RU2321454C2

RU2321454C2 - Radial reactor for carrying out catalytic processes

Info

Publication number: RU2321454C2
Application number: RU2006128672/12A
Authority: RU
Inventors: Александр Сергеевич Пинаев (RU); Александр Сергеевич Пинаев; Сергей Иванович Ядрышников (RU); Сергей Иванович Ядрышников
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью Научно-производственная фирма "РИФИНГ"
Priority date: 2006-08-07
Filing date: 2006-08-07
Publication date: 2008-04-10
Also published as: RU2006128672A

Abstract

FIELD: chemical engineering.

SUBSTANCE: field of invention are apparatuses for carrying out catalytic processes in fixed catalyst bed Inside cylindrical case provided with inlet fitting, reciprocal flange, catalyst-supply and -discharge fittings, and reaction products-discharge fitting, there is central perforated tube installed provided with stepped flow velocity suppressor, one end of said central perforated tube being closed and the other is provided with feed-supply connecting pipe. Perforated grooves (along generatrices) and collectors are also installed. Central perforated tube has slit screen and means to create blind joint with feed-supply connecting pipe. Slit screen is made in the form of cylindrical casing coaxially installed on exit tube, said casing being made from triangular-section rods. Value of slit spacing between rods represents 30 to 80% of the minimum catalyst value. Blind joint means is made as inclined guides of feed-supply connecting pipe welded to exit tube end. Between feed-supply connecting pipe and central perforated tube, annular space filled with cord and fit ring is created, said fit ring interacting with axial force creation means to tight and seal joint between central perforated tube and feed-supply connecting pipe.

EFFECT: increased reliability of operation of reactor, prolonged its service time, and reduced operational expenses on maintenance and repair operation.

5 dwg

Description

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).The invention relates to a device for carrying out catalytic processes in a stationary catalyst bed and can be used in the petrochemical and oil refining industries, namely in the design of reactors equipped with catalysts and implementing mainly catalytic reforming of gasoline in factory technologies that take place under harsh conditions caused by high temperature (470 ... 520 ° С), pressure (2 ... 7 MPa) and consumption of raw materials (up to 1 ... 2 million tons per year).

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.).A known reactor for carrying out catalytic processes, including a cylindrical body with an inlet fitting and a return flange, an outlet for the reaction products and fittings for loading and unloading the catalyst, inside which a central perforated pipe (CPT) is coaxially installed, which is plugged at one end and at the other end of which there is a pipe for inputting raw materials (PVA), perforated troughs located along the generatrix of the housing, a collector and pipes for unloading the catalyst and outputting reaction products (patent Russian th Federation № 2102131, 6 V01J 8/02, 1998).

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.The design disadvantage of this reactor is the high input velocity of the feed stream into the catalyst layer from the openings in the central heating circuit, which leads to an uneven distribution of the reaction mixture over the catalyst volume and increased specific consumption of the catalyst, as well as to adverse power loads due to thermal stresses arising from two sides of the CCT, which causes premature wear of the structural elements of the reactor.

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.).Also known is a prototype reactor for carrying out catalytic processes, comprising a cylindrical body with an inlet fitting and a return flange, an outlet for the reaction products and fittings for loading and unloading the catalyst, inside of which a central heating circuit is installed, equipped with a step-type flow rate damper, including spacer rings and an outlet pipe with a perforation area of at least 20% of the outer surface, plugged at one end and having PVA at the other end, perforated gutters, positioned married to the generators of the housing, as well as devices for loading and unloading the catalyst and outputting reaction products (patent of the Russian Federation No. 2217229, 7 В01J 8/02, 2003).

Конструктивные решения прототипа направлены на улучшение условий протекания целевых реакций и сокращение удельного расхода дорогостоящего катализатора.The design solutions of the prototype are aimed at improving the conditions for the course of target reactions and reducing the specific consumption of an expensive catalyst.

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.However, the presence of openings in the outlet pipe, the area of which, as indicated above, reaches at least 20% of the outer surface of the outlet pipe, can lead to the ingress of the catalyst into the cavity of the CCT when it is loaded, and this leads to an uneven distribution of the flow over the volume of the catalyst and a decrease in efficiency his works. The uneven distribution of the flow leads to the formation of coke, its combustion during catalyst regeneration and an increase in the temperature of the reactor elements above acceptable values. In addition, during the operation of the reactor on the central heating system, high temperature and, consequently, power loads occur, which leads to a decrease in the service life of the central heating system, a shutdown of the reactor for repair, and additional operating costs.

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.The objective of the invention is to remedy these disadvantages of the prototype, namely, improving the reliability of the reactor, improving the working conditions of the catalyst and reducing its consumption, as well as reducing operating costs.

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.The problem is solved in that in a reactor for carrying out catalytic processes, containing a cylindrical body with an inlet fitting and a return flange, an outlet for the reaction products and fittings for loading and unloading the catalyst, inside of which there is a coaxially mounted central heating circuit, plugged at one end and having a PVA on the other end equipped with a stepped flow rate damper, including spacer rings and an outlet pipe with a perforation area of at least 20% of the outer surface, perforated gutters, arranged married along the generators of the housing, and the collector, the PVA is made separately from the central heating system, and the central heating system is equipped with a slit screen and a device for blind joining with the PVA, while the slotted screen is made in the form of a coaxial mounted on the output pipe central heating circuit and supported by frames resting on the output surface pipes, a cylindrical casing made of longitudinal rods of triangular section, the vertices of which are directed inward, and the gap between the rods is 30 ... 80% of the minimum catalyst size, and The “blind” docking device is made in the form of inclined PVA guides welded to the end of the outlet pipe protruding above the end of the slit screen, and an annular cavity is formed between the cylindrical surfaces of the outlet pipe and the PVA, filled with a sealing cord, over which a clamping ring is installed, which interacts with a device for creating an axial force, providing a seal of the cord and sealing the joint of the CPT - PVA, made or in the form of a screw evenly spaced along the plane of the pressure ring O pairs such as "screw-nut", one of which parts, preferably a nut, is welded to the inner cylindrical surface of the PVA, or in the form of a tubular sleeve placed over the end of the outlet pipe and is pressed mating flange.

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).The invention is illustrated by drawings, where in Fig.1 shows a General view of the reactor, Fig.2 is a remote element A in Fig.1, Fig.3 is a section bB in Fig.2, Fig.4 is a remote element B figure 1 (option with clamping bolts), figure 5 - remote element In figure 1 (option with the clamping sleeve).

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.The reactor contains a cylindrical body 1 with an inlet fitting 2 and a counterflange 3, a central heating circuit 4 located therein, whose lower end 5 is plugged, and the upper 6 is connected to the PVA 7, perforated grooves 8, pipe flows 9, manifold 10, nozzle 11 for unloading catalyst 12 and fitting 13 for outputting reaction products of raw materials.

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.The CCT 4 is made three-layer and includes an inner pipe 14, an output pipe 15 mounted coaxially with rings 16 on the pipe 14, and a slotted screen 17 mounted coaxially with frames 18 on the output pipe 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 δ 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.The inner tube 14 is perforated with holes 19 of small diameter. The outlet pipe 15 is perforated with holes 20, the diameter of which exceeds the diameter of the holes 19 of the inner pipe 14, and the total perforation area is at least 20% of its surface area. The slit screen 17 is made of longitudinally spaced rods 21 of a triangular section, the peaks 22 of which are directed inward. The distance δ between the rods is 30 ... 80% of the smallest granule size of the catalyst 12 loaded into the reactor vessel 1. The distance between parts 14-15 and 15-17 is selected from the condition of ensuring a minimum pressure drop across the CPT 4 and obtaining a flow rate of raw materials at the outlet of the CPT 4, eliminating the destruction of the catalyst and providing the best conditions for the occurrence of target reactions. The lower 5th muffled end of the central heating system 4 rests on the plane of the collector 10, and the upper 6th open end of it is connected to the PVA 7. The upper end protrudes above the end 23 of the slotted screen 17, and the inclined guides 24 of the PVA 7 are evenly welded around it. Between the cylindrical surfaces of the pipe 15 and PVA 7 is formed by an annular cavity 25. This cavity is filled with a sealing (asbestos or ceramic) cord, on top of which a clamping ring 26 is installed. To create an axial force that provides sealing of the cord and sealing the joint of the central heating substation 4 - PVA 7 a special device is provided that interacts with the clamping ring 26. Depending on the design of the inlet fitting 2 and the counterflange 3, this device is made either in the form of screw bolts "bolt 27 - nut 28" type, evenly spaced along the plane of the clamping ring 26, one of the details of which predominantly a nut 28, is welded to the inner cylindrical surface of the PVA 7, or in the form of a tubular sleeve 29, worn on the end of the outlet pipe 15 and pressed by a mating flange 3. The perforated grooves 8 are mounted on the generators of the housing 1 with The expansion rings 30. The upper ends of the grooves 8 are muffled, and the lower ends are connected by pipe flows 9 to the collector 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.The initial position of the reactor before assembly. PVA 7 is not installed, access inside the housing 1 is through an open fitting 2, the diameter of which reaches 600 ... 800 mm. Installation of the internal devices of the reactor begin to produce from the bottom in the following sequence. A collector 10 is mounted on the bottom of the housing 1 and connected to the nozzle 13. Then, by means of expansion rings 30, perforated grooves 8 are fixed, the lower ends of which are connected by a flow 9 to the collector 10. A central heating circuit 4 is installed on the upper, muffled, end of the collector 10. open fitting 2 with the help of a loading machine, the housing 1 is filled with a catalyst 12. The presence of a slit screen eliminates the ingress of catalyst granules into the central heating circuit. After loading the catalyst, PVA 7 is introduced into the nozzle 2, along the guides 24 it is “blindly” docked to the central heating system 4. After that, asbestos or ceramic cords are laid in the annular cavity 25, the clamp ring 26 is inserted and the bolts 27 are tightened or with the help of the sleeve 29 and the counter flange 3 is used to seal the joint of the central heating substation 4 - PVA 7. The reactor is prepared for the intended purpose.

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.The reactor catalytic reforming of gasoline is as follows. Through PVA 7 in the CPT 4 feed is supplied, which passes through the CPT 4 and enters the catalyst layer 12, while the flow rate is further reduced, by comparison with the prototype, by ≈15% due to the increase in the area of the passage section of the slotted screen 17 relative to the area of the passage section openings in the outlet pipe 15. The reforming reaction product through the perforation enters the grooves 8 and then through the pipe flows 9 enters the collector 10 and is discharged from the reactor through the nozzle 13. This completes the catalytic reforming process.

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.The manufacture of the reactor in accordance with the proposal allows, due to the installation of a slit screen 17, to achieve an additional decrease in the flow rate of raw materials at its inlet to the catalyst and increase the efficiency of use of the catalyst. The implementation of the PVA 7 separately from the central heating center 4 and the introduction of a device for the “blind” docking allows unloading the central heating tower 4 from the stresses caused by thermal loads. In general, the proposal allows to increase the reliability of the reactor, increase the resource and reduce operating costs associated with its maintenance and repair.

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.At present, Rifing research and development company has developed technical documentation for a gasoline reforming catalytic reactor and preparatory work is underway to introduce a proposal at one of the Russian oil refineries.

Claims

A reactor for carrying out catalytic processes, comprising a cylindrical body with an inlet fitting and a counter flange, a outlet for the reaction products and fittings for loading and unloading the catalyst, inside of which a central perforated pipe - CPT is coaxially installed, sealed at one end and having an inlet pipe at the other end raw materials - PVA, equipped with a step dampener for flow rate, including spacer rings and an outlet pipe with a perforation area of at least 20% of the outer surface, perf milled grooves located along the generatrix of the housing, and a collector, characterized in that the PVA is made separately from the central heating system, and the central heating system is equipped with a slotted screen and a device for blind connection with the PVA, while the slotted screen is made in the form of a coaxially mounted central heating pipe and reinforced with frames resting on the surface of the outlet pipe, a cylindrical casing made of longitudinal rods of triangular section, the vertices of which are directed inward, and the gap between the rods is 30 ÷ 80 % of the minimum catalyst size, and the device for blind joining is made in the form of inclined PVA guides welded to the end of the outlet pipe protruding above the end of the slit screen, and an annular cavity filled with a sealing cord is formed between the cylindrical surfaces of the outlet pipe and the PVA which has a clamping ring that interacts with a device for creating axial force, providing cord sealing and sealing of the joint of the central heating system - PVA, made in the form of evenly distributed bolted-nut type screw couplings along the plane of the clamping ring, one of the parts of which, mainly a nut, is welded to the inner cylindrical surface of the PVA, or in the form of a tubular sleeve, worn on the end of the outlet pipe and pressed by the counter flange.