Способ обеспечения функционирования трехфазного шламового реактора

Способ обеспечения функционирования трехфазного шламового реактора

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Настоящее изобретение имеет отношение к способу функционирования трехфазного шламового реактора и собственно к трехфазному шламовому реактору.

Существенный технологический риск связан с переходом от опытной установки к промышленной установке, чтобы за счет масштабирования получить экономическую выгоду. Трехфазные шламовые реакторы типично имеют зависящие от их размеров эффекты макроперемешивания, поэтому возникает упомянутый выше риск, когда масштабируют трехфазные шламовые реакторы. Поэтому важной задачей является создание способа, который позволяет существенно снизить риск, связанный с масштабированием трехфазных шламовых реакторов. Кроме того, важной задачей является создание конструкции реактора, картины перемешивания внутри которого легко могут быть смоделированы или прогнозированы при помощи экспериментов, позволяющих ограничить степень обычно нежелательного обратного перемешивания, за счет чего потенциально возможно получить оптимальную комбинацию желательных характеристик пробкового режима течения (обычно обеспечивающих высокую производительность и хорошую избирательность) и характеристик хорошего перемешивания (обычно необходимых для обеспечения желательного распределения твердых частиц и получения однородных температурных профилей).

Необходимо предложить решение, которое позволяет создавать зоны в реакторе, которые эффективно имитируют режим реактора при использовании меньшего характеристического диаметра. За счет этого можно в некоторой степени прогнозировать характеристики более крупного реактора, так как он эффективно образован совокупностью нескольких более мелких реакторов небольшой опытной установки. Однако при этом все еще существует большая зависимость от работы внутри границ картин макроперемешивания, которые образуются в реакторе меньшего характеристического диаметра. Было бы желательно найти способ, который дает проектировщику дополнительные степени свободы для осуществления, в некоторой степени, управления картинами перемешивания, которые установились в трехфазном шламовом реакторе.

Трехфазные шламовые реакторы обычно используют для осуществления высоко экзотермических реакций по причине их отличных характеристик отвода теплоты. Однако при использовании еще более активных катализаторов и при более интенсивном использовании объема реактора необходимо проверять способность отвода теплоты трехфазных шламовых реакторов.

В свете того, что было описано здесь выше, было бы желательно найти способ, который позволяет существенно снизить риск, связанный с масштабированием трехфазных шламовых реакторов, и который дает проектировщику дополнительные степени свободы для осуществления некоторого управления картинами перемешивания в реакторе, при одновременном повышении способности отвода теплоты реактора.

Заявителю известен патент США 6,375,921, в котором раскрыта барботажная колонна с перфорированными тарелками, позволяющая работать в противотоке. В этом патенте показано, что можно использовать пластинчатые теплообменники внутри барботажной колонны. В патенте США 6,375,921, однако, нет указаний относительно решения проблемы масштабирования трехфазных шламовых реакторов с непрерывно вертикально простирающимися (идущими) массами шлама.

Заявителю также известна публикация WO 02/096835. В этом документе раскрыт способ преобразования синтез-газа в более высокие углеводороды в массе шлама. Здесь используют перемешивание с высоким сдвигом, так что реактор, в котором осуществляют указанный способ, можно рассматривать как корпусной реактор с непрерывным перемешиванием. В публикации WO 02/096835, однако, нет указаний относительно решения проблемы масштабирования трехфазных шламовых реакторов с непрерывно вертикально простирающимися (идущими) массами шлама, работающими в пробковом режиме течения.

В соответствии с первым аспектом настоящего изобретения предлагается способ обеспечения функционирования трехфазного шламового реактора, причем указанный способ включает в себя следующие операции:

подача на низком уровне по меньшей мере одного газообразного реагента в вертикально расположенную массу шлама твердых частиц, суспендированных в жидкой суспензии, причем масса шлама содержится во множестве вертикально идущих и горизонтально смещенных друг от друга шламовых каналов внутри общей оболочки реактора, при этом шламовые каналы образованы между вертикально идущими и горизонтально смещенными друг от друга разделительными стенками или пластинами, причем каждый шламовый канал имеет такие высоту, ширину и глубину, что высота и глубина намного больше, чем ширина;

создание условий для реакции газообразного реагента, когда он проходит вверх через массу шлама, присутствующую в шламовых каналах, в результате чего образуется негазообразный и/или газообразный продукт;

создание условий для отделения газообразного продукта и/или непрореагировавшего газообразного реагента от массы шлама в головном свободном пространстве над массой шлама;

удаление газообразного продукта и/или непрореагировавшего газообразного реагента из головного свободного пространства;

при необходимости, поддержание массы шлама на желательном уровне за счет удаления шлама или жидкой суспензии, в том числе негазообразного продукта, если он есть, или за счет добавления шлама или жидкой суспензии.

Способ может предусматривать создание условий для прохождения шлама вниз от высокого уровня в массе шлама к более низкому уровню с использованием одной (одного) или нескольких зон стояков или стояков внутри оболочки реактора.

По меньшей мере некоторые из шламовых каналов могут иметь связь по потоку шлама над верхними концами шламовых каналов.

Разделительные стенки или пластины по меньшей мере некоторых из шламовых каналов могут отделять указанные шламовые каналы от смежных пространств для протекания среды теплопередачи. Способ может предусматривать пропускание среды теплопередачи через пространства для протекания среды теплопередачи, для теплообмена косвенным образом с массой шлама, присутствующей в шламовых каналах.

Поверхности теплопередачи реактора, такие как поверхности разделительных стенок или пластин, при необходимости могут быть профилированы или текстурированы для увеличения их площади поверхности теплопередачи или для улучшения коэффициентов теплопередачи, по сравнению с гладкими разделительными стенками или пластинами. Профилирование или текстурирование может быть осуществлено с использованием процессов, известных специалистам в данной области, например с использованием имеющих углубления или ребра разделительных стенок или пластин.

В соответствии со вторым аспектом настоящего изобретения предлагается способ обеспечения функционирования трехфазного шламового реактора, причем указанный способ включает в себя следующие операции:

подача на низком уровне по меньшей мере одного газообразного реагента в вертикально расположенную массу шлама твердых частиц, суспендированных в жидкой суспензии, причем масса шлама содержится во множестве вертикально идущих и горизонтально смещенных друг от друга шламовых каналов внутри общей оболочки реактора, при этом по меньшей мере некоторые из шламовых каналов имеют связь по потоку шлама выше открытых верхних концов шламовых каналов, и по меньшей мере некоторые из шламовых каналов ограничены стенками, разделяющими шламовые каналы от пространства или пространств для протекания среды теплопередачи;

создание условий для реакции газообразного реагента, когда он проходит вверх через массу шлама, присутствующую в шламовых каналах, в результате чего образуется негазообразный и/или газообразный продукт;

пропускание среды теплопередачи через пространство или пространства для протекания среды теплопередачи, для теплообмена косвенным образом с массой шлама, присутствующей в шламовых каналах;

создание условий для прохождения шлама вниз от высокого уровня в массе шлама к более низкому уровню, с использованием одной(одного) или нескольких зон стояков или стояков внутри оболочки реактора;

создание условий для отделения газообразного продукта и/или непрореагировавшего газообразного реагента от массы шлама в головном свободном пространстве над массой шлама;

удаление газообразного продукта и/или непрореагировавшего газообразного реагента из головного свободного пространства;

при необходимости, поддержание массы шлама на желательном уровне за счет удаления шлама или жидкой суспензии, в том числе негазообразного продукта, если он есть, или за счет добавления шлама или жидкой суспензии.

Шламовые каналы преимущественно изолированы друг от друга между их открытыми верхними концами и открытыми нижними концами и преимущественно разделены друг от друга пространствами для протекания среды теплопередачи. Другими словами, способ преимущественно предусматривает предотвращение связи по потоку шлама на всех уровнях между открытыми верхними концами и открытыми нижними концами шламовых каналов, так что шламовые каналы являются дискретными и образуют полностью индивидуализированные реакционные камеры.

Шламовые каналы, которые используют в способе по второму аспекту настоящего изобретения, могут быть образованы вертикально идущими трубами, между трубными листами, с пространством для протекания среды теплопередачи, образованным между трубными листами и окружающими трубами. Трубы типично имеют диаметр по меньшей мере около 10 см.

Вместо этого шламовые каналы могут быть образованы вертикально идущими и имеющими горизонтальное смещение друг от друга разделительными стенками или пластинами, с пространствами для протекания среды теплопередачи, также образованными между вертикально идущими и горизонтально смещенными друг от друга разделительными стенками или пластинами, причем по меньшей мере некоторые из шламовых каналов отделены от смежных пространств для протекания среды теплопередачи общими или совместно используемыми разделительными стенками или пластинами.

Разделительные стенки или пластины могут быть параллельными друг другу, и могут ограничивать шламовые каналы и пространства для протекания среды теплопередачи, с такой высотой, шириной и глубиной, что высота и глубина типично намного больше, чем ширина. Другими словами, каждая разделительная стенка имеет высоту и глубину, которые являются существенными, и относительно малую толщину, причем эта стенка имеет относительно малый промежуток от смежной разделительной стенки, в результате чего образуются вертикально идущие каналы в виде параллелепипеда или пространства, один размер которых намного меньше, чем два других размера.

Поверхности теплопередачи реактора, такие как поверхности разделительных стенок, пластин или труб, при необходимости могут быть профилированы или текстурированы для увеличения их площади поверхности теплопередачи или для улучшения коэффициентов теплопередачи, по сравнению с гладкими разделительными стенками или гладкими цилиндрическими трубами. Профилирование или текстурирование может быть осуществлено с использованием процессов, известных специалистам в данной области, например, с использованием имеющих углубления или ребра стенок, пластин или труб.

Когда шламовые каналы образованы при помощи разделительных стенок, шлам и среда теплопередачи могут присутствовать в шламовых каналах и в пространствах для протекания среды теплопередачи, которые расположены поочередно. Таким образом, каждый шламовый канал может быть фланкирован двумя пространствами для протекания среды теплопередачи или расположен между ними, за исключением радиально внешних шламовых каналов.

Нисходящий поток шлама в зонах стояков или в стояках может быть достаточно высоким, так что главным образом отсутствует нисходящий поток шлама в шламовых каналах.

Можно полагать, что способ может, по меньшей мере в принципе, иметь более широкое применение, несмотря на то, что в нем предусмотрено использование твердых частиц, которые обычно являются частицами катализатора, предназначенными для того, чтобы катализировать реакции газообразного реагента или газообразных реагентов в жидкий продукт и/или в газообразный продукт. Жидкой суспензией обычно, но не всегда обязательно, может быть жидкий продукт, причем жидкую фазу или шлам удаляют из массы шлама, чтобы поддерживать массу шлама на желательном уровне.

Более того, можно также полагать, что, в принципе, способ может иметь более широкое применение, несмотря на то, что он имеет особое применение в синтезе углеводорода, когда газообразные реагенты могут реагировать каталитически экзотермически в массе шлама, чтобы образовывать жидкий углеводородный продукт и, возможно, газообразный углеводородный продукт. В частности, реакцией или синтезом углеводорода может быть синтез Фишера-Тропша, с газообразными реагентами в виде потока синтез-газа, содержащего главным образом оксид углерода и водород, при этом получают как жидкие, так и газообразные углеводородные продукты, причем средой теплопередачи является охлаждающая среда, например котловая питательная вода.

Для синтеза углеводорода шламовые каналы типично имеют высоту по меньшей мере 0.5 м, преимущественно, по меньшей мере 1 м, а еще лучше, по меньшей мере 2 м, но могут иметь высоту даже 4 м или больше. Шламовые каналы типично имеют ширину по меньшей мере 2 см, преимущественно, по меньшей мере 3.8 см, а еще лучше, по меньшей мере 5 см. Ширина шламовых каналов типично не превышает 50 см, преимущественно, не превышает 25 см, а еще лучше, не превышает 15 см. Шламовые каналы типично имеют глубину в диапазоне ориентировочно от 0.2 м до 1 м. Оболочка реактора типично имеет диаметр по меньшей мере 1 м, преимущественно, по меньшей мере 2,5 м, а еще лучше, по меньшей мере 5 м, однако следует иметь в виду, что задачей настоящего изобретения является нейтрализация влияния диаметра реактора на параметры реактора.

Следует иметь в виду, что каждый шламовый канал, вне зависимости от того, образован он между разделительными стенками или образован при помощи трубы, функционирует независимо от оболочки реактора и может быть конфигурирован так. чтобы функционировать в значительной степени независимо от других шламовых каналов. Проектирование и испытание единственного шламового канала или небольшой подгруппы шламовых каналов в масштабе опытной установки легко может быть осуществлено, при этом переход к крупному реактору в масштабе промышленной установки, содержащему множество шламовых каналов, становится достаточно простым и менее рискованным, так как надлежащим образом могут быть исключены зависящие от масштаба эффекты макроперемешивания.

Более того, когда используют стояки или зоны стояков с достаточным нисходящим потоком шлама, так что при этом главным образом отсутствует нисходящий поток шлама в шламовых каналах, образование картин макроперемешивания, отличающихся от тех, которые диктуются заданными зонами нисходящего потока и восходящего потока, в объеме реактора становится практически невозможным.

Способ может предусматривать охлаждение газа из головного свободного пространства, чтобы конденсировать жидкий продукт, например жидкие углеводороды и воду реакции, а также может предусматривать разделение жидкого продукта от газов для создания остаточного газа, и может предусматривать рециркуляцию по меньшей мере части остаточного газа в массу шлама в качестве потока рециркулирующего газа.

Вертикально идущие (вертикально вытянутые), горизонтально расположенные зоны реактора могут быть образованы внутри оболочки реактора, причем каждая горизонтально расположенная зона реактора содержит множество шламовых каналов и, возможно, одно или несколько пространств для протекания среды теплопередачи. Способ может предусматривать предотвращение связи по потоку шлама между смежными вертикально идущими, горизонтально расположенными зонами реактора, на всех уровнях между верхними и нижними открытыми концами шламовых каналов в горизонтально расположенной зоне реактора. Это может быть осуществлено, например, за счет снабжения горизонтально расположенных зон реактора вертикально идущими боковыми стенками или за счет установки разделительных стенок в смежных горизонтально расположенных зонах реактора под перпендикулярными (прямыми) углами, так что торцевая разделительная стенка одной из горизонтально расположенных зон реактора в сущности образует боковую стенку смежной горизонтально расположенной зоны реактора.

Способ может предусматривать содержание (поддержание) массы шлама в вертикально смещенных друг от друга зонах реактора, каждая из которых содержит множество шламовых каналов и, возможно, одно или несколько пространств для протекания среды теплопередачи. Промежуточная шламовая зона может быть образована между вертикально смещенными друг от друга зонами реактора.

Способ может предусматривать подачу по меньшей мере одного газообразного потока в промежуточную зону между двумя вертикально смещенными друг от друга зонами реактора. Газообразным потоком может быть поток рециркулирующего газа. По желанию, газообразный поток может быть подан так, что участок площади поперечного сечения реактора не газирован газообразным потоком.

Одна(один) или несколько зон стояков или стояков могут идти от или выше открытых верхних концов шламовых каналов, или шламовых каналов в верхней вертикально смещенной зоне реактора, к (или ниже) открытым нижним концам шламовых каналов, или шламовых каналов в нижней вертикально смещенной зоне реактора.

Вместо этого, одна(один) или несколько зон стояков или стояков могут идти от или выше открытых верхних концов шламовых каналов в вертикально смещенной зоне реактора, к (или ниже) открытым нижним концам шламовых каналов в указанной вертикально смещенной зоне реактора, а часто в промежуточную зону ниже указанной вертикально смещенной зоны реактора. Более низкая или более высокая вертикально смещенная зона реактора может содержать аналогичную зону стояка или стояк, которые могут быть расположены уступами в виде сверху от зоны стояка или стояка в вертикально смещенной зоне реактора, расположенной выше или ниже, или которые могут быть совмещены с зоной стояка или со стояком в вертикально смещенной зоне реактора, расположенной выше или ниже.

По желанию, зона стояка может содержать пространство или пространства для протекания среды теплопередачи и/или фильтр для разделения твердых частиц от жидкой суспензии.

Разрешение прохождения шлама вниз в зоне стояка или в стояке может предусматривать предотвращение или запрет поступления газообразного реагента или реагентов в зону стояка, например, за счет использования перегородки и/или может предусматривать дегазирование шлама в зоне стояка или в стояке, например, за счет использования дегазатора на верхнем конце зоны стояка или стояка.

Способ может предусматривать разрешение связи по потоку шлама между горизонтально расположенными зонами реактора в одной или нескольких промежуточных зонах, и/или на дне реактора, ниже открытых нижних концов шламовых каналов.

Способ может предусматривать ограничение осевого перемешивания твердых частиц по всей длине реактора. Это может быть осуществлено за счет выбора вертикально смещенных друг от друга зон реакции и стояков, перекрывающих длину одной реакционной зоны.

В соответствии с третьим аспектом настоящего изобретения предлагается трехфазный шламовый реактор, причем указанный реактор содержит:

оболочку реактора, которая содержит множество вертикально идущих и горизонтально смещенных друг от друга шламовых каналов, которые, в рабочем режиме, содержат шлам твердых частиц, суспендированных в жидкой суспензии, причем шламовые каналы образованы между вертикально идущими и горизонтально смещенными друг от друга разделительными стенками или пластинами, при этом каждый шламовый канал имеет такие высоту, ширину и глубину, что высота и глубина намного больше, чем ширина;

газовый впуск в оболочке реактора, предназначенный для введения газообразного реагента или газообразных реагентов в реактор;

газовый выпуск в оболочке, предназначенный для удаления газа из головного свободного пространства в оболочке над шламовыми каналами.

По меньшей мере некоторые из разделительных стенок или пластин могут образовывать пространства или каналы для протекания среды теплопередачи. Каналы для протекания среды теплопередачи также могут иметь такие высоту, ширину и глубину, что высота и глубина намного больше, чем ширина.

Поверхности теплопередачи реактора, такие как поверхности разделительных стенок или пластин, при необходимости могут быть профилированы или текстурированы для увеличения их площади поверхности теплопередачи или для улучшения коэффициентов теплопередачи. Профилирование или текстурирование может быть осуществлено с использованием процессов, известных специалистам в данной области, например, с использованием имеющих углубления или ребра стенок или пластин.

Каналы могут быть выполнены в соответствии с описанным здесь ранее.

Шламовые каналы расположены в шламовой зоне внутри оболочки реактора. Шламовая зона может иметь нормальный уровень шлама выше открытых верхних концов шламовых каналов, так что по меньшей мере некоторые из шламовых каналов могут иметь связь по потоку шлама выше их открытых верхних концов.

Реактор может содержать одну(один) или несколько зон стояков или стояков, через которые в рабочем режиме может проходить шлам от высокого уровня в шламовой зоне до более низкого уровня.

В соответствии с четвертым аспектом настоящего изобретения предлагается трехфазный шламовый реактор, причем указанный реактор содержит:

оболочку реактора, которая содержит множество вертикально идущих (вертикально вытянутых) и горизонтально смещенных друг от друга шламовых каналов, которые, в рабочем режиме, содержат шлам твердых частиц, суспендированных в жидкой суспензии, причем шламовые каналы расположены в шламовой зоне внутри оболочки реактора, которая имеет нормальный уровень шлама выше открытых верхних концов шламовых каналов, так что по меньшей мере некоторые из шламовых каналов имеют связь по потоку шлама выше их открытых концов;

пространство или пространства для протекания среды теплопередачи, образованные при помощи стенок шламовых каналов, разделяющих шламовые каналы от пространства или пространств для протекания среды теплопередачи, так что, в рабочем режиме, будет происходить теплообмен косвенным образом между шламом в шламовых каналах и средой теплопередачи в пространстве или пространствах для протекания среды теплопередачи;

одну(один) или несколько зон стояков или стояков, через которые шлам может проходить от высокого уровня в шламовой зоне к более низкому уровню;

газовый впуск в оболочке реактора, предназначенный для введения газообразного реагента или газообразных реагентов в реактор;

газовый выпуск в оболочке, предназначенный для удаления газа из головного свободного пространства в оболочке над шламовыми каналами;

при необходимости, впуск для жидкости, предназначенный для добавления или удаления шлама или жидкой суспензии в реактор или из реактора.

По меньшей мере некоторые из шламовых каналов могут иметь связь по потоку шлама ниже открытых нижних концов шламовых каналов. Шламовые каналы могут иметь конфигурацию стенок, предотвращающую течение шлама из шламовых каналов или в шламовые каналы кроме как через открытые верхние и нижние концы шламовых каналов. Другими словами, стенки типично предотвращают радиальное или поперечное течение шлама между шламовыми каналами, так что шламовые каналы представляет собой полностью индивидуализированные реакционные камеры.

Шламовые каналы в реакторе в соответствии с четвертым аспектом настоящего изобретения могут быть образованы при помощи вертикально идущих труб, между трубными листами, с пространством для протекания среды теплопередачи, образованным между трубными листами и окружающим трубы. Трубы типично имеют диаметр по меньшей мере около 10 см.

Вместо этого шламовые каналы могут быть образованы при помощи вертикально идущих и горизонтально смещенных друг от друга разделительных стенок или пластин, с пространствами для протекания среды теплопередачи, образованными между вертикально идущими и горизонтально смещенными друг от друга разделительными стенками или пластинами, причем по меньшей мере некоторые шламовые каналы отделены от смежных пространств для протекания среды теплопередачи при помощи общих или совместно используемых разделительных стенок или пластин.

Разделительные стенки или пластины могут быть параллельными друг другу и образуют шламовые каналы и пространства для протекания среды теплопередачи в соответствии с описанным здесь ранее. Типично разделительные стенки или пластины в виде сверху соответствуют хордам кольцевой цилиндрической оболочки реактора.

Когда шламовые каналы образованы при помощи разделительных стенок, шламовые каналы и пространства для протекания среды теплопередачи могут быть расположены поочередно. Таким образом, каждый шламовый канал может быть фланкирован двумя пространствами для протекания среды теплопередачи или расположен между ними, за исключением радиально внешних шламовых каналов.

Поверхности теплопередачи реактора, такие как поверхности разделительных стенок, пластин или труб, при необходимости могут быть профилированы или текстурированы для увеличения их площади поверхности теплопередачи или для улучшения коэффициентов теплопередачи, по сравнению с гладкими разделительными стенками или гладкими цилиндрическими трубами. Профилирование или текстурирование может быть осуществлено с использованием процессов, известных специалистам в данной области, например, с использованием имеющих углубления или ребра стенок, пластин или труб.

Шламовые каналы, при необходимости совместно с одним или несколькими пространствами для протекания среды теплопередачи, могут быть сгруппированы вместе в модулях реактора или в суб-реакторах. Суб-реакторы могут быть горизонтально расположены и распределены в поперечном сечении оболочки реактора. Суб-реактор может иметь вертикально идущие боковые стенки, разделяющие его от смежного и горизонтально смещенного от него суб-реактора. Вертикально идущая боковая стенка может иметь конфигурацию, предотвращающую связь по потоку шлама между смежными горизонтально расположенными суб-реакторами на всех уровнях между верхними и нижними открытыми концами шламовых каналов смежных горизонтально расположенных суб-реакторов.

Каждый из шламовых каналов горизонтально расположенных или горизонтально смещенных друг от друга смежных суб-реакторов может иметь ось глубины, когда шламовые каналы ограничены разделительными стенками или пластинами, причем оси глубины шламовых каналов смежных горизонтально расположенных суб-реакторов являются параллельными. Вместо этого оси глубины смежных горизонтально расположенных суб-реакторов могут быть перпендикулярными друг другу. В таком варианте торцевая разделительная стенка суб-реактора может образовывать боковую стенку, отделяющую суб-реактор от горизонтально расположенного смежного суб-реактора.

Реактор может содержать модули реактора или суб-реакторы, которые вертикально смещены друг от друга, с открытыми верхними концами шламовых каналов нижних суб-реакторов или суб-реакторов, расположенных ниже открытых нижних концов шламовых каналов верхнего суб-реактора или верхних суб-реакторов.

Реактор может содержать промежуточную зону между верхним (верхними) суб-реактором (суб-реакторами) и нижним (нижними) (суб-реакторами). Промежуточная зона может иметь связь по потоку со шламовыми каналами верхнего суб-реактора или верхних суб-реакторов, и со шламовыми каналами нижнего суб-реактора или нижних суб-реакторов. Другими словами, может быть разрешено поперечное или горизонтальное течение или перемешивание шлама в промежуточной зоне, так как промежуточная зона не имеет барьеров, которые могли бы препятствовать поперечному потоку между открытыми концами шламовых каналов, открытых в промежуточную зону.

Реактор может содержать газовый впуск в промежуточной зоне между верхними и нижними суб-реакторами. Газовым впуском может быть рециркуляционный газовый впуск. Газовый впуск может иметь конфигурацию, позволяющую вводить газ только в участок площади поперечного сечения оболочки реактора. Другими словами, газовый впуск в рабочем режиме позволяет вводить газ только в избранную область поперечного сечения реактора, например, только в некоторые суб-реакторы или некоторые из шламовых каналах.

Одна(один) или несколько зон стояков или стояков могут идти от или выше открытых верхних концов шламовых каналов, или шламовых каналов верхнего суб-реактора, к (или ниже) открытым нижним концам шламовых каналов, или шламовых каналов нижнего суб-реактора.

Вместо этого, одна(один) или несколько зон стояков или стояков могут идти от или выше открытых верхних концов шламовых каналов в одном суб-реакторе, к (или ниже) открытым нижним концам шламовых каналов указанного суб-реактора, а часто в промежуточную зону ниже указанного суб-реактора. Зоны стояков или стояки вертикально смещенных друг от друга суб-реакторов могут быть разнесены в виде сверху или могут быть совмещены.

Стояк или зона стояка могут быть заданы шламовыми каналами, приспособленными для работы в качестве стояка или зоны стояка. Такой приспособленный шламовый канал может быть объединен с устройством исключения газирования, или может иметь устройство исключения газирования, например перегородку, или может быть объединен с дегазатором, или может иметь дегазатор на своем верхнем конце.

Зона стояка или стояк могут содержать пространство или пространства для протекания среды теплопередачи и/или может содержать фильтр для разделения твердых частиц от жидкой суспензии.

Пространства для протекания среды теплопередачи, когда они образуют каналы, имеют закрытые концы, и снабжены устройствами для впуска и выпуска среды теплопередачи. Устройства для впуска и выпуска среды теплопередачи могут быть открыты в каналы через их закрытые концы, то есть по оси или вертикально, или же каналы или пространства для протекания среды теплопередачи могут иметь связь по потоку поперечно или горизонтально, подобно пластинчатому теплообменнику, в котором каждое второе пространство имеет связь по потоку, оставаясь герметичным по отношению к промежуточным (переходным) пространствам.

Указанные ранее и другие характеристики изобретения будут более ясны из последующего детального описания, данного в качестве примера, не имеющего ограничительного характера и приведенного со ссылкой на сопроводительные чертежи.

На фиг.1 схематично показано сечение одного из вариантов трехфазного шламового реактора в соответствии с настоящим изобретением.

На фиг.2 схематично показано сечение другого варианта трехфазного шламового реактора в соответствии с настоящим изобретением.

На фиг.3 схематично показано трехмерное изображение некоторых модулей реактора или суб-реакторов и стояков или зон стояков трехфазного шламового реактора в соответствии с настоящим изобретением.

На фиг.4 схематично показан вид сверху модулей реактора и стояков, показанных на фиг.3.

На фиг.5 схематично показано трехмерное изображение некоторых верхних и нижних модулей или реакторов и стояков трехфазного шламового реактора в соответствии с настоящим изобретением.

На фиг.6-9 схематично показаны сечения различных вариантов трехфазных шламовых реакторов в соответствии с настоящим изобретением, со стояками или без стояков.

На фиг.10-12 схематично показаны сечения различных вариантов трехфазных шламовых реакторов в соответствии с настоящим изобретением, с каскадом введения газа и с различными построениями стояков.

На фиг.13-16 схематично показаны виды сверху различных построений разделительных стенок трехфазных шламовых реакторов в соответствии с настоящим изобретением.

На фиг.17-20 схематично показаны сечения различных вариантов трехфазных шламовых реакторов в соответствии с настоящим изобретением, где можно видеть различные построения стояков.

На фиг.21-28 схематично показаны сечения различных вариантов трехфазных шламовых реакторов в соответствии с настоящим изобретением, где можно видеть различные построения горизонтально расположенных модулей реактора или суб-реакторов и зон стояков.

Обратимся теперь к рассмотрению фиг.1, на которой позицией 10 обозначен в общем виде один из вариантов трехфазного шламового реактора в соответствии с настоящим изобретением. Реактор 10 содержит оболочку 12 реактора, в которой размещено множество вертикально идущих и горизонтально смещенных друг от друга параллельных разделительных стенок или пластин 14. Пластины 14 разграничивают множество шламовых каналов 16.

Оболочка 12 является кольцевой цилиндрической оболочкой и пластины 14 соответствуют хордам оболочки 12, в виде сверху. Каждый шламовый канал 16 имеет относительно малую ширину, то есть промежуток между пластинами 14, по сравнению с его высотой и его глубиной, причем его глубина идет вдоль оси, перпендикулярной к плоскости чертежа.

Хотя это и не показано на чертежах, по меньшей мере некоторые из разделительных стенок или пластин 14 могут быть профилированы или текстурированы для увеличения их площади поверхности теплопередачи или для улучшения коэффициентов теплопередачи, по сравнению с гладкими цилиндрическими трубами или гладкими боковыми стенками. Профилирование или текстурирование может быть осуществлено с использованием процессов, известных специалистам в данной области, например, с использованием имеющих углубления или ребра стенок или пластин.

Реактор 10 также содержит газовый впуск 18, ведущий в барботер 20, расположенный ниже шламовых каналов 16. Предусмотрен также газовый выпуск 22, который имеет связь по потоку с головным свободным пространством 24 над шламовыми каналами 16. Выпуск для жидкости отходит от дна реактора 10, ниже шламовых каналов 16, но он также может быть расположен в любом другом удобном месте.

Реактор 10 имеет зону шлама, идущую от дна реактора 10 до нормального уровня шлама, обозначенного позициями 28 и 30. Как это показано на фиг.1, нормальный уровень 28 шлама может быть ниже открытых верхних концов шламовых каналов 16 или же нормальный уровень 30 шлама может быть выше открытых верхних концов шламовых каналов 16, так что в рабочем режиме пластины 14 полностью погружены в шлам.

В шламовом реакторе, таком как реактор 10, ограничено или главным образом исключено взаимодействие между шламовыми каналами 16, в том месте, где они открыты к дну реактора 10. Реакционные пространства, образованные шламовыми каналами 16, являются главным образом двумерными, и, если шламовые каналы работают по существу независимо друг от друга, зависимость от диаметра оболочки реактора 12 в значительной степени или полностью исчезает. Это облегчает масштабирование, так как представительный блок, содержащий один или всего несколько шламовых каналов, может быть изучен отдельно и независимо от реактора крупной промышленной установки.

Когда пластины 14 полностью погружены в массу шлама, то есть когда нормальный уровень шлама представляет собой уровень 28, реактор 10 по существу работает как набор параллельных, вертикально идущих двумерных трехфазных шламовых колонн. При этом с успехом может быть использовано различие между этими двумерными колоннами и обычными трехмерными колоннами, связанное с перемешиванием, задержкой газа, теплопередачей и массопередачей.

Для полностью погруженных пластин 14, когда нормальный уровень шлама представляет собой уровень 30, возникает еще больше благоприятных возможностей. Могут быть установлены режимы цирку