Результат интеллектуальной деятельности: РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬ КАТАЛИЗАТОРА И ТРАНСПОРТНОГО ГАЗА

Настоящее изобретение относится к области нефтехимии и органического синтеза, в частности, к устройству для эффективного распределения мелкодисперсного катализатора в системе реактор / регенератор процессов дегидрирования парафиновых углеводородов С3÷С5 или синтеза бутадиена из этанола.

Известен распределитель катализатора и транспортного газа, используемый в системе реактор-регенератор процессов дегидрирования парафиновых углеводородов С3÷С5 с кипящим слоем мелкозернистого катализатора, включающий вертикальную транспортную трубу для подачи катализатора транспортирующим газом и установленный соосно с трубой на ее верхнем конце конусообразный расширитель, соединенный трубами со спускными стояками (Патент РФ №2 301 107 от 18.10.2005, опубл. 20.06.2007 Бюл.№17).

В этом случае подача циркулирующего катализатора и транспортного газа осуществляется через выпускные торцы спускных стояков в несколько локальных точек. При этом повышенные плотность катализатора и скорость газа в этих точках и пониженные - в остальном сечении аппарата на уровне расположения торцов стояков способствуют неравномерному распределению катализатора по сечению аппарата, приводят к повышенному эрозионному износу верхней секционирующей решетки в местах расположения выпускных торцов спускных стояков, локальным перегревам этих мест, увеличению коксообразования и терморазложения продуктов реакции. Пониженная плотность катализатора в остальном сечении аппарата способствует возникновению флуктуаций плотности и уровня кипящего слоя и повышенному уносу катализатора.

Наиболее близким к предлагаемому является распределитель катализатора и транспортного газа для системы реактор-регенератор дегидрирования парафиновых углеводородов С₃÷С₅ с кипящим слоем катализатора и секционирующими решетками, содержащий расположенную по оси реактора и/или регенератора вертикальную транспортную трубу с восходящим потоком смеси катализатора и транспортного газа, соединенную с установленным соосно с трубой на ее верхнем торце расширителем, соединенным соединительными трубами с вертикальными спускными стояками с нисходящим потоком смеси катализатора и транспортного газа. Нижние торцы спускных стояков расположены в верхней части кипящего слоя. Расширитель состоит из цилиндрического корпуса с верхним и нижним днищами, соединительные трубы верхними торцами соединены с отверстиями, расположенными в цилиндрической части корпуса и/или в нижнем днище, а к нижнему торцу каждого спускного стояка прикреплен соосно стояку смеситель в виде верхнего диска, окружающего отверстие стояка, и на расстоянии от него - нижнего диска ((Патент РФ 2 652 195 от 04.07.2017, опубл. 25.04.2018 Бюл. №12).

Использование специального смесителя позволяет увеличить эффективность работы распределителя, однако его недостатком является сложность и ненадежность конструкции, связанная с необходимостью крепить друг к другу верхний и нижний диски смесителя для образования кольцевой щели между ними. Кроме того, использование цилиндрического корпуса расширителя приводит к резкому снижению скорости газового потока и катализатора на выходе из транспортной трубы, что способствует образованию застойных зон, вихреобразованию и обратному перемешиванию катализатора и газа, возрастанию сопротивления и усилению эрозионного воздействия циркулирующего катализатора.

Целью настоящего изобретения является увеличение эффективности работы предлагаемого распределителя катализатора и контактного газа для системы реактор-регенератор дегидрирования парафиновых углеводородов С₃÷C₅ или синтеза бутадиена из этилового спирта, достигаемое за счет:

- равномерного распределения катализатора по сечению аппарата для эффективного ведения процессов;

- снижения количества транспортного газа для циркуляции катализатора;

- снижения потерь целевых продуктов при терморазложении и увеличения их выходов;

- упрощения конструкции и повышения ее надежности.

Для достижения указанной цели предлагается распределитель катализатора и транспортного газа для системы реактор-регенератор дегидрирования парафиновых углеводородов С₃÷C₅ или синтеза бутадиена из этанола с кипящим слоем катализатора и секционирующими решетками, включающий расположенную по оси ректора и/или регенератора вертикальную транспортную трубу, соединенную с установленным соосно на ее верхнем торце расширителем, соединенным со спускными стояками, нижние торцы которых расположены в верхней части кипящего слоя катализатора, при этом на нижнем торце каждого спускного стояка установлен отбойный диск, а в стенке каждого стояка выполнены прорези, начинающиеся от нижнего торца стояка, при этом соотношение суммы площадей сечений прорезей и площади сечения спускного стояка составляет от 1,0 до 3,0.

Прорези в стенках спускных стояков могут быть выполнены прямоугольными, овальными или полукруглыми.

Расширитель предпочтительно выполнять в виде усеченного конуса с углом между образующими от 15° до 45° и отношением диаметра верхнего основания к диаметру нижнего основания от 1,5 до 3,5.

Отбойные диски на нижних торцах спускных стояков могут быть выполнены с твердосплавной наплавкой, поверхность которой может иметь горизонтальную или скругленную форму или форму конуса с углом образующей конуса от 5 до 45° от горизонтальной поверхности диска.

Угол наклона спускных стояков от вертикали находится в диапазоне 10÷40°. При этом стояки могут включать нижнюю вертикальную часть.

Предпочтительно отношение суммарной площади поперечных сечений всех спускных стояков к площади поперечного сечения транспортной трубы составляет 0,8÷1,2.

На Фиг. 1 представлен возможный вариант предлагаемого распределителя катализатора и транспортного газа для системы реактор-регенератор дегидрирования парафиновых углеводородов C₃÷C₅ или синтеза бутадиена из этанола.

Распределитель включает вертикальную транспортную трубу 1 для подачи катализатора транспортным газом и соединенный с ней соосно конусообразный расширитель 2, заканчивающийся верхней крышкой 3. С расширителем 2 верхними торцами соединяются спускные стояки 4,5 с нисходящим потоком мелкодисперсного катализатора и транспортирующего газа. Стояки могут содержать в нижней части вертикальные участки 6,7. Нижние торцы спускных стояков располагаются в кипящем слое катализатора. На этих торцах установлены отбойные диски 9. На стенках спускных стояков 4,5 выполнены прорези 8, начинающиеся от нижнего торца стояка. Отбойные диски 9 могут иметь твердосплавную наплавку 10, поверхность которой может быть горизонтальной или скругленной формы, или быть выполнена в виде конуса с углом образующей конуса от 5 до 45° от горизонтальной поверхности диска. Верхняя крышка расширителя 3 также может иметь твердосплавную наплавку 11.

Распределитель работает следующим образом:

Восходящий пылегазовый поток циркулирующего катализатора и транспортного газа поступает по транспортной трубе 1 в конусообразный расширитель 2. При этом происходит плавное снижение скорости потока за счет плавного увеличения сечения конусообразного распределителя. Процесс характеризуется безотрывным течением пылегазовой смеси, отсутствием турбулентного перемешивания и вихреобразования, что способствует минимальному сопротивлению расширителя. Далее часть пылегазового потока за счет пониженной скорости течения без отрыва пограничного слоя от стенки расширителя меняет направление и поступает непосредственно в стояки 4, 5, а часть потока, отражаясь от крышки 3 распределителя 2, меняет направление движения и также поступает в стояки 4,5.

При этом использование прорезей 8 в стенках стояка позволяет снизить сопротивление выходных отверстий для газа и катализатора по сравнению с открытыми торцами спускных стояков той же длины за счет уменьшения скорости потока газа и мелкодисперсного катализатора при увеличении сечения прорезей в стенках спускного стояка. Отбойные диски улучшают распределение смеси катализатора и газа на выходе из каждого стояка.

Предпочтительно в предлагаемом распределителе использовать конический расширитель с заявленными характеристиками, что позволяет в совокупности с другими заявляемыми признаками существенно снизить сопротивление всего распределителя. В конечном итоге это приводит к сокращению количества газа, подаваемого на транспорт катализатора, позволяет исключить как застойные зоны, так и турбулентные потоки, что снижает эрозионное воздействие пылегазовых потоков и увеличивает надежность и срок службы распределителя. Кроме того, представленный компактный распределитель катализатора конструктивно имеет уменьшенную горячую поверхность конического расширителя по сравнению с цилиндрическим расширителем, что позволяет минимизировать его время контакта с полученными в результате реакции олефинами и/или бутадиеном, склонными к поликонденсации и коксообразованию при высоких температурах. Такое решение позволяет снизить терморазложение целевых продуктов, уменьшить образование кокса и тем самым увеличить селективность и эффективность процесса.

Для устойчивости от эрозионного воздействия потока катализатора и газа отбойные диски могут иметь твердосплавную наплавку 10, поверхность которой может быть горизонтальной или скругленной формы, или быть выполнена в виде конуса с углом образующей конуса от 5 до 45° от горизонтальной поверхности диска, а верхняя крышка также может иметь твердосплавную наплавку 11.

Для улучшения стекания катализатора и транспортного газа угол наклона спускных стояков 4,5 от вертикали находится в диапазоне 10-40°. Спускные стояки в нижней части могут содержать вертикальные участки 6,7.

Заявляемое отношение суммарной площади поперечных сечений всех спускных стояков к площади поперечного сечения транспортной трубы позволяет достичь преимущественно ламинарного течения пылегазового потока. Такой характер течения катализатора и газа в конусообразном расширителе приведенной конструкции и спускных стояках, исключающий возникновение турбулентных потоков и обратной циркуляции, значительно снижает коэффициент сопротивления расширителя и пылеспускных стояков. Пылегазовая смесь катализатора и транспортного газа, равномерно распределяясь в пылеспускных стояках 4,5, с минимальным сопротивлением потоку за счет угла наклона стояков 4,5 поступает к их нижним торцам и к отбойным дискам, где отражаясь, меняет свое направление на преимущественно горизонтальное и выходит из прорезей в стенках стояков. При использовании совокупности заявляемых признаков (наличие прорезей, отбойных дисков и определенное соотношение площадей сечений прорезей и стояков) такое конструктивное решение позволяет эффективно распылять газ и катализатор через прорези 8, отражая пылегазовою смесь катализатора и транспортного газа от отбойного диска горизонтально верхней секционирующей решетке и равномерно распределять ее по всему сечению аппарата.

При этом предлагаемая конструкция является простой в изготовлении и достаточно надежной в эксплуатации. Все это в совокупности способствует повышению эффективности и улучшению технико-экономических показателей процесса.