EA039571B1 - Устройство для осуществления химических реакций - Google Patents

Устройство для осуществления химических реакций Download PDF

Info

Publication number
EA039571B1
EA039571B1 EA201491445A EA201491445A EA039571B1 EA 039571 B1 EA039571 B1 EA 039571B1 EA 201491445 A EA201491445 A EA 201491445A EA 201491445 A EA201491445 A EA 201491445A EA 039571 B1 EA039571 B1 EA 039571B1
Authority
EA
Eurasian Patent Office
Prior art keywords
section
sections
catalytic section
liquid
overflow
Prior art date
Application number
EA201491445A
Other languages
English (en)
Other versions
EA201491445A1 (ru
Inventor
Дмитрий Николаевич ШАЛУПКИН
Михаил Альбертович РАТАСЕП
Олег Игоревич ПАРПУЦ
Олег Валерьевич ГИЯЗОВ
Original Assignee
КЕЛЛОГГ БРАУН ЭНД РУТ ЭлЭлСи
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by КЕЛЛОГГ БРАУН ЭНД РУТ ЭлЭлСи filed Critical КЕЛЛОГГ БРАУН ЭНД РУТ ЭлЭлСи
Publication of EA201491445A1 publication Critical patent/EA201491445A1/ru
Publication of EA039571B1 publication Critical patent/EA039571B1/ru

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J8/00—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes
    • B01J8/02—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes with stationary particles, e.g. in fixed beds
    • B01J8/04—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes with stationary particles, e.g. in fixed beds the fluid passing successively through two or more beds
    • B01J8/0492—Feeding reactive fluids
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D3/00—Distillation or related exchange processes in which liquids are contacted with gaseous media, e.g. stripping
    • B01D3/009—Distillation or related exchange processes in which liquids are contacted with gaseous media, e.g. stripping in combination with chemical reactions
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J8/00—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes
    • B01J8/02—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes with stationary particles, e.g. in fixed beds
    • B01J8/04—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes with stationary particles, e.g. in fixed beds the fluid passing successively through two or more beds
    • B01J8/0403—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes with stationary particles, e.g. in fixed beds the fluid passing successively through two or more beds the fluid flow within the beds being predominantly horizontal
    • B01J8/0407—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes with stationary particles, e.g. in fixed beds the fluid passing successively through two or more beds the fluid flow within the beds being predominantly horizontal through two or more cylindrical annular shaped beds
    • B01J8/0411—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes with stationary particles, e.g. in fixed beds the fluid passing successively through two or more beds the fluid flow within the beds being predominantly horizontal through two or more cylindrical annular shaped beds the beds being concentric
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J8/00—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes
    • B01J8/02—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes with stationary particles, e.g. in fixed beds
    • B01J8/04—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes with stationary particles, e.g. in fixed beds the fluid passing successively through two or more beds
    • B01J8/0446—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes with stationary particles, e.g. in fixed beds the fluid passing successively through two or more beds the flow within the beds being predominantly vertical
    • B01J8/0449—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes with stationary particles, e.g. in fixed beds the fluid passing successively through two or more beds the flow within the beds being predominantly vertical in two or more cylindrical beds
    • B01J8/0453—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes with stationary particles, e.g. in fixed beds the fluid passing successively through two or more beds the flow within the beds being predominantly vertical in two or more cylindrical beds the beds being superimposed one above the other
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J8/00—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes
    • B01J8/02—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes with stationary particles, e.g. in fixed beds
    • B01J8/04—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes with stationary particles, e.g. in fixed beds the fluid passing successively through two or more beds
    • B01J8/0446—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes with stationary particles, e.g. in fixed beds the fluid passing successively through two or more beds the flow within the beds being predominantly vertical
    • B01J8/0461—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes with stationary particles, e.g. in fixed beds the fluid passing successively through two or more beds the flow within the beds being predominantly vertical in two or more cylindrical annular shaped beds
    • B01J8/0465—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes with stationary particles, e.g. in fixed beds the fluid passing successively through two or more beds the flow within the beds being predominantly vertical in two or more cylindrical annular shaped beds the beds being concentric
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C07—ORGANIC CHEMISTRY
    • C07C—ACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
    • C07C5/00—Preparation of hydrocarbons from hydrocarbons containing the same number of carbon atoms
    • C07C5/22—Preparation of hydrocarbons from hydrocarbons containing the same number of carbon atoms by isomerisation
    • C07C5/27—Rearrangement of carbon atoms in the hydrocarbon skeleton
    • C07C5/2767—Changing the number of side-chains
    • C07C5/277—Catalytic processes
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10G—CRACKING HYDROCARBON OILS; PRODUCTION OF LIQUID HYDROCARBON MIXTURES, e.g. BY DESTRUCTIVE HYDROGENATION, OLIGOMERISATION, POLYMERISATION; RECOVERY OF HYDROCARBON OILS FROM OIL-SHALE, OIL-SAND, OR GASES; REFINING MIXTURES MAINLY CONSISTING OF HYDROCARBONS; REFORMING OF NAPHTHA; MINERAL WAXES
    • C10G45/00—Refining of hydrocarbon oils using hydrogen or hydrogen-generating compounds
    • C10G45/58—Refining of hydrocarbon oils using hydrogen or hydrogen-generating compounds to change the structural skeleton of some of the hydrocarbon content without cracking the other hydrocarbons present, e.g. lowering pour point; Selective hydrocracking of normal paraffins
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2208/00—Processes carried out in the presence of solid particles; Reactors therefor
    • B01J2208/00796—Details of the reactor or of the particulate material
    • B01J2208/00823—Mixing elements
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2208/00—Processes carried out in the presence of solid particles; Reactors therefor
    • B01J2208/00796—Details of the reactor or of the particulate material
    • B01J2208/00893—Feeding means for the reactants
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2208/00—Processes carried out in the presence of solid particles; Reactors therefor
    • B01J2208/02—Processes carried out in the presence of solid particles; Reactors therefor with stationary particles
    • B01J2208/023—Details
    • B01J2208/027—Beds
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P20/00—Technologies relating to chemical industry
    • Y02P20/10—Process efficiency

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Fluid Mechanics (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Physical Or Chemical Processes And Apparatus (AREA)
  • Organic Low-Molecular-Weight Compounds And Preparation Thereof (AREA)
  • Devices And Processes Conducted In The Presence Of Fluids And Solid Particles (AREA)

Abstract

Предложено устройство для осуществления химических реакций, в которых одно исходное вещество находится в жидкой фазе и один продукт находится в газовой фазе, содержащее реакционную зону, которая включает в себя две каталитических секции, причем каждая секция имеет питающий канал и переливной карман, который одновременно служит питающим каналом для следующей секции, так что жидкость из каждой секции поступает в переливной карман этой секции и через него попадает в нижнюю часть следующей секции, причем устройство выполнено с возможностью отведения газообразных продуктов каждой секции, минуя остальные секции.

Description

Химические реакторы представляют собой аппараты для осуществления химических реакций. Химические реакции могут осуществляться на катализаторе, в частности на неподвижном слое катализатора. В ряде химических реакций по меньшей мере одно исходное вещество находится в жидкой фазе, и по меньшей мере один продукт находится в газовой фазе. Примерами таких реакций являются изомеризация парафинов, гидроизомеризация бензола и т.п.
Основной проблемой большинства реакций является низкая селективность по целевому продукту, либо низкая степень превращения исходных веществ. Некоторые реакции требуют использования нескольких катализаторов, что обычно выполняют с применением отдельных устройств для каждой реакции, при этом общий размер системы и энергетические затраты являются существенными.
Таким образом, существует необходимость в создании усовершенствованных устройств для проведения химических реакций.
Сущность изобретения
Задачей данного изобретения являлось создание устройства для осуществления каталитических химических реакций, которое позволило бы достичь максимальной конверсии исходного вещества и повысить выход целевого продукта. Задачей являлось создание устройства, которое предпочтительно можно было бы легко модифицировать под широкий спектр процессов, в частности процессов нефтепереработки.
Данная задача решена тем, что предложено устройство для осуществления химических реакций на неподвижном слое катализатора, в которых по меньшей мере одно исходное вещество находится в жидкой фазе и по меньшей мере один продукт находится в газовой фазе, содержащее реакционную зону, которая включает в себя по меньшей мере две каталитических секции, расположенные одна под другой или концентрически, причем каждая секция имеет питающий канал и переливной карман, который одновременно служит питающим каналом для следующей по ходу жидкости секции, так что жидкость из каждой секции поступает в переливной карман этой секции и через него попадает в нижнюю часть следующей секции, переливной карман последней по ходу жидкости секции является открытым с возможностью свободного истечения жидкой фазы, в то время как над питающим карманом первой по ходу жидкости секции расположено распределительное устройство, обеспечивающее подачу жидкой фазы в первую по ходу жидкости секцию, причем устройство выполнено с возможностью отведения газообразных продуктов каждой секции, минуя остальные секции.
Целесообразно, когда по меньшей мере один переливной карман/питающий канал формирует по меньшей мере часть наружного края реакционной зоны.
Целесообразно, когда питающий канал выполнен таким образом, что жидкость, находящаяся в нем, образует гидрозатвор, так что газовая фаза, находящаяся в секции, не имеет возможности поступать в питающий канал.
В ряде воплощений изобретения дно секции выполнено глухим.
По меньшей мере одна реакционная секция может иметь распределительную камеру у её дна под слоем катализатора и может быть выполнена с возможностью подвода газа через эту распределительную камеру.
Целесообразно, когда указанная распределительная камера содержит устройство смешения жидкой фазы, поступающей из питающего канала в указанную распределительную камеру, с газовой фазой.
В одном из воплощений изобретения предложенное устройство представляет собой реакционноректификационную колонну.
В одном из воплощений изобретения предложенное устройство представляет собой реактор.
Описанное устройство само по себе может представлять узел реактора или реакционноректификационной колонны.
В некоторых воплощениях изобретения секции содержат разные катализаторы.
Предложена также реакционно-ректификационная колонна, содержащая по меньшей мере одну реакционную зону, причем указанная зона включает в себя по меньшей мере две каталитических секции, расположенные одна под другой или концентрически, причем каждая секция имеет питающий канал и переливной карман, который одновременно служит питающим каналом для следующей секции, так что жидкость из каждой секции поступает в переливной карман этой секции и через него попадает в нижнюю часть следующей секции, переливной карман последней по ходу жидкости секции является открытым с возможностью свободного истечения жидкой фазы, в то время как над питающим карманом первой по ходу жидкости секции расположено распределительное устройство, обеспечивающее подачу жидкой фазы в первую по ходу жидкости секцию, причем зона выполнена с возможностью отведения газообразных продуктов каждой секции, минуя остальные секции.
В одном из воплощений секции расположены одна под другой.
В предпочтительных воплощениях секции выполнены с переливным карманом по центру или по
- 1 039571 периферии, и секции с переливным карманом по центру или по периферии чередуются.
В предпочтительных воплощениях все периферические переливные карманы формируют часть наружного края реакционной зоны.
В предпочтительных воплощениях газообразные продукты каждой секции отводятся, минуя остальные секции по газоотводному каналу(ам).
Колонна по изобретению может содержать по меньшей мере 2 реакционные зоны. В этом случае указанные зоны могут быть разделены массообменным устройством.
В некоторых воплощениях зоны содержат разные катализаторы, а секции каждой зоны содержат один и тот же катализатор.
Колонна по изобретению может содержать по меньшей мере 3 реакционные зоны, по меньшей мере две из которых разделены массообменным устройством.
В одном из воплощений колонна по изобретению содержит 3 реакционные зоны, где одна зона, предназначенная для гидроизомеризации бензола, содержит по меньшей мере 2 секции, а две другие зоны, предназначенные для изомеризации гексана и пентана, каждая, содержит по меньшей мере 3, предпочтительно 4 или 5, более предпочтительно 6, секций.
В еще одном воплощении секции расположены концентрически. При этом целесообразно, когда колонна содержит по меньшей мере 2 реакционные зоны. Целесообразно, когда в такой колонне секции представляют собой ячеистую структуру с полостями, так что полости реакционных зон расположены одна под другой и образуют канал для прохождения газовой фазы. В некоторых воплощениях полые ячейки секций могут быть выполнены с оребрением, так что канал для прохождения газовой фазы имеет оребрение. В ряде воплощения полые ячейки могут содержать массообменные устройства.
Авторами изобретения обнаружено, что с помощью такого устройства реакционной зоны удается повысить выход целевого продукта/селективность по целевому продукту. Неожиданно также оказалось, что использование реакционной зоны по изобретению позволяет сократить тепловые потери и уменьшить количество необходимого катализатора.
Краткое описание чертежей
Фиг. 1 - схема реакционной зоны, в которой секции расположены одна под другой;
на фиг. 1A дан общий вид зоны, на фиг. 1Б показано движение потоков в такой зоне;
фиг. 2 - схема реакционной зоны, в которой секции расположены концентрически;
фиг. 3 - варианты устройства сбора жидких компонентов для ввода жидкой фазы в первую секцию;
фиг. 4 - схема реактора с реакционной зоной по изобретению;
фиг. 5 - трехмерное изображение реакционной зоны с секциями, расположенными одна под другой;
фиг. 6 - трехмерное изображение реакционной зоны с концентрическими секциями;
фиг. 7 - одна зона колонны с несколькими зонами из концентрических секций (трехмерное изображение). 7А - общий вид, 7Б - вид в разрезе;
фиг. 8 - одна зона колонны с несколькими зонами из концентрических секций (сечение, варианты);
фиг. 9 - схема реакционно-ректификационной колонны с реакционной зоной по изобретению.
Подробное описание изобретения
Описываемое устройство реакционной зоны может быть использовано в реакционных аппаратах для проведения каталитических реакций на неподвижном слое катализатора с газообразными продуктами реакции, а также в аппаратах для реакционной ректификации.
Каталитическая (реакционная) секция согласно изобретению - это лоток, заполненный катализатором.
Выбор соответствующих объемов лотков позволяет реализовывать различное время пребывания реакционной смеси на каждом слое катализатора, которое прямо пропорционально объему катализатора и обратно пропорционально скорости потока сырья.
Катализатор может удерживаться прижимной сеткой или иным подходящим устройством.
Примеры катализаторов включают катализаторы, содержащие металлы VIII группы периодической системы химических элементов, нанесенные на носители, такие как активный оксид алюминия, беттацеолит, пентасилы (типа ZSM-5), мордденит. Указанные носители могут быть модифицированы галогенами, такими как F и/или Cl и другими элементами. В качестве катализаторов могут использоваться твердые и/или нанесенные гетерополикислоты. Указанные катализаторы могут быть промотированы Mn, Fe, галогенами Cl и/или F и другими элементами.
Схематическое расположение секций друг под другом представлено на фиг. 1. На фиг. 1А катализатор 1 расположен в лотке 5, переливной карман 2 верхней секции образует одно целое с питающими каналом 3 нижерасположенной секции, причем газоотводные каналы 4 проходят внутри переливных карманов 2. На фиг. 1Б показана схема движения потоков: в питающий канал верхней секции поступает жидкая фаза 1, жидкая фаза, проходя через гидрозатвор, поступает в нижнюю часть верхней секции, проходит через слой катализатора, на котором идет реакция, и через переливной карман перетекает к нижерасположенной секции; там через гидрозатвор она поступает в нижнюю часть этой секции, проходит через слой катализатора, на котором идет реакция, и через переливной карман перетекает к нижерасположенной секции, либо, если эта секция является последней, стекает к расположенным ниже устройст- 2 039571 вам свободным потоком 2. Газовая фаза 3 (когда она имеется) поступает в газоотводные каналы, в эти же каналы поступают газообразные продукты реакции 4, которые отводятся от самой верхней секции потоком 5. Трехмерное изображение такой зоны дано на фиг. 5.
На фиг. 2 представлено устройство зоны, в котором секции расположены концентрически, то есть смена секций происходит по мере удаления/приближения к центру устройства.
С помощью сборника жидкости 1 жидкие продукты собираются по всему сечению аппарата и направляются в питающий канал 12 самой первой секции.
С помощью устройств индивидуального подвода жидких компонентов 5 в реакционную смесь (через питающий канал) могут вводиться дополнительные компоненты.
Далее реакционная смесь поступает в камеру предварительного смешения 7, отделённую от переливного кармана гидрозатвором 13, через устройство индивидуального подвода газообразных компонентов 6 в камеру смешения сверху вниз вводится газ, в результате реакционная смесь интенсивно перемешивается, насыщается газом, из камеры предварительного смешения хорошо перемешанная газожидкостная смесь поступает через опорную решетку 14 в реакционную секцию 3.
Насыпка катализатора сверху плотно поджата сеткой 16 предотвращающей унос и истирание катализатора.
На выходе из реакционной секции газообразные продукты устремляются вверх, а жидкие перетекают в переливной карман/питающий канал 12 следующей реакционной секции.
С помощью устройств внешнего отбора 8 могут отбираться продукты каждой реакционной секции.
Устройства осушения 9 с помощью расположенных снаружи аппарата вентилей позволяют, не разбирая аппарат, осушить реакционные секции, слив жидкость вниз внутрь аппарата или наружу.
Реакционные секции соединены переливными карманами 12, открывая и закрывая которые можно менять последовательность реакционных секций, через которые будут течь жидкие продукты.
При такой организации зоны поток компонентов распараллеливается, что повышает надёжность проведения реакции: при отказе одной реакционной секции, остальные секции продолжают функционировать.
Трехмерное изображение одного из вариантов выполнения зоны дано на фиг. 6.
Расположение реакционных устройств на одном уровне сокращает общую высоту аппарата, что снижает энергетические затраты (насосы, тепло на испарение), объём и стоимость строительных конструкций, при некоторых условиях нагружения общую металлоёмкость: увеличение объёма линейно зависит от высоты и в квадрате от диаметра, при этом материалоёмкость растёт линейно.
Если в зоне используется один катализатор, реакция проходит в нескольких параллельно работающих реакционных секциях.
Если в зоне используются разные катализаторы, последовательность их прохождения определяется последовательностью соединения переливных карманов реакционных секций. С помощью системы переливов могут быть организованы различные схемы течения жидких компонентов, т.е. катализаторы системы могут работать в разных последовательностях.
В некоторых реализациях все реакционные зоны имеют индивидуальный подвод и отвод компонентов и при этом остаются взаимосвязанными. Индивидуальный подвод газовых компонентов позволяет регулировать термодинамику и гидродинамику каждой каталитической системы, хотя подвод газа может быть и общим для всех секций. Индивидуальный подвод жидких компонентов позволяет оптимизировать составы реакционных смесей, расширяет номенклатуру проводимых химических реакций.
В принципе, сокращение времени пребывания жидкой фазы на катализаторе может повысить выход целевого продукта за счет уменьшения его превращения в последующие (нецелевые) продукты, однако одновременно уменьшится степень превращения исходного продукта. Предложенное устройство позволяет сохранить время пребывания жидкой фазы на катализаторе, однако сократить время пребывания на катализаторе газообразного целевого продукта, который отводится из каждой секции. Таким образом, выход целевого продукта/селективность по целевому продукту удалось повысить.
Неожиданно также оказалось, что использование реакционной зоны по изобретению позволяет сократить тепловые потери и уменьшить количество необходимого катализатора.
Секционное расположение катализатора позволяет эффективно использовать тепло, выделяющееся в ходе реакции на слое катализатора. А именно, это тепло используется для нагрева реакционной смеси, продуктов реакции, рабочей среды аппарата. Эффект, во-первых, достигается благодаря сокращению поверхностей с которых происходят теплопотери в окружающую среду, поскольку лотки, содержащие насыпку катализатора, частично или полностью разделены со стенкой аппарата слоем реакционной смеси, продуктов реакции, иной рабочей среды, содержащейся в переливных карманах или питающих каналах. Во-вторых, в случае проведения в секциях разных реакций, секции могут быть расположены таким образом, что тепло, выделяющееся в ходе реакции на слое катализатора в одной секции, будет непосредственно использоваться в смежной секции. Этот эффект продемонстрирован в примере 1.
Устройство снижает конкуренцию готовых продуктов с не прореагировавшими компонентами на катализаторе, следовательно катализатор используется рационально и имеется возможность уменьшить объём его насыпки относительно случая с неразделённой насыпкой.
- 3 039571
В результате своевременного отвода продуктов реакции из реакционной зоны и, как следствие, уменьшения конкуренции между непрореагировавшей реакционной смесью и продуктами реакции, удалось сократить объем катализатора, необходимый для проведения конкретной реакции. Это эффект продемонстрирован в примере 2.
Кроме того, такое устройство позволяет проводить реакции с многокомпонентными исходными смесями на различных катализаторах, устанавливаемых в одной реакционной зоне. При этом продукты реакций поэтапно отводятся из реакционных секций, что позволяет исключить их нежелательный контакт с катализаторами других секций, в то время как жидкая фаза остается в реакции.
Предложенная конструкция позволяет также модифицировать устройство под широкий спектр процессов, в том числе нефтепереработки, и позволяет производить загрузку/разгрузку катализатора через люк в стенке, то есть является технологически выгодной. Конструкция реакционной зоны, реализованная в промышленном аппарате, позволяет проводить загрузку/разгрузку в каждую реакционную секцию через штуцер в стенке аппарата, что значительно сокращает время подготовительных работ по сравнению с аналогичными устройствами. Предложенное устройство отличается простотой загрузки и выгрузки катализатора.
Предложенное устройство реакционной зоны может быть применено в реакторах. При этом реакционная смесь подается в аппарат сверху и поступает в верхнюю реакционную секцию. Затем поэтапно проходит все секции и выводится из нижней части аппарата. Для отвода газообразных продуктов реакции в верхней части аппарата может быть предусмотрен штуцер. Схема реактора, а также потоков в нем дана на фиг. 4: в питающий канал верхней секции поступает жидкая фаза 1, жидкая фаза через гидрозатвор поступает в нижнюю часть верхней секции, проходит через слой катализатора, на котором идет реакция, и через переливной карман перетекает к нижерасположенной секции; там через гидрозатвор она поступает в нижнюю часть этой секции, проходит через слой катализатора, на котором идет реакция, и через переливной карман перетекает к нижерасположенной секции, из последней секции жидкая фаза стекает к расположенным ниже устройствам свободным потоком 2. Газовая фаза 3 (когда она имеется) поступает в газоотводные каналы, в эти же каналы поступают газообразные продукты реакции 4, которые отводятся от самой верхней секции потоком 5.
Предложенное устройство реакционной зоны может быть применено в аппаратах для реакционной ректификации. Парогазовый поток из куба или массообменной зоны поступает снизу и идет по газоотводным каналам. Жидкостной поток поступает в реакционную зону сверху, в частности с дефлегматора или с массообменного устройства, и подводится в питающий канал верхней реакционной секции. Затем поэтапно проходит через каждую секцию и отводится в куб аппарата или в нижерасположенную массообменную зону, а затем в нижерасположенную реакционную зону или куб. Схема колонны дана на фиг. 9.
В случае исполнения колонны с несколькими зонами из концентрических секций, секции можно выполнить ячеистыми, как показано на фиг. 7 и 8.
Как показано на фиг. 7, реакционные ячейки секций равномерно распределены по сечению аппарата и чередуются с транспортными каналами, образованными их внешними стенками, предпочтительно в шахматном порядке, когда каждая реакционная ячейка одной секции соединена с двумя ячейками другой секции.
В этом случае газоотводные (транспортные) каналы формируются пустыми ячейками нескольких зон и обеспечивают транспорт газообразных и жидких компонентов. Для интенсификации тепломассообмена каналы могут быть сделаны с оребрением 15 (фиг. 8А). Транспортные каналы позволяют проходить поднимающимся парам, минуя реакционное устройство, без значительных гидравлических потерь, отводить жидкие продукты вниз, проводить массообмен между поднимающимися парами и опускающейся жидкостью; в транспортных каналах легко размещаются и обслуживаются другие устройства. В транспортных каналах могут быть расположены дополнительные массообменные устройства, например насадка.
В таких воплощениях расположение конкретных катализаторов целесообразно осуществлять с учётом тепловых эффектов, например, каталитические секции с экзотермическим эффектом целесообразно располагать в местах, имеющих наибольшую площадь общих с транспортными каналами стенок.
Чередование ячеек реакционных секций с транспортными каналами позволяет снизить и выровнять по сечению аппарата гидравлическое сопротивление всего устройства.
Массобменные устройства, которые осуществляют непрерывное фракционирование, могут включать в себя, как известно любому среднему специалисту, ректификационные тарелки разделения, неструктурированную массообменную насадку, структурированную массообменную насадку.
Устройство сбора жидких компонентов обеспечивает ввод жидких продуктов в нужную область устройства, в зависимости от того, где осуществляется начальный ввод жидких компонентов. Примеры схем таких устройств даны на фиг. 3. Показанная на фиг. 2 реализация устройства сбора жидких компонентов состоит из ряда последовательно соединённых отбойных элементов 4, собирающих жидкие компоненты и образующих систему каналов для прохождения газообразных компонентов, из-за большой площади каналов устройство обладает малым гидравлическим сопротивлением.
Гидрозатвор в питающих каналах организован таким образом, что приходящая сверху перегородка
- 4 039571 канала/кармана опускается ниже высоты гидрозатворной перегородки, идущей снизу.
Газообразные продукты каждой секции могут отводиться, минуя остальные секции, через газоотводные каналы, которые с целью экономии места могут быть проведены через питающие каналы (переливные карманы). При этом парогазовый поток не контактирует ни с каталитической системой, ни с жидкостным потоком реакционной смеси. Благодаря этому реакционная зона работает в стабильных гидродинамических режимах (отсутствуют явления «захлебывания» и «провала»), в широких пределах производительностей по жидкостному и парогазовому потокам, а также сокращается перепад давлений в аппарате.
Пример 1. Гидроизомеризации бензола на лабораторной установке (проточный реактор)
В исследовании загрузка соответствующего катализатора производилась на устройство, в котором реакционная зона была представлена без разделения на секции, и устройство по изобретению, содержавшее зону из двух секций. Объем помещаемого в аппарат катализатора составлял 30 см3. Подача исходного компонента (бензол) осуществлялась с производительностью 90 мл/ч. Давление в аппарате составляло 15 кг/см2 изб. Поддержание температуры 200°C в реакторе осуществлялось при помощи рубашки с водяным хладагентом. Часть тепла, образуемого в ходе реакции, отводилась на нагрев реакционной смеси, продуктов реакции, рабочей среды аппарата, а другая часть затрачивалась на нагрев стенок аппарата и потери в окружающую среду. Тепловой поток, снимаемый со стенок реактора, рассчитывался по конечной температуре охлаждающей воды (при постоянной начальной температуре и постоянном расходе). Для реакционной зоны устройства сравнения тепловой поток через стенки реактора составил 21,7 Вт. Для реакционной зоны по изобретению тепловой поток через стенки аппарата составил 13,3 Вт.
Таким образом, достигнуто сокращение теплопотерь.
Пример 2. Изомеризация пентана на лабораторной установке (проточный реактор)
При использовании устройства, в котором реакционная зона была представлена без разделения на секции для достижения степени конверсии 68% при подаче исходного компонента (пентана) с производительностью 60 мл/ч, потребовалось загрузить объем катализатора 30см3. При проведении опыта с реакционной зоной по изобретению, состоящей из шести реакционных секций, потребовалось загрузить 26 см3 катализатора для получения того же значения конверсии при прочих равных условиях.
Пример 3. Многостадийные реакции с селективностью по стадиям
Изомеризация гексана
В первом этапе при контакте гексана с соответствующим катализатором образуется метилпентан. Затем метилпентан превращается в диметилбутаны. Дальнейший контакт диметилбутанов с этим же катализатором приводит к крекингу с образованием более легких углеводородов. Целевыми компонентами в нефтепереработке являются диметилбутаны. Проведение описанной реакции в реакционной зоне по изобретению дает возможность достичь максимального выхода диметилбутанов путем подбора размера реакционных секций и их количество при прочих равных условиях с устройствами, известными из уровня техники.

Claims (16)

  1. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ
    1. Устройство для осуществления химических реакций на неподвижном слое катализатора, в котором по меньшей мере одно исходное вещество находится в жидкой фазе и по меньшей мере один продукт находится в газовой фазе, содержащее реакционную зону, которая включает в себя по меньшей мере две каталитических секции, расположенные одна под другой, причем в каждой каталитической секции выполнены питающий канал и переливные карманы, расположенные в центре или на периферии, причем в центре верхней каталитической секции расположен питающий канал, на периферии верхней каталитической секции расположены переливные карманы, являющиеся питающими каналами для ниже расположенной каталитической секции, так что жидкая фаза из верхней каталитической секции поступает в переливные карманы этой каталитической секции и через них поступает в нижнюю часть ниже расположенной каталитической секции, при этом переливной карман, расположенный в центре ниже расположенной каталитической секции, выполнен с возможностью свободного истечения жидкой фазы или перетекания жидкости в следующую ниже расположенную каталитическую секцию, а переливной карман последней по ходу жидкости каталитической секции является открытым с возможностью свободного истечения жидкой фазы, в то время как над питающим каналом первой по ходу жидкости каталитической секции расположено распределительное устройство, обеспечивающее подачу жидкой фазы в первую по ходу жидкости каталитическую секцию, причем устройство выполнено с возможностью отведения газообразных продуктов каждой секции, минуя остальные секции, при этом по меньшей мере один переливной карман/питающий канал формирует по меньшей мере часть наружного края реакционной зоны, кроме того, дно каждой каталитической секции выполнено глухим и по меньшей мере одна каталитическая секция имеет распределительную камеру у её дна под слоем катализатора и выполнена с возможностью подвода газа через эту распределительную камеру.
  2. 2. Устройство по п.1, где питающий канал выполнен таким образом, что жидкость, находящаяся в нем, образует гидрозатвор, так что газовая фаза, находящаяся в секции, не имеет возможности поступать
    - 5 039571 в питающий канал.
  3. 3. Устройство по п.1, где указанная распределительная камера содержит устройство смешения жидкой фазы, поступающей из питающего канала в указанную распределительную камеру, с газовой фазой.
  4. 4. Устройство по п.1, представляющее собой реакционно-ректификационную колонну.
  5. 5. Устройство по п.1, представляющее собой реактор.
  6. 6. Устройство по п.1, представляющее собой узел реактора или реакционно-ректификационной колонны.
  7. 7. Устройство по п.1, где секции содержат разные катализаторы.
  8. 8. Реакционно-ректификационная колонна, содержащая по меньшей мере одну реакционную зону, которая включает в себя по меньшей мере две каталитических секции, расположенные одна под другой, причем в каждой каталитической секции выполнены питающий канал и переливные каналы, расположенные в центре или на периферии, причем в центре верхней каталитической секции расположен питающий канал, а на периферии верхней каталитической секции расположены переливные карманы, являющиеся питающими каналами для ниже расположенной каталитической секции, так что жидкая фаза из верхней каталитической секции поступает в переливные карманы этой каталитической секции и через них поступает в нижнюю часть ниже расположенной каталитической секции, при этом переливной карман, расположенный в центре ниже расположенной каталитической секции, выполнен с возможностью свободного истечения жидкой фазы или перетекания жидкости в следующую ниже расположенную каталитическую секцию, а переливной карман последней по ходу жидкости секции является открытым с возможностью свободного истечения жидкой фазы, в то время как над питающим каналом первой по ходу жидкости секции расположено распределительное устройство, обеспечивающее подачу жидкой фазы в первую по ходу жидкости секцию, причем зона выполнена с возможностью отведения газообразных продуктов каждой секции, минуя остальные секции, при этом по меньшей мере один переливной карман/питающий канал формирует по меньшей мере часть наружного края реакционной зоны, кроме того, дно каждой каталитической секции выполнено глухим и по меньшей мере одна каталитическая секция имеет распределительную камеру у её дна под слоем катализатора и выполнена с возможностью подвода газа через эту распределительную камеру.
  9. 9. Колонна по п.8, где секции с переливным карманом по центру или по периферии чередуются.
  10. 10. Колонна по п.9, где все периферические переливные карманы формируют часть наружного края реакционной зоны.
  11. 11. Колонна по п.8, где газообразные продукты каждой секции отводятся, минуя остальные секции по газоотводному каналу(ам).
  12. 12. Колонна по любому из пп.8-11, содержащая по меньшей мере 2 реакционные зоны.
  13. 13. Колонна по п.12, где указанные зоны разделены массообменным устройством.
  14. 14. Колонна по п.13, где зоны содержат разные катализаторы, а секции каждой зоны содержат один и тот же катализатор.
  15. 15. Колонна по п.13, содержащая по меньшей мере 3 реакционные зоны, по меньшей мере две из которых разделены массообменным устройством.
  16. 16. Колонна по п.15, содержащая 3 реакционные зоны, где одна зона, предназначенная для гидроизомеризации бензола, содержит по меньшей мере 2 секции, а две другие зоны, предназначенные для изомеризации гексана и пентана, каждая, содержат по меньшей мере 3, предпочтительно 4 или 5, более предпочтительно 6 секций.
EA201491445A 2012-02-13 2012-02-13 Устройство для осуществления химических реакций EA039571B1 (ru)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/RU2012/000099 WO2013122496A1 (ru) 2012-02-13 2012-02-13 Ректификационная колонна для осуществления химических реакций

Publications (2)

Publication Number Publication Date
EA201491445A1 EA201491445A1 (ru) 2014-11-28
EA039571B1 true EA039571B1 (ru) 2022-02-11

Family

ID=46759023

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EA201491445A EA039571B1 (ru) 2012-02-13 2012-02-13 Устройство для осуществления химических реакций

Country Status (7)

Country Link
US (1) US9440209B2 (ru)
EP (1) EP2815810A1 (ru)
CN (1) CN104203388B (ru)
EA (1) EA039571B1 (ru)
HK (1) HK1204467A1 (ru)
IN (1) IN2014DN07540A (ru)
WO (1) WO2013122496A1 (ru)

Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
BR112017014483B1 (pt) * 2015-01-05 2020-11-17 Haldor Tops0E A/S sistema de separação de partículas
RU2622294C2 (ru) * 2015-09-01 2017-06-14 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Санкт-Петербургский государственный технологический институт (технический университет)" (СПбГТИ(ТУ)) Устройство для алкилирования изобутана олефинами на твердом катализаторе
FR3050649B1 (fr) * 2016-04-29 2021-03-19 Ifp Energies Now Nouveau dispositif de distribution du gaz et du liquide dans les colonnes de distillation catalytique
RU2681948C1 (ru) * 2017-10-25 2019-03-14 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Тамбовский государственный технический университет" (ФГБОУ ВО "ТГТУ") Способ переработки тяжелого углеводородного сырья (нефти, печного топлива) с целью получения бензиновой фракции
RU2751518C1 (ru) * 2020-03-18 2021-07-14 Николай Владимирович Литвиненко Реакционно-ректификационная система для получения эфиров и способ ее применения
CN114452901B (zh) * 2020-10-21 2023-03-07 中国石油化工股份有限公司 催化反应单元以及反应蒸馏塔
CN116059926A (zh) * 2021-10-29 2023-05-05 中国石油化工股份有限公司 加氢精馏反应器以及联合反应器

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4842844A (en) * 1985-08-02 1989-06-27 The Boeing Company Method of generating hydrogen
US5368691A (en) * 1991-12-16 1994-11-29 Institut Francais Du Petrole Reactive distillation process and apparatus for carrying it out
US5493059A (en) * 1990-08-01 1996-02-20 Eniricerche Spa Process for preparing tertiary alkyl ethers and apparatus for reactive distillation
US6045762A (en) * 1997-01-22 2000-04-04 Governors Of The University Of Alberta Apparatus for catalytic distillation
US6048450A (en) * 1995-12-27 2000-04-11 Institut Francais Du Petrole Process for the selective reduction to the content of benzene and light unsaturated compounds in a hydrocarbon cut
US20070095646A1 (en) * 2005-11-02 2007-05-03 Kuang-Yeu Wu Apparatus for catalytic distillation processes

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2737132B1 (fr) * 1995-07-24 1997-09-19 Inst Francais Du Petrole Procede et dispositif de distillation reactive avec distribution particuliere des phases liquide et vapeur
US5939031A (en) * 1996-08-23 1999-08-17 Exxon Research And Engineering Co. Countercurrent reactor
CN103429710B (zh) * 2011-01-19 2015-11-25 利亚特莱克什科技有限公司 在蒸馏塔内的三个催化反应区上的粗汽油异构化

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4842844A (en) * 1985-08-02 1989-06-27 The Boeing Company Method of generating hydrogen
US5493059A (en) * 1990-08-01 1996-02-20 Eniricerche Spa Process for preparing tertiary alkyl ethers and apparatus for reactive distillation
US5368691A (en) * 1991-12-16 1994-11-29 Institut Francais Du Petrole Reactive distillation process and apparatus for carrying it out
US6048450A (en) * 1995-12-27 2000-04-11 Institut Francais Du Petrole Process for the selective reduction to the content of benzene and light unsaturated compounds in a hydrocarbon cut
US6045762A (en) * 1997-01-22 2000-04-04 Governors Of The University Of Alberta Apparatus for catalytic distillation
US20070095646A1 (en) * 2005-11-02 2007-05-03 Kuang-Yeu Wu Apparatus for catalytic distillation processes

Also Published As

Publication number Publication date
CN104203388B (zh) 2018-01-02
US9440209B2 (en) 2016-09-13
EA201491445A1 (ru) 2014-11-28
HK1204467A1 (en) 2015-11-20
EP2815810A1 (en) 2014-12-24
WO2013122496A1 (ru) 2013-08-22
IN2014DN07540A (ru) 2015-04-24
US20150086430A1 (en) 2015-03-26
CN104203388A (zh) 2014-12-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EA039571B1 (ru) Устройство для осуществления химических реакций
JP5422008B2 (ja) 並流式の蒸気と気体の接触装置
US3233879A (en) Fixed centrifugal gas and liquid contacting device
EP1447129A2 (en) Improved multiphase mixing device with staged gas introduction
MXPA03001683A (es) Proceso y dispositivo para llevar a cabo reacciones en un reactor con espacios de reaccion en forma de ranura.
KR102553411B1 (ko) 개선된 내부구조를 갖는 처리될 공정 스트림의 방사상 유동을 갖는 고정층 또는 이동층 반응기
JP2884139B2 (ja) 化学工程塔のための液相触媒組立体
US5308592A (en) Equipment for mixed phase reaction distillation
US7909966B2 (en) Apparatus for catalytic distillation processes
US6110326A (en) Method for concurrent reaction and distillation of fluid streams
US5914011A (en) Catalytic reaction and mass transfer structure
CN107073355B (zh) 用于热处理流体混合物的在两个基板之间具有支撑结构的塔
RU2735687C2 (ru) Новое устройство распределения газа и жидкости в колоннах каталитической дистилляции
US2436780A (en) Method for handling a contact mass
RU195502U1 (ru) Тепломассообменный аппарат
CN211754821U (zh) 一种自取热式固定床反应器及系统
US2509019A (en) Method and apparatus for conversion of hydrocarbons with moving bed of solids
EP0888156B1 (en) Method and apparatus for concurrent reaction with distillation
CN107427804B (zh) 允许使用少量催化剂的径向床反应器
RU2815368C1 (ru) Каталитическая реакционная установка и реакционно-ректификационная колонна
EP0664721B1 (en) Method and apparatus for concurrent reaction with distillation
RU2752598C2 (ru) Секционированный реактор с небольшой производительностью
US11319505B2 (en) Anti-clogging device for the upflow of a fluid
RU2371243C1 (ru) Каталитический реактор
CN116059926A (zh) 加氢精馏反应器以及联合反应器