реактор для проведения каталитических процессов

Формула изобретения

Реактор для проведения каталитических процессов, содержащий цилиндрический корпус со штуцером ввода и ответным фланцем, штуцером вывода продуктов реакции и штуцерами для загрузки и выгрузки катализатора, внутри которого коаксиально установлена центральная перфорированная труба - ЦПТ, заглушенная с одного конца и имеющая на другом конце патрубок для ввода сырья - ПВС, снабженная ступенчатым гасителем скорости потока, включающим в себя разделительные кольца и выходную трубу с площадью перфорации не менее 20% от наружной поверхности, перфорированные желоба, расположенные по образующим корпуса, и коллектор, отличающийся тем, что ПВС выполнен отдельно от ЦПТ, а ЦПТ снабжена щелевым экраном и устройством для "слепой" стыковки с ПВС, при этом щелевой экран выполнен в виде коаксиально установленного на выходной трубе ЦПТ и подкрепленного шпангоутами, опирающимися на поверхность выходной трубы, цилиндрического кожуха, изготовленного из продольных стержней треугольного сечения, вершины которых направлены вовнутрь, причем величина щелевого зазора между стержнями составляет 30÷80% от минимального размера катализатора, а устройство для "слепой" стыковки выполнено в виде наклонных направляющих ПВС, приваренных к концу выходной трубы, выступающему над торцом щелевого экрана, при этом между цилиндрическими поверхностями выходной трубы и ПВС образована кольцевая полость, заполненная уплотнительным шнуром, поверх которого установлено прижимное кольцо, взаимодействующее с устройством для создания осевого усилия, обеспечивающего уплотнение шнура и герметизацию стыка ЦПТ - ПВС, выполненным или в виде равномерно расположенных по плоскости прижимного кольца винтовых пар типа "болт-гайка", одна из деталей которых, преимущественно гайка, приварена к внутренней цилиндрической поверхности ПВС, или в виде трубчатой втулки, надетой на конец выходной трубы и поджатой ответным фланцем.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к устройствам для проведения каталитических процессов в стационарном слое катализатора и может быть использовано в нефтехимической и нефтеперерабатывающей промышленности, а именно в конструкциях реакторов, снаряженных катализаторами и реализующих в заводских технологиях преимущественно процессы каталитического риформинга бензина, которые протекают в жестких условиях, обусловленных высокой температурой (470...520°С), давлением (2...7 МПа) и расходом сырья (до 1...2 млн тонн в год).

Известен реактор для проведения каталитических процессов, включающий цилиндрический корпус со штуцером ввода и ответным фланцем, штуцером вывода продуктов реакции и штуцерами для загрузки и выгрузки катализатора, внутри которого коаксиально установлена центральная перфорированная труба (ЦПТ), заглушенная с одного конца, а на другом конце которой имеется патрубок для ввода сырья (ПВС), перфорированные желоба, расположенные по образующим корпуса, коллектор и патрубки для выгрузки катализатора и вывода продуктов реакции (патент Российской Федерации № 2102131, 6 В01J 8/02, 1998 г.).

Недостатком конструкции данного реактора являются высокие скорости входа потока сырья в слой катализатора из отверстий в ЦПТ, что приводит к неравномерному распределению реакционной смеси по объему катализатора и повышенному удельному расходу катализатора, а также к неблагоприятным силовым нагрузкам, обусловленным температурными напряжениями, возникающими в зажатой с двух сторон ЦПТ, что вызывает преждевременный износ элементов конструкции реактора.

Известен также принятый за прототип реактор для проведения каталитических процессов, содержащий цилиндрический корпус со штуцером ввода и ответным фланцем, штуцером вывода продуктов реакции и штуцерами для загрузки и выгрузки катализатора, внутри которого коаксиально установлена ЦПТ, снабженная ступенчатым гасителем скорости потока, включающим в себя разделительные кольца и выходную трубу с площадью перфорации не менее 20% от наружной поверхности, заглушенная с одного конца и имеющая на другом конце ПВС, перфорированные желоба, расположенные по образующим корпуса, а также устройства для загрузки и выгрузки катализатора и вывода продуктов реакции (патент Российской Федерации № 2217229, 7 В01J 8/02, 2003 г.).

Конструктивные решения прототипа направлены на улучшение условий протекания целевых реакций и сокращение удельного расхода дорогостоящего катализатора.

Однако наличие отверстий в выходной трубе, площадь которых, как указано выше, достигает не менее 20% от наружной поверхности выходной трубы, может привести к попаданию катализатора в полость ЦПТ при его загрузке, а это приводит к неравномерному распределению потока по объему катализатора и снижению эффективности его работы. Неравномерное распределение потока ведет к образованию кокса, его горению при регенерации катализатора и повышению температуры элементов реактора выше допустимых значений. Кроме того, в процессе эксплуатации реактора на ЦПТ возникают высокие температурные, а, следовательно, и силовые нагрузки, что приводит к снижению срока службы ЦПТ, остановке реактора на ремонт и к дополнительным эксплуатационным расходам.

Задачей изобретения является устранение указанных недостатков прототипа, а именно, повышение надежности работы реактора, улучшение условий работы катализатора и снижение его расхода, а также снижение эксплуатационных затрат.

Поставленная задача решается тем, в реакторе для проведения каталитических процессов, содержащем цилиндрический корпус со штуцером ввода и ответным фланцем, штуцером вывода продуктов реакции и штуцерами для загрузки и выгрузки катализатора, внутри которого коаксиально установлена ЦПТ, заглушенная с одного конца и имеющая на другом конце ПВС, снабженная ступенчатым гасителем скорости потока, включающим в себя разделительные кольца и выходную трубу с площадью перфорации не менее 20% от наружной поверхности, перфорированные желоба, расположенные по образующим корпуса, и коллектор, ПВС выполнен отдельно от ЦПТ, а ЦПТ снабжена щелевым экраном и устройством для «слепой» стыковки с ПВС, при этом щелевой экран выполнен в виде коаксиально установленного на выходной трубе ЦПТ и подкрепленного шпангоутами, опирающимися на поверхность выходной трубы, цилиндрического кожуха, изготовленного из продольных стержней треугольного сечения, вершины которых направлены вовнутрь, причем величина щелевого зазора между стержнями составляет 30...80% от минимального размера катализатора, а устройство для «слепой» стыковки выполнено в виде наклонных направляющих ПВС, приваренных к концу выходной трубы, выступающему над торцом щелевого экрана, при этом между цилиндрическими поверхностями выходной трубы и ПВС образована кольцевая полость, заполненная уплотнительным шнуром, поверх которого установлено прижимное кольцо, взаимодействующее с устройством для создания осевого усилия, обеспечивающего уплотнение шнура и герметизацию стыка ЦПТ - ПВС, выполненным или в виде равномерно расположенных по плоскости прижимного кольца винтовых пар типа «болт-гайка», одна из деталей которых, преимущественно гайка, приварена к внутренней цилиндрической поверхности ПВС, или в виде трубчатой втулки, надетой на конец выходной трубы и поджатой ответным фланцем.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 показан общий вид реактора, на фиг.2 - выносной элемент А на фиг.1, на фиг.3 - сечение Б-Б на фиг.2, на фиг.4 - выносной элемент В на фиг.1 (вариант с прижимными болтами), на фиг.5 - выносной элемент В на фиг.1 (вариант с прижимной втулкой).

Реактор содержит цилиндрический корпуса 1 со штуцером ввода 2 и ответным фланцем 3, коаксиально расположенную в нем ЦПТ 4, нижний конец 5 которой заглушен, а верхний 6 соединен с ПВС 7, перфорированные желоба 8, трубные перетоки 9, коллектор 10, штуцер 11 для выгрузки катализатора 12 и штуцер 13 для вывода продуктов реакции сырья.

ЦПТ 4 выполнена трехслойной и включает внутреннюю трубу 14, выходную трубу 15, монтированную коаксиально при помощи колец 16 на трубе 14, и щелевой экран 17, монтированный коаксиально при помощи шпангоутов 18 на выходной трубе 15.

Внутренняя труба 14 перфорирована отверстиями 19 малого диаметра. Выходная труба 15 перфорирована отверстиями 20, диаметр которых превышает диаметр отверстий 19 внутренней трубы 14, а общая площадь перфорации составляет не менее 20% площади ее поверхности. Щелевой экран 17 изготовлен из продольно расположенных стержней 21 треугольного сечения, вершины 22 которых направлены вовнутрь. Расстояние между стержнями составляет величину 30...80% от наименьшего размера гранул катализатора 12, загружаемого в корпус 1 реактора. Расстояние между деталями 14-15 и 15-17 выбирается из условия обеспечения минимального перепада давления на ЦПТ 4 и получения скорости потока сырья на выходе из ЦПТ 4, исключающей разрушение катализатора и обеспечивающей наилучшие условия протекания целевых реакций. Нижний 5 заглушенный конец ЦПТ 4 опирается на плоскость коллектора 10, а верхний 6 открытый конец ее соединен с ПВС 7. Верхний конец выступает над торцом 23 щелевого экрана 17, на нем равномерно по периметру приварены наклонные направляющие 24 ПВС 7. Между цилиндрическими поверхностями трубы 15 и ПВС 7 образована кольцевая полость 25. Эта полость заполнена уплотнительным (асбестовым или керамическим) шнуром, поверх которого установлено прижимное кольцо 26. Для создания осевого усилия, обеспечивающего уплотнение шнура и герметизацию стыка ЦПТ 4 - ПВС 7 предусмотрено специальное устройство, взаимодействующее с прижимным кольцом 26. В зависимости от конструкции штуцера ввода 2 и ответного фланца 3 это устройство выполнено или в виде равномерно расположенных по плоскости прижимного кольца 26 винтовых пар типа «болт 27 - гайка 28», одна из деталей которых, преимущественно гайка 28, приварена к внутренней цилиндрической поверхности ПВС 7, или в виде трубчатой втулки 29, надетой на конец выходной трубы 15 и поджатой ответным фланцем 3. Перфорированные желоба 8 закреплены на образующих корпуса 1 при помощи разжимных колец 30. Верхние концы желобов 8 заглушены, а нижние концы соединены трубными перетоками 9 с коллектором 10.

Исходное положение реактора перед сборкой. ПВС 7 не установлен, доступ вовнутрь корпуса 1 осуществляется через открытый штуцер 2, диаметр которого достигает 600...800 мм. Монтаж внутренних устройств реактора начинают производить снизу в следующей последовательности. На днище корпуса 1 монтируется коллектор 10 и соединяется со штуцером 13. Затем при помощи разжимных колец 30 закрепляются перфорированные желоба 8, нижние концы которых перетоками 9 соединяются с коллектором 10. На верхний, заглушенный, конец коллектора 10 заглушенным торцом 5 устанавливается ЦПТ 4. Через открытый штуцер 2 при помощи загрузочной машины производится заполнение корпуса 1 катализатором 12. Наличие щелевого экрана исключает попадание гранул катализатора вовнутрь ЦПТ. После загрузки катализатора в штуцер 2 вводится ПВС 7, по направляющим 24 производится «слепая» стыковка его с ЦПТ 4. После этого в кольцевую полость 25 укладывают асбестовые или керамические шнуры, ставят прижимное кольцо 26 и путем затяжки болтов 27 или при помощи втулки 29 и ответного фланца 3 производят герметизацию стыка ЦПТ 4 - ПВС 7. Реактор подготовлен к работе по назначению.

Работа реактора по каталитическому риформингу бензина происходит следующим образом. Через ПВС 7 в ЦПТ 4 подается сырье, которое проходит по ЦПТ 4 и входит в слой катализатора 12, при этом скорость потока дополнительно снижается, по сравнению с прототипом, на 15% за счет увеличения площади проходного сечения щелевого экрана 17 относительно площади проходного сечения отверстий в выходной трубе 15. Продукт реакции риформинга через перфорацию входит в желоба 8 и далее по трубным перетокам 9 поступает в коллектор 10 и выводится из реактора через патрубок 13. На этом процесс каталитического риформинга заканчивается.

Изготовление реактора в соответствии с предложением позволяет за счет установки щелевого экрана 17 добиться дополнительного снижения скорости потока сырья на входе его в катализатор и повысить эффективность использования катализатора. Выполнение ПВС 7 отдельно от ЦПТ 4 и введение устройства для «слепой» стыковки позволяет разгрузить ЦПТ 4 от напряжений, вызываемых тепловыми нагрузками. В целом, предложение позволяет повысить надежность работы реактора, увеличить ресурс и сократить эксплуатационные затраты, связанные с его техническим обслуживанием и ремонтом.

В настоящее время научно-производственной фирмой «Рифинг» разработана техническая документация каталитического реактора по риформингу бензина и проводятся подготовительные работы по внедрению предложения на одном из нефтеперерабатывающих заводов Российской Федерации.