專利名稱：一種連續(xù)催化重整、脫氫反應(yīng)器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種適用于氣固相催化重整、石蠟催化脫氫、取代芳烴的催化脫氫反應(yīng)的反應(yīng)器。
中國專利CN85103262A和美國專利US4,567,023公開了UOP的第二、三代連續(xù)重整技術(shù)，反應(yīng)物料流的入口和出口端均在反應(yīng)器的上端，反應(yīng)物料從外環(huán)形空間徑向由外向內(nèi)流動穿過環(huán)形催化劑床，呈向心式流動，進入中心管空間，然后從反應(yīng)器連接中心管的頂部開孔流出，形成上進上出的Π型流動方式。分析上述幾種工藝，它們采用的反應(yīng)物料的流動方式都是向心式流動，對徑向反應(yīng)器，一般外環(huán)的直徑是中心管直徑的一倍左右，所以由外向內(nèi)的向心流動，反應(yīng)物料的徑向流速也將增加一倍左右；另外，根據(jù)反應(yīng)特點，催化重整過程同時生成氫氣，整個反應(yīng)屬體積增加的過程，也就是說，反應(yīng)物料在徑向流經(jīng)催化床層時，體積不斷增加，在整個催化重整過程中反應(yīng)物流的總體積增加將近2.5倍。眾所周知，在上述反應(yīng)器中，反應(yīng)物料的流動與顆粒移動的方向垂直，反應(yīng)物料流動對床層中的顆粒產(chǎn)生一個指向集氣管壁面方向的力，因此增大了床中催化劑和壁面處的摩擦阻力，阻滯了顆粒沿壁面的向下移動。如果反應(yīng)物料徑向速度足夠大，產(chǎn)生的摩擦阻力將足以支持整個床層的重量，使顆粒停止向下移動，或至少在臨近中心集氣管分布板附近使顆粒軸向向下移動停止、此時床層被稱作由于反應(yīng)物料流動而產(chǎn)生“貼壁”。這樣，催化劑將被固定在床層中形成死區(qū)而引起結(jié)焦失活，死區(qū)內(nèi)的催化劑在失活后不能及時移出床層去再生，造成反應(yīng)轉(zhuǎn)化率下降。當(dāng)反應(yīng)物料徑向速度繼續(xù)增加，在分氣管壁面與顆粒層之間還會形成“空腔”，隨著氣流量的增大，空腔的厚度逐漸擴大，使顆粒停止下移。由于空腔的形成，使氣流沿軸向的分配變得不均勻，直至形成短路，使反應(yīng)器不能連續(xù)操作。由此可知，為避免“貼壁”現(xiàn)象的出現(xiàn)，降低指向集氣管的徑向流速是十分重要的，為此，移動床反應(yīng)器往往設(shè)計成薄床層徑向反應(yīng)器，催化床層內(nèi)、外壁的直徑差別不過分大，以盡可能減少徑向流速的變化，同時采取了比較苛刻的流體均布措施。上述兩種工藝都通過減少中心管的開孔率、增加壓降以控制反應(yīng)物流在反應(yīng)器內(nèi)的軸向均布。
美國專利US3,882,015公開的方法與美國專利US3,706,536公開的技術(shù)不同，反應(yīng)物料流從反應(yīng)器中心管底部進入中心管，并通過環(huán)形催化劑床徑向流入環(huán)形空間，然后由反應(yīng)器上部與環(huán)形空間相聯(lián)接的出口流出，形成下進上出的離心式Z型流動方式。該技術(shù)反應(yīng)物料的流動方向與催化劑顆粒的流動方向相反，不利于催化劑的下行移動。
而現(xiàn)有改進的方法中，美國專利US5,130,106為防止“貼壁”和“空腔”現(xiàn)象的發(fā)生，催化劑床層頂部采用完全的密封板，密封板上設(shè)置錐形催化劑導(dǎo)流管以減少催化劑床層上部的空閑空間。這種設(shè)計的主要缺點是沒有解決上述“空腔”和“貼壁”現(xiàn)象的發(fā)生的根本問題，而反應(yīng)器結(jié)構(gòu)復(fù)雜，安裝制造困難。中國專利CN1258558A中反應(yīng)物料入口開于反應(yīng)器殼體的側(cè)面，反應(yīng)物入口的豎向高度位于催化反應(yīng)區(qū)軸向高度的中部，反應(yīng)物由外向內(nèi)徑向流過催化床層，然后進入中心集氣管，再由從反應(yīng)器的底部流出，這樣很難保持反應(yīng)物流沿軸向的均勻分布，也易產(chǎn)生“貼壁”現(xiàn)象。中國專利CN1127159A中通過在催化劑床層中設(shè)置中間壁的方法分割催化床層，以圖降低催化劑貼壁發(fā)生的可能性，但該方法沒有解決催化劑貼壁的根本問題，反而導(dǎo)致反應(yīng)器結(jié)構(gòu)復(fù)雜。
綜上專利所述，各類徑向移動床反應(yīng)器大多數(shù)采用了反應(yīng)物料由外向內(nèi)的沿半徑方向向心流動方式，徑向氣體呈現(xiàn)出加速趨勢，又加之重整反應(yīng)是增體積的過程，因此，為避開“貼壁”，給移動床徑向反應(yīng)器的設(shè)計帶來了很大的限制和困難。同時，現(xiàn)有專利技術(shù)由外向內(nèi)的向心流動，由于進口物料在外分流流道的熱損失，不可避免地將引起催化床床層的軸向溫度差。
本發(fā)明通過提供一種離心式連續(xù)催化重整、脫氫反應(yīng)器，以此解決上述技術(shù)問題，同時克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺陷。
本發(fā)明的構(gòu)思是這樣的(1)反應(yīng)物料的流動采用反應(yīng)物料經(jīng)反應(yīng)器中心管分流，沿軸向均勻分布徑向進入環(huán)形催化劑床，在環(huán)形催化劑床和反應(yīng)器器壁間的空間集流流出，呈離心流動，使體積增大的反應(yīng)物料的流速沿徑向逐漸降低，避免催化劑“貼壁”現(xiàn)象發(fā)生的可能。
(2)反應(yīng)物料由內(nèi)向外作徑向離心流動，進口反應(yīng)物料在中心分流流道流動中無熱損失，保證了反應(yīng)器內(nèi)軸向溫度的均勻。
(3)采用了Π型流動方式，反應(yīng)物料進口和出口均位于反應(yīng)器的上端，使反應(yīng)物料在分流流道和集流流道內(nèi)作逆向的相對流動，優(yōu)化了分流和集流流道的流道設(shè)計，可完全消除其兩流道間靜壓差的差別，由此，在實施較低控制壓降的同時，可充分保證反應(yīng)物料沿軸向的均勻分布。根據(jù)上述構(gòu)思，本發(fā)明提出如下所述的技術(shù)方案本發(fā)明所說的連續(xù)連續(xù)催化重整、脫氫反應(yīng)器包括一圓筒形容器和該容器內(nèi)催化床，在該圓筒形容器的器壁上設(shè)有反應(yīng)物料進口、反應(yīng)產(chǎn)物出口、催化劑加料管和催化劑卸料管，其特征在于所述的反應(yīng)物料進口和反應(yīng)產(chǎn)物出口置于圓筒形容器的頂部。
在圓筒形容器內(nèi)包括與圓筒形容器同軸設(shè)置的，由內(nèi)向外依此排列等高的上部側(cè)壁不開孔、下部為多孔壁的內(nèi)筒和開孔高度與內(nèi)筒相同的側(cè)壁為多孔結(jié)構(gòu)的外筒，所說的側(cè)壁為多孔結(jié)構(gòu)的外筒為多孔壁外筒或由多個扇形、中空元件沿圓形容器內(nèi)近壁處作相鄰圓周排列所構(gòu)成的外筒，其中靠催化劑一側(cè)開設(shè)分布孔，而靠圓筒形容器一側(cè)不開孔，所述內(nèi)筒與置于圓筒形容器頂部反應(yīng)物料進口相連通，構(gòu)成反應(yīng)物料分流流道，內(nèi)筒與外筒之間形成催化床，多孔壁外筒與圓筒形容器側(cè)壁之間或扇形的多孔中空元件構(gòu)成反應(yīng)產(chǎn)物集流流道，反應(yīng)產(chǎn)物集流流道與置于圓筒形容器頂部的反應(yīng)產(chǎn)物出口相連通。
圖2為

圖1中反應(yīng)器橫截面結(jié)構(gòu)示意圖13-扇形多孔中空元件圖3雙層緊貼多孔板結(jié)構(gòu)示意圖其中14-分布孔；15-多孔厚板；16-多孔薄板。
圖4雙層架空多孔板結(jié)構(gòu)示意圖其中14-分布孔；15-多孔厚板；16-多孔薄板；17-支撐條。
圖5格柵結(jié)構(gòu)示意圖其中18-柵條。
圖6為圖5中A-A向示意7一種扇形多孔中空元件橫截面示意圖。
13-扇形多孔中空元件；19-分布孔。
圖8另一種扇形多孔中空元件橫截面示意圖。
13-扇形多孔中空元件；19-分布孔圖9反應(yīng)器重疊組合示意10反應(yīng)器并列組合示意11反應(yīng)器重疊與并列組合示意12反應(yīng)器并列與重疊組合示意圖下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步的說明，所繪附圖只是幫助理解本發(fā)明，其并不限制本發(fā)明的保護范圍由圖1和圖2可見，本發(fā)明所說的本發(fā)明所述連續(xù)催化重整、脫氫反應(yīng)器包括一圓筒形容器8和容器8內(nèi)催化床5，在該圓筒形容器8的器壁上設(shè)有反應(yīng)物料進口1、反應(yīng)產(chǎn)物出口12、催化劑加料管2和催化劑卸料管9，所述的反應(yīng)物料進口1及所述的反應(yīng)產(chǎn)物出口12置于圓筒形容器8的頂部；在圓筒形容器8內(nèi)包括與圓筒形容器8同軸設(shè)置的，由內(nèi)向外依此排列等高的上部側(cè)壁不開孔、下部為多孔壁的內(nèi)筒6和開孔高度與內(nèi)筒6相同的側(cè)壁為多孔結(jié)構(gòu)的外筒，所說的側(cè)壁為多孔結(jié)構(gòu)的外筒為多孔壁外筒7或由多個扇形、中空元件13沿圓形容器8內(nèi)近壁處作相鄰圓周排列所構(gòu)成的外筒，其中靠催化劑一側(cè)開設(shè)分布孔19，而靠圓筒形容器8一側(cè)不開孔；所述內(nèi)筒6與置于圓筒形容器8頂部反應(yīng)物料進口1相連通，構(gòu)成反應(yīng)物料分流流道3，內(nèi)筒6與外筒之間形成催化床5，多孔壁外筒與圓筒形容器8側(cè)壁之間形成反應(yīng)產(chǎn)物集流流道4，或由扇形的多孔中空元件13本身構(gòu)成反應(yīng)產(chǎn)物集流流道4，反應(yīng)產(chǎn)物集流流道4與置于圓筒形容器8頂部的反應(yīng)產(chǎn)物出口12相連通，反應(yīng)產(chǎn)物料集流流道4的橫截面積與反應(yīng)物料分流流道3的橫截面積之比值以1～3為宜；
所說的內(nèi)筒6上部側(cè)壁設(shè)有一段不開孔的催化劑封區(qū)11，催化劑封區(qū)11以下即為徑向床層區(qū)10，催化劑封區(qū)11和徑向催化床10組成催化床5，催化床5與分別置于圓筒形容器8上部和下部的催化劑加料管2和催化劑卸料管9相連通；所述內(nèi)筒6與側(cè)壁為多孔結(jié)構(gòu)的外筒的高度H是相等的，其開孔區(qū)域的高度一致，內(nèi)筒6和側(cè)壁為多孔結(jié)構(gòu)的外筒開孔區(qū)域的高度均為Hi，催化劑封區(qū)11的高度ΔHi為徑向催化床10徑向厚度的0.2～3倍為宜，在催化床5上方是完全密封的，有利于反應(yīng)物料的徑向流動。
內(nèi)筒6可采用多種結(jié)構(gòu)的多孔板，優(yōu)選如圖3或圖4所示的多孔板，圖3所示是雙層緊貼多孔板，其由多孔厚板15和多孔薄板16組成，圖4所示為雙層架空多孔板，多孔厚板15和多孔薄板16中間用橫向和縱向支撐條17架空，多孔薄板16緊貼催化劑的一側(cè)，圖3和圖4中厚板和薄板上的分布孔14的孔徑小于催化劑顆粒的尺寸，其形狀可為圓孔、條形孔，或采用絲網(wǎng)、多孔薄板的開孔率為30～50％，多孔厚板的開孔率為1％～15％。所述的內(nèi)筒6還可采用多孔厚板15和格柵組成的雙層緊貼結(jié)構(gòu)，多孔厚板15的開孔率為10％～15％，格柵的空隙率為40～60％。由于本發(fā)明實施了反應(yīng)物料在分流流道3與集流流道4內(nèi)逆向的相對流動的結(jié)構(gòu)，作為反應(yīng)物料分布器的內(nèi)多孔壁筒6可保持相當(dāng)大的開孔率，使反應(yīng)物料分布器的控制壓降僅為催化床層壓降的10-40％或更低，在實現(xiàn)較低控制壓降的同時，保證了反應(yīng)物料沿軸向的均勻分布。
多孔壁外筒7同樣可采用多種結(jié)構(gòu)的多孔板，優(yōu)選圖3所示的雙層緊貼多孔板，其由多孔厚板15和多孔薄板16組成，或圖4所示的雙層架空多孔板，其多孔厚板15和多孔薄板16中間用橫向和縱向支撐條17架空，多孔薄板16緊貼催化劑的一側(cè)，圖3和圖4中厚板和薄板上所開的分布孔14的孔徑小于催化劑顆粒的尺寸，其形狀為圓孔、條形孔或采用絲網(wǎng)，薄板的開孔率為30～50％，厚板開孔率為20～40％。此外，所述的多孔壁外筒7也采用如圖5所示的格柵結(jié)構(gòu)，格柵的柵條18之間的間隙小于催化劑顆粒的尺寸，圖6為圖5中A-A向示意圖，格柵的孔隙率為40～60％；圖7和圖8分別為兩種不同形狀的多孔中空元件13的橫截面示意圖，多孔中空元件13為長條形，與催化床層5的高度相同，緊貼催化劑的一側(cè)開設(shè)外分布孔19，其開孔率為30～50％，孔形為圓孔或條形孔，而貼近壓力容器8的一側(cè)是不開孔的。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下優(yōu)點1.Π型結(jié)構(gòu)消除了分流流道和集流流道兩流道間的靜壓差別，可顯著的減少控制壓降，內(nèi)多孔壁反應(yīng)物料分布器的控制壓降約為催化床壓降的10～40％，在實現(xiàn)較低控制壓降的同時，保證了反應(yīng)物料沿軸向均勻分布；2.由內(nèi)向外的離心式流動，顯著的降低了反應(yīng)物料流向集氣管的徑向速度，優(yōu)化了催化劑區(qū)內(nèi)的流線分布，有效調(diào)節(jié)催化劑移動，避免了催化劑“貼壁”發(fā)生，減少積炭，有利于催化劑效率的提高；3.反應(yīng)物料由內(nèi)向外離心流動，由于在中心分流流道無熱損失，保證了反應(yīng)器內(nèi)軸向溫度均勻；4.采用最佳的流體分布技術(shù)，優(yōu)化內(nèi)外流道的設(shè)計，顯著降低了分布器的控制壓降，可實現(xiàn)薄催化劑床層的移動床徑向反應(yīng)器的設(shè)計。
此外，為滿足不同催化重整工藝的需要，可將多個本發(fā)明所述的反應(yīng)器進行組合使用。圖9～圖12給出幾種不同組合方式的示意圖。其中圖9為將4個本發(fā)明所述的反應(yīng)器重疊組合的示意；圖10為4個本發(fā)明所述的反應(yīng)器并列組合的示意圖；圖11為1個本發(fā)明所述的反應(yīng)器與3個重疊組合的本發(fā)明所述的反應(yīng)器并列組合的示意圖；圖12為2組2個重疊組合的本發(fā)明所述的反應(yīng)器并列組合的示意圖。
權(quán)利要求
1.一種連續(xù)催化重整、脫氫反應(yīng)器，包括一圓筒形容器(8)和容器內(nèi)催化床(5)，在該圓筒形容器(8)的器壁上設(shè)有反應(yīng)物料進口(1)、反應(yīng)產(chǎn)物出口(12)、催化劑加料管(2)和催化劑卸料管(9)，其特征在于所述的反應(yīng)物料進口(1)和反應(yīng)產(chǎn)物出口(12)置于圓筒形容器(8)的頂部，在圓筒形容器(8)內(nèi)包括與圓筒形容器(8)同軸設(shè)置的，由內(nèi)向外依此排列等高的上部側(cè)壁不開孔、下部為多孔壁的內(nèi)筒(6)和開孔高度與內(nèi)筒(6)相同的側(cè)壁為多孔結(jié)構(gòu)的外筒，所說的側(cè)壁為多孔結(jié)構(gòu)的外筒為多孔壁外筒(7)或由多個扇形、中空元件(13)沿圓形容器(8)內(nèi)近壁處作相鄰圓周排列所構(gòu)成的外筒，其靠催化劑一側(cè)開設(shè)分布孔(19)，而靠圓筒形容器(8)一側(cè)不開孔；所述內(nèi)筒(6)與置于圓筒形容器(8)頂部反應(yīng)物料進口相(1)連通，構(gòu)成反應(yīng)物料分流流道(3)，內(nèi)筒(6)與外筒之間形成催化床(5)，多孔壁外筒(7)與圓筒形容器(8)側(cè)壁之間形成或由扇形的多孔中空元件(13)本身構(gòu)成反應(yīng)產(chǎn)物集流流道(4)，應(yīng)產(chǎn)物集流流道(4)與置于圓筒形容器(8)頂部的反應(yīng)產(chǎn)物出口(12)相連通；其中催化床(5)包括由內(nèi)筒(6)上部側(cè)壁不開孔段ΔHi與同樣高度側(cè)壁不開孔的外筒構(gòu)成的催化劑封區(qū)(11)，內(nèi)筒(6)下部側(cè)壁開孔段Hi與側(cè)壁為多孔結(jié)構(gòu)的外筒之間形成徑向催化床區(qū)(10)，催化床(5)與分別置于圓筒形容器(8)上部和下部的催化劑加料管(2)和催化劑卸料管(9)相連通。
2.如權(quán)利要求1所述的反應(yīng)器，其特征在于，所說的側(cè)壁為多孔結(jié)構(gòu)的外筒為多孔壁外筒(7)。
3.如權(quán)利要求2所述的反應(yīng)器，其特征在于，多孔壁外筒(7)由多孔厚板(15)緊貼多孔薄板(16)，或由多孔厚板(15)和多孔薄板(16)之間用支撐條(17)架空的結(jié)構(gòu)，其中多孔薄板(16)的開孔率為30～50％，多孔厚板(15)開孔率為20～40％。
4.如權(quán)利要求2所述的反應(yīng)器，其特征在于，多孔壁外筒(7)為格柵結(jié)構(gòu)，格柵的孔隙率為40～60％。
5.如權(quán)利要求1所述的反應(yīng)器，其特征在于，所說的側(cè)壁為多孔結(jié)構(gòu)的外筒為由多個扇形、中空元件(13)沿圓形容器(8)內(nèi)近壁處作相鄰圓周排列所構(gòu)成的外筒，其中靠催化劑一側(cè)開設(shè)分布孔(19)，開孔率為30％-50％，而靠圓筒形容器(8)一側(cè)不開孔。
6.如權(quán)利要求1所述的反應(yīng)器，其特征在于，內(nèi)筒(6)的多孔壁結(jié)構(gòu)為由多孔厚板(15)緊貼多孔薄板(16)，或由多孔厚板(15)和多孔薄板(16)中間用支撐條(17)架空，或由多孔厚板(15)和格柵組成的雙層緊貼結(jié)構(gòu)，其中多孔厚板(15)開孔率為1％～15％，多孔薄板(16)開孔率為30～50％，格柵的空隙率為40～60％。
7.如權(quán)利要求2-6所述的任一一種反應(yīng)器，其特征在于，內(nèi)筒(6)和外筒上部側(cè)壁不開孔段ΔHi為徑向催化床(10)徑向厚度的0.2-3倍，在催化床(5)上方完全密封。
8.如權(quán)利要求7所述的反應(yīng)器，其特征在于，反應(yīng)產(chǎn)物料集流流道(4)的橫截面積與反應(yīng)物料分流流道(3)的橫截面積之比值為1～3。
9.一種催化移動床徑向反應(yīng)器，其特征在于，將至少兩個如權(quán)利要求1所述的反應(yīng)器并列組合。
10.一種催化移動床徑向反應(yīng)器，其特征在于，將至少兩個如權(quán)利要求1所述的反應(yīng)器并列組合。
11.一種催化移動床徑向反應(yīng)器，其特征在于，將至少三個如權(quán)利要求1所述的反應(yīng)器并列和重疊組合。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種適用于連續(xù)催化重整的反應(yīng)方法及反應(yīng)裝置，該方法采用了一帶有催化床的圓形壓力容器為反應(yīng)裝置，氣體進口和出口位于反應(yīng)裝置的同一端，催化床由外多孔壁和圓形內(nèi)多孔壁筒構(gòu)成，其中填裝催化劑，催化劑借助重力由上往下作連續(xù)流動，同時反應(yīng)物料在分流流道由上至下、在集流流道由下至上、在反應(yīng)裝置內(nèi)由內(nèi)向外作∏型徑向離心流動。該反應(yīng)裝置壓降低、軸向床層溫度均勻，無催化劑“貼壁”現(xiàn)象。該反應(yīng)方法和裝置同樣適用于石蠟催化脫氫、烷基芳烴的催化脫氫等其它中低壓和常壓的氣固相催化反應(yīng)。
文檔編號C10G69/00GK1454972SQ0311694
公開日2003年11月12日 申請日期2003年5月16日 優(yōu)先權(quán)日2003年5月16日
發(fā)明者朱子彬, 朱學(xué)棟, 李瑞江, 俞豐, 吳勇強, 徐志剛, 張成芳 申請人:華東理工大學(xué)