CN101632911B - 一种上流式反应器及其应用 - Google Patents

Abstract

一种上流式反应器，包括位于反应器底部的初始分布器和初始分布器上方的中间分布器，初始分布器由一个锥形折流板和一个位于其上方的筛板组成；中间分布器由开孔筛板和筛板板串结构组成。本发明所提供的上流式反应器可以在短距离内实现气体在反应器内的均匀分布，从而提高催化剂的利用率，增加反应器内的催化剂床层空间。本发明的上流式反应器特别适用于重质油(包括蜡油、渣油、煤液化油等)加氢过程。

Description

一种上流式反应器及其应用

技术领域

本发明涉及一种上流式反应器及其应用。

背景技术

滴流床与填充鼓泡床都是用催化剂填充的三相反应器，两者之间的差别在于操作模式的不同。在滴流床中，液体和气体反应物由上而下流经催化剂床层，气相是连续相，液相则呈“涓流”方式流动；而在填充鼓泡床中，气液反应物自下而上流经催化剂床层，此时液相为连续相，气相为分散相。

加氢是一种重要的劣质原料处理的技术路线，通过加氢，重质油品中的金属、胶质、残炭、硫、氮等杂质均可以被有效脱除。目前加氢过程中最常用的是滴流床反应器，但是重质油品如渣油、煤液化油由于杂质含量高，容易造成加氢催化剂中毒或者催化剂孔道堵塞而快速失活，并且杂质可能堵塞床层使压降快速升高导致反应器工况变差，甚至无法正常操作。而采用气液并流向上运动的上流式反应器是进行重质油品加氢较佳的选择。在两相并流向上通过催化剂床层的过程中，油品做为连续相，而氢气做为分散相，两相向上流动造成了催化剂床层的膨胀，可以增加床层的空隙率，避免催化剂床层的堵塞。US4639354、US4753721和中国专利申请00807042.3中，气液两相上流造成了催化剂床层的膨胀，避免催化剂床层的堵塞。US4639354与US4753721借助于催化剂床层的膨胀运动实现了失活催化剂的在线置换，而中国专利申请00807042.3将上流式反应器做为加氢主反应器的保护反应器，在床层微膨胀的情况下脱除油品中的大部分金属与固体颗粒杂质和部分硫、氮，以延长主反应器中加氢催化剂的使用寿命。

在上述的上流式反应器中，气相被分散成气泡与液相连续相并流向上运动，气泡能否均匀分布在反应器内是技术实施的关键，换言之，做为实现气泡均匀分布的气体分布器是至关重要的。气体分布器包括初始分布器和中间分布器。

US4753721的初始分布器为管环分布器，在环形管底部开孔，管环两侧设开有条缝的隔板，使得生成的气泡破碎再分布。对于大型反应器而言，此种设计所提供的气泡分布区域过于狭小，若要实现气泡的均布，需要附加构件的设计。US4753721的中间分布器采用泡帽结构，即在多孔板的每个开孔上方与泡帽相连，这种设计结构较复杂，泡帽的结构对于气泡分布影响大。

US4639354的初始分布器为分支管状分布器，分支管状分布器的设计较为复杂，需要进行大量流体力学计算和实验方能保证气体的均匀分布效果，同时对于分布器安装的水平度具有一定的要求，因此反应器规模越大，该分布器设计的难度也将增加。US4639354的中间分布器开有两种尺寸的孔结构，小孔孔径只能允许气相经过，而大孔则主要通过液相。大孔下方与垂直管件相连，管件底部设有折流板。气液两相分路经过中间分布器重新混合，造成流体的湍动实现均布。由于小孔过孔阻力大，将会在小孔下方的反应器空间产生一个气室空间，降低了反应器空间利用率，同时小孔容易被杂质堵塞影响到气泡的均布。

中国专利申请00807042.3的初始分布器为以锥形折流板，改变由反应器底部进入的气泡的运动方向，同时起到破碎气泡实现均布的目的。由于气泡的流动是不稳定的，锥形折流板不能有效的避免气泡偏流，从而造成催化剂床层膨胀不均匀，催化剂颗粒磨损增加。

ZL97193150.X是中国专利申请00807042.3同一技术路线先期申请的专利，其中间分布器设计为多孔板上的每个孔均与下方垂直管件相连，而且每根管件侧向开有一个垂直反应器轴向的小孔。该设计与US4639354的设计思路类似，液相由管件底部进入，而气体由管件侧孔进入，气液分路然后再次混合。因此该设计的缺点与US4639354也是类似的，在多孔板下方会产生一个滞留气室减小了反应器空间的利用率，小孔结构容易被杂质堵塞。同时由于是侧开孔设计，分布器对于加工、安装的水平度要求较高，一旦初始分布不理想，中间分布器改善气体分布的效果有限。

US5298226采用筛板结构做为流体的分布器，筛板具有不均匀开孔结构。筛板的横界面分为三个区域，中心区、中间区与边壁区。由于流体是在筛板中心区的上方或者下方流入反应器，因此为了避免流体集中在中心区通过而造成的流体分布不均匀，中心区、中间区与边壁区的开孔率依次升高，造成沿半径方向由筛板中心区至边壁区流体的流动阻力逐渐降低，使得流体趋向均匀的流过筛板，实现流体的均匀分布。

发明内容

本发明的要解决的技术问题是提供一种上流式反应器，该反应器采用了特殊设计的气体分布器，使反应器内的气体分布更加均匀。本发明还提供了该反应器在重质油加氢反应中的应用。

一种上流式反应器，包括位于反应器底部的初始分布器和初始分布器上方的中间分布器；其中，所说的初始分布器由一个锥形折流板和一个位于其上方的筛板组成，锥形折流板的尖端向下，圆形扩口端面向上，圆形扩口端面与筛板同心；筛板开有一个中心孔，中心孔直径与折流板圆形扩口端面直径之比为0.5～0.9∶1，筛板在中心孔之外部分开有小孔，中心孔面积占筛板总开孔面积的40％～60％。

所述的上流式反应器是指所有以气体为分散相、气和液向上并流的三相反应器，包括填充鼓泡床反应器、膨胀床反应器，所述的膨胀床反应器包括床层膨胀率＜10％的微膨胀床反应器。

初始分布器中，锥形折流板和筛板间的距离为50mm～500mm，优选为200mm～350mm。

初始分布器中，筛板开孔率为1％～25％，优选为10％～20％。

初始分布器中，筛板中心孔的面积优选占筛板开孔总面积的45％～55％。

初始分布器中，筛板中心孔之外的小孔直径≥3mm，优选≥5mm，以防止重质油品中杂质堵塞孔道；同时，小孔的直径应≤15mm，优选≤10mm，以使大尺度气泡有效破碎，限制气泡尺寸。

所述的中间分布器由开孔筛板和筛板板串结构组成，开孔筛板的每个筛孔下方均有一个筛板板串结构，筛板板串结构由一个或多个小筛板构成，小筛板的直径大于与其对应的上方筛孔的直径。

中间分布器中，开孔筛板的开孔率为1％～20％，优选为5％～15％。

中间分布器中，开孔筛板的孔直径为10mm～50mm，优选为25mm～40mm。

中间分布器中，每个筛板板串结构优选有1～30个小筛板，更优选有6～20个小筛板；小筛板间距优选为2mm～50mm，更优选为5mm～20mm。

中间分布器中，小筛板的直径优选为55mm～80mm。

中间分布器中，小筛板的开孔率为1％～25％，优选为5％～15％；孔直径为2mm～8mm。

中间分布器中，小筛板的孔结构分布是同心圆分布或正三角形分布。

中间分布器的数目可以是一个或多个，当反应器内的催化剂床层为多个时，优选中间分布器的数目与催化剂床层数目相同，每个催化剂床层的底部设置一个中间分布器。

本发明所提供的上流式反应器的应用，将此反应器用于重质油加氢反应。

所述的重质油选自蜡油、渣油和煤液化油中的一种或几种。

本发明的上流式反应器采用了特殊设计的气体分布器，可在短距离内实现反应器内气泡由整体到局部的均匀分布。当氢气与重质油品混合物由反应器底部进入反应器后，经过锥形折流板可以实现初步的均匀分布，同时达到稳定的流动状态。分散相气泡与折流板撞击后破碎，向四周运动，避免了由反应器中心部分短路。锥形折流板上方的筛板可以有效的克服气泡偏流，进一步对气泡进行均布。筛板具有不均匀开孔结构，中心开有一个大孔，其余部分均匀开有小孔结构。气泡经过锥形折流板之后，大部分分布在反应器四周，中心部分气泡含量相对较少，因此可以通过筛板两种孔结构直径的差别造成的中心的大孔流动阻力小，而四周的小孔流动阻力大，调整气泡的径向分布使其均匀。偏流的气泡遇到筛板的小孔发生破碎，一部分气泡流过小孔，而另一部分气泡折流选择流动阻力小的中心大孔流动。此外，所有小孔的孔面积与大孔的孔面积基本相当，使得筛板在宏观上，中心部分与四周部分对于流体流动造成的阻力基本相当，实现气体均匀的初始分布。中间分布器的小筛板对于气泡具有破碎与折流的作用，大气泡经过小筛板的时候，会发生破碎，同时一部气泡会折流流向其他孔结构，从而实现气体的局部均匀分布。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

1.现有技术中，反应器的气体分布器对水平度的要求苛刻；本发明中，反应器的气体分布器的结构更简单，无加工、安装的水平度要求即可实现气体的均匀分布。

2.现有技术中，实现气体均匀分布的距离较长并存在气室，损失了反应器的有效反应空间；本发明中，在现有技术的二分之一或者更短的距离内，可实现气体的均匀分布且不存在气室，因此可以大大提高反应器空间利用率，提高催化剂的装填量，增加设备的处理能力。

3.与现有技术相比，本发明可使反应器内的气体分布更加均匀。其中，本发明的膨胀床反应器可实现催化剂床层的均匀膨胀，从而减小由于气体偏流所造成的催化剂局部磨损，提高催化剂的利用率并延长设备的操作周期和催化剂寿命。

附图说明

图1为本发明的上流式反应器内的气体分布器示意图。

图2为中间分布器筛板板串结构的示意图。

图3为中间分布器板串结构的小筛板的示意图。

其中，1-反应器；2-反应器入口；3-氢气与重质油品混合物的上流流动方向；4-锥形折流板；5-初始分布器的开孔筛板；6-初始分布器的开孔筛板的中心孔；7-初始分布器的开孔筛板的四周孔结构；8-中间分布器的板串结构；9-中间分布器上部开孔筛板的孔结构；10-中间分布器上部开孔筛板的螺栓定位孔；11-中间分布器上部开孔筛板；12-中间分布器板串结构的小筛板；13-小筛板的孔结构；14-反应器内的气泡；15-板串结构的定位螺栓；16-板串结构的定距管；17-板串结构小筛板上的螺栓定位孔；18-初始分布器；19-中间分布器。

具体实施方式

首先结合附图1～3说明中间分布器19。如图2和图3所示，筛板板串结构8由10块小筛板12构成，小筛板12开有孔结构13，孔结构13在此采用同心圆分布；小筛板12的边上有螺栓定位孔17，用定位螺栓15穿过孔17，再套上内径大于孔17直径的定距管16，再依次穿过另一块小筛板，另一个定距管，经过多次操作即可制成板串结构8；再将定位螺栓15穿过开孔筛板11上的螺栓定位孔10并固定，即可完成中间分布器19的制作。

以下通过附图1具体说明本发明。

重质油品(渣油或煤液化油)和氢气的混合物由反应器底部的入口2，沿方向3进入反应器1。混合物首先遇到锥形折流板4，氢气气泡14与折流板4碰撞破碎，同时向四周运动，气泡14大部分分布在反应器四周，而在中心部分的气泡较少。随后，气泡在向上运动过程中遇到开孔筛板5，筛板5具有不均匀开孔结构，中心开有大孔6，而其余部分均匀开有小孔7，通过两种孔直径差别所造成的中心大孔6流动阻力小，而四周的小孔7流动阻力大，调整气泡14的径向分布，使其均匀。偏流的气泡14遇到筛板的小孔7发生破碎，一部分流过小孔7，而另一部分折流选择流动阻力小的中心大孔6继续向上运动。经过初始分布器18的作用，气泡14实现了初步的宏观分布均匀。

气泡14继续向上运动遇到中间分布器19的板串结构8，气泡14经过小筛板12的时候，会发生破碎，同时另一部分气泡会折流流向其他孔结构13。通过板串结构8，可实现气泡14的局部均匀分布。

由于采用板串结构8，中间分布器19不会产生滞留气体形成的气室，节省了反应器1的空间，结构更加简单，对加工、安装的水平度要求也不高。

本发明所提供的上流式反应器，首先通过初始分布器18实现气泡14的宏观均匀分布，然后通过中间分布器19实现气泡14的局部均匀分布，从而在短距离内实现了反应器内气泡14的均匀分布。

Claims (15)

1. 一种上流式反应器，包括位于反应器底部的初始分布器和初始分布器上方的中间分布器，其特征在于，所说的初始分布器由一个锥形折流板和一个位于其上方的筛板组成，锥形折流板的尖端向下，圆形扩口端面向上，圆形扩口端面与筛板同心；筛板开有一个中心孔，中心孔直径与折流板圆形扩口端面直径之比为0.5～0.9∶1，筛板在中心孔之外部分开有小孔，中心孔面积占筛板总开孔面积的40％～60％。

2. 按照权利要求1所述的上流式反应器，其特征在于，初始分布器中，筛板开孔率为1％～25％。

3. 按照权利要求2所述的上流式反应器，其特征在于，初始分布器中，筛板开孔率为10％～20％。

4. 按照权利要求1所述的上流式反应器，其特征在于，初始分布器中，锥形折流板和筛板间的距离为50mm～500mm。

5. 按照权利要求1所述的上流式反应器，其特征在于，初始分布器中，筛板中心孔之外的小孔直径为3mm～15mm。

6. 按照权利要求1所述的上流式反应器，其特征在于，所说的中间分布器由开孔筛板和筛板板串结构组成，开孔筛板的每个筛孔下方均有一个筛板板串结构，筛板板串结构由一个或多个小筛板构成，小筛板的直径大于与其对应的上方筛孔的直径。

7. 按照权利要求6所述的上流式反应器，其特征在于，中间分布器中，开孔筛板的开孔率为1％～20％。

8. 按照权利要求6所述的上流式反应器，其特征在于，中间分布器中，小筛板的直径为55～80mm。

9. 按照权利要求6所述的上流式反应器，其特征在于，中间分布器中，小筛板的开孔率为1％～25％。

10. 按照权利要求6所述的上流式反应器，其特征在于，中间分布器中，小筛板的孔直径为2mm～8mm。

11. 按照权利要求6所述的上流式反应器，其特征在于，中间分布器中，小筛板的孔结构分布是同心圆分布或正三角形分布。

12. 按照权利要求1或6所述的上流式反应器，其特征在于，中间分布器是一个或多个。

13. 按照权利要求1或6所述的上流式反应器，其特征在于，所述的上流式反应器是填充鼓泡床反应器或膨胀床反应器。

14. 权利要求1或6所述的上流式反应器的应用，其特征在于，将所述上流式反应器用于重质油加氢反应。

15. 按照权利要求14所述的应用，其特征在于，所述的重质油选自蜡油、渣油和煤液化油中的一种或几种。

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