RU2849634C1 - Каталитический реактор - Google Patents

Abstract

Изобретение относится к каталитическому реактору, содержащему корпус, внутри которого установлено опорное основание, в котором с возможностью перемещения в результате теплового удлинения установлены катализаторные трубки. Катализаторные трубки содержат жестко связанный с ними стержень, выполненный с возможностью синхронного перемещения вместе с соответствующей катализаторной трубкой при её тепловом расширении. На стержне установлен с возможностью скольжения вдоль него подвижный элемент, а внутри реактора установлен связанный с опорным основанием ограничитель перемещения упомянутого подвижного элемента таким образом, что при тепловом удлинении соответствующей катализаторной трубки подвижный элемент взаимодействует с ограничителем, при этом при уменьшении температуры в реакторе упомянутый подвижный элемент выполнен с возможностью сохранять на стержне своё положение, которое он занимал при наибольшем удлинении соответствующей катализаторной трубки. Технический результат - повышение надежности работы реактора. 4 з.п. ф-лы, 5 ил., 1 пр.

Description

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к каталитическим реакторам, в частности к реакторам каталитического риформинга, парового риформинга, реакторам для получения синтез-газа, аммиака, метанола и других производных синтез-газа.

Уровень техники

Из уровня техники известен каталитический реактор, содержащий корпус, внутри которого установлено опорное основание, в котором с возможностью перемещения в результате теплового удлинения установлены катализаторные трубки (патент США №5958364, опубликовано 28.09.99 г.). Недостатком данного известного средства является отсутствие средств определения наиболее теплонагруженной катализаторной трубки.

Сущность изобретения

Задачей изобретения является создание каталитического реактора, снабженного индикаторами теплового расширения катализаторных трубок.

Достигаемый технический результат заключается в повышении надежности работы реактора в процессе нефтегазопереработки за счет выявления катализаторных трубок, имеющих повышенные тепловые удлинения.

Указанный технический результат достигается тем, что каталитический реактор содержит корпус, внутри которого установлено опорное основание, в котором с возможностью перемещения в результате теплового удлинения установлены катализаторные трубки, упомянутые катализаторные трубки содержат жестко связанный с ними стержень, упомянутый стержень выполнен с возможностью синхронного перемещения вместе с соответствующей катализаторной трубкой при ее тепловом расширении, на упомянутом стержне установлен с возможностью скольжения вдоль него подвижный элемент, а внутри реактора установлен связанный с опорным основанием ограничитель перемещения упомянутого подвижного элемента таким образом, что при тепловом удлинении соответствующей катализаторной трубки упомянутый подвижный элемент взаимодействует с упомянутым ограничителем, при этом при уменьшении температуры в реакторе упомянутый подвижный элемент выполнен с возможностью сохранять на упомянутом стержне свое положение, которое он занимал при наибольшем удлинении соответствующей катализаторной трубки.

Отличительной особенностью изобретения является то, что катализаторные трубки снабжены средствами определения их максимальной тепловой деформации.

Перечень фигур чертежей

На Фиг. 1 показана общая схема реактора.

На Фиг. 2-4 показана каталитическая трубка с различным положением подвижного элемента.

На Фиг. 5 показана нижняя часть реактора с индикаторами тепловой деформации.

Осуществление изобретения

В настоящее время в области переработки углеводородов большое внимание уделяется повышению термодинамического качества нефте- и газоперерабатывающего оборудования. Одним из основных показателей термодинамического качества такого оборудования является исключение перегрева катализаторных трубок в процессе эксплуатации.

Условия работы катализаторных трубок в процессе переработки углеводородного сырья не являются одинаковыми. Различное количество и состояние катализатора и неравномерное распределение сырьевого потока по катализаторным трубках, неравномерное охлаждение внутри реактора приводят риску того, что часть катализаторных трубок окажется под воздействием тепловых факторов наибольшей величины, что, в свою очередь, может привести к аварийным ситуациям.

Состояние катализаторных трубки трудно контролировать обычными средствами измерения вследствие высокой температуры и давления внутри реактора в условиях агрессивных сред.

Для переработки углеводородов часто используются трубчатые реакторы, в которых нет возможности контролировать температуру катализаторных трубок средствами пирометрии напрямую во время работы. Эта ситуация имеет место, например, в том случае, если катализаторные трубки находятся в слое либо катализатора, либо внутри трубы-чехла, по которому движется внешний поток, либо загораживают друг друга при расположении в несколько рядов и иных подобных случаях.

Изобретение основано на физической связи степени нагрева катализаторной трубки и величины ее тепловой деформации. Определяя максимальную величину теплового удлинения катализаторной трубки, можно судить о ее тепловой нагрузке.

Типовой каталитический реактор трубчатого типа, показанный на Фиг. 1, содержит реакционную печь в виде цилиндрического корпуса 1, внутри которого находятся катализаторные трубы 2, заполненные гранулированным катализатором. Катализаторные трубы 2 установлены в трубных решетках 3, нижняя из которых выполняет функцию опорного основания катализаторных трубок 2. В зависимости от размера реактор может содержать помимо верхней и нижней трубных решеток также и среднюю.

Реакционная печь имеет входную трубу для ввода сырья 4, линии вывода продуктов реакции 5, ввода хладагента 6 и вывода хладагента 7. Сырьевую смесь подают внутрь катализаторных трубок 2, где на гранулах катализатора протекают химические реакции с определенным тепловым балансом (эндотермические или экзотермические). В межтрубное пространство реакционной печи 1 подают хладагент, обеспечивающий за счет теплоотвода из зоны реакции необходимый температурный режим переработки углеводородов. Количество катализаторных трубок зависит от требуемой производительности реактора.

Катализаторные трубки 2 содержат жестко связанный с ними стержень 8, выполненный с возможностью синхронного перемещения вместе с соответствующей катализаторной трубкой при ее тепловом расширении. Предпочтительно, чтобы каждая катализаторная трубка 2 была снабжена собственным стержнем 8.

На стержне 8 установлен с возможностью скольжения вдоль него подвижный элемент 9, взаимодействующий с опорным основанием либо непосредственно, либо посредством дополнительных конструктивных элементов. Суть технического решения состоит в том, что положение подвижного элемента 9 является индикатором величины теплового удлинения соответствующей катализаторной трубки 2.

При тепловом удлинении соответствующей катализаторной трубки 2 происходит синхронное перемещение стержня 8. Поскольку установленный на стержне 8 подвижный элемент 9 упирается в опорное основание, его положение на стержне 8 меняется пропорционально величине теплового удлинения соответствующей катализаторной трубки 2. При уменьшении температуры в реакторе происходит охлаждение катализаторных трубок 2 и уменьшение величины тепловой деформации, т.е. длина трубок уменьшается. При охлаждении реактора и катализаторных трубок до начальной температуры величина теплового удлинения катализаторных трубок компенсируется величиной их теплового сжатия. Поскольку подвижный элемент 9 выполнен с возможностью сохранять на стержне 8 свое положение, которое он занимал при наибольшем удлинении соответствующей катализаторной трубки 2, после охлаждения реактора по положению подвижных элементов 9 можно судить о том, какие из катализаторных трубок имели максимальное тепловое удлинение, а значит и максимальную тепловую нагрузку. Таким образом, можно выявить наиболее нагруженные элементы реактора и предпринять меры по снижению нагрузки или во время холодного останова проводить выбраковку трубок, которые имели повышенную среднюю температуру во время работы. В качестве критерия для определения катализаторных трубок, требующих замены, целесообразно принять порог 15% превышения теплового удлинения трубки от среднего удлинения оп реактору.

На Фиг. 2-4 приведен вариант выполнения узла индикации теплового нагружение катализаторной трубки по типу конструкции маслосъемных колец цилиндров ДВС.

Как показано на Фиг. 2-4, катализаторная трубка 2 снабжена жестко прикрепленным к ней стержнем 8, на котором с возможностью скольжения размещен подвижный элемент 9.

Подвижный элемент 9 может быть выполнен в виде планки 10 с отверстием, на одной стороне которой закреплен груз 11, обеспечивающий зацепление подвижного элемента 9 на стержне 8.

Степень тепловой деформации визуализируется за счет смещенного с оси стержня центра тяжести планки 10, взаимодействующей с ограничителем 12. Форма подвижного элемента 9, показанного на Фиг. 2-4, обеспечивает возникновение момента от силы тяжести, поворачивающего планку 10 относительно стержня 8 при любом малом движении стержня 8 вверх. Работа такой системы более надежна, чем вариант выполнения подвижного элемента 9 в виде упругой шайбы, установленной с натягом на стержне 8, поскольку свойства упругих элементов зависят от температуры и степени износа сопряженных поверхностей. Вариант выполнения подвижного элемента 9 в виде охватывающей стержень 8 детали (упругая шайба, сильфон и пр.) также может применяться.

Ограничитель 12 может представлять собой торцевую стенку гильзы 13, закрепленной на опорном основании, т.е. на нижней трубной решетке 3. Катализаторная трубка 2 может устанавливаться в гильзе посредством маслосъемных колец как непосредственно, так и с помощью промежуточных труб 14, как показано на Фиг. 2-4. Данный пример конструкционной связи ограничителя 12 и опорного основания не является единственно возможным. В зависимости от конструкции реактора конструктивные связи стержня 8 с подвижным элементом 9, катализаторной трубки 2 и ограничителя 12 могут варьироваться. Существенным является то, что стержень 8 жестко связан с катализаторной трубкой 2, ограничитель 12 жестко связан с опорным основанием 3, а подвижный элемент 9 скользит по стержню 8 только принудительно при контактировании с ограничителем, т.е. пока к подвижному элементу 9 не прилагается внешнее воздействие, его положение на стержне 8 не меняется.

На Фиг. 2 показано исходное (холодное) состояние каталитической трубы 2. В исходном холодном состоянии длина катализаторной трубки 2 и соответствующего стержня 8 минимальны. Подвижный элемент 8 занимает крайнее нижнее положение, в частности, может располагаться на ограничителе 12.

По мере повышения температуры в реакторе 1, длина катализаторной трубки 2 увеличивается и закрепленный на этой трубке стержень 8 перемещается вниз на величину теплового удлинения. Подвижный элемент 9 упирается в ограничитель 12 и скользит по поверхности стержня 8. На Фиг. 3 показан момент крайнего нижнего положения стержня 8 в момент максимальной тепловой нагрузки.

При уменьшении температуры внутри реактора 1 длина катализаторной трубки 2 уменьшается и стержень начинает подниматься вверх, увлекая за собой подвижный элемент 9.

Однако под действием силы тяжести на груз 11 происходит поворот планки 10 подвижного элемента 9, края отверстия планки 10 зацепляются за поверхность стержня 8 и подвижный элемент 9 начинает также подниматься вверх. После остывания реактора 1 подвижный элемент 9 соответствующей катализаторной трубки 2 оказывается на высоте, однозначно связанной со степенью теплового удлинения этой трубки.

Поскольку подвижным элементом 9 оснащена каждая катализаторная трубка 2, в случае различной тепловой нагрузки соответствие подвижные элементы 9 окажутся на различной высоте. После этого простым визуальным обзором положения подвижных элементов 9 можно выявить наиболее теплонагруженные катализаторные трубки в реакторе и, например, осуществить их выборочную замену. Подвижный элемент 9 целесообразно выполнить визуально доступным как при холодном, так и при горячем реакторе. Положение подвижного элемента 9 на стержне 8 может быть протарировано, т.е. установлено точное количественное соотношение величины перемещения подвижного элемента 9 и температуры нагрева катализаторной трубки 2.

Настоящее техническое решение применимо для катализаторных трубок с любой формой поперечного сечения

Пример осуществления.

Предварительно подогретое сырье, в частности парогазовая смесь (ПГС), начинает поступать в катализаторные трубки 2 каталитического реактора риформинга через входную трубу 4 при необходимой температуре, как правило, от 620°С до 650°С. В качестве каталогизатора использовались алюмоплатиновые катализаторы. Цикл наработки реактора составил 35 суток. После останова и охлаждения реакторы были сняты положения подвижных элементов 9 на стержнях 8. Оказалось, что у 6% катализаторных трубок величины тепловой деформации превышали средний показатель не менее, чем на 15%. Трубки с повышенной тепловой деформацией были заменены. При следующем цикле работы реактора катализаторных трубок, тепловое удлинение которых превышает среднее на величину не менее 15% не выявлено.

Claims (5)

1. Каталитический реактор, содержащий корпус, внутри которого установлено опорное основание, в котором с возможностью перемещения в результате теплового удлинения установлены катализаторные трубки, отличающийся тем, что упомянутые катализаторные трубки содержат жестко связанный с ними стержень, упомянутый стержень выполнен с возможностью синхронного перемещения вместе с соответствующей катализаторной трубкой при её тепловом расширении, на упомянутом стержне установлен с возможностью скольжения вдоль него подвижный элемент, а внутри реактора установлен связанный с опорным основанием ограничитель перемещения упомянутого подвижного элемента таким образом, что при тепловом удлинении соответствующей катализаторной трубки упомянутый подвижный элемент взаимодействует с упомянутым ограничителем, при этом при уменьшении температуры в реакторе упомянутый подвижный элемент выполнен с возможностью сохранять на упомянутом стержне своё положение, которое он занимал при наибольшем удлинении соответствующей катализаторной трубки.

2. Реактор по п. 1, отличающийся тем, что стержень расположен внутри катализаторной трубки.

3. Реактор по п. 1, отличающийся тем, что стержень расположен снаружи катализаторной трубки.

4. Реактор по п. 1, отличающийся тем, что подвижный элемент выполнен в виде упругой шайбы, охватывающей стержень.

5. Реактор по п. 1, отличающийся тем, что подвижный элемент выполнен в виде планки с отверстием, на одной стороне которой закреплен груз, обеспечивающий зацепление подвижного элемента на стержне.