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Gebiet der
Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung betrifft im Allgemeinen Systeme zum Mischen
von Prozessgasen und -flüssigkeiten
und insbesondere Zwischenbett-Abkühl- und -Mischsysteme, die
nebenläufige
Durchflussreaktoren mit festgelegter Geräteausstattung einschließen.
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Hintergrund
der Erfindung
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In
Festbett-Brennstoff- und Schmierölhydroprozessing-Anlagen fließen gewöhnlich gasförmige und flüssige Reaktanten
abwärts
durch mehrere Festkatalysatorbetten. Von den katalytischen Reaktionen
wird Wärme
freigesetzt, wodurch die Temperatur mit zunehmender Strecke das
Bett hinab erhöht
wird. Kaltes, Wasserstoff-reiches Gas wird zwischen den Betten eingebracht,
um der Temperaturerhöhung
entgegen zu wirken und den durch die Reaktionen verbrauchten Wasserstoff
aufzufüllen.
Drei Anforderungen an einen effektiven Kühlbereich sind traversale Gasmischung,
traversale Flüssigkeitsmischung
und Kühlgasmischung.
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Kühlgas muss
in Verfahrensgas und -flüssigkeit
im Zwischenbettraum eingebracht und gemischt werden, der sich über den
gesamten Gefäßdurchmesser
erstreckt, jedoch oft axial kürzer
ist, als ein Gefäßradius. Träger, Rohrleitungen
und andere Hindernisse besetzen auch den Zwischenbettbereich, sodass
spezielle Ausrüstung
erforderlich ist, um effizientes Zweiphasenmischen in effektiv beschränkten Volumen
zu leisten.
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Beschränkte Kühlzonenleistung
zeigt sich in zweifacher Hinsicht. Erstens misslingt es der Abkühlzone laterale
Temperaturunterschiede am Auslass des vorgehenden Betts zu entfernen,
oder in den schlechtesten Fällen
verstärkt
es sie. Eine effektive Abkühlzone
sollte in der Lage sein, Prozessfluide mit et wa 30 bis 40 °C (etwa 50
bis 75 °F)
lateralen Temperaturunterschieden oder höher anzunehmen und diese ausreichend
zu homogenisieren, sodass die Unterschiede am folgenden Betteinlass
3 °C (5 °F) nicht überschreiten.
Das zweite Anzeichen von schlechter Leistung ist, dass die Einlasstemperaturunterschiede
im Anschluss an die Kühlzone mit
der Erhöhungsrate
von Kühlgas
ansteigen. Dies zeigt nicht adäquates
Mischen von kühlerem
Gas mit den heißeren
Verfahrensfluiden an.
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Schlechte
Leistung in der Abkühlzone
begrenzt die Wirkungsweise des Reaktors auf unterschiedlichen Wegen.
Wenn das Zwischenbettmischen Temperaturdifferenzen nicht entfernen
kann, bestehen diese weiter oder steigen mit der Abwärtsbewegung
der Prozessfluide im Reaktor an. Heiße Stellen in jeglichem Bett führen zur
schnellen Deaktivierung des Katalysators in dem Bereich, was die
Gesamtzykluslänge
des Reaktors verkürzt.
Produktselektivitäten
sind typischerweise schlechter bei hohen Temperaturen; heiße Bereiche können verursachen,
dass Farbe, Viskosität
und andere Qualitäten
außerhalb
der Spezifikation liegen. Weiterhin, wenn die Temperatur an jeglichem
Punkt einen bestimmten Wert übersteigt,
typischerweise 425 bis 450 °C
(etwa 800° bis
850 °F),
können
die exothermen Reaktionen selbst-beschleunigend sein, was zu einem
den Katalysator, das Gefäß oder die
stromabwärtsliegende
Ausstattung schädigenden
Hochlaufen führen
kann. In Kenntnis dieser Risiken, müssen mit schlechter interner
Ausstattung arbeitende Raffineure Ausbeute oder Durchsatz opfern,
um diese Temperaturbeschränkungen
zu vermeiden. Während
Raffineriewirtschaftlichkeit heutzutage bestimmt, dass wasserstoffverarbeitende
Einheiten bei Einspeisungsgeschwindigkeiten arbeiten, die bei weitem
deren Auslegung überschreiten,
ist der Abkühlzonenaufbau
ein wertvoller, billiger Engpassbeseitiger.
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Die
US-A-4 836 989 beschreibt ein Verfahren zur Abkühlzonenauslegung. Das wesentliche
Merkmal dieser Auslegung ist der drehende Fluss, der im Mischvolumen
erzeugt wird, was die Fluidverweilzeit erhöht und wiederholten Kontakt
zwischen Flüssigkeit
und Gas von unterschiedlichen Seiten des Reaktors liefert. Dieser
Aufbau ist insbesondere auf Mischen von Flüssigkeiten bezogen. Neuere
Studien haben gezeigt, dass dieser Aufbau nur ein annehmbarer Gasmischer
ist. Der Trend zu höherem
Umsatz und höherer
Wasserstoffregulation in Brennstoffarffinierung übersetzt sich in Gas-/Flüssigkeitsverhältnissen,
für die
dieser Aufbau nicht gut geeignet ist. Einheiten mit Höhenbeschränkungen
können
nicht mit Mischkammern des in diesem Patent beschriebenen Typs ausgestattet
werden, die tief genug sind, um sowohl die Gas- als auch die flüssigen Phasen
effektiv zu mischen.
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Ein
Zwischenbett-Mischsystem, das in der US-A-5 462 719 beschrieben
ist, bietet einige Verbesserungen gegenüber dem oben beschriebenen
Aufbau an, wenn Gasmischen vorrangig ist. Diese Ausstattung basiert
ebenfalls auf einer Wirbelkammer, schließt jedoch mindestens drei hochrestriktive
Fließelemente
ein, um Mischen zu verbessern, was notwendigerweise Druckverlust
erhöht.
Wie das vorgehend beschriebene System mischt diese Abkühlzone Gas
und Flüssigkeit
gleichzeitig in einer einzelnen Kammer.
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Ein
weiteres System, offenbart in der US-A-6 180 068, liefert ebenfalls
verbessertes Mischen des Abkühlgases
und der Verfahrensfluide im Zwischenbettraum. Dieses System verwendet
separate Mischzonen für jeglichen
von zwei Reaktanten, wobei Flexibilität bei Mischbedingungen ermöglicht werden,
während
Druckverlust sowie Raum- und Volumenanforderungen minimiert werden.
Allerdings ist die Effektivität
dieser Ausstattung gegenüber
dem Ausmaß der
Phasenentmischung sensitiv, die am Interbetteinlass erreicht wird,
und kann somit nicht unter allen Bedingungen und in Bezug auf bestimmte
Reaktanteneigenschaften wie gewünscht
arbeiten.
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Zusammenfassung
der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung stellt eine Vorrichtung zur Lieferung einer
effektiveren Mischung von Abkühlgas
und Prozessfluiden im Zwischenbettraum eines Reaktors bereit; die
Vorrichtung ist zur Verwendung im Zwischenbettraum angepasst, der
eine begrenzte Höhe
aufweist, während
der Druckabfall nicht erhöht wird.
Insbesondere verbessert die Vorrichtung die Effektivität eines
bestehenden Mischvolumens beim Mischen der Gasphase in Zweiphasensystemen.
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Erfindungsgemäß weist
die Abkühlzonenverteiler-/Mischvorrichtung
innerhalb des Reaktors eine einen Sammeleinsatz zur Aufnahme von
Dampf und Flüssigkeit
einschließende
Konfiguration auf, die unterhalb eines Katalysatorbetts im Reaktor
angeordnet ist. Ein Überlauf
(gewöhnlich
zwei) wird/werden zum nach unten gerichteten Übergang von Dampf und Flüssigkeit
von oberhalb des Sammeleinsatzes in eine Mischkammer bereitgestellt,
die unterhalb des Sammeleinsatzes angeordnet ist. Die Mischkammer
hat einen Auslass, der bei der gewöhnlichen ringförmigen Form
von Reaktoren eine zentrale Öffnung
in einer ringförmigen
Kammer ist. Die Mischkammer, gemeinsam mit dem obigen Sammeleinsatz
definiert ein Gasmischvolumen, wobei in das Mischvolumen von oberhalb
des Einsatzes eintretendes Gas vor dem nach unten gerichteten Übergang
durch den Reaktor gemischt werden kann. Ein Umlenkblech ist an der
unteren Seite des Sammeleinsatzes befestigt, und ist zwischen dem
Auslass der Mischkammer und des Überlaufs
angeordnet. Das Umlenkblech ist normalerweise als eine feste, im
Wesentlichen vertikale Wandstruktur mit einem Umlenkblech von kontinuierlichen Umfang
auf der Unterseite des Sammeleinsatzes ausgebildet.
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Der
Durchmesser des Umlenkblechs ist typischerweise größer als
der Durchmesser des Auslasses der Mischkammer, der durch einen hervorstehenden
Rand definiert ist, der eine Flüssigkeitsbarriere
bildet. Wenn es an seinem bevorzugten Platz zwischen dem Überlauf
der Mischkammer und dem radialen Ort des/der Überlaufs/Überläufe ist, wird sein Durchmesser
geringer als der Durchmesser sein, der durch den radialen Ort der Überläufe definiert
wird.
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Ein
weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft eine Verbesserung
im Zusammenhang mit dem Mischen der Gasphase, indem ein Zuwachs
im zur Gasmischung zur Verfügung
stehenden Volumen geliefert wird, indem die Deckenhöhe des Gasmischvolumens
innerhalb des Durchmessers des Umlenkblechs erhöht wird. Diese Erhöhung wird
durch eine Kappenstruktur erzielt, die oberhalb des Sammeleinsatzes
vorsteht.
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Zeichnungen
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1 ist
ein vertikaler Ausschnitt eines Teils eines Mehrbettreaktors, der
das erfindungsgemäße Verteilungssystem
zeigt.
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2 ist
ein vertikaler Ausschnitt eines Mehrbettreaktors, ähnlich wie 1,
jedoch weiter vereinfacht.
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3 ist
eine Aufrissansicht, die ein Dampf-/Flüssigkeits-Mischsystem der vorliegenden
Erfindung beschreibt, und eine Kappenstruktur zur Verbesserung des
Gasmischens einschließt.
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5 ist eine Aufsicht des Systems gemäß 3.
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Detaillierte Beschreibung
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1 zeigt,
in vereinfachter Form, einen Ausschnitt durch einen Teil eines Mehrbett-Durchflussreaktors
innerhalb des Bereichs zwischen den Betten. Die allgemeine Konfiguration
des Durchflussreaktors ist konventionell, wie auch die Details,
wie die Träger
für die
Gitter und die Verteilerplatten, die aus Klarheitsgründen nicht
gezeigt sind. Die Reaktorwände 10 und
das Katalysatorträgergitter 11 unterstützen ein
oberes Bett von Katalysator oder anderen teilchenförmigen Feststoff, über das
die Flüssigkeit
gemeinsam mit jeglichem eingeschlossenen Dampf, fließt, der
als das Reaktant oder als ein Produkt der Reaktion eingeschlossen
ist. Zur Klarheit ist der Katalysator nicht gezeigt. Das Trägergitter
kann von konventionellem Typ sein und stellt einen Träger für den Katalysator
entweder direkt, oder durch Trägerbälle bereit,
die es der Flüssigkeit
und dem Dampf ermöglichen,
nach unten aus dem oberen Katalysatorbett und durch die das Gitter
zum darunterliegenden Verteilersystem zu fließen. Ein Sammeleinsatz 12 ist
zwischen dem Katalysatorträgergitter 11 angeordnet,
um die aus dem oberen Katalysatorbett austretende Flüssigkeit
zu sammeln. Der Dampfinjektionspunkt wird hier mittels eines horizontal
angeordneten Einlassrohres bereitgestellt, das mehrere radiale Arme
aufweist und im Allgemeinen als "Spinne" bekannt ist. Spinne 13,
die mit dem Dampfinjektionsrohr 14 verbunden ist, liefert
eine gleichmäßige anfängliche
Verteilung des injizierten Dampfes. Beispielsweise kann Wasserstoff
in einem Wasserstoffverarbeitendem Reaktor, wie einer katalytischen
Hydroentschwefelung (hydrodesulfurization, CHD)-Einheit, als Abkühlgas an
diesem Punkt injiziert werden. Andere Dampfinjektionsvorrichtungen
können auch
verwendet werden, und, falls gewünscht,
kann an diesem Punkt eine Dampfabnahmevorrichtung vorgesehen sein.
Beispielsweise kann ein horizontaler Ring, der sich auswärts gegen
die Gefäßwände 10 erstreckt, so
verwendet werden, dass der Abkühlfluss
in Richtung des Zentrums des Reaktors ge leitet wird. Ein weiteres Beispiel
einer Dampfinjektionsvorrichtung, die verwendbar ist, ist ein horizontales
Rohr mit zwei Auslässen, wie
es in einer "T"-Form gebildet wird.
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Eine
Mehrzahl von Überläufen 15 sind
im Sammeleinsatz 12 vorgesehen, um ein Flüssigkeitsbecken auf
dem Einsatz 12 aufbauen zu lassen, vor dem Durchgang durch
die Überläufe in die
darunterliegende Mischkammer 16. Die Überläufe umfassen hervorstehende
Fallrohre, die einen Durchgang 17 sowohl für nach unten
fließende
Flüssigkeit,
als auch für
den Dampf bereitstellen. Die Überläufe haben
Auslässe 18 unterhalb des
Sammeleinsatzes 12, die seitwärts gerichtet sind und tangential
in eine ringförmige
Mischkammer 16 münden.
Die Mischkammer 16 umfasst einen zylindrischen, vertikalen
Wandabschnitt 19, der am Sammeleinsatz 12 befestigt
ist, und einen unteren, ringförmigen
Einsatz 20 mit einem hervorstehenden Rand 21,
um ein Flüssigkeitsbecken
in der Mischkammer bereit zu stellen. Die den Auslässen 18 der Überläufe 15 zugewandte
Seite verleiht der Flüssigkeit
in der Mischkammer 16 eine rotierende oder wirbelnde Bewegung,
die gutes Mischen und Temperaturgleichgewicht der Flüssigkeit
an diesem Punkt fördert.
Die Flüssigkeit
tritt über
das Ende oder den Rand 21 und fällt nach unten auf den Abweiser 22,
der direkt unterhalb der zentralen Öffnung in der ringförmigen Mischkammer 16 angeordnet
ist.
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Wie
in 1 und 2 gezeigt, ist ein Umlenkblech 52,
das eine im Wesentlichen vertikale, feste Wand mit kontinuierlichem
Umfang aufweist, an der Unterseite des Sammeleinsatzes 12 befestigt.
Gemäß einer
bevorzugten erfindungsgemäßen Ausführungsform
ist der Durchmesser des Umlenkblechs 52 größer als der
Durchmesser des Mischkammerrandes 21 und kleiner als der
Durchmesser, der durch die Überlaufauslässe 18 definiert
wird. wie aus den Figuren ersichtlich ist es bevorzugt, das das
Umlenkblech 52 eine Größe und Position
aufweist, sodass es vollständig
innerhalb des Durchmessers liegt, der durch die Über läufe 15 definiert wird,
und vollständig
außerhalb
des Durchmessers angeordnet ist, der durch den Rand 21 der
Mischkammer 16 definiert wird, d.h., dass es radial zwischen
dem Ort der Überläufe und
des hervorstehenden Randes positioniert ist.
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Obwohl 1 einen
Abweiser 22 zur Aufnahme von Flüssigkeitsüberlauf zeigt, illustriert 2 eine alternative
Ausführungsform,
bei der Überlauftiegel 210 das
Umlenkblech 22 ersetzt. In der Ausführungsform gemäß 2 wirkt
der Überlauftiegel 210 in
einer ähnlichen
Weise wie Abweiser 22, indem er den Impuls der Fluide verringert,
die aus dem Mischbereich austreten, bevor sie in den Verteilereinsatz 30 weitergeleitet
werden. Ein weiterer, finaler Verteilereinsatz, wie der finale Verteilereinsatz 40 in 1,
kann verwendet werden, obwohl er nicht in der Ausführungsform
gemäß 2 gezeigt
ist.
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Die
vorliegende Erfindung liefert mindestens drei nützliche Merkmale in Bezug auf
die Mischleistung innerhalb des Durchflussreaktors. Erstens verhindert
Umlenkblech 52 der vorliegenden Erfindung kurzes Durchlaufen
des Gases durch das Mischvolumen, und fördert somit wiederholte Kontakte
zwischen dem Gas und der Flüssigkeit
aus unterschiedlichen Regionen innerhalb des Reaktors. Zweitens
drückt
Umlenkblech 52 den Flüssigkeitspegel
in der Mischkammer 16 herunter, womit eine äußere ringförmige Region
für den
rotierenden Fluss der Zweiphasen-Mischung
erzeugt wird. Drittens isoliert Umlenkblech 52 eine im
Wesentlichen gasgefüllte
Region innerhalb von Umlenkblech 52, oberhalb des Auslasses
der Mischkammer 16, wobei Mischen in der Gasphase gefördert wird.
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Gasphasen-Mischen
kann verbessert werden, indem beim Anstieg des zur Gasmischung zur
Verfügung
stehenden Volumens geliefert wird; dies kann durch Erhöhung der
Deckenhöhe
des Mischvolumens innerhalb des Durchmessers von Umlenkblech 52 geschehen. 3 zeigt
eine Konfiguration des Einsatzes, die diese Verbesserung anbietet.
Die Erhöhung
des Gasmisch-Volumens
wird durch eine Kappenstruktur 310 erreicht, die oberhalb
des Sammeleinsatzes 12 vorsteht. Kappenstruktur 310 erstreckt
sich oberhalb des Sammeleinsatzes 12 und kann als eine
Komponente des Einsatzes ausgebildet sein. Die Kappenstruktur 310 ist angeordnet,
um eine zentrale Öffnung
im Sammeleinsatz 12 abzudecken, und hat somit einen Durchmesser, der
gleich oder größer des
der zentralen Öffnung
ist. Gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform,
hat Kappenstruktur 310 eine Höhe, die kleiner ist, als die
Distanz zwischen Sammeleinsatz 12 und ringförmigem Einlassrohr 410,
und kann 1/2 bis 1/3 dieser Distanz betragen. Die Kappenstruktur
liefert vorzugsweise zusätzlich
zum erhöhten
Gasmischvolumen unterhalb des Einsatzes auch einen Durchlass für einen
Gas-Nachstrom, der durch den Verteilereinsatz in die Mischkammer
strömt,
wobei diesem Gas-Nachstrom
eine wirbelnde Bewegung verliehen wird, wenn er von dem oberhalb
des Einsatzes liegenden Bereich zur Mischkammer unterhalb des Einsatzes
strömt,
wie in der ebenfalls anhängigen
US-Patentanmeldung Nr. 10/358,760, eingereicht am 5. Februar 2003
(Aktenzeichen des Anmelders: P2003J001), beschrieben wird. Gaseinlassöffnungen 311 sind in
dem Verschluss oberhalb des Einsatzes vorgesehen und Wirbelkanten 312 sind
innerhalb des Verschlusses vorgesehen, um den Gasen den gewünschten
Wirbelimpuls zu verleihen, wenn sie durch den Einsatz strömen. Die
Wirbelkanten können
wie in Anmeldung Nr. 10/358,760 beschrieben konfiguriert sein. Kappe 310 ist
vorzugsweise mit einer überhängenden
Kante 313 ausgestattet, um die Menge an um die Kappe von
oberhalb herabfallenden Flüssigkeit
zu vermindern, die in die Gas-Nachstrom-Einlassöffnungen 311 geleitet
werden.
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4 ist
eine Aufsicht eines erfindungsgemäßen Mehrbettreaktors, die die
erhöhte
Kappe 310 zeigt, die sich von dem Sammeleinsatz 12 nach
oben erstreckt. Wie ersichtlich, weist Umlenkblech 12 eine
ringförmige
Extrusion auf, die im Reaktor zentriert und innerhalb der Mischkammer 16 angeordnet
ist und einen Durchmesser aufweist, der größer als der des Randes 21,
jedoch kleiner ist, als der Durchmesser, der durch die Position
der Überlaufauslässe 18 definiert
wird.
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1 zeigt
Details des Reaktors, die nicht in den anderen Figuren gezeigt sind.
Im Falle der Ausführungsformen
gemäß Figuren
1/2 und auch anwendbar auf die oben beschriebenen Ausführungsformen
gemäß Figuren
3/4, jedoch nicht gezeigt, ist Abweiser 22 an dem ersten,
groben Verteilereinsatz 30 angebracht, der eine anfängliche,
grobe Verteilung der Flüssigkeit
und des Gases innerhalb des Reaktors liefert. Im ersten Verteilereinsatz 30 ist
eine große
Anzahl von Öffnungen 31 zum
Herabfließen
von Flüssigkeiten
im Bereich um das zentrale Ablenkblech 22 vorgesehen. Im
Allgemeinen wird sich ein Flüssigkeitsbecken
auf dem Einsatz 20 aufbauen und diese Öffnungen bedecken, sodass der
Dampffluss dadurch verhindert wird. Um einen Dampffluss im unteren
Teil des Reaktors bereitzustellen, können eine Mehrzahl von Dampfkanälen 32 vorgesehen sein,
die in einem Ring um den Einsatz angeordnet sind, geeigneterweise
an einem Punkt nahe des Umfangs eines Kreises, der den Reaktorflussbereich
in zwei gleiche Teile teilt. Die Anzahl der Dampfkanäle kann
wie gewöhnlich
gemäß den gewünschten
Fließgeschwindigkeiten
und anderen Bedingungen ausgewählt
werden. Jeder Dampfkanal enthält
ein Rohr 33, das oben geöffnet und perforiert ist und
sich nach oben von dem ersten Verteilereinsatz 30 erstreckt.
Um die Oberseite jedes Dampfkanals ist eine Anzahl von Schlitzen 34 vorgesehen,
die als Barriere für
Flüssigkeitsfluss
wirken, wenn sich der Flüssigkeitspegel
auf dem Einsatz 30 zu einem Punkt aufbaut, an dem es notwendig
ist, einen zusätzlichen
Fluss durch den Einsatz bereitzustellen, um Flutung zu vermeiden.
Die Schlitze 34 können
von jeglicher gewünschter
Konfiguration sein, beispielsweise geradflankige Schlitze mit geradem
Boden, wie gezeigt, oder sie können
alternativ gebogen sein oder Öffnungen können gerade
unterhalb der Oberseite der Dampfkanäle gebildet sein, um einen
kontrollierten Flüssigkeitsüberlauf
die Dampfkanäle
nach unten herab zu liefern. Um sicherzustellen, dass jegliche Flüssigkeit,
die die Kanäle
nach unten durchläuft,
gleichmäßig verteilt
wird, haben die Kanäle
vorzugsweise Verteilerplatten an ihren unteren Enden, unterhalb
des Einsatzes 30, die durch Platten 35 mit Flüssigkeitsöffnungen 36 darin
gebildet werden. Zur Bereitstellung von Dampffluss aus den Kanälen sind
Dampfauslässe 37 um
das untere Ende der Kanäle
vorgesehen, und wenn große
Mengen von Flüssigkeit
die Kanäle
herabfließen,
ermöglichen
diese Auslässe,
dass Flüssigkeit
durch sie fließt.
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Der
zweite und finale Verteilereinsatz 40 umfasst eine flache
Platte 41 mit einer großen Anzahl an Dampf-/Flüssigkeitsfallrohren,
um eine Vielzahl von Verteilerpunkten von Flüssigkeit und Dampf über den
darunterliegenden Katalysatorbett (nicht gezeigt), zu liefern. Jedes
Fallrohr umfasst ein vorstehendes Rohr 42, das von der
Platte 41 nach oben vorsteht. Jedes Rohr hat eine Öffnung (oder Öffnungen) 43 in
seiner Seite, die unterhalb der Oberfläche des Flüssigkeitspegels angeordnet
ist, der sich während
Normalbetriebs auf der Platte 41 bildet. Die Anzahl und
Größe all der Öffnungen
im Fallrohr sind gemäß der gewünschten
Fliessrate ausgewählt
und es ist im Allgemeinen bevorzugt, dass diese Öffnungen insgesamt eingetaucht
sind, sodass die größte Gleichmäßigkeit
von Flüssigkeitsfluss,
unabhängig
von Variationen des Füllstandes
der zweiten Verteilerplatte, erreicht wird.
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Die
Fließgeschwindigkeit
von Flüssigkeit
in jede Öffnung
variiert im Verhältnis
zur Quadratwurzel der Höhe
von Flüssigkeit
oberhalb der Öffnungen,
sodass die Fließgeschwindigkeit
in den Fallrohren relativ unempfindlich gegenüber Variationen des Füllstandes
der Verteilerplatte 40 sind. Allerdings, wenn der Flüssigkeitspegel
auf diesem Einsatz unterhalb des Punkts fällt, an dem die Öffnungen
teilweise unbedeckt sind, erzeugen Variationen im horizontalen Pegel
auf dem Einsatz relativ größere Variationen
der Fließrate
durch den Reaktor. Aus diesem Grund ist der Betrieb mit vollständig eingetauchten Öffnungen
bevorzugt. Die Fallrohre sind oben geöffnet, damit Dampf eintreten
und nach unten in das untere Katalysatorbett durchtreten kann, jedoch
um zu vermeiden, dass Flüssigkeit
vom ersten, groben Verteilereinsatz direkt in die Fallrohre eintritt
und somit eine unvorhersehbare Variation der gewünschten Fliessrate erzeugt;
aus diesem Grunde sind Umlenkbleche 44 über den offenen Oberseiten
der Fallrohre vorgesehen. Zusätzlich
haben die Fallrohre Flüssigkeitsbarrieren
an ihrer Oberseite, um zusätzlichen
Flüssigkeitsfluss
bereit zu stellen, wenn der Flüssigkeitspegel auf
dem zweiten Einsatz über
seine normale Höhe
steigen sollte. Wie im Falle der Dampfkanäle, können die Barrieren jede konventionelle
Form haben, sind jedoch geeigneterweise gerade geschlitzte Barrieren,
die durch Schlitze 45 bereitgestellt werden. Die Unterseiten
der Fallrohre sind offen, um Dampf- und Flüssigkeitsfluss in das untere
Katalysatorbett zu ermöglichen.
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Das
erfindungsgemäße Verteilersystem
liefert verbesserte Injektion von Kühlgas oder anderem Dampf in
den Reaktor, verbessertes Mischen von Dampf, Flüssigkeit und injiziertem Gas
sowie verbesserter Verteilung im Reaktor. Dieses System kann auch
mit Kühlung
durch Flüssigkeit
mit einem geeigneten Einspritzmittel, das anstelle der Spinne genutzt
wird, verwendet werden. Zusätzlich
hat das System eine relativ kompakte Form und benötigt relativ
wenig Raum im Reaktor, im Vergleich zu anderen Verteilersystemen,
die ein ähnliches
Maß an
Verteilungsgleichmäßigkeit
liefern. Die separate Dampf- und Flüssigkeitsverteilung, die an
der ersten Verteilerplatte auftritt vermeidet potentielle Probleme
mit Zweiphasenverteilung, und erst am Ende des Verteilungsprozesses
wird Flüssigkeit
in jeden Dampfstrom durch die Dampf-/Flüssigkeitsfallrohre auf dem letzten
Verteilereinsatz injiziert. Weiterhin ist das System, wie oben beschrieben,
relativ unempfindlich gegenüber
Toleranzvariationen, die während
der Herstellung eingetragen werden, und liefert eine erhöhte Gleichmäßigkeit
der Verteilung und des Dampf-/Flüssigkeitskontakts
während
des Betriebes unter unterschiedlichen Bedingungen. Dieses System
kann auch ohne Abkühleinspritzung
verwendet werden, um verbesserte Flüssigkeitsvermischung und verbesserte
Vermischung von Flüssigkeit
und Dampf in einem langen Katalysatorbett zu liefern.
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Die
folgende Tabelle illustriert die Mischleistung des erfindungsgemäßen Mischsystems
mit den Umlenkblech- und Kappenzusätzen bei bestimmten Betriebsbedingungen,
im Vergleich zur Leistung eines Systems, das in der US-A-4 836 989
erreicht wird. Die Messungen wurden erhalten durch Messung von Indiktorkonzentrationen
in der Gasphase. Die berichteten Werte sind die des Gasmischungsindexes.
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In
der obigen Tabelle ist der berichtete Gasmischindex definiert als
100 minus der Standardabweichung der Indikatorkonzentration, ausgedrückt als
ein Prozentsatz der Durchschnittskonzentration von 8 Probenorten,
die gleichmäßig um den
Durchmesser des Gefäßes unterhalb
der Mischkammer 16 verteilt sind.
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Die
unterschiedlichen Mischindices, die in der Tabelle berichtet sind,
entsprechen unterschiedlichen Indikatoreinspritzorten, die stromaufwärts des
Mischvolumens angeordnet sind. Der Durchschnitt ist gewichtet, um
dem Anteil des Reaktordurchmessers Rechnung zu tragen, der durch
jeden Injektionsort bestimmt wird, und durch die Geometrie und Symmetrie
des volumens oberhalb des Sammeleinsatzes 12 bestimmt wird.
Die Gewichtungen für
die Einspritzorte 1 bis 6 sind: 2; 2; 2,5; 4; 3 bzw. 1. Wie ersichtlich
ist die Gasphasenmischung beträchtlich,
wenn die vorliegende Erfindung verwendet wird, und diese Verbesserung
der Gasphasenmischung wird nicht auf Kosten der Abkühlmischung
erreicht, die selbst mit der Verwendung des Umlenkblechs verbessert
wird.
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Die
vorliegende Erfindung kann in jeglichem Mehrbett-Katalysereaktor oder -Kontaktor verwendet
werden, der diskontinuierliches Mischen und/oder Abkühlen von
nach unten fließendem
Gas- und Flüssigphasen erfordert,
insbesondere wenn der Vorteil von Rotationsfluss in einem Mischvolumen
genutzt wird. Die Erfindung ist insbesondere im Zusammenhang mit
Einheiten vorteilhaft, die eine sehr limitierte Zwischenbetthöhe aufweisen.
Weiterhin kann bereits bestehende Abkühlausstattung sehr leicht durch
die Umlenkblech-Verbesserung, die hier diskutiert wurde, ersetzt
werden, um die beschriebenen Vorteile zu erreichen.
