CN102463076B - 用于径向床反应器的外部模块化格栅 - Google Patents

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Abstract

本发明介绍了一种用于径向床反应器的新型外部模块化格栅，径向床反应器使用交叉气流进行催化重整或骨架异构化，其中所述格栅被划分为基本相等的平行六面形模块。这种格栅与根据现有技术的格栅相比更易于组装和维修，并且具有更大的机械阻力。

Description

用于径向床反应器的外部模块化格栅
技术领域
本发明涉及径向床精炼单元领域，其中催化床被限定在外围壁部和内围壁部之间，并且进料相对于催化剂流动以交叉方式流过所述床。
更准确地说，在这种类型的径向床单元中，催化床具有环形的形状，其中它从周围壁部的外缘一直延伸至所述周围壁部的内缘，这样就界定出允许收集废水的中央收集器。进料通常由环形床的外缘引入，并且以基本上垂直于后者竖直流动方向的方式穿过催化床。在中央收集器内收集反应废水。
本发明关注的是径向流反应器的机械方面，并且更确切地说，本发明的目标是提高随后在本文其余部分中被称为“外部格栅”的外围壁部的机械阻力以及有助于所述格栅的组装和维修操作。
实际上，外部格栅在并不完全受控的过渡阶段期间例如在紧急停机、不受控的剧烈放热或者甚至是操作过程中发生意外的情况下可能会经受历相当大的机械应变，所有这些情况都可能会造成一部分外围壁部的变形。
某些反应器由于其尺寸相当大，可能会达到5米的直径和20米的高度，因此对于这类问题特别敏感。
外部格栅在压接到催化床上时可能会由于柱状结构围绕其自身周边滑动的扭曲而经历大块或小块地变形。
应该理解“块”的意思是指变形现象影响反应器一定高度处的一大段周边区域。
在本文其余部分中，这种类型的形变特征被称为结构变形，意思是说这种变形是由方向向下的竖直应力造成，特别是包括增加了一部分催化剂的重量。这种变形通过柱状格栅的整体扭曲效应而导致结构的局部弱化。
背景技术
在石油工业中使用的用于实现重整碳氢化合物或者用于烯烃馏分骨架异构化反应的大多数反应器都是径向反应器。催化床具有竖直柱状环的形状，由容纳催化剂的内部格栅在内侧限定，并且由被称为外部格栅的相同类型的另一格栅在外侧限定。
内部和外部格栅格栅是可渗透的，并且允许气体通过同时保留由催化床生成的颗粒物。这种可渗透性允许进料从外部格栅侧通过进入环形催化床内，并且允许反应废水从内部格栅侧通过进入中央收集器内。
气态进料由反应器顶部进入并且在位于反应器外壁和外部格栅之间的分布区域内扩散，然后以基本沿径向的方式穿过环形催化床。
在穿过催化床之后，反应废水即被收集在由内部格栅界定的竖直柱状收集器内。
重整反应器内使用的催化剂可以具有各种形状例如象挤条状、球状或其他形状。本发明并不局限于催化剂颗粒的特定尺寸或特定形状。
催化剂颗粒的直径变化范围通常在0.5mm到4mm之间，并且更具体地在1.5mm到3mm之间。当颗粒并非大体球形时，例如颗粒具有挤压出的柱体形状时，直径的定义是当量沙得直径（Sauter diameter）定义，其保持颗粒的表面积/体积比。
与催化径向床反应器气相下的技术相关的问题是无论运行条件如何(正常运行时、冷却或加热的情况下或者在紧急停机的情况下)，实质上都要将催化剂限定在由外部和内部格栅界定的环形区域内，这可能会由于单元中不同的热量水平而造成明显的不均匀膨胀。
根据现有技术，外部和内部格栅通常由具有V形轮廓的竖直丝构成，通过一组被称为水平环的金属环使其保持相互关联，水平环在与竖直丝的所有触点上被焊接至竖直丝。
由水平环和竖直丝构成的组合的刚性与格栅网格的变形性有关。
在制造现有格栅的情况下，这种刚性由通过焊接实现的竖直丝和水平环的连接限制。
专利申请FR09/06.017提供了一种解决方案，通过利用螺旋式网格构成缠绕所述格栅的一条或多条平行螺线来加固外部格栅。
本发明中介绍的解决方案主要包括将外部格栅分解为一定数量的部件，部件之间通过标准连接件相连，其中每一个部件都具有精确限定的形状。本发明的相关优点主要有：
1)通过仅在关注的区域内更换一个或几个部件即可增强和维修外部格栅的可行性；
2)与相同尺寸的单件式格栅相比提高格栅的刚性。这种效果通过构成本申请的一部分的示例来进行说明。
发明内容
本发明被定义为一种用于径向反应器中的外部格栅的构建方法，径向反应器用作催化重整反应物或者馏分C5骨架异构化的反应器。本发明可应用于需要有催化剂在移动床内流动的径向床型反应器的所有过程。
在这些过程中，我们可以列举的有乙醇到乙烯(EtO)的生产过程、低聚裂化烯烃馏分以生产丙烯/乙烯、生产氨以及烷烃和芳香烃的脱氢。
径向床反应器的外部格栅被划分为基本相等的平行六面形模块，每一个模块都具有基本垂直于模块平面、朝向反应器内部取向并且长度在1cm到10cm之间且优选在1cm到5cm之间的边缘。这些边缘允许优选地通过螺栓连接来连接相邻模块。
用于连接模块的其他可行方法是本领域技术人员已知技术的一部分，例如通过点焊或使用特制的键连接。
本发明并不涉及将模块彼此连接的方法。
更具体地，根据本发明具有径向床的反应器由Johnson格栅型的外部柱状格栅以及与外部格栅基本同轴的内部柱状格栅构成，其中两个格栅在其间界定出容纳催化床的环形空间，催化床通过重力流动并且允许进料和反应废水以基本垂直于催化剂流动的方式穿过。
在根据本发明的径向床反应器中，外部格栅被划分为基本相等的通过螺栓连接或者通过键连接系统或者通过点焊组装的模块。
每一个模块都具有平行六面形的弧形形状，具有的高度H包含在反应器高度的1/20倍到1/2倍之间，并且优选地包含在反应器高度的1/15倍到1/3倍之间。
模块侧面具有圆弧形状，并且其长度根据角度α来限定。
如果外部格栅的半径为R，那么因此具有角度为α时，模块侧面具有的长度就是R*α。
格栅的半径R基本上等于反应器的直径除以2。
角度α在20度到90度之间，并且优选地在20度到60度之间。
反应器的高度通常在2米到15米之间，并且反应器的直径通常在1米到10米之间。
在同一行的两个连续模块或者重叠或部分重叠(交错组装时)的两个模块意义上的两个相邻模块之间的连接可以通过螺栓连接或者通过键连接系统或者通过点焊实现。
相邻模块的组装方法并不是本发明的区别技术特征，并且相邻模块之间的组装可以通过本领域技术人员已知的任何过程实现。
附图说明
图1是允许放置为本发明主题的格栅的径向床单元的示意图。
图2是构成根据本发明的外部格栅的模块的视图。
图3是根据本发明交错设置的一组模块的视图。
具体实施方式
图1示出了径向床重整单元的典型示意图，包括：
(1)：反应器外的外壳
(2)：邻接中央收集器(5)的内部格栅
(3)：外部格栅
(4)：用于进气的管路
(5)：反应废水的中央收集器。
标记为(1)至(5)的元件的这种设置方式是根据现有技术得出的，本发明关注的是格栅(2)或(3)，并且更具体地是外部格栅(3)的结构。
以下的说明内容涉及构建外部格栅的模块并且以图2为基础。
模块被制成为所谓的Johnson格栅式的部件。Johnson格栅由一系列竖直丝(7)和水平环(8)制成，它们一起构成了矩形网格。
竖直丝(7)在催化重整的过程中间隔开的水平距离通常在0.1mm到5mm之间。更加精确的方式是竖直丝之间的距离小于催化剂的当量直径除以2。
催化剂的当量直径被定义为保持催化剂颗粒的外表面积/体积比的直径。它就是所谓的沙得直径。
竖直丝通过一组水平环(8)保持相互关联，水平环(8)间隔开的竖直距离(d)在5mm到200mm之间，并且优选地在10mm到100mm之间。
竖直丝确定了在1mm到2mm之间的长度的间隙。模块因此是Johnson格栅部件，其四个侧边上通过基本上垂直于所述部件的平面并且朝向反应器内部取向的边框界定，这四个边框构成了加强的框架。
在根据本发明的反应器的优选方案中，每一个模块具有的高度都在反应器高度的1/15倍到1/3倍之间，并且侧边具有的长度为D/2*α，其中α在20度到60度之间，D代表反应器的直径。
通常，构成外部格栅的模块从底部到顶部被分为标记成从1到N的几行，其中连续的两行被标记为优选以交错方式设置的第I行和第I+1行。根据“交错”可以理解第I+1行模块相对于第I行模块移位了一半的长度。
通常，两个相邻模块之间的连接通过螺栓连接、键连接系统或者通过点焊实现。优选地是通过螺栓连接实现。
模块的水平和竖直边框具有的厚度在在1cm到10cm之间，优选地在1cm到5cm之间。
模块的水平边框优选地向底座以角度δ倾斜，角度δ相对于水平方向在0度到45度之间。
水平边框(6)能够可行地小于竖直边框(6′)以最小化在水平边框上形成的固体堆。
根据本发明的反应器可应用于需要径向床型技术（其中有进料和反应废水交叉流动）的所有过程。
例如，下列过程能够被称作可以使用根据本发明的反应器：再生重整反应物、骨架异构化、复分解、低聚裂化、烷烃的脱氢、芳香烃的脱氢以及生产氨。
孔(9)被沿着水平和竖直边框制备以允许通过螺栓连接或键连接系统组装模块。模块也可以通过点焊组装。模块的优选组装方法是螺栓连接。
模块通常是按行组装，也就是说，位于反应器底部的第一行由通过其竖直边框(6′)组装的N个模块构成。第二行位于第一行上方并且该第二行中的模块可以与第一行中的模块对齐，或者也可以移位半个模块，目的是为了实现交错组装。优选地应使用如图3中所示的交错组装。
根据本发明的示例
该示例将参考例1与根据本发明的两个例子相比较。
参考例1对应于现有技术，其中代表性的催化重整反应器具有直径为2500mm和高度为8000mm的外部格栅，以及直径为900mm的中央收集器。送入进行处理的汽油流速为90吨/小时。
对应本发明的另两个例子是：
－例2：外部格栅由40个单元模块构成，单位模块的侧边尺寸=0.785m，高度=2米；
－例3：外部格栅由44个单元模块构成，单元模块的侧边尺寸=1.96m，高度=0.727米。
每一个模块的水平和竖直边框均为5cm宽。
反应器的主要几何特征在下表中给出：
表1
反应器外壳直径 (mm) 3000
外部格栅直径 (mm) 2500
进料管直径 (mm) 800
进料管和收集器之间的距离 (mm) 3000
反应器外壳和收集器之间的距离 (mm) 1000
外部格栅的高度 (mm) 8000
     
表2
研究例   1 2 3
沿反应器半径的馏分总数 (-) 1 10 4
沿反应器高度的馏分总数 (-) 1 4 11
模块总数 (-) 1 40 44
单元弧形网格 (mm) 7854 785.4 1963
对应的角度α (度)   36 90
单元模块的高度 (mm) 8000 2000 727
模块/反应器高度 (-) 1 1/4 1/11
比较阻力 (-) 基准1 1.24 1.15
对于每一种配置，反应器的总体结构都被认为是各向异性的圆筒，其特征在于每一个主要方向(竖直方向E1和水平方向E2)的杨氏模量。
各向异性的程度由水平平面(由线部分和竖直加固件确定)内的当量厚度eqXZ和竖直平面(由环部分和水平加固件确定)内的当量厚度eqXY之间的比确定。
如果系数β接近于1，那么加固解决方案即为最优：
结构变形的临界应变由以下关系式定义：
其中有以下的材料参数：
－E1，杨氏模量，
－v，泊松系数，
－g12，各向异性材料的惩罚因子，
还有与结构的几何形状相关的参数η被称为应变因子。
实际应变和临界应变σCR之间的比较允许估算阻力增益。
根据本发明切分为多个部件的格栅结构(例2和3)在增加竖直进料时与(根据现有技术的)单件式外部格栅方案相比分别允许可以有24%和15%的增益。

Claims (6)

1.高度在2米到15米之间并且直径在1米到10米之间的径向床反应器，包括外部柱状格栅和内部柱状格栅，外部柱状格栅和内部柱状格栅是基本同轴的从而界定出容纳催化床的环形空间，其中直径为D的外部柱状格栅是Johnson型格栅，包括一系列在其间被焊接并形成矩形网格的竖直丝(7)和水平环(8)，水平环(8)间隔开的竖直距离d在5mm到200mm之间，而竖直丝(7)间隔开的水平距离在0.1mm到5mm之间并且小于催化剂的当量直径除以2，所述外部柱状格栅被划分为基本相等的模块，每一个模块都具有平行六面形的弧形形状，其中模块的高度H在反应器高度的1/15倍到1/3倍之间，并且侧边对应于角度为α的角扇形，侧边具有的长度等于D/2*α，α在20度到60度之间，并且模块的每一个侧边都装有伸向反应器内部并且基本垂直于所述模块的平面的边框，构成外部柱状格栅的所述模块从底部到顶部被分为标记成从1到N的几行，其中被标记为第I行和第I+1行的连续的两行以交错方式设置，并且模块的水平和竖直边框具有的厚度在1cm到10cm之间。
2.如权利要求1所述的径向床反应器，其中两个相邻模块之间的连接通过螺栓连接实现。
3.如权利要求1所述的径向床反应器，其中模块的水平边框以角度δ向下倾斜，角度δ相对于水平方向在0度到45度之间。
4. 如权利要求1所述的径向床反应器，其中水平环间隔开的竖直距离在10mm到100mm之间。
5. 如权利要求1所述的径向床反应器，其中模块的水平和竖直边框具有的厚度在1cm到5cm之间。
6.如权利要求1所述的径向床反应器在以下过程中的应用：再生重整反应物、骨架异构化、复分解、低聚裂化、烷烃的脱氢、芳香烃的脱氢以及生产氨。
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