MXPA06005333A - Sistema distribuidor mejorado para factores de flujo descendente - Google Patents

Abstract

Un reactor catalítico de flujo descendente que tiene una pluralidad de lechos de catalizador en los cuales se pasa una mezcla de gas y líquido, la región entre los lechos de catalizador subsecuentes es provista con un sistema distribuidor para la distribución y mezclado de gas y líquido antes del contacto con un lecho de catalizador subsecuente, la región que comprende:(a) una línea de inyección de gas dispuesta abajo de una bandeja de soporte de catalizador, (b) una bandeja recolectora adaptada para recibir gas y líquido, (c) recolectores de vertedero que se extienden sobre el nivel de la bandeja recolectora, (d) una cámara de mezclado adaptada para recibir el gas y el líquido que descienden de los recolectores de vertedero, (e) una placa de impacto abajo de la cámara de mezclado, (f) una primera bandeja distribuidora dispuesta abajo de la placa de impacto que tiene una variedad de aberturas que atraviesan y una variedad de chimeneas, y (g) una segunda bandeja distribuidora dispuesta abajo de la primera bandeja distribuidora para la redistribución de gas y líquido antes del contacto con el lecho de catalizador subsecuente, en donde al menos una chimenea es provista con un dispositivos distribuidor que es capaz de dividir la cámara de la chimenea en al menos dos cámaras. La figura más representativa de la invención es la número 1.

Description

SISTEMA DISTRIBUIDOR MEJORADO PARA REACTORES DE FLUJO DESCENDENTE CAMPO DE LA INVENCIÓN Esta invención se refiere a un dispositivo distribuidor para mejorar la distribución y el mezclado de gas y líquido en la región entre los lechos de catalizador en reactores catalíticos de flujo descendente que comprenden una pluralidad de estos lechos. Más particularmente, la invención se refiere a un dispositivo distribuidor para mejorar la distribución y el mezclado de gas y líquido que entra a la placa distribuidora final sobre la parte superior de un lecho de catalizador subsecuente. El dispositivo distribuidor es particularmente adecuado para reactores catalíticos en los cuales las mezclas de gas-líquido se pasan a través de lechos de partículas sólidas de catalizador, particularmente para reactores catalíticos de flujo descendente utilizados para el hidrotratamiento e hidrocraqueo en operaciones de refinación del petróleo.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN En los reactores de flujo descendente es necesario que el gas y el líquido sean mezclados apropiadamente a través de la sección transversal horizontal del reactor antes de entrar a los lechos de catalizador. Una pluralidad de lechos de catalizador está dispuesta dentro del reactor y un sistema distribuidor para el mezclado apropiado de gas y líquidos está dispuesto en la región entre dos lechos de catalizador subsecuentes. Esta región está provista normalmente con una línea de inyección de gas debajo de un lecho de catalizador, por medio de la cual es inyectado gas adicional para compensar el gas que ya ha sido consumido en el lecho de catalizador previo o como un gas de enfriamiento rápido, por ejemplo por medio de la inyección de hidrógeno. Se permite que el líquido que cae del lecho de catalizador que está situado arriba se acumule por medio de una pluralidad de vertederos localizados en una bandeja recolectora y colocados abajo o arriba del nivel de la línea de inyección de gas . Después de alcanzar un cierto nivel, el líquido pasa a través de los vertederos dentro de una cámara de mezclado donde se proporciona un movimiento de torbellino del líquido. Esto hace posible un buen mezclado del líquido y debido a eso condiciones de temperatura regulares del líquido. El líquido de la cámara de mezclado cae sobre una placa deflectora o de impacto, por lo que el flujo es redirigido sobre una primera bandeja distribuidora que tiene un gran número de aberturas de flujo descendente para el paso de líquido. En esta bandeja se efectúa una distribución desigual de gas y líquido a través del reactor. Una reserva de líquido se acumula en esta bandeja y cubre las aberturas de manera que se impide el paso de gas . El paso de gas desde la primera bandeja distribuidora se hace posible por medio de la provisión de una variedad de chimeneas. Las dos fases entonces se mezclan corriente abajo en una segunda o final bandeja distribuidora que tiene una variedad de tuberías de flujo descendente para el flujo de gas y líquido. Esta bandeja está dedicada a redistribuir el gas y el líquido de manera sustancialmente simétrica a través de la sección transversal horizontal del reactor sobre la parte superior del lecho de catalizador subsecuente. A fin de mejorar la uniformidad de distribución y mezclado de vapor y líquido a través del reactor, la patente norteamericana No. 4,836,989 describe un sistema distribuidor en la región entre los lechos de catalizador como se describió anteriormente, en el cual las salidas de los aliviaderos están adaptadas para proporcionar un movimiento de torbellino al líquido a medida que entra a la cámara de mezclado. Cada una de las chimeneas para el paso descendente de vapor conectadas a la primera bandeja distribuidora comprende un tubo abierto por la parte superior que se extiende sobre la primera bandeja distribuidora e incluye una placa abierta en su extremo inferior. La alta velocidad y el movimiento de torbellino que prevalecen en la cámara de mezclado se manifiestan en las chimeneas corriente abajo y como resultado el flujo que abandona la chimenea experimentará una velocidad de flujo mayor hacia la pared del reactor que hacia el centro del reactor. Por consiguiente, el flujo descendente de las chimeneas es distribuido de manera desigual en la segunda bandeja distribuidora (final) , con el efecto concomitante que el gas y el líquido no son mezclados óptimamente a través de la sección transversal horizontal del reactor cuando hacen contacto con el lecho de catalizador subyacente .

BREVE DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN Por lo tanto, un objeto de la invención es proporcionar una uniformidad mejorada a través de la sección transversal, horizontal de un reactor en el flujo que desciende de las chimeneas y un mezclado mejorado del gas y el líquido que entran de la segunda bandeja distribuidora antes del contacto con el lecho de catalizador subsecuente. Otro objeto de la invención es hacer posible que se proporcione esta uniformidad mejorada en el flujo y mezclado del gas y del líquido mientras que al mismo tiempo se mantenga intacto de movimiento de torbellino efectuado en la cámara de mezclado sobre las chimeneas.

Por lo tanto, de acuerdo con la invención, se proporciona un reactor catalítico de flujo descendente que tiene una pluralidad de lechos de catalizador en los cuales se pasa una mezcla de gas y líquido, la región entre los lechos de catalizador subsecuentes está provista con un sistema distribuidor para la distribución y mezclado de gas y líquido antes del contacto con un lecho de catalizador subsecuente, el sistema distribuidor comprende: (a) una línea de inyección de gas dispuesta abajo de una bandeja de soporte de catalizador, (b) una bandeja recolectora dispuesta abajo de la línea de inyección de gas y adaptada para recibir gas y líquido, (c) recolectores de vertedero, que se extienden sobre el nivel de la bandeja recolectora y provistos con aberturas de salida para el paso de gas y líquido, las aberturas de salida están adaptadas para proporcionar un movimiento de torbellino al gas y líquido que salen, (d) una cámara de mezclado adaptada para recibir y mantener un movimiento de torbellino para el gas y el líquido que descienden de los recolectores de vertedero, (e) una placa de impacto abajo de la cámara de mezclado adaptada para dirigir el flujo en dirección radial desde la cámara de mezclado, (f) una primera bandeja distribuidora dispuesta abajo de la placa de impacto que tiene una variedad de aberturas que atraviesan para permitir el paso descendente de líquido y una variedad de chimeneas para permitir el paso descendente de gas, y (g) una segunda bandeja distribuidora dispuesta abajo de la primera bandeja distribuidora, la segunda bandeja distribuidora tiene una variedad de tubos alargados, en la cual los tubos alargados proporcionan la redistribución de gas y líquido antes del contacto con el lecho de catalizador subsecuente, en donde al menos una chimenea es provista con un dispositivo distribuidor que es capaz de dividir la cámara de la chimenea en al menos dos cámaras. De esta manera, por medios simples se interrumpe el movimiento giratorio del fluido dentro de la chimenea, por lo que el perfil de velocidad del flujo descendente de las chimeneas es igualado y el flujo es distribuido de manera regular a través de la sección transversal horizontal del reactor. Preferiblemente, el dispositivo distribuidor está formado por una placa para dividir la cámara de la chimenea en al menos dos cámaras sustancialmente iguales. Más preferiblemente, el dispositivo distribuidor está formado por dos placas que se cruzan para dividir la cámara de la chimenea en cuatro cámaras sustancialmente iguales. El dispositivo distribuidor es simple y de esta manera fácil de fabricar e instalar dentro de las chimeneas. Al dividir la chimenea en cuatro cámaras separadas, la interrupción del movimiento de torbellino se efectúa mejor. Otras configuraciones también son obviamente posibles, por ejemplo las cámaras pueden diferir en tamaño y el dispositivo distribuidor puede formarse para dividir la cámara de la chimenea en seis o aún más cámaras separadas. Debido a la penalización en términos de caída de presión a medida que incrementa el número de cámaras separadas, se prefiere que la chimenea sea dividida en cuatro cámaras. Preferiblemente, las cámaras son de un tamaño sustancialmente igual . Las placas son preferiblemente placas sólidas de metal las cuales también pueden ser provistas con orificios o aberturas para hacer posible el intercambio de fluidos entre cámaras y reducir la caída de presión. El dispositivo distribuidor se extiende hacia arriba desde el fondo de la chimenea hasta aproximadamente 25% de la longitud de la chimenea, preferiblemente hasta 50% de la longitud de la chimenea. El nivel del fondo de al menos una chimenea puede corresponder con el nivel de la primera bandeja distribuidora proporcionando la distribución desigual de gas y líquido, pero las chimeneas también se pueden extender abajo del nivel de la primera bandeja distribuidora. En el reactor catalítico de flujo descendente de acuerdo con la invención, al menos una chimenea, preferiblemente todas las chimeneas son provistas con una parte superior cerrada con aberturas laterales, separadas para la entrada separada de líquido y gas, en donde las aberturas para el flujo de gas son orientadas lejos de la cavidad del orificio de la cámara de mezclado. Esto hace posible que se impida que el líquido que cae de la cámara de mezclado sea desviado directamente sobre la bandeja final o segunda sobre el lecho de catalizador subsecuente debido a la afluencia directa a través de las chimeneas. El desvío de líquido de la cámara de mezclado puede dar por resultado un nivel de líquido muy bajo en la primera bandeja distribuidora, incrementando debido a eso el riesgo de transferir el gradiente de presión de la parte superior de la primera bandeja distribuidora a la segunda bandeja distribuidora corriente abajo. Las chimeneas están localizadas normalmente en un círculo alrededor del centro del reactor, en el cual la distancia desde el centro del reactor corresponde a aproximadamente la mitad del radio del reactor. El propósito principal de colocar las chimeneas en un círculo o anillo alrededor del centro del reactor es para asegurar que cualquier gradiente de presión desarrollado sobre la primera bandeja distribuidora no sea transferido a la segunda bandeja distribuidora. Preferiblemente, las chimeneas están localizadas alrededor del centro del reactor, en el cual la distancia desde el centro del reactor a cualquiera de las chimeneas corresponde de aproximadamente 25% a 75%, 85% o 90% del radio del reactor. El radio del reactor utilizado en este documento corresponde a la distancia desde el centro del reactor, proporcionada aproximadamente por la posición de la cavidad del orificio de la cámara de mezclado para la salida de fluido, a la pared interior del reactor. El sistema distribuidor en la región entre los lechos de catalizador subsecuentes también puede comprender una placa perforada que está dispuesta abajo de la primera bandeja distribuidora que cubre sustancialmente la sección transversal completa de la segunda bandeja distribuidora dispuesta abajo. Esto hace posible la distribución adicional del flujo descendente de las chimeneas y la primera bandeja distribuidora antes de entrar a la segunda y final bandeja y al mismo tiempo crea una superficie de fluido tranquilo sobre la segunda bandeja distribuidora (final) . Preferiblemente, la placa perforada en la región de la placa escasamente debajo de al menos una chimenea está exenta de alguna abertura. Esto hace posible la distribución mejorada del líquido que desciende de las chimeneas sobre la segunda bandeja distribuidora y la interrupción de la afluencia directa de gas y líquido dentro de los tubos alargados de la segunda bandeja. En otra modalidad de la invención, una placa horizontal de sustancialmente el mismo diámetro que el diámetro exterior de al menos una chimenea se coloca abajo de la chimenea y arriba de la placa perforada que cubre la segunda bandeja distribuidora. En todavía otra modalidad de la invención, la placa perforada es omitida y una placa horizontal de sustancialmente el mismo diámetro que el diámetro exterior de al menos una chimenea se proporciona abajo de la chimenea y sobre la segunda bandeja distribuidora. La placa sustancialmente horizontal puede ser soportada sobre tubos alargados adyacentes de la segunda bandeja distribuidora, por ejemplo la placa horizontal puede ser soportada por brazos verticales que sobresalen hacia abajo sobre la parte superior de los tubos alargados adyacentes de la segunda bandeja distribuidora. Esto también hace posible la distribución mejorada del líquido que desciende de las chimeneas sobre la segunda bandeja distribuidora e impide el afluente directo del líquido desde las chimeneas sobre los tubos alargados inmediatamente debajo en la segunda bandeja distribuidora. La placa sustancialmente horizontal puede adaptarse a otras formas las cuales también son adecuadas para mejorar el mezclado, la placa puede doblarse, por ejemplo, hacia abajo en sus extremos . Un beneficio concomitante de la invención es que ahora es posible reducir la distancia entre el nivel del fondo de las chimeneas y la segunda bandeja (final), haciendo posible de esta manera la provisión de un diseño de reactor más compacto. La invención también es adecuada para la reestructuración o actualización de las secciones de enfriamiento rápido existentes en los reactores de flujo descendente, por lo que las chimeneas del sistema distribuidor pueden proveerse convenientemente con el dispositivo distribuidor al insertar y fijar simplemente el dispositivo inventivo en al menos una chimenea. Esto se puede realizar de manera rápida y eficiente reduciendo con lo cual el costoso tiempo de paro en la operación del reactor. La región entre los lechos de catalizador subsecuentes es referida alternativamente en esta especificación como la sección de enfriamiento rápido. El término fluido incluye un gas o un líquido o una mezcla de ambos. Los términos gas y vapor se utilizan de manera intercambiable, así como también los términos línea de inyección de gas y anillo de enfriamiento rápido. Los tubos alargados en la segunda bandeja (final) como se utilizan en esta especificación también son referidos como tubos elevadores de vapor.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LAS FIGURAS La invención es descrita adicionalmente por los dibujos asociados en los cuales la Figura 1 es una sección vertical de la sección de enfriamiento rápido de un reactor de flujo descendente de acuerdo con la invención y la Figura 2 es un diagrama esquemático de una modalidad particular del dispositivo distribuidor de acuerdo con la invención.

DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN Con referencia a la Figura 1, el reactor de flujo descendente 1 comprende una sección de enfriamiento rápido abajo de una bandeja de catalizador 2 que tiene un anillo de enfriamiento rápido 3 para la inyección de gas de enfriamiento rápido, normalmente hidrógeno, la bandeja recolectora 4 está dispuesta abajo del anillo de enfriamiento rápido, los vertederos 5, la cámara de mezclado de vórtice 6, la placa de impacto 7, la primera bandeja distribuidora 8, la placa perforada 9 y una segunda bandeja o bandeja final 10 en la forma de una bandeja de redistribución de tubos elevadores de vapor (VLT, por sus siglas en inglés) . Una reserva de líquido se acumula en la bandeja recolectara 4 y es transferida a los vertederos 5, los cuales están provistos con salidas que proporcionan un movimiento giratorio al fluido que sale. La cámara de mezclado de vórtice 6 mezcla los fluidos reactivos en un compartimiento donde los fluidos son remolineados juntos. Los fluidos salen de la cámara de mezclado 6 por el rebosamiento en un vertedero y pasan a través de un orificio central en el fondo. Los fluidos entonces caen sobre la placa de impacto 7, la cual redirecciona el flujo radialmente debajo de la cámara de mezclado 6. La placa de impacto 7 está localizada a una distancia sobre la primera bandeja distribuidora para proporcionar un flujo libre del líquido debajo. Los fluidos entonces caen sobre la primera placa distribuidora 8, la cual sirve como un distribuidor desigual para la separación del fluido en gas y líquido. Esta primera bandeja distribuidora 8 está equipada con un gran número de aberturas para la distribución de líquido a través de la sección trasversal de la bandeja de VLT 10 abajo. La primera placa distribuidora 8 tiene una pluralidad de chimeneas 11 localizadas en un círculo alrededor del centro del reactor . Cada chimenea comprende una parte superior cerrada 12 con una abertura lateral 13 para la entrada separada de líquido y gas. Las aberturas laterales 13 pueden ser cavidades de tamaño grande con las cavidades más grandes para el rebosamiento de líquido localizadas a la misma altura que la placa de impacto 7. Las aberturas 13 en las chimeneas 11 para el flujo de gas están diseñadas para ser orientadas lejos de la cavidad del orificio de la mezcladora para la salida de fluido a fin de eliminar el líquido desviado directamente sobre la bandeja elevadora de vapor 10. Un dispositivo distribuidor dedicado 14 que está localizado dentro de cada chimenea actúa como un rompedor de torbellino. El dispositivo distribuidor se extiende hacia arriba desde el fondo de la chimenea hasta aproximadamente 25% de la longitud de la chimenea, preferiblemente hasta 50% de la longitud de la chimenea. El nivel del fondo de al menos una chimenea corresponde al nivel de la primera bandeja distribuidora proporcionando la distribución desigual de gas y líquido, pero las chimeneas también pueden extenderse abajo del nivel de la primera bandeja distribuidora. El flujo de fluido de las chimeneas 11 y la primera placa distribuidora 8 cae a través de una placa perforada 9 que cubre la mayor parte de la bandeja de VLT 10. La placa perforada 9 puede no estar perforada de manera ventajosa (exenta de alguna abertura) en la región de la placa 9 escasamente debajo de las chimeneas 11. Esta región corresponde sustancialmente al área de la sección transversal de la chimenea. Alternativamente, las placas sustancialmente horizontales 15 pueden proporcionarse entre las chimeneas 11 y la bandeja de VLT 10 para distribuir adicionalmente el fluido e impedir la afluencia directa en los tubos alargados 16 de la bandeja elevadora de vapor 10. La bandeja de VLT 10 es una bandeja de tipo asistida por vapor que comprende un gran número de tuberías de flujo descendente de vapor-líquido en la forma de tales tubos alargados 16, los cuales redistribuyen el líquido y el vapor sobre la parte superior del lecho de catalizador subsecuente (no mostrado) . Con referencia ahora a la Figura 2 en esta modalidad particular, el dispositivo distribuidor 14 está formado por dos placas 141, 142 que se cruzan para dividir la cámara de la chimenea en cuatro cámaras sustancialmente iguales. Las placas son preferiblemente placas sólidas de metal las cuales también pueden proveerse con orificios para hacer posible el intercambio de fluidos entre las cámaras y para reducir la caída de presión.

Claims (8)

1. REIVINDICACIONES 1. Un reactor catalítico de flujo descendente que tiene una pluralidad de lechos de catalizador en los cuales se pasa una mezcla de gas y líquido, la región entre los lechos de catalizador subsecuentes es provista con un sistema distribuidor para la distribución y mezclado de gas y líquido antes del contacto con un lecho de catalizador subsecuente, la región está caracterizada porque comprende: (a) una línea de inyección de gas dispuesta abajo de una bandeja de soporte de catalizador, (b) una bandeja recolectora adaptada para recibir gas y líquido, (c) recolectores de vertedero que se extienden sobre el nivel de la bandeja recolectora y provistos con aberturas de salida para el paso de gas y líquido, las aberturas de salida están adaptadas para proporcionar un movimiento de torbellino al gas y líquido que salen, (d) una cámara de mezclado adaptada para recibir y mantener un movimiento de torbellino para el gas y el líquido que descienden de los recolectores de vertedero, (e) una placa de impacto abajo de la cámara de mezclado adaptada para dirigir el flujo en dirección radial desde la cámara de mezclado, (f) una primera bandeja distribuidora dispuesta abajo de la placa de impacto que tiene una variedad de aberturas que atraviesan para_ permitir el paso descendente de líquido y una variedad de chimeneas para permitir el paso descendente de gas, y (g) una segunda bandeja distribuidora dispuesta abajo de la primera bandeja distribuidora, la segunda bandeja distribuidora tiene una variedad de tubos alargados, en la cual los tubos alargados proporcionan la redistribución de gas y líquido antes del contacto con el lecho de catalizador subsecuente, en donde al menos una chimenea es provista con un dispositivo distribuidor que es capaz de dividir la cámara de la chimenea en al menos dos cámaras .
2. 2. Un reactor catalítico de flujo descendente de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el dispositivo distribuidor está formado por dos placas que se cruzan entre sí para dividir la cámara de la chimenea en cuatro cámaras sustancialmente iguales .
3. 3. El reactor catalítico de flujo descendente de conformidad con las reivindicaciones 1 y 2, caracterizado porque al menos una chimenea es provista con una parte superior cerrada con aberturas laterales separadas para la entrada separada de líquido y gas, en donde las aberturas para el flujo de gas son orientadas lejos de la cavidad del orificio de la cámara de mezclado.
4. 4. El reactor catalítico de flujo descendente de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque además comprende una placa perforada dispuesta abajo de la primera bandeja distribuidora y que cubre sustancialmente la sección transversal completa de la segunda bandeja distribuidora dispuesta abajo .
5. 5. Un reactor catalítico de flujo descendente de conformidad con la reivindicación 4, caracterizado porque una placa sustancialmente horizontal de sustancialmente el mismo diámetro que el diámetro exterior de al menos una chimenea está colocada abajo de la chimenea y arriba de la placa perforada que cubre la segunda bandeja distribuidora.
6. 6. Un reactor catalítico de flujo descendente de conformidad con la reivindicación 4, caracterizado porque la placa perforada en la región escasamente debajo de al menos una chimenea está exenta de alguna abertura.
7. 7. El reactor catalítico de flujo descendente de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la placa sustancialmente horizontal es soportada sobre tubos alargados adyacentes de la segunda bandeja distribuidora.
8. 8. Un reactor catalítico de flujo descendente de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque las chimeneas están localizadas alrededor del centro del reactor de manera que la distancia desde el centro del reactor a cualquiera de las chimeneas corresponda de aproximadamente 25% a 75%, 85% o 90% del radio del reactor.-