ITMI970606A1 - Distributore a sacca di gas e metodo per il trattamento mediante idrogeno di una corrente di alimentazione di idrocarburi - Google Patents

Distributore a sacca di gas e metodo per il trattamento mediante idrogeno di una corrente di alimentazione di idrocarburi Download PDF

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ITMI970606A1
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Bruce E Reynolds
Bruce E Stangeland
Krishniah Parimi
Robert W Bachtel
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Description

Base Tecnica dell'Invenzione
1. Settore dell'Invenzione
La presente invenzione riguarda un complesso distributore a sacca di gas per distribuire una miscela di idrocarburi liquidi e di uno o più gas contenenti idrogeno. Più in particolare, la presente invenzione fornisce un complesso distributore a sacca di gas perfezionato, un reattore contenente il complesso distributore a sacca di gas perfezionato, ed un metodo per il trattamento mediante idrogeno di una corrente di alimentazione di idrocarburi.
2. Descrizione della Tecnica Nota
Il trattamento mediante idrogeno, o idrogenazione, per' allontanare componenti indesiderati da correnti di alimentazione di idrocarburi è un metodo ben noto, consistente nel trattare cataliticamente tali idrocarburi pesanti per aumentarne il valore commerciale. Correnti liquide di idrocarburi "pesanti", e in particolare petroli greggi ridotti, residui del petrolio, bitume di sabbie con catrame, olio di scisto o carbone sottoposto a liquefazione oppure oli di recupero, contengono generalmente prodotti contaminanti quali zolfo e/o azoto, metalli e composti organometallici che tendono a disattivare le particelle del catalizzatore durante il contatto da parte dalla corrente di alimentazione e dell'idrogeno nelle condizioni di trattamento mediante idrogeno. Tali condizioni di trattamento mediante idrogeno sono di norma nell'intervallo da 212°F a 1.200°F (da 100° a 650°C) a pressioni da 20 a 300 atmosfere. In genere, tale trattamento mediante idrogeno si attua in presenza di catalizzatori contenenti metalli del VI o dell'Vili gruppo quali platino, molibdeno, tungsteno, nichel, cobalto, ecc., in combinazione con diverse altre particelle di elementi metallici di allumina, silice, magnesia, e così via, aventi un elevato rapporto superficie/volume. In modo più specifico, i catalizzatori impiegati per la idrodemetallificazione, la idrodesolforazione, la idrodenitrificazione, l'idropiroscissione, ecc., di oli pesanti e simili sono generalmente costituiti da un supporto, o materiale di base, quale allumina, silice, silice-allumina o, eventualmente, alluminosilicato cristallino, con uno o più promotori o metalli cataliticamente attivi (o uno o più composti), più materiali in traccia. I metalli cataliticamente attivi tipicamente impiegati sono il cobalto, il molibdeno, il nichel ed il tungsteno; tuttavia, in base all'applicazione, possono essere scelti altri metalli o altri composti.
Dal momento che queste reazioni devono essere effettuate mediante il contatto di un gas contenente idrogeno con la corrente di alimentazione di idrocarburi a temperature e pressioni elevate, i costi principali di tale trattamento consistono essenzialmente in investimenti in recipienti e forni associati, scambiatori di calore, complessi a piastre di distribuzione, pompe, tubazioni e valvole in grado di svolgere tale servizio e il costo di sostituzione del catalizzatore contaminatosi durante tale servizio, ed il costo del montaggio dell'attrezzatura. Il trattamento commerciale mediante idrogeno di ma-teriale grezzo di alimentazione di costo relativamerite basso, quali petroli greggi ridotti contenenti composti inquinanti, richiede una portata nell'ordine da poche migliaia fino a centomila barili al giorno, con un concorrente flusso di idrogeno fino a 10.000 piedi cubi standard per barile di alimentazione di liquido (1.780 m3 di H2/m3 di petrolio). Recipienti in grado di contenere un tale processo di reazione sono costosi di conseguenza a causa della necessità sia di contenere sia di tollerare la corrosione e 1'infragilimento del metallo da parte dell'idrogeno e dei composti dello zolfo mentre si effettuano le reazioni desiderate quali la demetallificazione, la denitrificazione, la desolforazione e la piroscissione, a pressione e temperature elevate. Sono parimenti costose le pompe, le tubazioni e le valvole per la gestione delle correnti fluide contenenti idrogeno a pressioni e temperature di questo tipo, in quanto a tali pressioni gli elementi di tenuta devono rimanere impermeabili all'idrogeno per estesi periodi di esercizio di molti mesi. È costoso anche il fatto di assicurare che tutta la attrezzatura, inclusi i complessi a piastra di distribuzione, siano montati e/o ‘fabbricati correttamente. In tali complessi a piastra di distribuzione della tecnica nota è importante che essi si trovino in piano in modo essenzialmente perfetto, in modo da rendere immune la distribuzione del flusso delle correnti di alimentazione di idrocarburi alla loro sensibilità alla disposizione in piano del complesso a piastra di distribuzione.
Particolarmente rilevanti tra i metodi di trattamento mediante idrogeno della tecnica nota, il metodo e l'apparecchiatura del brevetto statunitense N° 5.076.908, a nome Stangeland et al, forniscono più specificamente un sistema in cui un flusso a tampone verso il basso del letto catalizzatore viene mantenuto per un ampio intervallo di portate in controcorrente di una corrente di alimentazione di idrocarburi e di idrogeno gassoso attraverso tutto il volume del letto catalizzatore sostanzialmente impaccato. Tale flusso del letto impaccato mantiene sostanzialmente volume e densità massimi del catalizzatore all'interno di un dato volume di progetto del recipiente controllando le dimensioni, la forma e la densità del catalizzatore, così che il letto non venga sostanzialmente espanso alla portata prevista del flusso di fluido attraverso di esso.
Bischoff et al, brevetto statunitense N° 4.571.326, considerano una apparecchiatura per prelevare catalizzatore attraverso il centro di un letto catalizzatore che scorre in controcorrente rispetto ad una corrente di alimentazione di gas e di idrocarburi liquidi. Il sistema riguarda in modo particolare disposizioni per assicurare una distribuzione uniforme dell'idrogeno gassoso con l'alimentazione di liquido attraverso l'area in sezione trasversale del letto. Sembra che tale distribuzione uniforme si crei in quanto alle condizioni di flusso descritte il letto si trova sotto ebollizione. Di conseguenza, viene impiegato un considerevole spazio del reattore per miscelare inizialmente le alimentazioni liquide di idrocarburi e di gas nella estremità inferiore del recipiente prima di farle scorrere verso gli altri distributori di alimentazione del fondo. Le alimentazioni vengono ulteriormente miscelate ad un livello superiore mediante tali mezzi a distributore nella forma di "Sulzer Plates" o nella forma di un "alveare" di tubi esagonali sotto un vaglio ad imbuto di forma troncoconica o piramidale. La disposizione può includere una zona a rampa aperta, parallela al fianco inferiore del vaglio tra le estremità del tubo o della piastra. Inoltre, per mantenere le distribuzioni del gas lungo l’estensione del letto catalizzatore, gas di spegnimento viene alimentato attraverso getti a flusso verso l'alto in testate anulari o a forma di stella che si estendono attraverso parti mediane del recipiente. La disposizione per l'estrazione del catalizzatore esaurito richiede l'ebollizione di almeno la parte inferiore del letto. Come sopra notato, lo spazio supplementare del recipiente per la miscelazione uniforme dell'idrogeno e dell'alimentazione prima dell'introdu-zione dei fluidi in un letto sotto ebollizione, così come il letto sotto ebollizione, aumentano le dimensioni richieste del recipiente di trattamento mediante idrogeno, aumentano l'usura del catalizzatore, aumentano la miscelazione nel letto catalizzatore ed aumentano sostanzialmente i costi iniziali e di funzionamento successivo del sistema.
:Bischoff et al, brevetto statunitense N° 4.639.354, descrivono più ampiamente un metodo di trattamento mediante idrogeno analogo al brevetto statunitense N° 4.571.326, in cui una apparecchiatura analoga ottiene una ebollizione uniforme attraverso l'estensione verticale di un letto catalizzatore, includendo una fase con gas di spegnimento.
Uno dei principi e degli insegnamenti basilari di Stangeland et al nel brevetto statunitense N° 5.076.908 consiste nel fatto che scegliendo in modo specifico le dimensioni, la forma e la densità dei granuli di catalizzatore, in combinazione con un controllo appropriato delle velocità del gas e del liquido di processo, il moto casuale e la retromiscelazione del catalizzatore possono essere minimizzati, e le caratteristiche di flusso a tampone del catalizzatore verso il basso e del flusso del gas e del liquido verso l'alto possono essere massimizzate. Stangeland et al utilizzano in modo economico lo spazio all'interno di un recipiente di trattamento mediante idrogeno in un ampio intervallo di velocità di trattamento, senza moto casuale o ebollizione sostanziali di un letto impaccato di catalizzatore durante le elevate portate in controcorrente dell'alimentazione di idrocarburi e di un gas contenente idrogeno attraverso il letto impaccato, pur mantenendo una sostituzione continua o intermittente del catalizzatore per il flusso simile a tampone del letto attraverso il recipiente. Tale flusso a tampone con elevate velocità di trattamento viene ottenuto da Stangeland et al scegliendo le dimensioni, la forma e la densità delle particelle di catalizzatore in modo da impedire l'ebollizione e la espansione del letto alla portata di progetto così da massimizzare la quantità di catalizzatore nel recipiente durante il normale funzionamento e durante il trasferimento del catalizzatore. I catalizzatori vengono scelti utilizzando dati ottenuti studiando l'espansione del letto catalizzatore, come nel funzionamento di un grande impianto pilota, con un idrocarburo liquido, idrogeno e catalizzatore alle pressioni e alle velocità di flusso di progetto all'interno del volume di reazione disponibile del recipiente. Il catalizzatore viene rimosso dal letto da Stangeland et al attraverso il flusso laminare delle particelle di catalizzatore in un sistema ad impasto liquido in cui la linea di flusso del liquido è di diametro uniforme e sostanzialmente più grande delle particelle di catalizzatore per tutto il percorso di flusso tra il recipiente del reattore ed un recipiente pressurizzabile includente passaggi attraverso le valvole di controllo del flusso.
Tuttavia, il metodo e l'apparecchiatura descritti da Stangeland et al nel brevetto statunitense N° 5.076.908, come pure i metodi e l'apparecchiatura, o le apparecchiature, resi noti dai brevetti della tecnica nota sopra identificati, che si riferiscono al brevetto statunitense N° 5.076.908 a nome Stangeland et al, insegnano tutti, e/o suggeriscono, un complesso a piastra di distribuzione che deve essere sostanzialmente in piano in un reattore contenente il complesso a piastra di distribuzione. La distribuzione di flusso di una corrente di alimentazione di idrocarburi che passa attraverso un complesso a piastra di distribuzione è sensibile alla disposizione in piano del complesso a piastra di distribuzione all'interno del reattore. Anche per una piastra perfettamente in piano, il flusso del gas pulserebbe a causa dello sbattimento e del livello variabile del liquido. Se il complesso a piastra di distribuzione non è in piano, la distribuzione della corrente di alimentazione di idrocarburi attraverso un letto catalizzatore associato all'interno del reattore risulta alterata. Inoltre, queste apparecchiature e questi metodi di trattamento mediante idrogeno della tecnica nota sono a volte influenzati negativamente da bolle di gas contenente idrogeno che sono troppo grandi, che possono parimenti condizionare la distribuzione della corrente di alimentazione di idrocarburi attraverso un letto catalizzatore all'interno del reattore. Pertanto, ciò che è necessario, e ciò che è stato inventato, è un metodo ed una apparecchiatura, o complesso distributore, che è in grado di produrre un eccellente, stabile ed uniforme flusso di una miscela di un gas (ad esempio un gas contenente idrogeno) e di un liquido (ad esempio un idrocarburo liquido) in una camera (ad esempio una camera del pieno di pressione) senza le manchevolezze indicate, associate con i metodi e le apparecchiature della tecnica nota.
Compendio dell'Invenzione
La presente invenzione realizza gli scopi prefissati fornendo un complesso distributore per il trattamento mediante idrogeno di una miscela idrocarburica di un gas contenente idrogeno e di un idrocarburo liquido che scorre attraverso una zona di reazione a conversione mediante idrogeno, contenente un letto catalizzatore. Il complesso distributore include un elemento a piastra avente una struttura che definisce almeno una apertura; ed almeno un elemento a tubo avente un'anima tubolare e fissato all'elemento a piastra in modo che l'anima tubolare comunichi con 1'almeno una apertura. L'almeno un elemento a tubo è dotato di una coppia di estremità aperte e di almeno una apertura, in un suo fianco. L'elemento a tubo ha un asse longitudinale ed una apertura che ha un asse di apertura che è genericamente normale rispetto all'asse longitudinale. L'apparecchiatura, come pure il metodo, della presente invenzione può essere impiegata per miscelare qualsiasi gas in qualsiasi liquido, come in bacini di aerazione, per aggiungere C02 a reattori, ecc.
La presente invenzione realizza inoltre i suoi scopi prefissati fornendo in senso ampio un reattore comprendente un recipiente con una parete interna cilindrica e mezzi di supporto del letto catalizzatore fissati alla parete interna, cilindrica, del recipiente per sorreggere un letto catalizzatore. Il complesso distributore è fissato alla parete interna cilindrica del recipiente.
Inoltre, la presente invenzione realizza parimenti i suoi scopi prefissati fornendo un metodo per il trattamento mediante idrogeno di una corrente di alimentazione di idrocarburi che scorre attraverso una zona di reazione a conversione mediante idrogeno nella quale è previsto un letto catalizzatore, metodo che comprende le fasi di: realizzare almeno una zona tubolare in una zona del reattore contenente una zona di reazione di idrocarburi nella quale è previsto un letto catalizzatore; il far scorrere una miscela di gas contenente idrogeno e di idrocarburo liquido nella zona del reattore, per produrre un gas contenente idrogeno sviluppato; e il far scorrere la miscela di gas contenente idrogeno e di idrocarburo liquido attraverso la almeno una zona tubolare miscelando ad essa, preferibilmente miscelando contemporaneamente ad essa, il gas contenente idrogeno sviluppato.
Ogni qualvolta l'espressione "gas contenente idrogeno sviluppato" viene menzionata nella descri-zione e/o nelle rivendicazioni, non è per limitare indebitamente lo spirito e l'ambito della presente invenzione e vuole significare non solo idrogeno gassoso che si è sviluppato dall'idrocarburo liquido che viene introdotto in un reattore simultaneamente ad esso, ma anche l'idrogeno gassoso che non si sviluppa dall'idrocarburo liquido e che è almeno parte del gas contenente idrogeno stesso che viene introdotto nel reattore insieme all'idrocarburo, liquido. Pertanto, "gas contenente idrogeno sviluppato" comprende il gas contenente idrogeno che 'Viene introdotto in un reattore insieme all'idrocarburo liquido, qualsiasi idrogeno gassoso che si è sviluppato dall'idrocarburo liquido stesso e gas contenente idrogeno che è solubilizzato e/o disciolto entro e/o con l'idrocarburo liquido e che si è successivamente sviluppato dall'idrocarburo liquido, in special modo dopo l'introduzione nel reattore .
È pertanto uno scopo della presente invenzione il fornire un complesso distributore per il trattamento mediante idrogeno di una miscela idrocarburica di gas contenente idrogeno e di idrocarburo liquido.
È un altro scopo della presente invenzione il fornire un reattore contenente il complesso distributore per il trattamento mediante idrogeno di una miscela idrocarburica di gas contenente idrogeno e di idrocarburo liquido.
Inoltre, è un ulteriore scopo della presente invenzione il fornire un metodo per il trattamento mediante idrogeno di una corrente di alimentazione di idrocarburi che scorre, preferibilmente che scorre verso l'alto, attraverso una zona di reazione a conversione mediante idrogeno nella quale è previsto un letto catalizzatore.
Questi, insieme ai vari scopi e alle caratteristiche secondari che diverranno chiari agli esperti del ramo col procedere della seguente descrizione, vengono ottenuti dalla presente invenzione, una forma di realizzazione preferita della quale è mostrata con riferimento ai disegni allegati, a titolo di esempio solamente, in cui:
Breve Descrizione dei Disegni:
La Figura 1 è una vista parziale prospettica, in sezione, del reattore della presente invenzione, avente un complesso a piastra di distribuzione con una molteplicità di montanti cavi estendentisi verso il basso, con ciascun montante che ha una apertura attraverso la quale scorre gas contenente idrogeno sviluppato per essere miscelato con una miscela di un idrocarburo liquido e di un gas contenente idrogeno;
la Figura 2 illustra una miscela di gas contenente idrogeno e di un idrocarburo liquido che scorre in un montante cavo avente una apertura, con la miscela che non ha oltrepassato la apertura nel montante cavo, ed illustra ulteriormente il gas contenente idrogeno sviluppato che passa da una idonea testa di gas ed entro uno spazio nel montante cavo sopra un livello della miscela di gas contenente idrogeno e di idrocarburo liquido ivi contenuta;
la Figura 3 illustra la miscela di idrocarburo liquido e di gas contenente idrogeno che scorre verso l'alto attraverso un montante cavo ed oltre l'apertura nel montante cavo, con il gas contenente idrogeno sviluppato che passa e/o scorre a partire da una idonea testa di gas, attraverso l'apertura nel montante cavo ed entro la miscela di idrocarburo liquido e di gas contenente idrogeno, per miscelarsi con la stessa;
la Figura 4 è una vista parziale, in sezione trasversale, del reattore di Figura 8 della copendente domanda di brevetto, numero di serie 08/497.638, depositata il 30 giugno 1995, che illustra un letto catalitico con una molteplicità di strati sovrapposti l'uno rispetto all'altro, prima dell'inizio di un flusso a tampone;
la Figura 5 è una vista parziale, in sezione trasversale, del reattore di Figura 9 della copendente domanda di brevetto, numero di serie 08/497.638, depositata il 30 giugno 1995, in cui il catalizzatore si sposta verso il basso con flusso a tampone;
la Figura 6 è una vista ingrandita, in sezione, che illustra la miscela di idrocarburo liquido e di gas contenente idrogeno che scorre con turbolenza verso l'alto attraverso un montante cavo ed oltre l'apertura nel montante cavo, con l'idrogeno gassoso che scorre a partire da una idonea testa di gas, attraverso l'apertura nel montante cavo ed entro la miscela in flusso turbolento di idrocarburo liquido e di gas contenente idrogeno, per miscelarsi con la miscela in flusso turbolento; e la Figura 7 è una vista ingrandita in sezione trasversale, in elevazione parziale, della parte inferiore del reattore, che illustra il flusso di idrogeno gassoso e dell'idrocarburo liquido.
Descrizione Dettagliata dell'Invenzione Incluse le Forme di Realizzazione Preferite e/o di Migliore Modalità dell'Invenzione
Facendo ora riferimento in dettaglio ai disegni, in cui parti simili dell'invenzione sono identificate da numeri di riferimento simili, viene mostrato un reattore, illustrato genericamente in 10. Il reattore 10 include una parete interna 11 genericamente cilindrica ed un fondo a cupola 12 di chiusura con una superficie interna 13. Il fondo a cupola 12 di chiusura è fissato alla parete interna 11 genericamente cilindrica. Il reattore 10 è progettato per far reagire un gas 36 contenente idrogeno, miscelato con una corrente 38 di idrocarburo liquido ad una pressione fino a circa 300 atmosfere (circa 4.500 libbre per pollice quadrato) e fino a circa 650°C (1.200°F circa). Per tale reazione, il gas 36 contenente idrogeno e la corrente 38 di idrocarburo liquido sono preferibilmente premiscelati ed introdotti come un'unica corrente (vale a dire un flusso singolo a due fasi) attraverso il fondo a cupola 12 di chiusura mediante un condotto 14 fissato coassialmente a questa in modo da avere una disposizione concentrica rispetto al reattore 10.
Il reattore 10 contiene mezzi di supporto del letto catalizzatore, illustrati genericamente in 16, per supportare un letto catalizzatore 18 e contenenti aperture appropriate (non mostrate) ben note agli esperti del ramo. I mezzi 16 di supporto del letto catalizzatore contenuti nel reattore 10 possono essere di qualsiasi forma geometrica idonea, quali anelli concentrici, conici, piramidali, a poligono tronco o conico, troncoconici, ecc. I mezzi 16 di supporto del letto catalizzatore possono ulteriormente essere di qualsiasi tipo che preferibilmente assicuri una uniforme ed uguale distribuzione del gas 36 contenente idrogeno e della corrente 38 di idrocarburo liquido attraverso 1'intera area in sezione trasversale del letto catalizzatore 18. Pertanto, la particolare forma geometrica o il particolare tipo di mezzi di supporto 16 del letto catalizzatore non devono limitare indebitamente lo spirito e l'ambito della presente invenzione .
Per assicurare il massimo vantaggio catalitico durante il trattamento médiante idrogeno del gas 36 contenente idrogeno e della corrente 38 di idrocarburo liquido, si preferisce che il reattore 10 contenga quanto più catalizzatore possibile all'interno del volume di progetto del reattore 10. Di conseguenza, si preferisce che i mezzi 16 di supporto del letto catalizzatore 18 siano posti quanto più in basso possibile nel reattore 10, pur assicurando una completa ed adeguata dispersione del gas 36 contenente idrogeno all'interno della corrente 38 di idrocarburo liquido.
Il livello superiore del letto catalizzatore 18 deve essere controllato in modo che siano ridotti al minimo l'ebollizione, la espansione o la fluidizzazione del letto catalizzatore 18, e in modo che, per il catalizzatore prescelto, siano evitati scostamenti indesiderabili dalla portata di progetto per il gas 36 contenente idrogeno e per la corrente 38 di idrocarburo liquido che scorrono verso l'alto attraverso il letto catalizzatore 18. Per questo scopo, e come discusso in dettaglio nel brevetto N° 5.472.928, rilasciato il 5 dicembre 1995, le dimensioni, la forma e la densità delle particelle di catalizzatore all'interno del letto catalizzatore 18 devono essere essenzialmente uniformi e vengono scelte in base alla massima portata di progetto delle correnti di alimentazione o di una miscela 34 del gas 36 contenente idrogeno e della corrente 38 di idrocarburo liquido, per impedire l'ebollizione, l'espansione o la fluidizzazione del letto catalizzatore 18 mentre quest'ultimo si sposta progressivamente verso il basso attraverso il reattore 10 in strati con flusso a tampone .
Un "flusso a tampone" del letto catalizzatore 10 è illustrato nelle Figure 4 e 5 allegate e può essere così descritto nel modo migliore: quando lo strato volumetrico A più basso viene rimosso, il successivo strato volumetrico B scorre verso il basso per sostituire lo strato volumetrico B più basso e assume una nuova posizione come strato volumetrico B più basso. Lo strato volumetrico A più basso, rimosso, viene rimpiazzato con uno strato volumetrico superiore J. La procedura viene ripetuta ancora (come illustrato nel miglior modo dalle rappresentazioni in linee a tratteggio di Figura 5) rimuovendo lo strato volumetrico B più basso e facendo in modo che il successivo strato volumetrico C scorra verso il basso in modo simile a tampone per sostituire lo strato volumetrico B più basso ed assumere una nuova posizione come strato volumetrico più basso C. Lo strato volumetrico più basso B, rimosso, viene rimpiazzato con uno strato volumetrico superiore K. La procedura può essere ripetuta in continuo definendo un letto catalizzatore 18 che scorre verso il basso come un tampone, che si sposta nel senso della freccia W in Figura 5.
Il reattore 10 contiene anche un elemento 22 a piastra genericamente circolare (struttura a griglia) (vale a dire un vassoio distributore), che è fissato alla parete interna 11 genericamente cilindrica in modo che si crei una camera 24 del pieno di pressione (o di ingresso) tra i mezzi 16 di supporto del letto catalizzatore e l'elemento 22 a piastra genericamente circolare. Una testata di fondo, illustrata genericamente in 40, viene definita dalla distanza tra la superficie interna 13 del fondo a cupola 12 di chiusura e l'elemento a piastra 22. La miscela 34 del gas 36 contenente idrogeno e della corrente 38 di idrocarburo liquido è sostenuta dal fondo a cupola 12 di chiusura, in modo più specifico dalla superficie 13 del fondo a cupola 12 di chiusura, in modo da occupare una parte volumetrica nella testata 40 di fondo. La distanza tra il livello della miscela 34 e l'elemento a piastra 22 definisce una testa statica S in cui una idonea testa 50 di gas comprende gas 36A contenente idrogeno sviluppato che si è originato dalla miscela 34 del gas 36 contenente idrogeno e della corrente 38 di idrocarburo liquido.
Come menzionato ed indicato precedentemente, il termine "gas contenente idrogeno sviluppato" comprende il gas 36 contenente idrogeno che viene introdotto nel reattore 10 insieme alla corrente 38 di idrocarburo liquido, qualsiasi idrogeno gassoso che si è sviluppato dalla corrente 38 di idrocarburo liquido stessa, e gas 36 contenente idrogeno che è solubilizzato e/o disciolto in e/o con la corrente 38 di idrocarburo liquido e che si è successivamente sviluppato dalla corrente 38 di idrocarburo liquido, in special modo dopo l'introduzione nel reattore 10.
L'elemento 22 a piastra (struttura a griglia) è dotato di una molteplicità di aperture 26 che comunicano rispettivamente con una molteplicità di tubi o montanti cavi 28 che sono fissati all'elemento 22 a piastra. Per definirlo diversamente, l'elemento 22 a piastra include una pluralità o una molte-plicità di tubi o montanti cavi 28 che formano aperture 26 attraverso l'elemento 22 a piastra. Almeno uno dei tubi o montanti cavi 28 (preferi-bilmente tutti) contiene un'anima tubolare 29 ed almeno una luce o apertura 30 ed una coppia di estremità aperte, entrambe illustrate genericamente in 27.
La lunghezza dei tubi o montanti cavi 28 può essere scelta in modo che l'idonea testa 50 di gas si formi sotto l'elemento 22 a piastra e/sopra il livello della miscela 34 per sopprimere picchi nella corrente, o nelle correnti, di alimentazione che entrano nella testata 40 di fondo a partire dal condotto 14. I tubi o montanti cavi 28 ricevono la miscela 34 di gas 36 contenente idrogeno e della corrente 38 di idrocarburo liquido e fanno passare la stessa attraverso le aperture 26 per immetterla nella camera 24 del pieno di pressione (o di ingresso) .
Quando la miscela 34 del gas 36 contenente idrogeno e della corrente 38 di idrocarburo liquido scorre attraverso i rispettivi montanti cavi 28, il gas 36A contenente idrogeno sviluppato, all'interno della testa statica S (o dell'idonea testa 50 di gas) entra o passa attraverso le aperture 30, come mostrato meglio nelle Figure 2 e 3. Più specificamente, e come mostrato ancora meglio nelle Figure 2 e 3, mentre la miscela 34 scorre attraverso il condotto 14 ed entro la testata 40 di fondo, il gas 36A contenente idrogeno sviluppato comincia a svilupparsi dalla miscela 34 e inizia a formarsi l'idonea testa 50 di gas. Il flusso continuo della miscela 34 entro la testata 40 di fondo riempie la parte inferiore di ciascuno dei montanti cavi 28 e una parte volumetrica della testata 40 di fondo in modo da produrre, ad esempio, l'idonea testa 50 di gas, il tutto mostrato nel miglior modo in Figura 1.
L'idonea testa 50 di gas ha una pressione che è maggiore della pressione della miscela 34 tale che con la continua introduzione della miscela 34 nella testata 40.di fondo, la miscela 34 inizia a scorrere verso l'alto e attraverso ciascuno dei montanti cavi 28 e fuori delle aperture 26 ed entro la camera 24 del pieno di pressione (o di ingresso) . Quando l'idonea testa 50 di gas si forma e/o inizia a formarsi, il gas 36A, contenente idrogeno sviluppato, inizia a scorrere nel verso delle frecce M e attraverso l'apertura, o le aperture, 30 in ciascuno dei montanti cavi 28; vale a dire, il gas 36A contenente idrogeno sviluppato inizia a scorrere verso una zona di minor pressione.
La Figura 2 illustra la miscela 34 che scorre entro ciascuno dei montanti cavi 28, ma non fino al punto di passare per l’apertura, o per le aperture, 30 e il gas 36A contenente idrogeno sviluppato che passa nel verso delle frecce M a partire dall'idonea testa 50 di gas attraverso l'apertura, o le aperture, 30 in ciascuno dei montanti cavi 28 ed entro lo spazio in ciascuno dei montanti cavi 28 sopra la miscela 34 ivi contenuta. Ovviamente, come ulteriormente mostrato in Figura 2, quando la miscela 34 inizia a scorrere attraverso le rispettive anime tubolari 29 e lungo ciascuno dei montanti cavi 28, parte del gas 36 contenente idrogeno si sviluppa fuori della e/o dalla miscela 34 in modo da mescolarsi con e/o da miscelarsi con il gas 36A contenente idrogeno sviluppato che entra attraverso l'apertura, o le aperture, 30 nel montante cavo, o nei montanti cavi, 28. La Figura 3 illustra la miscela 34 che scorre nel verso delle frecce P e, in modo turbolento, delle frecce R e che passa in ciascuna delle aperture 30 nel montante cavo, o nei montanti cavi, 28, con il gas 36A contenente idrogeno sviluppato che passa e/o scorre nel verso delle frecce M a partire dalla idonea testa 50 di gas, attraverso un'apertura, o aperture, 30 in ciascuno dei montanti cavi 28, e nella miscela 34 per miscelarsi con la stessa.
Si è scoperto che il fatto di munire ciascuno dei montanti cavi 28 di una apertura 30 attraverso la quale il gas 36A contenente idrogeno passa per essere miscelato con la miscela 34, offre i se-guenti vantaggi: (i) fornisce un flusso uniforme e molto stabile del gas 36 contenente idrogeno e della corrente 38 di idrocarburo liquido entro la camera 24 del pieno di pressione (o di ingresso); (ii) la distribuzione di flusso della miscela 34 attraverso le aperture 26 dell'elemento 22 a piastra non è sensibile alla disposizione in piano dell'elemento 22 a piastra circolare o al livello variabile del liquido nella testata 40 di fondo; (iii) si verifica una intima rimiscelazione del gas 36 contenente idrogeno (vale a dire del gas 36A contenente idrogeno sviluppato e del gas 36 contenente idrogeno) in ciascuno dei montanti cavi 28; e (iv) è presente un elevato livello di turbolenza (si vedano le frecce R in Figura 3) in un tratto superiore di uscita (vale a dire un tratto superiore di ciascuno dei montanti cavi 28 contiguo a o in corrispondenza delle aperture 26 dell'elemento 22 a piastra) per promuovere la rottura di bolle di gas 36 contenente idrogeno e/o di gas 36A contenente idrogeno sviluppato.
,Le dimensioni dell'apertura, o delle aperture, 30 vengono scelte con cura per controllare il livello del liquido in modo sicuro sopra il fondo del montante 28 e in modo parimenti sicuro sotto l'apertura, o le aperture, 30. Se l'apertura, o le aperture, 30 sono troppo grandi, il liquido coprirà l'apertura, o le aperture, 30 a causa di una diminuzione delle dimensioni della testa 50 di gas. Se l'apertura, o le aperture, 30 sono troppo piccole, il livello del liquido scenderà a causa di un aumento delle dimensioni della testa 50 di gas, fino al punto in cui il livello del liquido scoprirà l'estremità inferiore 27 aperta di almeno uno dei montanti 28. Questo montante scoperto consentirà allora ad uno sbocco violento di gas di passare verso l'alto in quel montante e di disturbare il flusso uniforme del gas e del liquido nella camera del pieno di pressione. Coloro che sono ordinariamente esperti nel ramo possono facilmente regolare le dimensione della testa 50 di gas, il flusso di liquidi/gas attraverso il montante, o i montanti, 28 e le dimensioni dell'apertura, o delle aperture, 30 nel montante, o nei montanti, 28 in modo che il livello del liquido sia mantenuto tra l'apertura, o le aperture, 30 e l’estremità inferiore 27 aperta del montante, o dei montanti, 28 in base ai principi di Bernoulli reperibili in qualsiasi testo di ingegneria idraulica o di flusso dei fluidi, quale, a titolo di esempio e qui riportato per esteso a titolo di riferimento, Momentum, Hea t, and Mass Transfer, 2a Edizione, Bennet & Myers© 1962, 1974, McGraw-Hill Ine.
Senza l'apertura, o le aperture, 30, si verificherebbe una violenta oscillazione incoerente di gas e di liquido verso l'alto nel montante, o nei montanti, 28 in ubicazioni casuali in quanto l'altezza del liquido rapidamente variabile espone la estremità, o le estremità, aperte 27 di fondo di diversi montanti 27. Ciò conduce a grandi bolle di gas che raggiungono il fondo dei mezzi 16 di supporto del letto catalizzatore, invece della delicata, stabile salita di molte piccole bolle di gas.
Pertanto, secondo la pratica della presente invenzione, viene fornito un complesso distributore per il trattamento mediante idrogeno di una miscela idrocarburica 34 di gas 36 contenente idrogeno e di idrocarburo liquido 38 che scorre (preferibilmente verso l'alto) attraverso una zona di reazione a conversione mediante idrogeno, contenente un letto catalizzatore 18. Come· precedentemente indicato, l'elemento 22 a piastra circolare ha una struttura che definisce almeno una apertura 26. Almeno un elemento a tubo o montante cavo 28 con un'anima tubolare 29 (si vedano le Figure 2 e 3) è fissato all'elemento 22 a piastra in modo tale che l'anima tubolare 29 comunichi con la almeno una apertura 26. L'almeno un elemento a tubo o montante cavo 28 è dotato di almeno una luce, o apertura, 30 in un suo fianco. Come mostrato meglio nelle Figure 2 e 3, l'apertura 30 ha un asse (non identificato) che è normale o perpendicolare ad un asse (non identificato) del montante cavo 28.
Pertanto, ancora secondo la pratica della presente invenzione, viene fornito il reattore 10 avente la parete interna 11 cilindrica e i mezzi 16 di supporto del letto catalizzatore fissati alla parete interna 11 per supportare il letto catalizzatore 18. Come precedentemente indicato, il complesso distributore è fissato alla parete interna 11 cilindrica. Più in particolare, con riferimento al complesso distributore, l'elemento 22 a piastra è fissato alla parete cilindrica 11 del reattore 10 ed ha una struttura che definisce almeno una apertura 26. Ancora più in particolare, e come precedentemente indicato, 11almeno un elemento a tubo o elemento cavo 28 di questa invenzione è dotato dell'anima tubolare 29 ed è fissato all'elemento 22 a piastra così che l'anima tubolare 29 comunichi con la almeno una apertura 26. Ciascuno degli elementi a tubo o montanti cavi 28 è dotato di una apertura 30 nel suo fianco e di una coppia di estremità aperte.
Pertanto, ulteriormente secondo la pratica della presente invenzione, viene fornito un metodo per il trattamento mediante idrogeno di una corrente di alimentazione di idrocarburi che scorre attraverso una zona di reazione dell'idrocarburo nella quale è previsto un letto catalizzatore, comprendente le fasi di: (i) formare almeno una zona tubolare in una zona del reattore contenente una zona di reazione dell'idrocarburo nella quale è previsto un letto catalizzatore; (ii) far scorrere una miscela di gas contenente idrogeno e di idrocarburo liquido entro la zona del reattore per produrre gas contenente idrogeno sviluppato; e (iii) far scorrere la miscela di gas contenente idrogeno e di idrocarburo liquido attraverso la zona tubolare miscelando nel contempo ad essa il gas contenente idrogeno sviluppato.
Sebbene la presente invenzione sia stata qui descritta con riferimento a forme di realizzazione particolari di essa, nella .descrizione sopra esposta sono previste una certa possibilità di variazione, varie modifiche e varie sostituzioni, e si apprezzerà che in taluni casi alcune caratteristiche dell'invenzione verranno impiegate senza un uso corrispondente di altre caratteristiche, senza allontanarsi dall'ambito dell'invenzione come esposta.

Claims (5)

  1. RIVENDICAZIONI 1. Complesso distributore per il trattamento mediante idrogeno di una miscela idrocarburica di un gas, contenente idrogeno, e di un idrocarburo liquido, che scorre attraverso una zona di reazione a conversione mediante idrogeno nella quale è previsto un letto catalizzatore, caratterizzato dal fatto che detto complesso distributore è costituito da un elemento a piastra avente una struttura che definisce almeno una apertura; almeno un elemento a tubo avente un'anima tubolare e fissato a detto elemento a piastra in modo tale che detta anima tubolare comunichi con detta almeno una apertura; e detto almeno un elemento a tubo includendo almeno una apertura in un suo fianco.
  2. 2. Complesso distributore secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che detto elemento a tubo ha un asse longitudinale e detta almeno una apertura ha un asse di apertura che è genericamente normale rispetto a detto asse longitudinale.
  3. 3. Metodo per il trattamento mediante idrogeno di una corrente di alimentazione di idrocarburi che scorre attraverso una zona di reazione a conversione mediante idrogeno nella quale è previsto un letto catalizzatore, comprendente le fasi di: (a) formare almeno una zona tubolare in una zona del reattore contenente una zona di reazione di idrocarburi nella quale è previsto un letto catalizzatore; (b) far scorrere una miscela di gas, contenente idrogeno, e di idrocarburo liquido entro la zona del reattore della fase (a) per produrre gas contenente idrogeno sviluppato; e (c) far scorrere la miscela della fase (b) attraverso la zona tubolare della fase fa) miscelando nel contempo ad essa il gas contenente idrogeno sviluppato della fase (b).
  4. 4. Reattore comprendente un recipiente con una parete interna cilindrica; mezzi di supporto di un letto catalizzatore fissati a detta parete interna cilindrica di detto recipiente per supportare un letto catalizzatore; un elemento a piastra fissato alla parete interna cilindrica del recipiente ed avente una struttura che definisce almeno una apertura; almeno un elemento a tubo avente un'anima tubolare e fissato a detto elemento a piastra in modo tale che detta anima tubolare comunichi con detta almeno una apertura; e detto almeno un elemento a tubo includendo almeno una apertura in un suo fianco.
  5. 5. Reattore secondo la rivendicazione 4, caratterizzato dal fatto che detto elemento a tubo ha un asse longitudinale e detta almeno una apertura ha un asse di apertura che è genericamente normale rispetto a detto asse longitudinale.
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