CN101678301A - 含颗粒床的封壳和封壳内上升流动中循环的气相液相分配 - Google Patents

Abstract

本发明涉及封壳(10)，该封壳(10)包括至少一个填充床(12)和用于在封壳底部处进给液体与气体混合物的装置(20)。根据本发明，该封壳包括用于分离所述混合物的液相与气相的系统(22)，其中，所述系统设置在床(12)与用于进给混合物的装置之间，且这种系统包括外壳(24)，外壳(24)包含用于脱气液体的流动装置(32)和用于释放气体的排放装置(42，44，46，48；142，144，146，148)。

Description

含颗粒床的封壳和封壳内上升流动中循环的气相液相分配

技术领域

本发明涉及包含颗粒床的封壳(或反应器)、以及在这种封壳中在上升流动中循环的气相与液相的分配。

本发明还涉及旨在用于对流体给料进行处理或加氢处理和旨在对重质原油的蒸馏物进行催化处理的封壳。

本发明更特定而言涉及一种大体上布置于封壳内且允许液相与气相分离的系统，以及在这种封壳的下部中这些气体与这些液体的分配以便实现上升并流(co-current)气体与液体流动。

背景技术

众所周知，在具有固定催化剂床的封壳类型中，需要尽可能均匀地分配气相以及液相。

也需要提供这两相沿着封壳整个前部截面的可能的最平均和均匀的分配，以便优化封壳中的气体-液体接触且以基本上相同的方式操作这个封壳的各个区。

如本领域已知的那样，可由各种装置来实现这种分配，特别是使用配备有竖直烟囱的穿孔分配板。这允许通过板的穿孔来分配气体和穿过烟囱分配液体，如在专利DE-1,933,857中详细地描述。

还存在一种已知封壳，其包括气体和液体供应，其中气体和液体一起通过布置于封壳底部处的管线而引入。这种封壳还包括沿着其整个截面布置的烟囱分配器且允许分配气体与液体。

由于使用单个供应管线，尽管这种类型的封壳在技术上很有意思，但却涉及相当显著的缺陷。

实际上，气体与液体以混合物的形式被进给到封壳内，且这种引入会在存在于烟囱分配器下方的气体-液体界面处生成扰动。

此外，操作并未加以优化，因为气体在封壳截面上不良地分散，且大体上在其中心升起气柱。这会干扰分配板下方的气体-液体界面并导致板下方不良的气体分配。

而且，气体有可能会进入烟囱，并且在出现气柱的情况下，会出现不良的气体分配，且在板的中心区中存在较大比例的这些气体。

本发明的目的在于借助于带有催化剂床的封壳来克服上述缺点，其包括液相与气相分离系统以允许获得沿着封壳的整个截面平均分配的气相，这不会扰乱气体-液体界面。

发明内容

因此本发明涉及一种封壳，该封壳包括至少一个填充床(packedbed)和用于在封壳底部处输送液体与气体混合物的装置，其特征在于，该封壳包括一种用于分离所述混合物的液相与气相的系统，其中该系统被布置于床与所述混合物供应装置之间，且其中所述系统包括外壳，外壳包括用于脱气液体的流动装置和用于所脱离出气体的排放装置。

该外壳可包括位于其外围壁上的孔，脱气液体通过这些孔流动。

该外壳可包括用于增加气体与液体分离的装置。

该增加装置可包括与混合物输送装置相对布置的板。

该外壳可包括供应管线，供应管线布置于所述外壳内且连接到混合物输送装置。

外壳可包括气体排放管线，气体排放管线包括压降产生装置。

该压降产生装置可包括位于管线上的至少一个侧向开口。

排放管线的一端可布置于外壳里面且至少一个侧向开口可布置于所述另一端上。

压降产生装置可包括排放管线截面的减小。

外壳可包括脱离气体调配器(dispatcher)，其允许这些气体沿着封壳的整个截面分配。

该调配器可包括具备气体扩散喷嘴的至少一个径向臂。

该封壳可包括占据着封壳的整个截面的基本上水平板，穿过所述板运行的中空管和设于这个板上的穿孔以便连通所述板的两侧。

本发明还涉及一种旨在使用根据本发明的封壳用于进行流体给料的加氢处理或用于进行蒸馏物的催化处理的方法。

附图说明

参考附图，通过阅读下文的描述，本发明的其它特点和优点将显而易见，下文的描述作为非限制性实例给出，在附图中：

图1是根据本发明包括相分离系统的一种封壳的局部轴向截面图，

图2是图1的相分离系统的轴向截面的较大比例的细节图，

图3是根据本发明包括相分离系统的一种封壳的变型的另一局部轴向截面图，

图4是示出根据对应于图3的封壳的实例，气体流率为Qgaz且液体流率为Qliq的分离器运行状态的图解，

图5是根据本发明、包括相分离系统的另一变型的另一种封壳的局部轴向截面图，以及

图6是根据图2的变型的相分离系统的轴向截面的细节图。

具体实施方式

图1示出大体上具有竖直细长管形状的闭合封壳10，其在其上部中包括用于供应产品(未图示)以允许形成至少一个颗粒床12的装置。被称作颗粒床的是具有细粒形状的一组固体粒子，其尺寸大约为几毫米量级且有利地具有允许形成催化剂床的催化活性。

这个床由横向穿孔支承件14界定于这个封壳下部中，横向穿孔支承件14布置于距该封壳底部16一定距离处且其延伸到封壳的外围壁18。穿孔支承件的经网孔细工处理过(openworked)的空间使得它们不允许粒子通过，但它们却允许所有气体和液体通过。

当然，显而易见的是，上文所用术语“封壳”涉及柱以及反应器。

同样，术语“催化剂”涉及新鲜催化剂以及再生催化剂。

封壳在其底部中、优选地在其中央区中包括着输送气相和液相的混合物(或给料)的管线。有利地，气相至少部分地包括氢气，而液相基本上包括烃。混合物有可能包括诸如水与空气或氧气，烃或烃与空气或氧气这样的其它相。

因此系统22布置于这个底部上，系统22允许对包含于进给到封壳内的混合物中的相进行分离和分配，这个系统在下文的描述中被称作倾析器(decanter)。

如图2所示，倾析器22包括沿封壳方向上的大体上细长形状的管状外壳24，其截面优选地小于这个封壳的截面且其高度小于封壳底部16与支承件14之间的高度。

这个外壳包括由下端壁28和上端壁30界定的基本上圆形外围壁26，下端壁28搁靠在封壳底部16上、且上端壁30在距支承件14一定距离处。

外围壁在下壁28附近配备有孔32，允许提供外壳内部与封壳底部之间的连通。这些孔有利地沿着外壳的整个外围壁在周向均匀地分布。除了在附图中所示的圆形孔之外，可存在任何形状和布局的孔，诸如拉长形状、正方形、矩形的孔等，其相对于外壳的整体轴线对称地或不对称地布置。

外壳的下壁28携带内孔34，优选地为圆形且与外壳的整体轴线同轴，允许与封壳的供应管线20密封连通且其中紧密地连接着基本上竖直供应管路36，该供应管路36的端部38布置于距上壁30一定距离处。

可能地，与图2所图示的情形不同，管线20、内孔34和管36的截面可以是相同的以便限制压降。

外壳的上壁30包括圆形孔口40，有利地与内孔34的孔口是同轴的。这个孔口提供与排放管路42的密封连通，排放管路42的入口44位于外壳内而同时距供应管路36的端部38一定距离、且其出口46距支承件14一定距离。布置于外壳内部的排放管路的部分在其外围壁上包括至少一个侧向开口48，在此处其为从入口44延伸且止于上壁30之前的竖直槽的形式，其尺寸和布局允许产生气体压降，如在下文的说明中描述。

有利地，如图2所示，该外壳包括用于增加气体与液体的分离的装置。这些装置包括水平板50，被称作分隔板，其搁置于排放管路42的入口44上而同时优选地闭合此入口。优选地为圆形的这个板的表面积使得该板的截面可以是在从管36的端部38的截面到封壳的总截面的范围内。这个板可被穿孔或者具有格栅形状，或者其可为实心的，如在附图中所示。在后一种配置中，这个板的外围边缘是在距外壳的外围壁内部一定距离处，从而允许实现圆形循环通路52。

在操作期间，通过供应管线20进给的气体与液体混合物进入到引入管路36，并且通过这个管路的端部38流出且同时与分隔板50相接触。在这次引入之后，混合物的液体通过重力在下壁28方向上以足够低的下降速度进行移动，以允许从液体脱离出的气泡G在上壁30方向上通过通路52向上流动。优选地，液体的下降速度在0.4与0.05m/s之间的范围内，以允许液体在离开外壳之前完全倾析。应当指出的是，在混合物对分隔板的冲击作用下，气泡平均更迅速地且以更大比例从混合物分离。因此发生这种混合物的相分离，且液相(箭头L)主要包含液体、以及气相主要包含从液体脱离出的气体。

脱气液相，即，去除大部分气体，通过孔32离开外壳24并进入封壳底部。

气泡G在外壳上部的高度处聚集，并且形成位于上壁30下方的气垫54，而同时界定了气体-液体界面56。尤其通过在排放管路42中存在的槽48来实现这种气垫，槽48的尺寸和数目由本领域技术人员来确定以便利用气体产生压降。而且，这些槽必须允许产生足够厚的气垫层来防止脱气液体在穿过这些槽48时被吸入到管路42内。

因此，在进给到外壳内的混合物倾析后，留有不含气体的液体，该液体优选地位于分隔板50的下方，其通过孔32排放到封壳底部；且留有形成气垫54的气相，该气相优选地位于板50上方，其通过槽48排放且在排放管路42中朝向其出口46循环。

由这个倾析器所产生的这些脱离气体然后可用于包含着气体与液体分配板(图3)的封壳、或者可用于仅包括着用于催化剂床的支承格栅的封壳(图5)。

在图3中，封壳10包括基本上水平的烟囱板60，取代所述穿孔支承件14，用作催化剂床12的支承件、且布置于距封壳底部16一定距离处而同时在这个封壳的整个截面上延伸。

这个板包括许多穿孔，穿孔中一部分62用于将来自排放管路42的气体分配到床12上，接纳着竖直中空管66的这些穿孔的其它部分64在下文中被称作烟囱。这些烟囱包括开口下端68以及与床12连通的上端72，开口下端68浸渍在包含于封壳底部且来自外壳24的脱气液体70中。

有利地，在排放管路42的出口46与板下部面之间的距离大约为1至100mm的量级，优选地为10至50mm，且这个距离比介于这个下部面与烟囱66下端之间的距离更短。

因此，离开排放管路42的气体被发送到板60下方，在那里气体顶层(gas overhead)74形成并且其界定出介于气体与脱气液体70之间的界面76。这个气体顶层由于板的穿孔62所实现的压降而获得，穿孔62的数目、分配和尺寸由本领域技术人员确定从而使得界面76位于气体出口46下方。

因此，这个出口46总是布置于气体顶层74中，且气体直接流入到这个顶层内而不会干扰界面76。

当封壳操作时，顶层气体74通过穿孔62流动，而脱气液体在烟囱66中循环。这些气体和这些液体沿着整个板60均匀地分配，然后在上升运动中通过反应性催化剂床流动以实现所希望的反应，然后，它们通过本领域技术人员已知的任何手段离开封壳。

举例而言，本申请者使用以下设置，其具有诸如图3所示封壳这样的封壳，具有处于25℃和1bar绝对压力(0.1MPa)的水-空气系统。

所用封壳具有500mm直径且分配板60包括7个烟囱和14个穿孔62，烟囱具有35mm直径和400mm高度，穿孔具有0.9mm的直径。

倾析器22包括圆柱形外壳24，其具有170mm的直径和300mm的高度。分隔板是实心的且其直径为100mm。其位于外壳顶部下方100mm处(上部气体聚结区(coalescence zone)可具有100mm的高度)。

气体-液体混合物供应管线20具有40mm的直径。排放管路42的直径为20mm至36mm，此处为20mm，且其包括1mm至5mm的、此处为1mm的矩形槽48。外壳的20个孔32布置于距离下壁28为10mm处且其直径是10mm。

可在图4的曲线图中看到使用这种封壳的结果，其中液相流率为横坐标且气相流率为纵坐标，其允许限定三个操作区<A>、<B>和<C>。

因此，在第一区<A>，液体流率在0的邻域至大约7Nm3/h且气体流率在大约3Nm3/h至大约5.5Nm3/h，第一区<A>允许观察到液体穿过排放管路42且通过出口46离开。

在第二区<B>，其中液体流率在0的邻域至大约7Nm3/h范围且气体流率在大约3Nm3/h至大约5.5Nm3/h、和大约5Nm3/h至大约5.5Nm3/h之间的范围，该封壳允许借助于倾析器来实现液相与气相之间的几乎完全分离，且气相的排放仅通过管路42以及液相的排放仅通过孔32。

对于第三区<C>，液体流率在0的邻域至大约7Nm3/h的范围，且气体流率在大约5Nm3/h至大约5.5Nm3/h的范围。在这个区中，气体穿过孔32。这会通过在界面76处产生一种起泡而干扰封壳操作。

因此，这种封壳的操作是优选的以获得对应于区<A>，优选地对应于区<B>的液体和气体流率。

在将倾析器与图5所示的封壳一起使用的情况下，其中该封壳仅包括格栅80作为催化剂床的支承件，替代所述穿孔支承件14，那么倾析器22还具备脱离气体调配器82(或者分布器)。这个分布器允许沿着封壳的整个截面并且以几乎均匀的方式来分配源自气体排放管路42的出口46的脱离气体。

这个调配器包括至少一个中空径向横向臂84，其基本上是水平的，从管42沿着封壳壁80方向延伸。有利地，提供从管按角度地平均布置的许多臂，例如，彼此以60°偏移的六个臂。这个臂包括连接内孔86，其允许通过任何已知手段(诸如钎焊或焊接)将这个臂的内部连接到管路42的出口46。这个臂还包括许多喷嘴88，这些喷嘴88沿着每个臂且相对于床12在轴向上而分布。优选地，与连接86相对的臂的自由端被诸如插塞这样的任何装置所闭合。如图5所示，使用形成两个臂84的至少一个管90，一个臂84形成另一个臂的延续，且连接内孔86设于管的中央区。

除了在格栅下方存在气体顶层外，这个封壳的操作与图3的封壳操作相同。

因此，在倾析器的管路42中循环的脱离气体进入管90，在每个臂84中循环且通过喷嘴88离开，流经格栅80且以上升运动传递到床12上。包含于封壳底部中的脱气液体70也流经格栅且同样流到床12上。如上文所提到的那样，由任何已知方式在封壳上部中收集气体和液体以便进行处理和/或储存。

当然，在不偏离本发明的范畴的情况下，可使用图5的带调配器82的倾析器22，取代图3的倾析器，且具有以更迅速和均匀的方式实现气体顶层的优点。

图6的倾析器122的变型与图2的倾析器的不同之处在于孔口140允许与气体排放管路142的密封连通，气体排放管路的入口144连接到这个孔口而不进入外壳，且这个排放管路的出口146携载着气体循环限制装置148。这些装置包括出口146截面的减小，其可通过任何手段而获得，诸如连接到这个出口且包括小直径中心内孔152的垫圈150，格栅，包括许多内孔的板等。

因此，这个截面减小允许利用从液体脱离的气体，通过由此产生的位于上壁30下方的气垫54，来实现压降。

这种倾析器变型也可与图1、图3的封壳一起使用，或者与图5的封壳一起使用，且在后一种情况下添加了调配器82。

本发明具有许多应用，更特定地但非排他性地，即，在使用根据本发明的封壳的流体进给加氢处理方法、或者在蒸馏物催化处理中的应用。

本发明并不限于上文所述的实例，且其涵盖任何变型和等效物。

特别地，出于封壳制造简化的原因，外壳24可不包括下壁28且可通过将壁26的下部与底部16组装起来以获得这个外壳的闭合。这可通过钎焊或焊接来进行。

同样，在实验上已确定出，带有包括槽48的管42的倾析器允许在较广的液体和气体流率范围中操作而不会将气体夹带到液体内，而带有包括限制装置148的管142的倾析器提供气体与液体更好的分离。

因此，当使用烟囱板时，为了压降，倾析器优选地与包括槽的管一起使用，因为液体在气体中的夹带并无影响，同时防止气体夹带于液体中。

Claims (13)

1.一种封壳(10)，其包括至少一个填充床(12)以及用于在所述封壳的底部处输送液体与气体的混合物的供应装置(20)，其特征在于，所述封壳包括用于分离所述混合物的液相与气相的系统(22)，所述系统布置于床(12)与所述混合物供应装置之间，且这个系统包括外壳(24)，所述外壳(24)包括用于脱气液体的流动装置(32)和用于脱离气体的排放装置(42，44，46，48；142，144，146，148)。

2.根据权利要求1所述的封壳，其特征在于，所述外壳(24)在其外围壁(26)上包括孔(32)用于使所述脱气液体流动通过。

3.根据权利要求1或2所述的封壳，其特征在于，所述外壳(24)包括用于增加所述气体与液体分离的装置(50)。

4.根据权利要求3所述的封壳，其特征在于，所述增加装置包括与混合物输送装置(20)相对布置的板(50)。

5.根据前述权利要求中任一项所述的封壳，其特征在于，外壳(24)包括供应管线(36)，所述供应管线(36)布置于所述外壳内且连接到混合物输送装置(20)。

6.根据前述权利要求中任一项所述的封壳，其特征在于，外壳(24)包括气体排放管路(42，142)，所述气体排放管路(42，142)包括压降产生装置(48，148)。

7.根据前述权利要求6所述的封壳，其特征在于，所述压降产生装置包括位于管路(42)上的至少一个侧向开口(48)。

8.根据权利要求7所述的封壳，其特征在于，所述排放管路的一端(44)布置于所述外壳里面且所述至少一个侧向开口(48)布置于所述端部上。

9.根据权利要求6所述的封壳，其特征在于，所述压降产生装置包括排放管路(142)截面的减小(152)。

10.根据前述权利要求中任一项所述的封壳，其特征在于，外壳(24)包括脱离气体调配器(82)，允许沿着所述封壳的整个截面来分配这些气体。

11.根据权利要求10所述的封壳，其特征在于，调配器(82)包括具备气体扩散喷嘴(88)的至少一个径向臂(84)。

12.根据权利要求1所述的封壳，其特征在于，其包括占据所述封壳的整个截面的基本上水平板(60)，穿过所述板运行的中空管(66)以及设于这个板上的穿孔(62)以连通所述板的两侧。

13.一种使用根据权利要求1至12中任一项所述的封壳的流体给料加氢处理方法或者蒸馏物催化处理方法。

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