реактор для проведения каталитических процессов

изобретение относится к области процессов и аппаратов химической технологии и может быть использовано для осуществления гетерогенных каталитических реакций, в том числе, процессов селективного превращения углеводородов в процессах нефтепереработке.

известно, что эффективность каталитического гетерогенного процесса зависит от характера распределения технологических параметров в слое катализатора. для создания оптимальных условий проведения процесса необходимо обеспечить равномерное распределение потока на входе в слой катализатора. эта проблема становится особо актуальной в случае двухфазного (жидкость - газ) входного потока, имеющего место для многих процессов переработки нефтепродуктов, например, гидроочистки. для создания этих условий используют специальные конструкции распределителей потока, которые устанавливают на входе в реактор перед слоем катализатора. кроме того, необходимо создание оптимального распределения температуры в слое. как правило, это заданный градиент температуры по длине слоя, который организуют различными методами подвода или отвода тепла по длине слоя. равномерное распределение температуры в поперечных сечениях слоя обеспечивают, снижая теплопотери через стенки реактора.

известны конструкции распределителей входного потока, которые достаточно эффективно работают в случае однофазного потока [ч.сеттерфилд. практический курс гетерогенного катализа. M. «Mиp», 1984, c.404]. при распределении двухфазного потока газ-жидкость такие конструкции, как правило, не обеспечивают однородное распределение обеих составляющих реакционного потока.

традиционно, в нефтепереработке для распределения двухфазного потока используют устройства, выполненные в виде т.н. колпачковых решеток [г.л. вихман, CA. круглов. основы конструирования аппаратов и машин нефтеперерабатывающих заводов. M., машиностроение. 1978. стр. 230]. это устройство характеризуется сравнительной простотой конструкции и незначительным гидравлическим сопротивлением. известны модификации

колпачковых решеток [RU 2192303, BOlJ 8/02, 10.11.2002; 2206383, BOlJ 8/00, 20.06.2003]. общим недостатком такого типа распределительного устройства является дискретный характер ввода жидкой фазы в слой катализатора из-за конечного числа отверстий, через которые происходит перелив жидкой составляющей потока на нижележащий слой. кроме того, эффективность такого устройства критична к его монтажу в реакторе. незначительные отклонения от горизонтального расположения приводят к перетоку жидкости по поверхности колпачковой решетки к пониженному участку и преимущественному поступлению жидкости в слой в этом месте. известны конструкции каталитических реакторов, в которых снижение теплопотерь через стенки реактора достигается установкой внутри реактора дополнительной стенки, размещенной с зазором к основной стенке и пропусканием через зазор всего реакционного потока [RU 2070827, BOlJ 8/04, 27.12.27]. последнее ограничивает возможности оптимизации температурного режима в слое катализатора из-за невозможности регулировки расхода.

наиболее близким по количеству сходных признаков к заявляемому является реактор для проведения каталитических процессов [RU 1594755, BOlJ 8/02, 20.11.1996]. реактор имеет корпус, штуцера для ввода исходной реакционной смеси и вывода целевого продукта, газопроницаемую перегородку, на которой размещен слой катализатора, распределительное устройство, установленное на входе в реактор. распределительное устройство состоит из размещенного аксиально в реакторе патрубка, заглушённого снизу и имеющего боковые окна для ввода углеводородного сырья и тангенциально размещенного горизонтального патрубка для ввода водяного пара. ниже патрубка для ввода углеводородного сырья размещен перфорированный диск.

известная конструкция реактора имеет ограничения в применении, связанные с тем, что для качественного распределения реакционной смеси в реактор необходимо подать на вход два потока, один из которых, в данном случае это водяной пар, должен обладать сравнительно большим запасом энергии для аксиальной закрутки и распределения всего потока по сечению реактора.

изобретение направлено на достижение гомогенного перемешивания двухфазного потока на входе в реактор и его равномерного распределения на слой катализатора, снижение теплопотерь через стенки реактора и подвод

дополнительного тепла в нижнюю часть слоя катализатора. это позволяет обеспечить проведение эндотермических реакций в условиях, близких к оптимальным, практически полностью устранить возникновение неоднородностей двухфазного потока в слое катализатора. указанный результат достигается тем, что реактор для проведения гетерогенных каталитических реакций, в частности реакций селективных превращений углеводородов в нефтепереработке, включает корпус, крышку и днище, штуцера для ввода исходной газовой смеси и вывода целевого продукта, газопроницаемую горизонтальную перегородку, на которой расположен неподвижный слой гранулированных частиц катализатора, дополнительную стенку, выполненную из листового металла и установленную внутри реактора с зазором к основному корпусу, причем верхняя часть стенки соединена с указанным корпусом, а нижняя часть с газопроницаемой горизонтальной перегородкой, распределительное устройство, установленное на входном штуцере и состоящее из входного канала кольцевой формы, центрального осесимметричного выходного канала, нескольких соединяющих указанные каналы патрубков, расположенных тангенциально к указанному выходному каналу, и отбойного диска.

цилиндрическая стенка имеет высоту не менее высоты слоя катализатора и имеет ряд отверстий, расположенных выше верхней границы слоя катализатора, и ряд отверстий в нижней части для обеспечения прохождения доли реакционного потока через зазор между корпусом реактора и цилиндрической стенкой, причем указанные отверстия имеют размеры, обеспечивающие прохождение через указанный зазор объемной доли всего реакционного потока, необходимого для компенсации тепловых потерь используемого каталитического процесса. указанный ряд отверстий в нижней части цилиндрической стенки расположен на высоте 0-0.3 высоты слоя катализатора, преимущественно, 0.1-0.15 указанной высоты. указанные соединительные патрубки распределительного устройства могут располагаться в несколько рядов по высоте, преимущественно, от 1 до 3 рядов, а отношение длины соединительных патрубков к их поперечному размеру выбрано не менее 2. отбойный диск распределительного устройства расположен горизонтально с зазором по высоте от нижнего среза указанного центрального осесимметричного выходного канала.

на фиг.l показан в разрезе реактор для проведения гетерогенных каталитических реакций, в частности, реакций селективных превращений углеводородов.

на фиг.2 в увеличенном масштабе изображен фрагмент реактора, включающий слой катализатора, внешнюю и внутреннюю стенки реактора.

на фиг. 3 показано распределительное устройство, установленное на входном штуцере.

реактор для проведения гетерогенных каталитических реакций, в частности, реакций селективных превращений углеводородов, состоит из корпуса 1, крышки 2 и днища 3, штуцеров для ввода исходной газовой смеси 4 и вывода целевого продукта 5, горизонтальной газопроницаемой перегородки 6, на которой помещен слой катализатора 7, внутренней стенки 8, имеющей верхний 9 и нижний 10 ряд отверстий для прохода части реакционной смеси, кольцевого канала 11 на входе в распределительное устройство 12, соединительных патрубков 13, выходного канала 14, расположенного осесимметрично в реакторе, отбойного диска 15, прикрепленного к распределительному устройству 12 стойками 16.

реактор работает следующим образом. поток исходной смеси газа и жидкости поступает в реактор через входной штуцер 4 и распределительное устройство 12. проходя через кольцевой канал 11 и тангенциально расположенные соединительные патрубки 13 поток приобретает в выходном канале 14 осевую закрутку, диспергируется за счет повышения скорости потока и затем, обтекая отбойный диск 15, распределяется равномерно по сечению реактора. далее основная часть потока проходит через слой катализатора 7, а небольшая часть потока проходит через верхний ряд отверстий 9 в кольцевой зазор, образованный корпусом реактора 1 и внутренней стенкой 8 и затем через нижний ряд отверстий 10 в стенке 8 поступает в нижнюю часть слоя катализатора 7. такое частичное байпасирование газовой фазы потока обеспечивает дополнительную теплоизоляцию слоя катализатора и подвод дополнительного тепла в нижнюю часть слоя. это имеет большое значение в случае проведения эндотермических реакций для оптимизации температурных профилей в слое катализатора и повышения выхода целевого продукта. после прохождения слоя 7 поток проходит газопроницаемую перегородку 6 и выходит за пределы реактора через выходной штуцер 5.