SK27595A3 - Productive column with catalyst bed, catalyst bed for this productive column and method of using of catalyst bed in productive column - Google Patents

Description

Vynález sa týka produkčných kolón na uskutočňovanie chemických procesov a predovšetkým zlepšeného katalyzátorového lôžka, pomocou ktorého sa dosahuje zlepšenie priebehu procesov uskutočňovaných v kvapalnej fáze v produkčných kolónach. Doterajší stav techniky

Destilačné kolóny sa všeobecne používajú na oddelenie zvolených zložiek z mnohozložkovej frakcie. Všeobecne také kolóny, v ktorých prebieha styk plynu s kvapalinou, majú buď poschodia alebo náplň alebo obsahujú kombinácie poschodí s náplňami. V nedávnej dobe bol zaznamenaný trend nahradiť takzvat né klobúčikové kolóny kolónami so sieťovými a ventilovými poschodiami, pričom za účelom dosiahnutia zlepšenej separácie • zložiek obsiahnutých v procesnom prúde sú teraz používané kolóny obsahujúce náplň, ktorou je buď náhodná (sypaná) náplň alebo štruktúrovaná náplň, v kombinácii s destilačnými poschodiami .

Úspešný priebeh frakcionácie v kolóne je závislý od dokonalého styku medzi kvapalinou a parnou fázou. Niektoré zariadenia na styk parnej a kvapalnej fáze, akými sú napríklad poschodia destilačnej kolóny, majú relatívne vysoký tlakový spád a zadržujú relatívne vysoký objem kvapalnej fázy. Pre niektoré aplikácie sa stal obľúbeným iný typ zariadenia na styk kvapalnej a parnej fázy, predovšetkým na báze štruktúrovanej náplne s vysokou účinnosťou. Takáto náplň je energeticky účinná, pretože je v nej nízky tlak spádu a zadržuje malý objem kvapalnej fázy. Tieto vlastnosti však zasa spôsobujú, že destilačné kolóny vybavené štruktúrovanou náplňou je ťažké prevádzkovať stabilným konzistentným spôsobom. Okrem toho mnohé aplikácie jednoducho vyžadujú použitie destilačných poschodí.

Poschodia frakcionačnej kolóny majú dve základné konfigurácie a síce konfiguráciu s bočným tokom kvapalnej fázy a konfiguráciu s protiprúdovým stykom kvapalnej a plynnej fázy. Poschodia sú všeobecne tvorené pevnou plošinou, ktorá je vybavená množinou otvorov a uložená na nosných prstencoch vystupujúcich z vnútornej steny kolóny. Pri konfigurácii s bočným tokom kvapalnej fázy stúpa para cez uvedené otvory poschodia a vstupuje do styku (prevaruje) s kvapalinou pohybujúcou sa po poschodí cez jeho účinnú plochu. Práve v tejto účinnej ploche nastáva zmiešanie kvapaliny a pary a následná frakcionácia. Kvapalná fáza sa na poschodie privádza z vyššie umiestneného poschodia pomocou vertikálneho kanálu. Tento kanál sa označuje ako vstupný zvodič. Po privedení na poschodie sa kvapalina pohybuje po poschodí a následne opúšťa toto poschodie obdobným kanálom označovaným ako výstupný zvodič. Takéto zvodiče sú na poschodí umiestnené v prípade, že je potrebné na poschodí zadržať dostatočný objem kvapaliny, umožňujúci priebeh chemickej reakcie v kvapalnej fáze, ako v prípade katalytickej destilácie. Umiestnenie týchto zvodičov určuje prietokový režim kvapaliny. Ak sa nachádzajú na poschodí dva vstupné zvodiče a ak je kvapalina nad každým poschodím rozdelená takto do dvoch prúdov, potom sa toto poschodie označuje ako dvojcestné. Ak je na poschodí umiestnený iba jeden vstupný zvodič a iba jeden výstupný zvodič, umiestnený na opačnom konci poschodia voči polohe uvedeného vstupného zvodiča, potom sa takéto poschodie označuje ako jednocestné. Poschodia, ktorými kvapalná fáza prechádza dvoma alebo viacerými prúdmi, sa často označujú ako viaccestné poschodia. Ak je potrebné zvýšenie prietoku kvapalnej fáze poschodiami, používa sa aj viacero prúdov kvapaliny cez poschodia. Kritickým parametrom poschodia však je vyššie uvedená účinná plocha poschodia.

Pre účinný styk kvapalnej a parnej fázy však nie je možné využiť celú plochu poschodia. Tak napríklad plocha nachádzajúca sa pod vstupným zvodičom je celistvou plochou bez otvorov a na tejto ploche teda neprichádza ku styku pary s kvapalinou. Táto plocha teda do účinnej plochy poschodia nepatrí. Za účelom dosiahnutia pokiaľ možno čo najväčšej účinnej plochy po schodia na účinný styk parnej a kvapalnej fázy sú zvodiče často zošikmené. Maximálna prevádzková kapacita daného poschodia (táto kapacita je úmerná množstvu kvapalnej a plynnej fázy, ktoré na poschodí vstúpili do účinného styku) rastie s rastúcou účinnou alebo prebublávacou plochou. Mimochodom tu existuje určitá medza zošikmenia zvodiča alebo zvodičov (tieto zvodiče sa taktiež označujú ako prepady) uskutočneného za účelom zvýšenia prebublávacej plochy a pri prekročení tejto medze sa kanál stáva príliš malým. To môže mať za následok obmedzenie prúdu kvapaliny alebo/a obmedzenie uvoľňovania pár zadržaných v kvapaline alebo tvoriacich sa v zvodičoch, čo núti kvapalinu v zvodiči ku spätnému stúpaniu, čím sa zasa predbežne obmedzuje normálna maximálna prevádzková kapacita poschodia.

Konštrukčnú modifikáciu poschodia uskutočnenú za účelom zväčšenia prebublávacej plochy poschodia a teda i prevádzkovej kapacity poschodia predstavuje multizvodičové poschodie. Takéto poschodie obsahuje obyčajne množinu schránkovito tvarovaných vertikálnych kanálov, ktoré sú symetricky rozložené po poschodí za účelom prívodu kvapalnej fázy na poschodie a jej odvodu z poschodia. Tieto zvodiče nezasahujú až k nižšiemu poschodiu, ale sú ukončené v určitej, vopred stanovenej vzdialenosti od poschodia, pričom je táto vzdialenosť vymedzená priestorom, ktorý je dostatočný na uvoľnenie všetkej parnej fázy zadržanej v kvapalnej fáze vstupujúcej výstupným zvodičom. Rozloženie zvodičov je v každom nasledujúcom poschodí pootočené o 90° vzhľadom ku rozloženiu zvodičov na predchádzajúcom poschodí. Spodná časť schránok tvoriacich zvodiče je celistvá s výnimkou štrbín, ktoré usmerňujú kvapalinu na prebublávaciu plochu nižšie uloženého poschodia, nachádzajúcu sa medzi výstupnými zvodičmi uvedeného poschodia.

Technológia styku para-kvapalina je realizovaná využitím mnohých prístupov. Príklady týchto prístupov je možné nájsť v niektorých starších patentoch, medzi ktoré patria patenty US 3,959,419, 4,604,247 a 4,597,916 (patriacich firme, ktorej patrí i táto patentová prihláška) a patent US 4,603,022 (Mitsubishi Jukogyo Kabushiki Kaisha of Tokyo, Japonsko). Ďalší odkaz je možné nájsť v patente US 4,499,035 (Union Carbide

Corporatíon), ktorý popisuje poschodie na styk plynnej a kvapalnej fázy so zlepšenými vstupnými prebublávacími prostriedkami. V tomto patente je popísané vyššie uvedené poschodie s konfiguráciou bočného toku kvapalnej fázy, ktoré obsahuje vylepšené prostriedky na iniciáciu prebublávacej aktivity na vstupe poschodia, zahŕňajúce odsadené neperforované stenové členy vybiehajúce nahor v podstate vertikálne a priečne vzhľadom ku smeru prúdenia kvapalnej fázy. Táto štruktúrna konfigurácia údajne podporuje aktivitu na väčšom povrchu poschodia, ako je to v prípade jednoducho perforovaného poschodia. To sa čiastočne dosiahne rozšírením a využitím oblasti priliehajúcej ku zvodiču pre jednoduchší priechod parnej fázy cez poschodie.

V patente US 4,550,000 (Shell Oil Company) je popísané zariadenie na uvedenie plynu a kvapaliny do vzájomného styku medzi vertikálne naskladanými poschodiami v kolóne. Za účelom prechodu plynu, ktorý je menej obmedzovaný kvapalinou prichádzajúcou z výstupných prostriedkov ďalšieho horného poschodia, je uvedené poschodie vybavené otvormi. To je realizované perforovanými púzdrami pripevnenými ku plošine poschodia pod zvodičmi pre rozptýlenie zostupného prúdu kvapaliny. Takéto zlepšenie zlepšuje účinnosť poschodia pri zachovaní základnej konštrukcie doteraz známych poschodí. Podobne patent US 4,543, 219 (Nippon Kayaku Kabushiki Kaisha of Tokyo, Japonsko) popisuje kolónu s poschodiami vybavenými prepážkami meniacimi smer prúdu kvapaliny. Sú tu uvedené prevádzkové parametre vysokej účinnosti styku plyn-kvapalina a potrebné nízke tlakové straty. Takéto odkazy sú užitočné na ilustráciu nevyhnutnosti vysokej účinnosti styky plyn-kvapalina v produkčných kolónach s poschodiami. Patent US 4,504,426 (Carl T.Chuang a kol., Atomic Energy of Canada Limited) popisuje ďalší príklad zariadenia na styk plynnej a kvapalnej fázy. V tomto patente sa uvádza niekoľko zlepšení zvyšujúcich frakcionačnú účinnosť a taktiež modifikácie týkajúce sa konštrukcie poschodí so zvodičmi. Perforovaná plocha poschodia vybieha pod zvodič pri znížení otvorovej plochy o 0 až 25 %.

V nedávnej dobe sa destilačné kolóny začali používať na simultánnu alebo postupnú frakcionáciu v kombinácii s chémie kou reakciou. Podľa La Chatelierovho princípu, ktorý je veľmi dobre známy v chemickom priemysle, možno kinetiku chemických reakcií zlepšiť zmenou rovnováhy medzi reakčnými zložkami a produktmi. Tak napríklad mechanická konštrukcia popísaná v patentoch US 3,629,478 a 3,634,534 ilustruje príklad reaktora tvoreného destilačnou kolónou, pričom vo zvodičoch poschodí je uložený katalyzátor potrebný na uskutočnenie danej reakcie.

V prípade exotermickej reakcie, pri ktorej nastáva uvoľnenie plynného produktu, by však mohlo nastať preťaženie priestoru na uvoľňovanie parnej fázy, nachádzajúceho sa na vstupe do zvodiča, čo by mohlo mať za následok úplné zlyhanie destilačnej funkcie kolóny. Jedným z prevádzkových zámerov je teda odtiahnutie plynov vytvorených vo zvodiči a plynov strhnutých z plošiny poschodia. Toto opatrenie je nutné uskutočniť v prípade, že je požadovaná maximálna prevádzková účinnosť kolóny.

Podľa spomenutého Le Chatelierovho princípu taktiež potrebné posunúť rovnováhu chemickej reakcie zo strany reakčných zložiek na stranu produktu odstraňovaním produktu z reakčnej zmesi. V mnohých prípadoch sa produkt odstraňuje z reziduálnej reakčnej zmesi následnou destiláciou. Tento vynález umožňuje uskutočniť produkčnú reakciu a separáciu produktu v jednej a tej istej reakčnej nádobe, čo umožňuje dosiahnutie úplnejšieho priebehu reakcie so znížením kapitálových nákladov.

V prípade exotermickej reakcie možno reakčné teplo priamo využiť v stupni izolácie produktu. V súvisiacej patentovej prihláške č. 08/132,059 (patriacej taktiež autorom tohoto vynálezu) je popísaná destilácia v kombinácii s chemickou reakciou v plynnej fáze. V rámci predloženého vynálezu sa reakčný stupeň uskutočňuje v kvapalnej fáze vo vymedzenej separátnej sekcii produkčnej veže.

Bolo by teda výhodné poskytnúť spôsob a zariadenie na zlepšený priebeh destilácie uskutočňujúcej sa súčasne s katalytickou reakciou uskutočňujúcej sa v kvapalnej fáze. Tento cieľ je dosiahnutý predloženým vynálezom, v rámci ktorého je katalyzátor uložený v kvapalnej reakčnej zóne chemickej produkčnej kolóny. Prúd plynnej fázy je odklonený mimo túto reakčnú katalyzátorovú zónu za účelom dosiahnutia toho, aby sa chemická reakcia uskutočňovala iba v kvapalnej fáze. Okrem toho poskytuje katalytická reakcia v kvapalnej fáze producentovi použitie rôznych súborov reakčných podmienok volených za účelom jednoduchšieho zabránenia tvorby niektorých azeotropov.

Podstata vynálezu

Vynález sa týka chemickej produkčnej veže a katalyzátorového lôžka použiteľného v uvedenej chemickej produkčnej veži. Vynález sa predovšetkým týka zlepšeného katalyzátorového lôžka pre produkčnú kolónu, v ktorej kvapalná fáza tečie smerom nadol cez náhodnú alebo štruktúrovanú náplň alebo/a po poschodiach produkčnej kolóny. V tomto type produkčnej kolóny stúpa parná fáza smerom nahor a v priebehu tohoto vzostupného pohybu vstupuje do interakcie so zostupujúcou kvapalnou fázou, pričom pri tejto interakcii nastáva prestup hmoty z fázy do fázy. Zlepšenie podľa vynálezu spočíva v umiestnení katalyzátorového lôžka do oblasti chemickej produkčnej veže obsahujúcej výlučne kvapalnú fázu, v dôsledku čoho prebieha chemická reakcia kvapalných zložiek iba v tejto oblasti.

Vynález sa ďalej týka zlepšenej produkčnej veže, v ktorej je umiestnené katalyzátorové lôžko a v ktorej kvapalina prúdi smerom nadol cez náhodnú alebo štruktúrovanú náplň alebo/a po poschodiach produkčnej kolóny, zatiaľ čo para stúpa smerom nahor a vstupuje takto do interakcie s kvapalinou, pri ktorej nastáva prestup hmoty z fázy do fázy. Zlepšenie zahŕňa prostriedky združené s kolónou na nosenie katalyzátorového lôžka v oblasti kolóny s výlučne kvapalnou fázou. Takéto umiestnenie katalyzátorového lôžka do oblasti kolóny s výlučne kvapalinovou fázou uľahčuje interakciu medzi kvapalinou zostupujúcou smerom nadol cez kolónu a katalyzátorovým lôžkom a podporuje chemickú reakciu kvapalných zložiek v katalyzátorovom lôžku. Katalyzátorové lôžko môže byt v kolóne nesené aspoň jedným nosným roštom pripevneným ku stene kolóny pripevňovacími prostriedkami a prebiehajúcim naprieč kolónou, pričom tieto nosné rošty sú určené na vymedzenie priestoru, v ktorom sa nachádza katalyzátorové lôžko. Pri jednom uskutočnení kolóna obsahuje ešte druhý nosný rošt pre sendvičové usporiadanie katalyzátorového lôžka v kolóne.

Podľa ďalšieho znaku vynálezu je nosný rošt umiestnený v dolnej oblasti kolóny za účelom zabezpečenia katalyzátorového lôžka v spodnej oblasti kolóny, určenej v podstate iba na prúdenie kvapaliny, pričom parná fáza touto spodnou oblasťou neprechádza. Podľa iného uskutočnenia vynálezu je katalyzátorové lôžko zabezpečené v medziľahlej oblasti kolóny (tj. v oblasti nachádzajúcej sa medzi spodnou a hornou oblasťou kolóny)/ pričom parná fáza prúdi buď nad katalyzátorovým lôžkom alebo pod ním, ale v žiadnom prípade cez katalyzátorové lôžko. Napokon podľa iného uskutočnenia vynálezu zabezpečuje nosný rošt katalyzátorové lôžko v hornej oblasti kolóny, pričom je kvapaline umožnené pretekať týmto katalyzátorovým lôžkom, avšak plynnej fáze nie.

Podľa ďalšieho znaku vynálezu sa poskytuje zlepšený spôsob použitia katalyzátorového lôžka v produkčnej kolóne. Tento zlepšený spôsob spočíva v tom, že sa katalyzátorové lôžko umiestni do oblasti kolóny, ktorá je v podstate určená na prúdenie kvapaliny a že sa zabráni prúdeniu parnej fázy cez katalyzátorové lôžko, čím sa priebeh reakcie vedúcej ku požadovanému produktu v podstate obmedzí iba na kvapalnú fázu

Stručný popis obrázkov

Za účelom dokonalého pochopenia vynálezu a objasnenia ďalších znakov vynálezu a výhod vynálezu bude vynález v nasledujúcej časti popísaný s odkazmi na pripojené výkresy, na ktorých:

obr.l znázorňuje perspektívny pohľad plnenej kolóny s niekoľkými výrezmi steny kolóny uskutočnenými za účelom zviditeľnenia vnútorného vybavenia chemickej produkčnej kolóny, ktoré bude predmetom ďalej zaradenej diskusie, obr.2 znázorňuje pozdĺžny rez častí chemickej produkčnej kolóny ilustrujúci jedno z uskutočnení vynálezu, obr.3 znázorňuje schématické zobrazenie chemickej produkčnej kolóny z obr.2, obr.4 znázorňuje schématické zobrazenie alternatívneho uskutočnenia chemickej produkčnej kolóny z obr.3 a obr.5 znázorňuje schématické zobrazenie ďalšieho alternatívneho uskutočnenia chemickej prevádzkovej kolóny z obr.3.

Obr.l znázorňuje perspektívny pohľad na ilustratívnu produkčnú kolónu s niekoľkými výrezmi steny kolóny uskutočnenými za účelom obnaženia vnútorných konštrukčných prvkov kolóny. Produkčná kolóna 10 je tu uvedená len pre porovnávacie účely a neilustruje katalyzátorové lôžko podľa vynálezu uložené v oblasti kolóny s výlučne kvapalnou fázou. Na obr.l je zobrazené valcovité telo 12 kolóny obsahujúce množinu náplňových vrstiev 14 a poschodí. Kolóna takisto obsahuje niekoľko vstupných otvorov 16 umožňujúcich prístup do vnútornej oblasti tela kolóny. Kolóna ďalej obsahuje bočné odtahové potrubie 20 kvapaliny, bočné prívodné potrubie 18 kvapaliny a bočné vratné potrubie 32 parnej fázy privádzanej z varáku kolóny. V hornej časti kolóny sa nachádza spätné potrubie 34 kvapaliny.

Pri prevádzke kolóny sa kvapalina 13 zavádza do kolóny 10 spätným potrubím 34 a bočným prívodným potrubím 18. Kvapalina 13 prúdi smerom nadol cez kolónu a opúšta kolónu buď bočným odťahovým potrubím 20 alebo spodným výpustným potrubím 20. Počas zostupného prúdenia kvapaliny je kvapalina 13 ochudobnená o niektoré látky, ktoré sa z nej pri prechode poschodiami alebo vrstvami náplne odparujú, pričom táto kvapalina je taktiež obohacovaná látkami, ktoré do nej kondenzujú z parnej fázy. Para 15 zasa stúpa kolónou smerom nahor.

Z obrázku je zrejmé, že kolóna 10 je pre lepšiu ilustráciu v polovici rozdelená schématickým rezom. Kolóna 10 má v hornej časti výstupné potrubie 26, ktoré je umiestnené v najvyššej časti tela 12 kolóny 10. a v spodnej časti plášť

28. ktorý je umiestnený okolo spodného výstupného potrubia 30 pripojeného ku varáku (nie je znázornený). Nad plášťom 28 je umiestnené bočné vratné potrubie 32 slúžiace na spätné zavedenie pary do kolóny za účelom jej vzostupného pohybu cez poschodia alebo/a náplňové vrstvy 14. Refluxovaná kvapalina z chladičov sa zavádza do hornej oblasti 23 kolóny spätným potrubím 34 a prúd tejto kvapaliny sa rozdelí priechodom distribútorom 36 po celom náplňovom lôžku 38. Z obrázku je zrejmé, že uvedené náplňové lôžko 38 je tvorené štruktúrovanou náplňou. Pre ilustráciu sú na obr.l znázornené i oblasti produkčnej kolóny 10 nachádzajúce sa pod uvedeným náplňovým lôžkom. Bezprostredne pod uvedeným náplňovým lôžkom sa nachádza kolektor 40 kvapaliny umiestnený pod nosným roštom 41 a nesúci náplňové lôžko 38. Pod uvedeným kolektorom 40 je umiestnený ďalší distribútor 42 kvapaliny slúžiaci na rozdelenie kvapaliny po celom priereze kolóny. Pod schématickým rezom 43 a nad náplňovými vrstvami 14 sa nachádza ešte ďalší distribútor 42A kvapaliny.

Kolóna 10 je rozdelená schematickým rezom 43 preto, aby bolo zrejmé, že vnútorné vybavenia kolóny má iba schematický charakter a slúži iba na referenčné účely pri výklade a bližšom objasnení vynálezu.

Rovnako z ilustračných dôvodov je v kolóne na obr.l zobrazený pár poschodí. V mnohých prípadoch obsahuje produkčná kolóna iba náplň alebo iba poschodia alebo kombinácie náplní a poschodí. V zobrazenom uskutočnení kolóny je zahrnutá kombinácia uvedených prvkov, ktorá je vhodná na všeobecný popis produkčnej veže a na vysvetlenie jej funkcie v celom aplikačnom rozsahu. Poschodová kolóna obyčajne obsahuje množinu poschodí 48 zobrazeného typu. V mnohých prípadoch sú poschodia 48 sieťovými alebo ventilovými poschodiami. Takéto poschodia sú tvorené doskou, ktorá je perforovaná alebo je vybavená pozdĺžnymi štrbinami. V zobrazenom uskutočnení kolóny sú použité iba poschodia vybavené štrbinami, aj keď možno použiť i iné typy perforácie. V niektorých uskutočneniach poschodí prestupuje kvapalina i parná fáza, prichádzajúca do styku s poschodiami, rovnakými otvormi, pričom kvapalina a para prichádzajú do protiprúdneho styku. Optimálne situácia nastáva v prípade, že parný i plynný prúd dosiahnu stabilnú úroveň. Pri použití zvodičov, ktoré budú popísané v nasledujúcej časti popisu, možno takúto stabilitu dosiahnuť pri relatívne nízkom prietoku umožňujúcom zmiešanie stúpajúcej pary so zostupujúcou kvapalinou. V niektorých uskutočneniach kolón sa nepoužívajú zvodiče, pričom para a kvapalina používajú rovnaké otvory podľa toho, ako sa mení tlak pod a nad poschodím.

V zobrazenom uskutočnení kolóny sa používajú poschodia 48 a 49 s bočným tokom kvapalnej fázy a zvodiče 53 a 69. Poschodie 48 má konvenčnú konštrukciu zahŕňajúcu perforované alebo štrbinové povrchy 50. Poschodie 49 však obsahuje zvýšenú vstupnú sekciu 51 nachádzajúcu sa pod zvodičom 53,. Otvory vo vstupnej sekcii 51 môžu byť jednoduché perforácie alebo smerované prietokové ventily. Pokiaľ sa jedná o jednotlivé konštrukčné prvky nachádzajúce sa v plnených vežiach a všeobecne o voľbu materiálu, z ktorých robené, je potrebné vziať do vybavenie kolóny vystavené. typu zobrazeného na obr.1 je je vnútorné vybavenie kolóny vyúvahy koróziu, ktorej je vnútorné Konštrukcia prevádzkových kolón detailnejšie popísaná v článku

Gilberta Chena, nazvanom Packed Column Internals, uvedenom v Chemical Engineering z 5.marca 1984.

Na obr.2 je zobrazená výlučne kvapalná reakčná zóna 99 nachádzajúca sa v spodnej oblasti 100 tela 12 kolóny. Táto spodná oblasť 100 kolóny obsahuje vymedzenú reakčnú zónu s obsahom katalyzátora, ktorá predstavuje podstatu vynálezu. V reakčnej zóne 99 môže katalyzátorové lôžko realizovať chemickú reakciu kvapalných zložiek v kolóne, pričom priebeh tejto chemickej reakcie môže byť v podstate obmedzený iba na kvapalnú fázu. Uvedená spodná oblasť 100 je v najnižšej časti vybavená spodným výpustným potrubím 30. nad ktorým sa nachádza kvapalina, ktorá má prejsť katalyzátorovým lôžkom 102. Toto katalyzátorové lôžko 102 je umiestnené medzi drobnozrnnými nosnými médiami 104. ktoré sú zasa sendvičovo uložené medzi hrubozrnnými nosnými médiami 106. Takéto nosné médiá katalyzátorov sú pri priemyselných aplikáciách veľmi dobre známe a sú napríklad tvorené guličkami alumíny rôznych priemerov. Horné nosné mé dium katalyzátora a teda i katalyzátorové lôžko 102 je ohraničené roštom 108, zatiaľ čo dolné nosné médium katalyzátorového lôžka 102 je nesené roštom 110, umiestneným nad spodným výpustným potrubím ,30. Uvedené rošty 108 a 110 sú skonštruované z kovového roštového štrbinami vybaveného materiálu a ich vytvorenie a uloženie je pre odborníka rutinnou záležitosťou. Nosný rošt 110 je typicky pripevnený ku vnútornej stene tela 12 kolóny konvenčnými príchytnými prostriedkami, akými sú zvary, a môže prebiehať po celom priereze kolóny za účelom ohraničenia katalyzátorového lôžka 102. Sendvičovým uložením katalyzátorového lôžka 102 medzi rošty 108 a 110 sa dosiahne to, že katalyzátorové lôžko je jednoznačne ohraničené pre interakciu s kvapalinou 13 pohybujúcou sa smerom nadol cez toto lôžko. Akékoľvek zavedenie parnej fázy sa v dôsledku toho uskutočňuje až nad hornou hladinou 112 kvapaliny, pričom takúto parnú fázu možno priviest bočným vratným potrubím 32 alebo obdobne, ako je to zrejmé na obr.l. V zobrazenom uskutočnení sa však v spodnej oblasti tela 12 kolóny nachádza iba kvapalina a takto je tu vytvorená vyššie popísaná vymedzená katalyzátorová reakčná zóna obsahujúca iba kvapalinu. Katalytická reak- * cia sa takto uskutočňuje vo vymedzenej reakčnej zóne, do ktorej sa nezavádza žiadna parná fáza.

•

Usporiadanie podľa obr.2 má niekoľko výhod. Toto usporiadanie napríklad umožňuje veľkú pružnosť pokiaľ sa jedná o množstvo katalyzátora, ktoré môže byť k dispozícii na interakciu s kvapalinou. Množstvo katalyzátora už nie je obmedzené na konvenčné výlučne kvapalné oblasti, akými sú pri kolónach konvenčných typov zvodiče. V usporiadaní podľa vynálezu môže byt hmota katalyzátora rozdelená po celom priereze tela 12 kolóny a v dôsledku toho je vo výlučne kvapalnej fáze k dispozícii na interakciu s kvapalinou veľké množstvo katalyzátora. Množstvo a typ katalyzátora, ktoré sú k dispozícii v uvedenej oblasti tela 12 kolóny možno takto zvoliť v súlade s nevyhnutnými výkonovo-konštrukčnými kritériami. Tieto kritériá normálne zahŕňajú parametre, akými sú hodinová priestorová rýchlosť kvapaliny a tlakový spád. Okrem toho umožňuje táto konfigurácia presnejšiu reguláciu prebiehajúcej reakcie, lebo je možné ohrievať alebo chladiť kvapalinu určenú na prechod reakčnej zó ny 99 alebo meniť rýchlosť jej prietoku cez túto zónu a nastaviť tak prevádzkové parametre tak, aby bola prevádzka kolóny pokiaľ možno čo najúčinnejšia. Usporiadanie podľa vynálezu taktiež predstavuje menej zložitú mechanickú konštrukciu vzhľadom ku skutočnosti, že priestor pre katalyzátor nezaberá len časť prierezu kolóny a nie sú preto potrebné mechanické prvky oddeľujúce časť prierezu pre katalyzátor a časť prierezu, ktorou prechádza parná fáza. V tomto ohľade je kapacita menej obmedzovaná skutočnosťou, že sa musí vylúčiť prítomnosť katalyzátora v oblasti prúdenia parnej fázy. Ďalšou výhodou je jednoduché ukladanie a odstraňovanie katalyzátora. V prípade uloženia katalyzátora výlučne v izolovanej kvapalnej oblasti je katalyzátorové lôžko prístupnejšie a obsluha tejto oblasti je jednoduchšia v porovnaní s ukladaním a odstraňovaním katalyzátora vymedzeného v náplňovej štruktúre alebo združenom s konštrukciou poschodí.

Na obr.3, 4 a 5 sú schematicky zobrazené tri uskutočnenia umiestnenia katalyzátorového lôžka podľa vynálezu v oblasti produkčnej kolóny, určené výlučne pre kvapalnú fázu. Tieto tri * zobrazenia ukazujú umiestnenie výlučne kvapalnej reakčnej zóny 99 v troch zvolených oblastiach tela 12 kolóny v súlade s pod- * statou vynálezu.

Na obr.3 je napríklad obrazená kolóna, ktorá má podobnú konštrukciu ako kolóna zobrazená na obr.2, a v ktorej je výlučne reakčná kvapalná zóna 99 celá umiestnená v spodnej oblasti 100 kolóny. Spodné výpustné potrubie 30 je tu schematicky zobrazené ako súčasť uzavretej slučky pre opätovné zavedenie kvapaliny 98 do kolóny vstupným vedením 120. Vrchná časť 122 kolóny je potom určená na protiprúdny styk kvapaliny 98 a pary 97 na schematicky zobrazených poschodiach 124, ktoré môžu byť tvorené konvenčnými poschodiami produkčnej kolóny. Na tomto schematickom zobrazení nie sú špecificky zobrazené nevyhnutné odťahové potrubia na odvádzanie pary a kvapaliny, ako je to na obr.l. Na obr.3 a 5 je ale zobrazené odťahové potrubie 197 pary, ktoré je umiestnené v najvyššej časti kolóny za účelom odvádzania pary 97 z kolóny. Je samozrejmé, že kolóna bude musieť obsahovať ešte ďalšie odťahové vedenia a funkčné systémy, pričom navrhnúť a umiestniť takéto funkčné prvky v kolóne bude pre odborníka ľahko riešiteľnou záležitosťou.

Na obr.4 je zobrazená kolóna s výlučne kvapalnou reakčnou zónou 99, umiestnenou v hornej oblasti 130 kolóny. Katalyzátorové lôžko 102 nachádzajúce sa v hornej oblasti 130 je usporiadané v polohe nad odťahovým potrubím 132 určenom na odvádzanie pary 97 z kolóny. Tato para 97 je plynným produktom a možno ju viesť do chladiča (nie je zobrazený). V tomto usporiadaní je para 97 odvádzaná v tejto časti kolóny, aby v hornej oblasti 130 mohla prechádzať iba kvapalina SS.· Vzhľadom ku tomu je výhodne poschodie 133 celistvé (ako to je zobrazené silnou plnou čiarou) a nie perforované, pretože je výhodné, aby para 97 neprešla týmto poschodím a nedostala sa do priestoru za toto poschodie. Rovnako ako na obr.3 je i v tomto prípade spodné výpustné potrubie 30 umiestnené v najspodnejšej časti kolóny za účelom odvádzania kvapaliny z kolóny. Spodná oblasť 134 kolóny je potom určená pre vyššie popísaný protiprúdny styk pary 97 a kvapaliny 98 _f pričom poschodia 138 sú perforované a môžu mať rovnakú konštrukciu ako poschodia na obr.l. Zjavnou výhodou usporiadania podľa obr.4 je využitie hornej oblasti 130 kolóny pre zostupný tok kvapaliny 98 (ako spätný tok z chladiča) cez katalyzátorové lôžko 102 a absencia akéhokoľvek odvodu pary 97 cez túto hornú oblasť. Takéto usporiadanie eliminuje prítomnosť pary 97 vo výlučne kvapalnej reakčnej zóne 99, čo je v súlade s podstatou vynálezu.

Na obr.5 je zobrazená produkčná veža, v ktorej je výlučne kvapalná reakčná zóna 99 reprezentovaná výlučne kvapalnou katalyzátorovou oblasťou 140 umiestnená v medziľahlej sekcii kolóny. Katalyzátorové lôžko 102 je zabezpečené vo výlučne kvapalnej katalyzátorovéj oblasti 140 nad odťahovým vedením 142 pary a pod vstupným vedením 144 na zavedenie pary. V tomto usporiadaní sa para 97 odťahuje pod výlučne kvapalnou katalyzátorovou oblasťou 140 a opäť injikuje do kolóny nad touto oblaťou za účelom zabránenia prechodu pary 97 katalyzátorovým lôžkom 102. Ako už bolo uvedené vyššie, je nad odťahovým vedením 142 umiestnené celistvé poschodie 143. Toto celistvé poschodie 143 (zobrazené plnou tučnou čiarou) bráni postupu pary smerom nahor do výlučne kvapalnej reakčnej zóny 99. V oblastiach 150 a 160 možno použiť konvenčné poschodia 138 produkčnej kolóny, pričom v týchto oblastiach kolóny nastáva protiprúdna interakcia plyn/kvapalina v súlade s vynálezom. Za účelom zjednodušenia nie je v uvedených zobrazeniach, ako to už bolo uvedené vyššie, súbor všetkých ostatných nevyhnutných prvkov na zavádzanie a odvádzanie pary 97 a kvapaliny 98 do kolóny, resp. z kolóny.

Ako už bolo uvedené vyššie, je dôležité uviesť, že podstata vynálezu spočíva v umiestnení výlučne kvapalných reakčných zón v rôznych sekciách kolóny určených len na prítomnosť kvapaliny. Vzhľadom ku tomu bude na prívod kvapaliny a jej distribúciu cez katalyzátorové lôžko potrebné umiestniť v kolóne aj prívodné vedenie 169 kvapaliny a distribútor 170. Distribútor 170 je pre ilustráciu zobrazený na každom z obr.3, 4 a 5. Na každom obrázku je distribútor 170 umiestnený nad katalyzátorovým lôžkom 102 vo výlučne kvapalnej reakčnej zóne

99. Na každom z obr.3, 4 a 5 sa kvapalina 98 zavádza do kolóny prívodným vedením 169. Na obr.4 je prívodné vedenie 169 umies-

tnené bezprostredne nad distribútorom

Na obr.3 a 5 je kvapalina 98 privádzaná do distribútora 170 z vyššie položených poschodí. Je potrebné uviesť, že schematické zobrazenie jednotlivých poschodí a sekcií para/kvapalina v kolóne tu slúži iba pre ilustračné účely.

Predpokladá sa, že prevádzka a konštrukcia produkčnej kolóny podľa vynálezu sú z vyššie uvedeného popisu zrejmé. Nakoľko vyššie zobrazené kolóny a vyššie popísaný spôsob sú uvedené ako výhodné uskutočnenia, je samozrejmé, že v rámci vynálezu sú možné rôzne zmeny a modifikácie týchto kolón a spôsobu a všetky tieto zmeny a modifikácie spadajú do rozsahu vynálezu definovaného v nasledujúcich patentových nárokoch.

Claims (16)

1. Produkčná kolóna s katalyzátorovým lôžkom, v ktorej kvapalina prúdi smerom nadol cez aspoň jeden prvý zvodič na prvé poschodie a cez účinnú plochu tohoto poschodia, cez ktorú prúdi smerom nahor para za účelom interakcie s kvapalinou a prevodu hmoty medzi kvapalinou a parou, pričom sa kvapalina z tohoto poschodia následne odvádza aspoň jedným druhým zvodičom, vyznačená tým, že obsahuje prostriedok združený s kolónou na nesenie katalyzátorového lôžka vo výlučne kvapalnej oblasti kolóny za účelom uľahčenia interakcie medzi zložkami kvapaliny prúdiacimi smerom nadol kolónou a chemickej reakcie uvedených zložiek katalyzovanej uvedeným katalyzátorovým lôžkom.

2. Produkčná kolóna podľa nároku 1, vyznačená tým, že prostriedok na nesenie katalyzátorového lôžka zahŕňa aspoň jeden nosný rošt, ktorý je pripevnený ku kolóne, prebieha naprieč kolónou a vymedzuje katalyzátorové lôžko v kolóne.

3. Produkčná kolóna podľa nároku 2, vyznačená tým, že obsahuje pár nosných roštov, ktoré sú oddialené jeden od druhého a pripevnené ku kolóne, pričom medzi týmito roštami je sendvičovo uložené katalyzátorové lôžko.

4. Produkčná kolóna podľa nároku 2, vyznačená tým, že nosný rošt je umiestnený v spodnej oblasti kolóny za účelom zabezpečenia katalyzátorového lôžka v tejto spodnej časti kolóny, pričom táto spodná oblasť je v podstate určená na prúdenie kvapaliny a prúdenie pary je z tejto oblasti vylúčené, v dôsledku čoho je priebeh uvedenej chemickej reakcie v podstate obmedzený na kvapalnú fázu.

5. Produkčná kolóna podľa nároku 4, vyznačená tým, že konštrukcia kolóny zahŕňa množinu poschodí umiestnených v kolóne, umožňujúcich prúdenie kvapaliny naprieč kolónou a vzostupné prúdenie pary cez kvapalinu, pričom katalyzátorové lôžko je umiestnené v spodnej oblasti kolóny nachádzajúcej sa pod uvedenými poschodiami.

6. Produkčná kolóna podľa nároku 2, vyznačená tým, že nosný rošt je umiestnený v strednej oblasti kolóny za účelom zabezpečenia katalyzátorového lôžka v tejto strednej oblasti kolóny, pričom táto stredná oblasť kolóny je v podstate určená na prúdenie kvapaliny a prúdenie pary je z tejto oblasti vylúčené, v dôsledku čoho je priebeh uvedenej reakcie v podstate obmedzený na kvapalnú fázu.

7. Produkčná kolóna podľa nároku 2, vyznačená tým, že nosný rošt je umiestnený v hornej oblasti kolóny za účelom zabezpečenia katalyzátorového lôžka v tejto hornej oblasti kolóny, pričom táto horná oblasť je v podstate určená na prúdenie kvapaliny a prúdenie pary je z tejto oblasti vylúčené, v dôsledku čoho je priebeh uvedenej reakcie v podstate obmedzený na kvapalnú fázu.

8. Katalyzátorové lôžko pre produkčnú kolónu s katalyzátorovým lôžkom na katalyzovanie chemickej reakcie kvapalných zložiek, v ktorom kvapalina prúdi smerom nadol a vstupuje do styku s parou prúdiacou smerom nahor za účelom interakcie a prevodu hmoty medzi kvapalinou a parou, vyznačené tým, že zahŕňa prostriedok na zabezpečenie katalyzátorového lôžka v oblasti kolóny v podstate určenej na prúdenie kvapaliny, pričom prúdenie pary je z tejto oblasti vylúčené, v dôsledku čoho je priebeh chemickej reakcie kvapalných zložiek v podstate obmedzený na kvapalnú fázu.

9. Katalyzátorové lôžko podľa nároku 8, vyznačené t ý m, že konštrukcia kolóny zahŕňa množinu poschodí umiestnených v kolóne umožňujúcich prúdenie kvapaliny naprieč kolónou a vzostupné prúdenie pary cez kvapalinu, pričom katalyzátorové lôžko je umiestnené v oblasti kolóny oddelenej od uvedených poschodí.

10. Katalyzátorové lôžko podľa nároku 8, vyznačené tým, že prostriedok na zabezpečenie katalyzátorového lôžka zahŕňa aspoň jeden nosný rošt, ktorý je pripevnený ku kolóne, prebieha naprieč kolónou a vymedzuje katalyzátorové lôžko v kolóne.

11. Katalyzátorové lôžko podľa nároku 10, vyznačené tým, že nosný rošt je umiestnený v spodnej oblasti kolóny za účelom zabezpečenia katalyzátorového lôžka v tejto spodnej oblasti kolóny, pričom táto spodná oblast kolóny je v podstate určená na prúdenie kvapaliny a prúdenie pary je z tejto oblasti vylúčené, v dôsledku čoho je priebeh reakcie v podstate obmedzený na kvapalnú fázu.

12. Katalyzátorové lôžko podľa nároku 10, vyznačené tým, že nosný rošt je umiestnený v strednej oblasti kolóny za účelom zabezpečenia katalyzátorového lôžka v tejto strednej oblasti kolóny, pričom táto stredná oblasť kolóny je v podstate určená na prúdenie kvapaliny a prúdenie pary je z tejto oblasti vylúčené, v dôsledku čoho je priebeh reakcie v podstate obmedzený na kvapalnú fázu.

13. Katalyzátorové lôžko podľa nároku 10, vyznačené tým, že nosný rošt je umiestnený v hornej oblasti kolóny za účelom zabezpečenia katalyzátorového lôžka v tejto hornej oblasti kolóny, pričom táto horná oblasť kolóny je v podstate určená na prúdenie kvapaliny a prúdenie pary je z tejto oblasti vylúčené, v dôsledku čoho je priebeh reakcie v podstate obmedzený na kvapalnú fázu.

14. Spôsob použitia katalyzátorového lôžka v produkčnej kolóne s katalyzátorovým lôžkom katalyzujúcim chemickú reakciu kvapalných zložiek, v ktorej kvapalina prúdi smerom nadol a vstupuje do styku s parou prúdiacou smerom nahor za účelom interakcie a prevodu hmoty medzi kvapalinou a parou, vyznačený tým, že sa katalyzátorové lôžko umiestni v oblasti kolóny v podstate určenej na prúdenie kvapaliny, pričom sa v podstate vylúči prúdenie pary cez katalyzátorové lôžko a chemická reakcia uvedených kvapalných zložiek sa uskutočňuje za prítomnosti katalyzátora obsiahnutého v katalyzátorovom lôžku.

15. Spôsob podľa nároku 14,vyznačený tým, že sa v konštrukcii produkčnej kolóny umiestni množina poschodí umiestnených v kolóne, umožňujúcich prúdenie kvapaliny naprieč kolónou a vzostupné prúdenie pary cez kvapalinu a že sa katalyzátorové lôžko zabezpečí v oblasti kolóny oddelenej od uvedených poschodí.

16. Spôsob podľa nároku 15,vyznačený tým, že sa v kolóne umiestni prvý a druhý nosný rošt pripevnený ku kolóne a že sa katalyzátorové lôžko uloží medzi tieto nosné rošty.