專利名稱：一種催化重整和催化脫氫固定床徑向反應(yīng)器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于烴類加工技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種適用于中、低壓或負壓的固定床氣固相催化反應(yīng)裝置，特別涉及一種適用于催化重整和催化脫氫的固定床徑向反應(yīng)裝置。
背景技術(shù)：
對于催化重整和催化脫氫，其反應(yīng)介質(zhì)中含有大量的氫氣，其氫烴摩爾比高達6-10倍或更高，大量的氣體循環(huán)使得減少反應(yīng)器的壓降成為提高催化劑利用率和節(jié)能的關(guān)鍵所在?，F(xiàn)有的催化重整和催化脫氫的反應(yīng)方法中，為提高催化劑利用率，通常采用小粒度的催化劑；為減少反應(yīng)器的壓降，降低循環(huán)壓縮機的功耗，通常采用徑向反應(yīng)器。而現(xiàn)有的徑向反應(yīng)器技術(shù)，美國專利US2,683,654，US4,244,922和US5,202,097介紹了如下結(jié)構(gòu)反應(yīng)器反應(yīng)器包括一圓筒形容器和容器內(nèi)環(huán)形催化劑床，在該圓筒形容器的頂部封頭上設(shè)有反應(yīng)氣體進口，在下部封頭上設(shè)有反應(yīng)氣體出口；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)向外依次排列的多孔壁的內(nèi)筒和多孔壁外筒(或扇形筒)，多孔壁內(nèi)筒與多孔壁外筒之間形成環(huán)形催化劑床層；圓筒形容器側(cè)壁與多孔壁外筒之間與上部反應(yīng)氣體的進口相通，構(gòu)成反應(yīng)氣體的分流流道；內(nèi)筒與置于圓筒形容器底部反應(yīng)氣體出口相連通，構(gòu)成反應(yīng)氣體集流流道。反應(yīng)氣體是這樣流動的，反應(yīng)氣體從反應(yīng)氣體進口進入反應(yīng)器的上部空間，向下進入多孔外筒構(gòu)成的分流流道，徑向從反應(yīng)器的外壁經(jīng)過環(huán)形的催化劑床層，進入由中心內(nèi)筒構(gòu)成的集流流道，然后向下由反應(yīng)氣體的出口流出，形成上進下出的向心式Z型流動方式。
考察上述反應(yīng)器結(jié)構(gòu)和反應(yīng)氣體的流動方式，存在如下問題1.反應(yīng)氣體在分流流道和集流流道呈同向流動，由此不利于流體沿軸向的均勻分布。為實現(xiàn)流體的均勻分布，不得不采用控制壓降很大的氣體分布器，如英國專利GB1118750和中國專利CN7102931中通過多孔筒造成1倍或數(shù)倍于催化床層壓降的壓降?；虿捎萌缑绹鴮＠鸘S5,885,444和中國專利CN961143630的錐形導(dǎo)流體或錐形流道的結(jié)構(gòu)。
2.美國專利US3,099,208認為在催化劑封中局部存在死區(qū)，為了避免結(jié)焦，提高該處催化劑的利用率，提出催化劑封處用錐體結(jié)構(gòu)，但這樣致使催化劑封高度的增加和反應(yīng)器內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜化。
3.反應(yīng)器采用向心流動，反應(yīng)氣體在圓筒形容器側(cè)壁與多孔壁外筒之間的分流流道向下流動，由于熱量損失，會導(dǎo)致床層軸向溫度的差異，對吸熱反應(yīng)尤為不利。
4.由外向內(nèi)的向心式流動，不適應(yīng)沿反應(yīng)過程分子量增長的增體積反應(yīng)催化重整和催化脫氫的要求，因而美國專利US5,885,442采用反應(yīng)氣體的離心式流動方式，有利于獲得更高的辛烷值汽油和提高操作負荷，但沒有解決因Z型流動方式分布器控制壓降大的缺陷。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明需要解決的技術(shù)問題是(1)提供一種催化劑利用率高的催化重整和催化脫氫的反應(yīng)方法，保證反應(yīng)氣體沿軸向均勻分布；(2)保證反應(yīng)氣體沿軸向均勻分布的條件下，提高內(nèi)多孔筒的開孔率，進一步降低反應(yīng)器的壓降；(3)避免了反應(yīng)氣體在中心分流流道中的熱損失，使催化床層的軸向溫度更為均勻。
(4)催化劑封內(nèi)軸徑向流動，提高催化劑封的利用率。
本發(fā)明通過提供一種離心式徑向催化重整和催化脫氫反應(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.氣體進口和出口位于反應(yīng)器的同一端，使氣體在分流流道和集流流道內(nèi)作逆向的相對流動，形成上進上出或下進下出的П型流動方式，由于兩流道間靜壓差的差別沿軸向很小，從而十分有利于氣體的均勻分布；2.優(yōu)化了分流流道和集流流道的流道截面積，由此可使用具有較大開孔率的內(nèi)多孔筒壁作為氣體分布器，進一步降低了徑向反應(yīng)器的壓降。
3.分流流道采用變開孔率或變直徑技術(shù)，克服了催化劑的長期運轉(zhuǎn)造成的床層空隙率沿軸向的變化缺陷，使流體沿反應(yīng)器軸向分布更加均勻。
4.氣體由內(nèi)向外作離心式流動，避免了由外向內(nèi)作向心式流動所造成高溫氣體位于殼體向外的熱損失，有利于反應(yīng)器內(nèi)軸向溫度的均勻；5.氣體由內(nèi)向外作離心式流動，與增體積的重整或脫氫反應(yīng)的特點相吻合，十分有利于反應(yīng)的進行。
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)明所述的離心式固定床徑向催化重整、催化脫氫反應(yīng)裝置是由帶有環(huán)形催化床的圓形壓力容器構(gòu)成，其中包括在該圓筒形容器的器壁上設(shè)有反應(yīng)氣體進口、反應(yīng)氣體出口和催化劑卸料管，其特征在于所述的反應(yīng)氣體進口和反應(yīng)氣體出口均同時置于圓筒形容器的上部或下部。
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)向外依此排列上部側(cè)壁不開孔的多孔壁內(nèi)筒和多孔結(jié)構(gòu)的外筒；所說的多孔結(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。所說的多孔壁內(nèi)筒為由多孔厚板緊貼多孔薄板，或由多孔厚板和多孔薄板中間用支撐條架空，或由多孔厚板和格柵組成的雙層緊貼結(jié)構(gòu)，所說多孔厚板的開孔率上下相同或上下不同；內(nèi)筒的形狀可以是柱體、錐體或變直徑梯形柱體。所述內(nèi)筒與置于圓筒形容器上部(或下部)的反應(yīng)氣體進口相連通，構(gòu)成反應(yīng)氣體分流流道。內(nèi)筒與外筒之間裝填催化劑；催化床上方設(shè)催化劑封，催化劑封頂部裝填一定厚度的惰性固體顆粒材料，上面設(shè)置蓋板密封結(jié)構(gòu)，蓋板密封結(jié)構(gòu)的外密封筒邊緣距內(nèi)筒開孔區(qū)有一定的高度，催化劑封內(nèi)流體的流動呈軸徑向流。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)氣體集流流道，反應(yīng)氣體集流流道與置于圓筒形容器上部(或下部)的反應(yīng)氣體出口相連通。


圖1本發(fā)明所述離心式固定床徑向催化重整、催化脫氫反應(yīng)器結(jié)構(gòu)示意圖其中1-反應(yīng)氣體進口；2-反應(yīng)氣體出口； 3-反應(yīng)氣體分流流道；4-反應(yīng)氣體集流流道；5-催化床；6-內(nèi)筒；7-多孔壁外筒； 8-圓筒形容器；9-催化劑封
10-惰性顆粒材料；11-催化床上部密封結(jié)構(gòu)；12-催化劑卸料管；圖2本發(fā)明所述另一種離心式П型固定床徑向催化重整、催化脫氫反應(yīng)器結(jié)構(gòu)示意圖其中1-反應(yīng)氣體進口；2-反應(yīng)氣體出口。
3-反應(yīng)氣體分流流道；4-反應(yīng)氣體集流流道；5-催化床6-內(nèi)筒；7-多孔壁外筒 8-圓筒形容器；9-催化劑封10-惰性顆粒材料；11-催化床上部密封結(jié)構(gòu)； 12-催化劑卸料管；圖3本發(fā)明所述另一種離心式П型固定床徑向催化重整、催化脫氫反應(yīng)器結(jié)構(gòu)示意圖其中1-反應(yīng)氣體進口2-反應(yīng)氣體出口。
3-反應(yīng)氣體分流流道；4-反應(yīng)氣體集流流道；5-催化床；6-內(nèi)筒；7-多孔壁外筒8-圓筒形容器9-催化劑封；10-惰性顆粒材料；11-催化床上部密封結(jié)構(gòu)； 12-催化劑卸料管 13-人孔圖4一種矩形布孔的變開孔率多孔厚板示意圖其中14-多孔厚板；15-分布孔；圖5另一種正三角形布孔的變開孔率多孔厚板示意圖其中14-多孔厚板；15-分布孔；圖6一種錐形內(nèi)多孔筒示意圖其中14-多孔厚板；15-分布孔；圖7另一種變直徑內(nèi)多孔筒示意圖其中14-多孔厚板；15-分布孔；圖8一種扇形多孔中空元件橫截面示意圖。
16-扇形多孔中空元件；17-分布孔。
圖9另一種扇形多孔中空元件橫截面示意圖。
16-扇形多孔中空元件；17-分布孔下面結(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可見，本發(fā)明所說的離心式徑向催化重整和催化脫氫反應(yīng)器包括一圓筒形容器8和容器內(nèi)催化床5，在該圓筒形容器的器壁上設(shè)有反應(yīng)氣體進口1、反應(yīng)氣體出口2，催化劑卸料管12，所述的反應(yīng)氣體進口1及所述的反應(yīng)氣體出口2置于圓筒形容器8的上部封頭上，催化劑卸料管12置于圓筒形容器8的下部封頭上；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)向外依此排列上部側(cè)壁不開孔、下部開孔高度為H的多孔壁內(nèi)筒6和全部開孔高度為H’的多孔結(jié)構(gòu)的外筒7；所述內(nèi)筒6與置于圓筒形容器8頂部反應(yīng)氣體進口1相連通，構(gòu)成反應(yīng)氣體的分流流道3，內(nèi)筒6與外筒7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)氣體集流流道4，或由扇形的多孔中空元件16本身構(gòu)成反應(yīng)氣體集流流道4，反應(yīng)氣體集流流道4與置于圓筒形容器8頂部的反應(yīng)氣體出口2相連通，反應(yīng)產(chǎn)氣體集流流道4的橫截面積與反應(yīng)氣體分流流道3的橫截面積之比值以1～3為宜；所述的催化床5上部設(shè)有一段催化劑封9和惰性顆粒材料10，催化劑封9的高度ΔH為床層徑向厚度的0.2～5倍，惰性顆粒材料10的厚度為床層徑向厚度的0.1～0.5倍，惰性材料上方設(shè)置催化劑床層密封結(jié)構(gòu)11，密封結(jié)構(gòu)的外密封筒距內(nèi)筒6開孔區(qū)的高度為ΔH′，ΔH′為催化劑封高度ΔH的0.2～1.0倍，以確保反應(yīng)氣體的軸徑向流動和催化劑封的充分利用。
內(nèi)筒6是由多孔厚板14和多孔薄板中間用橫向和縱向支撐條架空卷制而成，多孔薄板的開孔率為20～40％；或由多孔厚板14和格柵組成的雙層緊貼結(jié)構(gòu)卷制而成，格柵的空隙率為25～50％；所述的多孔厚板14的開孔率為1％～15％，多孔厚板14的開孔15可采用由上至下的均勻開孔，也可采用分段均勻開孔，由上至下分段增加開孔率，底部開孔率是上部開孔率的100～200％，如圖4所示為一種矩形布孔的變開孔率多孔厚板示意圖，頂部孔間距a1是下部孔間距a2的100～150％；如圖5所示為另一種正三角形布孔的變開孔率多孔厚板示意圖，頂部孔間距a1是下部孔間距a2的100～150％。所述的內(nèi)筒6也可采用變直徑技術(shù)，內(nèi)筒的頂部和底部直徑不同，底部直徑大于頂部直徑，頂部床層的催化劑厚度是底部厚度的100～200％；圖6所示的是一種由多孔厚板14卷制而成的錐形內(nèi)筒結(jié)構(gòu)，圖7所示的是另一種由多孔厚板14卷制而成的梯形變直徑內(nèi)筒結(jié)構(gòu)。
由于本發(fā)明實施了反應(yīng)氣體在分流流道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)氣體分布器的內(nèi)多孔壁筒6可保持相當大的開孔率，使反應(yīng)氣體分布器的控制壓降僅為催化床層壓降的10-50％或更低，在實現(xiàn)較低控制壓降的同時，保證了反應(yīng)氣體沿軸向的均勻分布。同時內(nèi)筒6采用變開孔率或變直徑技術(shù)，克服了催化劑的長期運轉(zhuǎn)造成的床層空隙率沿軸向的變化致使床層壓降不均的現(xiàn)象，使流體沿反應(yīng)器軸向分布更加均勻。
所說的外筒7為多孔壁外筒或由多個扇形、中空元件16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17，而靠圓筒形容器8一側(cè)不開孔；所說的多孔壁外筒可由多孔厚板和多孔薄板中間用橫向和縱向支撐條架空卷制而成，多孔薄板的開孔率為20～40％，多孔厚板的開孔率為20％～40％；或由格柵組成，格柵的空隙率為25～50％。圖8和圖9分別為兩種不同形狀的多孔中空元件16的橫截面示意圖，多孔中空元件16為長條形，高度比催化劑蓋板密封結(jié)構(gòu)略高，開孔區(qū)域的高度為H’，緊貼催化劑的一側(cè)開設(shè)外分布孔17，其開孔率為20～40％，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。
圖2的結(jié)構(gòu)與圖1基本相同，但氣體進口管1置于圓筒形容器8的上部側(cè)面，而反應(yīng)氣體的出口管2置于圓筒形容器8的上部封頭上。
圖3的結(jié)構(gòu)與圖1基本相同，但氣體進口管1和反應(yīng)氣體的出口管2置于圓筒形容器8的底部封頭上，圓筒形容器8的上部開設(shè)人孔13，用來裝填催化劑。
采用本發(fā)明提出的反應(yīng)方法及反應(yīng)裝置，與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下優(yōu)點1.П型結(jié)構(gòu)可完全消除分流流道和集流流道兩流道間的靜壓差別，可顯著的減少分布器的控制壓降，反應(yīng)器壓降低，完全能保證反應(yīng)氣體沿軸向均勻分布；2.反應(yīng)氣體由中心向外離心流動，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；3.反應(yīng)氣體在床層作離心式流動，顯著的減少了催化劑的死區(qū)，提高了催化劑的利用率；4.分流流道采用變開孔率或變直徑技術(shù)，克服了催化劑的長期運轉(zhuǎn)造成的床層空隙率沿軸向的變化缺陷，使流體沿反應(yīng)器軸向分布更加均勻。
具體實施例方式
本發(fā)明的催化重整和催化脫氫的反應(yīng)方法及反應(yīng)裝置可在以下所提供的工藝參數(shù)條件，在一種離心式徑向反應(yīng)器中進行；實施例1 原料中氫烴摩爾比為6～10、重量液空速為1.0～3.0h-1、反應(yīng)溫度為450～550℃、反應(yīng)壓力為1.2～3.0MPa的半再生催化重整反應(yīng)工藝可采用圖1、圖2或圖3所示三種方式中的任意一種方式實施。
實施例2 原料中H2O/乙苯的摩爾比為8～10、乙苯液空速為0.35～0.45h-1、反應(yīng)溫度為550～645℃、反應(yīng)壓力為45～80Kpa(絕對壓力)的乙苯脫氫反應(yīng)工藝可采用圖1、圖2或圖3所示反應(yīng)器中的任意一種方式實施。
反應(yīng)氣體由反應(yīng)氣體進口1進入內(nèi)多孔壁筒6構(gòu)成的分流流道3，通過內(nèi)多孔壁筒6上的內(nèi)分布孔15徑向流入徑向床層區(qū)5，進而由內(nèi)向外通過外多孔壁7進入反應(yīng)氣體集流通道4作離心流動，反應(yīng)氣體在集流流道4與分流流道3中是作逆向的相對流動，然后沿集流流道通過反應(yīng)氣體的出口2流出。
權(quán)利要求
1.一種催化重整、催化脫氫反應(yīng)的離心式固定床徑向反應(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)氣體進口(1)、反應(yīng)氣體出口(2)、催化劑卸料管(12)；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)向外依次排列多孔壁內(nèi)筒(6)和多孔結(jié)構(gòu)的外筒(7)；所述多孔結(jié)構(gòu)的外筒(7)是一多孔壁圓形外筒或由多個扇形、中空元件(16)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(17)，而靠圓筒形容器(8)一側(cè)不開孔；所述多孔壁內(nèi)筒(6)上部側(cè)壁不開孔，內(nèi)筒(6)與置于圓筒形容器(8)一端的反應(yīng)氣體進口(1)相連通，構(gòu)成反應(yīng)氣體的分流流道(3)，內(nèi)筒(6)與外筒(7)之間形成環(huán)形催化床(5)，多孔壁外筒(7)與圓筒形容器(8)側(cè)壁之間形成環(huán)隙空間或由扇形的多孔中空元件(16)本身構(gòu)成反應(yīng)氣體集流流道(4)，并與置于圓筒形容器(8)的、和反應(yīng)氣體進口(1)在同一端的反應(yīng)氣體出口(2)相連通；其特征在于，所述的反應(yīng)氣體進口(1)和反應(yīng)氣體出口(2)同時置于圓筒形容器(8)的頂部或底部；多孔壁結(jié)構(gòu)的內(nèi)筒(6)采用變開孔率或變直徑技術(shù)，內(nèi)筒(6)底部開孔率是上部開孔率的100％～200％，或床層頂部催化劑的厚度是底部厚度的100％～200％。
2.如權(quán)利要求1所述的反應(yīng)器，其特征在于，多孔厚板(14)的開孔(15)可采用由上至下的均勻開孔，開孔率為定值。
3.如權(quán)利要求1所述的反應(yīng)器，其特征在于，多孔厚板(14)的開孔(15)為分段均勻開孔，由上至下分段增加開孔率，底部開孔率是上部開孔率的100％～200％。
4.如權(quán)利要求1所述的反應(yīng)器，其特征在于，由多孔厚板(14)制成的內(nèi)筒(6)可采用錐形內(nèi)筒結(jié)構(gòu)，底部直徑大于頂部直徑，床層頂部催化劑的厚度是底部厚度的100％～200％。
5.如權(quán)利要求1所述的反應(yīng)器，其特征在于，由多孔厚板(14)制成的內(nèi)筒(6)可采用梯形變直徑內(nèi)筒結(jié)構(gòu)，底部直徑大于頂部直徑，床層頂部催化劑的厚度是底部厚度的100％～200％。
6.如權(quán)利要求1所述的反應(yīng)器，其內(nèi)筒(6)的多孔壁結(jié)構(gòu)為多孔厚板(14)緊貼多孔薄板，或由多孔厚板(14)和多孔薄板之間用支撐條架空的結(jié)構(gòu)，或由多孔厚板(14)和格柵組成的雙層緊貼結(jié)構(gòu)，其特征在于，多孔厚板的開孔率為1～15％，多孔薄板的開孔率為20～40％，格柵的孔隙率為25～50％。
7.如權(quán)利要求1所述的反應(yīng)器，其外筒(7)可由多個扇形、多孔中空元件(16)沿圓形容器(8)內(nèi)近壁處作相鄰圓周排列所構(gòu)成，其特征在于，多孔中空元件(16)高度比催化劑蓋板密封結(jié)構(gòu)略高，開孔區(qū)域的高度為H’，其開孔率為20～40％。
8.如權(quán)利要求1所述的反應(yīng)器，其多孔壁外筒(7)由多孔厚板和多孔薄板中間用橫向或縱向支撐條架空卷制而成，多孔薄板的開孔率為20～40％，多孔厚板的開孔率為20～40％；或有格柵組成，格柵的孔隙率為25～50％。
9.如權(quán)利要求1所述的反應(yīng)器，其特征在于氣體進口管(1)置于圓筒形容器(8)的上部側(cè)面，而反應(yīng)氣體的出口管(2)置于圓筒形容器(8)的上端封頭上。
10.如權(quán)利要求1所述的反應(yīng)器，其特征在于，氣體進口管(1)置于圓筒形容器(8)的下端，而反應(yīng)氣體的出口管(2)置于圓筒形容器(8)的下部側(cè)面。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種催化重整和催化脫氫的固定床反應(yīng)器，該反應(yīng)器采用一帶有催化床(5)的圓形壓力容器(8)，氣體進口(1)和出口(2)位于容器(8)的同一端，催化床(5)由外多孔壁(7)和圓形內(nèi)多孔壁筒(6)構(gòu)成，中間填裝催化劑，催化劑上方有蓋板密封結(jié)構(gòu)，圓形內(nèi)多孔壁筒(6)可采用變開孔率或錐形結(jié)構(gòu)等形式。反應(yīng)氣體在反應(yīng)裝置內(nèi)由中心內(nèi)多孔筒向多孔外筒作離心流動，反應(yīng)氣體在中心內(nèi)筒和多孔外筒內(nèi)作逆向的相對流動，呈離心式∏型徑向反應(yīng)器。采用該方法具有反應(yīng)氣體沿軸向分配均勻，在催化劑床內(nèi)作純徑向流動，流經(jīng)反應(yīng)器的壓降小等特點。該反應(yīng)器同樣適用于其它的中、低壓或負壓的氣固相催化反應(yīng)。
文檔編號C10G11/10GK1546217SQ20031010932
公開日2004年11月17日 申請日期2003年12月12日 優(yōu)先權(quán)日2003年12月12日
發(fā)明者朱子彬, 朱學棟, 李瑞江, 俞豐, 陳允華, 吳勇強, 倪燕慧, 徐志剛, 張成芳 申請人:華東理工大學