CN104936688B - 反应器和进料分配组件 - Google Patents

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Abstract

实施例包括反应器和进料分配组件。反应器和进料分配组件可包括反应器容器、气体进料管、催化剂进料管、催化剂进料管壳体和催化剂回流分流器。

Description

反应器和进料分配组件
技术领域
本公开涉及一种反应器和进料分配组件。
背景技术
通过使用流化床反应器，碳氢化合物可被转换为期望的产品。流化床反应器可将液体进料或者气体进料注入到反应器一侧。然而，随着反应器的直径的增加，液体进料和/或气体进料的均匀分配可以是很难达到的，导致生产效率低下。
发明内容
本发明相应地提供了一种反应器，包括：
反应器容器，具有衬有耐火材料的内壁面、外壁面、底部、顶部、气体进料分配组件和安装板，其中∶
底部具有内表面和外表面，
气体进料分配组件具有面向内表面的第一表面、与第一表面间隔并背离第一表面的第二表面、以及外板表面，该外板表面具有垂直于第一表面和第二表面的部分，其中，气体进料分配组件限定出多个气体通道，所述多个气体通道的每一个通过第一孔和第二孔与第一表面和第二表面流体连通，第二孔比第一孔具有更大的横截面面积，并且分配组件隔热填料被布置在衬有耐火材料的内壁面的下部之间，相比于衬有耐火材料的内壁面连接到顶部的位置，该下部更靠近衬有耐火材料的内壁面连接到底部的位置，
安装板具有第一端以及第二端，第一端可操作地连接到底部，其中，第一端和第二端彼此间隔开并且在第一端和第二端之间限定出与内平面隔开的外平面，该外平面与衬有耐火材料的内壁面间隔开，外板表面可操作地连接到内平面的靠近第二端且与第一端间隔开的部分；
气体进料管，该气体进料管可操作地连接到延伸通过反应器容器的底部的气体进料管接收通道；
催化剂进料管，该催化剂进料管具有第一端和第二端，该催化剂进料管延伸通过衬有耐火材料的内壁面，以及外壁面，使得第二端被定位在气体进料分配组件的第二表面的上方；
催化剂进料管接收通道；以及
催化剂进料管壳体，催化剂进料管可滑动地容纳在催化剂进料管壳体中，催化剂进料管与催化剂进料管壳体的内表面间隔开，催化剂进料管壳体具有接近反应器容器的底部的第一端、与反应器容器的底部间隔开且接近气体进料分配组件的第二表面的第二端、以及与催化剂进料管壳体的内表面间隔开且可操作地连接到催化剂进料管通道的内周表面和催化剂进料管接收通道的外表面，其中，催化剂进料管隔热填料布置在催化剂进料管和催化剂进料管壳体的内表面之间。
附图说明
图1A示出了根据本公开的实施方式的反应器和进料分配组件的侧视图。
图1B示出了根据本公开的实施方式的反应器和进料分配组件的侧视图。
图2示出根据本公开的实施方式的催化剂进料管的侧视图。
图3示出了根据本公开的实施方式的气体进料分配组件的俯视图。
具体实施方式
本文的附图遵循这样的编号惯例，其中的第一个数字或第一部分数字对应于附图的数字编号，而其余的数字标识出附图中的元件或组件。在不同附图之间，相似的元件或部件可以通过使用类似数字来标识。例如，152可以标记图1中的元件“52”，而图2中类似的元件可以被标记为252。
本文在不同的实施例示出和/或描述的元件可以增加、交换和/或去掉，从而提供了本公开的多个其它实施例。另外，在附图中提供的元件的比例和相对尺度意在说明本发明的实施方式，而不应被视为具有限制意义。
正如所提到的，本公开提供了反应器和进料分配组件，其可用于烃类转化。例如，例如过热丙烷的气体和基于例如氧化铝或氧化铝-二氧化硅的催化剂(其包括镓和/或铂)，可被供给到反应器和进料分配组件中，在反应器和进料分配组件中发生丙烷脱氢，以提供丙烯、氢气和其它副产物。有利的是，反应器和进料分配组件可以提供横跨反应器和进料分配组件的床的气体分配，以减少丙烷焦化，从而相比其他的反应器提高处理效率，在其他的反应器中，会发生焦化并导致堵塞，这可能会导致分配差且性能受损。此外，由于横跨反应器床气体均匀分配和进料分配组件的形状，使得所使用的催化剂的量可以减少，与管和/或环型的气体分配器相比，所述进料分配组件的形状不允许催化剂落到气体进料分配组件150下面。
如图1A所示，反应器和进料分配组件110包括反应器容器120。反应器容器120可具有各种构造。反应器容器120可包括一个以上多面体、球、圆柱、圆锥、不规则形状、它们的组合、和/或它们的部分。例如，反应器容器120可包括具有纵向轴线的直中空圆柱体。反应器容器包括衬有耐火材料的内壁面121、外壁面122、底部123、顶部128、气体进料分配组件150、安装板160、催化剂进料管接收通道126和气体进料管接收通道127。底部123具有内表面124和外表面125。
气体进料分配组件150包括面对内表面124的第一表面151、与第一表面151间隔开并面对第一表面151的第二表面152以及外板表面159，所述外板表面159的一部分垂直于第一表面151和第二表面152。外板表面159可以焊接到第一表面151。在一个实例中，分配组件隔热填料156设置在与衬有耐火材料的内壁面121的下部之间，相比于衬有耐火材料的内壁面121连接到顶部128的位置，该下部更靠近衬有耐火材料的内壁面121连接至底部123的位置。
在一个实例中，气体进料分配组件150的第一表面151和/或第二表面152可以衬有耐火材料。此外，具有隔热特性的其它材料(例如，隔热材料)可以被设置在第一表面151和第二表面152之间。耐火衬里和/或隔热材料可以有助于防止气体进料分配组件150的第一表面151被加热，以使丙烷在第一表面151被焦化。
气体进料分配组件150限定出多个气体通道155和具有内周面158的催化剂进料管通道157。所述多个气体通道155中的每一个与第一表面151和第二表面152通过第一孔153和第二孔154流体连通。所述多个气体通道155可以与第一表面151和/或第二表面152齐平，和/或延伸超过(例如，低于)第一表面151和/或第二表面152。第二孔154可以比第一孔153具有更大的横截面面积，例如，当第一孔153和第二孔154的横截面垂直一个以上气体通道155的纵向轴线和催化剂进料管的纵向轴线被确定时。
气体进料分配组件150的第一孔153和第二孔154可具有均匀的和/或变化的横截面面积，例如，以有助于使得均匀分配的气体通过所述多个气体通道中的每一个。例如，较接近气体进料管130的气体通道可在气体进料分配组件150的第一表面151和第二表面152之间具有更大的压力差。因此，与更远离气体进料管130的第一孔153相比，气体进料分配组件150的更靠近气体进料管130的第一孔153可具有更小的横截面面积，以有助于平衡气体分配装置150两端的压力差。
气体进料分配组件150的第一孔153的内径与气体进料分配组件150的第二孔154的内径的比例可以为0.13至0.63，优选为0.34至0.51。气体进料分配组件150的第一孔153的内径与反应器容器120的内径的比例为0.003至0.014，优选为0.008至0.012。气体进料分配组件150的第二孔154的内径与反应器容器120的内径的比例为0.008至0.163，优选为0.026至0.067。对于一些实施例，例如包括非圆形横截面面积的实施例，各横截面面积的比率可以在本文针对包括圆形横截面面积的实施例讨论的范围内。
反应器和进料分配组件110包括安装板160，所述安装板160用于将气体进料分配组件150安装和/或支撑到反应容器120的底部123。安装板160包括可操作地连接到底部123的第一端161，以及第二端162。第一端161和第二端162彼此隔开，并在它们之间限定出与内侧平面表面164间隔开的外侧平面表面163。外侧平面表面163与衬有耐火材料的内壁面121间隔开，并且外板表面159被可操作地连接到内侧平面表面164的靠近第二端162且与第一端161间隔开的部分。
反应器和进料分配组件110包括气体进料管130，其可操作地连接到延伸通过反应器容器120的底部123的气体进料管接收通道127。反应器和分配组件110可包括多个气体进料管130。多个气体进料管130可以可操作地连接到多个气体进料管接收通道，例如，包围反应器容器120的纵向轴线的气体进料管接收通道。
反应器和进料分配组件110可包括偏转板190，所述偏转板190与气体进料分配组件150的第一表面151间隔开并通过多个偏转板连接器192可操作地连接到气体进料分配组件150的第一表面151的一部分。偏转板190可偏转和/或减少气体进料进入反应器容器120的速率。偏转和/或速度重定向可引起气体进料更均匀地分配通过所述多个气体通道155。
气体进料管130可以被安装成与衬有耐火材料的内壁面121齐平，或者可以延伸超出衬有耐火材料的内壁面121。气体进料管130的内径与反应器容器120的内径的比值可以为0.06至0.77，优选为0.20至0.23。
反应器和进料分配组件110包括催化剂进料管140。反应器和分配组件110可包括多个催化剂进料管140。多个催化剂进料管140可以可操作地连接到多个进料管接收通道，例如，包围反应器容器120的纵向轴线的进料管接收通道。
催化剂进料管140包括第一端141和第二端142。催化剂进料管140延伸通过反应器容器120的衬有耐火材料的内壁面，以及外壁面，使得第二端142被定位在气体进料分配组件150的第二表面152的上方。例如，催化剂进料管140延伸通过催化剂进料管接收通道126和催化剂进料管通道157，使得第二端142延伸超出气体进料分配组件150的第二表面152。催化剂进料管帽145可以由一个以上连接器146可操作地连接到第二端142，所述连接器146限定出间隙147，通过该间隙147，催化剂可以流动到气体进料分配组件150的第二表面152上。催化剂进料管140的内径与反应器容器120的内径的比值可以为0.08至0.23，优选为0.12至0.15。
反应器和进料分配组件110包括催化剂进料管壳体180，催化剂进料管140可滑动地容纳在催化剂进料管壳体180内。催化剂进料管140可以与催化剂进料管壳体180的内表面183间隔开。催化剂进料管140可滑动地容纳在催化剂进料管壳体180内，以允许催化剂进料管140膨胀。例如，通过催化剂进料管140的催化剂进料可以被加热，从而引起催化剂进料管140的长度和直径扩大。因此，相比于催化剂进料管140在其中被焊接就位的反应器，催化剂进料管140可以扩大，催化剂进料管140被焊接就位可能会导致焊接开裂。
催化剂进料管壳体180包括靠近底部123的第一端部181、与反应器容器120的底部123隔开并且接近气体进料分配组件150的第二表面152的第二端182、以及与催化剂进料管壳体180的内表面183间隔开的外表面184，该外表面184可操作地连接到催化剂进料管通道157的内周表面158和催化剂进料管接收通道126。第一表面151的内径可以被焊接到催化剂进料管壳体180和/或被催化剂进料管壳体180支撑。对于一些应用，可以在第一表面151和底部123之间结合附加支撑件。
催化剂进料管140的隔热填料149设置在催化剂进料管140和催化剂进料管壳体180的内表面183之间。催化剂进料管140的隔热填料149可以有助于保持催化剂进料的温度。例如，通过气体进料管130进入的气体进料的温度可以不同于通过催化剂进料管140进入的催化剂进料的温度。例如，当正在反应器和进料分配组件110中执行丙烷脱氢的情况下，丙烷可在摄氏570度(℃)下通过气体进料管130进入，而催化剂可以在750度(℃)下进入催化剂进料管140。因此，如果丙烷接触催化剂进料管140(催化剂进料管140由于流经的催化剂被加热到750℃)，丙烷可能焦化并导致反应器和进料分配组件110堵塞。
反应器和进料分配组件110包括催化剂回流分流器170，其可操作地连接到催化剂进料管140，靠近催化剂进料管140的第二端142。催化剂回流分流器170从催化剂进料管140延伸并延伸超过催化剂进料管壳体180的第二端182。在一个实例中，催化剂回流分流器170可减少引入到催化剂进料管140的隔热填料149中的催化剂。
图1B示出了反应器和进料分配组件110的另一实施例，其包括反应器容器120。如本文中所讨论的，反应器容器120包括衬有耐火材料的内壁面121、外壁面122、底部123、顶部128、气体进料分配组件150、安装板160和气体进料管接收通道127。底部123具有内表面124和外表面125。
气体进料分配组件150，如本文所讨论的，包括面对内表面124的第一表面151、与第一表面151间隔开并面对第一表面151的第二表面152，以及具有垂直于第一表面151和第二表面152的部分的外板表面159。如图所示，气体进料分配组件150在反应器110的整个内径上延伸。
外板表面159可以焊接到第一表面151。在一个实例中，分配组件隔热填料156设置在衬有耐火材料的内壁面121的下部之间，相比于衬有耐火材料的内壁面121连接到顶部128的位置，该下部更靠近衬有耐火材料的内壁面121连接至底部123的位置。
在一个实例中，气体进料分配组件150的第一表面151和/或第二表面152可以衬有耐火材料。此外，具有隔热特性的其它材料(例如，隔热材料)可以被设置在第一表面151和第二表面152之间，如本文所讨论。气体进料分配组件150限定出多个气体通道155，如本文所讨论。所述多个气体通道155中的每一个与第一表面151和第二表面152通过第一孔153和第二孔154流体连通。所述多个气体通道155可以与第一表面151和/或第二表面152齐平，和/或延伸超过(例如，低于)第一表面151和/或第二表面152。第二孔154可以比第一孔153具有更大的横截面面积，例如，当第一孔153和第二孔154的横截面垂直一个以上气体通道155的纵向轴线和催化剂进料管的纵向轴线被确定为时。
气体进料分配组件150的第一孔153和第二孔154可具有均匀的和/或变化的横截面面积，如本文所讨论。气体进料分配组件150的第一孔153的内径与气体进料分配组件150的第二孔154的内径的比例可以为0.13至0.63，优选为0.34至0.51。气体进料分配组件150的第一孔153的内径与反应器容器120的内径的比例为0.003至0.014，优选为0.008至0.012。气体进料分配组件150的第二孔154的内径与反应器容器120的内径的比例为0.008至0.163，优选为0.026至0.067。
反应器和进料分配组件110也包括安装板160，所述安装板160用于将气体进料分配组件150安装和/或支撑到反应容器120的底部123，如本文中所讨论的。安装板160包括可操作地连接到底部123的第一端161，以及第二端162。第一端161和第二端162彼此隔开，并在它们之间限定出与内侧平面表面164间隔开的外侧平面表面163。外侧平面表面163与衬有耐火材料的内壁面121间隔开，并且外板表面159被可操作地连接到内侧平面表面164的靠近第二端162且与第一端161间隔开的部分。
图1B所示的反应器和进料分配组件110包括气体进料管130，其可操作地连接到延伸通过反应器容器120的底部123的气体进料管接收通道127，如本文所讨论。气体进料管130可以被安装成与衬有耐火材料的内壁面121齐平，或者可以延伸超出衬有耐火材料的内壁面121。气体进料管130的内径与反应器容器120的内径的比值可以为0.06至0.77，优选为0.20至0.23。
图1B中所示的反应器和进料分配组件110也可包括偏转板190，所述偏转板190与气体进料分配组件150的第一表面151间隔开，并通过多个偏转板连接器192可操作地连接到气体进料分配组件150的第一表面151的一部分，如本文所讨论。
图1B的反应器和进料分配组件110包括催化剂进料管140，可在向上的(如图1B所示)或向下的任一取向上进入催化剂进料管140。催化剂进料管140包括第一端141和第二端142。如图1B所示，催化剂进料管140延伸通过反应器容器120的衬有耐火材料的内壁面121，以及外壁面122，使得第二端142定位在气体进料分配组件150的第二表面152上方。对于该实施例，催化剂进料管140可以焊接到反应器容器120。
如图1B所示，催化剂进料管帽145可以由一个以上连接器146可操作地连接到第二端142，所述连接器146限定出间隙147，通过该间隙147，催化剂可以流动到气体进料分配组件150的第二表面152上。催化剂进料管140的内径与反应器容器120的内径的比值可以为0.08至0.23，优选为0.12至0.15。
反应器和分配组件110可包括多个催化剂进料管140。多个催化剂进料管140可以可操作地连接到多个进料管接收通道，例如，包围反应器容器120的纵向轴线的进料管接收通道。在另外的一个实施例中，催化剂的组合也可通过图1A所示的催化剂进料管接收通道126和催化剂进料管通道157以及如图1B所示的反应器容器120中的开口进入。
反应器和进料分配组件110还可以包括垂直机械支撑件193，如图1B所示。如图所示，垂直机械支撑件193可被定位并固定到容器120的内表面124和气体进料分配组件150的朝向该内表面124的第一表面151之间。垂直机械支撑件193可有助于保持气体进料分配组件150的结构稳定性，并在数量和配置方面设置成适合于气体进料分配组件150所提供的负载。
如图2中所示，催化剂进料管240可被分成从催化剂进料管240沿径向延伸的多个第二端242。多个催化剂进料管帽245可以由限定出间隙247的一个以上连接器246可操作地连接到所述多个第二端242中的每一个。催化剂可以流过催化剂进料管240的第一端241、催化剂进料管臂248以及间隙247，流到气体进料分配组件250的第二表面252上。催化剂进料管臂248可以在气体进料分配组件250上延伸，这可以有助于在气体进料分配组件250的直径上分配催化剂。催化剂进料管臂248可与气体分配组件250的第二表面152平行，可以远离气体分配组件250的第二表面252延伸，和/或朝向气体分配组件250的第二表面252延伸，以有助于促进催化剂和气体混合。
如图3所示，气体进料分配组件350可包括第二表面352和外板表面359。第二表面352可包括由气体进料分配组件350的第二孔354形成的多个气体通道355。所述多个气体通道355可以按一几何图案围绕催化剂进料管通道357布置。该几何图案可以根据各种应用不同而不同。例如，所述多个气体通道355可以以栅格方式和/或同心地围绕催化剂进料管通道357布置。气体进料分配组件250可以包括每平方米10至50个的气体通道，优选为每平方米20至35个气体通道，但是每平方米其他数量的气体通道也是可能的。

Claims (10)

1.一种反应器，包括：
反应器容器，具有衬有耐火材料的内壁面、外壁面、底部、顶部、气体进料分配组件和安装板，其中∶
底部具有内表面和外表面，
气体进料分配组件具有面向内表面的第一表面、与第一表面间隔并背离第一表面的第二表面、以及外板表面，该外板表面具有垂直于第一表面和第二表面的部分，其中，气体进料分配组件限定出多个气体通道，所述多个气体通道的每一个通过第一孔和第二孔与第一表面和第二表面流体连通，第二孔比第一孔具有更大的横截面面积，并且分配组件隔热填料被布置在衬有耐火材料的内壁面的下部之间，相比于衬有耐火材料的内壁面连接到顶部的位置，该下部更靠近衬有耐火材料的内壁面连接到底部的位置，
安装板具有第一端以及第二端，第一端可操作地连接到底部，其中，第一端和第二端彼此间隔开并且在第一端和第二端之间限定出与内平面隔开的外平面，该外平面与衬有耐火材料的内壁面间隔开，外板表面可操作地连接到内平面的靠近第二端且与第一端间隔开的部分；
气体进料管，该气体进料管可操作地连接到延伸通过反应器容器的底部的气体进料管接收通道；
催化剂进料管，该催化剂进料管具有第一端和第二端，该催化剂进料管延伸通过衬有耐火材料的内壁面，以及外壁面，使得第二端被定位在气体进料分配组件的第二表面的上方；
催化剂进料管接收通道；以及
催化剂进料管壳体，催化剂进料管可滑动地容纳在催化剂进料管壳体中，催化剂进料管与催化剂进料管壳体的内表面间隔开，催化剂进料管壳体具有接近反应器容器的底部的第一端、与反应器容器的底部间隔开且接近气体进料分配组件的第二表面的第二端、以及与催化剂进料管壳体的内表面间隔开且可操作地连接到催化剂进料管通道的内周表面和催化剂进料管接收通道的外表面，其中，催化剂进料管隔热填料布置在催化剂进料管和催化剂进料管壳体的内表面之间。
2.根据权利要求1的反应器，还包括多个气体进料管。
3.根据权利要求1的反应器，还包括多个催化剂进料管。
4.根据权利要求1的反应器，其中，气体进料分配组件的第一孔的内径与气体进料分配组件的第二孔的内径的比值为0.13至0.63。
5.根据权利要求1的反应器，其中，气体进料分配组件的第一孔的内径与反应器容器的内径的比值为0.003至0.014。
6.根据权利要求1的反应器，其中，气体进料分配组件的第二孔的内径与反应器容器的内径的比值为0.008到0.163。
7.根据权利要求1的反应器，其中，气体进料管的内径与反应器容器的内径的比值为0.06至0.77。
8.根据权利要求1的反应器，其中，催化剂进料管的内径与反应器容器的内径的比值为0.08至0.23。
9.根据权利要求1的反应器，还包括偏转板，该偏转板与气体进料分配组件的第一表面间隔开，并通过多个偏转板连接器可操作地连接到气体进料分配组件的第一表面的一部分。
10.如前述权利要求的任一项的反应器，还包括：
催化剂回流分流器，该催化剂回流分流器靠近催化剂进料管的第二端部可操作地连接到催化剂进料管，催化剂回流分流器从催化剂进料管延伸并超出催化剂进料管壳体的第二端。
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