PL196111B1 - Urządzenie wewnętrzne do rozdzielania mieszaniny zawierającej co najmniej jedną fazę gazową i fazę ciekłą - Google Patents

Abstract

Urządzenie do rozdzielania mieszaniny, zawierającej co najmniej jedną fazę gazową (20) i fazę ciekłą (10), uzyskanej ze strefy (700) zetknięcia ładunku ciekłego, ładunku gazowego i cząstek stałych, zintegrowane w komorze i zawierające co najmniej urządzenie do recyrkulacji, wyposażone w co najmniej jedno przejście dla mieszaniny, pierwszy element rozdzielania, czyli separator wstępny umieszczony bezpośrednio za co najmniej jednym przejściem, umożliwiający rozdzielenie mieszaniny na frakcję A zawierającą większość cieczy i mniejszą część gazu i zasadniczo gazową frakcję B zawierającą mniejszą część cieczy, przewód umieszczony w pobliżu części górnej komory, umożliwiający odprowadzanie zasadniczo gazowej frakcji B uzyskanej z separatora wstępnego, przewód odprowadzający, przedłużający urządzenie do recyrkulacji, przez który płynie grawitacyjnie i odprowadzana jest frakcja A zawierająca większość cieczy, uzyskana z separatora wstępnego, znamienne tym, że zawiera ponadto środki kontroli (130) poziomu ekspansji fazy ciekłej w komorze, przy czym środki te są ustawione tak, aby utrzymać ten poziom w odległości od otworu wylotowego frakcji B większej lub równej 0,05 wewnętrznej średnicy komory.

Description

Opis wynalazku

Niniejszy wynalazek dotyczy urządzenia, w którym zmieszane są w tej samej komorze faza stała oraz fazy ciekłe i gazowe. Wynalazek znajduje najczęściej zastosowanie w dziedzinach konwersji i/lub obróbki destylatów lub pozostałości pochodzących z destylacji ropy naftowej. Dokładniej, wynalazek umożliwia ulepszenie, wewnątrz jednej komory reakcyjnej, rozdzielania mieszaniny zawierającej frakcję gazową i frakcję ciekłą zawierającą ewentualnie cząstki stałe, przy czym mieszanina uzyskana jest ze strefy zetknięcia fazy ciekłej, fazy gazowej i cząstek stałych.

Według wynalazku, cząstki stałe mogą być na przykład rozproszone w fazie ciekłej wewnątrz zawiesiny w dolnej strefie komory (reaktor slurry). Według korzystnego sposobu zastosowania niniejszego wynalazku, faza stała może być zawarta wewnątrz wrzącego złoża cząstek stałych.

Przykłady reaktorów działających zgodnie z zasadami właściwymi dla złóż zawiesinowych (slurry) i dla złóż wrzących jak również ich główne zastosowania są na przykład opisane w „Chemical reactors, P. Trambouze, H. Van Landeghem i J.P. Wauqier, wyd. Technip (1988).

Wynalazek znajduje na przykład, lecz nie jedynie, zastosowanie w konwersji ładunku wprowadzonego do komory w postaci płynnej i zawierającego węglowodory, przy czym konwersja dokonuje się przez zetknięcie z fazą gazową, zawierającą na przykład wodór (hydrokonwersja) i z fazą stałą, która wykazuje najczęściej aktywność katalityczną.

Ładunkiem może być, w ramach wynalazku, pozostałość atmosferyczna otrzymana przez bezpośrednią destylację nieprzetworzonej ropy naftowej, destylat otrzymany przez destylację próżniową pozostałości atmosferycznej nieprzetworzonej ropy naftowej lub ładunek ciekły węglowodorów pochodzących z węgla.

Wynalazek może także, na przykład, znajdować zastosowanie w procesach hydrorafinacji ładunków węglowodorów takich jak procesy hydroodsiarczania, hydrodeazotyzacji, hydrodemetalizacji lub hydrodearomatyzacji różnych frakcji naftowych.

Chociaż niniejsze urządzenie może być stosowane w każdym procesie wymagającym kontaktu fazy gazowej i fazy ciekłej ze złożem cząstek stałych, wynalazek zostanie dalej opisany, bez ograniczania innych zastosowań, dla szczególnego przypadku hydrokonwersji ładunku węglowodorów we wrzącym złożu katalitycznych cząstek stałych.

Proces we wrzącym złożu stosowany do hydrokonwersji ciężkich frakcji węglowodorów lub ciekłego ładunku węglowodorów pochodzących z węgla polega ogólnie na zetknięciu, w przepływie współstrumieniowym wznoszącym, ładunku węglowodorów w fazie ciekłej i fazy gazowej w reaktorze zawierającym fazę stałą mieszczącą w sobie najczęściej katalizator hydrokonwersji. Strefa reakcyjna zawiera korzystnie, co najmniej jeden środek usuwania cząstek stałych umieszczonych w pobliżu części dolnej reaktora i co najmniej jeden środek wspomagający cząsteczki zawierający katalizator w pobliżu wierzchołka reaktora. Strefa reakcyjna zawiera najczęściej, co najmniej jeden obieg umożliwiający recyrkulację fazy ciekłej, umieszczony wewnątrz lub na zewnątrz strefy reakcyjnej, przy czym recyrkulacja służy, zgodnie ze znaną technologią, utrzymaniu poziomu ekspansji (wznoszenia się ziaren) złoża wystarczającego do zapewnienia dobrego funkcjonowania strefy reakcyjnej w systemie trójfazowym (gaz/ciało stałe/ciecz).

Taki proces opisano na przykład w patencie US Re25,770. Mieszanina ciekłych węglowodorów i wodoru jest wtryskiwana poprzez złoże katalizatora w taki sposób, że złoże jest poddawane ekspansji. Poziom katalizatora jest kontrolowany dzięki recyrkulacji cieczy, przy czym poziom katalizatora pozostaje poniżej poziomu cieczy. Gaz i ciecz nawodorowana przechodzą przez powierzchnię międzyfazową wyznaczającą strefę zawierającą większość cząstek stałych złoża katalizatora i znajdują się w strefie praktycznie pozbawionej wspomnianych cząstek. Po oddzieleniu gazu/cieczy od ciał płynnych pochodzących z reakcji, ciała płynne są rozdzielane na dwie frakcje: frakcja zawierająca większą część cieczy jest recyrkulowana do pompy wrzenia a druga część jest usuwana z reaktora z gazem. Jednak oddzielenie gaz/ciecz nie jest całkowite i znaczna ilość gazu jest unoszona z cieczą do pompy wrzenia poprzez przewód recyrkulacji. To unoszenie gazu jest szkodliwe, ponieważ wywołuje ono zjawisko kawitacji pompy, jak również pogorszenie jakości kontroli poziomu katalizatora co może doprowadzić aż do całkowitego zaniku ekspansji złoża.

W celu rozwiązania tego problemu, zaproponowano liczne sposoby i/lub urządzenia.

Patent US 4 221 653 opisuje wyposażenie wewnętrzne w reaktorze złożone z kupelki najczęściej w kształcie stożkowym wyposażonej w kominki umieszczone na dwóch koncentrycznych okręgach. Zależnie od położenia przewodów, zmienia się skład cieczy przepływającej. Rozróżnia się

PL 196 111 B1 przewody bogate w gaz i przewody bogate w ciecz. Przewody bogate w gaz są usytuowane na obwodzie. Ich wlot jest usytuowany na powierzchni kupelki a ich wylot jest umieszczony wystarczająco daleko od wylotów rur bogatych w ciecz i przewodu recyrkulacji, aby zminimalizować wzajemne oddziaływanie gaz-ciecz. Wlot przewodów bogatych w ciecz jest umieszczony pod powierzchnią kupelki. Po przejściu przez kupelkę recyrkulacji, większa część cieczy jest recyrkulowana do pompy wrzenia, a druga część jest usuwana z reaktora z gazem. Frakcja gazowa, oceniana co najmniej na 8% objętościowo, jest jednak porywana z recyrkulowaną cieczą.

Patent US 4886 644 proponuje ulepszenie poprzedniego urządzenia przez dodanie wstawek helikoidalnych, które nadają cieczy prędkość styczną. Proponuje również dodanie cyklonów ponad przewodami, aby jeszcze poprawić skuteczność rozdzielania frakcji gazowej i frakcji ciekłej.

Patent US 4 810 359 opisuje urządzenie, w którym oddzielanie frakcji gazowych od cieczy jest wykonywane za pomocą cyklonu umieszczonego w części górnej reaktora. Cyklon połączony jest z przewodem recyrkulacji, który doprowadza ciecz do pompy. Dzięki temu urządzeniu, większa część frakcji gazowej jest usuwana z recyrkulowanej cieczy, ale istotna część cieczy jest unoszona w gazie z części górnej cyklonu.

Według innej zasady, takiej jak na przykład opisana w zgłoszeniu patentowym EP 1,086,734, frakcjonowanie mieszaniny wychodzącej ze złoża wrzącego wykonywane jest na zewnątrz reaktora.

Zgłoszenie patentowe EP 732,389 proponuje stosowanie dwóch połączonych szeregowo reaktorów z dołączeniem separatora gaz-ciecz między obydwoma reaktorami. Część cieczy wychodzącej z pierwszego reaktora jest zawracana do pierwszego reaktora tak, aby utrzymać wrzenie katalizatora, podczas gdy druga część jest wysyłana do separatora gaz/ciecz. Frakcja zasadniczo ciekła, która jest wynikiem tego rozdzielania zasila następnie, co najmniej częściowo drugi reaktor umieszczony szeregowo.

Ze względów ekonomicznych, separator umieszczony za reaktorem jest znacznie mniejszy niż reaktor i kontrola poziomu cieczy w separatorze zewnętrznym jest w konsekwencji bardzo trudna w procesie tego typu.

Urządzenie według wynalazku służy do rozdzielania mieszaniny, zawierającej co najmniej jedną fazę gazową i fazę ciekłą, uzyskanej ze strefy zetknięcia ładunku ciekłego, ładunku gazowego i cząstek stałych, jest zintegrowane w komorze i zawiera co najmniej:

- urządzenie takie jak kupelka recyrkulacji wyposażona w co najmniej jedno przejście dla mieszaniny, przy czym przejście może zawierać na przykład kominek zawierający korzystnie wkładki wytwarzające ruch odśrodkowy wewnątrz kominka lub kominków,

- pierwszy element rozdzielania, czyli separator wstępny umieszczony zaraz za kominkiem lub kominkami i umożliwiający rozdzielenie mieszaniny na frakcję A zawierającą większość cieczy i mniejszą część gazui zasadniczo gazową frakcję B zawierającą mniejszą część cieczy,

- pierwszy przewód, umieszczony w pobliżu części górnej komory, umożliwiający odprowadzanie zasadniczo gazowej frakcji B uzyskanej z separatora wstępnego,

- drugi przewód, który przedłuża kupelkę recyrkulacji i przez który płynie grawitacyjnie i odprowadzana jest frakcja A zawierająca większość cieczy, uzyskana z separatora wstępnego.

Urządzenie według wynalazku charakteryzuje się tym, że zawiera ponadto środki kontroli (130) poziomu ekspansji fazy ciekłej w komorze, przy czym środki są ustawione tak, aby utrzymać ten poziom w odległości od otworu wylotowego frakcji B większej lub równej 0,05 wewnętrznej średnicy komory, najkorzystniej większej niż 0,1 tej średnicy. Odległość będzie według wynalazku najmniejsza jak to możliwe technicznie i zwykle zawarta między 0,05 i 0,20 tej średnicy.

Zwykle, kupelka recyrkulacji, zwana czasami popularnie „recyklem, ma kształt stożkowy i umieszczona jest zasadniczo w środku komory.

Najczęściej, drugi przewód odprowadzający połączony jest z urządzeniem do recyrkulacji w komorze co najmniej części frakcji A.

Korzystnie jest, gdy instalacja zawiera ponadto drugi element rozdzielania, czyli separator wtórny typu bezwładnościowego, umożliwiający rozdzielanie frakcji B na frakcję gazową odprowadzaną pierwszym przewodem i frakcję ciekłą odprowadzaną drugim przewodem.

Według pierwszego sposobu wykonania wynalazku, każdy separator wtórny połączony jest przewodem z separatorem wstępnym, przy czym liczba separatorów wstępnych jest równa liczbie separatorów wtórnych.

Według alternatywnego sposobu wykonania, każdy separator wtórny połączony jest przewodem z kilkoma separatorami wstępnymi. Na przykład, kupelka recyrkulacji zawiera n separatorów wstęp4

PL 196 111 B1 nych zgrupowanych w m zespołów, przy czym każdy zespół zawiera p separatorów wstępnych, zaś wyjścia z każdego separatora wstępnego połączone są przewodem z separatorem wtórnym i liczba separatorów wtórnych jest równa m, tak że m x p = n.

Według trzeciego sposobu wykonania wynalazku separator wtórny nie jest fizycznie połączony z separatorem wstępnym, przy czym otwory wylotowe z separatora wstępnego i wlotowe do separatora wtórnego znajdują się w części komory zawierającej fazę zasadniczo gazową.

Korzystnie instalacja może zawierać trzeci element rozdzielania lub separator trzeciego stopnia typu bezwładnościowego, połączony w komorze otworem wlotowym przewodu odprowadzania fazy gazowej na zewnątrz komory, przy czym separator trzeciego stopnia służy do obróbki frakcji gazowej wychodzącej z separatora wtórnego.

W niektórych zastosowaniach niniejszego wynalazku, mieszanina początkowa zawiera ponadto fazę stałą, przy czym faza stała jest oddzielona przez separator wstępny i odprowadzana poza komorę z frakcją A zawierającą większość cieczy.

W korzystnym sposobie wykonania, urządzenie zawiera oddzielne urządzenie do recyrkulacji ido usuwania frakcji A zawierającej większość cieczy i mniejszość gazu.

Korzystnie, to oddzielne urządzenie zawiera przewody koncentryczne, przy czym jeden zapewnia recyrkulację, a co najmniej jeden zapewnia usuwanie.

Korzystnie jest, gdy stosuje się dwa przewody koncentryczne, zaś usuwanie jest zapewnione przez drugi przewód, koncentryczny z przewodem recyrkulacji i przedłużający urządzenie do recyrkulacji, przy czym drugi przewód ma górny otwór umieszczony w pobliżu poziomu ekspansji fazy ciekłej i połączony w swojej części dolnej ze środkami do odprowadzania frakcji A i do kontroli fazy ciekłej wewnątrz komory.

Niniejsze urządzenie znajduje w szczególności zastosowanie w rozdzielaniu odpływów pochodzących z procesu reakcyjnego w złożu wrzącym. Na przykład, niniejszy wynalazek może być zastosowany do hydrokonwersji ładunku węglowodorów w obecności wodoru i cząstek katalitycznych. Zatem, w przypadku hydrokonwersji wewnątrz złoża wrzącego cząstek stałych katalitycznych ładunku węglowodorów, którego temperatura wrzenia jest wyższa niż 360°C, ciśnienie panujące wewnątrz komory będzie w typowym rozwiązaniu zawarte między 10 i 20 MPa, temperatura reakcyjna najczęściej zawarta między 350 i 480°C a średnica równoważna zastosowanych cząstek stałych korzystnie zawarta między 500 mikronów i 5 mm.

Zalety wynalazku

W swojej postaci najbardziej ogólnej, wynalazek przedstawia urządzenie umożliwiające ulepszenie oddzielania frakcji ciekłych (na przykład w przypadku złoża wrzącego) lub ciała stałego/cieczy (na przykład w przypadku reaktora slurry) od frakcji gazowej, przy czym frakcje pochodzą ze strefy zetknięcia fazy ciekłej, fazy gazowej i cząstek stałych.

W przypadku złoża wrzącego, wynalazek umożliwia równocześnie zapewnienie minimalnego porywania gazu w recyrkulowanej cieczy zapewniając wprawienie w ruch cząstek stałych i wytworzenie w górnej części reaktora gazu praktycznie pozbawionego cieczy.

Dzięki kontroli poziomu cieczy znajdującej się w komorze i rozdzielaniu wewnętrznemu w komorze reakcyjnej różnych frakcji uprzednio opisanych, wynalazek umożliwia ponadtozmniejszenie kosztu instalacji opisanych w dawnych sposobach na przykład przez zlikwidowanie zewnętrznych urządzeń do rozdzielania. Typowym korzystnym zastosowaniem niniejszego wynalazku może być wprowadzenie go w ramach modernizacji jednostek już istniejących.

Przedmiot wynalazku przedstawiono w przykładzie wykonania na rysunku, na którym: fig. 1 przedstawia schematycznie komorę wyposażoną w urządzenie do rozdzielania frakcji gazowej i ciekłej na wyjściu ze złoża wrzącego według wynalazku, fig. 2 - widok szczegółowy przykładu wykonania wynalazku, fig. 3 - inny sposób wykonania wynalazku, fig. 4 - inny korzystny sposób wykonania wynalazku.

Figura 1 przedstawia szczególny, ale nie ograniczający innych rozwiązań, przykład reaktora 1 do hydrokonwersji ładunku obciążonego węglowodorami w obecności wodoru (H2) i cząstek katalitycznych wewnątrz złoża wrzącego 700.

Reaktor 1 zasilany jest ładunkiem ciekłym (zawierającym mieszaninę ciężkich węglowodorów) przewodem 10 i ładunkiem gazowym (zawierającym w większości wodór) przewodem 20, przy czym mieszanie między dwiema fazami może odbywać się przed dopływem do reaktora lub w nim samym. Urządzenia 200 służące do rozprowadzania ładunków ciekłych i gazowych są umieszczone w dolnej części reaktora. Te urządzenia są na przykład płytami z otworami lub płytami wyposażonymi w klapy

PL 196 111 B1 zwrotne, umieszczonymi na całym przekroju reaktora 1 w płaszczyźnie zasadniczo poziomej. Po przejściu poprzez urządzenie 200, ładunki ciekły i gazowy stykają się z katalitycznymi cząstkami stałymi, o wymiarach i postaci znanych i zoptymalizowanych przez fachowców, wewnątrz wrzącego złoża 700. Cząstki katalityczne utrzymywane są w zawieszeniu przez prędkość wznoszącą fazy ciekłej. Najczęściej, prędkość wznosząca ustala stopień ekspansji złoża z katalitycznych cząstek stałych, przy czym przepływ gazu utrzymywany jest jako stały. Poziom 500, utworzony przez płaszczyznę lekko turbulentną z powodu ruchu wywołanego przejściem pęcherzyków gazu, ogranicza strefę bogatą w katalityczne cząstki stałe. Ten poziom, dla określonej ilości cząstek stałych, zależy wyłącznie od przepływów gazu i cieczy przechodzących przez strefę reakcyjną. Ponad poziomem 500 cząstki nie są unoszone w znaczących ilościach. Strefa usytuowana między powierzchnią międzyfazową 500 ograniczającą złoże cząstek i powierzchnią międzyfazową 600 jest utworzona w większości z mieszaniny frakcji gazowej i frakcji ciekłej. Frakcja gazowa przepływa w postaci pęcherzyków w ciągłej frakcji ciekłej. Ponad granicą międzyfazową 600 usytuowana jest faza zasadniczo gazowa, zawierająca tylko odpryski cieczy rozproszone w ciągłej fazie gazowej.

Doprowadzenie do wrzenia katalizatora uzyskuje się przez recyrkulację frakcji ciekłej w reaktorze tak, aby utrzymać prędkość powierzchniową cieczy przystosowaną do uniknięcia osadzania cząstek stałych katalitycznych i aby umożliwić wystarczająco długi czas kontaktu między cieczą, gazem i cząstkami pod powierzchnią międzyfazową 500 aby spełnić wymogi kinetyczne i termodynamiczne reakcji. W tych celach, ciecz jest usuwana z reaktora pod powierzchnią międzyfazową 600 dzięki urządzeniu 210, które może być kupelką recyrkulacji umieszczoną najczęściej zasadniczo w środku reaktora 1 i najkorzystniej o kształcie stożkowym, na przykład taką, jak opisana w wynalazku US 4,221,653. Ciecz wychodząca z urządzenia 210 zasila przewód schodzący 30 a następnie pompę 190. Na tłoczeniu pompy 190, ciecz jest przenoszona przewodem 40 i powtórnie wtryskiwana do reaktora przed urządzeniami rozprowadzającymi 200.

System zasilania obwodu recyrkulacji cieczy lub urządzenia do recyrkulacji 210 wyposażony jest w urządzenia umożliwiające ułatwienie rozdzielania gazu-cieczy, z uwagi na to, że unoszenie gazu z recyrkulowaną cieczą jest szkodliwe dla właściwego działania pompy. Aby ułatwić koalescencję małych pęcherzyków i uwolnienie w ten sposób frakcji gazowej od frakcji ciekłej, stosuje się według korzystnego sposobu wykonania wynalazku jeden lub kilka separatorów wstępnych 280 ułatwiających powstawanie efektu wiru w przepływie. Te separatory korzystnie mogą otaczać przewód 220, w którym umieszczona jest śruba wzbudzająca ruch odśrodkowy ciał płynnych znajdujących się wewnątrz przewodu 220. Otwór dolny 230 przewodu 220 łączy strefę usytuowaną między powierzchniami międzyfazowymi 500 i 600 z wnętrzem urządzenia 210. Otwór górny 240 przewodu 220 umieszczony jest na poziomie lub w pobliżu powierzchni międzyfazowej 600, której położenie może oscylować, podczas działania reaktora, wokół wartości średniej, na przykład odległości odpowiadającej 1do 20 średnic przewodu 220, typowo około 3 średnic. Otwór 240 dochodzi do wnętrza komory 290 o kształcie ogólnym cylindrycznym. Ciecz pozbawiona większości gazu spływa w dół na zewnątrz przewodu 220 i wewnątrz komory 290 i zasila urządzenie do recyrkulacji 210 dzięki otworowi 250 usytuowanemu w przestrzeni między pionowymi ściankami komory 290 i przewodu 220. Gaz, w postaci pęcherzyków, odpływa do części górnej komory 290 aż do granicy międzyfazowej 600 usytuowanej w pobliżu otworu 240, a następnie jest usuwany z tej komory przez otwór górny 270 umieszczony powyżej granicy międzyfazowej 600.

Według wynalazku, system usuwania 210 umożliwiający zasilanie systemu recyrkulacji 30, 190, 40, takiego jak poprzednio przedstawiony, umieszczony jest wewnątrz reaktora i korzystnie jest, gdy jest on w zasadzie symetryczny osiowo, najczęściej stożkowy, wokół osi komory reaktora 1 i obejmuje przekrój przepływowy stanowiący najczęściej między 50 a 100% przekroju przepływowego reaktora, najkorzystniej między 80 a 98% tego przekroju. Pompa 190 korzystnie jest usytuowana na zewnątrz reaktora, ale nie wychodząc z ram wynalazku może być również umieszczona wewnątrz komory. Produkty ciekłe z reakcji są korzystnie odbierane przed pompą 190 przewodem 50, tak jak przedstawiono na fig. 1. Odbieranie może odbywać się za pompą 190.

Z powodu turbulencji wzbudzanej przez uwalnianie się pęcherzyków z frakcji ciekłej, kropelki cieczy mogą być unoszone z frakcją gazową przechodząc przez otwór 270. Wcelu ograniczenia tego unoszenia cieczy z odpływami gazowymi, jeden lub kilka separatorów wtórnych 310 może być według wynalazku umieszczonych za przewodem 270 każdego separatora wstępnego 280. Korzystnie jest, gdy liczba separatorów 310 jest mniejsza lub równa liczbie separatorów 280. Figura 2 przedstawia bardziej szczegółowo połączenie między separatorem wstępnym 280 i separatorem wtórnym 310.

PL 196 111 B1

Przewód 260, najczęściej zagięty, łączy otwór wylotu 270 z każdego separatora 280 z otworem wlotu do separatora wtórnego 310. Według sposobu wykonania przedstawionego na fig. 2, separatory 310 są cyklonami utworzonymi z cylindrycznej komory zawierającej otwór wlotowy 320, otwór wylotowy 300 umieszczony pod otworem wlotowym 320 i w pobliżu granicy międzyfazowej 600 do usuwania cieczy i otwór 265 do usuwania gazu zasadniczo oczyszczonego, z co najmniej 50% cieczy, która przeniknęła przez 320, usytuowany powyżej wlotu 320i zasadniczo ponad granicą międzyfazową 600.

Faza gazowa jeszcze obciążona kropelkami wychodzącymi z separatora wstępnego 280 poprzez przewód 260 wchodzi stycznie przez otwór 320 do cylindrycznego korpusu separatora wtórnego 310 i krąży wokół przewodu wylotu gazu 355 usytuowanego w środku i ustawionego w osi głównej korpusu.

Ciecz wychodząca z komory 310 i usuwana przez otwór 300 dochodzi do granicy międzyfazowej 600 mieszając się z cieczami znajdującymi się w kupelce 210 pod granicą międzyfazową 600. Gaz wychodzący przez otwór 265 wypływa do fazy rozcieńczonej zasadniczo gazowej 800 usytuowanej powyżej granicy międzyfazowej 600.

Według pierwszego sposobu wykonania wynalazku, gaz wychodzący z separatora wtórnego 310 odpływa następnie do przewodu 70 usuwania gazu (patrz fig. 1) przez jeden lub kilka otworów wykonanych w ściance reaktora 1 i usytuowanych powyżej granicy międzyfazowej 600 w odległości większej i korzystnie bliskiej jednej dziesiątej średnicy komory reaktora 1. Ciecz wydobyta z gazu jest usuwana dzięki otworowi 300 usytuowanemu w podstawie cylindra. W przypadku, gdy otwór 300 jest usytuowany pod granicą międzyfazową 600, stosuje się korzystnie urządzenie 315 umożliwiające uniknięcie tworzenia płynnego wiru sprzyjającego unoszeniu gazu z cieczą, przy czym urządzenie zawiera na przykład skrzyżowane łopatki (nie przedstawione na fig. 1).

Według innego sposobu wykonania wynalazku i takiego jak przedstawiony na fig. 1, w celu jeszcze bardziej skutecznego ograniczenia unoszenia cieczy w odpływach gazowych wychodzących z reaktora 1, korzystne jest umieszczenie w pobliżu wylotu z reaktora jednego lub kilku separatorów bezwładnościowych trzeciego stopnia 350 (fig. 1), które mogą być na przykład cyklonami o budowie i działaniu zasadniczo zbliżonych do separatorów wtórnych 310 lub wypełniaczami strukturalnymi. Otwór lub otwory wlotowe 330 separatora lub separatorów 350 łączą fazę rozcieńczoną i zasadniczo gazową usytuowaną powyżej granicy międzyfazowej 600 z wnętrzem komory separatora lub separatorów 350. Separatory trzeciego stopnia 350 umożliwiają otrzymanie końcowego odpływu gazu zasadniczo oczyszczonego, z co najmniej 50% cieczy, która przeniknęła przez otwór 330. Ciecz oddzielona w zbiorniku 350 i odprowadzona przez otwór 340 dochodzi do granicy międzyfazowej 600 i miesza się z cieczami znajdującymi się pod granicą międzyfazową. Gaz uwolniony od większości cieczy jest usuwany przez przewód 70 i odpływa poza reaktor, aby przejść ewentualne dalsze obróbki. Zwykle, gaz płynący w przewodzie 70 zawiera mniej niż 1% wagowo cieczy dzięki połączonemu zastosowaniu środków rozdzielających 280, 310 i 350.

Produkty ciekłe wypływające z przewodu 30 zasadniczo pozbawione większości gazu są recyrkulowane przed reaktor poprzez linię recyrkulacji cieczy 40 i pod działaniem pompy recyrkulacyjnej 190. Odpływ ciekły zawiera bardzo małe ilości gazu (najczęściej poniżej 1% wagowo) dzięki urządzeniom do rozdzielania 280, 310 i 350 zastosowanym powyżej kupelki recyrkulacji 210.

W celu kontroli poziomu granicy międzyfazowej 500, mogą być zastosowane środki do pomiaru i kontroli, aby zapewnić właściwe działanie reaktora. Można na przykład rozważyć dokładny pomiar poziomu granicy międzyfazowej 500 określając profil gęstości w reaktorze za pomocą detektora promieniowania gamma. Pomiar poziomu uzyskany za pomocą tego środka może zasilać obwód regulacyjny 175, który przez porównanie z wartością zadaną przez operatora poprzez urządzenie sterownicze 176, kontroluje prędkość obrotową pompy recyrkulacyjnej 190. Dzięki takiemu systemowi, obniżenie poziomu granicy międzyfazowej 500 w stosunku do wartości zadanej jest korygowane przez zwiększenie prędkości obrotowej pompy recyrkulacyjnej 190, które wzbudza zwiększenie przepływu cieczy recyrkulowanej w obwodzie recyrkulacji (30, 40), czego wynikiem jest zwiększenie prędkości powierzchniowej cieczy w reaktorze i następnie poziomu ekspansji złoża katalizatora.

W celu kontroli poziomu granicy międzyfazowej 600, można na przykład rozważyć określenie profilu gęstości w reaktorze za pomocą różnicowego czujnika ciśnienia połączonego z reaktorem przez dwa punkty pomiaru ciśnienia, jeden 140 usytuowany zasadniczo ponad wymaganą granicą międzyfazową i drugi 150 usytuowany zasadniczo poniżej tej samej granicy międzyfazowej. Aby uniknąć zatkania punktów pomiaru ciśnienia, można na przykład wdmuchiwać na poziomie pomiaru ciśnienia znane i kontrolowane ilości gazu (na przykład początkowego ładunku gazowego) lub cieczy

PL 196 111 B1 (na przykład cieczy recyrkulowanej). Pomiar poziomu uzyskany w ten sposób zasila obwód regulacyjny 130, który powoduje, na przykład pod działaniem organu sterowania 131, otwarcie zaworu 100 umieszczonego na przewodzie usuwania 50 produktów ciekłych z reaktora. Przewód 50 jest korzystnie umieszczony na odgałęzieniu przewodu 30, przed pompą 190. Przy tym układzie, zmiana granicy międzyfazowej 600 w stosunku do wartości zadanej będzie skorygowana odpowiednio przez zmianę otwarcia zaworu 100, zmianę przepływu cieczy usuwanej linią 50 i w konsekwencji zmianę recyrkulowanej frakcji ciekłej, przy czym przepływy zasilania w gaz i w ciecz w liniach 10 i 20 pozostaną na przykład stałe.

Figura 3 przedstawia inny sposób wykonania wynalazku umożliwiający równoczesne uwolnienie się od gazu w recyrkulowanej cieczy i oddzielenie cieczy unoszonej w strumieniu gazu. Gaz obciążony kropelkami wychodzącymi z separatora wstępnego dopływa stycznie otworem 320 cyklonu 310 tego samego rodzaju jak opisany poprzednio w nawiązaniu do fig. 2. Separatory wstępne 280 i wtórny 310 nie są połączone, faza gazowa jeszcze obciążona kropelkami i wychodząca z separatora wstępnego 280 jest najpierw odprowadzana do fazy rozcieńczonej zasadniczo gazowej 800 znajdującej się powyżej granicy międzyfazowej 600.

W korzystnym sposobie wykonania wynalazku, który będzie teraz przedstawiony w nawiązaniu do fig. 4, środki recyrkulacji 30, 190, 40 uprzednio opisane w nawiązaniu do fig. 1 są odłączone od środków usuwania 50, 100 fazy ciekłej. W ten sposób przewód odprowadzający 30 z fig. 1 zawiera (patrz fig. 4) oddzielne środki do usuwania i recyrkulacji. Dla ułatwienia, te same numery oznaczają te same elementy na obu figurach.

W sposobie wykonania z fig. 4, drugi przewód 31 jest włożony do przewodu schodzącego 30, przy czym oba przewody są koncentryczne. Oba przewody są zamocowane w reaktorze 1 według technologii znanej fachowcom. W swojej części górnej, przewód 31 ma najkorzystniej kształt rozszerzony w formie stożka ściętego. Część górna umieszczona jest między strefami pomiaru ciśnienia 140 i 150, w taki sposób, że podczas działania urządzenia, otwór wlotowy 32 jest natym samym lub lekko niższym poziomie, co granica międzyfazowa 600. Korzystnie jest, gdy otwory wylotowe fazy ciekłej separatorów 280 i 310 są wystarczająco oddalone od otworu wlotowego 32 umożliwiając wlot fazy ciekłej dochodzącej do poziomu przewodu 31, w taki sposób, że minimum gazu unoszone jest z cieczą do przewodu 31.

Średnice i odpowiadające im długości przewodów koncentrycznych 30 i 31 są wystarczająco różne, aby umożliwić dylatację przewodu wewnętrznego 31 bez całkowitego lub częściowego zatkania przewodu zewnętrznego 30. Nie wychodząc z ram wynalazku można zastosować inne równorzędne środki umożliwiające rozwiązanie problemów związanych z dylatacją przewodów z uwagi na temperaturę cieczy wewnątrz reaktora. Innym rozwiązaniem może być na przykład zastosowanie materiałów mających współczynniki rozszerzalności cieplnej różne dla obu przewodów.

Podłączenia przewodów 50 usuwania i/lub 40 recyrkulacji frakcji ciekłej mogą na przykład być wykonane na zewnątrz lub wewnątrz reaktora 1.

Podczas działania reaktora 1, frakcje ciekła i gazowa są oddzielane na różnych poziomach oddzielania (280, 310). Na fig. 4 zostały przedstawione tylko elementy separatorów 280 i 310, ale nie stanowią one oczywiście ograniczenia niniejszego sposobu wykonania. W szczególności wszystkie możliwe kombinacje różnych połączeń środków rozdzielających 280, 310 i 350 przedstawionych w nawiązaniu do figur 1, 2 i 3 jak również zastosowanie tylko jednego separatora wstępnego mogłyby być przedstawione w sposobie wykonania z fig. 4, bez wychodzenia poza zakres wynalazku.

Na wyjściu z separatorów, frakcja gazowa jest odprowadzana przewodem 70. Część frakcji ciekłej zasila pompę 190 i obwód recyrkulacji fazy ciekłej za pośrednictwem przewodu 30, druga część frakcji ciekłej jest odprowadzana przewodem 31, poprzez otwór 32 i zasila przewód 50 usuwania produktów ciekłych z reaktora. Zawór 100 umożliwia kontrolę przepływu odprowadzanej cieczy.

Rozłączenie środków do usuwania cieczy (31, 50, 100) i środków do recyrkulacji (30, 190, 40) zapewnia lepszą kontrolę różnych granic międzyfazowych (500, 600) na poziomie reaktora. W ten sposób rozłączając środki uprzedza się skutecznie wszelką stratę wrzenia złoża podczas szerokiego otwarcia zaworu 100 i/lub trudności utrzymania granicy międzyfazowej 600 zawartej między dwoma punktami pomiaru 150 i 140, na przykład podczas znacznych zmian przepływów cieczy usuwanej lub przepływu wtryskiwanego ładunku.

System alarmowy (nie przedstawiony) może ponadto być przewidziany na wypadek, gdyby poziom 600 zbliżył się do strefy pomiaru ciśnienia 140 i/lub strefy pomiaru ciśnienia 150.

Claims (15)

1. Urządzenie do rozdzielania mieszaniny, zawierającej co najmniej jedną fazę gazową i fazę ciekłą, uzyskanej ze strefy zetknięcia ładunku ciekłego, ładunku gazowego i cząstek stałych, zintegrowanie w komorze i zawierające co najmniej urządzenie do recyrkulacji wyposażone w co najmniej jedno przejście dla mieszaniny, pierwszy element rozdzielania czyli separator wstępny umieszczony bezpośrednio za co najmniej jednym przejściem, umożliwiający rozdzielenie mieszaniny na frakcję A zawierającą większość cieczy i mniejszą część gazu i zasadniczo gazową frakcję B zawierającą mniejszą część cieczy, przewód, umieszczony w pobliżu części górnej komory, umożliwiający odprowadzanie zasadniczo gazowej frakcji B uzyskanej z separatora wstępnego, przewód odprowadzający, przedłużający urządzenie do recyrkulacji, przez który płynie grawitacyjnie i odprowadzana jest frakcja A zawierająca większość cieczy, uzyskana z separatora wstępnego, znamienne tym, że zawiera ponadto środki kontroli (130) poziomu ekspansji fazy ciekłej w komorze, przy czym środki te są ustawione tak, aby utrzymać ten poziom w odległości od otworu wylotowego frakcji B większej lub równej 0,05 wewnętrznej średnicy komory.

2. Urządzenie według zastrz. 1, znamienne tym, że urządzenie do recyrkulacji (210) ma kształt stożkowy i umieszczone jest zasadniczo w środku komory.

3. Urządzenie według zastrz. 1albo 2, znamienne tym, że przewód odprowadzający (30) połączony jest ze środkami recyrkulacji (190, 140) w komorze przynajmniej części frakcji A.

4. Urządzenie według zastrz. 1albo 2 albo 3, znamienne tym, że przewód odprowadzający (30) zawiera oddzielne środki do recyrkulacji (30, 190, 40) i do usuwania (31, 50, 100) frakcji A.

5. Urządzenie według zastrz. 4, znamienne tym, że te oddzielne środki zawierają, co najmniej przewody koncentryczne, co najmniej jeden zapewniający recyrkulację i co najmniej jeden zapewniający usuwanie.

6. Urządzenie według zastrz. 4 albo 5, znamienne tym, że środki do usuwania składają się z drugiego przewodu (31), koncentrycznego z przewodem (30), który przedłuża urządzenie do recyrkulacji (210), przy czym drugi przewód (31) ma górny otwór (32) umieszczony w pobliżu poziomu ekspansji fazy ciekłej ijest połączony w swojej części dolnej ze środkami do odprowadzania (50) frakcji A i do kontroli (100, 130) fazy ciekłej wewnątrz komory.

7. Urządzenie według któregokolwiek z zastrz. od 1 do6, znamienne tym, że zawiera ponadto drugi element rozdzielania, czyli separator wtórny (310) typu bezwładnościowego, umożliwiający rozdzielanie frakcji B na frakcję gazową odprowadzaną przewodem (70) i frakcję ciekłą odprowadzaną przewodem (30).

8. Urządzenie według któregokolwiek z zastrz. od 1do 7, znamienne tym, że każdy separator wtórny (310) połączony jest przewodem (260) z separatorem wstępnym (280), przy czym liczba separatorów wstępnych (280) jest równa liczbie separatorów wtórnych (310).

9. Urządzenie według któregokolwiek z zastrz. od 1 do8, znamienne tym, że każdy separator wtórny (310) połączony jest przewodem (260) z kilkoma separatorami wstępnymi (280).

10. Urządzenie według któregokolwiek z zastrz. od 1 do9, znamienne tym, że separator wtórny (310) nie jest fizycznie połączony z separatorem wstępnym (280), przy czym otwory wylotowe z separatora wstępnego i wlotowe (320) do separatora wtórnego znajdują się w części (800) komory zawierającej fazę zasadniczo gazową.

11. Urządzenie według któregokolwiek z zastrz. 1 do 10, znamienne tym, że zawiera trzeci element rozdzielania, czyli separator trzeciego stopnia (350) typu bezwładnościowego, połączony w komorze bezpośrednio z otworem wlotowym przewodu (70), przy czym separator trzeciego stopnia służy do obróbki frakcji gazowej uzyskanej z separatora wtórnego.

12. Urządzenie według któregokolwiek z zastrz. od 1 do11, znamienne tym, że urządzenie (210) jest kupelką recyrkulacji wyposażoną w co najmniej jeden kominek (220) zawierający wkładki wzbudzające ruch odśrodkowy wewnątrz kominka lub kominków (220).

13. Urządzenie według któregokolwiek z zastrz. od 1 do 12, znamienne tym, że mieszanina zawiera ponadto fazę stałą, przy czym faza stała jest oddzielana przez separator wstępny i odprowadzana przewodem (30) z frakcją A zawierającą większość cieczy.

14. Zastosowanie urządzenia według któregokolwiek z zastrz. od 1 do 12 do rozdzielania odpływów wychodzących ze złoża wrzącego.

15. Zastosowanie urządzenia według któregokolwiek z zastrz. od 1 do14 do hydrokonwersji ładunku węglowodorów w obecności wodoru i cząstek katalitycznych.