FI76932B - Med en roerlig katalysatorbaedd foersedd reaktor. - Google Patents

Description

76932

Liikkuvalla katalyyttikerroksella varustettu reaktori

Esillä oleva keksintö kohdistuu liikkuvalla katalyyttikerroksella varustettuun reaktoriin, joka soveltuu 5 hiilivetyjen katalyyttiseen käsittelyyn, erikoisesti maa-öljyjäännösten katalyyttiseen rikinpoistoon ja metallin-poistoon.

Liikkuvalla katalyyttikerroksella varustetut reaktorit muodostuvat yleensä tavallisesti pystysuorassa ole-10 vasta kattilasta, jossa on erilliset syötöt reaktanttia ja katalyyttiä varten astian yläosassa ja joka sisältää kata-lyyttikerrosta tukevat välineet alaspäin suppenevan kartio-maisen pinnan muodossa, jonka alapää on yhdistetty pystysuoraan poistokanavaan, jossa on keskimmäinen seinämä ka-15 talyytin läpikulkua ja reaktorin ulosvirtauksen läpikulkua varten, jolloin mainittu kehämäinen seinämä on varustettu ympyränmuotoisella seula-alueella reaktorin poiston erottamiseksi katalyytistä ja mainitussa astiassa on edelleen erilliset poistot reaktorin poistokaasua ja katalyyttiä 20 varten mainitun seula-alueen jälkeen; ks. esim. US-patent-tijulkaisu 3 883 312. Tämän julkaisun mukaan sekä käytetyt katalyyttiosaset että reaktorin ulosvirtaus poistetaan liikkuvalla katalyyttikerroksella varustetusta reaktorista saman poistoputken kautta. Reaktorin ulosvirtaus poistuu 25 putkesta seinämässä olevan kehämäisen seula-alueen aukkojen kautta.

Viime vuosina on pyritty suorittamaan kyseessä olevia prosesseja jatkuvasti suurentuvassa mittakaavassa, jolloin reaktoreiden suunnitteluun liittyy kasvavia vaikeuk-30 siä kun käsitellään suuria määriä. Eräs näistä vaikeuksista on se, että katalyttikerroksen pinta-ala samalla pakostakin kasvaa ja että katalyytin ja reaktorin ulosvirtauksen poistokanavan poikkileikkauspinta-alaa on suurennettava katalyytin kasvavan massan läpikulun sallimiseksi pois-35 tokanavan lävitse hyväksyttävällä nopeudella. Katalyytin ja reaktorin poistovirtauksen poikkipinta-alan suurentaminen tarkoittaa kuitenkin katalyytin ja reaktorin poiston erotushyötysuhteen heikkenemistä, koska reaktorin poisto- 2 76932 virtauksen erottaminen kerroksen keskiosista tulee yhä vaikeammaksi.

GB-patenttijulkaisu 8 024 870 kohdistuu parannettuun liikkuvalla katalyyttikerroksella varustettuun reak-5 torirakenteeseeri/ jossa edellämainitut mittakaavan suuren tamisen aiheuttamat vaikeudet, jotka ovat ominaisia poistokanavalle, on poistettu. Mainitun patenttijulkaisun mukaan katalyytin ja reaktorin ulosvirtauksen poistokanava on varustettu sen seinämässä olevilla lisäseula-alueilla 10 reaktorin ulosvirtauksen erottamiseksi katalyytistä.

Toinen vaikeus, joka liittyy katalyyttisten käsittelymenetelmien mittakaavan suurentamiseen, perustuu suuri-tilavuuksisten reaktorien rakennesuunnitteluun. Katalyytin ja reaktorin ulosvirtauksen poistokanavan läpimitan suuren-15 taminen ja siten kanavan seinämässä olevan kehämäisen seula-alueen suurentaminen monimutkaistaa seula-alueen valmistusta ja asennusta. Prosessin mittakaavan suurentamisesta seuraa, että seula-alueiden poistokanavassa täytyy pystyä kestämään jatkuvasti kasvavia kuormituksia sekä vaaka-20 että pystysuunnassa.

GB-patenttijulkaisussa 8 120 176 on esitetty liikkuvalla katalyyttikerroksella varustettu reaktori, jossa reaktorissa katalyytin ja reaktorin ulosvirtauksen poisto-kanavan kehämäinen seula-alue muodostuu useista erillisis-25 tä seulalohkoista, jotka on edullisesti tuettu vaakasuunnassa, ulospäin suuntautuvien ja pystysuunnassa erityisten tukiosien avulla. Erilliset seulalohkot mahdollistavat täydellisen seula-alueen yksinkertaisen valmistuksen ja sen asentamisen reaktoriin. Edellämainitun patenttijulkaisun 30 mukaan erikoisten suurten reaktioastioiden katalyytin ja reaktorin ulosvirtauksen poistokanavat voidaan varustaa lisäseula-alueilla poistokanavissa reaktorin ulosvirtauksen erottumisen tehostamiseksi mainittujen kanavien lävitse kulkevista katalyyttiosasista.

35 Erikoisesti erittäin suurissa reaktoreissa seula- alueiden tukeminen katalyytin ja reaktorin ulosvirtauksen poistokanaviin voi aiheuttaa suuria rakenteellisia vaikeuksia erikoisesti, jos kanavat on varustettu sisäpuolisilla 3 76932 lisäseula-alueilla poistokanavissa vaadittavan erotus-hyötysuhteen saavuttamiseksi.

Jos reaktori on varustettu useilla päällekkäisillä katalyyttikerroksilla, mikä esimerkiksi tarvitaan reak-5 torin ulosvirtauksen välijäähdytystä varten, vaaditaan virtauksen uudelleenjakamista katalyyttikerroksesta seu-raavaan, alempana sijaitsevaan katalyyttikerrokseen. Erikoisesti käytettäessä läpimitaltaan suuria reaktoreita on erittäin tärkeää saavuttaa virtauksen asianmukainen uudel-10 leenjakautuminen mahdollisimman monen katalyyttikerroksen ylitse katalyyttikerrosten korkeuden säilyttämiseksi hyväksyttävissä rajoissa, kerroksen korkeuden kasvu aiheuttaa reaktoriastian pituuden kasvun ja siten valmistuskustannusten merkittävän nousun erikoisesti jos astia on niinsanot-15 tu paineastia, mikä on tavallista katalyyttisissä käsittelyprosesseissa .

Kuten edellä on jo mainittu, suurimittakaavainen toiminta vaatii yleensä lisäseula-alueiden käyttämistä reaktorin ulosvirtauksen erottamiseksi tunnetuissa liikku-20 van katalyyttikerroksen omaavissa reaktoreissa. Näiden sisäpuolisten lisäseula-alueiden tukemista varten vaaditaan erikoisia tukirakenteita kuormituksen siirtämiseksi näistä seula-alueista poistokanavan seinään, johon nämä alueet sijoitetaan.

25 Esillä olevan keksinnön kohteena on siten edellä mainittua tyyppiä olevan liikkuvalla kerroksella varustetun reaktorin parantaminen edelleen virtauksen uudelleen-jakautumismahdollisuuksien optimoimiseksi reaktorissa ja yksinkertaisempien ja keveämpien tukilaitteiden käytön sal-30 limiseksi seula-alueita varten.

Keksintö koskee liikkuvalla katalyyttikerroksella varustettua reaktoria, jolle on tunnusomaista, että se käsittää normaalisti pystysuoran sylinterimäisen astian, johon on sovitettu eri tulokohdat reagoivaa ainetta ja kata-35 lyyttiä varten vastaavasti astian yläosaan, katalyyttiker roksen välitukivälineet ja katalyyttikerroksen pohjatuki-välineet astian sisäpuolella ja eri poistokohdat reaktorin ulosvirtausta ja katalyyttiä varten vastaavasti, jolloin 4 76932 ainakin katalyyttikerroksen välitukivälineet koostuvat useista, keskenään yhdistetyistä, alaspäin suppenevista, katkaistun kartion muotoisista pinnoista, joiden alapäät on liitetty toisistaan välimatkan päässä oleviin pysty-5 suoriin poistokanaviin, joissa on kehämäiset pinnat, jotka on varustettu oleellisesti kehämäisillä seulaosilla reaktorin ulosvirtauksen erottamiseksi katalyytistä, jolloin pystysuorien poistokanavien akselit on sovitettu oleellisesti tasaisesti jakautuneina ympyränmuotoiseen kuvioon.

10 Keksintö koskee myös edellä kuvatun reaktorin käyttöä hiilivetyjen katalyyttistä käsittelyä varten.

Käytettäessä edellä esitettyä, alaspäin suppenevien kartiomaisten pintojen järjestelyä niihin liittyvien pystysuuntaisten poistokanavien kanssa, voidaan katalyytti 15 jakaa mainituista poistokanavista tasaisemmin seuraavan, alempana sijaitsevan katalyyttikerroksen tukivälineiden ylitse kuin tapauksessa, jossa käytetään yhtä ainoaa rengasmaista poistokanavaa. Katalyyttiosasten jakautuminen tasaisemmin astian poikkileikkauksen ylitse tarkoittaa, et-20 tä katalyyttikerroksen (-kerrosten) korkeus ja siten astian kokonaiskorkeus voidaan pitää pienempänä kuin poisto-kanavien tunnetuissa rakenteissa. Valittava poistokanavien kokonaismäärä riippuu ensi sijassa seulan kokonaispinta-alasta, joka vaaditaan reaktorin poistokaasujen haluttua 25 läpäisyä varten.

Koska esiintyy tarvetta suurempien reaktorien rakentamiseksi, pyrkii myös poistokanavien lukumäärä kasvamaan vielä edelleen. Poistokanavien lukumäärä, jota käytetään määrätyssä reaktorissa, voi olla kolmesta useisiin sa-30 töihin yksittäisten poistokanavien koosta riippuen. Poistokanavien sopiva lukumäärä on 3 - 8 tai näiden kerrannainen.

Pystysuuntaisten poistokanavien edellä esitetyn, keksinnön mukaisen sijoittelun avulla voidaan poistokanavat 35 tukea täysin ulkoisten tukivälineiden avulla tarvitsematta käyttää sisäpuolisia tukivälineitä, jotka kulkisivat poistokanavien lävitse.

5 76932

Ehdotettu rakenne sallii edelleen reaktorin poiston jakamisen uudelleen, mikä poisto siirtyy seulan aukkojen lävitse poistokanavissa, astian koko poikkipinta-alan ylitse ennen virtauksen johtamista seuraavaan, alempana sijaitsevaan katalyyt-5 tikerrokseen. Tämä reaktorin poiston jakaminen uudelleen sallii katalyytille vaadittavan minimikerroskorkeuden optimoinnin edelleen.

Keksinnönmukaisen reaktorin suositeltavassa toteutuksessa katkaistun kartion muotoisten pintojen osat, jotka ovat 10 toisiaan vastassa, on irroitettavasti liitetty yläpäästään ylöspäin suppenevaan kartoimaiseen pintaan, joka on sijoitettu oleellisesti samankeskisesti astian suhteen. Tämän järjestelyn avulla pystysuuntaisten poistokanavien väliin jäävä tila on helposti saavutettettavissa seulasegmenttien sisäpuolisten 15 osien huoltoa ja tarkastusta varten mainituissa kanavissa.

Ylöspäin suppenevien kartiomaisten pintojen kärkikulma ja viereisten katkaistun kartion muotoisten pintojen kärkikulma ovat edullisesti oleellisesti yhtä suuret ja ne ovat sopivasti noin 30° - 90° katalyyttiosasten tasaisen tulon salli-20 miseksi pystysuuntaisiin poistokanaviin.

Kuormituksen siirtämiseksi ylöspäin suppenevalle kar-tiomaiselle pinnalle, tätä kartiomaista pintaa tuetaan edullisesti erillisten tukivälineiden avulla, jotka on muodostettu esimerkiksi putkimaisesta osasta, jota vuorostaan tukevat 25 pystysuuntaisten poistokanavien tukivälineet.

Keksintöä esitellään edelleen seuraavassa mukaanliitet-tyjen piirrosten avulla, jolloin kuvio 1 on kaaviollinen poikkileikkaus esittäen reak-toriastiaa, joka on varustettu keksinnön mukaisilla katalyy-30 tin ja reaktorin poiston poistokanavilla; kuvio 2 esittää kaaviollisesti poikkileikkausta pitkin kuvion 1 viivaa II-II; kuvio 3 esittää kaaviollisesti poikkileikkausta pitkin kuvion 1 viivaa III-III.

6 76932

Kuvio 1 esittää pystyleikkauksena normaalisti pystysuuntaan ulottuvan, oleellisesti sylinterimäisen reaktori-astian 1, jossa on sivuseinä 2. Reaktoriastia 1 on varustettu erillisillä tulokohdilla 3 ja 4 reagoivaa ainetta ja katalyyttiä 5 varten vastaavasti astian huipussa ja erilliset poistot 6 ja 7 reaktorin poistoa ja katalyyttiä varten vastaavasti astian pohjaosassa 8. Reaktoriastia 1 on sisäpuolelta varustettu useilla, päällekkäin sijoitetuilla katalyyttikerroksen tukivälineillä, jotka jakavat astian sisäosan useisiin reak-10 torialueisiin 8. Katalyyttikerroksen tukivälineet voidaan jakaa välitukivälineisiin ja pöhjatukivälineisiin.

Katalyyttikerroksen välitukivälineet , jotka yleisesti on merkitty viitenumerolla 9, käsit-15 tävät useita alaspäin suppenevia, katkaistun kartion muotoi sia pintoja 10, joiden akselit on sijoitettu rengasmaiseen kuvioon oleellisesti samankeskisesti reaktoriastian 1 pääak-selin 11 kanssa.

Suppenevat, kartiomaiset pinnat 10 päättyvät jokainen 20 alapäästään pystysuuntaiseen poistokanavaan 12 katalyytin ja reaktorin poiston läpikulkua varten. Tässä tapauksessa kar-tiomaisten pintojen 10 kulma pystyakselin suhteen on noin 20°. Kartiomaiset pinnat on yhdistetty ylöspäin ulottuvaan, sylin-terimäiseen rakenteeseen 13, jota vuorostaan tukee kartiotuki 25 14 reaktorin sivuseinän 2 sisäpinnalla.

Jokainen pystysuuntainen poistokanava 12 on varustettu rengasmaisella seulalla 15 kanavan seinällä reaktorin poiston, joka kulkee seulan aukkojen lävitse, eroittamisek-si katalyytistä. Jokainen pystysuuntainen poistokanava 12 30 käsittää oleellisesti sylinteirmäisen yläosan 16, johon seu la on sijoitettu, alaspäin suppenevan väliosan 17 ja oleellisesti sylinterimäisen alaosan 18. Alaspäin suppenevien väliosien tarkoitus on suurentaa vastapainetta kanavissa 12 toiminnan aikana ja edistää siten reaktorin poiston eroittu-35 mistä katalyytista seulojen 15 välityksellä. Puolet väli- osien 17 huippukulmasta olisi edullisesti valittava alueelle 7 76932 15-45 astetta katalyyttimassan virtauksen edistämiseksi poistokanavien 11 kautta. Seuloihin 15 kohdistuvan pystysuuntaisen kuormituksen siirtämiseksi pystysuuntaisiin poistokanaviin tuetaan seuloja edullisesti väliholkkien 19 välityksellä sylinte-5 rimäisten, tukirakenteeseen 13 kiinnitettyjen hoikkien 20 avulla.

Kartiomaisten pintojen 10 ne osat, jotka ovat toisiaan vastassa, on yhdistetty yläpäästään oleellisesti keskeisesti sijoitettuun, ylöspäin suppenevaan kartioon 21. Tämän kar-10 tion 21 kärkikulma valitaan edullisesti samaksi kuin kartiomais ten pintojen 10 kärkikulma tasaisen kulkutien muodostamiseksi katalyytille katalyyttikerroksen yläosasta pystysuoriin poistokanaviin 12. Kartio 21 on asennettu irroitettavaksi kartiomaisille pinnoille 10 tappi/rako-järjestelyn 22 välityk-15 sellä, joka kulkee putkimaisen osan 23 lävitse. Kartiota 21 tuetaan päätukirakenteen 13 avulla putkimaisen osan 24 ja edelleen hoikin 25 välityksellä.

Astia 1 on varustettu edelleen jäähdytysnesteen syöttö-putkella 26, joka ulottuu kattilan huipusta siihen yhdistettyyn 20 jäähdytysnesteen ruiskutusputkeen 27 ja nesteen jakoaltailla 28, jotka ovat katalyyttikerroksen yläpuolella, jota kartio-maiset pinnat 10 tukevat.

Vaikka piirroksissa on esitetty vain yhdet väliosassa sijaitsevat katalyyttikerroksen tukivälineet, on huomattava, 25 että voidaan käyttää useita tällaisia väliosassa sijaitsevia, päällekkäin sijoitettuja, katalyyttikerroksen tukivälineitä.

Kuvioissa esitetyn astian toteutuksessa pohjaan sijoitetut, katalyyttikerroksen tukivälineet, jotka yleisesti on merkitty viitenumerolla 30, on muodostettu samalla tavalla 30 kuin välikohtaan sijoitetut tukivälineet 9. Tukivälineiden 30 eri osat on siten merkitty samoilla viitenumeroilla kuin tukivälineiden 9 osat. Pohjaan sijoitettujen katalyyttiker-rosta tukevien välineiden pystysuorat poistokanavat 12 päättyvät alapäästään yhteen ainoaan katalyytin poistoput-35 keen 31, joka kulkee astian pohjassa olevan aukon lävitse muodostaen siten katalyytin poistoputken 7.

8 76932

Kuten edellä on esitetty, on myös mahdollista käyttää reaktoria, jossa on moninkertainen lukumäärä poistokanavia, joiden akselit on sijoitettu oleellisesti tasaisesti jakautuneina ympyränmuotoiseen kuvioon. Esimerkiksi kuusi poistokana-5 vaa, kuten kuvioissa 2 ja 3 on esitetty, voidaan sopivasti si joittaa kuuden ryhmän muotoon, tai käyttää vielä suurempia monikertoja esimerkiksi reaktorissa, jonka poikkileikkaus on suuri tai valmistamalla pienempiä poistokanavia tai molempia menettelyjä käyttäen. Tavallisesti seulojen haluttu kokonais-10 ympärysmitta määrää poistokanavien lukumäärän riippumatta siitä ovatko ne monikertoja vai eivät.

On huomattava, että yhden ainoan katalyytin poistoputken asemasta on mahdollista käyttää myös alaosassa sijaitsevia, pystysuoria poistokanavia, jotka ulottuvat astian pohjassa olevien 15 aukkojen lävitse. Tässä tapauksessa katalyytin poiston muodos tavat pystysuorien poistokanavien alapäät yhdessä.

Esitetyssä reaktorirakenteessa välikohdassa sijaitsevat katalyyttikerroksen tukivälineet ja pohjalla sijaitsevat ka-talyyttikerroksen tukivälineet on rakennettu keksinnön mukai-20 sesti. Kuten edellä on jo mainittu, keksinnön mukaisten tuki välineiden rakenteellisina tärkeinä etuina ovat muiden mukana mahdollisuus reaktorin poiston jakamiseksi uudelleen astian poikkipinnan ylitse ja mahdollisuus katalyytin oleellisesti tasaiseen jakautumiseen seuraavan, alempana sijaitsevan kata-25 lyyttikerroksen ylitse. Koska nämä edut eivät vaikuta astian pohjaosassa, pohjalla sijaitsevat katalyytin tukivälineet voidaan valmistaa erilaisiksi välillä sijaitsevista katalyyttikerroksen tukivälineistä keksinnöstä poikkeamatta.

Seulojen 15 rakenne pystysuorissa poistokanavissa 12 30 voi olla jokin sopiva, kuten esimerkiksi sellainen, joka on esitetty GB-patentissa 8120176.

Liikkuvalla katalyyttikerroksella varustettuja reaktoreja voidaan sopivasti käyttää hiilivetyjen katalyyttiseen käsittelyyn. Ne soveltuvat erinomaisesti raskaiden hiilive-35 tyjen, erikoisesti maaöljyjäännösten rikinpoistoon ja me- tallinpoistoon. Alan asiantuntijat tietävät hyvin käytettävät menetelmäolosuhteet.

9 76932

On huomattava, että esillä oleva keksintö ei rajoitu edellä esimerkkeinä esitettyihin toteutuksiin. Käytännössä pystysuorien poistokanavien lukumäärän valinta riippuu prosessille asetetuista vaatimuksista ja erikoisesti halutusta 5 tuotantokyvystä ja siitä johtuvista rakenteellisista seurauk sista.

Claims (10)

10 76932

1. Liikkuvalla katalyyttikerroksella varustettu reaktori, tunnettu siitä, että se käsittää nor-5 maalisti pystysuoran sylinterimäisen astian (1), johon on sovitettu eri tulokohdat (3, 4) reagoivaa ainetta ja katalyyttiä varten vastaavasti astian yläosaan (5), ka-talyyttikerroksen välitukivälineet (9) ja katalyytti-kerroksen pöhjatukivälineet (30) astian sisäpuolella 10 ja eri poistokohdat (6, 7) reaktorin ulosvirtausta ja katalyyttiä varten vastaavasti, jolloin ainakin katalyytti-kerroksen välitukivälineet (9) koostuvat useista, keskenään yhdistetyistä, alaspäin suppenevista, katkaistun kartion muotoisista pinnoista (10), joiden alapäät on 15 liitetty toisistaan välimatkan päässä oleviin pystysuoriin poistokanaviin (12), joissa on kehämäiset pinnat, jotka on varustettu oleellisesti kehämäisillä seulaosil-la (15) reaktorin ulosvirtauksen erottamiseksi katalyytistä, jolloin pystysuorien poistokanavien (12) akselit 20 on sovitettu oleellisesti tasaisesti jakautuneina ympyränmuotoiseen kuvioon.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen reaktori, tunnettu siitä, että katalyyttikerroksen jokaisten välitukivälineiden (9) pystysuorien poistokanavien 25 lukumäärä on 3 - 8, tai näiden kerrannainen.

3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen reaktori, tunnettu siitä, että pystysuorat poistokanavat (12) on tuettu ulkoisten tukivälineiden avulla, jotka on sijoitettu täysin mainittujen kanavien ulkopuolelle.

4. Jonkin patenttivaatimuksen 1-3 mukainen reak tori, tunnettu siitä, että katkaistun kartion muotoisten pintojen (10) osat, jotka ovat toisiaan vastassa, on yläpäästään liitetty irroitettavasti ylöspäin suppenevaan kartiomaiseen pintaan (21), joka on sovitet-35 tu oleellisesti samankeskisesti astian(l) kanssa. π 76932

5. Patenttivaatimuksen 4 mukainen reaktori, tunnettu siitä, että ylöspäin suppenevan kartio-maisen pinnan (21) kärkikulma ja vierekkäisten katkaistun kartion muotoisten pintojen (10) kärkikulmat ovat 5 keskenään oleellisesti yhtä suuret.

6. Patenttivaatimuksen 4 tai 5 mukainen reaktori, tunnettu siitä, että ylöspäin suppenevan kartiomaisen pinnan (21) kärkikulma ja vierekkäisten katkaistun kartion muotoisten pintojen (10) kärkikulma 10 ovat molemmat 30 - 90°.

7. Jonkin patenttivaatimuksen 4-6 mukainen reaktori, tunnettu siitä, että astia (1) on lisäksi varustettu erillisillä välineillä (24, 25) ylöspäin suppenevan kartiomaisen pinnan (21) tukemista varten.

8. Patenttivaatimuksen 7 mukainen reaktori, tunnettu siitä, että erilliset tukivälineet (24, 25) on vuorostaan tuettu pystysuorien poistokanavien (12) ulkopuolisten tukivälineiden avulla.

9. Jonkin patenttivaatimuksen 1-8 mukaisen 20 reaktorin käyttö hiilivetyjen katalyyttistä käsittelyä varten.

10. Patenttivaatimuksen 9 mukainen käyttö, tunnettu siitä, että maaöljyjäännöksistä poistetaan katalyyttisesti rikkiä ja metalleja. 12 76932