SU1666175A1 - Реактор с движущимс слоем катализатора - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к нефтепереработке и нефтехимии, в частности к конструкции реакторов дл  проведени  каталитических процессов, таких, как каталитический риформинг, дегидрирование парафинов, и позвол ет повысить эффективность работы реактора за счет более полной и равномерной замены отработанного катализатора. Реактор с движущимс  слоем катализатора содержит корпус с днищами, штуцера ввода и вывода газового потока, катализаторную камеру, кольцевой выгружной канал, загрузочные и разгрузочные трубы. Новым в реакторе  вл етс  установка сборного ложного конического днища с размещенными на его внутренней поверхности тормозными элементами, направл ющие воронки, установленные в кольцевом выгрузном канале высотой, обеспечивающей равномерное поступление в него катализатора. 2 з.п.ф-лы, 10 ил.

Description

Изобретение относитс  к нефтепереработке и нефтехимии, в частности к конструкции реакторов дл  проведени  каталитических процессов, таких, как каталитический риформинг, дегидрирование парафинов и т.д.

Цель изобретени  - повышение эффективности работы реактора за счет более полной и равномерной замены отработанного катализатора свежим с одновременным улучшением технологичности его сборки.

На фиг.1 показан общий вид реактора, разрез; на фиг.2 - разрез А-А на фиг.1; на фиг.З - конструктивное решение нижней части реактора; на фиг.4 - вид Б на фиг.З; на фиг. 5 - сечение В-В на фиг.4; на фиг. 6 -10 эпюры вертикальной составл ющей скоростей .

Реактор с движущимс  слоем катализатора состоит из цилиндрического корпуса 1, верхнего 2 и нижнего 3 днищ, штуцера ввода газосырьевой смеси (ГСС) 4 и штуцера вывода продуктов реакции (ПР)5, кольцевой катализаторной камеры 6, наружной 7 и внутренней 8 перфорированных обечаек. Верхн   часть катализаторной камеры 6 соедин етс  с загрузочными трубами 9, нижн   - с помощью сборного ложного конического днища 10-с размещенными на его поверхности тормозными элементами 11 и состо щего из отдельных кольцевых секторов 12 переходит в кольцевой выгружС

с о

VJ ел

ной канал 13, образованный наружной 1-4 и внутренней 15 обечайками. Внутри кольцевого выгружного канала установлены направл ющие воронки 16 (фиг.2-5), кажда  из которых состоит из двух наклонных пластин 17 и 18, шириной, соответствующей ширине выгружного кольцевого канала 13. Одним концом воронки жестко соедин ютс  с центрирующей втулкой 19, свободно вставл емой в верхний конец разгрузочных труб 20, чем достигаетс  фиксаци  воронок 16 в строго определенном положении. Стыковка соседних воронок.осуществл етс  в месте контакта свободных концов пластин. При этом отогнутый конец 21 одной из них перекрывает образующуюс  между ними монтажную щель. Тем самым исключаетс  попадание частиц катализатора в свободное пространство кольцевого выгружного канала под пластинами и исключаетс  заклинивание воронок при их демонтаже. На определенном рассто нии от центрирующей втулки 19 пластины 17 и 18 соедин ютс  между собой жесткой перемычкой 22.

На внутренней 15 и наружной 14 обечайках располагаютс  опорные устройства 23, выполненные в виде непрерывных выступов , плотно прилегающих снизу к пластинам 17 и 18 направл ющих воронок 16 вдоль линии их контакта со стенками кольцевого выгружного канала 13. Эти опорные устройства, перекрыва  монтажную щель, преп тствуют просыпанию частиц катализатора под направл ющие воронки.

Предусматриваетс  эксплуатаци  реактора в следующих режимах: со стационарным слоем катализатора (движение катализатора в катализаторной камере отсутствует ); с движущимс  слоем (в этом случае происходит посто нна  замена закоксованного катализатора, выводимого из нижней части реактора, свежим, поступающим в реактор сверху); полунепрерывный режим работы (сочетание первого и второго режимов работы. В этом случае замена отработанного катализатора свежим начинаетс  по достижении на нем заданного содержани  кокса).

Реактор работает следующим образом.

ГСС, поступив в реактор через штуцер 4, направл етс  в кольцевой зазор между корпусом 1 и наружной обечайкой 7. Далее газовый поток через перфорированную обечайку в радиальном направлении поступает в катализаторную камеру 6, из нее - во внутреннюю перфорированную обечайку 8 и затем выводитс  из аппарата через штуцер 5. Подача свежего катализатора в катализаторную камеру 6 с целью замены им отработанного с последующим направлением последнего на регенерацию производитс  с помощью загрузочных труб 9. Дл  гравитационного потока сыпучего материала в кольцевом канале с вертикальными стенками в отсутствии фильтрации газа характерно , как и дл  цилиндрических каналов, наличие двух основных участков с различным движением частиц.

Участок Г стабилизированного движе0 ни  занимает почти всю высоту канала и характеризуетс  безградиентным по скорости движением частиц, отсутствием у них взаимных смещений и поперечных перемещений . Частицы движутс  по вертикальным

5 траектори м.

Участок D выпуска характеризуетс  ускоренным движением частиц к выпускному отверстию разгрузочных труб 20 с относительным и взаимным смещением. Частицы,

0 прилегающие к внутренней перфорированной обечайке 8, движутс  вертикально, а отсто щие от нее - по наклонным сход щимс  траектори м. Скорость катализатора на этом участке потока снижаетс  в направ5 лении от оси канала к периферии.

При наличии поперечной фильтрации газов в движущемс  потоке частиц происход т определенные изменени  (фиг 7). Под действием гидродинамического давлени 

0 газового потока движущийс  слой частиц стремитс  отжатьс  от наружной перфорированной обечайки 7 и прижатьс  к внутренней 8. В результате давление твердого материала на внутреннюю обечайку возра5 стает, а на наружную - падает. Соответствующим образом измен ютс  и силы трени  на боковой поверхности сло . Это приводит к нарушению безградиентного движени  частиц на участке Г стабилизированного

0 движени , в слое развиваетс  неравномерное послойное течение. Скорость нисход щего движени  сыпучего материала в потоке нарастает в направлении от оси канала к периферии. Развитию неравномер5 ности способствует и переменность гидродинамического давлени  в поперечном сечении кольцевого канала, обусловленна  посто нным нарастанием скорости фильтрации газового потока по мере его

0 проникновени  в глубину сло . На участке выпуска Д с усилением фильтрации газа профиль скоростей частиц катализатора приобретает такой же вид, как и на участке Г. Заполнение кольцевого выгружного ка5 нала 13 осуществл етс  главным образом частицами быстротечных слоев, формирующихс  в области, прилегающей к нижнему концу наружной перфорированной обечайки 7 и скольз щих далее в радиальном направлении по поверхности конического днища 10. Здесь, в отличие от остальных областей, катализатор движетс  в услови х пр моточной фильтрации газа, чем и объ сн етс  его повышенна  скорость.

Тормозные элементы 11 (фиг. 1,8) позвол ют затормозить движение катализатора вдоль конического днища 10, что приводит к выравниванию скоростного профил  потока на участке Д выпуска и, в конечном счете, обеспечивает равномерное движение материала по всей длине катализаторной камеры 6. В качестве тормозных элементов могут быть использованы как отдельно сто щие вертикальные элементы 11 (фиг.8) или наклонные пластины, расположенные ради- ально или под углом к направлению движени  катализатора по ложному коническому днищу, так и конструкции из отдельных пластин, жестко соединенных между собой, а также кольцевые пороги.

Экспериментально установлено, что можно эффективно управл ть скоростью отдельных слоев катализатора (сыпучего материала ) при его движении внутри реактора, варьиру  высоту и количество тормозных элементов. Исследовани  проводились дл  тормозных элементов, выполненных в виде вертикальных, радиально расположенных ребер, которыми могут  вл тьс  и стыковые опорные фланцы отдельных секторов составного ложного конического днища. Этот вариант выполнени  тормозных элементов  вл етс  предпочтительным, поскольку  вл етс  наиболее технологичным.

Дл  обеспечени  тормозного эффекта минимальна  высота Н ребер должна составл ть Н 10 dk, где dk - диаметр частиц катализатора, а их количество п определ етс  минимальным рассто нием между ними L L 20dk.

Конкретное значение высоты и количества тормозных элементов зависит от скорости фильтрации газа в слое катализатора задаваемым видом каталитического процесса и его технологическими параметрами .

Однако следует отметить, что действие тормозных элементов 11 направлено в первую очередь на достижение равномерности движени  в пределах, одного продольного сечени  потока. Полного равенства скоростей частиц в соседних продольных сечени х по всей длине потока они не обеспечивают. Это оказываетс  возможным лишь при организации равномерного движени  частиц в выпускном отверстии катализаторной камеры 6, т.е. на входе в выгрузной канал 13. Из-за отсутстви  фильтрации газа течение катализатора

в нем подчин етс  законам свободного движени  (фиг. 8,9). В этом случае обеспечение равномерного движени  материала на входе в кольцевой выгружной канал 13 возможно лишь тогда, когда его высота превышает максимальную высоту Н выходного участка, формирующегос  над входными отверсти ми разгрузочных труб 20. Верхний уровень выходного участка определ етс  условной

границей С (фиг.Ю) перехода от равномерного стержневого движени  сло  к неравномерному , проход щей через вершины зон ЖСЕ, которые ограничены коническими поверхност ми с образующими, наклоненными к горизонтали под углом динамического откоса Р 65-70° и отдел ющими зону потока с относительно быстрым движением твердых частиц от периферийных с медленно движущимс  и полностью неподвижным материалом. Максимальна  высота выходного участка Н определ етс  выражением

H(l-f)tg/.(1)

где 1-рассто ние от точки С до оси нагрузочной трубы,

d - внутренний диаметр разгрузочной трубы.

Принима , с целью уменьшени  разме- ров застойных зон катализатора в кольцевом канале 13, d Д , где А - ширина кольцевого выгружного канала, получим

)

.t9((-cos2|4 r

35

40

где R - радиус внутренней обечайки 15 выгружного кольцевого канала 13, а величина угла (р при равномерном расположении по сечению канала 13 N числа разгрузочных

труб 20 составит р (л 180°).

С учетом (2) и максимального значени  угла / 70° минимальна  высота кольцево- го выгружного канала 13 может быть определена из выражени 

,75 (2F2+3F + 1)()+i -1

(3)

Дл  ликвидации застойных зон катализатора в кольцевом выгружном канале 13 примен ютс  легкосъемные направл ющие воронки 16 (фиг. 3,4). Угол наклона их пластин 17 и 18 зависит от свойств сыпучего материала и ограничен с одной стороны углом естественного откоса осыпани , превышающим угол естественного откоса в среднем на 20% и равный 30-43° дл  хорошо сыпучих материалов, с другой - угол динамического откоса / 65-70°.

Дл  обеспечени  бесперебойного поступлени  катализатора в разгрузочные трубы 20 и вывода его из аппарата с целью предотвращени  сводообразовани  над выпускными отверсти ми воронок имеютс  перемычки 22, жестко соединенные с пластинами 17 и 18. Одновременно перемычки 22 придают воронкам 16 необходимую жесткость , а также облегчают их демонтаж из выгружного канала 13 при проведении профилактического осмотра.

Claims (3)

1. Формула изобретени  1. Реактор с движущимс  слоем катализатора , содержащий вертикальный корпус с днищем, штуцера ввода газосырьевой смеси и вывода продуктов реакции, катализа- торную камеру и выгружной канал, снабженный направл ющими воронками и загрузочными и разгрузочными трубами, о т- личающийс  тем, что, с целью повышени  эффективности работы реактора за счет более Тюлной и равномерной замены отработанного катализатора свежим с одновременным улучшением технологичности его сборки, катализаторна  камера снабжена ложным коническим днищем с,тормозными элементами, размещенными на его внутренней поверхности, и центрирующими

   втулками, свободно установленными в верхних концах разгрузочных труб, направл ющие воронки выполнены в виде жестко соединенных между собой перемычками отдельных пластин, нижние концы которых жестко соединены с центрирующей втулкой , а верхние - отогнутые, установлены с возможностью перекрыти  монтажных щелей , при этом минимальна  высота кольцевого выгружного канала удовлетвор ет условию

   ,75х

   15

   (2 FZ + 3F + 1 )(1 )

   5ттг-а/

   Н - минимальна  высота кольцевого выгружного канала;

   Л- ширина кольцевого выгружного канала , А dB + 2 д ,

   где de - внутренний диаметр центрирующей втулки, д - толщина ее стенки;

   R - радиус внутренней обечайки кольцевого выгружного канала;

   N - число разгрузочных труб.
2. 2. Реактор по п. 1,отличающийс  тем, что ложное коническое днище выполнено составным в виде отдельных кольцевых секторов, боковые стенки которых выполнены в виде стыковых опорных фланцев одно- временно  вл ющихс  тормозными элементами.
3. 3. Реактор по п.1,отличающийс  тем, что пластины направл ющих воронок размещены под углом 30-70° к горизонтали, а кольцевой выгружной канал снабжен опорными устройствами, размещенными на

   обечайках канала.

   Газосырьеда 

   in

   Vj&

   TV:; . ,

   Т j :v

   8

   .I

   8

   Ч

   . Свежий

   катализатор 2

   :v

   .I

   Щ

   .-1:

   Л

   Отработанный катализатор

   Продукты реакции

   /6

   Фаг. 2

   ю fсс CD со

   te $

   «tss

   Свежий катализатор (св. кр)

   -4

   Отработанны т катализатор с (Отр.к-р)J фиг6

   ё

   01

   .. .. - - - i/.-.-

   .--iVv.

   gr ---1:;-; -- - :--- т

   e rr : - ..- - .

   A.. Yf3-L

   Qo

   fc fc - « « 4

   . ь i ;Ч

   5

   Л

   гл-Х -. -: уЧУs

   k

   J o a

   Траектории дбихени  твердых частиц

   Эпюры бертикальной составл ющей скоро стей частиц на участках стадилизиро- оаиного ддимени  и быпуско J

   0ЧЗ.Ю