ES2962245T3 - Bandeja de recogida de incrustaciones y predistribución para recipiente con flujo de dos fases descendente - Google Patents
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Abstract
El vapor y el líquido fluyen simultáneamente hacia abajo a través de un recipiente vertical. Una bandeja de predistribución y recolección de incrustaciones horizontales está ubicada en el recipiente para eliminar los contaminantes sólidos y redistribuir el líquido a una bandeja de distribución fina. La bandeja de recolección y predistribución de sarro consta de una placa con una zona de recolección de sarro donde se asientan y depositan los contaminantes sólidos. En una realización, una pared permeable vertical forma la zona de recolección de incrustaciones y el líquido se filtra a medida que fluye a través de la pared permeable, dejando los contaminantes sólidos atrapados aguas arriba de la pared permeable. La bandeja de predistribución tiene un borde provisto de un vertedero ranurado. El líquido de la zona de recolección de incrustaciones forma un nivel de líquido en un canal ubicado entre la pared permeable y el vertedero. Debido al nivel uniforme del líquido en el canal, los caudales de líquido a través de las ranuras del vertedero son casi iguales. Debido a la forma poligonal de la bandeja, el líquido sale de las ranuras en una dirección a lo largo de carriles definidos entre las unidades de distribución en la bandeja de distribución fina y, por tanto, la cantidad de líquido que entra en las entradas de vapor de las unidades de distribución es pequeña. El vapor pasa por la bandeja de recolección y predistribución de incrustaciones a través del área entre la pared del reactor y la pared permeable, y a través del área entre la pared del reactor y el vertedero hasta la bandeja de distribución fina. La bandeja de predistribución y recolección de incrustaciones protege la bandeja de distribución fina y el lecho de catalizador contra la contaminación, predistribuye el líquido a la bandeja de distribución fina para minimizar los gradientes de nivel en esta bandeja y reduce las velocidades de flujo para garantizar condiciones de flujo tranquilas en la bandeja de distribución fina. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)
Description
DESCRIPCIÓN
Bandeja de recogida de incrustaciones y predistribución para recipiente con flujo de dos fases descendente
Antecedentes de la invención
Campo de la invención
La presente invención se refiere a una bandeja de predistribución con funciones de recogida de incrustaciones. La bandeja de predistribución se localiza típicamente por encima de una bandeja de distribución fina en un recipiente donde una fase de vapor y una fase líquida fluyen simultáneamente hacia abajo. El propósito principal de la bandeja es proporcionar predistribución de líquido a la bandeja de distribución fina para eliminar las incrustaciones más grandes y otras impurezas sólidas más grandes de la corriente de proceso, y para reducir cualquier velocidad alta de la corriente de proceso antes de que la corriente alcance la bandeja de distribución fina. La bandeja de predistribución es adecuada para, entre otras, la aplicación de predistribución de gas de tratamiento rico en hidrógeno caliente y líquido de hidrocarburo caliente en la entrada de reactores de lecho de goteo o reactores de hidroprocesamiento, tales como reactores de hidrotratamiento o hidrocraqueo.
Descripción de la técnica relacionada
Se han propuesto varios enfoques y dispositivos para la recogida o filtración de incrustaciones y para la predistribución de líquido a una bandeja de distribución de líquido fina en recipientes de flujo descendente concurrentes de dos fases, tales como reactores catalíticos de lecho de goteo, con el fin de evitar contaminantes sólidos en la corriente de alimentación que se recoge en el lecho de catalizador o en la bandeja de distribución fina, causando una caída de presión excesiva y/o una actividad de catalizador aparente reducida, y con el fin de proteger la bandeja de distribución fina de corrientes de alta velocidad. La mayoría de estos enfoques o dispositivos pertenecen a uno de los cinco grupos que se mencionan a continuación:
Grupo 1: Derivación de fluido del lecho ensuciado
Un ejemplo de este enfoque se da en la patente US 4,380,529. Un lecho 22 de catalizador superior está provisto de tubos 23 y 24 de derivación. Cuando el lecho de catalizador superior está limpio y la caída de presión a través de este lecho es por lo tanto baja, solo se afirma que pequeñas cantidades de vapor y líquido se derivan a través de los tubos 23 y 24. Cuando el lecho de catalizador superior se ensucia gradualmente y la caída de presión a través del lecho se incrementa, entonces cantidades mayores de vapor y líquido evitarán el lecho. Como resultado, se reduce la caída de presión total del reactor, y la unidad de proceso puede permanecer en funcionamiento durante un período más largo, antes de que la caída de presión del reactor exceda la presión disponible de bombas y compresores en la unidad de proceso. El enfoque de derivación de fluido del lecho ensuciado tiene la desventaja de que el catalizador activo se deriva, de modo que se reduce la conversión de agentes reaccionantes en productos. También, en los reactores de hidroprocesamiento, si el hidrógeno se deriva alrededor de un lecho de catalizador, entonces la tasa de formación de coque en ese lecho de catalizador se incrementa. La formación de coque da como resultado altas tasas de desactivación del catalizador y caída incrementada de presión en el lecho.
Otro ejemplo de derivación de fluido de un lecho de catalizador ensuciado se da en la Patente US 6,692,705, donde el fluido se deriva a través de un tubo 1 de derivación en una jaula 2 con perforaciones 9 en una porción inferior del lecho 5 de catalizador.
Grupo 2: Cestas sumergidas en el lecho del catalizador
Este fue uno de los primeros enfoques usados en reactores de hidroprocesamiento para evitar el taponamiento de la entrada del lecho de catalizador con incrustaciones más grandes y contaminantes sólidos. Un ejemplo de cestas sumergidas en el lecho de catalizador se da en la Patente US 3,112,256. Las cestas 30 se sumergen hacia abajo en la capa de recubrimiento inerte, tal como bolas 32 cerámicas, y hacia abajo en el lecho 34 de catalizador principal activo. Los bordes superiores de las cestas 30 están normalmente alineados con la parte superior de la capa 32 de recubrimiento inerte. Las cestas 30 aumentan el área de flujo disponible para el flujo de fluido en el lecho y, así, reducen la caída de presión para la entrada de fluido en el lecho. Por lo tanto, a medida que la entrada al lecho se ensucia, el aumento en la caída de presión del lecho es menor para un lecho con cestas 30 que para un lecho sin cestas 30.
El inconveniente significativo del uso de cestas en la entrada del lecho es que las cestas 30 deterioran significativamente la distribución de fluido proporcionada por la bandeja 18 de distribución fina. Es más, los agentes reaccionantes se derivan, a través de las cestas, a través de la capa superior del catalizador. Como resultado, la actividad catalizadora aparente se reduce cuando se usan cestas en la entrada del lecho de catalizador para reducir la caída de presión del lecho.
Grupo 3: lechos de seguridad graduados
Hoy en día, probablemente el método industrial más ampliamente usado para proteger un lecho de catalizador fijo de impurezas sólidas es mediante el uso de lechos de seguridad graduados de partículas inertes o de catalizador en la entrada del reactor. Típicamente, el tamaño de partícula, la forma y la actividad catalítica se gradúan, de modo que el tamaño de partícula y la fracción de huecos se reducen gradualmente, y la actividad catalítica de las partículas se incrementa gradualmente en la dirección de flujo de fluido descendente en el reactor.
Un ejemplo de un lecho de seguridad graduado se da en la Patente US 4,615,796. El reactor 1 tiene capas graduadas de partículas 2, 3, 4, 5 y 6 con el fin de proteger el lecho de catalizador principal de contaminantes sólidos. Las capas superiores son partículas grandes con canales de flujo anchos para el flujo de fluido entre las partículas, y las capas inferiores son partículas pequeñas con canales de flujo estrechos para el flujo de fluido entre las partículas. Al tener estas capas graduadas, los contaminantes sólidos se desplazarán más hacia abajo en el lecho antes de que queden atrapados por los canales de flujo estrechos. También, las capas superiores típicamente tienen fracciones de huecos altas. Por estas dos razones, el volumen total disponible para el depósito de contaminantes sólidos en el espacio entre las partículas se incrementa, y en consecuencia la tasa de incremento de la caída de presión del reactor es menor cuando se usan lechos de seguridad graduados.
La desventaja de usar lechos de seguridad graduados para la acumulación de los contaminantes sólidos en la alimentación es que los lechos de seguridad ocupan una altura significativa de la parte recta del reactor 1. Las capas graduadas de partículas usadas para proteger el lecho de catalizador principal tienen baja o ninguna actividad catalítica, y en consecuencia se reduce la conversión de agentes reaccionantes en productos en el reactor 1.
Los enfoques y los dispositivos del grupo 1,2 y 3 se localizan corriente abajo de la bandeja de distribución fina y, así, no proporcionan predistribución de líquido a la bandeja de distribución fina, ni proporcionan protección de la bandeja de distribución fina contra ensuciamiento o corrientes de alta velocidad.
Grupo 4: Bandejas de filtrado sin derivación de vapor
Un ejemplo de una bandeja de filtrado sin derivación de vapor se da en la Patente US 3,958,952. Toda la corriente de proceso es forzada a fluir a través de las unidades 4 de filtro. La bandeja de filtración sin derivación de vapor elimina los contaminantes sólidos y, por lo tanto, protege el lecho de catalizador fijo del ensuciamiento, de modo que se reduce el incremento en la caída de presión a través del lecho de catalizador. En su lugar, el incremento en la caída de presión se produce a través de la propia bandeja de filtrado, dando como resultado una caída de presión del reactor incrementada y, en algún punto en el tiempo, se requiere el cierre del reactor para el reemplazo o la limpieza de la unidad de filtro. Véase la línea 9-15, columna 4. El cierre del reactor, y la entrada de personal en el reactor de una unidad de hidroprocesamiento normalmente solo se realiza durante el reemplazo del catalizador, ya que esta operación consume mucho tiempo y es costosa. Otra desventaja del diseño es que la bandeja de filtración no proporciona una predistribución adecuada del líquido a la bandeja 3 de distribución fina. Por lo tanto, pueden desarrollarse gradientes de nivel de líquido en la bandeja 3 de distribución de líquido fina a medida que el líquido fluye de un área de esta bandeja a otra. Estos gradientes de nivel de líquido reducirán el rendimiento de distribución de la bandeja de distribución fina.
Otro ejemplo de una bandeja de filtración sin derivación de vapor se da en la Patente US 4,239,614. Esta bandeja de filtración tiene lechos anulares de partículas 4, 6 y 7. Toda la corriente de proceso es forzada a fluir a través de estos lechos de partículas, y los contaminantes sólidos se acumularán corriente arriba desde los lechos de partículas y en los lechos de partículas. La bandeja tiene las mismas desventajas que se mencionan para la Patente US 3,958,952.
Grupo 5: Bandejas de filtrado sin derivación de vapor
El beneficio de todas las bandejas de filtración con derivación de vapor es que la corriente de proceso puede fluir a través de la bandeja incluso cuando el filtro está obstruido o lleno. La caída de presión a través de la bandeja es baja incluso cuando los filtros están llenos.
Un primer ejemplo de una bandeja de filtrado con derivación de vapor se da en la Patente US 3,824,081. La bandeja 5 de filtrado está provista de una abertura de vapor en el centro de la bandeja. Un vertedero 7 rodea esta abertura de vapor y forma así una chimenea de vapor. La bandeja 5 está provista de cestas 6 de malla de alambre. Durante la operación, el vapor fluye a través de la chimenea de vapor, el líquido se recoge en la bandeja 5, detrás del vertedero 7, y fluye hacia las cestas 6, y a través de la malla de alambre o pantalla 47. Así, se recogen incrustaciones y contaminantes sólidos en las cestas 6. El inconveniente del diseño específico es que la bandeja de filtración proporciona una mala predistribución de líquido a la bandeja 40 de distribución fina. Por lo tanto, pueden desarrollarse gradientes de nivel de líquido en la bandeja 40 de distribución de líquido fina, a medida que el líquido fluye de un área de la bandeja a otra. Estos gradientes de nivel de líquido reducirán el rendimiento de distribución de la bandeja 40 de distribución fina. Otra desventaja es que la altura de la bandeja de filtración tiene que ser grande para proporcionar el volumen de cesta requerido para la recogida de las incrustaciones y las partículas. Para acomodar la bandeja de filtración, la altura del reactor tendrá que incrementarse, lo que está asociado con grandes costes adicionales.
Un segundo ejemplo de una bandeja de filtrado con derivación de vapor se da en la Patente US 8,487,151. La bandeja de filtración consiste en una bandeja 1 perforada con un lecho de filtración que comprende diferentes capas de partículas I, II, III y IV (Figura 1). Las chimeneas 3 de vapor se dirigen a través de las capas de partículas y la bandeja 1 perforada. Durante la operación, el vapor pasa a través de las chimeneas 3, mientras el líquido gotea hacia abajo a través del lecho de filtración y a través de las perforaciones 7 en la bandeja 1. Las impurezas sólidas más grandes se acumularán en el espacio vacío entre las partículas del lecho de filtración. En algún punto en el tiempo, el líquido puede ya no ser capaz de pasar a través del lecho de filtración, y el líquido desbordará el tubo 4 central a la bandeja 10 de distribución fina. De nuevo, el inconveniente de este diseño es que la bandeja de filtración proporciona una mala predistribución de líquido a la bandeja 40 de distribución fina. Esto es especialmente cierto cuando el lecho de filtración en algunas áreas se obstruye por impurezas sólidas, y el flujo de líquido a través de estas áreas se detiene. Cuando la bandeja de filtración está llena y el líquido pasa por lo tanto a través de la tubería 4 de rebosadero, toda la alimentación de líquido puede entrar en la bandeja 10 de distribución fina cerca de la línea central del reactor. Se sabe que esta situación da como resultado grandes gradientes de nivel de líquido en la bandeja 10 de distribución de líquido fina, porque el flujo de masa de líquido radial hacia fuera cerca de la línea central del reactor se hace muy grande. Estos gradientes de nivel de líquido reducirán el rendimiento de distribución de la bandeja 10 de distribución fina. Otra desventaja es que la altura de la bandeja de filtrado tiene que ser grande, con el fin de proporcionar el volumen requerido del espacio vacío entre las partículas de filtrado para el depósito de las incrustaciones y los contaminantes sólidos. Para acomodar la bandeja de filtración, la altura del reactor tendrá que incrementarse, lo que está asociado a grandes costes adicionales.
Un tercer ejemplo de una bandeja de filtración con derivación de vapor se da en la Patente US 8,329,974 y la Solicitud de Patente en EE.UU US 2013/0064727 A1. La bandeja de filtración consiste en una bandeja con perforaciones 12. Un lecho de filtración granular que comprende tres capas diferentes descansa sobre la bandeja perforada. La bandeja está provista de chimeneas 3 que tienen aberturas 6 de vapor, y ranuras 4 de líquido, y está rodeada por pantallas 8 cilíndricas. Durante la operación, el vapor deriva el lecho de filtración a través de las aberturas 6 de vapor y las chimeneas 3 al lecho 10 de catalizador activo. En el inicio del ciclo, cuando el lecho de filtración está limpio, el líquido pasa a través del lecho de filtración y a través de las perforaciones 12 al lecho 10 de catalizador activo. A medida que el lecho de filtración se tapona, el flujo de líquido se detiene en las áreas taponadas, y el líquido en su lugar pasará a través de las ranuras 4 de líquido y las chimeneas 3 al lecho 10 de catalizador activo. El inconveniente de esta bandeja de filtración es que a medida que algunas áreas del lecho de filtración se taponan, el flujo de líquido a través de estas áreas se detiene, y el catalizador activo ubicado debajo de las áreas taponadas de la bandeja de filtración no recibe alimentación de líquido.
Las bandejas de chimenea se usan ampliamente para distribuir líquido uniformemente a los lechos de catalizador, pero la distribución uniforme de líquido desde una bandeja de chimenea requiere que todas las chimeneas estén expuestas más o menos al mismo nivel de líquido. Con la bandeja de filtración como se explica en el ejemplo anterior, todas las chimeneas no estarán expuestas al mismo nivel de líquido, debido a la resistencia al flujo del lecho de filtración, y porque algunas áreas del lecho de filtración se ensuciarán más que otras áreas y así incrementarán adicionalmente la resistencia al flujo del lecho. Debido a la gran resistencia al flujo del lecho de filtración, las chimeneas 3 situadas en un área que recibe grandes cantidades de líquido desde arriba pasarán grandes cantidades de líquido al lecho 10, y las chimeneas 3 situadas en un área que recibe pequeñas cantidades de líquido desde arriba pasarán pequeñas cantidades de líquido al lecho 10. Las consecuencias de la distribución de alimentación de líquido no uniforme al lecho 10 de catalizador activo son una conversión general más baja de agentes reaccionantes en productos, y diferencias de temperatura radial en el lecho 10 de catalizador activo. Otra desventaja de la bandeja de filtración es que la bandeja tendrá que estar situada en la porción recta del reactor como se muestra en la Figura 1 de la Patente US 8,329,974, y que la altura de la bandeja de filtración tiene que ser grande para proporcionar el volumen requerido del espacio vacío entre las partículas de filtración para el depósito de incrustaciones y contaminantes sólidos. Cualquier altura adicional de un reactor de hidroprocesamiento está asociada con grandes costes adicionales.
En el documento de Patente US4808350 se hace referencia a la distribución de un líquido de flujo descendente sobre un lecho empacado en sistemas de vapor-líquido cocorriente y se menciona el problema de ensuciamiento. El predistribuidor y la unidad de distribución inferior se montan horizontalmente dentro de la columna por encima del lecho empacado, de manera que la unidad de predistribuidor se orienta por encima de la unidad de distribución inferior, y al menos uno de los tubos de goteo de la unidad de predistribuidor está en conexión líquida con la unidad inferior.
Compendio de la invención
La invención se define en las reivindicaciones independientes, realizaciones preferidas en las reivindicaciones dependientes.
Las reivindicaciones incluyen una bandeja de recogida de incrustaciones y predistribución para su uso corriente arriba de una bandeja de distribución fina en un recipiente con flujo concurrente hacia abajo de vapor y líquido. La bandeja puede clasificarse en el grupo 5 anterior: bandejas de filtración con derivación de vapor. Los tres objetivos principales de la bandeja de recogida y predistribución son:
1. Eliminar la incrustación y otros contaminantes sólidos más grandes de la corriente de proceso corriente arriba de la bandeja de distribución fina y el lecho de catalizador para evitar el ensuciamiento y el taponamiento de la bandeja de distribución fina y de la entrada del lecho de catalizador.
2. Predistribución de líquido a la bandeja de distribución fina con el fin de reducir los gradientes de nivel de líquido en la bandeja de distribución fina a medida que el líquido fluye en la dirección horizontal desde un área en la bandeja de distribución fina a otro área.
3. Romper (reducir) altas velocidades de flujo de fluido y proporcionar bajas velocidades de flujo de fluido en la entrada a la bandeja de distribución de líquido fina.
Las bandejas para su uso con la invención tienen el beneficio mencionado anteriormente de las bandejas de filtrado del grupo 5 con derivación de vapor, pero mientras que las bandejas de filtrado del grupo 5 existentes con derivación de vapor no proporcionan una predistribución adecuada de líquido a la bandeja de distribución fina, las bandejas de acuerdo con la presente invención sí lo hacen. También, a diferencia de las bandejas de filtrado del grupo 5 existentes con derivación, las bandejas de acuerdo con la presente invención permiten una buena utilización del volumen en el cabezal curva del recipiente para el depósito de incrustaciones y contaminantes sólidos, y el uso de tales bandejas por lo tanto normalmente no incrementa la altura y el coste requeridos de la cubierta del recipiente.
Una realización de la presente invención incluye una bandeja poligonal no perforada con un vertedero vertical ranurado en el reborde de la bandeja. Entre la línea central del reactor y el vertedero ranurado, se localiza una pared de recogida de incrustaciones vertical, tal como una pantalla, un filtro o una pared de malla de alambre. Así, se forma un canal de líquido entre la pared de recogida de incrustaciones y el vertedero ranurado para cerrar el nivel de líquido para asegurar tasas de flujo de líquido iguales a través de cada una de las ranuras. Por las ranuras del vertedero ranurado preferiblemente sale el líquido en una dirección a lo largo de los carriles entre las unidades de distribución en la bandeja de distribución de líquido fino, de modo que el líquido de las ranuras no entre en las entradas de vapor de las unidades de distribución en la bandeja de distribución de líquido fina. Las placas de guía de líquido verticales que se extienden hacia fuera desde el vertedero ranurado hacia la pared del reactor pueden usarse para dirigir el líquido desde las ranuras hacia abajo en el depósito de líquido en la bandeja de distribución fina. La corriente de proceso que entra en el recipiente a través de la boquilla superior, y especialmente la fracción líquida de esta corriente de proceso, se lleva preferiblemente a una ubicación cerca de la bandeja no perforada a través de un canal de entrada.
La bandeja para su uso de acuerdo con la invención está diseñada para que todo el líquido tenga que pasar a través de la pared de recogida de incrustaciones permeable. Las incrustaciones y las partículas más grandes que el tamaño de abertura en la pared permeable se depositarán en la zona de recogida de incrustaciones corriente arriba de la pared. El líquido pasa a través de la pared permeable y entra en el canal de líquido donde se establece un nivel de líquido estable y horizontal. El líquido desde el canal de líquido se distribuye a la bandeja de distribución fina a través de las ranuras en el vertedero ranurado. El vapor del canal de entrada evita la bandeja de recogida de incrustaciones y predistribución al fluir hacia arriba y sobre la pared que recoge las incrustaciones, luego sobre el vertedero ranurado, y a través del área abierta entre la bandeja poligonal y la pared del reactor a la bandeja de distribución fina.
Breve descripción de los dibujos
La Figura 1 es una vista en sección transversal semiesquemática de un reactor de lecho de goteo de hidroprocesamiento que muestra una disposición típica del catalizador y componentes internos en el reactor con dos lechos de partículas de catalizador sólido, así como la ubicación típica de la bandeja de recogida de incrustaciones y de predistribución en el cabezal superior del reactor.
Las Figuras 2A, 2B, 2C, 2D y 2E son vistas simplificadas de una realización de la bandeja de recogida de incrustaciones y predistribución de acuerdo con la presente invención situada en el cabezal superior de un recipiente de reactor. La Figura 2A es una vista en sección lateral vertical del cabezal superior del reactor tomada a lo largo de la línea A-A de la Figura 2B. La Figura 2B es una vista en sección transversal horizontal del cabezal del reactor tomada a lo largo de la línea B-B de la Figura 2A. La Figura 2C es una vista lateral de una guía de líquido tomada a lo largo de la línea C-C de la Figura 2B. La Figura 2D es una vista lateral de una guía de líquido tomada a lo largo de la línea D-D de la Figura 2B. La Figura 2E es una vista lateral ampliada de dos ranuras en el vertedero ranurado mostrado en la Figura 2A.
La Figura 3 es una representación semiesquemática de la estructura mostrada en la Figura 2A durante la operación.
La Figura 4 es un gráfico de la diferencia de nivel máximo de la bandeja de distribución fina de la Patente US n.° 7,506,861, cuando todo el líquido se alimenta al área cerca de la pared del reactor, en función del diámetro del reactor y del flujo volumétrico del líquido en el reactor.
Las Figuras 5A, 5B y 5C son vistas laterales de diferentes tipos de aberturas en el vertedero ranurado y en la placa de bandeja de una bandeja de recogida de incrustaciones y predistribución de acuerdo con la presente invención.
La Figura 6 es una vista superior de una realización de una bandeja de recogida de incrustaciones y predistribución de acuerdo con la presente invención, en la que la forma de la bandeja es cuadrada.
La Figura 7 es una vista superior de una realización de una bandeja de recogida de incrustaciones y predistribución de acuerdo con la presente invención, en la que la forma de la bandeja es cuadrada.
Las Figuras 8A y 8B son vistas simplificadas de una realización de una bandeja de recogida de incrustaciones y predistribución de acuerdo con la presente invención situada en el cabezal superior de un recipiente de reactor. La Figura 8A es una vista en sección lateral vertical del cabezal superior del reactor. La Figura 8B es una vista lateral ampliada de dos ranuras en el vertedero ranurado.
Las Figuras 9A y 9B son vistas simplificadas de una realización de una bandeja de recogida de incrustaciones y predistribución de acuerdo con la presente invención situada en el cabezal superior de un recipiente de reactor. La Figura 9A es una vista en sección lateral vertical del cabezal superior del reactor. La Figura 9B es una vista lateral ampliada de dos ranuras en el vertedero ranurado.
Las realizaciones alternativas de la presente invención incluyen, entre otros, los diseños mostrados en las Figuras.
Descripción detallada
Las reacciones que tienen lugar en los reactores de lecho de goteo de hidroprocesamiento son exotérmicas. Por lo tanto, el calor se libera durante la reacción y hace que la temperatura se eleve cuando los agentes reaccionantes se convierten en productos en presencia de un catalizador de hidroprocesamiento a temperatura y presión elevadas.
En reactores de hidroprocesamiento comerciales, la mezcla de dos fases de agentes reaccionantes fluye a través de un lecho de partículas de catalizador sólido. El patrón de flujo ideal en un reactor de este tipo es el flujo de tapón, en el que el líquido fluye hacia abajo con la misma velocidad (basada en un reactor vacío) en todos los puntos de la sección transversal del reactor. En el caso de flujo de tapón ideal, lo mismo es cierto para la fase de vapor: el vapor está fluyendo hacia abajo con idéntica velocidad (basada en un reactor vacío) en todos los puntos de la sección transversal del reactor.
En los reactores comerciales, el flujo de tapón nunca se logra debido a la distribución de líquido no ideal en la entrada del lecho, la carga desigual del catalizador, y/o la presencia de depósitos/coque en el espacio vacío entre las partículas del catalizador.
La corriente de alimentación al reactor de lecho de goteo contiene incrustaciones de coque de tubos de horno corriente arriba y tubos intercambiadores de calor de alimentación/efluente, productos de corrosión tales como sulfuro de hierro de tuberías y equipos corriente arriba, y otras impurezas particuladas de sistemas de proceso corriente arriba. Estos contaminantes sólidos tienden a acumularse en la bandeja de distribución fina, tapar las aberturas de esta bandeja y provocar una distribución desigual de vapor y líquido al lecho de catalizador. Los contaminantes sólidos también se depositan en la parte superior del lecho de catalizador, con dos consecuencias indeseables:
1. Obturación parcial de la entrada a algunas áreas del lecho, dando lugar a un mayor deterioro de la distribución de vapor y líquido en el lecho de catalizador.
2. Incremento de la caída de presión del lecho.
La distribución desigual de vapor y líquido en el lecho de catalizador tiene las siguientes consecuencias: en algunas áreas del lecho de catalizador, la velocidad de flujo de líquido es mayor que el promedio, y la velocidad de vapor es menor que el promedio. Debido a la alta capacidad térmica del líquido con respecto al vapor, el aumento de temperatura (por ejemplo, en grados Celsius por metro de trayectoria de flujo) es bajo en estas áreas. De manera similar, en otras áreas del lecho de catalizador, la velocidad de flujo de líquido es menor que el promedio, y la velocidad del vapor es mayor que el promedio. Debido de nuevo a la alta capacidad térmica del líquido con respecto al vapor, el aumento de temperatura (por ejemplo, en grados Celsius por metro de trayectoria de flujo) es bajo en estas áreas.
Como resultado, incluso aunque la mezcla de agente reaccionante tenga una temperatura uniforme en la entrada del reactor, algunas áreas del lecho de catalizador se calientan más que otras a medida que los fluidos pasan a través del lecho. Además, dado que la tasa de reacción aumenta con el aumento de la temperatura, este efecto tiende a acelerarse: las áreas calientes del lecho de catalizador tienen una alta tasa de reacción, y, por lo tanto, se libera más calor en estas áreas que en las áreas frías.
Debido a la diferencia en las tasas de reacción entre las áreas calientes y las áreas frías del lecho de catalizador, también se desarrollan diferencias en la composición química de los fluidos.
La no uniformidad en temperatura y composición química en un plano horizontal tiene varios efectos negativos: todos los catalizadores de hidroprocesamiento se desactivan durante la operación. Con el fin de compensar la disminución de la actividad de los catalizadores, la temperatura media del lecho se incrementa durante el funcionamiento. En algún punto en el tiempo, al final del funcionamiento, el pico de temperatura en el lecho de catalizador alcanza su valor máximo permisible. En este punto, toda la unidad de proceso necesita que se apague, y el catalizador debe regenerarse o reemplazarse. Ahora, si no hay uniformidad en la temperatura en el plano horizontal, el final del funcionamiento ocurrirá en una fase más temprana y a una temperatura media de lecho más baja. La mayor frecuencia de paradas provocadas por temperaturas no uniformes tiene un alto coste para el refinador en términos de pérdida de producción, consumo de catalizador y mano de obra adicional.
Otro efecto de las no uniformidades es que el grado de conversión química es desigual. Una fracción de los agentes reaccionantes se convertirá en un grado alto mientras que la fracción restante de los agentes reaccionantes se convierte en un grado inferior. El resultado es a menudo una calidad general del producto inferior.
El incremento de la caída de presión del lecho del catalizador, causada por el taponamiento parcial de la entrada del lecho con contaminantes sólidos incrementa la caída de presión del bucle de gas de reciclaje y, así, el cabezal requerido de los compresores de gas de reciclaje y las bombas de alimentación. En algún punto, se puede alcanzar el límite de diseño para este equipo giratorio, y se requiere una parada prematura de la unidad de proceso para el desnatado, la regeneración o el reemplazo del catalizador. Como se mencionó anteriormente, una parada prematura tiene un alto coste para el refinador en términos de pérdida de producción, mayor consumo de catalizador y mano de obra adicional.
Las no uniformidades en temperatura y composición química en el plano horizontal de un lecho de catalizador y la acumulación de caída de presión del lecho son inevitables en reactores de hidroprocesamiento comerciales. Sin embargo, las no uniformidades y la acumulación de caída de presión pueden minimizarse instalando elementos internos de reactor adecuados.
Para el primer lecho de catalizador, en el que los agentes reaccionantes / la alimentación entran en primer lugar, se requiere una buena bandeja de recogida de incrustaciones y predistribución para eliminar contaminantes sólidos más grandes de la corriente de alimentación, para romper (reducir) la alta velocidad de la corriente de entrada al reactor, y para predistribuir el líquido. Se necesita proporcionar una buena bandeja de distribución fina debajo de la bandeja de recogida de incrustaciones y predistribución para asegurar la distribución igual del líquido y el vapor sobre la sección transversal del lecho de catalizador.
Para cualquier lecho(s) de catalizador posterior, también se necesita una buena bandeja de distribución fina para garantizar la distribución uniforme del líquido y el vapor sobre la sección transversal del reactor. Sin embargo, la corriente de entrada a un lecho de catalizador subsiguiente es la corriente de salida de un lecho de catalizador corriente arriba donde una temperatura no uniforme y una composición química existirán en la salida del lecho. Por lo tanto, es esencial tener un dispositivo de mezclado situado entre el lecho de catalizador corriente arriba y la bandeja de distribución fina. De lo contrario, la no uniformidad en temperatura y composición química puede proceder de un lecho al siguiente y empeorar. El propósito del dispositivo de mezclado es producir una corriente de salida que se equilibre con respecto a la temperatura y la composición.
Un fluido de enfriamiento rápido, que es más frío que los fluidos dentro del reactor, a menudo se inyecta en el reactor de hidroprocesamiento entre dos lechos de catalizador adyacentes con el fin de enfriar el efluente caliente de un lecho de catalizador antes de que los fluidos entren en el siguiente lecho. Esto permite la operación del reactor más cerca de las condiciones isotérmicas, lo que tiene varios beneficios en términos de longitud de operación incrementada y calidad de producto mejorada. En este caso, un objetivo adicional del dispositivo de mezclado es mezclar la corriente de enfriamiento rápido fría con el efluente de un lecho de catalizador para lograr el equilibrio térmico y composicional antes de que la corriente entre en el siguiente lecho de catalizador.
Haciendo referencia ahora a los dibujos, la Figura 1 muestra un boceto de un reactor 1 de hidroprocesamiento típico con una pared 2, un cabezal 3 curvada superior, un cabezal 4 curvada inferior, un primer lecho 5 superior de partículas de catalizador, y un segundo lecho 6 inferior de partículas de catalizador. La Figura 1 tiene por objeto definir una ubicación típica de una bandeja 10 de recogida de incrustaciones y predistribución de acuerdo con la presente invención en relación con los lechos de catalizador y con otros componentes internos del reactor. Los agentes reaccionantes entran en el reactor 1 a través de una boquilla 7 de entrada. Los fluidos entran en la bandeja 10 de recogida de incrustaciones y predistribución, que elimina los contaminantes sólidos más grandes y predistribuye el líquido a una bandeja 11 de distribución fina, tal como la bandeja de distribución de la Patente US n.° 7,506,861. La bandeja 11 de distribución fina distribuye el vapor y el líquido uniformemente sobre la sección transversal del primer lecho 5 de catalizador, que descansa sobre una pantalla o rejilla 12 de soporte de catalizador. Las fuerzas grandes están actuando normalmente sobre la rejilla 12 de soporte o pantalla de catalizador debido al gran peso del catalizador y debido a las fuerzas introducidas por el flujo de fluido a través del lecho de catalizador. Por lo tanto, normalmente se requieren vigas 13 de soporte para absorber estas fuerzas. Debajo del sistema de soporte de catalizador, se localiza un dispositivo 15 de mezclado, tal como el dispositivo de mezclado de la Patente US 7,276,215. Se puede añadir fluido de enfriamiento rápido a través de una boquilla 8 de enfriamiento rápido y un distribuidor 14 de enfriamiento rápido. Debajo de la mezcladora, se usa un dispositivo 16 de choque para romper (reducir) la alta velocidad del chorro que sale del dispositivo 15 de mezclado, y una segunda bandeja 17 de predistribución puede ubicarse debajo del dispositivo 16 de choque para la predistribución del líquido. Debajo del mezclador 15, se localiza una segunda bandeja 18 de distribución fina, tal como la bandeja de distribución de la Patente US n.° 7,506,861, que distribuye el vapor y el líquido uniformemente sobre la sección transversal del segundo lecho 6 de catalizador, que normalmente descansa sobre partículas o bolas inertes (no mostradas) cargadas en el cabezal 4 inferior del reactor. El producto del reactor sale a través de la boquilla 9 de salida.
Aunque el reactor 1 se muestra con dos lechos 5, 6, de catalizador un reactor de hidroprocesamiento puede tener solo un lecho de catalizador único. Asimismo, el número de lechos de catalizador usados en un reactor de hidroprocesamiento puede ser mayor que dos.
Las Figuras 2A, 2B, 2C, 2D y 2E son vistas simplificadas de una realización de la bandeja de recogida de incrustaciones y predistribución de acuerdo con la presente invención situada en el cabezal superior del reactor. El recipiente del reactor tiene una pared 23 cilíndrica y un cabezal superior curvada 22. El reactor tiene una vía de entrada 25, para la entrada de personal en el recipiente, y una boquilla 21 de entrada para la entrada de fluido en el recipiente. Una bandeja 33 de distribución fina con una pluralidad de unidades 34 de distribución dispuestas en un paso cuadrado está instalada en el reactor. Cada una de las unidades de distribución tiene una entrada 45 de vapor. La bandeja 20 de recogida de incrustaciones y predistribución se instala corriente arriba desde la bandeja 33 de distribución fina y consiste en una placa 32 de bandeja no perforada octogonal con un vertedero 31 ranurado vertical de pie provisto de una pluralidad de ranuras 35. Se usa un canal 26 de entrada cilíndrico con una placa 29 inferior circular no perforada para dirigir el líquido desde la boquilla 21 de entrada tan cerca de la placa 32 de bandeja como sea posible. Se usa una placa 24 de choque circular para romper (reducir) la alta velocidad de la corriente de dos fases que entra en el reactor a través de la boquilla 21 de entrada. Se usa un anillo 27 anular para dirigir líquido al centro del canal 26 de entrada, con el fin de conseguir que el líquido llegue lo más abajo posible en el canal 26 de entrada. El canal 26 de entrada está provisto de perforaciones 28 para permitir que el vapor y el líquido salgan del canal 26 de entrada en la dirección radial.
Entre el canal 26 de entrada y el vertedero 31 ranurado puede estar situada una pared 30 de recogida de incrustaciones opcional, formando una zona de recogida de incrustaciones corriente arriba de esta pared. La pared 30 de recogida de incrustaciones, si está presente, es una pared permeable, tal como una pantalla o una pared de recogida de incrustaciones de malla de alambre. Entre la pared 30 de recogida de incrustaciones (si está presente) y el cabezal 22 superior del reactor, y entre el vertedero 31 ranurado y el cabezal 22 superior, debe proporcionarse un espacio libre para el flujo de vapor de derivación. La placa 32 de bandeja debe estar elevada a una altura suficiente por encima de las unidades 34 de distribución para permitir el flujo de vapor radial hacia dentro entre la placa 32 de bandeja y las unidades 34 de distribución.
Si el líquido entra en la entrada 45 de vapor de una unidad 34 de distribución, entonces el flujo de líquido a través de esa unidad de distribución será normalmente excesivo y dará como resultado una mala distribución de líquido al lecho 5 de catalizador superior de la Figura 1. Por lo tanto, la forma de la bandeja 32 es preferible y ventajosamente octogonal para permitir una dirección 36 de flujo de líquido a través de las ranuras 35 a lo largo de los carriles entre las unidades 34 de distribución en la bandeja 33 de distribución fina. Este diseño reduce significativamente la cantidad de líquido que entra en las entradas 45 de vapor de las unidades 34 de distribución, y así mejora el rendimiento de distribución de la bandeja 33 de distribución fina.
Puede conseguirse una reducción adicional de la cantidad de líquido que entra en las entradas 45 de vapor de las unidades 34 de distribución mediante el uso de guías 37 de líquido opcionales (Figuras 2C y 2D). Una guía 37 de líquido consiste en dos placas 38 y 39 verticales situadas a cada lado de una ranura 35 en el lado exterior de la pared 31 ranurada. Las placas 38 y 39 se extienden hacia abajo por debajo de la entrada 45 de vapor de cada unidad 34 de distribución, y las placas 38 y 39, por lo tanto, guían el líquido que sale de la ranura 35 hacia abajo en el depósito de líquido en la bandeja 33 de distribución fina. Una placa 36 inferior puede usarse para romper o reducir la velocidad vertical del líquido que cae desde cada una de las ranuras 35 y para aumentar la resistencia mecánica del diseño. Las guías 37 de líquido se han diseñado para estar abiertas para el flujo de vapor en la dirección hacia abajo entre el vertedero 31 ranurado y el cabezal 22 de reactor superior, y en la dirección radial hacia dentro entre la bandeja 20 de predistribución y la bandeja 33 de distribución fina.
La Figura 3 es una representación esquemática del aparato de la Figura 2A durante la operación. La corriente de alimentación de dos fases entra en el reactor a través de la boquilla 21 de entrada. La corriente de entrada de alta velocidad incide en la placa 24 de choque, y el componente de velocidad vertical se reduce. El canal 26 de entrada dirige la corriente de dos fases hacia abajo hacia la placa 32 de bandeja de la bandeja 20 de recogida de incrustaciones y de predistribución. El anillo 27 anular dirige el líquido al centro del canal 26 de entrada, y el líquido se dirige hacia el fondo del canal 26 de entrada. La corriente de dos fases sale del canal 26 de entrada a través de las perforaciones 28. En el volumen entre el canal 26 de entrada y la pared 30 de recogida de incrustaciones, el vapor se separa del líquido 41 y los contaminantes 40 sólidos. El vapor fluye sobre la parte superior de la pared 30 de recogida de incrustaciones y sobre la parte superior del vertedero 31 ranurado a la bandeja 33 de distribución fina a lo largo de una trayectoria 44.
El líquido 41 y los contaminantes 40 sólidos se acumulan en la placa 32 de bandeja en la zona de recogida de incrustaciones corriente arriba de la pared 30 de recogida de incrustaciones. Las incrustaciones y los contaminantes 40 sólidos tienden a asentarse por gravedad en la zona de recogida de incrustaciones y mantienen las partes superiores de la pared 30 de recogida de incrustaciones permeable abiertas para el flujo de líquido. El líquido 41 se filtra a través de la pared 30 de recogida de incrustaciones permeable dejando la incrustación y los contaminantes 40 sólidos atrapados en la zona de recogida de incrustaciones. El líquido de la pared 30 de recogida de incrustaciones se recoge en un canal 42 de líquido, y se establece un nivel de líquido estable y casi horizontal en el canal 42 de líquido. El líquido desde el canal 42 de líquido fluye a través de las ranuras en el vertedero 31 ranurado hasta un depósito 43 de líquido en la bandeja 33 de distribución fina. Debido al nivel de líquido estable y casi horizontal en el canal 42 de líquido, los caudales de líquido a través de las ranuras son casi idénticos. Las corrientes de líquido procedentes de las ranuras entran en el depósito 43 de líquido en la bandeja 33 de distribución fina entre las unidades 34 de distribución, de modo que el líquido no entra en las aberturas 45 de vapor.
Como se ilustra en las Figuras 2 y 3, el líquido se alimenta a la bandeja 33 de distribución fina cerca de la pared 23 del reactor, y el líquido en consecuencia tiene que fluir a través de la bandeja 33 de distribución fina en una dirección radial hacia dentro a las unidades 34 de distribución ubicadas debajo de la placa 32 de bandeja. Sin embargo, como se muestra en la Figura 4, una dirección de flujo radial hacia dentro del líquido en la bandeja 33 de distribución fina desde la pared 23 del reactor hacia el centro de la bandeja 33 de distribución fina ha mostrado no dar como resultado ningún gradiente significativo de nivel de líquido en la bandeja 33 de distribución fina. La Figura 4 es un gráfico de la diferencia de nivel de líquido máxima en una bandeja 33 de distribución fina, diseñada de acuerdo con la Patente US n.° 7,506,861 en función del diámetro del reactor 1, y en función del flujo de líquido volumétrico en el reactor 1 cuando todo el líquido se distribuye uniformemente en el área adyacente a la pared 23 del reactor. Como se ve en el gráfico, la diferencia de nivel de líquido máxima debido a que el líquido fluye a través de la bandeja 33 de distribución fina es menor que 1 mm para todas las aplicaciones de hidroprocesamiento normales, lo que es insignificante en comparación con las diferencias de nivel en la bandeja 33 de distribución fina que resultan de las tolerancias de fabricación e instalación, y que resultan de las diferencias de presión en el espacio de vapor por encima del depósito 43 de líquido.
La baja diferencia de nivel de líquido en la bandeja 33 de distribución fina es un resultado de una buena predistribución de líquido desde la bandeja 20 de recogida de incrustaciones y predistribución a la bandeja 33 de distribución fina. Si el líquido de la boquilla 21 de entrada se alimenta a un área pequeña de la bandeja 33 de distribución fina, entonces se producirán gradientes de nivel significativos, y estos gradientes de nivel deteriorarán el rendimiento de distribución de líquido de la bandeja 33 de distribución fina. Las unidades 34 de distribución expuestas a un nivel de líquido más alto pasarán típicamente más líquido al primer lecho 5 de catalizador o al superior que las unidades 34 de distribución expuestas a un nivel de líquido más bajo. Las aberturas o chimeneas de líquido en la placa 32 de bandeja pueden usarse para distribuir líquido a las áreas de la bandeja 33 de distribución fina localizada debajo de la bandeja 20 de recogida de incrustaciones y predistribución. Sin embargo, tales aberturas o chimeneas son propensas a taponarse con los contaminantes 40 sólidos que se depositan en la placa 32 de bandeja, y como se ve en la Figura 4, tales aberturas o chimeneas de líquido no se requieren ya que la diferencia de nivel de líquido en la bandeja 33 de distribución fina ya es baja.
Las aberturas en el vertedero 31 no necesitan necesariamente ser ranuras 35 rectangulares como se muestra en la Figura 2E. Pueden usarse otras formas, como se ilustra en las Figuras 5A, 5B y 5C. Los orificios 46 circulares de diferentes tamaños y situados en diferentes alturas, y las muescas 47 en V, son otros ejemplos de posibles aberturas en el vertedero 31. Las aberturas 48 para el flujo de líquido a través de la placa 32 de bandeja también se pueden usar solas o en combinación con las aberturas 49 en el vertedero 31.
En las Figuras 2 y 3, la pared 30 de recogida de incrustaciones y el vertedero 31 ranurado se muestran verticales. Sin embargo, se pueden usar otras formas de la pared 30 de recogida y del vertedero 31, tales como anguladas o curvadas, para utilizar mejor el volumen disponible en el cabezal 22 superior del reactor.
En la Figura 2B, la placa 32 de bandeja se muestra como octogonal. Sin embargo, para los reactores con alto flujo de vapor, se usará una placa 32 de bandeja cuadrada, como se muestra en la Figura 6, con el fin de incrementar el área de flujo de vapor entre el vertedero 31 ranurado y el cabezal 22 de reactor superior. La forma octogonal o cuadrada de la placa 32 de bandeja es más adecuada cuando las unidades 34 de distribución están dispuestas en un paso cuadrado, ya que el vertedero 31 ranurado en este caso será perpendicular a los carriles entre las unidades 34 de distribución. Esto permite incrementar el área de flujo de vapor entre el vertedero 31 ranurado y el cabezal 22 de reactor superior. La forma octogonal o cuadrada de la placa 32 de bandeja es más adecuada cuando las unidades 34 de distribución están dispuestas en un paso cuadrado, ya que el vertedero 31 ranurado en este caso será perpendicular a los carriles entre las unidades 34 de distribución. Esto permite una dirección 56 de flujo de líquido a través de las ranuras 35 que está a lo largo de estos carriles, de modo que poco o ningún líquido de las ranuras 35 entra en las entradas 45 de vapor de las unidades 34 de distribución.
La placa 32 de bandeja puede tener otras formas. Si, por ejemplo, las unidades 34 de distribución están dispuestas en un paso triangular, entonces una forma hexagonal de la placa 32 de bandeja será óptima, como se muestra en la Figura 7, con el fin de garantizar que la dirección 56 de flujo de líquido a través de las ranuras 35 esté a lo largo de los carriles entre las unidades 34 de distribución en la bandeja 33 de distribución fina. De nuevo, esto es para evitar que el líquido de las ranuras 35 entre en las entradas 45 de vapor de las unidades 34 de distribución.
La pared 30 de recogida de incrustaciones también puede tener diferentes formas. Estas formas incluyen la forma poligonal, como se muestra en las Figuras 2B y 6, una forma circular como se muestra en la Figura 7, u otras formas.
En la realización mostrada en las Figuras 2 y 3, la zona de recogida de incrustaciones, donde se recogen las incrustaciones y los contaminantes 40 sólidos, es la zona corriente arriba de una pared 30 de recogida de incrustaciones permeable. Sin embargo, la zona de recogida de incrustaciones también puede ser una zona 50 de flujo tranquilo, como se ilustra en las Figuras 8 y 9. La zona 50 de flujo tranquilo es una zona en la que las velocidades de flujo y la turbulencia de flujo se reducen mediante el uso de restricciones de flujo tales como deflectores, rejillas, una malla de alambre, un lecho de partículas empaquetado, o empaquetamiento como empaquetamiento aleatorio o estructurado. Las velocidades de flujo más bajas en la zona 50 de flujo tranquilo permiten que las impurezas particuladas se asienten y se depositen aquí. La realización de la Figura 8 puede usarse en reactores en los que no hay suficiente volumen disponible en el cabezal 22 superior del reactor para una pared 30 de recogida de incrustaciones, si los caudales de vapor en el reactor son altos, o si el reactor tiene un cabezal 22 superior elipsoidal del reactor en lugar de un cabezal hemisférica del reactor.
Haciendo referencia ahora a las Figuras 8A y 8B, el reactor tiene una pared 23 cilíndrica y un cabezal 22 superior elipsoidal. El cabezal 22 superior está provisto de un paso 25 de acceso y una boquilla 21 de entrada. Mediante un canal 26 de entrada cilíndrico se dirige la corriente de entrada desde la boquilla 21 de entrada hasta una ubicación cerca de la bandeja 20 de recogida de incrustaciones y predistribución. Una placa 51 de choque circular está situada por debajo del canal 26 de entrada para romper o reducir la alta velocidad de la corriente de entrada. La bandeja 20 de recogida de incrustaciones y predistribución consiste en una placa 32 de bandeja cuadrada con un vertedero 31 ranurado verticalmente. La parte superior del vertedero 31 está provista de ranuras 35 rectangulares destinadas al flujo de líquido. Una zona 50 de flujo tranquilo llena de malla de alambre se proporciona en la placa 32 de bandeja, con el fin de reducir la velocidad de flujo de fluido y la turbulencia cerca de la bandeja 32, para permitir que las impurezas particuladas se asienten y se depositen en la malla de alambre en la placa 32 de bandeja. La placa 32 de bandeja y las ranuras 35 están situadas y orientadas de manera que el líquido sale de las ranuras 35 en una dirección a lo largo de los carriles entre las unidades 34 de distribución para evitar que el líquido entre en las entradas 45 de vapor de las unidades 34 de distribución.
Haciendo referencia a las Figuras 9A y 9B, el reactor tiene una pared 23 cilíndrica y un cabezal 22 superior hemisférico. El cabezal 22 está provisto de un paso 25 de acceso y una boquilla 21 de entrada. Mediante un canal 26 de entrada cilíndrico se dirige la corriente de entrada desde la boquilla 21 de entrada hacia abajo en una cesta 55 de entrada que consiste en una pared 52 cilíndrica y una placa 54 inferior circular no perforada. La pared 52 cilíndrica está perforada por ranuras 53. La bandeja 20 de recogida de incrustaciones y predistribución consiste en una placa 32 de bandeja cuadrada y un vertedero 31 ranurado verticalmente. La parte superior del vertedero 31 está provista de ranuras 35 rectangulares destinadas al flujo de líquido. Una zona 50 de flujo tranquilo llena de malla de alambre se proporciona en la placa 32 de bandeja con el fin de reducir la velocidad de flujo de fluido y la turbulencia cerca de la placa 32 de bandeja para permitir que las impurezas particuladas se asienten y se depositen en la malla de alambre en la placa 32 de bandeja. El propósito del canal 26 de entrada y la cesta 55 es dirigir el líquido hacia abajo en la zona 50 de flujo tranquilo, mientras que la mayoría del vapor tomará entonces la trayectoria 44 desde el canal 26 de entrada hasta la bandeja 33 de distribución fina. Se establecerá un nivel de líquido estable y casi horizontal en el canal 42 de líquido y se asegurará la distribución igual de líquido a las ranuras 35 individuales. La placa 32 de bandeja y las ranuras 35 están situadas y orientadas de manera que el líquido sale de las ranuras en una dirección a lo largo de los carriles entre las unidades 34 de distribución para evitar que el líquido entre en las entradas 45 de vapor de las unidades 34 de distribución.
Como se ilustra en las Figuras 2A, 8A y 9A, hay varias formas de diseñar el canal 26 de entrada con un dispositivo de choque relacionado. Los aspectos de diseño importantes son acercar los fluidos de la boquilla 21 de entrada lo más posible a la bandeja 20 de recogida de incrustaciones y predistribución, y dejar que los fluidos salgan a la bandeja 20 de predistribución con una velocidad lo más baja posible con el fin de permitir la separación de vapor, líquido y sólidos en la bandeja 20 de predistribución, y con el fin de permitir el asentamiento y el depósito de los contaminantes sólidos en la placa 32 de bandeja. Típicamente, el componente de velocidad vertical de la corriente de fluido que sale del canal 26 de entrada se reduce mediante el uso de una segunda placa o una placa 29 de choque inferior (Figura 2A), 51 (Figura 8A), 54 (Figura 9A), y el componente de velocidad horizontal se puede reducir mediante el uso de perforaciones 28 y 53 en la pared 26 del canal de entrada o la cesta 52, donde la corriente de fluido tiene que fluir a través. Preferiblemente, los contaminantes líquidos y sólidos se dirigirán tan cerca de la bandeja 20 de predistribución como sea posible, mientras que el vapor preferiblemente saldrá del canal de entrada a una elevación más alta para permitir que el vapor eluda la bandeja 20 de predistribución a través de la trayectoria 44. Esto puede conseguirse proporcionando aberturas para el vapor corriente abajo desde una expansión de la trayectoria de entrada, tal como corriente abajo desde una expansión desde la abertura central del anillo 27 anular en la Figura 2A, o corriente abajo desde una expansión desde el canal 26 de entrada hasta la cesta 52 en la Figura 9A. En estas expansiones, el líquido, debido a su mayor densidad, tiene una tendencia a avanzar en la dirección vertical hacia abajo mientras que el vapor se desvía más fácilmente y pasa a través de la parte superior de las aberturas 28 en la Figura 2A, o a través del área anular entre el canal 26 de entrada y la cesta 52 en la Figura 9A.
La bandeja 32 en las Figuras 2A, 8A y 9A está típicamente cerca de la horizontal. La altura del vertedero 31 en las Figuras 2A, 8A y 9A está típicamente entre 100 mm y 400 mm. La altura de las ranuras 35 en las Figuras 2E, 8B y 9B está típicamente entre 50 mm y 300 mm. La altura de las ranuras 35 en las Figuras 2E, 8B y 9B está típicamente entre 5 mm y 50 mm. La altura de la pared 30 de recogida de incrustaciones en la Figura 2A está típicamente entre 200 mm y 1200 mm. La altura de la zona 50 de flujo tranquilo en las Figuras 8A y 9A está típicamente entre 100 mm y 1200 mm. El diámetro o la anchura del canal 26 de entrada está típicamente entre 150 mm y 1000 mm.
Claims (21)
1. Un método para la retirada de contaminantes (40) sólidos y para la predistribución de líquido (41) a una bandeja (33) de distribución fina en un recipiente (1) de reactor catalítico con flujo descendente concurrente de vapor y líquido (41), siendo dicho líquido (41) la fracción líquida de una corriente de proceso que entra a través de una boquilla (7) superior de dicho recipiente (1) de reactor catalítico, comprendiendo el método las etapas de:
proporcionar una bandeja (20) de recogida de incrustaciones y predistribución dentro de dicho recipiente (1) de reactor catalítico por encima de dicha bandeja (33) de distribución fina;
hacer pasar dicho líquido (41) a través de una zona de recogida de incrustaciones en dicha bandeja (20) de recogida de incrustaciones y predistribución para sedimentar y depositar dichos contaminantes (40) sólidos; en donde una pared (30) vertical permeable forma dicha zona de recogida de incrustaciones y en donde dicho líquido (41) se filtra a medida que fluye a través de dicha pared (30) vertical permeable; o
en donde dicha zona de recogida de incrustaciones comprende restricciones de flujo tales como deflectores, rejillas, mallas de alambre, lechos de partículas empaquetadas, o empaquetamiento similar a un empaquetamiento aleatorio o estructurado, proporcionando una zona (50) de flujo tranquilo con bajas velocidades de flujo y baja turbulencia de flujo para permitir que dichos contaminantes (40) sólidos se asienten y se depositen en dicha zona de recogida de incrustaciones;
hacer pasar dicho líquido (41) desde dicha zona de recogida de incrustaciones hacia un vertedero (31) situado en el reborde de dicha bandeja (20) de recogida de incrustaciones y de predistribución;
dirigir dicha corriente de proceso a través de dicha zona de recogida de incrustaciones en una dirección de flujo general que está radialmente hacia fuera hacia dicho vertedero (31); y
proporcionar un canal (42) de líquido entre dicha zona de recogida de incrustaciones y dicho vertedero (31) para nivelar las diferencias de nivel de líquido con el fin de obtener una altura de líquido igual por encima de cada una de las aberturas (35, 46, 47, 48, 49);
en donde dichas aberturas (35, 46, 47, 48, 49) están provistas en la placa (32) de bandeja de dicha bandeja (20) de recogida de incrustaciones y predistribución corriente abajo de dicha zona de recogida de incrustaciones, o en dicho vertedero (31);
hacer pasar dicho líquido (41) a través de dichas aberturas (35, 46, 47, 48, 49) a dicha bandeja (33) de distribución fina;
hacer pasar vapor (44) desde el espacio por encima de dicha bandeja (20) de recogida de incrustaciones y predistribución a través del área de flujo entre dicha zona de recogida de incrustaciones y la pared (22, 23) de dicho recipiente (1) y a través del área de flujo entre dicho vertedero (31) y la pared (22, 23) de dicho recipiente (1) a dicha bandeja (33) de distribución fina.
2. Un método de acuerdo con la reivindicación 1, en donde dicha bandeja (20) de recogida de incrustaciones y predistribución está situada dentro del cabezal (3, 22) superior de dicho reactor (1) catalítico para ahorrar altura del reactor.
3. Un método de acuerdo con la reivindicación 1, en donde dicha bandeja (20) de recogida de incrustaciones y predistribución, en su totalidad o en parte, está situada por encima de la línea tangente superior de dicho reactor (1) catalítico para ahorrar altura del reactor.
4. Un método de acuerdo con la reivindicación 2, en donde se proporciona un canal (26) de entrada y se usa para dirigir la corriente de proceso que entra en la parte superior de dicho reactor (1) hasta dicha bandeja (20) de recogida de incrustaciones y predistribución.
5. Un método de acuerdo con la reivindicación 4, en donde se usa una placa (29, 51, 54) de choque para reducir el componente de velocidad de flujo vertical de dicha corriente de proceso en dicho canal (26) de entrada antes de entrar en dicha zona de recogida de incrustaciones.
6. Un método de acuerdo con la reivindicación 5, en donde dicha corriente de proceso se dirige al flujo desde dicho canal (26) de entrada a través de una pared (28) perforada o cesta (52) para reducir el componente de velocidad de flujo horizontal de dicha corriente de proceso antes de entrar en dicha zona de recogida de incrustaciones.
7. Un método de acuerdo con la reivindicación 1, en donde dichas aberturas (35) son ranuras rectangulares.
8. Un método de acuerdo con la reivindicación 1, en donde dicha bandeja (20) de recogida de incrustaciones y predistribución comprende una bandeja (32) que no está perforada.
9. Un método de acuerdo con la reivindicación 1, en donde dicha bandeja (20) de recogida de incrustaciones y predistribución comprende una bandeja (32) que tiene una forma poligonal y en donde dichos vertederos (31) son perpendiculares a los carriles entre las unidades (34) de distribución en dicha bandeja (33) de distribución final con el fin de permitir una dirección (56) de salida de líquido desde dichas aberturas (35, 46, 47, 49) a lo largo de dichos carriles.
10. Un método de acuerdo con la reivindicación 1, en donde se usan placas (38, 39) de guía de líquido para dirigir el líquido (41) desde dichas aberturas (35, 46, 47, 49) y hacia abajo en el depósito (43) de líquido en dicha bandeja (33) de distribución fina.
11. Un método de acuerdo con la reivindicación 1, en donde dicha bandeja (20) de recogida de incrustaciones y predistribución está situada en una sección de reactor entre dos lechos (5, 6) de catalizador.
12. Un recipiente (1) de reactor catalítico configurado para flujo descendente concurrente de vapor y líquido que comprende un dispositivo (10, 20) de recogida de incrustaciones y predistribución para remoción de contaminantes (40) sólidos y para predistribución de líquido (41) a una bandeja (33) de distribución fina, siendo dicho líquido (41) la fracción líquida de una corriente de proceso que entra a través de una boquilla (7) superior de dicho recipiente (1) de reactor catalítico, comprendiendo dicho dispositivo (20):
una bandeja (32) horizontal situada encima de dicha bandeja (33) de distribución fina;
una zona de recogida de incrustaciones en dicha bandeja (32) horizontal donde dichos contaminantes (40) sólidos pueden asentarse y depositarse;
en donde dicha zona de recogida de incrustaciones comprende una pared (30) permeable que se extiende hacia arriba desde dicha bandeja (32) horizontal, en donde dicho líquido (41) se filtra a través de dicha pared (30) permeable y en donde dichos contaminantes (40) sólidos se depositan corriente arriba de dicha pared (30) permeable; o
en donde dicha zona de recogida de incrustaciones comprende restricciones de flujo tales como deflectores, rejillas, mallas de alambre, lechos de partículas empaquetadas o empaquetamiento similar a un empaquetamiento aleatorio o estructurado, proporcionando una zona (50) de flujo tranquilo con bajas velocidades de flujo y baja turbulencia de flujo para permitir que dichos contaminantes (40) sólidos se asienten y se depositen en dicha zona de recogida de incrustaciones;
un vertedero (31) en el reborde de dicha bandeja (32) horizontal que se extiende hacia arriba por encima de la bandeja (32) para establecer un nivel de líquido y un canal (42) de líquido corriente arriba de dicho vertedero (31) , en donde dicha corriente de proceso puede dirigirse a través de dicha zona de recogida de incrustaciones en una dirección de flujo general que está radialmente hacia fuera hacia dicho vertedero (31);
un paso (44) para dicho vapor entre la pared (22, 23) de dicho reactor (1) y dicho vertedero (31) para hacer pasar vapor desde el espacio por encima de dicha bandeja (32) horizontal a dicha bandeja (33) de distribución fina; y
aberturas (35, 46, 47, 48, 49) para hacer pasar líquido (41) desde dicho canal (42) de líquido a dicha bandeja (33) de distribución fina en donde dichas aberturas (35, 46, 47, 48, 49) se proporcionan en dicha bandeja (32) horizontal corriente abajo de dicha zona de recogida de incrustaciones, o en dicho vertedero (31).
13. Un reactor (1) de acuerdo con la reivindicación 12, que tiene un cabezal (22) curvado y dicha bandeja (32) horizontal está situada en dicha cabeza (22) curvada por encima de la línea tangente superior del recipiente (1) del reactor para ahorrar altura del reactor.
14. Un reactor (1) de acuerdo con la reivindicación 13, en donde se proporciona un canal (26) de entrada y se usa para dirigir dicha corriente de proceso que entra en la parte superior de dicho reactor hasta dicha bandeja (32) horizontal.
15. Un reactor (1) de acuerdo con la reivindicación 14, en donde se usa una placa (29, 51, 54) de choque para reducir el componente de velocidad de flujo vertical de dicha corriente de proceso en dicho canal (26) de entrada antes de entrar en dicha zona de recogida de incrustaciones.
16. Un reactor (1) de acuerdo con la reivindicación 15, en donde se proporciona una pared (28) o cesta (52) perforada a través de la cual dicha corriente de proceso se dirige al flujo para reducir el componente de velocidad de flujo horizontal de dicha corriente de proceso antes de entrar en dicha zona de recogida de incrustaciones.
17. Un reactor (1) de acuerdo con la reivindicación 12, en donde dichas aberturas son ranuras (35) rectangulares.
18. Un reactor (1) de acuerdo con la reivindicación 12, en donde dicha bandeja (32) horizontal no está perforada.
19. Un reactor (1) de acuerdo con la reivindicación 12, en donde dicha bandeja (32) horizontal tiene una forma poligonal y en el que dichos vertederos (31) son perpendiculares a los carriles entre las unidades (34) de distribución en dicha bandeja (33) de distribución fina con el fin de permitir una dirección (56) de salida de líquido desde dichas aberturas (35, 46, 47, 49) a lo largo de dichos carriles.
20. Un reactor (1) de acuerdo con la reivindicación 12, en donde se usan placas (38, 39) de guía de líquido para dirigir el líquido (41) desde dichas aberturas (35, 46, 47, 49) y hacia abajo en el depósito (43) de líquido en dicha bandeja (33) de distribución fina.
21. Un reactor (1) de acuerdo con la reivindicación 20, en donde dichas placas (38, 39) de guía de líquido son placas planas y verticales.
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