CN101541413B - 用于径向流反应器的无筛网式内部构件 - Google Patents

Abstract

用于将颗粒材料床层与横向流动的流体接触的装置，其将颗粒材料床层维持在保持体积之内。该装置包括用于保持颗粒的分隔件(10，100)，具有布置在该分隔件(10，100)之内的孔(20，120)。孔(20，120)被窗板(30，130)遮盖，该窗板(30，130)延伸高于孔(20，120)的边缘(110)以防止固体颗粒通过入口孔(20)溢流出。

Description

用于径向流反应器的无筛网式内部构件

技术领域

本发明涉及流动颗粒接触的领域和用于使流体和颗粒接触的装置。更具体地说，本发明涉及一种具有横向流动流体的颗粒移动床。

背景技术

多种不同的工艺使用径向流反应器以提供流体与固体之间的接触。固体通常包括在其上进行流体反应以形成产品的催化材料。这些工艺涵盖了大量的工艺，包括烃类转化、气体处理、和用于分离的吸附。

径向流反应器被构造成使得该反应器具有环状构造而且存在着环状的分配和收集装置。用于分配和收集的装置包括一些类型的筛表面。该筛表面用于保持催化剂床就位且用于辅助压力在反应器的表面上的分布以促进径向流通过反应器床。筛可以是网孔(要么是金属丝，或者其它材料)、或者冲孔板(punchedplate)。对于移动床，筛或者网孔提供了一种屏障以防止固体催化剂颗粒的损失，同时允许流体流动通过床。固体催化剂颗粒在顶部被添加，且其流过装置并在底部被去除，同时穿过装有筛的(screened-in)外壳，该外壳允许流体在催化剂上流过。筛优选地由非反应性材料构造，但实际上筛通常经历一些反应而引起腐蚀，并且随着时间的过去，腐蚀的筛或者网孔而导致问题的发生。

被用来将催化剂粒子保持在床层之内的筛或者网孔的尺寸被确定为具有颗粒无法通过的足够小的孔。用于保持催化剂床层就位的、或用于分配通过反应器床层的反应物的网孔或者筛的腐蚀是一个重要的问题。腐蚀可能堵塞通往筛或者网孔的孔，产生流体没有流动的死体积(dead volume)。腐蚀还可能产生较大的孔，在该处催化剂粒子能因此与流体一起流出催化剂床，于是造成工艺损失，增加成本。这产生不能接受的催化剂损失，并且由于需要增加额外的补充催化剂而增加成本。

用于克服这些缺陷的反应器的设计方案能显著地节省用于修复的停工期以及催化剂的损失，该催化剂损失是烃类加工成本的一个显著的部分。

发明内容

解决上述问题的方案是设计一种催化剂保持装置，其中允许流体自由地流过催化剂床，而催化剂被保持在催化剂保持体积中。本发明是一种用于支撑颗粒固体的装置。该装置包括具有用于允许气体流入的孔的入口分隔件(partition)，以及具有用于允许气体流出的孔的出口分隔件，其中入口和出口分隔件限定了一个用于保持颗粒固体的体积。该装置还包括至少一个入口窗板(louver)，其中该窗板被定位在入口孔上面并延伸到用于保持固体的体积内。该窗板向下延伸并遮盖入口孔以防止固体从该入口孔通过。该窗板具有上边缘和下边缘，且入口孔具有上边缘和下边缘，其中窗板上边缘被固定到入口分隔件上的使得窗板上边缘至少和入口孔上边缘一样高的位置，且窗板下边缘延伸到用于保持固体的体积内并处于至少和入口孔下边缘一样低的位置。窗板以介于1°与85°之间的角度延伸远离入口分隔件。

从下面的附图和详细叙述，本领域普通技术人员能够清楚地了解本发明的其它目的、优点和应用。

附图说明

附图1是装置的入口分隔件的一部分的示意图；

附图2是包括延伸部的窗板的示意图；

附图3是本发明具有入口分隔件的径向流反应器的垂直剖面图；

附图4是具有催化剂容器的第二实施例的垂直剖面图；

附图5是围绕径向流反应器的内部入口分隔件的螺旋窗板的实施例；

附图6示出了装置上的入口导叶片的用途；

附图7是具有向外延伸并且远离颗粒保持体积的窗板的装置入口分隔件的一部分的示意图；

附图8是其中窗板从颗粒保持体积向外延伸的装置的垂直剖面图。

具体实施方式

径向流反应器所存在的问题是，催化剂在环形区域向下流动，并且该环形区域由内部筛网分隔件板和外部筛网分隔件限定，其限定了催化剂床、或用于保持颗粒固体的颗粒保持体积。流体，通常为气体，流经分隔件和催化剂床，与催化剂起化学反应产生产物流体，也通常为气体。反应器用气体流动通过的筛网将催化剂保持在内部。筛网分隔件需要足够小的孔以防止催化剂粒子通过，但是孔常遭受堵塞并且产生气体不流动的死区，并且分隔件易受侵蚀和腐蚀从而产生允许催化剂溢流出的孔。

装置还可以是用于从流动经过颗粒固体吸附剂的流体中吸附成分的吸附器。这包括一种装置，该装置装填了吸附剂，且吸附剂不流动通过吸附器而是被入口和出口分隔件固定就位、而同时流体流动经过颗粒吸附剂。本发明的装置被定向成用于使固体向下、或在重力方向上流动通过装置，且伴随着气体的交叉流动，并且相应地，术语“向下”和“向上”的使用是关于相对于重力方向的方向。

现有径向流反应器的改型提供了一种通过使用无筛网式入口分隔件来改进反应器的方法。入口分隔件的截面如图1所示，其中本发明相对于具有孔20之一的入口分隔件10和遮盖了孔20的窗板30进行描述。窗板30具有长度L，并且以角度θ延伸到颗粒保持区内，角度θ由数字40表示。窗板30突伸入颗粒保持区的距离为L*sin(θ)，并且沿入口分隔件的方向向下延伸的距离为L*cos(θ)。孔具有下边缘110，并且窗板具有下边缘70，其中窗板下边缘70沿入口分隔件至少延伸至孔的下边缘110。

反应器的填充过程期间，固体填入颗粒保持空间，并且一些固体向上流动进入介于入口分隔件10和窗板30之间的孔隙体积(void volume)内。如果允许催化剂流动通过入口孔20，该体积的回填可能产生催化剂的损失。避免催化剂的该损失能够引起显著的节省，这是因为催化剂是炼油厂的最重要成本之一。如果孔的下边缘在高于窗板的下边缘的一定高度距离处，则可以避免催化剂通过孔20的溢出，该高度距离由粒状催化剂的静止角

确定。静止角，由数字50表示，是颗粒固体的一个性质。当大量颗粒被倾泻倒在水平表面上，将形成圆锥形堆，且堆边缘和水平表面之间的角度被称为静止角。该角度与材料的物理特性有关，例如颗粒大小和形状，密度，以及颗粒的摩擦系数。

优选地，孔下边缘高于窗板下边缘的距离，或高度是根据如下方程式确定：

其中L是窗板的长度，θ是窗板延伸离开入口分隔件的角度，是颗粒状固体的静止角。窗板的长度，L，是从附着于入口分隔件10的窗板上边缘60跨越到延伸进入颗粒保持体积内的窗板下边缘70的长度。

角度40，θ，与垂直方向成的角度在10和50度之间并且优选地在15和35度之间，更优选在15和25度之间。窗板的角度优选地选择为，在入口气体和暴露在窗板下的颗粒固体的床层表面之间，提供与筛孔表面面积相同的或更大的接触面积。

选择窗板30的角度40以使得当固体流动通过装置时颗粒固体的滞留量(holdup)最小化。已经发现最高处的窗板优选地具有比装置内的低位置处的连续窗板更陡峭的角度。最高的窗板优选地应该以与垂直方向成1度与20度之间的角度而定向。

孔20可以是圆形孔，或可以是具有通常水平定向的槽，或者装配在窗板下面、且满足使得孔下边缘110高出窗板下边缘的距离是由方程式1所确定距离的任何尺寸或形状的开口。对于具备非直线下边缘的孔的情况，下边缘参考基准为沿孔下边缘的最低点。

在一个实施例中，窗板30延伸至入口分隔件10的宽度，或就径向反应器的情况而言，窗板30包围着入口分隔件10，或者形成固定到圆柱形入口分隔件10的环并且每个窗板30遮盖多个孔20。对于长的窗板，该孔20可以是具有通常水平定向的细长槽。

在另一个实施例中，窗板30不延伸至入口分隔件的宽度，但是延伸覆盖孔，并且还包括延伸部，如图2所示。窗板具有侧边缘80，且延伸部90从窗板30的侧边缘80延伸到入口分隔件10的延伸部90，从而有效地形成遮盖孔20的覆盖物。

在径向流反应器中，反应器包括内表面和外表面，催化剂布置在形成圆柱状结构的内和外表面之间。取决于所需的流动特性，内表面可以是入口分隔件，而外表面作为出口分隔件。可替换的，外表面可以是入口分隔件且内表面可以是出口分隔件。能支配选择的特性包括但是不局限于流体的流率，包括由于流体内的化学物质摩尔数量的增加或降低、以及流体温度的改变，流体是否膨胀或收缩。径向流反应器的垂直截面如附图3所示，其中外表面是入口分隔件10，且内表面是出口分隔件100。当催化剂在颗粒保持体积内沿着反应器向下流动时，气体流动通过该入口分隔件10。窗板30延伸到颗粒保持体积内，窗板的下边缘70延伸到低于入口孔的下边缘110。出口分隔件100可以采用筛网遮蔽以保持催化剂粒子，该筛网具有的孔径尺寸能防止来自颗粒保持体积的固体颗粒通过，或可以具有与入口分隔件10相似的无筛网式百叶窗孔隙系统，如上所述并且如附图4所示，其中出口分隔件100具有限定在其中的孔120，并且其中孔120被在向下方向延伸进入颗粒保持体积内的窗板130遮盖。可变换地，出口分隔件可以完全地由筛孔尺寸足够小以防止催化剂通过的筛网制造。出口窗板130具有下边缘140和上边缘150，其中上边缘150固定到出口分隔件100上高于被遮盖出口孔径120的位置处。出口窗板的下边缘140延伸至低于出口孔的最低边缘的一个距离，该距离如前述定义为d，其中窗板130与垂直方向成的角度以角度θ延伸，并且该颗粒固体具有静止角出口窗板130的角度介于10度与50度之间，且优选的角度介于15度与35度之间。对于最高的出口窗板130的角度可以是介于1度与20度之间。

对于那些具有高流体横向流率的反应器，出口窗板边缘优选地延伸至出口分隔件孔的下边缘下方的一定距离处，该距离大于入口窗板的下边缘在入口分隔件孔的下边缘下方延伸的距离。

虽然优选的实施例是相对于径向流反应器，但是本发明也适用于其中入口分隔件和出口分隔件是基本上平行平面结构的反应器或吸附器。

本发明提供了多种可能性的设计。一个这样的实施例是在反应器内侧上具有入口分隔件的径向流反应器。入口分隔件10形成基本上的圆柱状构造，且窗板30以螺旋状排列绕入口分隔件布置在入口分隔件的颗粒保持体积侧上。窗板固定到内分隔件10上并以螺旋方式绕内分隔件10卷绕，其中倾角140的角度介于0.5度与10度之间，如图5所示。窗板30可以包括单个绕入口分隔件10的卷绕(winding)，或可以包括多个卷绕，其具有令单个窗板30绕入口分隔件10卷绕的限制。

本发明也提供了窗板相对于入口分隔件10的可变的角θ。窗板30相对于入口分隔件10形成的角度可以，选择性地，随着沿反应器入口分隔件10的长度向下的位置而变化。优选的是最高处的角度是最小的，其提供了窗板30在入口分隔件上的最陡斜率，在相对于最高窗板30的较低位置处的窗板30具有较大的角度。该角度可以逐渐地增加，或可以一次性地增加并且在沿入口分隔件10的长度向下的方向保持该角度。对于具有一个或多个螺旋窗板的构造，这也同样成立，其中就单个螺旋窗板30的情况而言，窗板30具有小的起始角，并且该窗板30的角度随着每个绕入口分隔件10的螺旋卷绕增加。角度θ的变化范围在1度到50度之间。

本发明的装置还可以包括在反应器的顶上的流体入口，以便于颗粒状的固体颗粒在颗粒保持体积内向下流动。

本发明的另一个实施例包括有入口导叶片，如图6所示。入口导叶片150布置在入口分隔件10上，位于气体侧上并且远离颗粒保持体积侧。入口导叶片150具有上边缘160和下边缘170并且被固定到入口分隔件10，其中入口导叶片下边缘170固定到入口分隔件10上的孔下边缘110以下的位置。入口导叶片150相对于入口分隔件10的角度介于10度与50度之间。入口导叶片150可以具有多种配置，包括但不限于百叶窗形状并且可以被延伸经过多个入口孔；或着为圆的形状，其中每个入口孔具有一个入口导叶片。

在一个可替换的实施例中，装置包括了具有限定于其中的孔20的入口分隔件10，和具有限定于其中的孔的出口分隔件100，其中入口和出口分隔件限定了在分隔件之间的颗粒保持体积以用于保持颗粒固体，并且其中每个入口孔20具有上边缘180和下边缘110。本实施例装置的入口分隔件10的一部分如附图7所示。该装置还包括至少一个入口窗板30，其中每个窗板具有上边缘60和下边缘70。每个入口孔具有固定到入口分隔件10的窗板30，其中窗板下边缘70在入口孔20的下边缘110处被固定到入口分隔件10，并且以角度θ延伸远离颗粒保持体积空间，该角度θ在1度和85度之间，并且窗板上边缘60延伸到高于孔上边缘180的根据前述方程式(1)限定出的距离d，其中L是窗板的长度，θ是窗板延伸远离入口分隔件的角度，以及

是粒状固体的静止角。

在一个可替换的实施例中，孔具有侧边缘，且窗板30具有侧边缘。窗板30包括一对延伸部，其中延伸部被固定到窗板侧边，并且延伸部跨越过介于入口分隔件和窗板之间的间隔。每个延伸部被固定到孔侧边缘以封闭介于窗板和入口分隔件之间的侧边缝隙。延伸部提供了另一个方案以防止催化剂从反应器溢流出。

窗板30优选地以范围在10度和50度之间的角度延伸远离入口分隔件10，具有更优选的角度在15度和35度之间，为了便于颗粒固体流动通过装置，优选的是最高处的窗板30延伸远离入口分隔件10的角度在1度和20度之间。

正如第一个实施例情况一样，在本实施例中，出口分隔件100可以包括筛孔，其中筛网具有的开口足够地小以防止流动通过装置的固体颗粒通过，可选择性的，该装置可以包括如图8所示的入口分隔件10和出口分隔件100，其中入口分隔件10包括其中限定的孔、并且具有窗板30在入口孔的下边缘固定到入口分隔件10上，以及其中出口分隔件100包括其中限定的孔、并且具有窗板130在出口孔的下边缘固定到出口分隔件100上，在本实施例中，窗板30，130从颗粒保持体积向外延伸。

本发明包括可选择的结构和可能性。在本发明下可能的一个这样的设计是利用圆锥形状的部件或金字塔形的部件用于遮盖入口孔20，其中圆锥部件被固定到入口分隔件10且圆锥部件的顶点指向向上的方向、以及圆锥部件的下边缘延伸到孔的下边缘以下的一个距离，如上所述。在本发明的上下文中，向上的方向是与重力方向相反的方向。

选择性地，为使气流的方向改变，可以对窗板进行一些调整，并且还有助于预防固体颗粒从分隔件上孔流出。一个这样的修改包括添加挡板。挡板被固定到窗板的底面，并基本上垂直地从窗板突伸入气体流内，但是高于窗板的下边缘。优选地，挡板被布置在窗板上处于从窗板上边缘到窗板下边缘长度的10％和90％之间的位置处。另外，挡板可以被增加到入口分隔件上，其中在入口分隔件上的挡板定位在窗板之下且低于入口孔，但是高于粒状固体接触入口分隔件的位置。在入口分隔件上的挡板一般而言将高于窗板的下边缘。挡板可以还包括筛网，该筛网定位在高于催化剂的表面的位置，用于将气流再分配到催化剂床层。

虽然本发明已经描述了当前被视为优选的实施例，但应理解到本发明并不局限于公开的实施例，它也意在涵盖附加的权利要求书范围内所包括的各种修改和等效设备。

Claims (9)

1.一种在交叉流系统中用于支撑颗粒固体的装置，其包括：

具有限定于其中的入口孔(20)的入口分隔件(10)，其中每个入口孔(20)具有下边缘(110)和上边缘；

具有限定于其中的出口孔(120)的出口分隔件(100)，其中每个出口孔(120)具有下边缘和上边缘，并且其中入口分隔件(10)和出口分隔件(100)被间隔开以限定用于保持颗粒固体的颗粒保持体积；

至少一个入口窗板(30)，其中每个窗板(30)具有上边缘(60)和下边缘(70)，并且该窗板上边缘(60)在高于入口孔(20)的位置处附着于入口分隔件(10)并且以介于1度和85度之间的角度θ延伸入颗粒保持体积空间内，并且窗板下边缘(70)至少延伸至入口孔(20)的下边缘(110)；和

入口导叶片(150)，其中入口分隔件(10)具有颗粒侧和气体侧，并且其中入口导叶片(150)具有上边缘(160)和下边缘(170)，以及其中入口导叶片下边缘(170)在入口分隔件孔下边缘(110)处在气体侧被固定到入口分隔件(10)上。

2.如权利要求1所述的装置，其中窗板下边缘(70)至少延伸至低于孔的下边缘(110)的一个距离d，该距离d符合下述公式：

其中L为窗板的长度，θ为窗板(30)延伸远离入口分隔件(10)的角度，以及

为粒状固体的静止角。

3.如权利要求1或2所述的装置，进一步包括一对延伸部(90)，其中窗板具有侧边缘(80)，其中每个延伸部(90)被固定到窗板(30)和入口分隔件(10)的一个边缘上。

4.如权利要求1或2所述的装置，其中入口分隔件(10)和出口分隔件(100)是圆柱形结构，且入口窗板(30)绕入口分隔件(10)的圆周延伸。

5.如权利要求4所述的装置，其中至少一个入口窗板(30)包括螺旋状的窗板(30)，其围绕入口分隔件(10)卷绕并且具有在0.5度和10度之间的倾斜角。

6.如权利要求4所述的装置，其中所述装置是具有内表面和外表面的径向流反应器，并且其中入口分隔件(10)限定内表面，以及出口分隔件(100)限定外表面。

7.如权利要求4所述的装置，其中装置是具有内表面和外表面的径向流反应器，并且其中入口分隔件(10)限定外表面，出口分隔件(100)限定内表面。

8.如权利要求1所述的装置，其中入口窗板(30)的角度θ与垂直方向成10度和50度之间的角度。

9.如权利要求1所述的装置，其中最高处的入口窗板(30)以与垂直方向成1度和20度之间的角度被布置。

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