CN105582862A - 一种用于上流式反应器的气液分配盘 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于上流式反应器的气液分配盘，包括盘板，盘板上均匀分布多个分配孔，每个分配孔上安装有1个气液分布器，其中所述的气液分布器包括催化材料网和支撑体，催化剂材料网在盘板上方，支撑体在盘板下方，催化材料网底部及支撑体顶部分别通过螺栓固定在盘板的分配孔中，催化材料网底部与支撑体顶部连通，其中催化材料网由加氢反应中具有催化活性的材料制成。该气液分配盘上结构简单，操作容易，操作弹性大，分布效果好，能够满足反应器物流分布和长周期稳定运转的需要。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于上流式反应器的气液分配盘，具体地涉及一种用于气液并流向上的流化床反应器的气液分配盘。
背景技术
在石油化工、精细化工等领域的反应器中，气液分布器作为重要的内构件被广泛应用。气液分布器使物料在反应器内均匀分布，反应物与催化剂良好接触，充分发挥催化剂性能以及装置平稳运行的重要因素。物料分布不均匀时会导致径向截面上特别是在反应器尺寸大型化后的温度差异，甚至会出现局部过热，损害催化剂的性能，从而大大降低催化剂的使用寿命和运转周期。另外，由于原料中含有少量的杂质以及流经系统时冲击管道及设备而夹带的锈垢和污物，如果在催化剂床层表面积累，会迅速堵塞流通通道，造成原料分布不均匀，大幅度影响催化剂效果甚至增加反应器压降。所以，效果好的气液分布器是反应器运行和工业过程平稳操作重要因素。
CN201020290159、CN1765479A、CN2928215A、CN201088910A和CN101940897A、CN101940900A和CN101940897A等专利中，均是对现有的反应器内的气液分布器的设备和结构上的改进或变更，特别是都存在着可能存在磨损，影响止逆效果的止逆球，特别是当今很多反应器内都是采用密相装填催化剂来代替之前的常规催化剂装填，目的就是尽可能装填更多的催化剂，实现反应器的空间利用率的提升。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供一种用于上流式反应器的气液分配盘，该气液分配盘上的气液分布器由具有催化活性的材料制成，结构简单，操作容易，操作弹性大，分布效果好，能够满足反应器物流分布和长周期稳定运转的需要。
本发明的用于上流式反应器的气液分配盘，包括盘板，盘板上均匀分布多个分配孔，每个分配孔上安装有1个气液分布器，其中所述的气液分布器包括催化材料网和支撑体，催化剂材料网在盘板上方，支撑体在盘板下方，催化材料网底部及支撑体顶部分别通过螺栓固定在盘板的分配孔中，催化材料网底部与支撑体顶部连通，其中催化材料网由加氢反应中具有催化活性的材料制成。
本发明气液分配盘中，催化材料网为蘑菇状空心网，顶部蘑菇头部分的圆弧端点的切线与水平方向的夹角为5-150°，优选20-50°，下部蘑菇杆部分的圆筒直径略小于分配孔的直径，以便于能够安装到分配孔中，圆筒高度为0.5-50mm，优选5-25mm；催化材料网的网孔直径为0.1-5mm，优选0.5-1mm，催化材料网厚度为0.1-5cm，优选1-2cm。
本发明气液分配盘中，支撑体的材质为304、316、321等金属材质，支撑体上部为圆筒状结构，下部为圆台形筒状结构，支撑体上部圆筒的直径、厚度与催化材料网的下部圆筒相同，圆筒高度为0.5-50mm，优选5-25mm，圆台形筒状结构的高度为10-400mm，优选80-200mm，圆台轴截面底角a为30-70°，底部设置气液入口1和气液入口2。
气液入口1为支撑体底部的中心为圆心的圆形开口，开口处向上为一顶部收缩的圆筒结构，圆形开口半径为3~30mm，优选6~24mm，从圆筒高度由下至上的1/4-2/3处开始收缩，收缩角度b为120-150°，圆筒高度为0.5-80mm，优选5-40mm，。
气液入口2为支撑体的底部中心为圆心的圆环形开口，圆环外圆半径为70~100mm，内圆半径为10~50mm，外圆所在的底部与内圆所在的底部通过连接杆连接，以达到固定的目的。
本发明气液分配盘中，盘板的开孔率即盘板上的气液分布器的比例为5%-50%，优选15%-30%。
其中，所述的具有催化活性的材料为加氢反应中的保护剂，可以为粉体或成型产品，可以为市售产品，也可以按照本领域常规方法进行制备，如抚顺石油化工研究院的FZC-102、FZC-103、FZC-204、FZC-10U、FZC-11U、FZC-10A～FZC-14A等加氢保护剂中的一种，石油化工科学研究院的RG系列加氢保护剂中的一种，AkzoNobel（阿克苏诺贝尔）公司的KG50、KG-1、5B、542等加氢保护剂中的一种，CRITERION公司的514-SH、544-SH、814HC、824-HC、855MD等加氢保护剂中的一种，或上述加氢保护剂的几种组合。
所述的催化材料网的制备方法，包括如下内容：将催化剂与粘结剂混合，捏压成可塑体，然后浇筑到催化材料网的模具中，焙烧，得到催化剂组成的催化材料网。
其中，所述的粘结剂为氧化铝、硅溶胶、纤维素或聚乙烯醇等中的一种或几种。催化剂和粘结剂混合，可以添加适当溶剂，如水或者催化剂制备过程的母液或浸渍液。还可以加入发泡剂或者催化剂助剂，如碳酸氢钠、2-羟基丙烷-1,2,3-三羧酸等可以产生CO2的添加剂，在制备过程中，可以通过添加剂的作用，释放气体，使得形成的催化材料网内部有孔道和孔隙产生，利于介质分散，也利于这种由催化材料网构成的新型分布器的出料孔的实现。
所使用的模具由上封和下封构成，上封和下封分别含有若干平行的针芯，模具材料通常为不锈钢材料，材质可以为304、304L、316L、321等，模具的形状、大小及针芯的个数、直径，根据所要制备的催化剂材料网的形状进行设计，上封和下封通过连接件连接。
所述的焙烧条件为：焙烧温度300~1000℃，优选500~800℃，焙烧时间为2~25小时，优选5~15小时。
本发明的流化床反应器，包括反应器筒体，在反应器筒体内下部设置本发明上述的气液分配盘。其中分配盘通过螺栓与安装在反应器器壁上的支撑圈相连，从而达到安装固定的目的。
本发明的气液分配盘，还可以安装在流化床的底部封头内部，可以大幅度节约反应器空间，增加反应器催化剂的装填空间，提高反应器空间利用率。还可以安装在反应器底部入口管线内，起到对气液初步分布的作用，同时还可以起到初步反应和预处理的过程，进一步提高反应器内部利用率。
本发明气液分配盘可以用于在气体液体并流向上的上流式反应器中，例如催化裂化反应器、重整反应器、逆流反应器以及具有物流向上运动的反应器体系，适用于石油化工过程。本发明气液分配盘还可以应用于设置多个床层的气体液体并流向上的上流式反应器中。
本发明气液分配盘的具体工作过程为：气体（氢气）、液体（油相）进入到反应器底部混合后，一部分气液混合物通过气液入口1向上运动，气液入口1向上为一收缩结构，另一部分通过气液入口2向上运动，通过气液入口1和气液入口2的分流设置，得到分布器出口的混合均一等速的气液混合物，气液混合物经过分配盘上催化材料网，催化材料中的活性位可以将原料中的杂质进行脱除沉积，网孔将气液混合物分配和切割形成细小的液滴，均匀有序的将分配盘上的催化剂流化沸腾，并与催化剂发生化学反应。
与现有技术相比，本发明的气液分配盘的优点如下：
（1）气液分配盘上有效的分布元件即催化材料网采用催化剂的形式，可以代替常规催化剂级配中的保护剂甚至是脱金属剂等，更多的利用反应空间，多装脱硫剂，脱氮剂等脱杂质和转化催化剂，提高反应器利用率和反应效果，提高反应器处理能力，延长催化剂运转周期；
（2）气液分布器的气液入口1向上为一收缩结构，改善了以往常规的气液并流向上时产生的中心速度快，边壁速度慢甚至是速度向下的不足，能够通过气液入口1和气液入口2的分流设置，得到分布器出口的混合均一等速的气液混合物；
（3）气液分配盘因介质出料的空间覆盖率高，可以将生成的焦和积炭以及脱除的杂质及时流化分散开，防止累积增加，造成压降及堵塞增加；同时，分配盘结构简单、分布均匀、阻力小、不漏料、不易堵塞、对液体物料适应性好和容易清洗等特点，普遍适用于一般的流态化床，气液分配盘集积垢、反应和气液分布功能于一体，特别适用于流化床原料中含有粘性污染物的场合。
附图说明
图1为本发明气液分配盘中气液分布器的结构示意图。
其中，1-气液入口1，2-气液入口2，3-盘板，4-催化剂材料网孔，6-连接螺栓，6-催化材料网，7-连接杆，8-支撑体，9-连接杆。
图2为本发明实施例1的催化材料网的模具结构示意图。
其中，1-上封，2-下封，3-针芯。
图3为本发明实施例1的气液分布盘的平面示意图。
其中，1-气液分布器，2-盘板。
图4本发明实施例1的支撑体底部的仰视图。
其中，1-气液入口1，2-气液入口2，R1-气液入口1的圆形开口半径，R2-气液入口2的内圆半径，R3-的外圆半径，O-支撑体底面圆心。
具体实施方式
为进一步阐述本发明的具体特征，将结合附图加以说明，但并不因此限制本发明。
本发明气液分配盘的具体工作过程如下：原料（氢气、油相）进入到反应器底部混合后，一部分气液混合物通过气液入口1向上运动，气液入口1向上为一收缩结构，另一部分通过气液入口2向上运动，通过气液入口1和气液入口2的分流设置，得到混合均一等速的气液混合物，气液混合物经过分配盘的盘板2上催化材料网6，催化材料中的活性位将原料中的杂质进行脱除沉积，网孔4将气液混合物分配和切割形成细小的液滴，均匀有序的将分配盘上的催化剂流化沸腾，并与催化剂发生化学反应。
以下结合具体实施例进一步对本发明气液分布器的结构及使用效果进行描述。
本发明实施例所使用的催化材料网模具为不锈钢材料，材质为321，由上封和下封构成，模具的形状根据所需催化材料网的形状进行设计，上封和下封分别含有8个平行的针芯，上封和下封连接后，催化剂组分浇筑到模具中，600℃焙烧15小时，然后将上封和下封打开，得到催化剂组成的催化材料网；其中，催化材料网的结构参数如下：催化材料网为蘑菇状空心网，顶部蘑菇头部分的圆弧端点的切线与水平方向的夹角c为30°，下部蘑菇杆部分的圆筒直径略小于分配孔的直径，以便于能够安装到分配孔中，圆筒高度为20mm；催化材料网的网孔直径为0.8mm，催化材料网厚度为1cm；
支撑体按照现有技术进行制备成型，支撑体的结构参数如下：支撑体的材质为321金属材质，支撑体上部为圆筒状结构，下部为圆台形筒状结构，支撑体上部圆筒的直径、厚度与催化材料网的下部圆筒相同，圆筒高度为7mm，圆台形筒状结构的高度为86mm，圆台轴截面底角a为69°，底部设置气液入口1和气液入口2；气液入口1为支撑体底部的中心为圆心的圆形开口，圆形开口半径为7mm，开口处向上为一顶部收缩的圆筒结构，从圆筒高度由下至上的1/2处开始收缩，收缩角度b为140°，圆筒高度为35mm。
气液入口2为支撑体的底部中心为圆心的圆环形开口，圆环外圆半径为71mm，内圆半径为12mm，外圆所在的底部与内圆所在的底部通过连接杆连接，以达到固定的目的。
盘板的开孔率即盘板上的气液分布器的比例为16%。
实施例1
采用本发明气液分配盘进行流化床渣油加氢反应，反应条件为：反应温度396℃，反应压力15MPa，氢油比500:1，体积空速0.4h-1。渣油的性质见表1，评价结果见表2。反应器内部装填抚顺石油化工研究院生产的FZC-24。
实施例2
采用本发明气液分配盘进行流化床渣油加氢反应，反应条件为：反应温度396℃，反应压力15MPa，氢油比500:1，体积空速0.4h-1。渣油的性质见表1，评价结果见表2。反应器内部装填抚顺石油化工研究院生产的FZC-24。同时，将本发明气液分布器(构成为FZC-11)也安装在反应器底部入口管线内。
实施例3
采用本发明气液分布器进行双流化床反应器串联进行渣油加氢反应，反应条件为：反应温度396℃/396℃，反应压力15MPa，氢油比500:1，总体积空速0.2h-1。渣油的性质见表1，评价结果见表2。一反和二反内部分别装填抚顺石油化工研究院生产的FZC-24、FZC-34。
实施例4
采用本发明气液分布器进行双流化床反应器串联进行渣油加氢反应，反应条件为：反应温度396℃/396℃，反应压力15MPa，氢油比500:1，总体积空速0.2h-1。渣油的性质见表1，评价结果见表2。一反和二反内部分别装填抚顺石油化工研究院生产的FZC-24、FZC-34。同时，将本发明气液分布器(构成为FZC-11)也安装在反应器底部入口管线内。
比较例1
渣油加氢反应条件同实施例1，采用常规的泡帽分布器，评价结果见表2。
比较例2
渣油加氢反应条件同实施例4，采用常规的泡帽分布器，采用双流化床反应器串联进行渣油加氢反应，评价结果见表2。
表1渣油的性质。
表2评价结果。
Claims (15)
1.一种用于上流式反应器的气液分配盘，包括盘板，盘板上均匀分布多个分配孔，每个分配孔上安装有1个气液分布器，其特征在于：所述的气液分布器包括催化材料网和支撑体，催化剂材料网在盘板上方，支撑体在盘板下方，催化材料网底部及支撑体顶部分别通过螺栓固定在盘板的分配孔中，催化材料网底部与支撑体顶部连通，其中催化材料网由加氢反应中具有催化活性的材料制成。
2.按照权利要求1所述的气液分配盘，其特征在于：催化材料网为蘑菇状空心网，顶部蘑菇头部分的圆弧端点的切线与水平方向的夹角为5-150°，下部蘑菇杆部分的圆筒直径小于分配孔的直径，圆筒高度为0.5-50mm；催化材料网的网孔直径为0.1-5mm，催化材料网厚度为0.1-5cm。
3.按照权利要求2所述的气液分配盘，其特征在于：顶部蘑菇头部分的圆弧端点的切线与水平方向的夹角为20-50°，下部蘑菇杆部分的圆筒高度为5-25mm；催化材料网的网孔直径为0.5-1mm，催化材料网厚度为1-2cm。
4.按照权利要求1所述的气液分配盘，其特征在于：支撑体的材质为金属材质，支撑体上部为圆筒状结构，下部为圆台形筒状结构，支撑体上部圆筒的直径、厚度与催化材料网的下部圆筒相同，圆筒高度为0.5-50mm，圆台形筒状结构的高度为10-400mm，圆台轴截面底角a为30-70°，底部设置气液入口1和气液入口2。
5.按照权利要求4所述的气液分配盘，其特征在于：气液入口1为支撑体底部的中心为圆心的圆形开口，开口处向上为一顶部收缩的圆筒结构，圆形开口半径为3~30mm，从圆筒高度由下至上的1/4-2/3处开始收缩，收缩角度b为120-150°，圆筒高度为0.5-80mm。
6.按照权利要求4所述的气液分配盘，其特征在于：气液入口2为支撑体的底部中心为圆心的圆环形开口，圆环外圆半径为70~100mm，内圆半径为10~50mm，外圆所在的底部与内圆所在的底部通过连接杆连接。
7.按照权利要求1所述的气液分配盘，其特征在于：盘板的开孔率即盘板上的气液分布器的比例为5%-50%。
8.按照权利要求1所述的气液分配盘，其特征在于：所述的具有催化活性的材料为加氢反应中的保护剂，选自抚顺石油化工研究院的FZC-102、FZC-103、FZC-204、FZC-10U、FZC-11U或FZC-10A～FZC-14A加氢保护剂中的一种，石油化工科学研究院的RG系列加氢保护剂中的一种，AkzoNobel公司的KG50、KG-1、5B或542加氢保护剂中的一种，CRITERION公司的514-SH、544-SH、814HC、824-HC或855MD加氢保护剂中的一种，或上述加氢保护剂的几种组合。
9.按照权利要求1所述的气液分配盘，其特征在于：所述的催化材料网的制备方法，包括如下内容：将催化剂与粘结剂混合，捏压成可塑体，然后浇筑到催化材料网的模具中，焙烧，得到催化剂组成的催化材料网。
10.按照权利要求9所述的气液分配盘，其特征在于：所述的粘结剂为氧化铝、硅溶胶、纤维素或聚乙烯醇中的一种或几种。
11.按照权利要求9所述的气液分配盘，其特征在于：所述的模具由上封和下封构成，上封和下封分别含有若干平行的针芯，模具材料为不锈钢材料，模具的形状、大小及针芯的个数、直径，根据所要制备的催化剂材料网的形状进行设计，上封和下封通过连接件连接。
12.按照权利要求9所述的气液分配盘，其特征在于：所述的焙烧条件为：焙烧温度300~1000℃，焙烧时间为2~25小时。
13.按照权利要求1所述的气液分配盘，其特征在于：气液分配盘安装在流化床的底部封头内部和/或在反应器底部入口管线内。
14.一种流化床反应器，包括反应器筒体，其特征在于：在反应器筒体内下部设置权利要求1~13任一权利要求所述的气液分配盘。
15.一种权利要求1~13任一权利要求所述的气液分配盘用于在气体液体并流向上的上流式反应器。
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