[RU]

1. Узел с решетчатой тарелкой для использования в реакторе гидроконверсии углеводородного сырья с газообразным водородом при повышенных температуре и давлении с использованием катализатора, содержащий решетчатую тарелку, разделяющую реактор на две зоны, зону выше решетчатой тарелки и зону ниже решетчатой тарелки; узел с барботажными колпачками, содержащий множество трубчатых восходящих элементов, проходящих через решетчатую тарелку для передачи газообразного водорода и углеводородного сырья из зоны ниже решетчатой тарелки в зону выше решетчатой тарелки, причем каждый трубчатый восходящий элемент имеет верхнюю секцию, расположенную выше решетчатой тарелки и нижнюю секцию, расположенную ниже решетчатой тарелки, нижняя секция оканчивается открытым нижним концом для проникновения газообразного водорода и углеводородного сырья, а верхняя секция, имеющая закрытый верх, оканчивается корпусом колпачка; нижняя секция трубчатого восходящего элемента имеет по меньшей мере одну вертикальную щель, проходящую от открытого нижнего конца, и одно боковое отверстие, расположенное выше вертикальной щели.

2. Узел по п.1, в котором боковое отверстие имеет размер в диапазоне от 1/16 до 1/2 диаметра открытого нижнего конца трубчатого восходящего элемента.

3. Узел по п.2, в котором боковое отверстие имеет размер в диапазоне от 3,175 до 12,7 мм (1/8 до 1/2 дюйма).

4. Узел по п.1, в котором боковое отверстие расположено по меньшей мере на 25,4 мм (1 дюйм) ниже распределительной тарелки.

5. Узел по п.3, в котором боковое отверстие расположено на расстоянии от 25,4 до 127 мм (1 до 5 дюймов) ниже распределительной тарелки.

6. Узел по п.1, в котором вертикальная щель имеет размер от 1/8 до 1/2 длины нижней секции.

7. Узел по п.1, в котором верхняя секция имеет сужение для газожидкостного смешения в трубчатом восходящем элементе.

8. Узел по п.6, дополнительно содержит обратный клапан, расположенный выше сужения в верхней секции трубчатого восходящего элемента.

9. Узел по п.8, в котором обратный клапан содержит стальной шар и седло клапана.

10. Узел по п.1, в котором верхняя секция, имеющая сужение, выполнена с возможностью обеспечения текучей среде беспрепятственно перемещаться между сужением и корпусом колпачка.

11. Узел по п.1, в котором корпус колпачка имеет трубчатую форму.

12. Узел по п.1, в котором корпус колпачка является колоколообразным.

13. Узел по п.1, в котором трубчатый восходящий элемент имеет множество боковых отверстий одинаковых или разных размеров.

14. Узел по п.1, в котором трубчатый восходящий элемент имеет множество боковых отверстий, разнесенных вдоль оси восходящего элемента.

15. Узел по п.1, в котором трубчатый восходящий элемент имеет множество боковых отверстий, разнесенных равноудаленно по всей окружности восходящего элемента.

16. Узел по п.1, в котором трубчатый восходящий элемент содержит внутреннюю трубу и внешнюю трубу, образующие кольцевое отверстие у открытого нижнего конца для прохождения газообразного водорода и углеводородного сырья.

17. Узел по п.1, в котором каждый из трубчатых восходящих элементов имеет, по меньшей мере, боковое отверстие по меньшей мере с двумя трубчатыми восходящими элементами, имеющими боковые отверстия разных размеров.

18. Применение узла по п.1 в реакторе с кипящим слоем.

(57) Реферат / Формула:

1. Узел с решетчатой тарелкой для использования в реакторе гидроконверсии углеводородного сырья с газообразным водородом при повышенных температуре и давлении с использованием катализатора, содержащий решетчатую тарелку, разделяющую реактор на две зоны, зону выше решетчатой тарелки и зону ниже решетчатой тарелки; узел с барботажными колпачками, содержащий множество трубчатых восходящих элементов, проходящих через решетчатую тарелку для передачи газообразного водорода и углеводородного сырья из зоны ниже решетчатой тарелки в зону выше решетчатой тарелки, причем каждый трубчатый восходящий элемент имеет верхнюю секцию, расположенную выше решетчатой тарелки и нижнюю секцию, расположенную ниже решетчатой тарелки, нижняя секция оканчивается открытым нижним концом для проникновения газообразного водорода и углеводородного сырья, а верхняя секция, имеющая закрытый верх, оканчивается корпусом колпачка; нижняя секция трубчатого восходящего элемента имеет по меньшей мере одну вертикальную щель, проходящую от открытого нижнего конца, и одно боковое отверстие, расположенное выше вертикальной щели.

2. Узел по п.1, в котором боковое отверстие имеет размер в диапазоне от 1/16 до 1/2 диаметра открытого нижнего конца трубчатого восходящего элемента.

3. Узел по п.2, в котором боковое отверстие имеет размер в диапазоне от 3,175 до 12,7 мм (1/8 до 1/2 дюйма).

4. Узел по п.1, в котором боковое отверстие расположено по меньшей мере на 25,4 мм (1 дюйм) ниже распределительной тарелки.

5. Узел по п.3, в котором боковое отверстие расположено на расстоянии от 25,4 до 127 мм (1 до 5 дюймов) ниже распределительной тарелки.

6. Узел по п.1, в котором вертикальная щель имеет размер от 1/8 до 1/2 длины нижней секции.

7. Узел по п.1, в котором верхняя секция имеет сужение для газожидкостного смешения в трубчатом восходящем элементе.

8. Узел по п.6, дополнительно содержит обратный клапан, расположенный выше сужения в верхней секции трубчатого восходящего элемента.

9. Узел по п.8, в котором обратный клапан содержит стальной шар и седло клапана.

10. Узел по п.1, в котором верхняя секция, имеющая сужение, выполнена с возможностью обеспечения текучей среде беспрепятственно перемещаться между сужением и корпусом колпачка.

11. Узел по п.1, в котором корпус колпачка имеет трубчатую форму.

12. Узел по п.1, в котором корпус колпачка является колоколообразным.

13. Узел по п.1, в котором трубчатый восходящий элемент имеет множество боковых отверстий одинаковых или разных размеров.

14. Узел по п.1, в котором трубчатый восходящий элемент имеет множество боковых отверстий, разнесенных вдоль оси восходящего элемента.

15. Узел по п.1, в котором трубчатый восходящий элемент имеет множество боковых отверстий, разнесенных равноудаленно по всей окружности восходящего элемента.

16. Узел по п.1, в котором трубчатый восходящий элемент содержит внутреннюю трубу и внешнюю трубу, образующие кольцевое отверстие у открытого нижнего конца для прохождения газообразного водорода и углеводородного сырья.

17. Узел по п.1, в котором каждый из трубчатых восходящих элементов имеет, по меньшей мере, боковое отверстие по меньшей мере с двумя трубчатыми восходящими элементами, имеющими боковые отверстия разных размеров.

18. Применение узла по п.1 в реакторе с кипящим слоем.

---

Евразийское ои 025812 (13) В1
патентное
ведомство
(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ЕВРАЗИЙСКОМУ ПАТЕНТУ
(45) Дата публикации и выдачи патента 2017.01.30
(21) Номер заявки 201391441
(22) Дата подачи заявки 2012.05.31
(51) Int. Cl. C10G11/00 (2006.01) B01J19/00 (2006.01)
(54) УСТРОЙСТВО И СПОСОБ ГИДРОКОНВЕРСИИ
(31) 61/494,320; 13/162,742
(32) 2011.06.07; 2011.06.17
(33) US
(43) 2014.03.31
(86) PCT/US2012/040132
(87) WO 2012/170272 2012.12.13
(71) (73) Заявитель и патентовладелец:
ШЕВРОН Ю.Эс.Эй. ИНК. (US)
(72) Изобретатель:
Сонг Стивен Кс., Кьюэн Дональд Л., Кемун Адбенур, Рейнолдс Брюс (US)
(74) Представитель:
Медведев В.Н. (RU)
(56) US-A1-20050129586 US-A-4579659 US-A-4111663 US-A-4715996
(57) Раскрывается устройство для гидроконверсии углеводородного сырья с газообразным водородом при повышенных температуре и давлении с применением катализатора. Устройство представляет собой емкость реактора с решетчатой тарелкой распределителя для улучшенного газожидкостного разделения. Распределитель содержит решетчатую тарелку и узел с барботажными колпачками со множеством трубчатых восходящих элементов, проходящих через решетчатую тарелку. Каждый трубчатый восходящий элемент имеет верхнюю секцию выше решетчатой тарелки и нижнюю секцию ниже решетчатой тарелки, нижняя секция заканчивается открытым нижним концом для прохождения газообразного водорода и углеводородного сырья, верхняя секция, имеющая закрытый верх, заканчивается корпусом колпачка. Каждый трубчатый восходящий элемент имеет, по меньшей мере, вертикальную щель и, по меньшей мере, боковое отверстие достаточного размера, так что в процессе работы уровень жидкости в зоне ниже решетчатой тарелки находится выше вертикальной щели и ниже бокового отверстия.
Перекрестная ссылка на родственные заявки
По настоящей заявке США испрашивается приоритет предварительной заявки на патент США № 61/494320 с датой подачи заявки 7 июня 2011. Данная заявка притязает на приоритет и преимущества предварительной, раскрытие сущности которой включено в настоящую заявку путем ссылки.
Область техники, к которой относится изобретение Изобретение относится к узлу распределителя в реакторах для способов гидроконверсии, к реактору, содержащему узел распределителя, и способам гидроконверсии.
Уровень техники
Тяжелые углеводородные сырьевые потоки, особенно остаточные нефтепродукты, нефтеносные битуминозные пески, сланцевое масло и так далее обычно содержат нежелательные загрязнения, такие как сера, азот, металлы и металлоорганические соединения. Способ гидроконверсии, такой как гидроочистка для удаления нежелательных компонентов из углеводородных сырьевых потоков, известен как способ каталитической обработки тяжелого углеводородного сырья для увеличения их промышленной ценности. Другим способом гидроконверсии является способ Фишера-Тропша (ФТ) получения жидких углеводородов из ископаемого топлива, особенно угля, превращением в синтез-газ, с последующим превращением в жидкие углеводороды выше катализатора ФТ.
Каталитическая реакторная система, которая была успешно использована для превращения угля или тяжелого углеводородного сырья в более легкие продукты, является реактором кипящего слоя. Примерный реактор кипящего слоя применяют в H-Coal-процессе, как описано в патенте США № 4400263; в H-Oil процессе гидропереработки остатка, как описано в патенте США № 4526676; в LC-Fining-процессе также гидрообработки остатка, как описано в патенте США № 4886644. Другая примерная реакторная система с кипящим слоем для облагораживания тяжелого нефтяного сырья, применяющая коллоидальный или молекулярный катализатор, описывается в патенте США № 7449103. Другие типы реакторной системы для использования в гидроконверсии включают внутренний циркуляционный суспензионный реактор или жидкостной рециркуляционный реактор, как описано в патентных публикациях США №№ 2007/0140927A1 и 2009/0134064A1 и реактор с псевдоожиженным слоем, как описано в патенте США №
4220518.
В некоторых реакторных системах, указанных выше, решетчатая тарелка (или распределительная тарелка) делит нижнюю часть реакторов на две зоны. В процессе работы скопления катализатора и кокса на решетчатой тарелке могут вызвать большие изменения в температурах стенки реактора, требующие отключение и сокращение продолжительности испытаний. Улучшенное равномерное распределение потока газа и жидкости через решетчатую тарелку является важным фактором в оптимизации характеристики реактора, минимизирующим накопление кокса и катализатора на решетчатой тарелке и увеличивающим процесс продолжительности работы. Существует необходимость в реакторной системе с улучшенной структурой распределения для равномерного распределения потока газа и жидкости.
Сущность изобретения
В одном аспекте изобретение относится к реактору гидроконверсии углеводородного сырья с газообразным водородом при повышенных температуре и давлении с использованием катализатора; емкость реактора содержит узел с решетчатой тарелкой, содержащий решетчатую тарелку, разделяющую реактор на две зоны, зону выше решетчатой тарелки и зону ниже решетчатой тарелки; узел с барботажными колпачками, содержащий множество восходящих элементов, проходящих через решетчатую тарелку для передачи газообразного водорода и углеводородного сырья из зоны ниже решетчатой тарелки в зону выше решетчатой тарелки; каждый трубчатый восходящий элемент, имеющий верхнюю часть выше решетчатой тарелки и нижнюю часть ниже решетчатой тарелки, нижняя часть оканчивается открытым нижним концом для прохождения газообразного водорода и углеводородного сырья, верхняя часть, имеющая закрытый верх, оканчивается барботажным колпачком; нижнюю часть трубчатого восходящего элемента, имеющую, по меньшей мере, вертикальную щель, проходящую от открытого нижнего конца; и нижнюю часть трубчатого восходящего элемента имеющую, по меньшей мере, боковое отверстие достаточного размера и расположенное так, что в процессе работы, уровень жидкости в зоне ниже решетчатой тарелки находится выше вертикальной щели и ниже бокового отверстия.
В одном варианте осуществления трубчатый восходящий элемент представляет собой двухтрубный восходящий элемент, имеющий внутреннюю трубу и внешнюю трубу, образующие кольцевое отверстие между внутренней трубой и внешней трубой как открытый нижний конец для прохождения газообразного водорода и углеводородного сырья, и боковое отверстие расположенное на внешней трубе.
Краткое описание чертежей
На фиг. 1 представлен вертикальный вид реакторной системы, применяющей вариант осуществления улучшенного газожидкостного распределительного устройства, реакторной системы, применяющей внешний насос кипения.
На фиг. 2A представлено поперечное сечение одного варианта осуществления узла с барботажными колпачками.
На фиг. 2B представлено поперечное сечение второго варианта осуществления узла с барботажны-ми колпачками.
На фиг. 3 представлен развернутый вид в перспективе фрагмента корпуса реактора на фиг. 1, иллюстрирующий один вариант осуществления решетчатой тарелки с восходящими элементами с барботаж-ными колпачками.
На фиг. 4 представлена схематическая диаграмма, иллюстрирующая распределение потока через узел с барботажными колпачками.
На фиг. 5 представлена схематическая диаграмма системы гидроконверсии, которая применяет суспензионно-фазовый реактор, реактор с кипящим слоем, имеющий внутренний насос кипения и горячий сепаратор с улучшенным газожидкостным распределительным устройством, применяемым в одном или обоих реакторах.
Подробное описание изобретения
В одном варианте осуществления изобретение относится к улучшенному газожидкостному распределительному устройству, например решетчатой тарелке, для использования в емкостях реакторов высокого давления для гидроконверсии углеводородного сырья. Улучшенное газожидкостное распределительное устройство может быть использовано для известных реакторов, используемых в H-Oil-процессе, в LC-Fining-процессе, в H-Coal-процессе, в способе облагораживания тяжелой нефти, а также в других. Как отмечается выше, использование данных реакторов хорошо известно в данной области техники. Специалистам в данной области техники должно быть очевидно, что варианты осуществления, описанные здесь могут иметь полезные применения, выходящие за рамки только реакторов кипящего слоя, суспензионных реакторов, рециркуляционных реакторов или реактора с псевдоожиженным слоем. Они могут быть полезны в отдельности или в комбинации в реакторах других типов, таких как реакторы с неподвижным слоем, реакторы полимеризации и реакторы гидрирования, подходящие для взаимодействия жидкостей, суспензий жидкость-твердое вещество, твердых веществ и газов при повышенных температурах и давлениях для обработки углеводородного сырья водородом при высоких давлениях и высоких температурах, например от 100 до 5000 фунтов на квадратный дюйм и от 300 до 1800°F (Фаренгейт).
В одном варианте осуществления корпус реактора содержит перфорированную решетчатую тарелку, которая соединяется по окружности с внутренней стенкой реактора. Решетчатая тарелка разделяет нижнюю часть реактора на две зоны. Тарелка может быть использована для опоры кипящего слоя, слоя суспензии или неподвижного слоя твердых частиц катализатора в верхней зоне. Решетчатая тарелка содержит множество восходящих элементов с барботажными колпачками, соединенных через перфорации решетчатой тарелки для сырьевого потока, чтобы поток протекал, образуя обилие пузырьков газа для прохождения в верхнюю зону, например в слой катализатора или слой суспензии.
Ряд восходящих элементов (коротких труб) проходит в нисходящем направлении от каждого отверстия решетчатой тарелки, например, примерно от 8 до 24 дюймов в зависимости от размера емкости реактора выше нижней стороны решетчатой тарелки. Каждый восходящий элемент снабжен, по меньшей мере, вертикальной щелью в нижней части трубы восходящего элемента, чтобы способствовать двухфазному потоку через барботажный колпачок. Щели подбирают по размеру так, что, если повышающийся уровень поверхности масла достигнет низа трубного восходящего элемента, пар может по-прежнему еще проходить в восходящий элемент через щель. В одном варианте осуществления щели подбирают по размеру так, чтобы сохранить уровень жидкости приблизительно на середине высоты щелей. В одном варианте осуществления щели имеют ширину в диапазоне от 1/8 до 1 дюйма, с вертикальной длиной в диапазоне от 2 до 12 дюймов. В другом варианте осуществления вертикальная длина имеет диапазон от 4 до 6 дюймов. В другом варианте осуществления щели имеет вертикальную длину в диапазоне от 1/8 до 1/2 длины восходящего элемента ниже распределительной тарелки.
Газ, подаваемый в реакторную систему, например, от кольцевого распределителя или распределителя газа, будет высвобождаться в нижней зоне, накапливаться ниже распределительной тарелки и образовывать газовый карман. В одном варианте осуществления с подачей суспензии катализатора суспензия протекает в восходящий элемент через нижний открытый конец и нижнюю часть щелей. Избыточный газ будет толкать уровень жидкости вниз и протекать в восходящий элемент через верхнюю часть щелей. При данной скорости газа уровень жидкости устойчивого состояния устанавливается в пределах высоты щелей. Распределение потока газа, проходящего через распределительную тарелку, чувствительно к вы-ровненности узла с тарелкой. Даже для идеально выровненной тарелки, распределение газового потока будет также зависеть от варьирования уровня жидкости.
В реакторной системе суспензию выводят в радиальном направлении, выходящем из опускной трубы через внутренний насос в нижней части колонны. Импульс данного потока суспензии будет толкать его к стене и приведет к повышению уровня суспензии вблизи пристеночной области. В одном варианте осуществления реакторной системы для облагораживания тяжелой нефти, применяющей катализатор-ную суспензию, например, как раскрыто в публикациях США №№ 2007/0140927A1 и 2009/0134064A1, соответственно включенных в настоящий документ в качестве ссылки, реакторная система работает в барботажном режиме и скорость газа может и не быть достаточно высокой, чтобы толкать установившийся уровень жидкости на середину щелей. При работе с низкой скоростью газа уровень суспензии будет достаточно высоким в пристеночной области, чтобы полностью покрыть щели на восходящих элементах и оставить только щели в середине колонны подверженными воздействию газового кармана. Как
результат, только барботажные колпачки в средней части колонны будут иметь газ, протекающий через, а барботажные колпачки вблизи стены в основном будут содержать суспензию и очень малое или никакое количество газа, протекающего через них. Щели на барботажных колпачках на одной стороне колонны с более высоким уровнем жидкости могут быть полностью погружены в жидкость. Как следствие, может и не быть протекания газа через данные барботажные колпачки. В условиях высоких температур это приведет к образованию кокса в барботажных колпачках вблизи со стеной, в конечном итоге вызовет закупорку и дефлюидизацию в данной области.
В улучшенной реакторной системе часть восходящего элемента ниже распределительной тарелки имеет, по меньшей мере, боковое отверстие для протекания газа в каждый восходящий элемент. Боковое отверстие может быть различной геометрической формой, например круглой или эллиптической. В одном варианте осуществления боковое отверстие находится на одной стороне каждого восходящего элемента. Во втором варианте осуществления имеются боковые отверстия на обеих сторонах каждого восходящего элемента. В третьем варианте осуществления множество боковых отверстий разнесено равноудаленно по всей окружности восходящего элемента. В четвертом варианте осуществления множество боковых отверстий вдоль вертикальной длины восходящего элемента в ряду сверху донизу с отверстиями, являющимися одинакового или разного размеров сверху донизу ряда боковых отверстий.
В одном варианте осуществления верхняя часть (самая верхняя) бокового отверстия расположена от 1 до 5 дюймов от распределительной тарелки. В другом варианте осуществления верхняя часть (самая верхняя) бокового отверстия расположена по меньшей мере в 2 дюймах от распределительной тарелки.
Боковое отверстие является одним вариантом осуществления, имеет одинаковый размер для всех восходящих элементов. В другом варианте осуществления боковые отверстия подбирают по размеру по-разному в зависимости от расположения восходящих элементов на распределительной тарелке. Боковое отверстие в одном варианте осуществления достаточно подбирают по размеру для поддержания уровня суспензии между отверстием и щелью(ами). В одном варианте осуществления отверстие имеет диаметр в диапазоне от 1/16 до 1/2 от диаметра щели восходящего элемента (диаметр трубы восходящего элемента). В другом варианте осуществления боковое отверстие имеет диаметр (или самый короткий размер для эллиптического отверстия) в диапазоне от 1/16 дюймов до 1 дюйма, в зависимости от размера оборудования в процессе работы. В одном варианте осуществления боковое отверстие находится в диапазоне от 1/8 до 1/2 дюйма в отверстии.
Боковые отверстия могут быть рассчитаны с помощью моделей равновесия давления, сравнительной таблицы технических характеристик средств проектирования и модели пакетов вычислительной гидродинамики, известных в данной области техники как FLUENT, принимая во внимание факторы, включая, но не ограничиваясь диаметром восходящего элемента, размером и плотностью частицы, характеристиками потока, свойствами жидкости, потоком газа и жидкости и/или суспензии и так далее. Улучшенная конструкция восходящего элемента с щелью(ами) и боковым(и) отверстием(ями) допускает гибкую обработку по отношению к скорости газа с распределением потока газа, не зависящего от изменения уровня жидкости, допускающее равномерное распределение газа с устойчивостью к распределительной тарелке, выходящей за уровень. Когда процесс работы выполняется при более высокой скорости газа, чем по техническим заданиям, ожидается, что газовый карман будет толкать уровень жидкости ниже, чтобы допустить дополнительный газ, протекающий через щели на восходящий элемент, поддерживая еще при этом поток газа по всему сечению.
В одном варианте осуществления кипящего слоя для предотвращения обратного потока катализатора в нижнюю секцию реактора (камеру) секция восходящего элемента выше решетчатой тарелки имеет участок обратного клапана для ограничения потока жидкости внутрь. В одном варианте обратный клапан содержит шариковый обратный клапан с шаром и седлом клапана. В другом варианте осуществления усовершенствованной реакторной системы, жидкость может протекать беспрепятственно по подъему, т.е. без движущихся частей, таких как обратные клапаны или стальные шары в восходящий элемент. На месте обратного клапана, в одном варианте осуществления восходящий элемент с барботажным колпачком снабжен сужением, например соплом Вентури или сужающимся соплом, которое повышает перемешивание в восходящий элемент с барботажным колпачком с суженным отверстием. Сужение может быть такого размера, чтобы избежать образования вспенивания от двухфазного потока с большой скоростью сдвига, принимая во внимание факторы, такие как свойства жидкости и условия работы.
Сделана ссылка на фиг. 1, которая иллюстрирует емкость реактора с улучшенным газо-жидкостным профилем распределения. Емкость реактора 10 снабжена впускным трубопроводом 12 для подачи тяжелой нефти и водородсодержащего газа. Выпускной трубопровод 24 предназначен для выведения пара и жидкости по линии 24a. Входной трубопровод 15 предназначен для подачи свежего катализатора 16 и выходной трубопровод 17 предназначен для вывода отработанного катализатора 14. Тяжелое нефтяное сырье вводят по линии 11, в то время как водородсодержащий газ вводят по линии 13. Два сырья могут быть объединены и введены по линии 12 в нижнюю часть реактора. Сырье проходит через распределительную тарелку 18, содержащую барботажные колпачки 19, которые распределяют текучие среды из нижней камеры 40, которая может быть нагнетательной камерой, в слой 22. Смесь жидкости и газа протекает в восходящем направлении и частицы катализатора, таким образом, вовлекаются в кипящее дви
жение потоком газа и потоком жидкости, подаваемые рециркуляционным насосом 20, который может быть либо внутренним, либо внешним по отношению к реактору 10. Направленный вверх поток жидкости, подаваемый данным рециркуляционным насосом, является достаточным, чтобы доставить большую часть частиц катализатора в слой 22 для расширения, таким образом, позволяющий газу и жидкости протекать, как показано указательной стрелкой 21 по реактору 10.
Из-за направленного в восходящем направлении потока, обеспеченного насосом, и сил, направленных в нисходящем направлении, обеспеченных гравитацией, частицы слоя катализатора достигают верхнего уровня перемещения или кипения, в то время как более легкая жидкость и газ продолжают двигаться в восходящем направлении за пределы этого уровня. Верхний уровень катализатора или поверхности раздела катализатор-жидкость показан как 23, и каталитическая реакционная зона проходит от поперечной распределительной тарелки 18 до уровня 23. В устойчивом состоянии несколько каталитических частиц поднимается выше поверхности раздела катализатор-жидкость 23. Объем 29 выше поверхности 23 раздела заполнен жидкостью и увлекаемым газом или паром. Газ и пар отделяются от жидкости в рециркуляционную чашу 30, и жидкость с существенно уменьшенным содержанием газа и пара рецирку-лируется через опускную трубу 25. Газы, пары и жидкий продукт выводятся вместе по трубопроводу 24. В одном варианте осуществления множество вертикально направленных трубопроводов 27 и 28 обеспечивает протекание жидкости между реакционной зоной и рециркуляционной чашой 30. Жидкость, увлеченная газом, движется в восходящем направлении по трубопроводам 27 и 28, и после выхода из верхних концов данных трубопроводов часть жидкости меняет направление и течет в нисходящем направлении к и по рециркуляционному трубопроводу 25 к рециркуляционному насосу 20 и, таким образом, рецирку-лируется в нижней части реактора 10.
Фиг. 2B иллюстрирует вертикальное сечение одного варианта осуществления узла с барботажными колпачками для улучшенного распределения суспензии газа. Узел с барботажными колпачками в данном варианте осуществления является узлом типа двухтрубного восходящего элемента, то есть, имеющий внешнюю трубу 102 и внутреннюю трубу 103, образующие кольцеобразное отверстие для прохождения газообразного водорода и углеводородного сырья, поддерживающие колоколообразный колпачок 104 с верхней частью 105 внутренней трубы. Корпус колпачка является колоколообразным с конусной стенкой. Нижний край 107 колоколообразного колпачка может быть зубчатым или зазубренным в пилообразный треугольник. Нижний край внешней трубы 103 оканчивается на позиции 110 в сообщении с паровым пространством ниже решетчатого пространства. Нижний край 111 внутренней трубы 102 погружается в жидкость ниже решетчатой тарелки. Множество распорок 112 расположено между внутренней и внешней трубами. Существует, по меньшей мере, боковое отверстие (щель) 108 на внешней трубе 103 для потока газа. В одном варианте осуществления (не показано) внешняя труба 102 содержит, по меньшей мере, вертикальную щель, проходящую в восходящем направлении от открытой нижней секции трубы, чтобы допустить прохождение газа, протекающего в восходящем направлении через кольцевое отверстие между внутренней трубой и внешней трубой.
Сделана ссылка на фиг. 2B, которая иллюстрирует вертикальное сечение второго варианта осуществления барботажного колпачка. Корпус колпачка в данном варианте осуществления имеет трубчатую форму. Восходящий элемент 56 содержит отверстие 60 стока жидкости, обеспечивающее сообщение по текучей среде между нижней камерой 40 и слоем катализатора 22. Барботажные колпачки 19 прикрепляются к восходящему элементу 56 посредством крепежных средств, таких как сварка, шайбы, болты и гайки или их комбинация, таким образом, что нижний край 19b барботажного колпачка 19 располагается выше распределительной тарелки 18. Восходящий элемент 56 содержит, по меньшей мере, щель 58, расположенную для обеспечения прохождения газа ниже тарелки 18 в восходящий элемент 56. Существует, по меньшей мере, боковое отверстие (щель) 50 выше щели 58 и внутри восходящего элемента 56 для потока газа.
На фиг. 3 представлен развернутый вид в перспективе варианта осуществления решетчатой тарелки 18 и барботажного колпачка фиг. 1 и 2B для улучшенного распределения суспензии газа.
На фиг. 4 представлена схематическая диаграмма, иллюстрирующая распределение потока через барботажный колпачок фиг. 2A, на основе экспериментов в масштабном блоке холодного потока с 4 футовым диаметром колонны, в которой вода/воздух/песок используются для имитации нефти/водорода/катализатора в коммерческой реакторной системе. Как показано на диаграмме, равномерное распределение газового потока достигается за счет перепада давления ("ПД") управлением через боковые отверстия на восходящем элементе. В экспериментах блок с холодным потоком работает с концентрацией твердых веществ 0-12%, твердое вещество является мелкодисперсным кремнеземным песком, имеющим средний размер частиц 6 мкм. Решетчатая тарелка имеет в общей сложности 72 барботажных колпачка с внешним диаметром колпачка 3 дюйма. В одном эксперименте шар из нержавеющей стали установлен в барботажный колпачок для предотвращения обратного потока суспензии катализатора, как обсуждено в предшествующем уровне техники, который генерирует нежелательные вибрации с высокоскоростной суспензией и газообразная смесь течет через горло поддерживающего шара. Во втором эксперименте, шар удаляют, и горло изменяет размер.
Фиг. 5 иллюстрирует примерный кипящий слой гидроочистной реакторной системы 400, вклю
чающей улучшенную конструкцию решетчатой тарелки. Кипящий слой гидроочистной системы 400 включает суспензионно-фазный реактор 402 гидрокрекинга, горячий сепаратор 404 и реактор 430 с кипящим слоем, расположенный между суспензионно-фазным реактором 402 и горячим сепаратором 404. Тяжелое нефтяное сырье 406 первоначально смешивают и кондиционируют с каталитической композицией 408.
Кондиционированное сырье из смесителя 410 сжимается с помощью насоса 412, пропускается через предварительный нагреватель 413 и непрерывно или периодически подается в суспензионно-фазный реактор 402 вместе с газообразным водородом 414 через отверстие 418, расположенное на или вблизи нижней части суспензионно-фазного реактора 402. Мешалка 420 в нижней части суспензионно-фазного реактора 402 способствует более равномерному диспергированию водорода 414, схематически показанного как пузырьки газа 422 в сырье 406.
Альтернативно или в дополнение к мешалке 420, суспензионно-фазный реактор 402 может включать в себя рециркуляционный канал, рециркуляционный насос и улучшенную распределительную решетчатую тарелку (не показано) для обеспечения еще большего диспергирования реагентов, катализатора и тепла. Коллоидный или молекулярный катализатор в сырье 406 схематически показан как каталитические частицы 424. Следует иметь в виду, что пузырьки 422 газа и частицы 424 катализатора показаны с увеличенным размером так, чтобы они могли быть видны на чертеже. На самом деле, они, вероятно, невидимы невооруженным глазом.
Тяжелое нефтяное сырье 406 каталитически улучшается в присутствии водорода и коллоидного или молекулярного катализатора в суспензионно-фазном реакторе 402 с образованием облагороженного сырья 426, которое непрерывно выводится вместе с остаточным водородом из суспензионно-фазного реактора 402 через выпускное отверстие 428, расположенное в или вблизи верхней части суспензионно-фазного реактора 402. Облагороженное сырье 426, необязательно сжато с помощью насоса 432 и вводится вместе с дополнительным водородом 414 в реактор 430 с кипящим слоем через впускное отверстие 436, расположенное в или вблизи нижней части реактора 430 с кипящим слоем. Обогащенное сырье 426 также содержит водород и катализаторную суспензию или молекулярный (коллоидный) катализатор, схематически показанный как каталитические частицы 424' в реакторе 430 и 424" с кипящим слоем в верхней части реактора 430. Реактор 430 с кипящим слоем с улучшенной распределительной решетчатой тарелкой 470 также включает выходное отверстие 438 на или вблизи верхней части реактора 430 с кипящим слоем, через которое выводится дополнительное гидроочищенное сырье 440.
В одном варианте осуществления расширенная зона катализатора 442 выше распределительной решетчатой тарелки 470 дополнительно содержит пористый катализатор на носителе 444. В другом варианте осуществления гидроконверсия осуществляется только с катализаторной суспензией или молекулярным катализатором. Свободная зона катализатора 448 расположена ниже распределительной решетчатой тарелки 470. Верхняя свободная зона катализатора на носителе 450 расположена выше зоны расширенного катализатора 442. Катализаторная суспензия или молекулярный катализатор 424 диспергируется в сырье в реакторе 430 с кипящим слоем, включающем как зону расширенного катализатора 442, так и свободные зоны 448, 450, 452 катализатора на носителе, тем самым, будучи доступным, чтобы способствовать реакциям облагораживания, в пределах того, что составляет свободные зоны катализатора в общепринятых реакторах с кипящим слоем. Сырье в реакторе 430 с кипящим слоем непрерывно рецир-кулируется из верхней свободной зоны 450 катализатора на носителе в нижнюю свободную зону 448 катализатора на носителе с помощью рециркуляционного канала 452 в сообщении с насосом 454 кипения. В верхней части рециркуляционного канала 452 находится воронкообразная рециркуляционная чаша 456, через которую сырье выводится из верхней свободной зоны 450 катализатора на носителе. Рецирку-лированное сырье смешивается со свежим обогащенным сырьем 426 и дополнительным газообразным водородом 434.
В одном варианте осуществления с использованием катализатора на носителе свежий катализатор 444 на носителе вводится в реактор 430 с кипящим слоем через впускную трубу 458 катализатора и отработанный катализатор 444 на носителе выводится через трубу 460 выведения катализатора.
Гидроочищенное сырье 440, выведенное из реактора с кипящим слоем 430, вводится в горячий сепаратор 404, в котором летучая фракция 405, выводится из верхней части горячего сепаратора 404, а нелетучая фракция 407, содержащая каталитические частицы 424", выводится из нижней части горячего сепаратора 404.
Применительно к данному описанию и прилагаемой формуле изобретения, если не указано иное, все числа, выражающие количества, проценты и пропорции и другие численные значения, используемые в описании и формуле изобретения, необходимо понимать в виде модифицированных во всех примерах термином "примерно". Следует отметить, что используемые в данном описании и прилагаемой формуле изобретения формы единственного числа включают ссылки на множественное число, если явно и однозначно не ограничивается единственной ссылкой (за исключением особо оговоренных случаев). Использование "включающий в себя", "содержащий" или "имеющий", "заключающий в себя", "включающий" и их вариации в данном описании, предназначены, чтобы охватить элементы, перечисленные после них и их эквиваленты, а также дополнительные элементы.
Настоящее изобретение может быть осуществлено в других отдельных видах без отступления от его сути или главных характеристик. Описанные варианты осуществления должны восприниматься во всех аспектах только как иллюстрация, но не как ограничение. Поэтому объем изобретения указан прилагаемой формулой изобретения в большей степени, чем приведенное выше описание. Все изменения, которые входят в значение и интервал эквивалентности формулы изобретения, должны быть охвачены его объемом.
ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ
1. Узел с решетчатой тарелкой для использования в реакторе гидроконверсии углеводородного сырья с газообразным водородом при повышенных температуре и давлении с использованием катализатора, содержащий
решетчатую тарелку, разделяющую реактор на две зоны, зону выше решетчатой тарелки и зону ниже решетчатой тарелки;
узел с барботажными колпачками, содержащий множество трубчатых восходящих элементов, проходящих через решетчатую тарелку для передачи газообразного водорода и углеводородного сырья из зоны ниже решетчатой тарелки в зону выше решетчатой тарелки, причем
каждый трубчатый восходящий элемент имеет верхнюю секцию, расположенную выше решетчатой тарелки и нижнюю секцию, расположенную ниже решетчатой тарелки, нижняя секция оканчивается открытым нижним концом для проникновения газообразного водорода и углеводородного сырья, а верхняя секция, имеющая закрытый верх, оканчивается корпусом колпачка;
нижняя секция трубчатого восходящего элемента имеет по меньшей мере одну вертикальную щель, проходящую от открытого нижнего конца, и одно боковое отверстие, расположенное выше вертикальной щели.
2. Узел по п.1, в котором боковое отверстие имеет размер в диапазоне от 1/16 до 1/2 диаметра открытого нижнего конца трубчатого восходящего элемента.
3. Узел по п.2, в котором боковое отверстие имеет размер в диапазоне от 3,175 до 12,7 мм (1/8 до 1/2 дюйма).
4. Узел по п.1, в котором боковое отверстие расположено по меньшей мере на 25,4 мм (1 дюйм) ниже распределительной тарелки.
5. Узел по п.3, в котором боковое отверстие расположено на расстоянии от 25,4 до 127 мм (1 до 5 дюймов) ниже распределительной тарелки.
6. Узел по п.1, в котором вертикальная щель имеет размер от 1/8 до 1/2 длины нижней секции.
7. Узел по п.1, в котором верхняя секция имеет сужение для газожидкостного смешения в трубчатом восходящем элементе.
8. Узел по п.6, дополнительно содержит обратный клапан, расположенный выше сужения в верхней секции трубчатого восходящего элемента.
9. Узел по п.8, в котором обратный клапан содержит стальной шар и седло клапана.
10. Узел по п.1, в котором верхняя секция, имеющая сужение, выполнена с возможностью обеспечения текучей среде беспрепятственно перемещаться между сужением и корпусом колпачка.
11. Узел по п.1, в котором корпус колпачка имеет трубчатую форму.
12. Узел по п.1, в котором корпус колпачка является колоколообразным.
13. Узел по п.1, в котором трубчатый восходящий элемент имеет множество боковых отверстий одинаковых или разных размеров.
14. Узел по п.1, в котором трубчатый восходящий элемент имеет множество боковых отверстий, разнесенных вдоль оси восходящего элемента.
15. Узел по п.1, в котором трубчатый восходящий элемент имеет множество боковых отверстий, разнесенных равноудаленно по всей окружности восходящего элемента.
16. Узел по п.1, в котором трубчатый восходящий элемент содержит внутреннюю трубу и внешнюю трубу, образующие кольцевое отверстие у открытого нижнего конца для прохождения газообразного водорода и углеводородного сырья.
17. Узел по п.1, в котором каждый из трубчатых восходящих элементов имеет, по меньшей мере, боковое отверстие по меньшей мере с двумя трубчатыми восходящими элементами, имеющими боковые отверстия разных размеров.
18. Применение узла по п.1 в реакторе с кипящим слоем.
10.
10.
10.
Евразийская патентная организация, ЕАПВ Россия, 109012, Москва, Малый Черкасский пер., 2
025812
- 1 -
025812
- 1 -
025812
- 1 -
025812
- 1 -
025812
- 1 -
025812
- 1 -
025812
- 4 -
025812
025812
025812
- 9 -