных выше верхней границы слоя катализатора, и ряд отверстий в нижней части для обеспечения прохождения доли реакционного потока через зазор между корпусом реактора и цилиндрической стенкой, причем указанные отверстия имеют размеры, обеспечивающие прохождение через указанный зазор объемной доли всего реакционного потока, необходимого для компенсации тепловых потерь используемого каталитического процесса. Указанный ряд отверстий в нижней части цилиндрической стенки расположен на высоте 0-0.3 высоты слоя катализатора, преимущественно 0.1-0.15 указанной высоты. Указанные соединительные патрубки распределительного устройства могут располагаться в несколько рядов по высоте, преимущественно от 1 до 3 рядов, а отношение длины соединительных патрубков к их поперечному размеру выбрано не менее 2. Отбойный диск распределительного устройства расположен горизонтально с зазором по высоте от нижнего среза указанного центрального осесимметричного выходного канала.

На Фиг.1 показан в разрезе реактор для проведения гетерогенных каталитических реакций, в частности реакций селективных превращений углеводородов. На Фиг.2 в увеличенном масштабе изображен фрагмент реактора, включающий слой катализатора, внешнюю и внутреннюю стенки реактора. На Фиг.3 показано распределительное устройство, установленное на входном штуцере.

Реактор для проведения каталитического процесса получения бензина и дизельного топлива состоит из корпуса 1, крышки 2 и днища 3, штуцеров для ввода исходной газовой смеси 4 и вывода целевого продукта 5, горизонтальной газопроницаемой перегородки 6, на которой помещен слой катализатора 7, внутренней стенки 8, имеющей верхний 9 и нижний 10 ряд отверстий для прохода части реакционной смеси, кольцевого канала 11 на входе в распределительное устройство 12, соединительных патрубков 13, выходного канала 14, расположенного осесимметрично в реакторе, отбойного диска 15, прикрепленного к распределительному устройству 12 стойками 16.

Реактор работает следующим образом. Поток исходной смеси газа и жидкости поступает в реактор через входной штуцер 4 и распределительное устройство 12. Проходя через кольцевой канал 11 и тангенциально расположенные соединительные патрубки 13, поток приобретает в выходном канале 14 осевую закрутку, диспергируется за счет повышения скорости потока и затем, обтекая отбойный диск 15, распределяется равномерно по сечению реактора. Далее основная часть потока проходит через слой катализатора 7, а небольшая часть потока проходит через верхний ряд отверстий 9 в кольцевой зазор, образованный корпусом реактора 1 и внутренней стенкой 8 и затем через нижний ряд отверстий 10 в стенке 8 поступает в нижнюю часть слоя катализатора 7. Такое частичное байпасирование газовой фазы потока обеспечивает дополнительную теплоизоляцию слоя катализатора и подвод дополнительного тепла в нижнюю часть слоя. Это имеет большое значение в случае проведения эндотермических реакций для оптимизации температурных профилей в слое катализатора и повышения выхода целевого продукта. После прохождения слоя 7 поток проходит газопроницаемую перегородку 6 и выходит за пределы реактора через выходной штуцер 5.

1. Реактор для каталитического получения бензина и дизельного топлива, включающий корпус, крышку и днище, штуцера для ввода исходной газожидкостной смеси и вывода целевого продукта, газопроницаемую горизонтальную перегородку, на которой расположен неподвижный слой гранулированных частиц катализатора, отличающийся тем, что внутри реактора с зазором к основному корпусу установлена дополнительная стенка, выполненная из листового металла, верхняя часть которой соединена с основным корпусом, а нижняя часть с газожидкопроницаемой горизонтальной перегородкой, а на входном штуцере установлено распределительное устройство, состоящее из входного канала кольцевой формы, центрального осесимметричного выходного канала, нескольких соединяющих указанные каналы патрубков, расположенных тангенциально к указанному выходному каналу, и отбойного диска.

2. Реактор по п.1, отличающийся тем, что указанная дополнительная стенка имеет высоту не менее высоты слоя катализатора.

3. Реактор по п.1, отличающийся тем, что указанная дополнительная стенка имеет ряд отверстий, расположенных выше верхней границы слоя катализатора, и ряд отверстий в нижней части для обеспечения прохождения доли реакционного потока через зазор между корпусом реактора и дополнительной стенкой.

4. Реактор по п.3, отличающийся тем, что указанный ряд отверстий в нижней части дополнительной стенки расположен на высоте 0-0,3 высоты слоя катализатора, преимущественно 0,1-0,15 указанной высоты.

5. Реактор по п.1, отличающийся тем, что указанные соединительные патрубки могут располагаться в несколько рядов по высоте, преимущественно от 1 до 3 рядов, а отношение длины соединительных патрубков к их поперечному размеру выбрано не менее 2.

6. Реактор по п.1, отличающийся тем, что отбойный диск расположен горизонтально с зазором по высоте от нижнего среза указанного центрального осесимметричного выходного канала.