EA007052B1 - Смесительное устройство для двухфазного потока в каталитическом реакторе - Google Patents

Abstract

Пар и жидкость параллельно проходят через вертикальный резервуар в каталитическом реакторе (1). Внутри резервуара расположена горизонтальная создающая препятствие потоку смесительная камера (8), в результате чего пар и жидкость проходят в вертикальном направлении через один или более входов в горизонтальную смесительную камеру. Смесительная камера состоит из круглых верхней (13) и нижней (14) стенок и цилиндрической боковой стенки (15). Внутри смесительной камеры расположены вертикальные дефлекторы (18, 19, 20). Эти дефлекторы образуют одно или более смесительных окон (21, 22). Весь технологический поток проходит через смесительное окно с высокой скоростью. После каждого смесительного окна следует Т-образное разветвление, где технологический поток разделяется на два потока, движущихся с меньшей скоростью. При переходе от высокой скорости потока в смесительном окне к меньшей скорости разделенных потоков создаются условия турбулентного потока. Для движущихся с меньшей скоростью разделенных потоков обеспечивается увеличенное время пребывания в смесителе для теплопередачи и массопередачи. Поток в смесительной камере движется в основном в горизонтальной плоскости. Поток на выходе смесителя уравновешен в отношении температуры и химического состава.

Description

Предпосылки изобретения

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к смесительному устройству для смешивания газа или пара и жидкости в резервуаре, где паровая фаза и жидкая фаза проходят совместно. Предназначением устройства является уравновешивание температуры и химического состава выходной смеси, выходящей из устройства. Изобретение предназначено (но не ограничивается этим) для смешивания горячего обогащенного водородом очистного газа и горячей углеводородной жидкости с холодным охлаждающим потоком между двумя смежными слоями катализатора в гидрообрабатывающем реакторе, таком как гидроочистной или гидрокрекинговый реактор. Кроме того, изобретение относится к каталитическому реактору, содержащему указанное выше смесительное устройство, способу смешивания пара и жидкости в их параллельном потоке и к продукту, получаемому указанным способом.

Описание предшествующего уровня техники

В литературе и патентах описано большое количество смесительных устройств для резервуаров с двухфазным параллельным потоком. Большинство устройств принадлежит к одному из шести типов, приведенных ниже.

Тип 1. Вихревые смесители с впускными желобами, расположенными в накопительном поддоне.

Пример такой конструкции описан в патенте США № 3541000. Смеситель состоит из горизонтальной накопительной лотковой тарелки 6. Накопительная лотковая тарелка снабжена множеством наклонных желобов 32/34. Весь технологический поток из пара и жидкости из расположенного выше слоя катализатора проходит через эти входные желоба с большой скоростью. Расположенный ниже накопительный поддон представляет собой кольцеобразную смесительную камеру 8. Струи, выходящие из желобов, имеют горизонтальные компоненты и создают завихряющее движение текучих сред внутри смесительной камеры. Затем текучие среды проходят поверх внутренней перегородки 12 и затем вертикально вниз через центральное отверстие 10. На выходе отверстия 10 по перфорированным трубам в звездообразной конфигурации 30 добавляется холодная охлаждающая текучая среда. Под смесителем расположен распределительный поддон 14 для грубого распределения текучей среды. Поддон 14 также служит отбойником для движущихся с высокой скоростью текучих сред, выходящих из отверстия 10. Под поддоном для грубого распределения расположен распределительный поддон 4 для завершающего распределения текучей среды.

Далее приведены другие примеры выполнения вихревых смесителей.

В патенте США № 4836989 описан смеситель, подобный смесителю, описанному в патенте США № 3541000. Однако для улучшения смешивания охлаждающей текучей среды с паром и жидкостью, поступающими сверху из каталитического слоя, охлаждающую текучую среду добавляют через перфорированные трубчатые распределители 13 перед накопительным поддоном 12, а не после него.

В патентах США № 5837208 и 5989502 и в документе \¥О 0248286 описаны смесители, подобные смесителю, описанному в патенте США № 4836989.

Тип 2. Смесители с вихревой камерой с радиальным/горизонтальным входным потоком.

Пример такой конструкции дан в патенте США № 3353924. Смеситель представляет собой накопительную тарелку 6. Холодную охлаждающую среду добавляют через перфорированное трубчатое кольцо 11, расположенное над накопительной тарелкой. Пар и жидкость, поступающие из слоя 3 катализатора, расположенного над смесителем, и охлаждающая жидкость поступают в вихревую камеру 7 через множество впускных отверстий 8. В отличие от указанных выше конструкций вихревых смесителей поток через впускные отверстия в вихревую смесительную камеру проходит большей частью в горизонтальном/радиальном направлении. Впускные отверстия снабжены лопатками 9, которые создают вихревое движение текучих сред внутри вихревой камеры 7. Текучая среда выходит из вихревой камеры через центральное отверстие 13 а. Под центральным отверстием расположен перфорированный отбойник 14 с вертикальными дефлекторами 16.

Далее приведены другие примеры выполнения вихревых смесительных камер.

В патенте США № 3787189 описан смеситель с вихревой камерой, подобный смесителю, описанному в патенте США № 3353924. Однако впускные отверстия и лопатки вихревой камеры имеют другую конструкцию, и отбойник 23 под центральным отверстием 20 не перфорирован. Расположенные радиально вертикальные дефлекторы на выходе смесителя заменены лопатками 22, создающими вихревое движение текучих сред, выходящих из смесителя под накопительной тарелкой 18.

В патенте США № 5462719 описан смеситель с вихревой камерой, подобный описанному в патенте США № 3353924. Пар и жидкость сначала проходят через радиальные перфорации в цилиндрическом дефлекторе 24 и затем через лопатки 22, которые создают вихревое движение внутри вихревой камеры. Текучие среды выходят из вихревой камеры через центральное отверстие 21 и поступают во вторую смесительную камеру, расположенную под накопительной тарелкой 20. Во второй смесительной камере текучие среды проходят наружу в радиальном направлении и выходят из смесителя через радиальные перфорации в цилиндрической стенке 26.

Тип 3. Смесители с колпачковыми тарелками.

Пример такой конструкции описан в патенте США № 5152967. Смеситель состоит из накопительной тарелки 16 и колпачков 18 и 19 над сливным стаканом 17. Колпачок и сливной стакан образуют пер

- 1 007052 вую смесительную вихревую камеру. Боковые стенки колпачка 19 снабжены наклонными отверстиями. Когда пар и жидкость поступают в первую вихревую камеру через наклонные отверстия, создается вихревое движение. Текучие среды сначала проходят вверх и над верхней кромкой сливного стакана 17 и затем вниз через сливной стакан и центральное отверстие в тарелке 16. Данный смеситель также снабжен второй вихревой камерой, расположенной под первой вихревой камерой с обеспечением радиального потока внутрь.

Далее приведены другие примеры смесителей с колпачковыми тарелками.

В патенте США № 6183702 В1 описан другой смеситель с колпачковыми тарелками. Смеситель представляет собой накопительную тарелку 1125, которая поддерживает определенный уровень жидкости. Накопительная тарелка снабжена вертикальными дефлекторами 1130, которые содействуют вихревому движению жидкости в тарелке 1125. Вихревое движение дополнительно усиливается струями охлаждающей текучей среды, вытекающими из труб 1140. В накопительном поддоне смеситель с колпачковыми тарелками, представляющий собой цилиндрический колпачок 1150 со щелевыми отверстиями, накрывающий цилиндрический сливной стакан 1165, установлен над центральным отверстием в тарелке 1125. Кольцевое пространство между колпачком и сливным стаканом снабжено полуспиральными дефлекторами 1155. Пар поступает в кольцевое пространство через щелевые отверстия в цилиндрической стенке колпачка 1150. Таким образом, пар поднимает жидкость в кольцевое пространство, и пар и жидкость протекают вверх через кольцевое пространство. Вихревое движение сообщается в кольцевом пространстве дефлекторами 1155. Пар и жидкость протекают вниз через сливной стакан и через отверстие в накопительной тарелке 1125.

Патенты США № 3824080, 3824081 и 5403560 описывают другие примеры смесителей с колпачковыми тарелками.

Тип 4. Смесители с раздельным смешиванием пара и жидкости.

Пример такой конструкции описан в Европейском патенте № 716881. Смеситель представляет собой накопительную тарелку 20 с центральным отверстием 30. Над центральным отверстием расположена паровая вихревая камера 100/55 для смешивания паров. Паровая вихревая камера снабжена отверстиями 95 и завихряющим средством 105. Накопительная тарелка 20 снабжена другими отверстиями 40 для потока жидкости. Отверстия соединены с каналами 65 для направления жидкости к осевой линии реактора. При нормальной работе накопительная тарелка 20 поддерживает определенный уровень жидкости, и пар поступает в паровой вихревой смеситель 100/55 и выходит через центральное отверстие 30, тогда как жидкость обходит вихревую смесительную камеру по параллельным проходам 40/65 для жидкости. Под смесителем расположена пластина 90 для грубого распределения/отбойник.

Другой пример выполнения смесителя с раздельным смешиванием пара и жидкости описан в патенте США № 5935413.

Тип 5. Смеситель с дефлекторной камерой с вертикальным потоком.

Пример такой конструкции описан в патенте США № 42332 69. Смеситель содержит впускной питающий канал 12, по которому пар и жидкость поступают в смеситель. Из впускного питающего канала текучие среды проходят через два круглых смесительных отверстия, сформированных тороидальными тарелками 32 и 36, и через один кольцеобразный ограничитель потока, сформированный диском 34.

Тип 6. Смеситель с дефлекторной камерой с горизонтальным потоком.

Пример такой конструкции описан в патенте США № 5690896. Смеситель выполнен как единая деталь системы носителя катализатора. Пар и жидкость накапливаются в кольцевом накопительном желобе 24. Охлаждающую жидкость добавляют в кольцевой накопительный желоб по трубам 22 и 23 охлаждения. Пар и жидкость проходят по кольцевому накопительному желобу в смесительную камеру 30, расположенную между опорными балками 14 и 15. Весь технологический поток поступает в смесительную камеру через впускное отверстие 36. Смесительная камера состоит из одного канала для потока с оборотом протяженностью 360° в направлении потока. После оборота на 360° в смесительной камере жидкость выходит через центральное отверстие 37.

В патенте США № 3705016 описан смеситель, состоящий из экрана 11/12, расположенного на накопительной тарелке 8, являющейся носителем катализатора. Экран покрыт инертным опорным материалом 7. Охлаждающую жидкость впрыскивают в слой катализатора над тарелкой 8. Пар и жидкость могут проходить через экран 11/12, тогда как инертный материал не может. После прохождения через экран пар и жидкость проходят вертикально через центральное отверстие в накопительной тарелке 8. Под накопительной тарелкой расположена горизонтальная смесительная камера, состоящая из горизонтальной нижней тарелки 16 и вертикальных дефлекторов 20, 21, 22 и 23. Текучие среды, выходящие через центральное отверстие, сначала разделяются на два горизонтальных потока. Затем каждый из двух потоков вновь разделяется на два потока, в результате чего получают четыре потока. На выходе смесителя два из этих четырех потоков вновь сливаются и направляются к одной стороне сечения реактора, тогда как остальные два потока также вновь сливаются и направляются к другой стороне сечения реактора. Наконец, пар и жидкость распределяются через перфорированный поддон 25.

Другой пример выполнения дефлекторной смесительной камеры с горизонтальным потоком описан в патенте США № 3977834. Описан смеситель, состоящий из множества параллельных смесительных

- 2 007052 камер 13. Смесительные камеры расположены между опорными балками 7 для катализатора, и охлаждающую жидкость добавляют между балками перед смесительными камерами по трубам 11.

Оценка характеристик смесителей известного уровня техники

Перепад давлений является движущей силой смешивания во всех указанных конструкциях смесителей. Однако, например, в установках для гидроочистной и гидрокрекинговой обработки повышенный перепад давлений в смесителе приводит к существенным дополнительным затратам. Примерами этого являются повышенные первоначальные затраты на компрессор для рециркуляции газа и повышенные эксплуатационные расходы в отношении дополнительной мощности на валу, требуемой для компрессора для рециркуляции газа. Для двухфазного смесителя установлены следующие критерии для получения хорошо смешанной и уравновешенной выходной смеси для заданного перепада давлений в смесителе.

A) Смеситель должен иметь средства сужения потока или смесительные отверстия с высокой скоростью потока. Высокая скорость будет обеспечивать рассеивание жидкости в паре или пара в жидкости. Дисперсный режим потока образует большую межфазную поверхность, пригодную для теплопередачи и массопередачи. Высокая скорость также дает высокую степень турбулентности, что также приводит к хорошему смешиванию. Высокая скорость также обеспечивает получение высоких коэффициентов теплопередачи и массопередачи для теплопередачи и массопередачи между жидкой и паровой фазами.

B) Весь обрабатываемый поток должен соединяться/входить в контакт в смесительных отверстиях. Недостаточно иметь параллельные проходы в смесителе, поскольку параллельные потоки не входят в контакт и, таким образом, не могут быть достигнуты уравновешенная температура и состав параллельных потоков.

C) Смеситель будет иметь районы с меньшей скоростью потока после смесительных отверстий для получения некоторого времени задержки для пара и жидкости и для создания условий турбулентного потока в переходе от высокоскоростного потока к потоку с меньшей скоростью. Время задержки необходимо для теплопередачи и массопередачи. Условия турбулентного потока необходимы для смешивания фаз.

Ό) На выходе смесителя должно быть достигнуто удовлетворительное распределение или распространение текучей среды по сечению реактора. Даже если под смесителем расположен распределительный поддон, необходимо некоторое распространение текучей среды по сечению реактора на выходе смесителя для предотвращения избыточных градиентов уровня текучей среды на распределительном поддоне. Например, может быть недопустимой конструкция смесителя, из которой вся текучая среда выходит в одну сторону реактора.

Кроме того, важна общая высота смесителя. Смеситель должен быть как можно компактнее для уменьшения требуемой высоты реактора/резервуара. В гидроочистном или гидрокрекинговом реакторе пространство, занимаемое смесителем, не может использоваться для расположения активного катализатора. Для преобразования реагентов в необходимые продукты требуется заданный суммарный объем катализатора. Таким образом, пространство, занимаемое смесителем, увеличивает требуемые размеры/высоту реактора. Гидрокрекинговые реакторы рассчитаны для работы при давлении до 200 бар и температуре до 450°С с высокими парциальными давлениями как водорода, так и сероводорода. В типичном случае реакторы имеют внутренние диаметры, достигающие 5 м. Вследствие расчета на работу в жестких условиях, гидрокрекинговый реактор имеет толстый корпус, который обычно выполнен из стали с содержанием 2,25 хрома и 1,0 молибдена с внутренней облицовкой из аустенитной нержавеющей стали, например, марки 347 88. Стоимость одного погонного метра прямой стороны реактора может достигать одного миллиона долларов США (по курсу 2002 г.). Таким образом, существует большая возможность экономии, если использовать более компактные конструкции смесителей.

Смесители типа 1, то есть вихревые смесители с впускными желобами, в настоящее время являются наиболее широко используемыми смесителями в промышленных гидроочистных и гидрокрекинговых вариантах использования. Большая часть перепада давлений в смесителе используется во входных желобах. Однако эти желоба представляют собой параллельные проходы для потока. Таким образом, критерий В не удовлетворяется. Кроме того, распределение пара и жидкости в каждый входной желоб может быть недостаточным из-за невыровненной накопительной тарелки или из-за других производственных допусков. Часть желобов может пропускать основную жидкую фракцию, тогда как другие желоба пропускают основную паровую фракцию. В таком случае пар и жидкость не входят в эффективный контакт во входных желобах. Время задержки в кольцевой камере обычно недостаточно для обеспечения полного оборота текучих сред на 360°, в результате чего текучие среды из разных желобов и разных сторон реактора никогда не смешиваются полностью. Скорость потока во входных желобах обычно слишком высока для того, чтобы обеспечивать отделение жидкости в кольцевой камере, как первоначально заявлено. Весь обрабатываемый поток входит в контакт в центральном отверстии смесителя, однако текучие среды распространяются по всему сечению реактора сразу после этого. После центрального отверстия нет замкнутого пространства для получения времени задержки для обеспечения теплопередачи и массопередачи. Таким образом, критерий С также не удовлетворяется. Смесители типа 1 являются относительно компактными смесителями.

- 3 007052

Что касается смесителей типа 2, то есть смесителей с вихревой камерой с радиальным/горизонтальным входным потоком, на вход в вихревую камеру приходится большая часть перепада давлений. Эти входные проходы также представляют собой параллельные проходы для потока. Таким образом, критерий В не удовлетворяется. Как и в отношении смесителей типа 1, весь обрабатываемый поток входит в контакт в центральном отверстии. Однако текучие среды распространяются по всему сечению реактора сразу после этого. После центрального отверстия нет замкнутого пространства для получения времени задержки для обеспечения теплопередачи и массопередачи. Таким образом, критерий С также не удовлетворяется.

Как и смесители типа 1 и 2, смесители типа 3, то есть смесители с колпачковыми тарелками, не удовлетворяют критериям В и С.

В смесителях типа 4, то есть смесителях с раздельным смешиванием пара и жидкости, часть перепада давлений в смесителе используется в средствах предварительного смешивания для предварительного смешивания пара и жидкости отдельно и параллельно. Каждое однофазное средство предварительного смешивания само также состоит из параллельных проходов для потока, таких как параллельные входные желоба или лопатки. Таким образом, смесители не удовлетворяют критерию В. В Европейском патенте № 716881 двухфазное смесительное отверстие не упомянуто вообще, следовательно, он также не удовлетворяет критерию А.

Тип 5, то есть смеситель с дефлекторной камерой с вертикальным потоком, описанный в патенте США № 4223269, представляет отличную конструкцию в отношении характеристик смешивания и удовлетворяющую всем приведенным выше критериям А-И. Однако смесители типа 5 имеют очень большую высоту и, таким образом, занимают значительный объем реактора/резервуара.

Смесители типа 6, то есть смесители с дефлекторной камерой с горизонтальным потоком, описанные в патенте США № 3705016 и патенте США № 3977834, представляют конструкции смесителей с более параллельными проходами для потока и, таким образом, не удовлетворяющие критерию В. Патент США № 3977834 также не удовлетворяет критерию А, поскольку весь технологический поток никогда не входит в контакт в одном смесительном отверстии. Кроме того, патент США № 3705016 не удовлетворяет критерию И, поскольку текучая среда выходит из смесителя с неравномерной структурой потока. Смеситель типа 6, описанный в патенте США № 5690896, является приемлемо хорошим смесителем. Однако смеситель не удовлетворяет критерию С. После сведения всего обрабатываемого потока воедино, в смесительном отверстии не существует достаточного времени задержки после отверстия для теплопередачи и массопередачи. Также не удовлетворяется критерий Ό, поскольку текучие среды подходят к центральному отверстию только с одной стороны. Получаемое распространение текучей среды на выходе смесителя неравномерно.

Сущность изобретения

Изобретение относится к смесительному устройству для смешивания газа или пара и жидкости в резервуаре с параллельным потоком пара и жидкости. Изобретение относится к указанному выше смесителю типа 6, то есть смесителю с дефлекторной камерой с горизонтальным потоком.

Одной из главных целей изобретения является достижение такого смешивания при относительно небольшой потере объема реактора и при относительно небольших потребностях в энергии.

Согласно изобретению эта и другие цели и преимущества достигнуты посредством создания смесительного устройства для использования в каталитическом реакторе, расположенного между его верхним слоем катализатора и нижним слоем катализатора, для смешивания газа или пара и жидкости, протекающих совместно в резервуаре указанного реактора через указанные наложенные друг на друга слои катализатора, причем указанное смесительное устройство выполнено с возможностью образования канала для потока через указанное смесительное устройство для указанных пара и жидкости из указанного верхнего слоя катализатора в указанный нижний слой катализатора или наоборот, при этом указанный канал для потока содержит по меньшей мере одно впускное отверстие указанного смесительного устройства;

по меньшей мере одно выпускное отверстие указанного смесительного устройства;

первое и по меньшей мере одно второе смесительное окно или проход, расположенные последовательно вдоль указанного канала для потока, причем указанное первое и по меньшей мере одно указанное второе смесительные окна расположены и выполнены так, что, по существу, весь комбинированный поток из жидкости и пара должен проходить через каждое из указанных смесительных окон, имеющих такую площадь сечения потока относительно расхода указанного комбинированного потока, что скорость двухфазного потока без проскальзывания фаз указанного комбинированного потока в смесительном окне составляет от 3 до 15 м/с, предпочтительно достаточную для того, чтобы жидкость рассеивалась в паре и/или пар рассеивался в жидкости; и по существу горизонтальную секцию канала для потока, проходящую между указанным по меньшей мере одним впускным отверстием и указанным по меньшей мере одним выпускным отверстием таким образом, чтобы вертикальное измерение смесительного устройства было как можно меньшим, причем указанная по существу горизонтальная секция канала для потока предпочтительно проходит от точ

- 4 007052 ки, расположенной вблизи указанного впускного отверстия, до точки, расположенной вблизи указанного выпускного отверстия.

Таким образом, получено эффективное взаимодействие между жидкостью и паром с минимальной потерей объема реактора.

Изобретение предусматривает получение смесительного устройства для использования в каталитическом реакторе, расположенного между его верхним слоем катализатора и нижним слоем катализатора, для смешивания газа или пара и жидкости, протекающих параллельно внутри по существу вертикального резервуара указанного реактора, через указанные наложенные друг на друга слои катализатора, причем указанное смесительное устройство выполнено с возможностью образования канала для потока через указанное смесительное устройство для указанных пара и жидкости, проходящих из указанного верхнего слоя катализатора в указанный нижний слой катализатора или наоборот, при этом указанное смесительное устройство содержит верхнюю стенку, снабженную по меньшей мере одним впускным отверстием; нижнюю стенку, снабженную по меньшей мере одним выпускным отверстием;

боковую стенку, проходящую между периферией указанной верхней стенки и периферией указанной нижней стенки, для образования замкнутого пространства между указанными верхней и нижней стенками;

внутренние разделительные стенки, проходящие между указанными верхней и нижней стенками, выполненные с возможностью образования указанного канала для потока совместно с указанными верхней и нижней стенками, причем указанные разделительные стенки, кроме того, выполнены с возможностью образования первого и по меньшей мере одного второго смесительных окон или проходов, расположенных последовательно вдоль указанного канала для потока, при этом указанное первое и указанное по меньшей мере одно второе смесительные окна расположены и выполнены таким образом, что по существу весь комбинированный поток из жидкости и пара должен проходить через каждое из указанных смесительных окон, имеющих такую площадь сечения потока относительно расхода указанного комбинированного потока, что скорость двухфазного потока без проскальзывания фаз указанного комбинированного потока в смесительном окне составляет от 3 до 15 м/с, предпочтительно достаточную для того, чтобы жидкость рассеивалась в паре и/или пар рассеивался в жидкости; и указанные разделительные стенки совместно с указанными верхней и нижней стенками образуют по существу горизонтальную секцию канала для потока, проходящую между указанным по меньшей мере одним впускным отверстием и указанным по меньшей мере одним выпускным отверстием таким образом, что вертикальный размер смесительного устройства получают как можно меньшим, при этом указанная по существу горизонтальная секция канала для потока предпочтительно проходит от точки вблизи указанного впускного отверстия до точки вблизи указанного выпускного отверстия.

Одним вариантом осуществления изобретения является создающая препятствие потоку горизонтальная смесительная камера, расположенная между стенками цилиндрического реактора. Смесительная камера имеет одно или более отверстий для создания по существу вертикального потока текучей среды внутрь смесителя. Смесительная камера содержит горизонтальную круглую верхнюю стенку, горизонтальную круглую нижнюю стенку и вертикальную цилиндрическую стенку, которая может быть секцией внутренней стенки реактора. Для минимизации высоты смесительной камеры диаметр смесительной камеры предпочтительно близок или равен внутреннему диаметру реактора. Внутри горизонтальной смесительной камеры расположены вертикальные дефлекторы. Вертикальные дефлекторы образуют смесительные окна, через которые с высокой скоростью проходит весь технологический поток. После смесительного окна следует Т-образное разветвление, разделяющее технологический поток на два боковых потока, движущихся с меньшей скоростью. Горизонтальная смесительная камера состоит из серии этих смесительных окон, после которых следуют Т-образные разветвления, что означает, что текучие среды сначала комбинируются при высокой скорости потока в первом сужении потока, затем разделяются на два потока, движущихся с меньшей скоростью, первым Т-образным разветвлением, затем вновь соединяются при высокой скорости потока во втором сужении потока и т.д. В смесительных окнах жидкость рассеивается в паре для создания большой межфазной поверхности для теплопередачи и массопередачи. Высокая скорость потока в смесительных окнах также обеспечивает высокие коэффициенты теплопередачи и массопередачи в условиях турбулентности, которая обеспечивает смешивание. Таким образом, критерий А удовлетворяется. Поскольку весь технологический поток проходит через каждое смесительное окно, критерий В также удовлетворяется. В районе с пониженной скоростью потока между двумя смесительными окнами обеспечивается увеличение времени пребывания в смесителе для теплопередачи и массопередачи. Таким образом, критерий С также удовлетворяется. После прохождения через серию смесительных окон и Т-образных разветвлений текучие среды выходят в вертикальном направлении через одно или более отверстий в круглой горизонтальной нижней стенке.

Предпочтительно, на осевой линии реактора находится одно отверстие и обеспечивается симметричный подход текучей среды к отверстию, что дает равномерное распространение жидкости под смесителем. Таким образом, критерий Ό также удовлетворяется. Под отверстием в круглой горизонтальной

- 5 007052 нижней стенке расположен отбойник для гашения высокой скорости двухфазной струи и для распространения жидкости по сечению реактора.

Охлаждающая текучая среда может быть добавлена перед первым смесительным окном либо над горизонтальной верхней стенкой, либо между горизонтальными верхней и нижней стенками. Охлаждающая текучая среда также может быть добавлена между двумя смесительными окнами.

Тогда как существующие смесители типа 6 не удовлетворяют всем критериям Ά-Ό для получения надлежащего качества смешивания, вариант осуществления настоящего изобретения им удовлетворяет. По сравнению с известным уровнем техники, вариант осуществления изобретения имеет улучшенные смесительные характеристики, касающиеся получения выходного потока из смесителя, который уравновешен в отношении температуры и состава. Кроме того, в отличие от большинства смесителей, описанных в рамках предшествующего уровня техники, согласно изобретению для размещения смесительной камеры используется большая часть сечения реактора. Большой диаметр смесительной камеры способствует уменьшению потребности в высоте для варианта осуществления изобретения по сравнению с устройствами известного уровня техники. График 1 (см. фиг. 11) показывает сравнение вычисленной высоты варианта осуществления настоящего изобретения с вычисленной высотой вихревого смесителя, соответствующего патенту США № 4836989, для двенадцати промышленных вариантов гидрообработки. Оба смесителя были разработаны для одинакового суммарного перепада давлений для каждого из двенадцати промышленных вариантов применения. Как можно видеть, уменьшение высоты, достигаемое согласно настоящему изобретению по сравнению с вихревым смесителем, составляет от 35 до 440 мм или от 15 до 55%. Это является достигаемым уменьшением высоты самого смесителя. Кроме того, если нагнетают охлаждающую текучую среду, распределитель охлаждающей среды может быть встроен как единая часть варианта осуществления настоящего изобретения, тогда как для вихревого смесителя требуется отдельный охлаждающий распределитель, расположенный над смесителем. См. патент США № 4836989. Отдельный распределитель охлаждающей текучей среды требует некоторой дополнительной высоты.

Краткое описание чертежей

Фиг. 1 - схематический чертеж, показывающий типичную компоновку катализатора и внутренних устройств в гидрообрабатывающем реакторе с двумя слоями частиц твердого катализатора. Фиг. 1 также показывает типичное местоположение смесительного устройства между двумя смежными слоями катализатора внутри реактора.

Фиг. 2 - схематический изометрический вид в перспективе с вырезом одного варианта выполнения смесительного устройства, соответствующего настоящему изобретению.

Фиг. ЗА - вид сверху варианта выполнения смесительного устройства, показанного на фиг. 2.

Фиг. ЗВ - вид сбоку сечения, выполненного по линии А-А на фиг. ЗА.

Фиг. ЗС - вид сбоку сечения, выполненного по линии В-В на фиг. ЗА.

Фиг. 4А, 5А, 6А, 7А, 8А, 9А и 10А - виды сверху альтернативных вариантов осуществления настоящего изобретения.

Фиг. 4В, 5В, 6В, 7В, 8В, 9В и 10В - соответствующие виды сбоку сечений, выполненных по линиям А-А.

Фиг. 4С, 5С, 6С, 7С, 8С, 9С и 10С - соответствующие виды сбоку сечений, выполненных по линиям В-В.

Фиг. 7Ό - вид сбоку сечения, выполненного по линии С-С на фиг. 7А.

Фиг. 11 - график 1: высота варианта осуществления настоящего изобретения по сравнению с высотой вихревого смесителя (И8 № 48З6989).

Альтернативные варианты осуществления настоящего изобретения включают конструкции, показанные на чертежах, но не ограничиваются ими.

Подробное описание изобретения

Реакции, происходящие в гидрообрабатывающих реакторах, являются экзотермическими. Таким образом, в ходе реакции выделяется тепло, вызывающее повышение температуры, когда реагенты преобразуются в продукты в присутствии гидрообрабатывающего катализатора при повышенных температуре и давлении.

В промышленных гидрообрабатывающих реакторах двухфазная смесь реагентов протекает через слой частиц твердого катализатора. Идеальным режимом потока в таком реакторе является пробковый режим потока, когда жидкость течет вниз с одинаковой скоростью (в случае с пустым реактором) во всех точках сечения реактора. В случае с идеальным пробковым режимом потока то же самое справедливо для паровой фазы, то есть пар течет вниз с одинаковой скоростью (в случае с пустым реактором) во всех точках сечения реактора.

В промышленных реакторах пробковый режим потока никогда не достигается из-за неидеальных распределительных поддонов, неравномерности загрузки катализатора и/или наличия отложений в полом пространстве между частицами катализатора. Таким образом, в некоторых районах слоя катализатора скорость потока жидкости выше средней и скорость пара ниже средней. В результате высокой теплоемкости жидкости относительно пара рост температуры в °С на метр прохода для потока в этих районах низкий. Подобным образом, в других районах слоя катализатора скорость потока жидкости ниже сред

- 6 007052 ней и скорость пара выше средней. Вновь, в результате высокой теплоемкости жидкости относительно пара рост температуры в °С на метр прохода для потока в этих районах высокий.

В результате, даже если смесь реагентов имеет равномерную температуру на входе реактора, некоторые районы слоя катализатора становятся более горячими, чем другие, когда текучие среды проходят через слой. Кроме того, поскольку скорость реакции возрастает при увеличении температуры, этот эффект ведет к ускорению: в горячих районах слоя катализатора скорость реакции высока, и, таким образом, в этих районах выделяется еще больше тепла, чем в холодных районах.

В результате разности скорости реакции между горячими районами и холодными районами слоя катализатора также возникают разности в химическом составе текучих сред.

Неравномерность температуры и химического состава в горизонтальной плоскости дает несколько отрицательных эффектов.

Все гидрообрабатывающие катализаторы в ходе работы дезактивируются. Для компенсации снижения активности катализатора среднюю температуру слоя в ходе цикла повышают. В какой-то момент времени в конце цикла пиковая температура в слое катализатора достигает ее максимального допустимого значения. В этот момент вся технологическая установка должна быть остановлена, и катализатор должен быть регенерирован или заменен. Таким образом, если существует неравномерность температуры в горизонтальной плоскости, конец цикла будет происходить на более ранней стадии и при более низкой средней температуре слоя. Повышенная частота остановок, вызванная неравномерными температурами, приводит к повышенным затратам для производителя с точки зрения потерь из-за простоев, потребления катализатора и дополнительных трудовых затрат.

Другой эффект неравномерностей состоит в том, что степень химической конверсии неравномерна. Часть реагентов будет превращена в высокой степени, тогда как оставшаяся часть реагентов будет превращена в меньшей степени. Результатом часто бывает пониженное общее качество продукта. Первым примером является гидроочистной реактор для получения дизельного топлива, в котором серосодержащие углеводородные компоненты и Н₂ превращаются в бессерные углеводородные компоненты и Н₂8. Если существуют неравномерные температуры, то часть подаваемой нефти вступает в реакцию при более высокой температуре и возможно также при более низкой пространственной скорости вследствие пониженной скорости жидкости, как описано выше. Другая часть подаваемого топлива вступает в реакцию при более низкой температуре и возможно также при более высокой пространственной скорости вследствие повышенной скорости жидкости. Результатом является то, что органическая сера имеет тенденцию обходить слой катализатора через районы с низкой температурой и высокой пространственной скоростью. Этот обход существенно повышает содержание органической серы в продукте в целом. Для соответствия техническим условиям по содержанию органической серы для продукта производитель вынужден снижать интенсивность подачи или увеличивать рабочую температуру реактора для компенсации неравномерности температур и состава. Снижение интенсивности подачи приводит к существенным потерям из-за снижения производства. Увеличение температуры реактора приводит к увеличению потребления энергии и уменьшению продолжительности цикла при увеличении частоты остановок для регенерации/замены катализатора. Увеличенная частота остановок приводит к большим избыточным затратам, как было указано выше.

Вторым примером является гидрокрекинговый реактор, в котором более тяжелые компоненты углеводорода и Н₂ превращаются в более легкие углеводородные компоненты. Вновь, если существуют неравномерные температуры, то часть подаваемой нефти вступает в реакцию при повышенной температуре и возможно также при пониженной пространственной скорости вследствие пониженной скорости жидкости. Другая часть подаваемой нефти вступает в реакцию при пониженной температуре и возможно также повышенной пространственной скорости вследствие повышенной скорости жидкости. Результатом этого является то, что часть подаваемой тяжелой нефти подвергается чрезмерно глубокому крекингу таким образом, что значительно увеличивается производство нежелательных газов Ц-С₄ и легких лигроиновых компонентов, тогда как другая часть подаваемой тяжелой нефти конверсируется только в низкой степени. Таким образом, избирательность гидрокрекинговой установки для получения необходимого продукта снижена, и общая конверсия подаваемых тяжелых компонентов в более легкие компоненты также уменьшена. Оба эффекта связаны со значительными расходами для производителя. Неравномерности температуры и химического состава в горизонтальной плоскости слоя катализатора неизбежны в промышленных гидрообрабатывающих реакторах. Однако неравномерности могут быть минимизированы посредством установки пригодных внутренних средств реактора.

Что касается первого слоя катализатора, в который сначала поступают сырье/реактивы, необходима установка хорошего входного распределителя для обеспечения равномерного распределения жидкости и пара по сечению реактора. Текучие среды, поступающие в этот распределитель, должны надлежащим образом смешиваться перед распределителем для обеспечения достижения композиционного и теплового равновесия. Достаточное смешивание жидкостей наиболее часто обеспечивается в трубопроводах, проводящих реактивы в реактор.

Для любого последующего слоя (слоев) катализатора также необходим хороший входной распределитель для обеспечения равномерного распределения жидкости и пара по сечению реактора. Однако

- 7 007052 входной поток в последующий слой катализатора является выходным потоком из предшествующего слоя катализатора, где на выходе слоя катализатора будут существовать неравномерные температура и химический состав. Таким образом, важно иметь смесительное устройство, расположенное между предшествующим слоем катализатора и распределителем. В противном случае, неравномерность температуры и химического состава могут передаваться от одного слоя в следующий и усугубляться. Назначением смесительного устройства является получение выходного потока, который уравновешен в отношении температуры и состава.

Охлаждающую текучую среду, которая холоднее текучих сред внутри реактора, часто нагнетают в гидрообрабатывающий реактор между двумя смежными слоями катализатора для охлаждения горячего вытекающего потока из одного слоя катализатора до того, как текучие среды поступают в следующий слой. Это предусматривает работу реактора ближе к изотермическим условиям, которые имеют несколько преимуществ с точки зрения увеличения продолжительности рабочего цикла и улучшения качества продукта. Другим назначением смесительного устройства в этом случае является смешивание холодного охлаждающего потока с вытекающим потоком из одного слоя катализатора для достижения теплового и композиционного равновесия до того, как поток входит в следующий слой катализатора.

На фиг. 1 изображены очертания типичного гидрообрабатывающего реактора 1 с двумя слоями 2 и 3 частиц катализатора. Фиг. 1 предназначена для обозначения типичного местоположения смесительного устройства относительно слоев катализатора и других внутренних средств реактора. Реагенты поступают в реактор через впускной патрубок 4. Текучие среды здесь поступают в распределительный поддон 5, который распределяет пар и жидкость равномерно по сечению реактора до того, как текучие среды поступят в слой 2 катализатора. Слой 2 катализатора лежит на экране или решетке 6 для удерживания катализатора. Обычно на экран или решетку для удерживания катализатора воздействуют большие силы в связи с большим весом катализатора и вследствие воздействия сил, сообщаемых потоком текучей среды, проходящим через слой катализатора. Таким образом, для приема на себя этих сил обычно требуются опорные балки 7. Под опорной системой 6 и 7 для катализатора расположено смесительное устройство 8. Охлаждающая жидкость может добавляться через патрубок 9 для охлаждающей жидкости. Под смесителем может быть расположено отбойное устройство 10 для рассеивания жидкости и для гашения высокой скорости струи, выходящей из смесительного устройства. Под смесителем расположен второй распределительный поддон 11, который равномерно распределяет пар и жидкость по сечению реактора перед тем, как текучие среды поступают в следующий слой 3 катализатора. Продукт выходит из реактора через выпускной патрубок 12.

Можно также использовать более двух слоев катализатора. Количество смесительных устройств 8 обычно составляет значение N-1, где N - это количество слоев катализатора в реакторе.

Фиг. 2 - 9 представляют альтернативные конструкции смесительного устройства, соответствующего настоящему изобретению. Чертежи представлены только для показа отличительных признаков изобретения и альтернативных вариантов его осуществления. Они не вносят ограничений в объем описанных здесь замыслов и не служат рабочими чертежами. Их не следует рассматривать как ограничивающие объем идеи изобретения. Относительные размеры, показанные на чертежах, не следует рассматривать как равные или пропорциональные размерам в промышленных вариантах осуществления изобретения.

На фиг. 2 показан изометрический вид в перспективе с вырезом смесительной камеры 8, состоящей из круглой верхней стенки 13, круглой нижней стенки 14 и цилиндрической боковой стенки 15. Цилиндрическая боковая стенка 15 может быть секцией внутренней стенки реактора или она может быть отдельной стенкой с диаметром, меньшим диаметра реактора.

Предпочтительный диаметр цилиндрической стенки 15 близок к диаметру реактора для минимизации высоты смесителя. Смесительная камера образует по существу непроницаемое для потока препятствие внутри реактора 1 за исключением окон 16 в верхней стенке 13. В случае, когда диаметр цилиндрической стенки меньше внутреннего диаметра реактора, будет необходимо использовать лотковую тарелку или другое средство для обеспечения по существу непроницаемого уплотнения между смесительной камерой 8 и внутренними стенками реактора 1.

Охлаждающую текучую среду нагнетают в смесительную камеру 8 через перфорированный охлаждающий распределитель 17. Внутри смесительной камеры расположены дефлекторы 18, 19 и 20 для образования серии смесительных окон 21 и 22 для высокоскоростного и комбинированного потока и каналов 23 и 24 для более медленного и разделенного потока. Дефлекторы образуют по существу непроницаемую конфигурацию за исключением окон 21, 22 и 24 и, таким образом, заставляют текучую среду проходить только через эти окна. В нижней стенке 14 выполнено круглое выпускное отверстие 25, концентрическое относительно осевой линии реактора. Это круглое отверстие служит третьим и последним смесительным окном в смесителе.

На фиг. ЗА показан вид сверху смесителя, показанного на фиг. 2. На фиг. 3В показан вид сечения по линии А-А на фиг. 3А. На фиг. 3С показан вид сечения по линии В-В на фиг. 3А. На фиг. 3А и 3В показан круглый отбойник 26, расположенный концентрически относительно круглого отверстия 25 и под ним.

- 8 007052

Предполагаемый поток через устройство показан стрелками на фиг. 3А, 3В и 3С. В ходе работы пар и жидкость, выходящие из слоя 2 катализатора, будут проходить через окна 16 и в смесительную камеру. Холодную охлаждающую текучую среду добавляют через распределитель 17. Весь технологический поток теперь проходит через смесительное окно 21, где скорость потока высокая и где жидкость рассеивается в паре. После этого поток разделяется дефлектором 19 на два потока, движущиеся с меньшей скоростью. Два потока теперь проходят по двум симметричным каналам 23 к следующему смесительному окну 22, где поток вновь соединяется и движется с высокой скоростью. После прохождения смесительного окна 22 поток вновь разделяется дефлектором 20 на два потока, движущиеся с меньшей скоростью, и два потока теперь проходят через два симметричных окна/канала 24 к центральному отверстию 25, где поток вновь соединяется и движется с высокой скоростью в этом третьем и последнем смесительном окне. Наконец, отбойник 26 будет обеспечивать то, что текучие среды выходят из смесителя в радиально наружном направлении. Отбойник предотвращает направление смесителем высокоскоростной струи непосредственно на распределительный поддон 11. Такая струя может нарушать уровень жидкости в распределительном поддоне и может увлекать за собой жидкость. Отбойник 26 будет также обеспечивать хорошее распространение жидкости по сечению реактора до того, как текучие среды поступят в распределительный поддон 11.

Вследствие относительно высоких скоростей потока внутри смесительной камеры гравитационные силы пренебрежимы по сравнению с силами внутреннего трения между паровой и жидкой фазами. Таким образом, внутри смесительной камеры 8 не происходит какого-либо существенного разделения фаз, даже если расположение смесительной камеры близко к горизонтальному.

Дефлекторы в смесительной камере могут иметь много разных конфигураций. Они могут быть прямыми, изогнутыми, уголковыми и т.д., причем дефлекторы необязательно могут быть строго вертикальными, и достаточно того, чтобы дефлекторы имели вертикальный компонент. Впускное и выпускное отверстия 16 и 25 могут также иметь разные формы, например полусегментные, такие как показанные на фиг. 2 и 3, эллипсоидальные, круглые, прямоугольные, треугольные и т.д. Количество впускных отверстий и выпускных отверстий, соответственно, может колебаться от одного и более. Сечение самой смесительной камеры может иметь любую конфигурацию. Она может быть круглой, как показано относительно смесительной камеры на фиг. 2, 3А, 3В и 3С, она может быть также треугольной, прямоугольной или многоугольной. Круглая или многоугольная конфигурация с множеством сторон предпочтительны, поскольку смесительная камера в этом случае может иметь площадь поперечного сечения, которая близка к площади внутреннего сечения резервуара.

Пример альтернативной конструкции смесителя показан на фиг. 4А, 4В и 4С. Проход для потока через смеситель показан стрелками. На фиг. 4А показан вид сверху альтернативного варианта выполнения смесительной камеры 8. На фиг. 4В показан вид сечения по линии А-А на фиг. 4А. На фиг. 4С показан вид сечения по линии В-В на фиг. 4 А. Смесительная камера состоит из верхней стенки 13' и нижней стенки 14', каждая из которых имеет форму многоугольника с восемью сторонами, и боковой стенки 15'.

Верхняя стенка снабжена двумя круглыми отверстиями 16' для потока текучей среды в смесительную камеру 8. Охлаждающую текучую среду добавляют после отверстий 16' и между верхней и нижней стенками 13' и 14' через перфорированный распределитель 17' охлаждающей текучей среды. Внутри смесительной камеры расположены изогнутые дефлекторы 18', формирующие первое смесительное окно 21'. В смесительной камере расположен дефлектор 19' для разделения сначала потока из смесительного окна 21' в два канала 23' и затем для соединения вновь двух потоков в один поток во втором смесительном окне 22'. Углы дефлектора 19', расположенные вблизи смесительного окна 21', закруглены, тогда как углы дефлектора 19', расположенные вблизи смесительного окна 22', прямые. После смесительного окна 22' расположен уголковый дефлектор 20'. Дефлектор 20' разделяет поток из второго смесительного окна 22' в два канала 24' для потока перед тем, как весь поток вновь соединяется в третьем и последнем смесительном окне, которым является квадратное выпускное отверстие 25'. Под выпускным отверстием 25' расположен отбойник 26'.

Смесители, показанные на фиг. 2, 3А, 3В, 3С, 4А, 4В и 4С, имеют три смесительных окна 21, 22 и 25 (или 21', 22' и 25'). Однако смесительное устройство может иметь два или более смесительных окон. На фиг. 5А, 5В и 5С показан пример смесительной камеры 8 с четырьмя смесительными окнами. Проход для потока через смеситель показан стрелками. На фиг. 5А показан вид сверху смесительной камеры 8. На фиг. 5В показан вид сечения по линии А-А на фиг. 5А. На фиг. 5С показан вид сечения по линии В-В на фиг. 5А. Смесительная камера состоит из круглой верхней стенки 13, круглой нижней стенки 14 и цилиндрической боковой стенки 15. Верхняя стенка снабжена одним прямоугольным отверстием 16, которое служит проходом для потока текучей среды в смесительную камеру 8 и первым смесительным окном. Охлаждающую текучую среду не добавляют в смесительную камеру 8, но ее можно добавлять перед смесительным окном 16. Внутри смесительной камеры расположен дефлектор 27 для разделения потока из смесительного окна 16 в два канала 28 для потока. Дефлекторы 18 расположены в смесительной камере для формирования второго смесительного окна 21, в котором весь технологический поток вновь соединяется. Дефлектор 19 расположен в смесительной камере для разделения сначала потока из смесительного окна 21 в два канала 23 и затем для соединения двух потоков вновь в один поток в

- 9 007052 третьем смесительном окне 22. За смесительным окном 22 расположен дефлектор 20. Дефлектор 20 разделяет поток из третьего смесительного окна 22 в два канала 24 для потока перед тем, как весь поток вновь будет соединен в четвертом и последнем круглом смесительном окне 25. Под смесительным окном 25 расположен круглый отбойник 26.

Как было отмечено выше, можно использовать любые количество, расположение и форму выпускных отверстий, проводящих текучие среды из смесительной камеры 8 в пространство между смесительной камерой 8 и распределительным поддоном 11. На фиг. 6 А, 6В и 6С показан пример выполнения смесительной камеры 8 с двумя смещенными от центра выпускными отверстиями 25'. Проход для потока через смеситель обозначен стрелками. На фиг. 6А показан вид сверху смесительной камеры 8. На фиг. 6В показан вид сечения по линии А-А на фиг. 6А. На фиг. 6С показан вид сечения по лини В-В на фиг. 6А. Смесительная камера состоит из круглой верхней стенки 13', круглой нижней стенки 14' и цилиндрической боковой стенки 15'. Верхняя стенка снабжена одним круглым отверстием 16', которое служит проходом для потока текучей среды в смесительную камеру 8 и в качестве первого смесительного окна. Охлаждающую текучую среду добавляют после первого смесительного окна 16' через перфорированный распределитель 17' охлаждающей текучей среды, расположенный между верхней стенкой 13' и нижней стенкой 14'. Внутри смесительной камеры расположен дефлектор 27' для разделения потока из смесительного окна 16' в два канала 28' для потока. В смесительной камере расположены дефлекторы 18' для формирования второго смесительного окна 21', в котором весь технологический поток вновь соединяется. В смесительной камере расположен дефлектор 20' для разделения потока из смесительного окна 21' в два канала 24'. В смесительной камере расположен дефлектор 19' для формирования третьего смесительного окна 22', в котором потоки, проходящие по каналам 24', вновь соединяются. Следует отметить, что направление потока через смесительное окно 22' противоположно направлению потока через смесительные окна 22, 22' и 22, показанные на фиг. 2, 3А, 4А и 5А. Весь технологический поток, выходящий из третьего смесительного окна 22', разделяется в два канала 23', ведущих к выпускным отверстиям 25'. Может использоваться необязательный разделительный дефлектор 29' для получения более равномерного разделения жидкости в каждый из каналов 23' для улучшения распределения жидкости в распределительный поддон 11. Потоки выходят из смесительной камеры через два прямоугольных отверстия 25'. Под каждым выпускным отверстием 25' расположен отбойник 26'. Смеситель имеет недостаток по сравнению с предыдущими примерами, состоящий в том, что может происходить недостаточное распределение или недостаточное распространение жидкости по распределительному поддону 11. Это происходит из-за того, что текучая среда подходит к каждому выпускному отверстию 25' только с одной стороны, что выпускные отверстия расположены не в центре реактора и поскольку расход жидкости через каждое из отверстий 25' может изменяться вследствие неравномерного разделения жидкости на выходе смесительного отверстия 22'.

Как указано выше, смесительное устройство может иметь два или более смесительных окон. Чем большее количество смесительных окон используется, тем большая требуется высота по вертикали для смесительной камеры для заданного суммарного перепада давлений в смесителе. На фиг. 7А, 7В, 7С и 7Ό показан пример выполнения смесительной камеры 8 с двумя смесительными окнами 21* и 22*. На фиг. 7А показан вид сверху смесительной камеры 8. На фиг. 7В показан вид сечения по линии А-А на фиг. 7А. На фиг. 7С показан вид сечения по линии В-В на фиг. 7А. На фиг. 70 показан вид сечения по линии С-С на фиг. 7А. Проход для потока через смеситель показан стрелками. Смесительная камера состоит из круглой верхней стенки 13*, круглой нижней стенки 14* и цилиндрической боковой стенки 15*. Верхняя стенка 13* снабжена двумя круглыми впускными отверстиями 16*, которые служат проходом для потока пара и жидкости в смесительную камеру 8. Цилиндр 30*, который открыт на его верхнем и нижнем концах, установлен над каждым из впускных отверстий 16* или проходит через него для образования по существу непроницаемого соединения между верхней стенкой 13* и цилиндром 30*. Верхние кромки цилиндров снабжены У-образными надрезами. В ходе работы верхняя стенка 13* будет поддерживать определенный уровень жидкости, и благодаря У-образным надрезам поток жидкости во впускные отверстия 16* со временем будет устойчивым. Таким образом устраняются колебания расхода жидкости на входе смесителя. Кроме того, цилиндры 30* с У-образными надрезами служат для распределения жидкости в каждое впускное отверстие 16* таким образом, чтобы расход жидкости в каждое из впускных отверстий был близок к идентичному. Каналы 30* показаны как цилиндры, но они могут иметь другие сечения, такие как эллипсоидальное, прямоугольное, треугольное или многоугольное.

Верхняя кромка цилиндров 30* показана как имеющая У-образные надрезы, но могли бы использоваться другие конфигурации отверстий для потока жидкости в цилиндр, такие как прорези или круглые отверстия. Охлаждающую текучую среду не добавляют в смесительную камеру 8, но ее можно добавлять перед круглыми впускными отверстиями 16*, что не показано. Внутри смесительной камеры расположены два дефлектора 18* для образования первого смесительного окна 21*, через которое протекает весь технологический поток. В смесительной камере расположен дефлектор 20* для разделения потока из смесительного окна 21* в два канала 24* для потока. В смесительной камере расположен дефлектор 19* для образования второго смесительного окна 22*, в котором вновь соединяются потоки, проходящие по каналам 24*. Весь технологический поток, выходящий из второго смесительного окна 22*, разделяется в

- 10 007052 два канала 23*, каждый из которых ведет к прямоугольному выпускному отверстию 25*. Может использоваться необязательный разделительный дефлектор 29* для получения более равномерного разделения жидкости в каждый из двух каналов 23* для потока для улучшения распространения жидкости в распределительный поддон 11. Потоки выходят из смесительной камеры через два прямоугольных выпускных отверстия 25*. Под каждым выпускным отверстием 25* расположен отбойник 26*. Как и предыдущий смеситель, показанный на фиг. 6А, 6В и 6С, данный смеситель имеет недостаток, состоящий в том, что может происходить недостаточное распределение или недостаточное распространение жидкости в распределительный поддон 11. Это происходит из-за того, что текучая среда подходит к каждому выходному отверстию 25* только с одной стороны, поскольку выпускные отверстия расположены не в центре реактора и поскольку расход жидкости через каждое из отверстий 25* может быть разным вследствие неравномерного разделения жидкости на выходе второго смесительного окна 22*. Недостатком данного смесителя по сравнению с предыдущими примерами является немного уменьшенное качество смешивания, поскольку применены только два смесительных окна, а не три или более. Наряду с этим, смеситель имеет также некоторые преимущества. Поскольку смеситель имеет только два смесительных окна, скорость потока через смеситель может быть выше при заданном перепаде давлений, чем в смесителях с тремя или более смесительных окон. Таким образом, сечение смесительных окон и каналов для потока в смесителе может быть меньшим. Меньшая требуемая площадь сечения смесительных окон и каналов для потока дает получение смесителя, имеющего меньшую высоту, чем смесители, имеющие три или более смесительных окон. Кроме того, конструкция с двумя смещенными от центра выпускными отверстиями 25* и с одинаковым направлением потока через смесительные окна 21* и 22* также способствует уменьшению высоты смесителя. Таким образом, смеситель имеет очень компактную конструкцию небольшой высоты, которая может использоваться в реакторах небольшого диаметра с небольшим пространством, доступным для размещения смесительного устройства. Для реакторов небольшого диаметра распределение или распространение жидкости в распределительный поддон является менее критическим фактором, поскольку градиенты уровня, создаваемые на распределительном поддоне 11 в случае недостаточного распространения жидкости из смесителя, не так существенны, как для реакторов большого диаметра.

Сечение смесительных окон, образуемых дефлекторами во всех предыдущих примерах, прямоугольное. Однако сечение смесительных окон может иметь любую форму, обеспечивающую то, что весь технологический поток будет комбинироваться в смесительном окне при высокой скорости потока. На фиг. 8А, 8В и 8С показан пример выполнения смесительной камеры 8 с двумя смесительными окнами 16** и 22**, причем оба смесительных окна имеют круглое сечение. На фиг. 8А показан вид сверху смесительной камеры 8. На фиг. 8В показан вид сечения, выполненного по линии А-А на фиг. 8А. На фиг. 8С показан вид сечения, выполненного по линии В-В на фиг. 8А. Канал для потока через смеситель показан стрелками. Смесительная камера состоит из круглой верхней стенки 13**, круглой нижней стенки 14** и цилиндрической боковой стенки 15**. Верхняя стенка 13** снабжена одним круглым впускным отверстием 16**, которое служит первым смесительным окном и проходом для потока текучей среды в смесительную камеру 8.

Охлаждающую текучую среду не добавляют внутрь смесительной камеры 8, но ее можно добавлять перед круглым впускным отверстием 16**, что не показано. Внутри смесительной камеры расположен дефлектор 27** для разделения потока из смесительного окна 16** в два канала 28** для потока. Другой дефлектор 19** расположен в смесительной камере для образования второго смесительного окна 22**, в котором вновь соединяются два потока, проходящие в каналах 28**. Весь технологический поток, выходящий из второго смесительного окна 22**, разделяется в два канала 23**, каждый из которых ведет к квадратному выпускному отверстию 25**. Можно использовать необязательный разделительный дефлектор 29** для получения более равномерного разделения текучей среды в каждый из двух каналов 23** для улучшения распространения текучей среды в распределительный поддон 11. Потоки выходят из смесительной камеры через два прямоугольных выпускных отверстия 25**. Под каждым выпускным отверстием 25** расположен отбойник 26**. Как и предыдущий смеситель, показанный на фиг. 7А, 7В, 7С и 7Ό, данный смеситель имеет недостаток, состоящий в том, что может происходить недостаточное распределение или недостаточное распространение текучей среды в распределительный поддон 11, и недостаток, состоящий в небольшом уменьшении качества смешивания по сравнению с конструкциями смесителей, имеющих три или более смесительных окон. Однако, как и предыдущий смеситель, данный смеситель имеет очень компактную конструкцию небольшой высоты, которая может использоваться в реакторах небольшого диаметра с небольшим пространством, доступным для размещения смесительного устройства.

На фиг. 9А, 9В и 9С показан пример выполнения смесительной камеры с тремя смесительными окнами, подобной смесителю, показанному на фиг. 2, 3А, 3В и 3С. Однако впускное отверстие 16***, дефлекторы 19*** и 20*** и охлаждающий распределитель 17*** модифицированы. Проход для потока через смеситель показан стрелками. На фиг. 9А показан вид сверху смесительной камеры 8. На фиг. 9В показан вид сечения, выполненного по линии А-А на фиг. 9А. На фиг. 9С показан вид сечения, выполненного по линии В-В на фиг. 9А. Смесительная камера состоит из круглой верхней стенки 13***, круг

- 11 007052 лой нижней стенки 14*** и цилиндрической боковой стенки 15***. Верхняя стенка снабжена сегментным вырезом, который образует впускное отверстие 16*** для входа текучей среды в смесительную камеру 8. Охлаждающую текучую среду добавляют после впускного отверстия 16*** через распределитель 17*** охлаждающей текучей среды, расположенный между верхней и нижней пластинами 13*** и 14***. Распределитель охлаждающей текучей среды может быть разных типов, и направление выхода охлаждающей текучей среды из распределителя может быть любым. В данном случае показан перфорированный Т-образный распределитель с направлением струй текучей среды вниз. Внутри смесительной камеры расположены два дефлектора 18***, образующих первое смесительное окно 21***, через которое с большой скоростью проходит весь технологический поток. В смесительной камере расположен изогнутый дефлектор 19*** для разделения сначала потока из смесительного окна 21*** в два канала 23*** и для соединения затем вновь двух потоков в один поток во втором смесительном окне 22***. После смесительного окна 22*** расположен ступенчатый дефлектор 20***. Дефлектор 20*** разделяет поток из второго смесительного окна 22*** в два канала 24*** для потока перед тем, как весь поток вновь соединяется в третьем и последнем смесительном окне и выпускном отверстии 25***. Под выпускным отверстием 25*** расположен отбойник 26***.

Теперь ссылки будут сделаны вновь на фиг. 1. Во всех вариантах выполнения смесительного устройства смесительная камера 8 предпочтительно ориентирована таким образом, что направление потока через смесительное окно с горизонтальным потоком, такое как смесительное окно 21 на фиг. 2, параллельно любой опорной балке 7, проходящей под поверхностью экрана катализатора или опорной решетки 6. Это сделано для минимизации перепада давлений потока текучей среды из выхода слоя 2 катализатора во впускное отверстие смесительной камеры 16. Любой существенный перепад давлений в этом районе нежелателен, поскольку он будет приводить к получению неравномерного режима потока через слой 2 катализатора.

Впускное отверстие (отверстия) 16 в предыдущих примерах выполнения смесителя расположено (расположены) вблизи боковой стенки 15 смесителя. Это местоположение впускных отверстий способствует повышению указанного выше перепада давлений пара и жидкости, протекающих из выхода предшествующего слоя 2 катализатора во впускное отверстие (отверстия) 16 смесителя. Для уменьшения этого перепада давлений впускное отверстие (отверстия) может быть расположено ближе к осевой линии реактора. На фиг. 10А, 10В и 10С показан пример выполнения смесительной камеры с сегментным впускным отверстием 16^х, расположенным ближе к центру смесителя и ближе к центру реактора. На фиг. 10А показан вид сверху смесительной камеры 8. На фиг. 10В показан вид сечения, выполненного по линии А-А на фиг. 10А. На фиг. 10С показан вид сечения, выполненного по линии В-В на фиг. 10А. Проход для потока через смеситель показан стрелками. Смеситель имеет два смесительных отверстия. Смеситель состоит из круглой верхней стенки 13^х, круглой нижней стенки 14^х и цилиндрической боковой стенки 15^х. Верхняя стенка 13^х снабжена сегментным впускным отверстием 16^х, которое служит проходом для потока текучей среды в смесительную камеру 8. Охлаждающую текучую среду не добавляют внутрь смесительной камеры 8, но ее можно добавлять перед сегментным впускным отверстием 16^х, что не показано. Внутри смесительной камеры расположены два полукруглых дефлектора 18^х для образования первого смесительного окна 21^х и второго смесительного окна 22^х. Весь технологический поток, проходящий через впускное отверстие 16^х, входит в первое смесительное окно 21 ^х. Технологический поток, выходящий из первого смесительного окна 21^х, разделяется в два канала 23^х. В каналах 23^х пар и жидкость проходят вдоль цилиндрической боковой стенки 15^х к второму смесительному окну 22^х, где весь технологический поток вновь соединяется с высокой скоростью. Может использоваться по выбору дефлектор 20^х для разделения потока, выходящего из второго смесительного окна, на два более медленных потока перед выходом текучих сред из смесителя через квадратное выпускное окно 25^х. Для получения более компактной конструкции с меньшей высотой смесителя 8 дефлектор 20^х может быть исключен, и вместо него может использоваться по выбору дефлектор 31^х, расположенный в выпускном отверстии 25^х. Назначением дефлектора 31^х является предотвращение выстреливания высокоскоростного потока, выходящего из второго смесительного окна, в направлении только одной стороны реактора, когда поток проходит через выпускное отверстие 25^х. Результатом этого могло бы быть недостаточное распространение жидкости в расположенный ниже распределительный поддон. Выпускное отверстие 25^х и впускное отверстие 16^х не рассматриваются как смесительные окна, поскольку скорость потока, проходящего через эти отверстия, довольно низка. Под выпускным отверстием 25^х расположен отбойник 26^х.

Теперь ссылки будут вновь сделаны на фиг. 1. Система удерживания катализатора состоит из экрана 6 катализатора и опорных балок 7. Система удерживания катализатора и смесительное устройство 8 показаны на фиг. 1 как отдельные конструкции. Однако смесительное устройство, соответствующее настоящему изобретению, может быть смонтировано как единое целое с системой удерживания катализатора.

Смесительная камера сама может требовать опорных балок или других конструкций для поглощения сил, вызванных перепадом давлений на уровне смесительной камеры. Эти опорные балки или конструкции не показаны на чертежах, но они могут быть расположены над или под смесительной камерой или могут составлять единое целое со смесительной камерой и дефлекторами.

- 12 007052

В каждом из вариантов осуществления настоящего изобретения могут использоваться сливные отверстия небольшой пропускной способности. Пластины, составляющие смеситель, могут быть цельными или могут быть собраны из нескольких секций пластины. Обычно в смесителе будет использоваться несколько съемных секций для получения легкого доступа для осуществления процедур осмотра и очистки и для создания доступа для человека через смесительную камеру.

Скорость двухфазного потока без проскальзывания фаз в канале или отверстии для потока определяется как скорость потока в случае, когда не существует проскальзывания между жидкой и паровой фазами, что означает, что скорость жидкой фазы аналогична скорости паровой фазы. Таким образом, скорость без проскальзывания фаз такова <2 +<2

Скорость без проскальзывания фаз = —-——, где Ρι - объемная скорость потока жидкости через канал или отверстие, Ρ_ν - объемная скорость потока пара через канал или отверстие и А - площадь сечения канала или отверстия.

В типичном случае смесительная камера 8 почти горизонтальна, то есть общий уклон смесительной камеры от одной стороны реактора 1 к другой небольшой. В типичном случае диаметр смесительной камеры 8 составляет от 50 до 100% внутреннего диаметра реактора. Площадь сечения каждого смесительного окна подбирают для получения скорости потока без проскальзывания фаз, составляющую в типичном случае 3-15 м/с. Площадь сечения каналов с разделенным потоком после смесительного окна подбирают для получения максимальной скорости потока без проскальзывания фаз, составляющую в типичном случае от 0,25 до 1,00 от скорости потока в соответствующем смесительном окне. Высота смесителя от верхней пластины до отбойника может колебаться от 100 мм для реакторов малого диаметра до свыше 500 мм для реакторов большого диаметра. Ширина дефлекторов 20 и 27 по горизонтали в типичном случае составляет от 1 до 3 величин максимальной ширины находящегося перед ними смесительного окна.

Примеры конструкций смесителя для трех разных промышленных вариантов применения даны в таблице. Все три примера в таблице представляют конструкцию смесителя, показанного на фиг. 2, 3А, 3В и 3С.

Примеры конструкций смесителя

	Пример 1	Пример 2	Пример 3
Тип реактора	Гидрокрекинговый	Гидроочистной	Гидроочистной
Внутренний диаметр реактора,	5000	3300	1600
мм
Характеристики потока жидкости
Фактический объем	630	170	32
потока в
смеситель, м3/час Плотность, кг/м3	460	620	500
Вязкость, сП	0,15	0,13	0,10
Поверхностное натяжение, дин/см	7,5	4,9	2,4
Характеристики потока пара, включая охлаждающую текучую среду Фактический объем потока в	6200	2300	420
смеситель, м3/час Плотность, кг/м3	18,5	21,9	53
Вязкость, сП	0,021	0,022	0,019
Скорости двухфазного потока без	8,1	7,8	6,8
проскальзывания фаз в
смесительных
окнах, м/сек

В общих чертах, в отношении изобретения можно отметить следующее.

Один его объект касается смесительного устройства для смешивания пара и жидкости, проходящих параллельно внутри вертикального резервуара, в котором пар и жидкость встречаются с по существу горизонтальной смесительной камерой, которая направляет пар и жидкость через серию из множества смесительных последовательностей. При этом одна смесительная последовательность задана как одно смесительное окно, за которым следует одно Т-образное разветвление. Смесительное окно образовано как одно отверстие, через которое комбинированный технологический поток проходит с большой скоростью, и Т-образное разветвление образовано как разделение потока, выходящего с большой скоростью из одного смесительного окна, в два канала для потока, движущегося с меньшей скоростью.

В этом смесительном устройстве по существу горизонтальная смесительная камера образована как смесительная камера, общий уклон которой от одной стороны резервуара к другой стороне меньше 20%, что соответствует углу между горизонтальной плоскостью и смесительной камерой, составляюще

- 13 007052 му максимум 11,5 градусов. Отдельные сегменты смесительной камеры могут иметь большие уклоны при том, что общий уклон от одной стороны резервуара к другой стороне резервуара меньше 20%, что соответствует 11,5 градусов.

Кроме того, площадь сечения по существу горизонтальной смесительной камеры в плоскости, перпендикулярной стенкам резервуара, составляет от 25 до 100% площади внутреннего сечения резервуара. В случаях, когда площадь сечения смесительной камеры меньше 100% площади сечения резервуара, район между смесительной камерой и стенкой резервуара перекрывают пластиной или другим средством для получения по существу непроницаемого для текучей среды соединения между смесительной камерой и стенками резервуара.

Холодную охлаждающую текучую среду можно добавлять по трубе или через распределитель перед первым смесительным окном или между двумя смесительными окнами для охлаждения технологического потока.

Смесительная камера содержит по меньшей мере два смесительных окна.

Скорость двухфазного потока без проскальзывания фаз в смесительном окне составляет от 3 до 15 м/с.

Максимальная скорость двухфазного потока без проскальзывания фаз в каналах с разделенным потоком после Т-образных разветвлений составляет свыше 25% скорости двухфазного потока без проскальзывания фаз в расположенном раньше смесительном окне, через которое проходит комбинированный поток.

Минимальная скорость двухфазного потока без проскальзывания фаз в каналах с разделенным потоком после Т-образных разветвлений составляет меньше 100% скорости двухфазного потока без проскальзывания фаз в расположенном раньше смесительном окне, через которое проходит комбинированный поток.

Реактором может быть вертикальный гидрообрабатывающий реактор с направленным вниз параллельным потоком пара и жидкости, в котором углеводороды вступают в реакцию с обогащенным водородом газом в присутствии гидрообрабатывающего катализатора.

Изобретение было описано и показано в связи с разными вариантами его осуществления. Однако возможны многочисленные изменения и модификации не выходя из объема изобретения, определенного прилагаемой формулой изобретения.

Таким образом, например, одно из смесительных окон или проходов может быть подразделено на два или более смежных окон или проходов с общими стенками. Однако в данный момент представляется, что наилучшие результаты как в отношении качества смешивания, так и свойств по предотвращению обрастания достигаются, если каждое смесительное окно или проход не подразделяется каким-либо образом.

Перед смесительными окнами или проходами или в них могут быть расположены средства для создания турбулентности, такие как, например, лопатки, дефлекторы, решетки и т. п.

Claims (44)

1. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

   1. Смесительное устройство для использования в каталитическом реакторе, расположенное между его верхним слоем катализатора и нижним слоем катализатора, для смешивания газа или пара и жидкости, протекающих совместно в резервуаре указанного реактора через указанные наложенные друг на друга слои катализатора, причем указанное смесительное устройство выполнено с возможностью образования канала потока через указанное смесительное устройство для указанных пара и жидкости, протекающих из указанного верхнего слоя катализатора в указанный нижний слой катализатора или наоборот, при этом указанный канал для потока содержит по меньшей мере одно впускное отверстие указанного смесительного устройства;

   по меньшей мере одно выпускное отверстие указанного смесительного устройства;

   первое и по меньшей мере одно второе смесительное окно или проход, расположенные последовательно вдоль указанного канала для потока, причем указанное первое и по меньшей мере одно указанное второе смесительные окна расположены и выполнены так, что по существу весь комбинированный поток из жидкости и пара проходит через каждое из указанных смесительных окон, имеющих такую площадь сечения потока относительно расхода указанного комбинированного потока, что скорость двухфазного потока без проскальзывания фаз указанного комбинированного потока в смесительном окне в ходе по меньшей мере одного рабочего этапа указанного реактора составляет от 3 до 15 м/с, предпочтительно достаточную для того, чтобы жидкость рассеивалась в паре и/или пар рассеивался в жидкости; и по существу горизонтальную секцию канала для потока, проходящую между указанным, по меньшей мере одним впускным отверстием и указанным, по меньшей мере одним выпускным отверстием таким образом, чтобы размер по вертикали смесительного устройства был как можно меньшим, причем указанная по существу горизонтальная секция канала для потока предпочтительно проходит от области впускного отверстия до области выпускного отверстия.

   - 14 007052
2. 2. Смесительное устройство по п.1, в котором указанная скорость двухфазного потока без проскальзывания фаз указанного комбинированного потока в смесительном окне составляет от 3,5 до 14,5 м/с в ходе по меньшей мере одного рабочего этапа указанного реактора.
3. 3. Смесительное устройство по п.1 или 2, в котором указанная скорость двухфазного потока без проскальзывания фаз указанного комбинированного потока в смесительном окне в ходе по меньшей мере одного рабочего этапа указанного реактора составляет от 3,5 до 14 м/с, например от 3,5 до 4 м/с, от 4 до 5 м/с, от 5 до 6 м/с, от 6 до 7 м/с, от 7 до 8 м/с, от 8 до 9 м/с, от 9 до 10 м/с, от 10 до 11 м/с, от 11 до 12 м/с, от 12 до 13 м/с, от 13 до 14 м/с, от 3,5 до 13 м/с, от 3,5 до 12 м/с, от 3,5 до 11 м/с, от 3,5 до 10 м/с, от 3,5 до 9 м/с, от 3,5 до 8 м/с, от 3,5 до 7 м/с, от 3,5 до 6 м/с, от 3,5 до 5 м/с, от 6 до 14 м/с, от 6 до 13 м/с, от 6 до 12 м/с, от 6 до 11 м/с, от 6 до 10 м/с, от 6 до 9 м/с или от 6 до 8 м/с.
4. 4. Смесительное устройство по любому из предшествующих пунктов, в котором указанное первое смесительное окно образовано указанным впускным отверстием и/или второе смесительное окно образовано указанным выпускным отверстием.
5. 5. Смесительное устройство по любому из предшествующих пунктов, которое содержит одно второе смесительное окно и в котором указанная скорость двухфазного потока без проскальзывания фаз в смесительном окне, предпочтительно в обоих смесительных окнах, в ходе по меньшей мере одного рабочего этапа указанного реактора составляет от 4,0 до 12,5 м/с, предпочтительно от 8,1 до 12,3 м/с.
6. 6. Смесительное устройство по любому из пп.1-4, которое содержит два расположенных последовательно вторых смесительных окна и в котором указанная скорость двухфазного потока без проскальзывания фаз в смесительном окне, предпочтительно во всех трех смесительных окнах, в ходе по меньшей мере одного рабочего этапа указанного реактора составляет от 3,5 до 10,5 м/с, предпочтительно от 6,5 до

   10,1 м/с.
7. 7. Смесительное устройство по любому из предшествующих пунктов, в котором общий уклон указанного смесительного устройства от одной до другой его сторон меньше 20%, что соответствует углу относительно горизонтальной плоскости, составляющему максимум 11,5 градусов, причем отдельный сегмент смесительной камеры имеет больший уклон без превышения указанным общим уклоном указанных 20%, соответствующих указанным 11,5 градусам.
8. 8. Смесительное устройство по любому из предшествующих пунктов, в котором указанный канал для потока после смесительного окна и предпочтительно после каждого смесительного окна содержит расширенную секцию канала для потока, имеющую такую площадь поперечного сечения, что скорость двухфазного потока без проскальзывания фаз в указанном расширенном канале для потока существенно ниже, чем скорость двухфазного потока без проскальзывания фаз через соответствующее смесительное окно, благодаря чему обеспечивается увеличение времени нахождения указанного потока в указанной расширенной секции канала для потока для осуществления теплопередачи и массопередачи.
9. 9. Смесительное устройство по п.8, в котором указанная расширенная секция канала для потока содержит по меньшей мере два канала для потока для разделения указанного всего комбинированного потока на по меньшей мере два отдельных двухфазных потока или течения, причем все указанные течения предпочтительно имеют, по существу, одинаковую величину, при этом указанные, по меньшей мере два канала имеют такую комбинированную площадь сечения, что скорость двухфазного потока без проскальзывания фаз каждого из по меньшей мере двух отдельных двухфазных потоков существенно ниже, чем скорость двухфазного потока без проскальзывания фаз через соответствующее смесительное окно, благодаря чему обеспечивается увеличение времени нахождения в указанных каналах для теплопередачи и массопередачи.
10. 10. Смесительное устройство по п.8 или 9, в котором суммарная площадь сечения указанной расширенной секции или указанных каналов с разделенным потоком такова, что максимальная скорость двухфазного потока без проскальзывания фаз составляет более приблизительно 25% скорости двухфазного потока без проскальзывания фаз в предшествующем смесительном окне с комбинированным потоком, например более приблизительно 30% указанной скорости, более приблизительно 35% указанной скорости, более приблизительно 40% указанной скорости, более приблизительно 45% указанной скорости, более приблизительно 50% указанной скорости, более приблизительно 55% указанной скорости, более приблизительно 60% указанной скорости или более приблизительно 65% указанной скорости.
11. 11. Смесительное устройство по любому из пп.8-10, в котором суммарная площадь сечения указанной расширенной секции или указанных каналов с разделенным потоком такова, что минимальная скорость двухфазного потока без проскальзывания фаз составляет менее приблизительно 100% скорости двухфазного потока без проскальзывания фаз в предшествующем смесительном окне с комбинированным потоком, например менее приблизительно 95% указанной скорости, менее приблизительно 90% указанной скорости, менее приблизительно 85% указанной скорости, менее приблизительно 80% указанной скорости, менее приблизительно 75% указанной скорости, менее приблизительно 70% указанной скорости или менее приблизительно 65% указанной скорости.
12. 12. Смесительное устройство по любому из предшествующих пунктов, в котором указанный каталитический реактор является вертикальным гидрообрабатывающим реактором с направленным вниз па

    - 15 007052 раллельным потоком пара и жидкости, в котором углеводороды вступают в реакцию с обогащенным водородом газом в присутствии гидрообрабатывающего катализатора.
13. 13. Смесительное устройство для использования в каталитическом реакторе, расположенное между его верхним слоем катализатора и нижним слоем катализатора, для смешивания газа или пара и жидкости, протекающих совместно внутри по существу вертикального резервуара указанного реактора, через указанные наложенные друг на друга слои катализатора, причем указанное смесительное устройство выполнено с возможностью образования канала для потока через указанное смесительное устройство для указанных пара и жидкости, проходящих из указанного верхнего слоя катализатора в указанный нижний слой катализатора или наоборот, при этом указанное смесительное устройство содержит верхнюю стенку, снабженную по меньшей мере одним впускным отверстием; нижнюю стенку, снабженную по меньшей мере одним выпускным отверстием;

    боковую стенку, проходящую между периферией указанной верхней стенки и периферией указанной нижней стенки, для образования замкнутого пространства между указанными верхней и нижней стенками;

    внутренние разделительные стенки, проходящие между указанными верхней и нижней стенками, выполненные с возможностью образования указанного канала для потока совместно с указанными верхней, нижней и боковой стенками, причем указанные разделительные стенки, кроме того, выполнены с возможностью образования первого и по меньшей мере одного второго смесительных окон или проходов, расположенных последовательно вдоль указанного канала для потока, при этом указанное первое и указанное по меньшей мере одно второе смесительные окна расположены и выполнены таким образом, что, по существу, весь комбинированный поток из жидкости и пара должен проходить через каждое из указанных смесительных окон, имеющих такую площадь сечения потока относительно расхода указанного комбинированного потока, что скорость двухфазного потока без проскальзывания фаз указанного комбинированного потока в смесительном окне в ходе по меньшей мере одного рабочего этапа реактора составляет от 3 до 15 м/с, предпочтительно достаточную для того, чтобы жидкость рассеивалась в паре и/или пар рассеивался в жидкости; и указанные внутренние разделительные стенки совместно с указанными верхней, нижней и боковой стенками образуют по существу горизонтальную секцию канала для потока, проходящую между указанным по меньшей мере одним впускным отверстием и указанным по меньшей мере одним выпускным отверстием таким образом, что вертикальный размер смесительного устройства получают как можно меньшим, при этом указанная по существу горизонтальная секция канала для потока предпочтительно проходит от области впускного отверстия до области выпускного отверстия.
14. 14. Смесительное устройство по п.13, в котором общий уклон указанного смесительного устройства, отсчитанный от, по меньшей мере, большинства первых точек на периферии указанной верхней или нижней стенки до соответствующих точек на указанной периферии указанной верхней или нижней стенки, соответственно, наиболее удаленных от соответствующих первых точек, меньше 20%, соответствующих углу относительно горизонтальной плоскости, составляющему максимум 11,5 градусов.
15. 15. Смесительное устройство по п.13 или 14, в котором указанные верхняя и нижняя стенки по существу плоские, и предпочтительно взаимно параллельные, и предпочтительно также по существу горизонтальные.
16. 16. Смесительное устройство по любому из пп.13-15, в котором указанная скорость двухфазного потока без проскальзывания фаз указанного комбинированного потока в смесительном окне составляет от 3,5 до 14,5 м/с в ходе по меньшей мере одного рабочего этапа указанного реактора.
17. 17. Смесительное устройство по любому из пп.13-16, в котором указанная скорость двухфазного потока без проскальзывания фаз указанного комбинированного потока в смесительном окне в ходе по меньшей мере одного рабочего этапа указанного реактора составляет от 3,5 до 14 м/с, например от 3,5 до 4 м/с, от 4 до 5 м/с, от 5 до 6 м/с, от 6 до 7 м/с, от 7 до 8 м/с, от 8 до 9 м/с, от 9 до 10 м/с, от 10 до 11 м/с, от 11 до 12 м/с, от 12 до 13 м/с, от 13 до 14 м/с, от 3,5 до 13 м/с, от 3,5 до 12 м/с, от 3,5 до 11 м/с, от 3,5 до 10 м/с, от 3,5 до 9 м/с, от 3,5 до 8 м/с, от 3,5 до 7 м/с, от 3,5 до 6 м/с, от 3,5 до 5 м/с, от 6 до 14 м/с, от 6 до 13 м/с, от 6 до 12 м/с, от 6 до 11 м/с, от 6 до 10 м/с, от 6 до 9 м/с или от 6 до 8 м/с.
18. 18. Смесительное устройство по любому из пп.13-17, в котором указанное первое смесительное окно образовано указанным впускным отверстием и/или второе смесительное окно образовано указанным выпускным отверстием.
19. 19. Смесительное устройство по любому из пп.13-18, которое содержит одно второе смесительное окно и в котором указанная скорость двухфазного потока без проскальзывания фаз в смесительном окне, предпочтительно в обоих смесительных окнах, в ходе по меньшей мере одного рабочего этапа указанного реактора составляет от 4,0 до 12,5 м/с, предпочтительно от 8,1 до 12,3 м/с.
20. 20. Смесительное устройство по любому из пп.13-18, которое содержит два расположенных последовательно вторых смесительных окна и в котором указанная скорость двухфазного потока без проскальзывания фаз в смесительном окне, предпочтительно во всех трех смесительных окнах, в ходе по меньшей мере одного рабочего этапа указанного реактора составляет от 3,5 до 10,5 м/с, предпочтительно от 6,5 до 10,1 м/с.

    - 16 007052
21. 21. Смесительное устройство по любому из пп.13-20, в котором указанные разделительные стенки выполнены таким образом, что указанный канал для потока после смесительного окна и предпочтительно после каждого смесительного окна содержит расширенную секцию канала для потока, имеющую такую площадь поперечного сечения, что скорость двухфазного потока без проскальзывания фаз в указанном расширенном канале для потока существенно ниже, чем скорость двухфазного потока без проскальзывания фаз через соответствующее смесительное окно, благодаря чему обеспечивается увеличение времени нахождения указанного потока в указанной расширенной секции канала для потока для осуществления теплопередачи и массопередачи.
22. 22. Смесительное устройство по п.21, в котором указанная расширенная секция канала для потока содержит по меньшей мере два канала для потока для разделения указанного всего комбинированного потока на по меньшей мере два отдельных двухфазных потока или течения, причем все указанные течения предпочтительно имеют по существу одинаковую величину, при этом указанные по меньшей мере два канала имеют такую комбинированную площадь сечения, что скорость двухфазного потока без проскальзывания фаз каждого из по меньшей мере двух отдельных двухфазных потоков существенно ниже, чем скорость двухфазного потока без проскальзывания фаз через соответствующее смесительное окно, благодаря чему обеспечивается увеличение времени нахождения в указанных каналах для теплопередачи и массопередачи.
23. 23. Смесительное устройство по п.21 или 22, в котором суммарная площадь сечения указанной расширенной секции или указанных каналов с разделенным потоком такова, что максимальная скорость двухфазного потока без проскальзывания фаз составляет более приблизительно 25% скорости двухфазного потока без проскальзывания фаз в предшествующем смесительном окне с комбинированным потоком, например более приблизительно 30% указанной скорости, более приблизительно 35% указанной скорости, более приблизительно 40% указанной скорости, более приблизительно 45% указанной скорости, более приблизительно 50% указанной скорости, более приблизительно 55% указанной скорости, более приблизительно 60% указанной скорости или более приблизительно 65% указанной скорости.
24. 24. Смесительное устройство по любому из пп.21-23, в котором суммарная площадь сечения указанной расширенной секции или указанных каналов с разделенным потоком такова, что минимальная скорость двухфазного потока без проскальзывания фаз составляет менее приблизительно 100% скорости двухфазного потока без проскальзывания фаз в предшествующем смесительном окне с комбинированным потоком, например менее приблизительно 95% указанной скорости, менее приблизительно 90% указанной скорости, менее приблизительно 85% указанной скорости, менее приблизительно 80% указанной скорости, менее приблизительно 75% указанной скорости, менее приблизительно 70% указанной скорости или менее приблизительно 65% указанной скорости.
25. 25. Смесительное устройство по любому из пп.13-24, в котором указанный каталитический реактор является вертикальным гидрообрабатывающим реактором с направленным вниз параллельным потоком пара и жидкости, в котором углеводороды вступают в реакцию с обогащенным водородом газом в присутствии гидрообрабатывающего катализатора.
26. 26. Каталитический реактор, имеющий верхний слой катализатора, наложенный на нижний слой катализатора и снабженный смесительным устройством по любому из пп.1-25.
27. 27. Каталитический реактор, имеющий верхний слой катализатора, наложенный на нижний слой катализатора и снабженный смесительным устройством по любому из пп.13-25, в котором общий уклон указанного смесительного устройства, отсчитанный от, по меньшей мере, большинства первых точек на периферии указанной верхней или нижней стенки до соответствующих точек на указанной периферии указанной верхней или нижней стенки соответственно, наиболее удаленных от соответствующих первых точек, меньше 20%, соответствующих углу относительно горизонтальной плоскости, составляющему максимум 11,5 градусов.
28. 28. Реактор по п.27, в котором указанные верхняя и нижняя стенки по существу плоские, и предпочтительно взаимно параллельные, и предпочтительно также по существу горизонтальные.
29. 29. Реактор по любому из пп.27-28, в котором боковая стенка, проходящая от периферии указанной верхней стенки до периферии указанной нижней стенки, соответствует по форме и размеру внутренней поверхности внешней стенки указанного резервуара реактора.
30. 30. Реактор по любому из пп.27-29, в котором указанная боковая стенка образована внешней стенкой указанного резервуара реактора.
31. 31. Реактор по любому из пп.27-28, в котором любое пространство между указанной боковой стенкой и внешней стенкой указанного резервуара реактора перекрыто или закупорено пластиной или другим перегораживающим средством для получения по существу непроницаемого для текучей среды соединения между смесительным устройством и указанной стенкой резервуара реактора таким образом, чтобы весь поток пара и жидкости протекал через указанное смесительное устройство.
32. 32. Реактор по любому из пп.27-28, в котором площадь сечения по существу горизонтального смесительного устройства в плоскости, перпендикулярной стенке резервуара реактора, составляет от 25 до 100% площади внутреннего сечения указанного резервуара реактора.

    - 17 007052
33. 33. Реактор по любому из пп.26-32, в котором применены средства для подачи потока для направления потока холодной охлаждающей текучей среды в резервуар реактора для охлаждения технологического потока в точке, находящейся перед первым смесительным окном или между двумя смесительными окнами.
34. 34. Способ смешивания газа или пара и жидкости, проходящих совместно внутри каталитического реактора между его верхним слоем катализатора и нижним слоем катализатора, содержащий этапы уменьшения площади сечения всего комбинированного потока из жидкости и пара первый раз таким образом, чтобы скорость двухфазного потока без проскальзывания фаз указанного комбинированного потока в ходе по меньшей мере одного рабочего этапа указанного реактора составляла от 3 до 15 м/с, предпочтительно достаточную для того, чтобы жидкость рассеивалась в паре и/или чтобы пар рассеивался в жидкости;

    последующего увеличения указанной площади сечения первый раз;

    последующего уменьшения указанной площади сечения второй раз таким образом, чтобы скорость двухфазного потока без проскальзывания фаз указанного комбинированного потока составляла от 3 до 15 м/с, предпочтительно достаточную для того, чтобы жидкость рассеивалась в паре и/или чтобы пар рассеивался в жидкости; и направления указанного комбинированного потока так, чтобы он следовал по каналу для потока, который содержит по меньшей мере одну по существу горизонтальную секцию канала для потока, проходящую вдоль существенного участка длины всего канала для потока.
35. 35. Способ по п.34, при котором указанный существенный участок длины составляет по меньшей мере 50% указанного всего канала для потока, предпочтительно по меньшей мере 55% указанного всего канала для потока, предпочтительно по меньшей мере 60% указанного всего канала для потока, предпочтительно по меньшей мере 65% указанного всего канала для потока, предпочтительно по меньшей мере 70% указанного всего канала для потока, предпочтительно по меньшей мере 75% указанного всего канала для потока, предпочтительно по меньшей мере 80% указанного всего канала для потока, предпочтительно по меньшей мере 85% указанного всего канала для потока, предпочтительно по меньшей мере 90% указанного всего канала для потока.
36. 36. Способ по п.34 или 35, при котором указанный способ содержит дополнительный этап увеличения указанной площади сечения второй раз после второго его уменьшения.
37. 37. Способ по любому из пп.34-36, при котором этап увеличения указанной площади сечения содержит разделение указанного комбинированного потока на по меньшей мере два отдельных предпочтительно одинаковых по величине двухфазных потока или течения.
38. 38. Способ по любому из пп.34-37, при котором указанная скорость двухфазного потока без проскальзывания фаз указанного комбинированного потока, когда он сужен, составляет от 3,5 до 14,5 м/с в ходе по меньшей мере одного рабочего этапа указанного реактора.
39. 39. Способ по любому из пп.34-38, при котором указанная скорость двухфазного потока без проскальзывания фаз указанного комбинированного потока в смесительном окне в ходе по меньшей мере одного рабочего этапа указанного реактора составляет от 3,5 до 14 м/с, например от 3,5 до 4 м/с, от 4 до 5 м/с, от 5 до 6 м/с, от 6 до 7 м/с, от 7 до 8 м/с, от 8 до 9 м/с, от 9 до 10 м/с, от 10 до 11 м/с, от 11 до 12 м/с, от 12 до 13 м/с, от 13 до 14 м/с, от 3,5 до 13 м/с, от 3,5 до 12 м/с, от 3,5 до 11 м/с, от 3,5 до 10 м/с, от 3,5 до 9 м/с, от 3,5 до 8 м/с, от 3,5 до 7 м/с, от 3,5 до 6 м/с, от 3,5 до 5 м/с, от 6 до 14 м/с, от 6 до 13 м/с, от 6 до 12 м/с, от 6 до 11 м/с, от 6 до 10 м/с, от 6 до 9 м/с или от 6 до 8 м/с.
40. 40. Способ по любому из пп.34-38, при котором указанная скорость двухфазного потока без проскальзывания фаз указанного комбинированного потока, когда он сужен в ходе по меньшей мере одного рабочего этапа указанного реактора, составляет от 4,0 до 12,5 м/с, предпочтительно от 8,1 до 12,3 м/с.
41. 41. Способ по любому из пп.35-38, дополнительно содержащий этап уменьшения указанной площади сечения третий раз после второго его увеличения таким образом, чтобы скорость двухфазного потока без проскальзывания фаз в смесительном окне указанного комбинированного потока была достаточна для рассеивания жидкости в паре и/или рассеивания пара в жидкости, причем указанная скорость двухфазного потока без проскальзывания фаз указанного комбинированного потока, когда он сужен в ходе по меньшей мере одного рабочего этапа указанного реактора, составляет от 3,5 до 10,5 м/с, предпочтительно от 6,5 до 10,1 м/с.
42. 42. Способ по любому из пп.34-41, дополнительно содержащий этап направления потока холодной охлаждающей текучей среды в резервуар реактора для охлаждения технологического потока в точке, находящейся перед первым смесительным окном или между двумя смесительными окнами.
43. 43. Способ по любому из пп.34-42, при котором указанный каталитический реактор является вертикальным гидрообрабатывающим реактором с направленным вниз параллельным потоком пара и жидкости, в котором углеводороды вступают в реакцию с обогащенным водородом газом в присутствии гидрообрабатывающего катализатора.
44. 44. Продукт, полученный при помощи способа по любому из пп.34-42.