RU2816824C2

RU2816824C2 - Catalytic reactor with floating particle catcher

Info

Publication number: RU2816824C2
Application number: RU2022101720A
Authority: RU
Inventors: Марк Нюбо ХАММЕР; Клаус Рисбьерг ЯРЛКОВ; Расмус Аскер КАЛУНДАНН
Original assignee: Хальдор Топсёэ А/С
Priority date: 2019-06-27
Filing date: 2020-06-19
Publication date: 2024-04-05

Abstract

FIELD: chemistry.

SUBSTANCE: invention relates to a catalytic chemical reactor with separation of particles. More specifically, the invention relates to a reactor with a particle separator, which is supported by a catalyst layer inside the reactor. Catalytic reactor includes a catalyst bed, at least one floating particle catcher unit, which is a combined assembly of a particle catcher and a fluid distributor, adapted to catch particles and impurities from the process fluid entering the catalytic reactor before they reach the catalyst bed, and uniform distribution of the process fluid over the top of the catalyst bed, wherein said floating particle catcher unit includes: a base section including an upper surface of the base section, a lower surface of the base section, which is made with possibility of floating support on the catalyst bed, screen and particle catcher unit outlet; channel, in the upper part of which there is an inlet of the particle catcher unit; a particle catching surface located above and near the upper part of the catalyst bed and configured to catch and retain said particles and impurities; in which the channel is mechanically connected to the base section and is configured to provide a fluid flow from the inlet of the particle catcher unit, through the channel, further, through the base section, which distributes the process fluid evenly over the catalyst layer, through the outlet of the particle catcher unit, which is covered with a screen, and the floating particle catcher unit is supported by the catalyst layer.

EFFECT: providing long-term efficient operation of a catalytic chemical reactor, which does not require installation of supports and which is simple and fast to install and maintain.

17 cl, 5 dwg

Description

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИTECHNICAL FIELD

Настоящее изобретение относится к каталитическому химическому реактору с разделением частиц. Более конкретно изобретение относится к реактору с сепаратором частиц, который поддерживается слоем катализатора внутри реактора и поэтому очень прост в установке и не требует опорных конструкций, закрепленных на реакторе. Реактор может быть каталитическим реактором с нисходящим потоком, который включает вертикально наложенные упакованные слои катализатора в виде частиц. Этот тип реакторов используется в нефтяной и химической промышленности для проведения различных каталитических реакций, таких как преобразование серы и азота (HDS/HDN), гидрогенизация олефинов (HYD) и ароматики (гидродеароматизация - HDA), удаление металлов (гидродеметаллизация - HDM), преобразование кислорода (гидродезоксигенация - HDO) и гидрокрекинг (НС). В альтернативном исполнении реактор представляет собой радиальный конвертер, в котором элементы всех дек должны быть прикреплены к реактору. Такой реактор имеет радиальный поток, пересекающий упакованный слой каталитического материала, и обычно используется в нефтяной и химической промышленности для проведения каталитических реакций, таких как каталитический риформинг и синтез аммиака.The present invention relates to a catalytic chemical reactor with particle separation. More specifically, the invention relates to a particle separator reactor which is supported by a catalyst bed within the reactor and is therefore very easy to install and does not require support structures attached to the reactor. The reactor may be a downflow catalytic reactor that includes vertically stacked stacked beds of particulate catalyst. This type of reactor is used in the petroleum and chemical industries to carry out various catalytic reactions such as conversion of sulfur and nitrogen (HDS/HDN), hydrogenation of olefins (HYD) and aromatics (hydrodearomatization - HDA), metal removal (hydrodemetallization - HDM), oxygen conversion (hydrodeoxygenation - HDO) and hydrocracking (HC). In an alternative design, the reactor is a radial converter in which the elements of all decks must be attached to the reactor. Such a reactor has a radial flow across a packed bed of catalytic material and is commonly used in the petroleum and chemical industries to carry out catalytic reactions such as catalytic reforming and ammonia synthesis.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИBACKGROUND OF THE ART

Разделение и классификация частиц - хорошо изученные потребности химической, фармацевтической, минеральной и пищевой промышленности. В то время как классификация частиц в промышленных процессах может быть востребована для улучшения качества определенного продукта, разделение частиц может быть необходимо для очистки потока текучей среды или во избежание проблем с технологическим оборудованием. Иногда частицы по необходимости присутствуют в технологическом потоке. Это, например, относится к процессам горения на основе пылевидного топлива или к производству фармацевтических или специальных химикатов с использованием порошковой технологии. В других случаях присутствие частиц является непредусмотренным. Это, например, относится к некоторым потокам нефтеперерабатывающих заводов, стокам из псевдоожиженных слоев, потокам продуктов из реакторов Фишера-Трофиспша. Частицы могут иметь различное происхождение: они могут быть частью исходного сырья и других реакционных потоков или могут быть образованы в технологическом оборудовании и собраны в нем, например, как продукты эрозии. Частицы могут быть твердыми или жидкими, могут иметь органическую природу, как древесный уголь, кокс и смола, или неорганическую природу, как соли, обломки коррозии и эрозии, как компоненты железа, или обломки частиц катализатора. Они могут быть жидкими, как некоторые водные туманы, и содержать живые примеси, как бактерии. Форма и размер также могут сильно варьироваться: от сферы до хлопьев, от миллиметров до нескольких микрон или меньше. Если частицы нежелательны в последующем процессе, часто фильтр или другая подходящая технология разделения частиц, известная в данной области техники, удаляет большую часть этих частиц до чувствительного оборудования. Однако в некоторых процессах проблема может появиться или стать более серьезной с течением времени, например, при эрозии и коррозии. Иногда установка оборудования для удаления частиц в качестве независимой операции перед чувствительным оборудованием на практике невозможна.Particle separation and classification are well-studied needs of the chemical, pharmaceutical, mineral and food industries. While particle classification in industrial processes may be required to improve the quality of a particular product, particle separation may be necessary to clean up a fluid stream or to avoid problems with process equipment. Sometimes particles are present in the process stream by necessity. This applies, for example, to combustion processes based on pulverized fuels or to the production of pharmaceuticals or specialty chemicals using powder technology. In other cases, the presence of particles is unintended. This applies, for example, to some refinery streams, fluidized bed effluents, and Fischer-Trofispsch reactor product streams. The particles may have a variety of origins: they may be part of feedstocks and other reaction streams, or they may be generated and collected in process equipment, such as erosion products. The particles may be solid or liquid, and may be organic in nature, such as charcoal, coke and tar, or inorganic in nature, such as salts, debris from corrosion and erosion, such as iron components, or debris from catalyst particles. They can be liquid, like some water mists, and contain living impurities, like bacteria. Shape and size can also vary greatly, from spheres to flakes, from millimeters to a few microns or less. If particles are undesirable in the downstream process, often a filter or other suitable particle separation technology known in the art will remove most of those particles before sensitive equipment. However, in some processes the problem may appear or become more severe over time, such as erosion and corrosion. Sometimes installing particle removal equipment as an independent operation upstream of sensitive equipment is not practical.

Один конкретный пример проблем, создаваемых частицами, можно увидеть в процессе гидроочистки нафты. Сырье, подаваемое в реактор гидроочистки, иногда содержит частицы. Когда сырье с частицами вводится в реактор гидроочистки, частицы быстро оседают на градациях или катализаторе. Поэтому реакторам может потребоваться частая очистка пораженных пластов слоя для сдерживания падения давления, нарастающего в реакторе. Частота обезжиривания раз в 5-6 месяцев или даже раз в 2-3 месяца не является редкостью.One specific example of problems created by particles can be seen in the naphtha hydrotreating process. The feedstock fed to the hydrotreating reactor sometimes contains particulates. When particulate feedstock is introduced into a hydrotreating reactor, the particles quickly settle on the grades or catalyst. Therefore, reactors may require frequent cleaning of affected bed formations to contain the pressure drop that builds up in the reactor. The frequency of defatting once every 5-6 months or even once every 2-3 months is not uncommon.

Определение характеристик частиц, воздействующих на установку гидроочистки нафты, редко бывает доступным. Фактически, характеристики частиц зависят от сырья нафты или проблем, связанных с процессом (ржавчина, соли, смолы и т.д.). Сбор частиц на потоке, как правило, недоступен. Таким образом, определение характеристик частиц основывается на анализах причин неудачи, на которые влияют большие погрешности из-за агломерации и окисления частиц.Characterization of particles impacting a naphtha hydrotreater is rarely available. In fact, the characteristics of the particles depend on the naphtha feedstock or problems associated with the process (rust, salts, resins, etc.). On-line particle collection is generally not available. Thus, particle characterization is based on failure cause analyses, which are influenced by large errors due to particle agglomeration and oxidation.

Аналогичным образом, технологический газ, образующийся в результате регенерации катализатора FCC (каталитического крекинга текучей среды), часто содержит частицы катализатора и его обломки. Такой газ может подаваться на установку восстановления серы, чаще всего на установку Claus для восстановления элементарной серы или на установку WSA для восстановления серы в виде концентрированной серной кислоты. Это каталитические реакторы с неподвижным слоем, которые склонны к закупорке, если в них попадает сырье с частицами. Частицы, обычно присутствующие на выходе из регенератора FCC, обычно находятся в диапазоне размеров 2-20 микрон или ниже.Likewise, the process gas resulting from regeneration of an FCC (fluid catalytic cracking) catalyst often contains catalyst particles and debris. This gas can be supplied to a sulfur recovery plant, most commonly a Claus elemental sulfur recovery plant or a WSA sulfur recovery plant in the form of concentrated sulfuric acid. These are fixed-bed catalytic reactors that are prone to clogging if particulate feedstocks enter them. Particles typically present at the outlet of an FCC regenerator are typically in the size range of 2-20 microns or below.

При установке оборудования для улавливания частиц в каталитических химических реакторах одной из проблем часто является поддержка улавливателя частиц, поскольку в каталитическом химическом реакторе, где необходимо установить уловитель частиц, может не быть никаких опорных колец, кронштейнов или других возможностей поддержки. Особенно при модернизации существующих каталитических химических реакторов часто не представляется возможным установить опоры в реакторе, поскольку это может потребовать сварки или сверления отверстий для болтов или других приспособлений. Следовательно, существует потребность в каталитическом химическом реакторе, включающем оборудование для улавливания частиц, где установка и поддержка оборудования для улавливания частиц не требует сварки, сверления или другого потенциального ослабления структуры химического реактора.When installing particle capture equipment in catalytic chemical reactors, one of the problems often is supporting the particle trap, since the catalytic chemical reactor where the particle trap needs to be installed may not have any support rings, brackets, or other support capabilities. Especially when retrofitting existing catalytic chemical reactors, it is often not possible to install supports in the reactor as this may require welding or drilling holes for bolts or other fixtures. Therefore, there is a need for a catalytic chemical reactor including particle capture equipment, where installation and support of the particle capture equipment does not require welding, drilling or other potential weakening of the structure of the chemical reactor.

US 10159950 раскрывает каталитический реактор, включающий сепаратор частиц, который извлекает частицы из потока текучей среды над внутренними частями реактора с помощью средств, которые заставляют поток текучей среды двигаться по S-образной кривой радиально наружу и вверх, что предоставляет возможность извлечения и осаждения частиц в секции сбора с низкой активностью и турбулентностью потока.US 10159950 discloses a catalytic reactor including a particle separator that removes particles from a fluid stream above the interior of the reactor by means that cause the fluid stream to move in an S-shaped curve radially outward and upward, allowing the particles to be recovered and deposited in the section collection with low activity and flow turbulence.

В US 2009177023 раскрыт фильтрационный лоток для реактора с неподвижным слоем с совместным нисходящим потоком газа и жидкости.US 2009177023 discloses a filtration tray for a fixed bed reactor with a combined downward flow of gas and liquid.

Устройство может задерживать частицы, содержащиеся в жидком сырье, подаваемом в реактор, работающий в режиме совместного потока газа и жидкости вниз по потоку, с помощью специального распределительного лотка, содержащего фильтрационную среду. Устройство особенно применимо для селективного гидрирования сырья, содержащего ацетиленовые и диеновые соединения.The device can retain particles contained in a liquid feed supplied to a reactor operating in a gas-liquid co-flow downstream mode using a special distribution tray containing a filtration medium. The device is especially applicable for the selective hydrogenation of raw materials containing acetylene and diene compounds.

В ЕР 0358923 раскрыты процесс и устройство для очистки сырого газа, полученного в результате газификации твердых частиц. В способе и устройстве для очистки сырого газа, полученного в результате газификации твердых веществ, содержащего гранулированные и пылевидные частицы твердых веществ, необходимо найти решение, с помощью которого частицы твердых веществ любого размера в значительной степени удаляются из сырого газа перед поступлением в устройства охлаждения ниже по потоку. Это достигается, когда сырой газ проходит первую стадию очистки из зоны газификации по прямой линии в направлении газоудерживающего пространства, при этом гранулированные твердые частицы осаждаются на дне газоудерживающего пространства, а затем, на второй стадии очистки, частично очищенный сырой газ отклоняется вбок от газоудерживающего пространства и подвергается изменению скорости, уменьшенной по меньшей мере в 3 раза, и после дальнейшего отклонения газа проходит в основном в вертикальном направлении через фильтр твердых частиц, где из сырого газа удаляются пылевидные твердые частицы.EP 0358923 discloses a process and apparatus for purifying raw gas resulting from the gasification of solid particles. In a method and apparatus for purifying raw gas obtained from solid gasification containing granular and dusty solid particles, it is necessary to find a solution by which solid particles of any size are substantially removed from the raw gas before entering the downstream cooling devices. flow. This is achieved when the raw gas passes through the first stage of purification from the gasification zone in a straight line towards the gas containment space, with granular solids deposited at the bottom of the gas retention space, and then, in the second stage of purification, the partially purified raw gas is diverted laterally from the gas retention space and undergoes a speed change reduced by at least a factor of 3 and, after further deflection of the gas, passes in a generally vertical direction through a particulate filter where pulverized solids are removed from the raw gas.

Несмотря на вышеупомянутый известный уровень техники, существует потребность в каталитическом химическом реакторе с сепаратором частиц, уловителем частиц, который обеспечивает длительную эффективную работу каталитического химического реактора, несмотря на любые примеси частиц во входном потоке текучей среды в каталитический химический реактор, и который не требует установки опор в каталитическом химическом реакторе, которые могут ослабить структуру каталитического химического реактора, и который, по возможности, дешев в производстве и установке, а также прост и быстр в установке и обслуживании.Despite the above-mentioned prior art, there is a need for a catalytic chemical reactor with a particle separator, a particle trap, which ensures long-term efficient operation of the catalytic chemical reactor despite any particle impurities in the inlet fluid stream of the catalytic chemical reactor, and which does not require the installation of supports in a catalytic chemical reactor, which can weaken the structure of the catalytic chemical reactor, and which is, if possible, cheap to manufacture and install, and easy and quick to install and maintain.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯBRIEF DESCRIPTION OF THE INVENTION

Настоящее изобретение описывает новый каталитический химический реактор со слоем катализатора, включающий систему разделения частиц для удаления частиц и примесей из поступающего технологического газа до того, как он достигнет слоя катализатора и может его засорить.The present invention describes a new bed catalytic chemical reactor including a particle separation system for removing particles and impurities from the incoming process gas before it reaches the catalyst bed and can foul it.

Согласно изобретению, частицы отделяются от потока текучей среды путем их задержания в области седиментации. Улавливание частиц достигается путем распространения S-образной формы потока на поток текучей среды в сепараторе частиц. Когда поток текучей среды проходит по S-образной траектории, частицы могут отбрасываться наружу и под действием силы тяжести оседать в части сепаратора с низкой активностью потока текучей среды.According to the invention, particles are separated from the fluid flow by trapping them in a sedimentation area. Particle collection is achieved by spreading an S-shaped flow pattern onto the fluid stream in the particle separator. As the fluid flow follows an S-shaped path, particles may be thrown outward and, by gravity, settle in the low activity portion of the separator of the fluid flow.

Сепаратор частиц представляет собой один или несколько блоков улавливания частиц, которые устанавливаются в каталитическом реакторе, плавая на слое катализатора. Это означает, что блок улавливателя частиц не нуждаются в опоре из корпусных деталей, прикрепленных к конструкции реактора, поскольку они опираются на слой катализатора, который также поддерживается конструкцией реактора. Блок улавливателя частиц включает базовую секцию с верхней поверхностью базовой секции, нижней поверхностью экрана и выпускным отверстием блока улавливателя частиц. Нижняя поверхность базовой секции приспособлена для плавающей опоры на слое катализатора, т.е. она имеет достаточно большую площадь поверхности и достаточно геометрически и структурно стабильную для поддержки блока улавливателя частиц на катализаторе без погружения или торможения частиц катализатора.A particle separator is one or more particle collection units that are installed in the catalytic reactor, floating on the catalyst bed. This means that the particle trap assembly does not need to be supported by casings attached to the reactor structure, as they are supported by the catalyst bed, which is also supported by the reactor structure. The particle catcher unit includes a base section with an upper surface of the base section, a lower surface of the screen, and an outlet of the particle catcher unit. The bottom surface of the base section is adapted to float on the catalyst bed, i.e. it has a large enough surface area and is geometrically and structurally stable enough to support the particle trap assembly on the catalyst without sinking or dragging the catalyst particles.

Блок плавающего улавливателя частиц дополнительно включает канал, в верхней части которого расположено впускное отверстие для технологического газа. Канал механически соединен с базовой секцией и выполнен с возможностью прохождения технологического газа через впускное отверстие блока улавливателя частиц, вниз по каналу, из канала в базовую секцию и равномерно распределенный из базовой секции в слой катализатора через выпускное отверстие блока улавливания частиц, снабженное экраном. Экран, закрывающий выпускное отверстие блока улавливателя частиц, имеет отверстия с общей площадью, обеспечивающей свободный поток технологического газа из блока улавливателя частиц в слой катализатора, но с максимальным открытым зазором, меньшим чем размер гранул катализатора. Блоки улавливателя частиц могут плавать поверх слоя катализатора или частично внедряться в слой катализатора, при условии, что впускное отверстие блока улавливателя частиц расположено над верхней поверхностью слоя катализатора. Поверхность улавливателя частиц, расположенная выше и рядом с верхней частью слоя катализатора, обеспечивает улавливание и удерживание частиц, отделяемых от технологического газа, над и вне слоя катализатора по мере их оседания в зоне между каналами и ниже впускных отверстий блока улавливателя частиц. Частицы оседают на поверхности улавливателя частиц, где они могут быть удержаны до удаления во время обслуживания, в то время как технологический газ может по-прежнему свободно проходить через блок улавливателя частиц и будучи равномерно распределенным в слой катализатора. Поверхность улавливания частиц может быть любым подходящим материалом, таким как листовой материал или мат, например, стеклянный фильтрующий мат, который приспособлен для установки по внутренней окружности каталитического реактора над слоем катализатора и имеет отверстия, позволяющие каналам выступать вверх через поверхность удерживания частиц. Таким образом, по сравнению с известными решениями, это обеспечивает каталитический реактор, включающий простой и дешевый в производстве плавающий блок улавливателя частиц, который, кроме того, очень прост в установке, может быть поднят вручную и, что очень важно, не требует установки каких-либо конструкционных опор, устанавливаемых на каталитический реактор.The floating particle catcher unit further includes a channel at the top of which an inlet for process gas is located. The channel is mechanically connected to the base section and is configured to allow process gas to pass through the inlet of the particle trap unit, down the channel, from the channel into the base section and uniformly distributed from the base section into the catalyst bed through the outlet hole of the particle trap unit equipped with a screen. The screen covering the outlet of the particle trap assembly has openings with a total area allowing free flow of process gas from the particle trap assembly into the catalyst bed, but with a maximum open gap less than the size of the catalyst pellets. The particle trap units may float on top of the catalyst bed or be partially embedded in the catalyst bed, provided that the inlet of the particle trap unit is located above the top surface of the catalyst bed. A particle trap surface located above and adjacent to the top of the catalyst bed traps and retains particles separated from the process gas above and outside the catalyst bed as they settle in the area between the channels and below the inlets of the particle trap assembly. The particles settle on the surface of the particle trap, where they can be retained until removed during maintenance, while the process gas can still flow freely through the particle trap assembly and be uniformly distributed into the catalyst bed. The particle collection surface may be any suitable material, such as a sheet material or mat, for example a glass filter mat, which is adapted to fit around the inner circumference of the catalytic reactor above the catalyst bed and has openings to allow channels to project upward through the particle retention surface. Thus, in comparison with known solutions, this provides a catalytic reactor comprising a simple and cheap to manufacture floating particle trap unit, which, in addition, is very easy to install, can be lifted manually and, very importantly, does not require the installation of any or structural supports installed on the catalytic reactor.

В одном из вариантов осуществления изобретения канал и базовая секция представляют собой отдельные узлы, которые разъемно соединены между собой одним или несколькими креплениями канала. Крепления канала могут быть любыми известными из уровня техники креплениями, такими как винты и болты, и это могут быть адаптированные быстросъемные крепления, что обеспечивает простую и быструю установку и обслуживание с использованием минимального количества инструментов. Предоставление плавающего улавливателя частиц в виде отдельных блоков обеспечивает простоту обращения, поскольку каждая часть имеет меньший вес, чем весь блок. Кроме того, это может обеспечить возможность установки через существующие люки или другие отверстия в каталитическом реакторе. Базовая секция также может состоять из множества частей. В одном варианте осуществления изобретения она включает основной элемент базовой секции, который соединяется с каналом, и один или несколько подэлементов базовой секции, соединенных с основным элементом базовой секции. Элементы базовой секции могут быть соединены посредством одного или нескольких креплений подэлементов, которые также могут быть любыми известными или адаптированными средствами соединения. Это также может быть шарнирное соединение, при котором элементы базовой секции могут быть не полностью разъединены для установки, а просто сложены, путем сгибания посредством шарнирных соединений, чтобы минимизировать внешние размеры базовой секции во время установки. Все поверхности секции могут включать экран, который обеспечивает свободный и равномерно распределенный поток технологического газа из блока плавающего улавливателя частиц в слой катализатора. Как уже упоминалось, экран включает отверстия, размеры которых могут варьироваться в различных областях применения, поскольку отверстия должны иметь размеры, обеспечивающие непопадание гранул катализатора в блок улавливателя частиц через экран. Базовая часть, а также канал могут иметь множество различных геометрических форм и поверхностей, которые являются изогнутыми или плоскими и соединены под различными углами. На приведенных ниже чертежах показаны лишь некоторые варианты осуществления изобретения.In one embodiment of the invention, the channel and the base section are separate units that are removably connected to each other by one or more channel fasteners. The channel fasteners may be any fasteners known in the art, such as screws and bolts, and may be adapted quick release fasteners, allowing for simple and quick installation and maintenance using a minimum number of tools. Providing the floating particle trap as individual units allows for ease of handling since each part weighs less than the entire unit. Additionally, it may allow installation through existing hatches or other openings in the catalytic reactor. The base section can also consist of multiple parts. In one embodiment of the invention, it includes a main base section element that is connected to the channel, and one or more base section subelements connected to the main base section element. The elements of the base section may be connected by one or more sub-element fasteners, which may also be any known or adapted means of connection. It may also be a hinged connection, whereby the elements of the base section may not be completely separated for installation, but simply folded together by being folded through the hinge joints to minimize the external dimensions of the base section during installation. All surfaces of the section may include a screen that allows a free and evenly distributed flow of process gas from the floating particle trap assembly into the catalyst bed. As already mentioned, the screen includes holes, the sizes of which may vary in different applications, since the holes must be sized to ensure that catalyst beads do not enter the particle trap assembly through the screen. The base part as well as the channel can have many different geometric shapes and surfaces that are curved or flat and connected at different angles. The following drawings show only some embodiments of the invention.

Для дальнейшего повышения удобства перемещения и установки блок улавливателя частиц может включать средства подъема улавливателя частиц. Они могут иметь любую известную форму, ручки, подъемные проушины и т.п. для облегчения подъема вручную или более легкими подъемными средствами. Как уже упоминалось, каталитический реактор может включать один или несколько блоков плавающего улавливателя частиц. Блоки улавливателя частиц могут быть расположены в верхней части реактора, а в случае куполообразной верхней части реактора внутри купола. Если имеется более одного блока плавающего улавливателя частиц, они могут быть расположены по любой схеме, наилучшим образом соответствующей внутреннему устройству реактора и функции улавливания частиц и равномерного распределения технологического газа. В одном из вариантов осуществления изобретения блоки плавающего улавливателя частиц расположены равномерно вокруг центральной линии каталитического реактора и вокруг центрального впускного диффузора, который в некоторых вариантах осуществления изобретения расположен внутри каталитического реактора и служит для распространения технологического газа из впускного отверстия каталитического реактора в верхнюю часть каталитического реактора над слоем катализатора надлежащим образом. Множество блоков плавающего улавливателя частиц могут быть сцеплены между собой с помощью специального приспособления для улавливания частиц, они могут быть сцеплены с помощью балок или листовых соединений между каждым из блоков плавающего улавливателя частиц, или они могут свободно располагаться и поддерживаться в нужном положении только с помощью слоя катализатора. Блок или блоки плавающего улавливателя частиц могут покрывать площадь слоя катализатора, которая составляет более 30% от общей площади самого слоя катализатора. В одном из вариантов осуществления положение блоков плавающего улавливателя частиц дополнительно стабилизируется с помощью выступающих вниз ребер, закрепленных на нижней поверхности базовой секции. Эти ребра могут также служить в качестве ножек блока плавающего улавливателя частиц, когда он опирается на твердую поверхность перед установкой. В конкретном воплощении каталитический реактор может быть реактором гидропереработки.To further improve ease of movement and installation, the particle trap assembly may include means for lifting the particle trap. They can have any known shape, handles, lifting eyes, etc. to facilitate lifting by hand or with lighter lifting equipment. As already mentioned, the catalytic reactor may include one or more floating particle trap units. The particle trap units may be located at the top of the reactor, or in the case of a dome-shaped reactor top, inside the dome. If there is more than one floating particle trap assembly, they can be arranged in any arrangement that best suits the reactor internals and the function of particle trapping and uniform distribution of process gas. In one embodiment, the floating particle trap assemblies are arranged uniformly around the centerline of the catalytic reactor and around a central inlet diffuser, which in some embodiments is located within the catalytic reactor and serves to distribute process gas from the inlet of the catalytic reactor to the top of the catalytic reactor above. layer of catalyst properly. A plurality of floating particle trap units may be interlocked by means of a dedicated particle catcher, they may be interlocked by beams or sheet joints between each of the floating particle trap units, or they may be freely positioned and supported in position by a layer alone catalyst. The floating particle trap unit or units may cover an area of the catalyst bed that is greater than 30% of the total area of the catalyst bed itself. In one embodiment, the position of the floating particle trap units is further stabilized by downwardly projecting ribs secured to the bottom surface of the base section. These ribs can also serve as the feet of the floating particle catcher unit when it rests on a solid surface before installation. In a specific embodiment, the catalytic reactor may be a hydroprocessing reactor.

ОТЛИЧИТЕЛЬНЫЕ ПРИЗНАКИ ИЗОБРЕТЕНИЯDISTINGUISHING FEATURES OF THE INVENTION

1. Каталитический реактор, включающий слой катализатора, причем указанный реактор включает по меньшей мере один блок плавающего улавливателя частиц, который представляет собой комбинированную сборку улавливателя частиц и распределителя текучей среды, выполненную с возможностью улавливания частиц и примесей из технологической текучей среды, поступающей в каталитический реактор, прежде чем они достигнут слоя катализатора, и равномерного распределения технологической текучей среды по верхней части слоя катализатора, причем указанный блок плавающего улавливателя частиц включает:1. A catalytic reactor including a catalyst bed, wherein said reactor includes at least one floating particle trap assembly, which is a combined particle trap and fluid distributor assembly configured to collect particles and impurities from a process fluid entering the catalytic reactor before they reach the catalyst bed, and uniformly distributing the process fluid over the top of the catalyst bed, said floating particle trap assembly comprising:

• базовую секцию, включающую верхнюю поверхность базовой секции, нижнюю поверхность базовой секции, выполненную с возможностью плавающей поддержки на слое катализатора, экран и выпускное отверстие блока улавливателя частиц,• a base section including an upper surface of the base section, a lower surface of the base section configured to float on the catalyst bed, a screen and a particle trap unit outlet,

• канал, в верхней части которого расположено впускное отверстие блока улавливателя частиц,• a channel in the upper part of which the inlet of the particle catcher unit is located,

• и поверхность улавливания частиц, расположенную поверх и рядом с верхней частью слоя катализатора и выполненную с возможностью улавливания и удерживания указанных частиц и примесей,• and a particle collection surface located on top of and adjacent the top of the catalyst bed and configured to capture and retain said particles and impurities,

в котором канал механически соединен с базовой секцией и выполнен с возможностью обеспечения потока текучей среды из впускного отверстия блока улавливателя частиц, через канал, далее через базовую секцию, которая распределяет технологическую текучую среду равномерно по слою катализатора, через выпускное отверстие блока улавливателя частиц, которое закрыто экраном, и блок плавающего улавливателя частиц поддерживается слоем катализатора.wherein the channel is mechanically connected to the base section and configured to allow fluid to flow from the inlet of the particle trap unit, through the channel, then through the base section, which distributes the process fluid uniformly across the catalyst bed, through the outlet of the particle trap unit, which is closed screen, and the floating particle trap assembly is supported by the catalyst bed.

2. Каталитический реактор по п. 1, в котором базовая секция внедрена в слой катализатора.2. The catalytic reactor according to claim 1, in which the base section is embedded in the catalyst bed.

3. Каталитический реактор по любому из предыдущих пунктов, в котором поверхность захвата частиц представляет собой лист или мат, расположенный поверх слоя катализатора и поверх базовой секции, или лист или мат, расположенный поверх слоя катализатора и соединенный с базовой секцией.3. The catalytic reactor according to any of the preceding claims, wherein the particle capture surface is a sheet or mat located on top of the catalyst bed and on top of the base section, or a sheet or mat located on top of the catalyst bed and connected to the base section.

4. Каталитический реактор по п. 1, в котором поверхность захвата частиц представляет собой мат, расположенный на верхней части слоя катализатора и на верхней части базовой секции с вырезом для канала, через который он выступает, при этом указанный мат покрывает всю поверхность слоя катализатора и базовой секции за исключением области, где канал выступает вверх через вырез в мате.4. The catalytic reactor according to claim 1, wherein the particle capture surface is a mat located on the top of the catalyst bed and on the top of the base section with a cutout for a channel through which it protrudes, said mat covering the entire surface of the catalyst bed and base section except for the area where the channel protrudes upward through a cutout in the mat.

5. Каталитический реактор по любому из предыдущих пунктов, в котором канал и базовая секция представляют собой отдельные блоки, которые съемно соединены друг с другом по меньшей мере одним средством крепления канала.5. The catalytic reactor according to any of the preceding claims, wherein the channel and the base section are separate units that are removably connected to each other by at least one channel securing means.

6. Каталитический реактор по любому из предыдущих пунктов, в котором базовая секция включает основной элемент базовой секции, соединенный с каналом, и один или более подэлемент базовой секции, соединенный с основным элементом базовой секции.6. The catalytic reactor as claimed in any one of the preceding claims, wherein the base section includes a main base section element connected to the channel, and one or more base section sub-elements connected to the main base section element.

7. Каталитический реактор по п. 6, в котором субэлемент базовой секции соединен с основным элементом базовой секции посредством по меньшей мере одного средства крепления субэлемента.7. The catalytic reactor according to claim 6, wherein the sub-element of the base section is connected to the main element of the base section by at least one means of securing the sub-element.

8. Каталитический реактор по п. 7, в котором средство крепления субэлемента включает по меньшей мере один разъемный шарнир, выполненный с возможностью складывания базовой секции для установки и обслуживания в каталитическом реакторе с разделением частиц.8. The catalytic reactor of claim 7, wherein the sub-element mounting means includes at least one releasable hinge configured to fold the base section for installation and maintenance in the particle separation catalytic reactor.

9. Каталитический реактор по любому из предыдущих пунктов, в котором нижняя поверхность базовой секции включает указанный экран, или в котором верхняя поверхность базовой секции включает указанный экран, или в котором верхняя поверхность базовой секции и нижняя поверхность базовой секции включают указанный экран.9. The catalytic reactor as claimed in any one of the preceding claims, wherein the bottom surface of the base section includes said screen, or wherein the top surface of the base section includes said screen, or wherein the top surface of the base section and the bottom surface of the base section include said screen.

10. Каталитический реактор по любому из предыдущих пунктов, в котором базовая секция включает по меньшей мере одну боковую сторону базовой секции и в котором указанная боковая сторона базовой секции включает указанный экран.10. The catalytic reactor as claimed in any one of the preceding claims, wherein the base section includes at least one side of the base section and wherein said side of the base section includes said screen.

11. Каталитический реактор по любому из предыдущих пунктов, в котором блок плавающего улавливателя частиц включает средства подъема улавливателя частиц.11. The catalytic reactor as claimed in any one of the preceding claims, wherein the floating particle trap assembly includes means for lifting the particle trap.

12. Каталитический реактор по любому из предыдущих пунктов, включающий множество блоков плавающего улавливателя частиц.12. The catalytic reactor according to any of the previous paragraphs, including a plurality of floating particle trap units.

13. Каталитический реактор по п. 12, в котором блоки плавающего улавливателя частиц расположены равномерно вокруг центральной линии каталитического реактора с разделением частиц.13. The catalytic reactor of claim 12, wherein the floating particle catcher units are uniformly spaced around the centerline of the particle separation catalytic reactor.

14. Каталитический реактор по любому из предыдущих пунктов, включающий множество блоков плавающего улавливателя частиц, где общая площадь нижней поверхности базовой секции, включая любой экран, составляет более 30% от общей площади поперечного сечения слоя катализатора.14. The catalytic reactor as claimed in any one of the preceding claims, including a plurality of floating particle trap units, wherein the total bottom surface area of the base section, including any screen, is greater than 30% of the total cross-sectional area of the catalyst bed.

15. Каталитический реактор по любому из предыдущих пунктов, в котором экран включает в себя множество отверстий любой формы, выполненных с возможностью предотвращения попадания катализатора в блок плавающего улавливателя частиц.15. The catalytic reactor as claimed in any one of the preceding claims, wherein the screen includes a plurality of holes of any shape configured to prevent catalyst from entering the floating particle trap assembly.

16. Каталитический реактор по любому из предыдущих пунктов, в котором экран включает множество отверстий размером не более 10 мм по всей поверхности экрана, предпочтительно размером не более 5 мм по всей поверхности экрана, более предпочтительно размером не более 3 мм по всей поверхности экрана.16. The catalytic reactor according to any of the previous claims, wherein the screen includes a plurality of holes measuring no more than 10 mm across the entire surface of the screen, preferably no more than 5 mm across the entire surface of the screen, more preferably no more than 3 mm across the entire surface of the screen.

17. Каталитический реактор согласно любому из предшествующих пунктов, в котором нижняя поверхность базовой секции включает выступающие вниз ребра для стабилизации блока плавающего улавливателя частиц во время установки и производства.17. The catalytic reactor according to any of the preceding claims, wherein the bottom surface of the base section includes downwardly projecting fins to stabilize the floating particle trap assembly during installation and production.

18. Каталитический реактор по любому из предыдущих пунктов, в котором реактор имеет верхнюю часть в форме купола, а блок плавающего улавливателя частиц расположен под или внутри нижней части купола.18. The catalytic reactor as claimed in any one of the preceding claims, wherein the reactor has a dome-shaped top portion and a floating particle trap unit is located under or inside the bottom portion of the dome.

19. Каталитический реактор согласно любому из предыдущих пунктов, в котором указанный каталитический реактор представляет собой реактор гидропереработки.19. A catalytic reactor according to any of the preceding paragraphs, wherein said catalytic reactor is a hydroprocessing reactor.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS

Далее изобретение иллюстрируется сопроводительными чертежами, на которых показаны примеры вариантов осуществления изобретения.The invention is further illustrated by the accompanying drawings, which show examples of embodiments of the invention.

На фиг. 1 показан изометрический вид внутренней части каталитического реактора (не показан), включающего множество блоков плавающего улавливателя частиц в соответствии с одним из вариантов осуществления изобретения.In fig. 1 is an isometric view of the interior of a catalytic reactor (not shown) including a plurality of floating particle trap units in accordance with one embodiment of the invention.

На фиг. 2 показан изометрический вид сверху и снизу основного элемента базовой секции в соответствии с одним из вариантов осуществления изобретения.In fig. 2 shows an isometric top and bottom view of a main element of a base section in accordance with one embodiment of the invention.

На фиг. 3 показан изометрический вид сверху подэлемента базовой секции в соответствии с одним из вариантов осуществления изобретения.In fig. 3 is an isometric top view of a base section sub-element in accordance with one embodiment of the invention.

На фиг. 4 показан изометрический вид сбоку канала в соответствии с одним из вариантов осуществления изобретения.In fig. 4 is an isometric side view of a channel in accordance with one embodiment of the invention.

На фиг. 5 показан изометрический вид сбоку впускного диффузора в соответствии с одним из вариантов осуществления изобретения.In fig. 5 is an isometric side view of an intake diffuser in accordance with one embodiment of the invention.

НОМЕРА ПОЗИЦИЙITEM NUMBERS

01. Блок плавающего улавливателя частиц (комбинированная сборка улавливателя частиц и распределителя текучей среды).01. Floating particle trap assembly (combined particle trap and fluid distributor assembly).

02. Базовая секция.02. Basic section.

03. Канал.03. Channel.

04. Основной элемент базовой секции.04. Main element of the base section.

05. Подэлемент базовой секции.05. Sub-element of the base section.

06. Нижняя поверхность базовой секции.06. Bottom surface of the base section.

07. Верхняя поверхность базовой секции.07. Top surface of the base section.

08. Боковая сторона базовой секции.08. Side of the base section.

09. Экран.09. Screen.

10. Средство крепления канала.10. Channel fastening means.

11. Средство крепления подэлемента.11. Sub-element fastening means.

12. Впускное отверстие блока улавливателя частиц.12. Particle catcher unit inlet.

13. Выпускное отверстие блока улавливателя частиц.13. Particle catcher unit outlet.

14. Проходное отверстие канала.14. Channel passage opening.

15. Проходное отверстие базовой секции.15. Pass-through opening of the base section.

16. Средства подъема блока улавливателя частиц.16. Particle catcher unit lifting means.

17. Впускной диффузор.17. Inlet diffuser.

18. Фиксатор улавливателя частиц.18. Particle catcher clamp.

ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙDESCRIPTION OF DRAWINGS

Далее варианты осуществления изобретения описаны более подробно со ссылкой на чертежи, представленные на фиг. 1 - фиг. 5.Embodiments of the invention are described in more detail below with reference to the drawings shown in FIGS. 1 - fig. 5.

На рис. 1 каталитический реактор (не показан) включает в себя полый верхний отсек, в который поступает технологический газ. В этом полом пространстве, поддерживаемом слоем катализатора (не показан), может быть установлен сепаратор частиц, блок 01 плавающего улавливателя частиц, обеспечивающий разделение частиц, улавливание частиц и равномерное распространение технологической текучей среды в слой катализатора, не требуя дополнительного пространства в каталитическом реакторе и не требуя структурной поддержки, сварки или сверления каталитического реактора. Каждый из блоков плавающего улавливателя частиц включает базовую часть 02 и канал 03. Для обеспечения простоты установки базовая секция содержит две части, основной элемент 04 базовой секции и подэлемент 05 базовой секции. Канал конструкционно соединен с базовой секцией, а точнее с основным элементом базовой секции, посредством креплений 10 канала, и также канал соединен по текучей среде с базовой секцией, посредством которого технологическая текучая среда может течь из впускного отверстия 12 улавливателя частиц, вниз по каналу и далее в базовую секцию. Блок плавающего улавливателя частиц включает два средства 16 для подъема блока плавающего улавливателя частиц, что обеспечивает более легкое обращение с ним во время обслуживания и установки. В настоящем варианте осуществления изобретения каждый из шести блоков плавающего улавливателя частиц закреплен на центрально расположенном креплении 18, которое помогает обеспечить стабилизацию блоков плавающего улавливателя частиц в равномерном порядке вокруг центральной линии каталитического реактора. Для того чтобы большая часть частиц, попадающих в каталитический реактор с технологической текучей средой, не переходила в слой катализатора и не засоряла его, на поверхности слоя катализатора и поверх базовых секций блоков плавающего улавливателя частиц расположена поверхность улавливания частиц (не показана) с отверстиями, адаптированными к установке вокруг каналов, так что они могут выступать вверх через поверхность улавливания частиц, тогда как базовые секции остаются ниже поверхности для улавливания частиц.In Fig. 1 catalytic reactor (not shown) includes a hollow upper compartment into which process gas enters. In this hollow space supported by a catalyst bed (not shown), a particle separator, a floating particle catcher unit 01, can be installed to provide particle separation, particle capture, and uniform distribution of process fluid into the catalyst bed without requiring additional space in the catalytic reactor and without requiring structural support, welding or drilling of the catalytic reactor. Each of the floating particle catcher units includes a base section 02 and a channel 03. To ensure ease of installation, the base section contains two parts, a base section main member 04 and a base section submember 05. The channel is structurally connected to the base section, or more specifically to the main element of the base section, through channel fasteners 10, and the channel is also fluidly connected to the base section, whereby process fluid can flow from the particle trap inlet 12, down the channel and beyond. to the base section. The floating particle trap assembly includes two means 16 for lifting the floating particle trap assembly to allow for easier handling during maintenance and installation. In the present embodiment, each of the six floating particle trap units is secured to a centrally located fixture 18, which helps ensure that the floating particle trap units are stabilized in a uniform pattern around the centerline of the catalytic reactor. To ensure that most of the particles entering the process fluid catalytic reactor do not transfer into the catalyst bed and clog it, a particle collection surface (not shown) with holes adapted to be installed around the channels so that they can protrude upward through the particle collection surface while the base sections remain below the particle collection surface.

Впускной диффузор 17, как показано на фиг. 5, может быть расположен по центру в верхней части каталитического реактора, соединен с входом технологической текучей среды каталитического реактора и приспособлен для равномерного прохождения технологической текучей среды от впуска каталитического реактора к центральной точке над слоем катализатора, откуда она течет с уменьшающейся скоростью потока ко входам блока улавливателя частиц. По мере уменьшения потока технологической текучей среды часть частиц, находящихся в технологической текучей среде и имеющих более высокую плотность, чем сама технологическая текучая среда, оседает на поверхности улавливания частиц, прежде чем технологическая текучая среда попадает в блок плавающего улавливателя частиц и через базовую секцию равномерно распределяется по слою катализатора.The inlet diffuser 17, as shown in FIG. 5 may be centrally located at the top of the catalytic reactor, connected to the process fluid inlet of the catalytic reactor, and adapted to uniformly pass process fluid from the inlet of the catalytic reactor to a central point above the catalyst bed, from where it flows at a decreasing flow rate to the unit inlets. particle catcher. As the flow of process fluid decreases, a portion of the particles contained in the process fluid and having a higher density than the process fluid itself settles on the particle collection surface before the process fluid enters the floating particle trap assembly and is evenly distributed through the base section over the catalyst layer.

Признаки, обеспечивающие этот эффект, можно более подробно увидеть на фиг. 2, фиг. 3 и фиг. 4, где переходное отверстие канала 14 (внизу канала, не видно) и переходное отверстие базовой секции 15 обеспечивают соединение текучей среды между каналом и базовой секцией, а также экран 09, который образует выпускное отверстие 13 блока улавливателя частиц на нижней поверхности 06 базовой секции и боковых сторонах 08 базовой секции, и таким образом, видно, как технологическая текучая среда может поступать в блок плавающего улавливателя частиц через впускное отверстие блока улавливателя частиц, стекать по внутренней полой части канала в базовую секцию через переходное отверстие канала и базовой секции и равномерно распределяться по слою катализатора через большую поверхность экранированного выпускного отверстия блока улавливателя частиц. Базовая секция также имеет верхнюю поверхность 07 базовой секции, на которой канал конструкционно крепится с помощью канальных креплений. На нижней поверхности базовой секции расположены крепления подэлемента 11, обеспечивающие шарнирное соединение между основным элементом и подэлементом базовой секции. Таким образом, во время установки основной элемент и подэлемент могут быть свернуты до приблизительно удвоенной толщины, но вдвое меньшей длины при правильной установке и, таким образом, легче проходят через отверстия каталитического реактора во время установки.The features that provide this effect can be seen in more detail in FIG. 2, fig. 3 and fig. 4, where the passage hole 14 (at the bottom of the channel, not visible) and the base section transition hole 15 provide a fluid connection between the channel and the base section, as well as a screen 09 that forms the particle trap unit outlet 13 on the bottom surface 06 of the base section and sides 08 of the base section, and thus it can be seen how the process fluid can enter the floating particle trap block through the inlet of the particle trap block, flow down the inner hollow part of the channel into the base section through the transition hole of the channel and the base section and be evenly distributed throughout the catalyst layer through the large surface area of the screened outlet of the particle trap assembly. The base section also has a base section top surface 07 to which the channel is structurally secured using channel fasteners. On the lower surface of the base section there are fastenings for the subelement 11, which provide a hinge connection between the main element and the subelement of the base section. Thus, during installation, the main element and sub-element can be folded to approximately twice the thickness but half the length when properly installed and thus more easily pass through the catalytic reactor openings during installation.

Claims

1. A catalytic reactor including a catalyst bed, said reactor including at least one floating particle trap assembly, which is a combined particle trap and fluid distributor assembly adapted to collect particles and impurities from a process fluid entering the catalytic reactor, before they reach the catalyst bed, and uniformly distributing the process fluid over the top of the catalyst bed, said floating particle trap assembly comprising:

- a base section including an upper surface of the base section, a lower surface of the base section configured to float on the catalyst bed, a screen and an outlet of the particle trap unit,

- a channel in the upper part of which the inlet of the particle catcher unit is located,

- and a particle trapping surface located on top of and adjacent to the top of the catalyst bed and configured to trap and retain said particles and impurities, wherein the channel is mechanically connected to the base section and configured to allow fluid flow from the inlet of the particle trap unit, through the channel, then through the base section, which distributes the process fluid evenly over the catalyst bed, through the outlet of the particle trap block, which is closed by a screen, and the floating particle trap block is supported by the catalyst bed,

wherein the base section is embedded in the catalyst bed and

wherein the particle capture surface is a sheet or mat located on top of the catalyst layer and on top of the base section, or a sheet or mat located on top of the catalyst layer and connected to the base section.

2. The catalytic reactor according to claim 1, in which the particle capture surface is a mat located on the top of the catalyst bed and on the top of the base section with cutouts for the channel through which it protrudes, and the mat covers the entire surface of the catalyst layer and the base sections except for the area where the channel protrudes upward through a cutout in the mat.

3. The catalytic reactor according to claim 1, wherein the channel and the base section are separate units that are removably connected to each other by at least one channel securing means.

4. The catalytic reactor according to claim 1, where the base section includes a main element of the base section connected to the channel, and one or more sub-elements of the base section connected to the main element of the base section.

5. The catalytic reactor according to claim 4, wherein the sub-element of the base section is connected to the main element of the base section by at least one means of securing the sub-element.

6. The catalytic reactor of claim 5, wherein the sub-element mounting includes at least one detachable hinge configured to fold the base section for installation and maintenance in the particle separation catalytic reactor.

7. The catalytic reactor of claim 1, wherein the bottom surface of the base section includes said screen, or wherein the top surface of the base section includes said screen, or wherein the top surface of the base section and the bottom surface of the base section include said screen.

8. The catalytic reactor of claim 1, wherein the base section includes at least one side of the base section and wherein the side of the base section includes said screen.

9. The catalytic reactor according to claim 1, wherein the floating particle trap assembly includes means for lifting the particle trap.

10. The catalytic reactor according to claim 1, including a plurality of floating particle trap units.

11. The catalytic reactor of claim 10, wherein the floating particle catcher units are uniformly spaced around the centerline of the particle separation catalytic reactor.

12. The catalytic reactor according to claim 1, including a plurality of floating particle trap units, wherein the total area of the bottom surface of the base section, including any screen, is more than 30% of the total cross-sectional area of the catalyst bed.

13. The catalytic reactor according to claim 1, wherein the screen includes a plurality of holes of any shape configured to prevent catalyst from entering the floating particle trap assembly.

14. The catalytic reactor according to claim 1, wherein the screen includes a plurality of holes with a size of no more than 10 mm across the entire surface of the screen, preferably with a size of no more than 5 mm across the entire surface of the screen, more preferably with a size of no more than 3 mm across the entire surface of the screen.

15. The catalytic reactor of claim 1, wherein the bottom surface of the base section includes downwardly projecting fins to stabilize the floating particle trap assembly during installation and production.

16. The catalytic reactor according to claim 1, wherein the reactor has a dome-shaped top portion and a floating particle catcher unit is located under or inside the bottom portion of the dome.

17. Catalytic reactor according to any one of paragraphs. 1-16, wherein said catalytic reactor is a hydroprocessing reactor.