RU2802807C2 - Многонаправленное устройство для смешивания пара и твердых частиц - Google Patents

Abstract

Группа изобретений относится к внутренним элементам, используемым в псевдоожиженных слоях, в которых твердые частицы и текучая среда движутся в противоположных направлениях. Насадочная система для псевдоожиженного слоя твердых частиц и газа содержит по меньшей мере одну образующую структуру, причем образующая структура содержит множество плоских пластин. Каждая пластина имеет плоскость для обеспечения направления потока газ-твердые частицы вдоль указанной плоскости и пластины расположены в чередующихся пересекающихся плоскостях для обеспечения множества открытых пространств между чередующимися пересекающимися пластинами или вблизи них. Указанные плоскости чередующихся пересекающихся пластин обеспечивают по меньшей мере два различных направления потоков газ-твердые частицы для данной образующей структуры. Одна пластина содержит по меньшей мере один разрыв, который разделяет пластину по меньшей мере на первую отделенную секцию пластины и по меньшей мере вторую отделенную секцию пластины. Каждая отделенная секция пластины имеет плоскость. Указанный разрыв обеспечивает область для прохода в открытые пространства. Плоскость второй секции пластины смещена относительно плоскости, параллельной плоскости первой секции пластины, и размещена выше или ниже первой секции пластины. Порядок расположения пластин обеспечивает возможность движения потоков газ - твердые частицы в различных направлениях в пределах одного слоя насадочной системы для усиления перекрестного смешивания газа и катализатора во всех направлениях, и снижает вероятность обходного движения газа и катализатора. Конфигурация расположения пластин имеет разрывы, которые минимизируют разделение фаз вокруг пластины. Расположение и размер пластин выполнены с возможностью облегчения тесного контакта между двумя фазами и обеспечения эффективного массопереноса материала, захваченного твердыми частицами, в газовую фазу. Конфигурация расположения пластин препятствует избыточному росту пузырьков и образованию каналов, которые снижают площадь поверхности для массопереноса. Также заявлен псевдоожиженный слой твердых частиц и газа и способ увеличения массопереноса между газом и твердыми частицами. Группа изобретений обеспечивает улучшение массопереноса благодаря увеличению площади поверхности, повышение интенсивности смешивания, а также увеличение пространства для движения газообразной и твердой фаз в насадочной системе, уменьшение веса конструкции, что делает её более лёгкой и менее дорогостоящей. 3 н. и 21 з.п. ф-лы, 6 ил.

Description

ПЕРЕКРЕСТНАЯ ССЫЛКА НА РОДСТВЕННУЮ ЗАЯВКУ

[0001] В настоящей заявке заявлен приоритет по заявке на патент США с серийным №15/827410, поданной 30 ноября 2017 года, под названием «Многонаправленное устройство для смешивания пара и твердого вещества», полное содержание которой включено в настоящий документ посредством ссылки во всех отношениях.

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

[0002] Настоящее изобретение относится к внутренним элементам, используемым в псевдоожиженных слоях, в которых твердые частицы и текучая среда движутся в противоположных направлениях. Более конкретно, варианты реализации, раскрытые в настоящем документе, относятся к насадочным элементам, содержащим множество перегородок, используемым для облегчения контакта между твердыми частицами и текучей средой в псевдоожиженном слое.

ОПИСАНИЕ ИЗВЕСТНОГО УРОВНЯ ТЕХНИКИ

[0003] Способ каталитического крекинга в псевдоожиженном слое (Fluidized Catalytic Cracking, FCC) представляет собой химический процесс, широко используемый на нефтеперерабатывающих заводах, целью которого является превращение тяжелых высокомолекулярных углеводородных соединений в более легкие низкомолекулярные фракции углеводородов. В процессе такого типа углеводородное сырье испаряют при высоких температурах и одновременно приводят в контакт с частицами катализатора крекинга, находящимися во взвешенном состоянии в парах сырья и захваченными ими. После того, как в результате реакций крекинга образуются соединения требуемого диапазона молекулярных масс с соответствующим падением температуры кипения, полученный газ отделяют от частиц катализатора. Затем частицы отпаривают, высвобождая захваченные углеводороды, регенерируют посредством сжигания кокса, образованного на них, и снова возвращают в цикл, приводя в контакт с сырьем, подлежащим крекингу.

[0004] В указанном процессе требуемое снижение температуры кипения углеводородов обеспечивают посредством контролируемых каталитических и термических реакций. Указанные реакции происходят практически мгновенно после приведения в контакт тонкораспыленных частиц сырья с частицами катализатора. За короткое время, в течение которого частицы катализатора контактируют с сырьем, указанные частицы в значительной степени дезактивируются вследствие адсорбции углеводородов и отложения кокса и других примесей на активных центрах катализатора. Необходимо постоянно отпаривать дезактивированный катализатор, например, водяным паром, для выделения адсорбированных и захваченных в пустотах углеводородов перед регенерацией катализатора, непрерывно и без изменения его свойств, посредством контролируемого выжигания кокса в одноступенчатой или многоступенчатой секции регенерации для последующей рециркуляции частиц катализатора в реакционную зону.

[0005] Отпаривание является одним из определяющих стадий в процессе каталитического крекинга в псевдоожиженном слое. Фактически, недостаточное отпаривание приводит к тому, что исходящий из реактора поток остается на частицах катализатора и между ними, поэтому на стадии регенерации регенератор подвергается дополнительной нагрузке по сжиганию с избыточным образованием тепла, превышающим количество тепла, необходимое для проведения каталитической реакции. В результате сжигание захваченных паров углеводородов в регенераторе обусловливает снижение общего выхода преобразованного продукта.

[0006] В процессе FCC отпаривание частиц катализатора обычно происходит в глубине псевдоожиженного слоя, что способствует энергичному перемешиванию, тесному контакту потоков текучей среды и частиц катализатора в реакторе и обеспечивает достаточное время пребывания для отпаривания. Псевдоожиженный слой обычно получают посредством пропускания потока текучей среды, обычно потока пара, вверх через слой твердых частиц со скоростью потока, достаточной для псевдоожижения частиц и перемешивания газа и твердых частиц в слое.

[0007] Как правило, после отделения потока, выходящего из реактора, от частиц катализатора указанные частицы подают в камеру отпаривания, где осуществляют отпаривание в нисходящей плотной псевдоожиженной фазе. Газообразную текучую среду, подаваемую в нижней части камеры, используют для псевдоожижения закоксованных частиц катализатора и вытеснения захваченных углеводородов, находящихся во внутреннем пространстве между частицами. Для такой газообразной текучей среды предпочтительно использовать полярный материал, такой как пар, поскольку он сильнее адсорбируется частицами катализатора и, следовательно, углеводороды вытесняются быстрее. Наконец, отпаренные частицы катализатора подают в зону регенерации.

[0008] Кроме того, процесс отпаривания является сложной задачей. В частности, трудно контролировать движение частиц катализатора и предотвращать частичную дефлюидизацию, связанную с образованием каналов (непосредственным проходом крупных пузырьков через псевдоожиженный слой) и с обратным смешиванием (нисходящим потоком недостаточно псевдоожиженных частиц или даже рециркуляцией таких частиц, особенно вблизи стенки камеры отпаривания). Таким образом, диапазон и среднее время отпаривания частиц дезактивированного катализатора, а также качество контакта между частицами и газообразной текучей средой трудно контролировать, особенно в псевдоожиженных слоях большого объема. Избыток пара увеличивает газовую и жидкостную нагрузку на оборудование, соединенное с отпаривателем. Например, избыток пара может увеличивать количество кислых стоков, образующихся на фунт переработанных углеводорода, а также увеличивать эксплуатационные затраты на получение и переработку избытка пара.

[0009] Для преодоления указанных проблем необходимо использовать устройства, расположенные внутри камеры отпаривания, для облегчения эффективного смешивания и улучшения диспергирования и гомогенизации частиц отпариваемой текучей средой. В частности, при прохождении через устройство отпаривания, частицы перераспределяются в пространстве, что обеспечивает состояние упорядоченного перемешивания с текучей средой и способствует равномерному контакту между фазами текучей среды и твердых частиц. Текучая среда и частицы из одного потока движутся в различных направлениях. Кроме того, такое устройство препятствует обратному смешиванию и образованию каналов в частицах, а также образованию твердых и газообразных карманов в камере отпаривания.

[00010] Использование структурированных насадочных элементов в качестве внутренних элементов устройства отпаривания обеспечивает возможность снижения размеров зоны контакта между твердыми частицами и текучей средой. Фактически, благодаря очевидному улучшению такого контакта можно использовать камеры отпаривания меньшего размера, по сравнению с камерами отпаривания, известными из уровня техники, без снижения характеристик отпаривания даже при движении катализатора через камеру отпаривания с очень высокой скоростью. Таким образом, главная задача таких насадочных элементов заключается в обеспечении однородного противоточного контакта частиц катализатора и пара (или другой газообразной среды); в предотвращении обходного движения газа или образования каналов в слое катализатора; и в снижении размера пузырьков газа, образующихся в псевдоожиженных слоях.

[00011] Для улучшения отпаривания предложены различные структурированные насадочные элементы. Например, в патенте США №6224833, Rail et al., описан псевдоожиженный слой из газа и твердых частиц, образованный в слое насадочных элементов, имеющих пары плоских частей или пластин, расположенных в пересекающихся плоскостях.

[00012] Существующие структурированные насадочные элементы имеют различные ограничения, например, неполное смешивание отпарного газа и катализатора вследствие того, что часть газового потока движется вверх вдоль нижней плоскости плоских частей или пластин, а часть потока катализатора движется вниз по верхней стороне пластины, обеспечивая незначительное взаимодействие или отсутствие взаимодействия между газом и катализатором. Это ограничивает смешивание газа и катализатора в указанных элементах. Кроме того, описанная конфигурация пластины существующих насадочных элементов обеспечивает возможность движения фаз в таких элементах лишь в двух направлениях, что ограничивает радиальное смешивание в насадочных элементах. Несмотря на то, что направление потока у каждого элемента или слоя элементов ориентировано на 90° относительно других, сплошные плоскости пластин не обеспечивают достаточное перераспределение катализатора и газа по всей глубине псевдоожиженного слоя.

РАСКРЫТИЕ СУЩНОСТИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[00013] В соответствии с одним вариантом реализации, предложена насадочная система, содержащая по меньшей мере одну образующую структуру, и указанная образующая структура содержит множество плоских пластин. Каждая пластина имеет плоскость, обеспечивающую направление потока газ - твердые частицы вдоль указанной плоскости. Пластины расположены в чередующихся пересекающихся плоскостях для обеспечения множества открытых пространств между чередующимися пересекающимися пластинами или вблизи них. Плоскости чередующихся пересекающихся пластин обеспечивают по меньшей мере два различных направления потоков газ - твердые частицы для каждого каждой образующей структуры. По меньшей мере одна пластина содержит по меньшей мере один разрыв, разделяющий пластину на первую отделенную секцию пластины и вторую отделенную секцию пластины. Каждая отделенная секция пластины имеет плоскость и разрыв между первой секцией пластины и второй секцией пластины, которая обеспечивает область для прохода в открытое пространство.

[00014] В соответствии с одним вариантом реализации, предложенная насадочная система содержит по меньшей мере четыре образующие структуры, причем каждая смежная образующая структура расположена так, что направления потоков газ - твердые частицы в каждой смежной образующей структуре являются разными. Направления потоков газ - твердые частицы в каждой смежной образующей структуре могут быть ориентированы под углом 90 градусов относительно каждой смежной образующей структуре для обеспечения множества направлений потоков газ - твердые частицы в каждой образующей структуре.

[00015] В соответствии с одним вариантом реализации, предложенная насадочная система может иметь множество образующих структур, которые расположены так, что направления потоков газ - твердые частицы в каждой образующей структуре отличаются от каждой последующей смежной образующей структуры. В соответствии с дополнительным вариантом реализации, плоскость первой секции пластины копланарна плоскости второй секции пластины, а в соответствии с другим вариантом реализации, плоскость второй секции пластины может быть смещена относительно плоскости, которая параллельна плоскости первой секции пластины, и расположена выше или ниже первой секции пластины.

[00016] В соответствии с одним вариантом реализации, пластина имеет по меньшей мере два разрыва и третью отделенную секцию пластины, которая имеет плоскость, причем плоскость третьей секции пластины может быть копланарна с плоскостью первой и/или второй отделенной секции пластины, или плоскость третьей отделенной секции пластины может быть смещена относительно плоскости, которая параллельна плоскости первой и/или второй секции пластины, и расположена выше или ниже первой и/или второй секции пластины. Разрыв образует кромку первой отделенной секции пластины и второй отделенной секции пластины, и указанная кромка может быть расположена под прямым или другим углом относительно плоскости пластины. Кромка может иметь прямую форму, искривленную форму, угловую или v-образную форму.

[00017] В другом варианте реализации пластина и/или секция пластины предложенной насадочной системы содержит щели, отверстия и/или вырезы. В соответствии с дополнительным вариантом реализации, чередующиеся и пересекающиеся пластины и/или секции пластин расположены под углом 90 градусов или менее относительно линии спада пластин и/или секций пластин при их сборке в образующую структуру.

[00018] В соответствии с одним вариантом реализации, множество образующих структур образуют насадочную систему, обеспечивая первый уровень насадочной системы. Кроме того, насадочная система содержит по меньшей мере второй уровень, расположенный над первым уровнем, и каждая образующая структура второго уровня расположена относительно каждой образующей структуры, расположенной непосредственно под ней в первом уровне, так, что направления потоков газ - твердые частицы в каждой образующей структуре второго уровня отличаются от направлений потоков газ - твердые частицы в каждой образующей структуре, расположенной непосредственно под ней в первом уровне.

[00019] В соответствии с другим вариантом реализации, форма образующей структуры насадочной системы может быть круглой, овальной, прямоугольной и шестиугольной.

[00020] В соответствии с другим вариантом реализации, описан псевдоожиженный слой твердых частиц и газа, который содержит емкость, содержащую оболочку и внутреннюю часть внутри оболочки, содержащую насадочную систему, которая содержит по меньшей мере одну образующую структуру. Образующая структура содержит множество плоских пластин, каждая пластина имеет плоскость для обеспечения направления потоков газ - твердые частицы вдоль указанной плоскости. Пластины расположены в чередующихся пересекающихся плоскостях для обеспечения множества открытых пространств между чередующимися пересекающимися пластинами или вблизи них. Кроме того, плоскости чередующихся пересекающихся пластин обеспечивают по меньшей мере два различных направления потоков газ - твердые частицы для каждой образующей структуры. Кроме того, по меньшей мере одна пластина содержит по меньшей мере один разрыв, который разделяет пластину по меньшей мере на первую отделенную секцию пластины и по меньшей мере вторую отделенную секцию пластины, каждая отделенная секция пластины имеет плоскость, и указанный разрыв обеспечивает область для прохода в открытое пространство. В соответствии с другим вариантом реализации, предложенный псевдоожиженный слой твердых частиц и газа содержит по меньшей мере один поток газа, движущийся в противоположном направлении относительно твердых частиц через структурированную насадочную систему и вызывающий псевдоожижение твердых частиц в структурированной насадочной системе, образуя псевдоожиженный слой твердых частиц и газа.

[00021] В соответствии с одним вариантом реализации, в настоящем документе описан способ повышения массопереноса между газом и твердой частицей. Предложенный способ включает стадию пропускания газообразного потока и твердых частиц в противоположных направлениях через насадочную систему, содержащую по меньшей мере одну образующую структуру, указанная образующая структура содержит множество плоских пластин, каждая пластина имеет плоскость для обеспечения направления потока газ - твердые частицы вдоль указанной плоскости, и пластины расположены в чередующихся пересекающихся плоскостях для обеспечения множества открытых пространств между чередующимися пересекающимися пластинами или вблизи них, указанные плоскости чередующихся пересекающихся пластин обеспечивают по меньшей мере два различных направления потоков газ - твердые частицы для данной образующей структуры, и по меньшей мере одна пластина содержит по меньшей мере один разрыв, который разделяет пластину по меньшей мере на первую отделенную секцию пластины и по меньшей мере вторую отделенную секцию пластины, причем каждая отделенная секция пластины имеет плоскость, и указанный разрыв обеспечивает область для прохода в открытое пространство. Кроме того, предложенный способ включает стадию псевдоожижения твердых частиц в насадочной системе для обеспечения массопереноса между газом и твердой частицей.

[00022] Как дополнительно описано ниже, разделение пластин и изменение их ориентации в насадочной системе обеспечивает достижение улучшенного массопереноса благодаря увеличению площади поверхности, повышению интенсивности смешивания, а также увеличению пространства для движения газообразной и твердой фаз в насадочной системе. Предложенная насадочная система является преимущественной для снижения образования каналов и разделения фаз вокруг пластин, обеспечивает возможность ссыпания части катализатора через газ, движущийся вверх из-под нижней части пластины, что увеличивает эффективность использования и емкость отпарного газа.

[00023] Предложенная структурированная насадочная система обеспечивает больше открытого пространства в реакторе отпаривания, а также менее склонна к обратному смешиванию и образованию каналов. Кроме того, предложенная структурированная насадочная система легче, чем известные в данной области техники насадочные структуры, благодаря разрывам в пластинах, что обеспечивает простоту и экономичность ее крепления.

[00024] Варианты реализации, описанные в настоящем документе, по отдельности или в комбинации, обеспечивают улучшенный массоперенос и/или отпаривание катализатора. Предложенная насадочная система применима к любому процессу отпаривания псевдоожиженных твердых частиц или к любому реакционному процессу, например, при использовании в сочетании с технологией FCC предложенная система обеспечивает: улучшенное удержание/извлечение продукта; сниженный расход «топлива» для регенератора благодаря снижению температуры регенератора и увеличению циркуляции катализатора; снижение расхода пара; улучшение теплообразования; повышение циркуляционной емкости катализатора; снижение расхода пара; снижение расходов; улучшение накопления давления в отпаривателе; улучшение гидравлики благодаря лучшему псевдоожижению; улучшение гибкости и снижение общей массы.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ГРАФИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ

[00025] На фиг. 1 представлено схематическое изображение структурированной насадочной системы, содержащей две образующих структуры. Две образующие структуры расположены так, что потоки газ - твердые частицы в них ориентированы под углом 90° относительно друг друга.

[00026] На фиг. 2 представлено схематическое изображение структурированной насадочной системы, содержащей четыре образующих структуры. Четыре образующие структуры расположены так, что потоки газ - твердые частицы в каждой смежной образующей структуре ориентированы под углом 90° относительно каждой смежной образующей структуры.

[00027] На фиг. 3 представлено схематическое изображение структурированной насадочной системы, содержащей первый уровень, который содержит множество образующих структур в круговом порядке расположения с отверстием в центре внутреннего стояка.

[00028] На фиг. 4 представлено схематическое изображение образующей структуры, содержащей пластины и первую, вторую и третью отделенные секции пластины.

[00029] На фиг. 5А представлен вид в перспективе сбоку двух отделенных секций пластины, причем отделенные секции пластины являются копланарными; на фиг. 5 В и фиг 5С представлены изображены в перспективе сбоку двух вторых отделенных секций пластины, причем плоскости отделенных секций пластины смещены относительно друг друга.

[00030] На фиг. 6А, фиг. 6В, фиг. 6С и фиг. 6D представлены изображения в перспективе сверху двух отделенных секций пластины, причем форма разрывов является прямой, изогнутой, угловой и v-образной, соответственно, и указанные отделенные секции пластины содержат комбинации разрывов, вырезов и отверстий.

ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[00031] Далее варианты реализации настоящего изобретения более подробно описаны со ссылкой на сопроводительные чертежи, на которых представлены иллюстративные варианты реализации настоящего изобретения. Однако настоящее изобретение может быть реализовано во многих других формах, и его не следует понимать как ограниченное иллюстративными вариантами реализации, описанными в настоящем документе; напротив, указанные варианты реализации приведены для всестороннего и полного описания настоящего изобретения, и они всецело передают объем вариантов реализации специалистам в данной области техники. Подобные номера означают подобные, но не обязательно одинаковые или идентичные элементы.

[00032] На фиг. 1 представлены две образующие структуры (4) предложенной насадочной системы (1). Каждая образующая структура (4) содержит множество по существу плоских планарных перегородок или пластинчатых структур, т.е. пластин (2). Каждая пластина (2) имеет плоскость, которая обеспечивает направление, вдоль которого движется газ и твердые частицы. Множество плоских пластин (2) расположены в чередующихся пересекающихся плоскостях и обеспечивают множество открытых пространств (3) между чередующимися пересекающимися пластинами (2) или вблизи них. Кроме того, плоскости чередующихся пересекающихся пластин (2) обеспечивают по меньшей мере два различных направления потоков газ - твердые частицы для каждой образующей структуры (4). Такое расположение пластин ускоряет смешивание газа и твердых частиц, например, в псевдоожиженном слое, например, в отпаривателе FCC (не показан). Кроме того, каждая образующая структура (4) может быть ориентирована так, что направления потоков газ - твердые частицы в каждой смежной образующей структуре (4) могут быть различными. Например, на фиг. 1 одна из образующих структур (4) повернута по оси z, так что направление потока газ - твердые частицы в ней ориентировано под углом 90° относительно направления потоков газ - твердые частицы в смежной образующей структуре.

[00033] Насадочная система (1) и ее компоненты могут быть изготовлены с применением уже известных материалов и технологий.

[00034] На фиг. 1 показано, что пластины (2) образующих структур (4), которые образуют насадочный элемент (1), являются плоскими и расположены в чередующихся пересекающихся плоскостях друг за другом, и образуют трехмерную решетчатую конфигурацию образующей структуры (4). При пересечении пластин (2) они могут образовывать острый угол, равный примерно 90° или менее. Пластины (2) соединены друг с другом обычным образом либо на одном конце, либо во внутреннем положении по длине пластин, например, в точке пересечения пластин (2). Ширина, толщина и длина пластин (2) не ограничены и зависят от механических, эксплуатационных и технологических факторов. Размер пространств (3), т.е. открытых пространств или областей, образованных между пластинами (2) и обрамленных ими, зависит от высоты насадочной системы (1). Открытые пространства (3) образующей структуры (4) обеспечивают возможность свободного движения через них газа и твердых частиц.

[00035] Как показано на фиг. 1, расположение пластин (2) в чередующихся пересекающихся плоскостях обеспечивает конфигурацию, имеющую по существу квадратные или ромбические открытые области или открытые пространства (3) между пластинами (2) и возле них. Несмотря на то, что изображенный угол составляет 90° или менее, указанный угол, образованный чередующимися пластинами (2) обычно составляет от 60 до 90 градусов, но при необходимости можно использовать другие углы. Чередующиеся пересекающиеся плоскости пластин (2) направляют обычно восходящий поток газа и по существу противоположный нисходящий поток твердых частиц в по меньшей мере двух различных направлениях потоков газ - твердые частицы вдоль обеих сторон пластин (2). Сплошные и прерывистые стрелки на фиг. 1 показывают восходящий поток газа по обеим сторонам пластин (2) в различных направлениях потоков газ - твердые частицы, и необходимо отметить, что поток газ - твердые частицы движется в противоположном направлении (не показано на фиг. 1) по обеим сторонам пластин (2). Восходящий поток газа и противоположный нисходящий поток твердых частиц вдоль обеих сторон пластин (2) обеспечивают направление потока газ - твердые частицы, которое происходит в разных направлениях вследствие чередующихся плоскостей пластин (2) в образующей структуре (4), как показано на фиг. 1. Таким образом, одна образующая структура (4) обеспечивает по меньшей мере два различных направления потоков газ - твердые частицы вдоль плоскости пластин (2). Например, обе стороны первой пластины (2), наклоненные по вертикали справа налево, обеспечивают движение потока газ - твердые частицы вверх справа налево и вниз слива направо, а следующая смежная чередующаяся пересекающаяся пластина (2) (наклоненная по вертикали слева направо) обеспечивает движение потока газ - твердые частицы вверх слева направо и вниз справа налево, так что восходящие потоки газа, а также нисходящий поток твердых частиц вдоль каждой пластины (2) движутся в различных направлениях в указанной образующей структуре (4). Две смежных образующих структуры (4), представленных на фиг. 1, обеспечивают конфигурацию потоков газ -твердые частицы в четырех направлениях. Расположение и размер пластин (2) выполнены с возможностью облегчения тесного контакта между двумя фазами и обеспечения эффективного массопереноса материала, захваченного частицами катализатора, в газовую фазу.

[00036] Насадочную систему (1) можно использовать в различных типах переработки газов и твердых веществ в псевдоожиженном слое, таких как процессы с использованием теплообмена, массопереноса и/или химических реакций. Например, структурированную насадочную систему (1) можно использовать в отпаривателе для отпаривания углеводородов с отработанного катализатора или в регенераторе для ускорения смешивания топочного воздуха с отработанным катализатором, что обеспечивает эффективное выжигание кокса из отработанного катализатора в процессах FCC. Кроме того, структурированную насадочную систему (1) можно использовать в устройстве, обеспечивающем теплообмен между газами и горячим катализатором в FCC, или в качестве выпрямителя потока для потока катализатора или для устройства гомогенизации катализатора на выходе из FCC, а также для кондиционирования катализатора, подаваемого в успокоительную трубу FCC, или в качестве каплеуловителя в псевдоожиженных слоях, и в других процессах.

[00037] Расположение пластины (2) в образующей структуре (4) насадочной системы (1) препятствует избыточному росту пузырьков и образованию каналов, которые снижают площадь поверхности для массопереноса. Другим преимуществом предложенной насадочной системы (1) является открытое пространство, которое при использовании, например, в отпаривателе, существенно максимизирует площадь поперечного сечения отпаривателя, доступную для движения катализатора и газа. Кроме того, это обеспечивает новый, компактный дизайн и возможность увеличения мощности в проектах модернизации.

[00038] В соответствии с одним вариантом реализации, предложенная насадочная система (1) представлена в виде одной или более образующих структур (4), например, четырех образующих структур (4) (см. фиг. 2), и как и любая структурированная насадка, образующие структуры (4) расположены в различных или одинаковых конфигурациях, а также в виде групп слоев образующих структур (4), например, в отпаривателе (не показан). Образующие структуры (4) состоят из двух или более пластин (2), расположенных в чередующихся пересекающихся плоскостях, и соединены друг с другом, образуя многонаправленную конфигурацию. В этом отношении структурированная насадочная система (1) может состоять из одного или множества образующих структур (4), установленных или соединенных со смежными образующими структурами (4), ориентированными в другом направлении, с образованием множества направлений потоков газ - твердые частицы в насадочной системе (1). На фиг. 1 представлены две блочные структуры (4), однако можно использовать множество блочных структур (4) для получения структурированной насадочной системы (1), см., например, фиг. 3.

[00039] Пластины (2) обеспечивают чередующиеся непрерывные плоскости в образующих структурах (4) и могут быть, например, сварены или скреплены друг с другом с образованием жесткой структуры насадочной системы (1). В насадочной системе (1) образующие структуры (4) расположены так, что пластины (4) в каждой следующей смежной образующей структуре (4) ориентированы для обеспечения другого направления потока газ -твердые частицы с плоских поверхностей пластин (2) каждой смежной блочной структуры (4). Например, на фиг. 1, фиг. 2 и фиг. 3 направление потока на пластинах (2) каждой смежной образующей структуры (4) ориентировано под углом 90° относительно каждой смежной образующей структуры (4). Однако образующие структуры (4) можно повернуть по соответствующей оси z относительно каждой смежной образующей структуры (4) на любой градус вращения, например, от примерно 10° до примерно 170°, для обеспечения различных направлений потоков газ - твердые частицы с каждой смежной образующей структурой (4).

[00040] В соответствии с одним вариантом реализации и изображением на фиг. 2, множество образующих структур (4) могут быть расположены, например, в «квадратной» схеме, так что каждая смежная образующая структура (4) обеспечивает другое направление потока газ - твердые частицы. Например, четыре образующие структуры (4), представленных на фиг. 2, повернуты на 90° относительно каждой смежной образующей структуры (4). Таким образом, направление потока газ - твердые частицы с пластин (2) каждой смежной образующей структуры (4) обеспечивает другое направление потока газ - твердые частицы. Кроме того, каждая диагональная образующая структура (4) в вышеупомянутом варианте реализации имеет такое же направление потока газ - твердые частицы с пластин (2). Таким образом, предложена 4-направленная или «4-D» насадочная система, в верхней части которой может быть добавлен и расположен слой образующих структур (4) для обеспечения другого направления потока газ - твердые частицы с пластин (2) образующих структур (4) добавленного слоя.

[00041] Вращение смежных образующих структур (4) изменяет направление плоскости пластин (2) относительно каждой смежной образующей структуры (4) и ускоряет и усиливает перераспределение твердой и газовой фаз в структурированной насадочной системе (1). В этом отношении в любой точке данного слоя образующих структур (4) в насадочной системе (1) пластины (2) в каждой смежной блочной структуре (4) обеспечивают другую ориентацию в отношении перераспределения твердой и газовой фаз.

[00042] В соответствии с одним вариантом реализации, образующие структуры (4) могут быть квадратными, и смежные образующие структуры (4) в каждом слое насадочной системы (1) имеют различную ориентацию относительно каждой смежной образующей структуры (4). Однако в настоящем документе предусмотрены другие формы образующих структур (4), такие как круглая, овальная, прямоугольная, шестиугольная и т.п.В соответствии с одним вариантом реализации, многонаправленное расположение образующих структур (4) в одном слое насадочной системы (1) используют для следующего и последующих слоев (можно использовать множество слоев) образующих структур (4), которые имеют различные ориентации для дополнительного ускорения перераспределения катализатора и газа.

[00043] На фиг. 3 представлен один вариант реализации предложенной структурированной насадочной системы (1), в котором множество образующих структур (4) повернуты в пределах одного слоя для ускорения движения и смешивания газа и катализатора в по меньшей мере четырех различных направлениях в пределах указанного уровня, в дополнение к изменению направления потока при движении газа - катализатора (твердых частиц) от одного слоя к другому слою насадочной системы (1). Такая ориентация образующих структур (4) в каждом слое насадочной системы (1) усиливает более интенсивное радиальное смешивание газа и катализатора в каждом слое и способствует сохранению равномерности движения потока через псевдоожиженный слой.

[00044] Вычислительное гидродинамическое моделирование (CFD) структурированной насадки, известной из уровня техники, показало, что у поверхностей пластины (2) происходит локальное образование каналов, снижающее площадь поверхности контакта. Кроме того, CFD моделирование структурированной насадки, известной из уровня техники, показало, что часть газа собирается на нижней стороне пластины (2) и движется вверх, а часть плотных частиц катализатора движется сверху вниз по пластинам (2) и стекает вниз, и указанные части не смешиваются. Таким образом, если какая-либо фаза стекает с пластин (2), то в большей или меньшей степени наблюдают отсутствие контакта между фазами.

[00045] В этом отношении предложены несколько вариантов реализации предложенной насадочной системы (1), которые предотвращают описанное разделение фаз. В соответствии с одним вариантом реализации, в пластинах расположено множество щелей (6) и/или отверстий (7), и/или в кромке(ах) пластины (2) расположено множество вырезов (8) для обеспечения улучшенного смешивания газа и твердых частиц в структурированной насадочной системе (1).

[00046] В соответствии с другим вариантом реализации предложенной насадочной системы (1), представленным на фиг. 4, пластины (2), которые образуют образующие структуры (4) насадочной системы (1), разделены или разорваны (5) по меньшей мере на первую и вторую отделенные секции (10) пластины, т.е. одна или более пластин (2) разделены на две или множество отделенных секций (10) пластины в образующей структуре (4). Таким образом, на фиг. 4 представлена вид сбоку образующая структура (4), содержащая множество пластин (2), разрывов (5) и отделенных секций (10) пластин.

[00047] На фиг. 4 образующая структура (4) содержит пластины (2), имеющие разрывы (5), которые обеспечивают возможность прохождения части катализатора в открытые пространства (3) между и вокруг пластин (2) и отделенных секций (10) пластин, что обеспечивает возможность взаимодействия катализатора с газом, движущимся вверх из-под пластин (2) и отделенных секций (10) пластин. В этом отношении обеспечено улучшенное взаимодействие газа - твердых части ц/катализатора в одном слое структурированной насадочной системы (1).

[00048] Кроме того, отделенные секции (10) пластины продолжают обеспечивать чередующиеся и пересекающиеся сплошные плоскости в образующих структурах (4). Отделенные секции (10) пластины сварены или скреплены друг с другом с образованием жесткой структуры насадочной системы (1). Чередующиеся пересекающиеся секции (10) пластин, как и пластины (2), соединены друг с другом на одном конце и/или в промежуточном положении вдоль длины пластин.

[00049] Помимо того, что они сварены или скреплены друг с другом на одном или на обоих концах, отделенные секции (10) пластины могут быть соединены друг с другом в месте их разделения или разрыва (5), например, по типу соединения велосипедной цепи (не показано). В соответствии с другим вариантом реализации, две или более отделенных секций (10) пластины могут быть расположены так, что отделенные секции (10) пластины расположены на одной линии, т.е. копланарно, или смещены, как показано на фиг. 5А-С, соответственно. В частности, плоскость второй секции (10) пластины может быть смещена и расположена параллельно плоскости первой секции пластины выше или ниже относительно первой секции (10) пластины. Таким образом, третья секция (10) пластины может быть расположена на одной линии или смещена относительно первой и/или второй секции (10) пластины. Несмотря на то, что это не является необходимым, использование смещенного порядка расположения обеспечивает улучшенное перекрестное смешивание двух фаз, по сравнению с расположением на одной линии или с копланарным расположением.

[00050] Чередующиеся и пересекающиеся пластины (2) и секции (10) пластин обычно расположены под углом примерно 45 градусов относительно линии спада, однако указанный угол может составлять более или менее 45 градусов при сборке в образующую структуру (4).

[00051] Кроме того, пластины (2) и/или отделенные секции (1) пластин могут иметь одну или множество щелей (6) (или выемок) по длине пластины (2) или отделенной секции (10) пластины. Разрывы (5) и/или щели (6) обеспечивают ссыпание части катализатора в открытые области или в открытые пространства (3) и через газовый поток, восходящий из-под нижней части пластин (2) или отделенных секций (10) пластин. Разрывы (5) и/или щели (6) улучшают и ускоряют интенсивное смешивание газа и катализатора в пределах одного слоя структурированной насадочной системы (1).

[00052] На фиг. 6A-D, соответственно, представлены пластины (2), отделенные разрывами (5) с образованием по меньшей мере первой и по меньшей мере второй отделенной секции (10) пластины. Отделенные секции (10) пластины содержат любой из вышеупомянутых вариантов реализации или их комбинацию, т.е. отверстия (7) (фиг. 6D), надрезы (8) (фиг. 6А-В) и щели (6) (фиг. 6А-D) для улучшения смешивания и массопереноса. Размер отверстий (7), надрезов (8), разрывов (5) и щелей (6) не имеет ограничения и может быть любым размером, необходимым для улучшения смешивания газа и катализатора. Разрывы (5) не имеют ограничения в отношении количества разрывов (5) на одну пластину (2) и угла или формы разрыва (5) в пластине (2). Например, как показано на фиг. 6, разрыв (5) может быть прямым, изогнутым, угловым, v-образным или может иметь другую геометрию. Кроме того, кромка разрыва (5) (или «вырез» в пластине (2)) может быть расположена под прямым или другим углом относительно поверхности пластинчатой структуры (2).

[00053] В соответствии с одним вариантом реализации, предложенная насадочная система (1) может содержать множество квадратных образующих структур (4), образующих однослойную структурированную насадочную систему (1), см., например, фиг. 3. Альтернативно, в соответствии с другим вариантом реализации, предложенная насадочная система (1) может содержать одну образующую структуру (4), содержащую многонаправленные пластинчатые структуры (2). На фиг. 1 представлены две «квадратные» образующие структуры (4), каждая образующая структуре (4) имеет по меньшей мере 4 ряда чередующихся и пересекающихся пластин (2), однако количество пластин (2) на одну образующую структуру (4) не имеет ограничения.

[00054] Результаты, описанные выше, отражают преимущества системы отпаривания в соответствии с вариантами реализации, описанными в настоящем документе. В частности, улучшенный контакт между газообразной текучей средой и частицами катализатора в предложенной насадочной системе (1) обеспечивает уменьшение количества захваченных углеводородов.

[00055] Следует понимать, что варианты реализации, описанные в настоящем документе, которые определены прилагаемой формулой изобретения, не ограничены конкретными деталями, изложенными в приведенном выше описании, поскольку возможны многочисленные и очевидные их варианты.

Claims (49)

1. Насадочная система для псевдоожиженного слоя твердых частиц и газа, содержащая по меньшей мере одну образующую структуру,

причем образующая структура содержит множество плоских пластин,

каждая пластина имеет плоскость для обеспечения направления потока газ-твердые частицы вдоль указанной плоскости и

пластины расположены в чередующихся пересекающихся плоскостях для обеспечения множества открытых пространств между чередующимися пересекающимися пластинами или вблизи них,

указанные плоскости чередующихся пересекающихся пластин обеспечивают по меньшей мере два различных направления потоков газ-твердые частицы для данной образующей структуры, и

по меньшей мере одна пластина содержит по меньшей мере один разрыв, который разделяет пластину по меньшей мере на первую отделенную секцию пластины и по меньшей мере вторую отделенную секцию пластины,

причем каждая отделенная секция пластины имеет плоскость, и указанный разрыв обеспечивает область для прохода в открытые пространства,

причем плоскость второй секции пластины смещена относительно плоскости, параллельной плоскости первой секции пластины, и размещена выше или ниже первой секции пластины.

2. Насадочная система по п. 1, содержащая по меньшей мере четыре образующих структуры, причем каждая смежная образующая структура расположена так, что направления потоков газ-твердые частицы в каждой смежной образующей структуре являются разными.

3. Насадочная система по п. 2, в которой направления потоков газ-твердые частицы в каждой смежной образующей структуре ориентированы под углом 90 градусов относительно каждой смежной образующей структуры.

4. Насадочная система по п. 1, в которой множество образующих структур расположены так, что направления потоков газ-твердые частицы различны для каждой смежной образующей структуры.

5. Насадочная система по п. 1, в которой плоскость первой секции пластины копланарна плоскости второй секции пластины.

6. Насадочная система по п. 1, в которой пластина имеет по меньшей мере два разрыва и по меньшей мере третью отделенную секцию пластины, которая имеет плоскость,

причем плоскость третьей секции пластины копланарна с плоскостью первой и/или второй отделенной секции пластины, или

плоскость третьей отделенной секции пластины смещена относительно плоскости, которая параллельна плоскости первой и/или второй секции пластины, и расположена выше или ниже первой и/или второй секции пластины.

7. Насадочная система по п. 1, в которой разрыв обеспечивает кромку первой отделенной секции пластины и второй отделенной секции пластины, которая расположена под прямым или другим углом относительно плоскости пластины.

8. Насадочная система по п. 7, в которой указанный разрыв имеет форму, выбранную из группы, состоящей из прямой, изогнутой, угловой и V-образной формы.

9. Насадочная система по п. 1, в которой по меньшей мере одна пластина и/или секция пластины дополнительно содержат по меньшей мере одну щель.

10. Насадочная система по п. 1, в которой по меньшей мере одна пластина и/или секция пластины дополнительно содержат по меньшей мере одно отверстие и/или вырез.

11. Насадочная система по п. 1, в которой пластины и/или секции пластин расположены под углом менее 90 градусов относительно линии спада пластины и/или секций пластин при их сборке в образующую структуру.

12. Насадочная система по п. 1, в которой множество образующих структур обеспечивают первый уровень насадочной системы.

13. Насадочная система по п. 12, в которой насадочная система содержит по меньшей мере второй уровень, расположенный над первым уровнем, и

каждая образующая структура второго уровня расположена относительно каждой образующей структуры, расположенной непосредственно под ней в первом уровне, так, что направления потоков газ-твердые частицы в каждой образующей структуре второго уровня отличаются от направлений потоков газ-твердые частицы в каждой образующей структуре, расположенной непосредственно под ней в первом уровне.

14. Насадочная система по п. 1, в которой форма образующей структуры выбрана из группы, состоящей из круглой, овальной, прямоугольной и шестиугольной формы.

15. Псевдоожиженный слой твердых частиц и газа, содержащий емкость, имеющую оболочку и внутреннюю часть внутри указанной оболочки, содержащую насадочную систему, которая содержит по меньшей мере одну образующую структуру,

причем образующая структура содержит множество плоских пластин,

каждая пластина имеет плоскость для обеспечения направления потоков газ-твердые частицы вдоль указанной плоскости, и

пластины расположены в чередующихся пересекающихся плоскостях для обеспечения множества открытых пространств между чередующимися пересекающимися пластинами или вблизи них,

указанные плоскости чередующихся пересекающихся пластин обеспечивают по меньшей мере два различных направления потоков газ-твердые частицы для данной образующей структуры, и

по меньшей мере одна пластина содержит по меньшей мере один разрыв, который разделяет пластину по меньшей мере на первую отделенную секцию пластины и по меньшей мере вторую отделенную секцию пластины,

причем каждая отделенная секция пластины имеет плоскость, и указанный разрыв обеспечивает область для прохода в открытые пространства, и по меньшей мере один поток газа, движущийся в противоположном направлении относительно твердых частиц через насадочную систему и вызывающий псевдоожижение твердых частиц в насадочной системе с образованием псевдоожиженного слоя твердых частиц и газа,

причем плоскость второй секции пластины смещена относительно плоскости, параллельной плоскости первой секции пластины, и размещена выше или ниже первой секции пластины.

16. Псевдоожиженный слой твердых частиц и газа по п. 15, в котором множество образующих структур расположены так, что направления потоков газ-твердые частицы различны для каждой последующей смежной образующей структуры.

17. Псевдоожиженный слой твердых частиц и газа по п. 15, в котором плоскость первой секции пластины копланарна плоскости второй секции пластины или плоскость второй секции пластины смещена относительно плоскости, параллельной плоскости первой секции пластины, и размещена выше или ниже первой секции пластины.

18. Псевдоожиженный слой твердых частиц и газа по п. 15, в котором множество образующих структур обеспечивают первый уровень насадочной системы.

19. Псевдоожиженный слой твердых частиц и газа по п. 18, в котором указанная насадочная система содержит по меньшей мере второй уровень, расположенный над первым уровнем, и каждая образующая структура второго уровня расположена относительно каждой образующей структуры, расположенной непосредственно под ней в первом уровне, так, что направления потоков газ-твердые частицы в каждой образующей структуре второго уровня отличаются от направлений потоков газ-твердые частицы в каждой образующей структуре, расположенной непосредственно под ней в первом уровне.

20. Способ увеличения массопереноса между газом и твердыми частицами, включающий:

i) пропускание потока газа и твердых частиц в противоположных направлениях через насадочную систему, содержащую по меньшей мере одну образующую структуру,

причем образующая структура содержит множество плоских пластин,

каждая пластина имеет плоскость для обеспечения направления потока газ-твердые частицы вдоль указанной плоскости, и

пластины расположены в чередующихся пересекающихся плоскостях для обеспечения множества открытых пространств между чередующимися пересекающимися пластинами или вблизи них,

указанные плоскости чередующихся пересекающихся пластин обеспечивают по меньшей мере два различных направления потоков газ-твердые частицы для данной образующей структуры, и

по меньшей мере одна пластина содержит по меньшей мере один разрыв, который разделяет пластину по меньшей мере на первую отделенную секцию пластины и по меньшей мере вторую отделенную секцию пластины,

причем каждая отделенная секция пластины имеет плоскость и указанный разрыв обеспечивает область для прохода в открытые пространства; а плоскость второй секции пластины смещена относительно плоскости, параллельной плоскости первой секции пластины, и размещена выше или ниже первой секции пластины; и

ii) вызов псевдоожижения твердых частиц в насадочной системе для обеспечения массопереноса между газом и твердыми частицами.

21. Способ увеличения массопереноса между газом и твердыми частицами по п. 20, в котором множество образующих структур расположены так, что направления потоков газ-твердые частицы различны для каждой последующей смежной образующей структуры.

22. Способ увеличения массопереноса между газом и твердыми частицами по п. 20, в котором плоскость первой секции пластины копланарна плоскости второй секции пластины или плоскость второй секции пластины смещена относительно плоскости, параллельной плоскости первой секции пластины, и размещена выше или ниже первой секции пластины.

23. Способ увеличения массопереноса между газом и твердыми частицами по п. 20, в котором множество образующих структур образуют первый уровень насадочной системы.

24. Способ увеличения массопереноса между газом и твердыми частицами по п. 20, в котором указанная насадочная система содержит по меньшей мере второй уровень, расположенный над первым уровнем, и каждая образующая структура второго уровня расположена относительно каждой образующей структуры, расположенной непосредственно под ней в первом уровне, так, что направления потоков газ-твердые частицы в каждой образующей структуре второго уровня отличаются от направлений потоков газ-твердые частицы в каждой образующей структуре, расположенной непосредственно под ней в первом уровне.

Images