RU2804635C2

RU2804635C2 - Improved mixing device for downflow hydrotreatment reactor

Info

Publication number: RU2804635C2
Application number: RU2019109009A
Authority: RU
Inventors: Стив Сюйци СОНГ; Парими КРИШНИАХ; Тимоти Д. БРЕЙГ; Бретт Майкл СЭФФОРД
Original assignee: Шеврон Ю.Эс.Эй. Инк.
Priority date: 2016-09-01
Filing date: 2017-08-30
Publication date: 2023-10-03

Abstract

FIELD: chemical engineering.

SUBSTANCE: mixing device for a downflow catalytic layered reactor. The device comprises a top plate having an inner surface and a periphery; a base plate extending parallel to the top plate, the base plate having an inner surface, a periphery, and an opening of the base plate, the top and base plates being spaced apart to form an interior space of the mixing device; a plurality of inwardly directed blades that are located in the interior of the mixing device and extend perpendicularly to and between the inner surfaces of the top and base plates, and the blades are directed inward from the periphery of the top and base plates to the opening of the base plate and are distributed around the area extending from the opening of the base plate to the periphery of the top and the base plates; and a mixing zone, wherein the mixing device does not have an overflow ring extending from the inside surface of the base plate or a cap tray extending from the top plate. The invention also relates to a downstream multilayer catalytic reactor.

EFFECT: effective mixing of fluids in the space between the catalyst layers in a multilayer reactor, while the mixing device occupies a minimum of vertical space and causes a minimum pressure drop in the device.

14 cl, 8 dwg

Description

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, к которой относится изобретениеFIELD OF TECHNOLOGY to which the invention relates

[0001] В данном документе описано усовершенствованное смесительное устройство вихревого типа для гидрообрабатывающего реактора с нисходящим потоком. Такие гидрообрабатывающие реакторы с нисходящим потоком используются в области нефте- и химической переработки для проведения каталитических реакций углеводородного сырья под воздействием водорода при повышенной температуре и давлении. Подходящие области применения для гидрообработки включает гидроочистку, гидрофинишинг, гидрокрекинг и гидродепарафинизацию.[0001] This document describes an improved vortex type mixing device for a downflow hydroprocessing reactor. These downflow hydroprocessing reactors are used in petroleum and chemical refining to catalyze hydrocarbon feedstocks under the influence of hydrogen at elevated temperature and pressure. Suitable applications for hydroprocessing include hydrotreating, hydrofinishing, hydrocracking and hydrodewaxing.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИBACKGROUND OF THE ART

[0002] В гидрообрабатывающих реакторах с неподвижным слоем газообразные и жидкие реагенты (например, водород и углеводородное сырье) движутся вниз, проходя один или более слоев твердого катализатора. (См., например, патент США 4,597,854 выданный Пенику (Penick)).[0002] In fixed-bed hydroprocessing reactors, gaseous and liquid reactants (eg, hydrogen and hydrocarbon feedstocks) move downward through one or more beds of solid catalyst. (See, for example, US Patent 4,597,854 to Penick).

[0003] При движении реагентов вниз через слои катализатора реактора, реагенты контактируют с катализаторами и вступают в реакцию по выработке необходимых продуктов. При каталитической реакции потребляются газообразные реагенты, такие как водород, а также вырабатывается тепло. Управление температурой сырья при его нисходящем движении через реактор имеет большое значение для обеспечения количества и качества выхода продукта максимально приближенного к целевому продукту(ам).[0003] As reactants move down through the catalyst beds of the reactor, the reactants contact the catalysts and react to produce the desired products. The catalytic reaction consumes reactant gases such as hydrogen and also produces heat. Controlling the temperature of the feedstock as it moves downward through the reactor is of great importance to ensure the quantity and quality of product output is as close as possible to the target product(s).

[0004] Холодный водородонасыщенный газ может быть запущен между слоями катализатора для прекращения роста температуры и восполнения запаса водорода, потребленного в процессе реакций. Для поддержания высокой продуктивности реактора, температура текучих сред внутри реактора насколько это возможно должна быть максимально равномерной, а жидкости и газы должны быть хорошо смешанными для усиления производительности. Недостаточное смешивание межслойных текучих сред может ограничить производительность реактора различными способами. Когда межслойное смешивание не способно погасить радиальную разницу температур, эта разница остается или растет по мере того, как технологические текучие среды движутся вниз по реактору. Зоны перегревания в любом слое могут привести к быстрой деактивации катализатора на данном участке, что уменьшает общую продолжительность цикла реактора. Селективность продукта, как правило, ниже при высоких температурах. Например, наличие зон перегревания может привести к несоответствию цвета, вязкости и других характеристик продукта техническим характеристикам. Кроме того, если температура в любой точке отклоняется от определенной величины (как правило, от 427 С до 455 С (от 800 до 850°F)), экзотермические реакции могут стать самоускоряющимися, что приведет к аварийной ситуации, которая может нанести вред катализатору, корпусу реактора или следующего за ним оборудованию.[0004] Cold hydrogen-rich gas can be introduced between the catalyst beds to stop the temperature rise and replenish the supply of hydrogen consumed during the reactions. To maintain high reactor productivity, the temperature of the fluids inside the reactor should be as uniform as possible, and the liquids and gases should be well mixed to enhance productivity. Insufficient mixing of interlayer fluids can limit reactor performance in a variety of ways. When interlayer mixing fails to cancel the radial temperature difference, the difference remains or grows as the process fluids move down the reactor. Hot spots in any bed can cause rapid deactivation of the catalyst in that area, reducing the overall reactor cycle time. Product selectivity is generally lower at higher temperatures. For example, the presence of hot spots may cause the color, viscosity, and other characteristics of the product to not meet specifications. In addition, if the temperature at any point deviates from a certain value (typically 427 C to 455 C (800 to 850 °F)), exothermic reactions can become self-accelerating, leading to an emergency that can damage the catalyst. the reactor vessel or subsequent equipment.

[0005] Ввиду этих опасностей, обрабатывающие установки с минимальным внутренним оборудованием реактора должны пожертвовать выходом и/или производительностью во избежание вредного воздействия недостаточного межслойного смешивания текучих сред. Уменьшить неравномерное распределение температуры и зон перегревания в реакторе возможно с помощью смешения и уравновешивания реагентов между слоями катализатора, корректируя любую неравномерность температуры и потока, а также минимизируя падение давления. Смешение текучих сред между слоями катализаторов может быть достигнуто благодаря использованию распределительных узлов и смесительных камер. Вследствие того, что современная экономика переработки диктует такие правила, при которых гидрообрабатывающие узлы работают со скоростями подпитки значительно превышающие проектные, то оптимальное межслойное перемешивание текучих сред является ценной и малозатратной модернизацией.[0005] Because of these hazards, processing plants with minimal reactor internals must sacrifice yield and/or throughput to avoid the detrimental effects of insufficient interlayer fluid mixing. It is possible to reduce the uneven distribution of temperature and hot zones in the reactor by mixing and equilibrating the reactants between the catalyst layers, correcting any unevenness in temperature and flow, and minimizing the pressure drop. Mixing of fluids between catalyst beds can be achieved through the use of distribution units and mixing chambers. Due to the fact that modern processing economics dictates rules in which hydroprocessing units operate at feed rates significantly higher than designed, optimal interlayer mixing of fluids is a valuable and low-cost modernization.

[0006] Распределительные узлы могут быть использованы для объединения, смешивания и распределения текучих сред в межслойной области многослойного каталитического реактора. Распределительные узлы, как правило, содержат воронки для сбора и смешивания жидкостей и газов, которые поступают из вышележащего слоя катализатора, и смесительного устройства или камеры, расположенной по центру воронки, в которую поступают жидкости из воронки для дальнейшего смешивания жидкостей и газов.[0006] Distribution assemblies can be used to combine, mix and distribute fluids in the interlayer region of a multilayer catalytic reactor. Distribution units typically contain funnels for collecting and mixing liquids and gases that come from the overlying catalyst bed, and a mixing device or chamber located in the center of the funnel into which liquids from the funnel flow for further mixing of liquids and gases.

[0007] Смесительное устройство является ключевым компонентом многих распределительных узлов потому, что оно обеспечивает эффективное и тщательное смешивание жидкостей/газов и помогает избежать зон перегрева и неравномерного распределения температур.[0007] The mixing device is a key component of many distribution assemblies because it provides efficient and thorough mixing of liquids/gases and helps avoid hot spots and uneven temperature distributions.

[0008] Смесительное устройство оснащено как минимум одним впускным отверстием для забора жидкости из воронки и как минимум одним выпускным отверстием для направления потока в сторону нижележащих слоев катализатора. Конструкции смесительных устройств могут быть разнообразными, включая барьерные конструкции смесителей, такие как ленточные смесители, а также смесители дискового и шайбового типа, которые способствуют смешиванию путем смены направления движения жидкостей и газов.[0008] The mixing device is equipped with at least one inlet for drawing liquid from the funnel and at least one outlet for directing flow towards the underlying catalyst beds. Mixing device designs can be varied, including barrier mixer designs such as ribbon mixers, as well as disc and washer type mixers, which promote mixing by changing the direction of movement of liquids and gases.

[0009] Кроме того, конструкция смесительного устройства может быть центробежного или вихревого типа. В таком типе конструкции смесительного устройства собираются потоки жидкостей и газов, которые движутся вниз по реактору, и затем поступают в центробежную камеру, которая совершает несколько оборотов, после чего эти жидкости и газы направляются вниз через отверстие, расположенное по центру.[0009] In addition, the design of the mixing device may be of a centrifugal or vortex type. In this type of mixing device design, streams of liquids and gases that move down the reactor are collected and then enter a centrifugal chamber, which rotates several times, after which these liquids and gases are directed down through a hole located in the center.

[0010] В случае наличия, смесительное устройство, как правило, находится в межслойном пространстве между слоями катализатора реакторе. Межслойное пространство во многих реакторах является ограниченным в силу наличия опорных балок, трубок и других препятствий, которые занимают межслойное пространство. Вследствие таких ограничений пространства специализированное оборудование, такое как смесительное устройство, адаптированное по размерам к имеющемуся пространству, должно выполнять эффективное двухфазовое смешивание в объемах, отвечающих ограниченному пространству. Кроме того распределительные узлы меньшей высоты могут привести к увеличению загрузочного объема катализатора при том же объеме реактора, тем самым усиливая эффективность использования объема реактора.[0010] If present, the mixing device is typically located in the interlayer space between the catalyst layers of the reactor. The interlayer space in many reactors is limited due to the presence of support beams, tubes and other obstructions that occupy the interlayer space. Due to these space constraints, specialized equipment, such as a mixing device, sized to fit the available space, must perform efficient two-phase mixing in volumes that accommodate the limited space. In addition, distribution units of lower height can lead to an increase in the loading volume of the catalyst for the same reactor volume, thereby increasing the efficiency of use of reactor volume.

[0011] Различные типы смесительных устройств описываются во множестве патентов; см., например, публикация заявки на патент США 2014/0231308. Данное изобретение представляет определенные модификации по сравнению с предыдущими известными в данной области техники смесительными устройствами вихревого типа, такими как описанными в патентах США 9,079,141 и 8,017,095.[0011] Various types of mixing devices are described in many patents; see, for example, US patent application publication 2014/0231308. The present invention represents certain modifications over previous vortex-type mixing devices known in the art, such as those described in US Pat. Nos. 9,079,141 and 8,017,095.

[0012] В силу важности надлежащего межслойного смешивания текучих сред для продолжительности срока службы катализатора, высокой выработки, длительной продолжительности цикла и общей производительности реактора, необходимым является использование смесительных устройств. По-прежнему существует необходимость использования смесительных устройств, занимающих минимум вертикального пространства, а также таких, которые вызывают минимальный перепад давления в устройстве, которые в то же время могут быть установлены в качестве модернизации на существующих реакторах с ограниченным межслойным пространством.[0012] Due to the importance of proper interlayer fluid mixing to catalyst life, high yield, long cycle times and overall reactor performance, the use of mixing devices is necessary. There continues to be a need for mixing devices that occupy a minimum of vertical space, as well as those that cause a minimum pressure drop across the device, while still being able to be installed as a retrofit on existing reactors with limited interlayer space.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯSUMMARY OF THE INVENTION

[0013] Данное изобретение касается смесительного устройства вихревого типа для гидрообрабатывающего реактора с нисходящим потоком. Благодаря смесительному устройству достигается более эффективное смешивание текучих сред в пространстве между слоями катализатора в многослойном реакторе. Смесительное устройство обеспечивает эффективное смешивание существующих смесительных объемов, смешивая газообразные и жидкие вещества двухфазной системы, в то же время, обеспечивая сниженное падение давления в смесительном устройстве по сравнению с другими смесительными устройствами вихревого типа. Устройство хорошо подходит для установки в качестве модернизации благодаря своим относительно небольшим размерам, кроме того, его размеры могут быть адаптированы под новые конструкции для достижения эффективного смешивания текучих сред в межслойном пространстве многослойного реактора. В совокупности с дополнительными смесительными и распределительными компонентами многослойного реактора с нисходящим потоком, включая, к примеру, направляющие форсунки, смесительное устройство обеспечивает эффективное смешивание веществ в жидком и газообразном состояниях, а также смешивание жидких и газообразных фаз вместе.[0013] This invention relates to a vortex type mixing device for a downflow hydroprocessing reactor. Thanks to the mixing device, more efficient mixing of fluids in the space between the catalyst layers in a multilayer reactor is achieved. The mixing device provides efficient mixing of existing mixing volumes, mixing gaseous and liquid substances of a two-phase system, while providing a reduced pressure drop in the mixing device compared to other vortex type mixing devices. The device is well suited for retrofit installation due to its relatively small size, and its dimensions can be adapted to new designs to achieve efficient mixing of fluids in the interlayer space of a multilayer reactor. Together with additional mixing and distribution components of the downflow stack reactor, including, for example, guide nozzles, the mixing device provides efficient mixing of liquid and gaseous substances, as well as mixing liquid and gaseous phases together.

[0014] Смесительное устройство состоит из верхней плиты имеющую внутреннюю поверхность и базовой плиты, расположенной параллельно к верхней плите. Базовая плита имеет внутреннюю поверхность и отверстие базовой плиты. Как у верхней, так и у базовой плит, имеется периферия, определяющая внешние края этих плит. Множество направленных в середину лопаток расположено перпендикулярно и находятся между внутренними поверхностями верхней и базовой плит, при этом верхняя и базовая плиты разделены таким образом, что между плитами имеется внутреннее пространство для размещения лопаток и текучих сред реактора. Лопатки направлены внутрь от периферии верхней и базовой плит к отверстию базовой плиты и вкруговую разнесены по площади расположенной между отверстием базовой плиты и периферией верхней и базовых плит. Смесительное устройство содержит зону смешивания, которая, как правило, занимает пространство от отверстия базовой плиты до приемной зоны смешивающего устройства, при этом приемная зона расположена между смежными лопатками. В отличие от некоторых предшествующих устройств подобного типа в данной области техники, например, патент США 9,079,141, данное смешивающее устройство не имеет переливного кольца, которое проходит от внутренней поверхности базовой плиты, или колпачковой тарелки, проходящей от внутренней поверхности верхней плиты.[0014] The mixing device consists of a top plate having an internal surface and a base plate located parallel to the top plate. The base plate has an inner surface and a base plate opening. Both the top and base slabs have a periphery that defines the outer edges of the slabs. A plurality of centrally directed blades are arranged perpendicularly and located between the internal surfaces of the top and base plates, the top and base plates being separated such that there is an internal space between the plates to accommodate the blades and reactor fluids. The blades are directed inward from the periphery of the top and base plates to the hole of the base plate and are spaced around in an area located between the hole of the base plate and the periphery of the top and base plates. The mixing device includes a mixing zone, which typically extends from the base plate opening to the mixing device receiving area, the receiving area being located between adjacent blades. Unlike some prior devices of this type in the art, such as US Pat. No. 9,079,141, this mixing device does not have an overflow ring that extends from the inside surface of the base plate or a cap plate that extends from the inside surface of the top plate.

[0015] Изобретение также касается многослойного каталитического реактора с нисходящим потоком, состоящего из верхнего и нижнего слоев катализатора, расположенных на внутренней поверхности реактора, при этом межслойный распределительный узел расположен между верхним и нижним слоем катализатора и содержит смесительное устройство в соответствии с данным изобретением.[0015] The invention also relates to a multilayer downflow catalytic reactor consisting of an upper and lower catalyst bed located on an internal surface of the reactor, wherein an interlayer distribution assembly is located between the upper and lower catalyst bed and contains a mixing device in accordance with the present invention.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ГРАФИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВBRIEF DESCRIPTION OF GRAPHIC MATERIALS

[0016] На фиг. 1-7 изображены виды смесительного устройства согласно изобретению. Объем изобретения не ограничивается этими репрезентативными фигурами и должен трактоваться в соответствии с пунктами формулы заявки.[0016] In FIG. 1-7 show views of a mixing device according to the invention. The scope of the invention is not limited to these representative figures and should be construed in accordance with the claims of the application.

[0017] Фиг. 1 представляет собой схематический вид варианта реализации смесительного устройства согласно изобретению, расположенному между слоями многослойного каталитического реактора.[0017] FIG. 1 is a schematic view of an embodiment of a mixing device according to the invention located between the layers of a multilayer catalytic reactor.

[0018] Фиг. 2 представляет собой поперечное сечение смесительного устройства согласно изобретению.[0018] FIG. 2 is a cross-section of a mixing device according to the invention.

[0019] Фиг. 3 представляет собой изометрический вид половины смесительного устройства 26 согласно изобретению.[0019] FIG. 3 is an isometric view of half of a mixing device 26 according to the invention.

[0020] Фиг. 4 представляет собой вид смесительного устройства сверху.[0020] FIG. 4 is a top view of the mixing device.

[0021] Фиг. 4 ВАРИАНТ представляет собой альтернативный вид сверху смесительного устройства согласно изобретению, на котором проиллюстрировано опциональные отверстия в верхней плите.[0021] FIG. 4 OPTION is an alternative top view of a mixing device according to the invention, illustrating optional openings in the top plate.

[0022] Фиг. 5 представляет собой вид сверху на расположение искривленных внутрь лопаток согласно изобретению.[0022] FIG. 5 is a top view of the arrangement of inwardly curved blades according to the invention.

[0023] Фиг. 6 представляет собой изометрический вид пластины для сборки, на котором изображено расположение подающего стакана с щелевидными прорезями согласно изобретению.[0023] FIG. 6 is an isometric view of the assembly plate showing the arrangement of the slotted feed cup according to the invention.

[0024] Фиг. 7 представляет собой вид в поперечном сечении части пластины для сборки, на котором подробно изображен подающий стакан с щелевидными прорезями.[0024] FIG. 7 is a cross-sectional view of a portion of the assembly plate, detailing a feed cup with slot-like slits.

ОПИСАНИЕ предпочтительных вариантов осуществления ИЗОБРЕТЕНИЯDESCRIPTION OF PREFERRED EMBODIMENTS OF THE INVENTION

[0025] Смесительное устройство вихревого типа согласно данному изобретению обеспечивает преимущества по сравнению со смешивающими устройствами вихревого типа, известными в данной области техники. К таким преимуществам относятся уменьшенный занимаемый вертикальный объем в реакторе (уменьшение пространства в реакторе за счет межслойных распределительных узлов), высокая производительность, усиленное смешивание, сниженный перепад давления и улучшенная общая производительность реактора. Конкретные варианты реализации изобретения и преимущества являются очевидными из подробного описания, представленного в этом документе. Однако следует понимать, что подробное описание, фигуры и какие-либо конкретные примеры хоть и показывают практическую значимость вариантов реализации изобретения, в том числе предпочтительные варианты, предназначены исключительно для иллюстрации и ни в коей мере не ограничивают объем изобретения.[0025] The vortex-type mixing device of the present invention provides advantages over vortex-type mixing devices known in the art. These benefits include reduced vertical reactor volume (reduced reactor space due to interlayer distribution assemblies), high throughput, enhanced mixing, reduced pressure drop, and improved overall reactor performance. Specific embodiments of the invention and advantages will be apparent from the detailed description provided herein. However, it should be understood that the detailed description, figures and any specific examples, although they show the practical significance of embodiments of the invention, including preferred embodiments, are intended for illustration purposes only and in no way limit the scope of the invention.

[0026] Данное изобретение касается смесительного устройства вихревого типа для многослойного гидрообрабатывающего реактора. На фиг. 1 проиллюстрировано вид в поперечном сечении части многослойного реактора с нисходящим потоком 10. Реактор 10 содержит корпус 12, верхний и нижний слои катализатора (14 и 16 соответственно), содержащих уплотненные каталитические экструдаты. Каждый слой катализатора 14, 16 поддерживается сеточным экраном 18 (проиллюстрировано только для слоя катализатора 14), который состоит из опорной решетки, опциональной материи и экрана, которые хорошо известны в области техники. Сеточный экран установлен на параллельных опорных балках 20, которые находятся горизонтально по отношению к внутренним стенкам 22 корпуса реактора, и проходят вверх в слой катализатора 14.[0026] This invention relates to a vortex type mixing device for a multi-layer hydroprocessing reactor. In fig. 1 illustrates a cross-sectional view of a portion of a multilayer downflow reactor 10. Reactor 10 includes a housing 12, upper and lower catalyst beds (14 and 16, respectively) containing compacted catalyst extrudates. Each catalyst layer 14, 16 is supported by a mesh screen 18 (illustrated for catalyst layer 14 only), which consists of a support grid, optional fabric, and screen that are well known in the art. The mesh screen is mounted on parallel support beams 20, which are horizontal with respect to the internal walls 22 of the reactor vessel, and extend upward into the catalyst layer 14.

[0027] Межслойный распределительный узел 24 располагается вертикально между слоями катализатора 14, 16. Межслойный распределительный узел 24 содержит смесительное устройство вихревого типа 26 согласно изобретению. Смесительное устройство 26 расположено под слоем катализатора 14 и герметично соединено с пластиной для сборки 28, адаптированной для приема и смешивания жидкостей и газов, спускающихся вниз из находящегося сверху слоя катализатора. Входная трубка 30 для охлаждающего газа распределяет охлажденный газ (например, водород) по зоне над смесительным устройством 26.[0027] The interlayer distribution assembly 24 is positioned vertically between the catalyst layers 14, 16. The interlayer distribution assembly 24 includes a vortex-type mixing device 26 according to the invention. The mixing device 26 is located below the catalyst bed 14 and is sealed to an assembly plate 28 adapted to receive and mix liquids and gases flowing down from the catalyst bed above. The cooling gas inlet tube 30 distributes the cooled gas (e.g., hydrogen) throughout the area above the mixing device 26.

[0028] Фиг. 2 представляет собой вид в поперечном сечении смесительного устройства 26, фиг. 3 представляет собой изометрический вид половины смесительного устройства 26, а именно разрез 26а, а фиг. 4 представляет собой вид смесительного устройства 26 сверху. На фиг. 4 ВАРИАНТ изображен альтернативный вид сверху смесительного устройства с отверстиями 74, распределенными по верхней плите.[0028] FIG. 2 is a cross-sectional view of the mixing device 26, FIG. 3 is an isometric view of half of the mixing device 26, namely a section 26a, and FIG. 4 is a top view of the mixing device 26. In fig. 4 OPTION shows an alternative top view of the mixing device with holes 74 distributed along the top plate.

[0029] Смесительное устройство имеет базовую плиту 32 с внутренней поверхностью 32а, которое герметично установлено на пластине для сборки 28 (фиг. 1), и верхнюю плиту 34 с внутренней поверхностью верхней плиты 34a, которая находится преимущественно горизонтально по отношению к базовой плите 32. Опционально в верхней плите могут быть выполнены определенные отверстия 74, расположенные в верхней части смесительного устройства для прохождения газа, как изображено на ФИГ. 4 ВАРИАНТ. Собирающая пластина 28 собирает текучие среды, спускающиеся вниз из слоя катализатора, расположенного выше.[0029] The mixing device has a base plate 32 with an inner surface 32a that is sealed to the assembly plate 28 (FIG. 1), and a top plate 34 with an inner surface of the top plate 34a that is substantially horizontal to the base plate 32. Optionally, certain openings 74 may be provided in the top plate located at the top of the mixing device for gas passage, as shown in FIG. 4 OPTION. Collecting plate 28 collects fluids flowing down from the catalyst bed located above.

[0030] Множество расположенных в шахматном порядке, направленных внутрь или, более конкретно, искривленных внутрь, лопаток 36 закреплены на внутренних поверхностях базовой и верхней плит и расположены перпендикулярно к внутренним поверхностям базовой и верхней плит 32а и 34а соответственно. Лопасти 36 предпочтительно находятся в герметичном сообщении с внутренними поверхностями 32а и 34а базовой и верхней плиты соответственно. Количество лопаток, как правило, от 3 до 8, оптимально от 4 до 6. Как показано на фиг. 4 и 4 ВАРИАНТ, лопаток может быть 6, при этом они расположены в зоне от периферии базовой плиты до отверстия базовой плиты 46. Лопатки могут быть прямыми или искривленными, при этом предпочтительным является искривленный внутрь тип (фиг. 4).[0030] A plurality of staggered, inwardly directed, or more specifically inwardly curved vanes 36 are secured to the inner surfaces of the base and top plates and are positioned perpendicular to the inner surfaces of the base and top plates 32a and 34a, respectively. The blades 36 are preferably in sealed communication with the internal surfaces 32a and 34a of the base and top plates, respectively. The number of blades is usually from 3 to 8, optimally from 4 to 6. As shown in Fig. 4 and 4 OPTION, there may be 6 blades, and they are located in the area from the periphery of the base plate to the hole of the base plate 46. The blades can be straight or curved, with the inwardly curved type being preferred (Fig. 4).

[0031] Как показано на фиг. 4, каждая лопатка имеет внешний конец 38, прикрепленный около периферии верхней пластины 34, и внутренний край 40, расположенный около зоны смешивания (как описано ниже в данном документе) смесительного устройства 26. Открытое пространство между лопатками 36 определяет множество входных зон 42 смесительного устройства, а каждая входная зона 42 определяется как зона, ограниченная смежными лопатками 36 и их соответствующими внутренними и внешними концами 38 и 40.[0031] As shown in FIG. 4, each paddle has an outer end 38 attached near the periphery of the top plate 34, and an inner edge 40 located near the mixing zone (as described later herein) of the mixing device 26. The open space between the paddles 36 defines a plurality of mixing device inlet zones 42, and each inlet zone 42 is defined as a zone defined by adjacent blades 36 and their respective inner and outer ends 38 and 40.

[0032] Собирающая пластина 28 имеет отверстие, определенное краем 60, и стакан 62 (иногда упоминаемый как райзер), представляющий собой подающий стакан с щелевидными прорезями, который находится около отверстия собирающей пластины 60, которое проходит от собирающей пластины 28 до зоны смешивания. Подающий стакан 62 с щелевидными прорезями имеет верхний край 64 и находится в зоне смешивания. Высота подающего стакана с щелевидными прорезями, как правило, составляет 25-75% от расстояния между верхней и базовой плитами. Как показано на фиг. 6, отверстие собирающей пластины и подающего стакана с щелевидными прорезями могут быть круглыми, при этом подающий стакан с щелевидными прорезями называют подающей трубкой. Как правило, подающий стакан с щелевидными прорезями имеет прорези 58 в районе верхнего края по периферии верхнего края подающего стакана с щелевидными прорезями (фиг. 2 и 7). Отверстие собирающей пластины 60 имеет диаметр 60а (фиг. 2).[0032] The collection plate 28 has an opening defined by edge 60 and a cup 62 (sometimes referred to as a riser), which is a slotted feed cup that is located near an opening of the collection plate 60 that extends from the collection plate 28 to the mixing zone. The slotted feed cup 62 has an upper edge 64 and is located in the mixing zone. The height of the slotted feed cup is usually 25-75% of the distance between the top and base plates. As shown in FIG. 6, the hole of the collecting plate and the slotted feed cup may be round, and the slotted feed cup is called a feed tube. Typically, the slotted feed cup has slits 58 in the top edge region around the periphery of the top edge of the slotted feed cup (FIGS. 2 and 7). The hole of the collecting plate 60 has a diameter of 60a (Fig. 2).

[0033] В процессе работы углеводородная жидкость стекает вниз со слоя катализатора 14 через сеточный экран 18 на кольцеобразную собирающую пластину 28. Газ из верхнего каталитического пласта 14 смешанный с охлажденным газом (например, газообразным водородом), который подается через трубку 30 подачи охлажденного газа, заполняет пустоты между жидкостью, собранной на собирающей пластине 28, и каталитическим пластом 14.[0033] During operation, hydrocarbon liquid flows down from the catalyst bed 14 through the mesh screen 18 onto the annular collecting plate 28. Gas from the upper catalyst bed 14 is mixed with cooled gas (for example, hydrogen gas) which is supplied through the cooled gas supply tube 30, fills the voids between the liquid collected on the collecting plate 28 and the catalytic layer 14.

[0034] Жидкость и газ поступают в смесительное устройство 26 через входные зоны 42 смесительного устройства, причем лопатки 36 направляют жидкость и газ вдоль поверхности в виде дугообразного или кругового потока, когда жидкость и газ поступают в зону смешивания смесительного устройства 26. Жидкость и газ направляются вверх через верхний конец 64 подающего стакана с щелевидными прорезями и в подающий стакан 62 с щелевидными прорезями. Жидкость и газ смешиваются до определенной степени и выходят вниз с подающего стакана 62 с щелевидными прорезями, как правило в лоток с множеством перфораций, сливных отверстий или форсунок, а потом - на нижний слой катализатора 16. Внутренняя поверхность подающего стакана 62 с щелевидными прорезями, как правило, содержит перфорированные спиральные пластины для улучшения смешивания газа/жидкостей во время стекания в подающий стакан 62 с щелевидными прорезями.[0034] Liquid and gas enter the mixing device 26 through the inlet zones 42 of the mixing device, with the blades 36 directing the liquid and gas along the surface in an arc-shaped or circular flow as the liquid and gas enter the mixing zone of the mixing device 26. The liquid and gas are directed up through the top end of the slotted feed cup 64 and into the slotted feed cup 62. The liquid and gas mix to a certain extent and flow down from the slotted feed cup 62, usually into a tray with many perforations, drain holes or nozzles, and then onto the bottom layer of catalyst 16. The inner surface of the slotted feed cup 62, like typically comprises perforated spiral plates to enhance gas/liquid mixing as it flows into the slotted feed cup 62.

[0035] Описанное в данном патенте смесительное устройство 26 разработано для использования в крупном гидрообрабатывающем реакторе для обработки тысяч или десятков тысяч баррелей сырья в день (1 баррель = 43 галлона; 164 литра). Как правило, диаметр смесительного устройства 26 достигает метра и более в силу материалов, использованных для создания устройства 26 (например, листовая сталь толщиной ¼" - ½"), и весит несколько сотен фунтов (1 фунт = 0,454 кг).[0035] The mixing device 26 described in this patent is designed for use in a large hydroprocessing reactor to process thousands or tens of thousands of barrels of feedstock per day (1 barrel = 43 gallons; 164 liters). Typically, the diameter of the mixing device 26 is a meter or more due to the materials used to construct the device 26 (eg, ¼" - ½" thick sheet steel), and weighs several hundred pounds (1 lb = 0.454 kg).

[0036] Смесительное устройство 26 согласно данному изобретению может быть собрано на месте путем сварки или иного типа соединения отдельных компонентов для получения конструкции готового устройства 26. Сборка устройства 26 подобным методом на месте может занять несколько дней, что приводит к задержке начала запуска реактора. В случаях, когда устройство 26 используется для модернизации существующего реактора, желательным является сократить до минимума количество работ по сборке внутри корпуса реактора (ввиду угроз безопасности, таких как возможное воспламенение остаточных углеводородных материалов в реакторе).[0036] The mixing device 26 of the present invention may be assembled on site by welding or otherwise joining individual components to form the finished device 26. Assembly of the device 26 by this method on site can take several days, delaying the start of the reactor. In cases where apparatus 26 is used to retrofit an existing reactor, it is desirable to reduce the amount of assembly work within the reactor vessel to a minimum (due to safety hazards such as possible ignition of residual hydrocarbon materials in the reactor).

[0037] С целью уменьшения временных затрат на сооружение нового реактора или модернизацию существующего реактора компоненты смесительно устройства 26 желательно предварительно собрать в отдельные сборочные узлы, которые в свою очередь размещаются в реакторе и собираются в готовое смесительное устройство 26.[0037] In order to reduce the time spent on constructing a new reactor or upgrading an existing reactor, the components of the mixing device 26 are desirable to be pre-assembled into separate subassemblies, which in turn are placed in the reactor and assembled into the finished mixing device 26.

[0038] В одном из вариантов реализации изобретения, проиллюстрированном на фиг. 2, 3 и 4, смесительное устройство собирается из двух сборочных узлов 26a, 26b, каждый из которых является половиной смесительного устройства 26. Каждый сборочный узел 26a, 26b оснащен одной или более монтажными проушинами 66 и 68 соответственно. Монтажные проушины 66 и 68 специально разработаны для крепления узлов 26a, 26b к подъемнику, крану или другому устройству, которое сможет опустить узел в реактор и маневрировать им до установки в необходимом месте.[0038] In one embodiment of the invention illustrated in FIG. 2, 3 and 4, the mixing device is assembled from two subassemblies 26a, 26b, each of which is half of the mixing device 26. Each subassembly 26a, 26b is equipped with one or more mounting lugs 66 and 68, respectively. Mounting lugs 66 and 68 are specifically designed to secure the assemblies 26a, 26b to a hoist, crane, or other device that can lower the assembly into the reactor and maneuver it until it is installed in the desired location.

[0039] Каждый узел 26a, 26b снабжен стыковочным фланцем 70 и 72 соответственно, в котором имеется множество отверстий, через которые может быть вставлена комбинация гайки/болта (или другое подходящее крепежное устройство) для фиксации узлов 26a, 26b во время установки. Узлы 26a, 26b могут быть разобраны в период между операциями во время технического осмотра для того, чтобы обеспечить доступ до участков над и под смесительным устройством 26. Смесительное устройство 26 может быть прикреплено к собирающей пластине путем совмещения отверстий по периметру в базовой плите 32 с точками крепления на собирающей пластине 76.[0039] Each assembly 26a, 26b is provided with a mating flange 70 and 72, respectively, which has a plurality of holes through which a nut/bolt combination (or other suitable fastening device) can be inserted to secure the assemblies 26a, 26b during installation. Assemblies 26a, 26b may be disassembled between operations during maintenance to provide access to areas above and below the mixing device 26. The mixing device 26 may be secured to the collection plate by aligning the perimeter holes in the base plate 32 with the points fastenings on the collecting plate 76.

[0040] Расположение искривленных внутрь лопаток 36 изображено на фиг. 5. Проиллюстрирована окружность R1, представляющая внешний диаметр смесительного устройства 26, как предписано технологическими гидравлическими расчетами, которые обычно применяются специалистами в данной области техники, а также окружность R3, представляющая собой внутренний диаметр входных зон 42 смесительного устройства, также рекомендуемая технологическими гидравлическими расчетами. Окружность R2 находится на середине радиального расстояния между R1 и R3.[0040] The arrangement of the inwardly curved blades 36 is shown in FIG. 5. Illustrated is a circle R1 representing the outer diameter of the mixing device 26, as prescribed by process hydraulic calculations commonly used by those skilled in the art, as well as a circle R3 representing the inside diameter of the mixing device inlet areas 42, also recommended by process hydraulic calculations. Circle R2 is at the midpoint of the radial distance between R1 and R3.

[0041] Угол ʺAʺ на фиг. 5 представляет собой угловое смещение внешнего конца одной лопатки по отношению к внутреннему концу соседней лопатки, что приводит к радиальному «перекрыванию» внутреннего конца 40 лопатки более широкой частью внешнего конца 38 смежной лопатки (см. фиг. 4). Не ограничиваясь конкретными значениями, значение оптимального угла А может быть 15° для 4-лопаточной системы, 10° для 6-лопаточной системы, и 8° для 8-лопаточной системы. Угол ʺBʺ представляет собой радиальное расстояние, которое лопатка 36 занимает в зоне между R1 и R3. Типичное неограничивающее значение для угла В составляет 360°/(количество лопаток). Под углом ʺAʺ, внутренняя поверхность лопатки 36 пересекается с R1. Под углом, который является суммой углов ʺAʺ и ʺBʺ (A+B), внутренняя поверхность лопатки 36 пересекается с R3. Под углом, равным A+B/2, внутренняя поверхность лопатки 36 пересекается с R2.[0041] Angle ʺAʺ in FIG. 5 represents the angular displacement of the outer end of one blade relative to the inner end of an adjacent blade, resulting in radial "overlap" of the inner end 40 of the blade by the wider portion of the outer end 38 of the adjacent blade (see FIG. 4). Without being limited to specific values, the optimal angle A may be 15° for a 4-blade system, 10° for a 6-blade system, and 8° for an 8-blade system. Angle ʺBʺ represents the radial distance that the blade 36 occupies in the area between R1 and R3. A typical non-limiting value for Angle B is 360°/(number of blades). At an angle "A", the inner surface of the blade 36 intersects with R1. At an angle that is the sum of angles ʺAʺ and ʺBʺ (A+B), the inner surface of the blade 36 intersects with R3. At an angle equal to A+B/2, the inner surface of the blade 36 intersects with R2.

[0042] Расстояние ʺDʺ между смежными лопатками в зоне перекрывания (например, расстояние R1 - R3 на фиг. 5) может быть изменено для определения входной зоны 42 (фиг. 4 и 5). В одном из аспектов изобретения, расстояние ʺDʺ является большим, чем в известных смесительных устройствах вихревого типа, в частности, как описано в патенте США 9,079,141. Предпочтительно, что ʺDʺ составляет по меньшей мере на около 5%, а наиболее предпочтительно по меньшей мере на около 10% больше чем в таких устройствах известного уровня техники.[0042] The distance ʺDʺ between adjacent blades in the overlap zone (eg, the distance R1 - R3 in Fig. 5) can be changed to define the inlet zone 42 (Figs. 4 and 5). In one aspect of the invention, the distance ʺDʺ is greater than in known vortex-type mixing devices, particularly as described in US Pat. No. 9,079,141. Preferably, ʺDʺ is at least about 5%, and most preferably at least about 10%, greater than such prior art devices.

[0043] Вышеприведенное описание варианта реализации изобретения предназначено главным образом для иллюстративных целей, при этом следует признать, что могут быть различные варианты реализации изобретения, которые все же будут включать в себя сущность изобретения. При определении объема изобретения необходимо сделать ссылку на следующую формулу изобретения.[0043] The above description of an embodiment of the invention is intended primarily for illustrative purposes, it should be recognized that there may be various embodiments of the invention that will still include the essence of the invention. In defining the scope of the invention, reference must be made to the following claims.

Claims

1. A mixing device for a downflow multilayer catalytic reactor, comprising:

a. a top plate having an inner surface and a periphery;

b. a base plate extending parallel to the top plate, the base plate having an inner surface, a periphery and a base plate opening, the top and base plates being separated by a distance to form an interior space of the mixing device;

c. a plurality of inwardly directed vanes that are located in the interior of the mixing device and extend perpendicularly to and between the internal surfaces of the top and base plates, the vanes extending inwardly from the periphery of the top and base plates to the base plate opening and distributed around an area extending from the base plate opening to the periphery top and base plates; And

d. mixing zone,

wherein the mixing device does not have an overflow ring extending from the inner surface of the base plate or a cap plate extending from the top plate.

2. The mixing device according to claim 1, characterized in that the hole in the base plate is round.

3. Mixing device according to claim 1, characterized in that the blades are straight or curved.

4. Mixing device according to claim 3, characterized in that the blades are curved inward.

5. The mixing device according to claim 1, characterized in that each blade consists of an outer end, on the periphery side of the upper plate, and an inner end, on the mixing zone side, while the mixing device additionally has a plurality of input zones limited by an area limited by adjacent blades, as well as the inner and outer ends of the corresponding blades.

6. Mixing device according to claim 5, characterized in that the mixing zone is limited to the area between the top and base plates, with the exception of areas defined as input zones.

7. The mixing device according to claim 5, characterized in that the inner end of each blade radially overlaps the outer edge of the adjacent blade.

8. Multilayer downflow catalytic reactor containing:

upper and lower layers of catalyst, which are located inside the reactor vessel having an internal surface;

an interlayer distribution unit, which is located between the upper and lower catalyst layers;

an interlayer distribution assembly consisting of a mixing device according to claim 1, sealedly connected to a collecting plate with a collecting plate opening and a cup that extends from the collecting plate adjacent to the collecting plate opening, the cup extending through the base plate opening into the mixing area of the mixing device.

9. The reactor according to claim 8, characterized in that the hole of the base plate, the hole of the collecting plate and the glass are round, and the diameter of the hole of the base plate exceeds the diameter of the glass.

10. The reactor according to claim 8, characterized in that the blades are straight or curved.

11. The reactor according to claim 10, characterized in that the blades are curved inward.

12. The reactor according to claim 8, characterized in that each blade of the mixing device contains an outer end, on the periphery side of the upper plate, and an inner end, on the side of the mixing zone, and the mixing device has a plurality of incoming zones limited by the area limited by adjacent blades, as well as the inner and outer ends of the corresponding blades.

13. The reactor according to claim 12, characterized in that the mixing zone of the mixing device is limited to the area between the top and base plates, with the exception of the zones defining the inlet zones.

14. The reactor according to claim 12, characterized in that the inner end of each blade radially overlaps the outer end of the adjacent blade.