SE461017B

SE461017B - DEVICE FOR A uniform distribution of a flow in a bed reactor

Info

Publication number: SE461017B
Application number: SE8304855A
Authority: SE
Inventors: A S U Li; R M Eccles
Original assignee: Hri Inc
Priority date: 1982-09-09
Filing date: 1983-09-09
Publication date: 1989-12-18
Also published as: SE8304855D0; GB8321690D0; FI833189A; IT1170468B; MX157751A; FI73606B; SE8304855L; IT8348932A0; GB2126495A; GB2126495B; AU565712B2; FR2540402A1; AU1793883A; DE3329683A1; FI73606C; FI833189A0; JPS5966340A; FR2540402B1; JPH0420654B2; CA1229058A

Description

461 017 ren och en sjudande katalysatorbädd hos en reaktor. I an- läggningen ingår en flödesfördelningsanordning, som åstad- kommer jämn flödesfördelning hos en gas/vätskeblandning, vilken tillförs reaktorbädden, varvid fördelaren befinner sig i reaktorkammaren, som avgränsas av ett fördelningsgal- ler och av reaktorns botten och väggpartier under gallret. 461 017 clean and a simmering catalyst bed of a reactor. I an- The installation includes a flow distribution device, which provides even flow distribution of a gas / liquid mixture, which is fed to the reactor bed, the distributor being located in the reactor chamber, which is delimited by a distribution and of the bottom of the reactor and wall portions under the grid.

Fördelaren innefattar en ledning, som sträcker sig in i kam- maren och vars inre ände, som är nedâtriktad, har ett skär- munstycke med åtminstone två väsentligen parallella skär- mar, som befinner sig pà avstånd från varandra och är fästa inuti ledningen. Den understa skärmen består av en samman- hängande platta. Därutöver finns åtminstone ytterligare en skärm med en central öppning uppströms om den slutna plat- tan, så att munstycket kommer att blanda gasformigt och vätskeformigt material, som via ledningen matas in i kam- maren. Munstycket samverkar med fördelningsgallret, så att gas/vätskeblandningen fördelas jämnt, innan den strömmar vidare uppåt och in i den sjudande bädden.The manifold includes a conduit extending into the chamber. and its inner end, which is downwardly directed, has a nozzle with at least two substantially parallel inserts mar, which are at a distance from each other and are attached inside the cord. The bottom screen consists of a hanging plate. In addition, there is at least one more screen with a central opening upstream of the closed platform tan, so that the nozzle will mix gaseous and liquid material, which is fed via the line into the chamber maren. The nozzle cooperates with the distribution grille, so that the gas / liquid mixture is evenly distributed before flowing further up and into the simmering bed.

I anordningen ingår också ett till ledningen anslutet ut- strömningsmunstycke med tvärställda skivor, av vilka den längst nedströms belägna är ogenomtränglig, medan den eller de övriga har en central öppning. Den genom ledningen kom- mande blandningen av vätska och gas fördelas till bädden likformigt av munstycket i samverkan med fördelargallret.The device also includes an output connected to the line. flow nozzle with transverse discs, of which it the downstream is impenetrable, while the or the others have a central opening. The through the management The mixture of liquid and gas is distributed to the bed uniformly of the nozzle in conjunction with the distributor grille.

Det viktigaste tillämpningsområdet för uppfinningen är i reaktorer för kolvätehaltiga produkter, exempelvis uppslam- ningar av kol, samt vätgas. Härav följer, att under termen "vätska" faller i föreliggande sammanhang även uppslamning- ar av fina fasta partiklar.The most important field of application of the invention is in reactors for hydrocarbonaceous products, such as slurries coal, and hydrogen. It follows that under the term "liquid" in the present context also falls slurry- are of fine solid particles.

Det för uppfinningen i huvudsak kännetecknande är att för- delargallret är försett med ett flertal vertikala rör, som vart och ett vid sin övre ände är täckt av ett lock, samt att ett skärmförsett munstycke är anordnat vid den inre än- 461 017 den av en gas/vätskeinloppsledning, som går in i kammaren för âtercirkulering av fluid, som åtminstone delvis erhål- les från bädden, varvid munstycket har åtminstone två skär- mar, som är inbördes åtskilda och styvt fästa vid ledning- ens innerände samt bildar en vinkel av 45-90° mot ledning- ens innerändes mittlinje, av vilka skärmar den innersta är sluten, samt åtminstone en uppströms härom belägen skärm har en central öppning, varigenom gas och vätska,-som via ledningen införes i kammaren, blandas av munstycket, och genom samverkan mellan munstycket och fördelargallret väsentligen likformigt fördelas uppåt i bädden.It is mainly characteristic of the invention that the partition grille is provided with a plurality of vertical tubes, which each at its upper end is covered by a lid, as well that a shielded nozzle is arranged at the inner end 461 017 that of a gas / liquid inlet conduit, which enters the chamber for the recirculation of fluid, which is at least partially obtained read from the bed, the nozzle having at least two cutting edges. which are spaced apart and rigidly attached to the inner end and forms an angle of 45-90 ° to the even the inner line of the inner end, of which the innermost shields is closed, and at least one upstream of it screen has a central opening, through which gas and liquid, -som via the conduit is introduced into the chamber, mixed by the nozzle, and by the interaction between the nozzle and the distributor grille substantially uniformly distributed upwards in the bed.

Tre utföringsformer av uppfinningen beskrivs nedan med hän- visning till ritningen.Three embodiments of the invention are described below with reference to display to the drawing.

Fig. 1 visar en axialsektion genom underdelen av en reaktor, utförd enligt en utföringsform av uppfinningen.Fig. 1 shows an axial section through the lower part of a reactor, performed according to an embodiment of the invention.

Fig. 2 visar i större skala en sektion genom fördelarmun- stycket i fig. 1.Fig. 2 shows on a larger scale a section through the manifold the paragraph in Fig. 1.

Fig. 3 illustrerar en annan utföringsform, enligt vilken matnings- och âterföringsflödena införs inbördes skilda åt.Fig. 3 illustrates another embodiment, according to which the feed and return flows are introduced separately.

Fig. 4 illustrerar en tredje utföringsform, som påminner om den i fig. 3 visade.Fig. 4 illustrates a third embodiment, which is reminiscent of the one shown in Fig. 3.

Den ifrågavarande fluidumströmmen, exempelvis vätgas och en uppslamning av kol, passerar genom en ledning och ett fördelarmunstycke till en kammare i reaktorns underdel. För- delningsanordningen består vanligen av en serie väsentligen inbördes parallella skärmplåtar, vilka bildar en vinkel av 45-900 med ledningens längdaxel. Anordningen avlänkar flö- det ât sidan eller radiellt utåt. Munstyckets längdaxel kan bilda en vinkel av 0-60° med reaktorkärlets motsvarande axel. Denna fördelningsanordning för reaktorer med fluidise- 461 017 rad bädd ger en fullgod fördelning och absorption av rörel- seenergin hos den inkommande fluidumströmmen.The fluid stream in question, for example hydrogen and a slurry of carbon, passing through a conduit and a distributor nozzle to a chamber in the lower part of the reactor. For- the dividing device usually consists of a series of essentially mutually parallel screen plates, which form an angle of 45-900 with the longitudinal axis of the cable. The device diverts flow it to the side or radially outwards. The longitudinal axis of the nozzle can form an angle of 0-60 ° with the corresponding of the reactor vessel shoulder. This distribution device for reactors with fluidized 461 017 row bed provides a satisfactory distribution and absorption of the seen energy of the incoming fluid stream.

Fördelningsanordningen kan ha olika konstruktion beroende på de aktuella driftsförhållandena och på tillgängligt utrymme i reaktorkammaren. I fördelarmunstycket ingår vanligen åt- minstone tvâ ringformade skärmplâtar vilka, om munstycket är vertikalt orienterat, befinner sig på konstanta delningsav- stånd. Den översta skärmplåten är ogenomtränglig och avlän- kar flödet i sidled, så att detsamma inte kan direkt träffa fördelningsgallret. De andra skärmplåtarna har centrala öpp- ningar av sådan storlek att grenströmmar avlänkas i sidled.The distribution device may have different construction depending on the current operating conditions and in available space in the reactor chamber. The distributor nozzle usually includes at least two annular screen plates which, if the nozzle is vertically oriented, is on constant division stand. The top screen plate is impermeable and the flow laterally, so that the same can not directly hit the distribution grid. The other screen plates have central openings such that branch currents are deflected laterally.

Dessa stryker utmed kammarens botten och förhindrar härige- nom uppkomst av stagnationszoner, varjämte de ger effektiv blandning av gasen med vätskan.These sweep along the bottom of the chamber and prevent through the emergence of stagnation zones, and they provide effective mixing the gas with the liquid.

Den procentuella andelen av totalflödet i varje grenström kan varieras genom lämplig dimensionering av fördelningsan- ordningen, men normalt är den understa grenen kraftigast.The percentage of the total flow in each branch current can be varied by appropriate dimensioning of the distribution order, but normally the lowest branch is strongest.

Den kan uppgå till 40-45%, närmast överliggande gren till -35% och resten av totalflödet avlänkas då ovanför. Om in- loppsledningen inte är vertikalt orienterad, bör vinkeln mellan skärmplåtarna variera mellan 0 och ca 100 för jämn fördelning av flödet av gas och vätska inuti kammaren.It can amount to 40-45%, the closest overlying branch to -35% and the rest of the total flow is then diverted above. If in- the race line is not vertically oriented, the angle should be between the screen plates vary between 0 and about 100 for even distribution of the flow of gas and liquid inside the chamber.

Vid små reaktorer med en innerdiameter under ca 1,5 m är det vanligen lämpligast att blanda vätskan och gasen med den re- cirkulerade vätskan utanför reaktorn innan blandningen in- förs i reaktionskammaren för fördelning med hjälp av anord- ningen enligt fig. 1. Om reaktionskammarens innerdiameter överstiger ca 2 m, kan vätskan och gasen införas via separa- ta fördelningsanordningar. I kammarens övre del kan finnas en ringformad rörslinga, som fördelar blandningen av gas och vätska likformigt inom kammaren. Genom att åstadkomma tryck- fall över denna rörslinga kan man alstra ett flöde av små bubblor och vätska som riktas nedåt, så att den kinetiska 461 017 energin utnyttjas till en förhöjning av blandningsintensi- teten i kammaren. Tryckfallet över rörslingans öppningar kan typiskt uppgå till mellan 0,07 och 0,1 bar.For small reactors with an inner diameter below about 1.5 m, it is usually most convenient to mix the liquid and gas with the circulated the liquid outside the reactor before mixing fed into the reaction chamber for distribution by means of according to Fig. 1. About the inner diameter of the reaction chamber exceeds about 2 m, the liquid and gas can be introduced via separate take distribution devices. In the upper part of the chamber can be found an annular tubular loop which distributes the mixture of gas and liquid uniformly within the chamber. By providing pressure case over this pipe loop one can generate a flow of small bubbles and liquid directed downwards, so that the kinetic 461 017 the energy is used to increase the mixing intensity in the House. The pressure drop across the pipe loop openings can typically amount to between 0.07 and 0.1 bar.

Enligt en alternativ utföringsform av uppfinningen kan den inkommande ledningen förden recirkulerade vätskan passera genom fördelningsanordningens centrum. Den âterförda reak- torvätskan kommer då in i kammaren via ett ringformat om- råde mellan inloppsledningen för vätska och inloppsmunstyc- ket. De centrala öppningarna i den första och i den mellers- ta skärmplåten har sådan storlek att vätskan likformigt för- delas radiellt utåt i kammaren och stryker över dennas bot- ten, så att inga stagnationszoner uppkommer.According to an alternative embodiment of the invention, it may incoming line before the recycled liquid pass through the center of the distribution device. The reacted reaction the dry liquid then enters the chamber via an annular circumference area between the inlet line for liquid and the inlet nozzle ket. The central openings in the first and in the middle the screen plate is of such a size that the liquid is uniformly divided radially outwards in the chamber and strokes its bottom so that no stagnation zones arise.

Tryckfallet över fördelningsmunstycket uppgår typiskt till -25% av det totala tryckfallet över både munstycket och för- delargallret. Det sistnämnda kan bestå av en perforerad plåt men företrädesvis har det ett flertal rör, vilka vartdera in- till sin övre ände har ett lock. Detta förbättrar kontakt- och blandningsförhâllandena mellan gas och vätska och hind- rar strömmarna från att direkt träffa fördelargallret, var- jämte risken för koksbildning i kammaren och i katalysbädden blir minimal.The pressure drop across the distribution nozzle typically amounts to -25% of the total pressure drop across both the nozzle and the pre- the partition grille. The latter may consist of a perforated plate but preferably it has a plurality of tubes, each of which is to its upper end has a lid. This improves contact and the mixing ratios between gas and liquid and the currents from hitting the manifold directly, as well as the risk of coke formation in the chamber and in the catalytic bed becomes minimal.

Vid utföringsformen enligt fig. 1 inkommer en inloppsledning i en kammare 12 till en reaktor 14, som kan vara beklädd med ett eldfast, isolerande material 15. Ledningen slutar upptill med ett fördelarmunstycke 16, via vilket blandning- en av vätska och gas passerar in i kammaren och sedan fort- sätter uppåt genom öppningar 19 i gallret 18 till bädden 2Ö.In the embodiment according to Fig. 1, an inlet line is included in a chamber 12 to a reactor 14, which may be lined with a refractory, insulating material 15. The cable ends at the top with a distributor nozzle 16, via which the one of the liquid and gas passes into the chamber and then continues puts upwards through openings 19 in the grid 18 to the bed 2Ö.

Reaktorvätska avtappas ovanför bädden och passerar genom en central ledning 24 till en recirkulationspump (icke visad), varifrån vätskan tillsammans med färsk vätska och gas via inloppsledningen 10 tillförs fördelarmunstycket 16. Kamma- rens 12 höjd bör företrädesvis vara 5-10 gånger ledningens 10 innerdiameter och gallrets 18 diameter bör uppgå till ca 461 017 6 4-12 gånger ledningens 10 innerdiameter.Reactor fluid is drained above the bed and passes through one central line 24 to a recirculation pump (not shown), from which the liquid along with fresh liquid and gas via the inlet line 10 is supplied to the distributor nozzle 16. The height of the pipe 12 should preferably be 5-10 times that of the pipe 10 inner diameter and the diameter of the grid 18 should amount to approx 461 017 6 4-12 times the inner diameter of the wire 10.

Fördelarmunstycket är visat i detalj i fig. 2. Det har en ringformad skärm 30 med en central öppning 31 uppströms om ännu en sådan skärm 34 med en mindre central öppning 35. Där ovanför finns ett tätt lock 32. Anledningen till att den kraftigaste grenströmmen bör avlänkas underst är att denna har längre strömningsväg genom kammaren 12 till gallret 18.The distributor nozzle is shown in detail in Fig. 2. It has a annular screen 30 with a central opening 31 upstream yet another such screen 34 with a smaller central opening 35. There above is a tight lid 32. The reason why it strongest branch current should be diverted at the bottom is that this has a longer flow path through the chamber 12 to the grid 18.

Munstyckets skärmplåtar bör luta 45-900 i förhållande till ledningens 10 längdaxel, som i sin tur lutar en vinkeleb av 0-600 relativt kammarens 12 längsgående centrumaxel.The screen plates of the nozzle should be inclined 45-900 in relation to the longitudinal axis of the conduit 10, which in turn is inclined at an angle of 0-600 relative to the longitudinal center axis of the chamber 12.

Eventuellt kan också varje skärmplåt bilda en vinkel av 0-100 med närmast intilliggande för förbättring av fördel- ningen av gas/vätskeblandningen i kammaren 12.Optionally, each screen plate can also form an angle of 0-100 with the nearest adjacent to improve distribution the gas / liquid mixture in the chamber 12.

Vid utföringsformen enligt fig. 3 är fördelningsanordningen 16 centralt anbragt i kammarens 12 botten under gallret 18 och skjuter upp ovanför bottnen ett stycke, som bör vara lika med eller högst ca 2% gånger så stor som inloppsled- ningens innerdiameter. Fördelargallret 18 består av ett stort antal vertikala rör 26 med en innerdiameter av 20-40 mm, vilka skjuter ned under gallret ca 4-10 gånger rörens innerdiameter. Motsvarande mått ovanför gallret uppgår till 1,5-4. Ovanför varje rör 26 befinner sig ett bägarformat lock 28, som av (icke visade) organ hålls på avstånd ovanför rörmynningen. Dessa lock har till uppgift att hindra fasta katalysatorpartiklar från bädden att tränga in i rören 26 då ingen uppåtriktad strömning förekommer genom dem, vilket är fallet vid driftsavbrott eller driftsstörningar. En ring- formad rörslinga 40 med öppningar 41 på undersidan befinner sig ovanför munstycket 16 för jämn fördelning av gas och vätska i kamarens övre del 12a. Rörslingan 40 omger den nedåtriktade ledningen 24. Öppningarna 41 har sådan storlek att en jämn tryckfördelning erhålls och de är så belägna att flödet riktas nedåt, så att dess kinetiska energi absorberas , 461 017 för blandning av gasen och vätskan i kammaren.In the embodiment according to Fig. 3, the distribution device 16 centrally located in the bottom of the chamber 12 below the grid 18 and protrudes above the bottom a piece, which should be equal to or not more than about 2% times the inlet the inner diameter of the ning. The distributor grille 18 consists of one large number of vertical pipes 26 with an inner diameter of 20-40 mm, which shoot down under the grid about 4-10 times the tube inner diameter. The corresponding dimensions above the grid amount to 1.5-4. Above each tube 26 is a cup shape lid 28, which is kept at a distance above by means (not shown) the estuary. These lids have the task of preventing fasting catalyst particles from the bed to penetrate the tubes 26 since no upward flow occurs through them, which is the case in the event of an interruption or malfunction. A ring- shaped pipe loop 40 with openings 41 on the underside is located above the nozzle 16 for even distribution of gas and liquid in the upper part 12a of the chamber. The pipe loop 40 surrounds it downwardly directed line 24. The openings 41 are of such size that an even pressure distribution is obtained and they are so located that the flow is directed downwards, so that its kinetic energy is absorbed , 461 017 for mixing the gas and the liquid in the chamber.

Vid utföringsformen enligt fig. 4 passerar den nedåtgående ledningen 44 centralt genom fördelningsanordningen 46. Denna består av tre ringformade skärmplåtar, som upphärs av led- ningen 44. Med 45 har betecknats fördelaranordningens inlopps- ledning. Den översta skärmplåten 47 är fastsvetsad vid led- ningen 44, medan den mellersta ringskivan 48 uppbärs av tre distansstavar 53. Den har en ringformad öppning 49. Den un- dersta skärmplâten 50 har en ringformad öppning 51, som är något större än öppningen 49. Funktionen blir således prin- cipiellt densamma som tidigare beskrivits. Centralt ovanför fördelningsanordningen 46 befinner sig i kammaren 12 en ringformad rörslinga 60 på samma sätt som enligt fig. 3.In the embodiment according to Fig. 4, it passes downwards line 44 centrally through the distribution device 46. This consists of three annular screen plates, which are suspended by 44. 45 denotes the inlet device of the distributor device. management. The top shield plate 47 is welded to the joint 44, while the middle ring disk 48 is supported by three spacer 53. It has an annular opening 49. The The last screen plate 50 has an annular opening 51, which is slightly larger than the opening 49. The function is thus basically the same as previously described. Centrally above the distribution device 46 is located in the chamber 12 a annular tubular loop 60 in the same manner as in Fig. 3.

Exempel I en pilothydreringsanläggning för kol med en reaktor, som hade en innerdiameter av 1,5 m och en sjudande katalysator- bädd, blandades en uppslamning av kol och gas med àterförd reaktorvätska utanför reaktorn. Det så sammansatta flödet fördelades sedan via ett från sidan inkommande munstycke med tre lutande skärmplâtar, väsentligen enligt fig. 1. Efter det att reaktorkammaren hade försetts med fördelningsmunstycket, upphörde praktiskt taget helt varje koksbildning i reaktorn till följd av ofullkomlig flödesfördelning.Example In a coal pilot hydration plant with a reactor, which had an inner diameter of 1.5 m and a simmering catalyst bed, a slurry of coal and gas was mixed with recycled reactor fluid outside the reactor. The so complex flow was then distributed via a nozzle incoming from the side with three inclined screen plates, substantially according to Fig. 1. After that that the reactor chamber had been fitted with the distribution nozzle, virtually all coking in the reactor ceased altogether due to imperfect flow distribution.

I en reaktor för kommersiell drift, där reaktorkammarens innerdiameter var ca 3,3 m, anordnades ett munstycke med tre lutande skärmplåtar för fördelning av den recirkulerade väts- keuppslamningen samt en cirkulär rörslinga för fördelning av färsk gas och slam.In a reactor for commercial operation, where the reactor chamber inner diameter was about 3.3 m, a nozzle with three was arranged inclined screen plates for distribution of the recycled liquid the slurry and a circular loop for distributing fresh gas and sludge.

I en kommersiell reaktor med innerdiameter 3 m består flö- desfördelningssystemet av ett vertikalt munstycke med tre 461 017 8 horisontella skivor för fördelning av den âterförda vätskan samt av en ringformad rörslinga för fördelning av inkomman- de vätska och gas.In a commercial reactor with an inner diameter of 3 m, the liquid distribution system of a vertical nozzle with three 461 017 8 horizontal disks for distributing the returned liquid and of an annular tubular loop for distributing incoming the liquid and gas.

Claims

461,017 Patent claims

Device for uniform distribution upwards in a boiling bed particle bed (20) of a reactor (14) intended for catalytic hydrogenation of hydrocarbon material, for example, of a mixture of liquid and gas, which device is located in the reactor chamber (12) is formed by a manifold (18) and by the lower end and lower walls of the reactor below the manifold, characterized in that the manifold (18) is provided with a plurality of vertical pipes (26), each at its own upper end is covered by a lid (28), and that a shielded nozzle (16; 46) is provided at the inner end of a gas / liquid inlet conduit (10:45), which enters the chamber (12) for recirculating fluid , obtained at least in part from the bed (20), the nozzle having at least two screens (30, 32, 34; 47, 48, 50), which are mutually separated and rigidly attached to the inner end of the conduit and form an angle of 45 900 against the center line of the inner end of the wire, from which it screens in first (32; 47) is closed, and at least one upstream screen (30, 34; 48, 50) has a central opening (31, 35; 49, 51), whereby gas and liquid, which are introduced into the chamber via the line, are mixed. of the nozzle, and by co-operation between the nozzle and the distributor grille is distributed substantially uniformly upwards in the bed.

Device according to claim 1, characterized in that the longitudinal axis of the nozzle (16; 46) forms an angle of 0-60 ° with the central axis of the chamber (12) and the reactor (14).

Device according to claim 1 or 2, characterized in that the nozzle (16: 46) has three screens (30, 32, 34; 47, 48, 50), of which the lowest (30; 50) has one cent. - ral opening (31; 51), the middle (34: 48) a smaller such opening (35; 49) and the upper one (32; 47) is closed. 461 017 10

Device according to claim 3, characterized in that the opening (31: 51) in the lower screen (30; 50) has a diameter of 0.6-0.75 of the inner diameter of the conduit (10:45) and the corresponding dimensions for the opening (35: 49) in the middle screen (34; 48) are 0.4-0.5 of the inner diameter of the pipe.

Device according to one of the preceding claims, characterized in that the distance between the screens (30, 32, 34; 47, 48, 50) amounts to 0.3-0.5 of the inner diameter of the line (10:45).

Device according to one of the preceding claims, characterized in that each screen (30, 32, 34; 47, 48, 50) with an adjacent one forms an angle of 0-100.

Device according to one of the preceding claims, characterized in that an annular spreader (40; 60) is arranged in the chamber (12) between the distributor grid (18) and the nozzle (16; 46).

Device according to one of the preceding claims, characterized in that the nozzle (16; 46) extends above the bottom of the chamber (12) a distance corresponding to 1.0-2.5 of the inner diameter of the pipe (10; 45) .

Device according to one of the preceding claims, characterized in that the height of the chamber (12) amounts to 5-10 times the inner diameter of the pipe (10; 45).

Device according to one of the preceding claims, characterized in that the diameter of the grid (18) is 4-12 times the inner diameter of the conduit (10; 45).

Device according to one of the preceding claims, characterized in that a vertical downcomer (44) for returning fluid from the bed (20) to the central (18) and the chamber (12) extends centrally through the grid (18) and the chamber (12). the chamber, the nozzle (46) being located outside the fall line and being concentric therewith.