CN106132528A - 具有向下双相流动的容器的垢收集和预分配塔盘 - Google Patents

Abstract

蒸汽和液体同时向下流动通过竖直容器。水平垢收集和预分配塔盘位于容器中以去除固体污染物并且将液体预分配到精细分配塔盘。垢收集和预分配塔盘包括具有垢收集区域的塔盘板，固体污染物安置和沉积在所述垢收集区域处。在一个实施例中，直立可渗透壁形成垢收集区域，并且当液体流动通过可渗透壁时液体被过滤，使固体污染物俘获在可渗透壁的上游。预分配塔盘具有带有开槽围堰的缘边。来自垢收集区域的液体形成位于可渗透壁和围堰之间的凹槽中的液位。由于凹槽中的均匀液位，通过围堰中的槽的液体流率几乎相等。由于塔盘的多边形，液体在沿着限定于精细分配塔盘上的分配单元之间的通路的方向上离开槽，并且因此进入分配单元的蒸汽入口的液体的量小。蒸汽通过反应器壁和可渗透壁之间的区域并且通过反应器壁和围堰之间的区域旁路通过垢收集和预分配塔盘到达精细分配塔盘。垢收集和预分配塔盘保护精细分配塔盘和催化剂床免于积垢，将液体预分配到精细分配塔盘以最小化该塔盘上的液位梯度，并且减小流动速度以保证精细分配塔盘上的平静流动条件。

Description

具有向下双相流动的容器的垢收集和预分配塔盘

技术领域

本发明涉及具有垢收集功能性的预分配塔盘。预分配塔盘典型地位于汽相和液相同时向下流动的容器中的精细分配塔盘上方。塔盘的主要目的是提供液体预分配到精细分配塔盘，从处理流去除较大垢和其它较大固体杂质，并且在流到达精细分配塔盘之前减小处理流的任何高速度。预分配塔盘适合于、但不限于在滴流床反应器或加氢操作反应器(如加氢处理或加氢裂化反应器)的入口处预分配热富氢处理气和热烃液体的应用。

背景技术

若干方法和设备已被提出用于垢收集或过滤并且用于将液体预分配到双相同时向下流动容器(如滴流床催化反应器)中的精细液体分配塔盘，以便避免进料流中的固体污染物收集在催化剂床上或精细分配塔盘上，导致过度压降和/或减小的表观催化剂活性，并且以便保护精细分配塔盘免于高速流。这些方法或设备的大部分属于下面所述的五个组之一：

组1：积垢床的流体旁路

该方法的例子在美国专利4,380,529中给出。上催化剂床22带有旁路管23和24。当上催化剂床是清洁的并且因此该床上的压降低时，声称仅仅少量蒸汽和液体通过管23和24旁路通过。当上催化剂床逐渐变得积垢并且床上的压降增加时，然后更大量的蒸汽和液体将旁路通过床。因此，总反应器压降减小，并且在反应器压降超过来自处理单元中的泵和压缩器的有效压力之前，处理单元可以保持操作持续更长时间。积垢床的流体旁路的方法具有的缺陷是活性催化剂被旁路通过，使得反应物到产品的转化率减小。而且，在加氢操作反应器中，如果氢围绕催化剂床旁路通过，则该催化剂床中的焦形成率增加。焦形成导致高催化剂失活率和增加的床压降。

积垢催化剂床的流体旁路的另一例子在美国专利6,692,705中给出，其中流体通过旁路管1旁路进入笼架2，所述笼架具有进入催化剂床5的下部分中的穿孔9。

组2：浸没在催化剂床中的篮状件

这是在加氢操作反应器中用于防止催化剂床入口被较大垢和固体污染物堵塞的首选方法之一。浸没在催化剂床中的篮状件的例子在美国专利3,112,256中给出。篮状件30向下浸没到惰性拔顶层(如陶瓷球32)中，并且向下浸没到活性主催化剂床34中。篮状件30的上边缘通常与惰性拔顶层32的顶部齐平。篮状件30增加流体流动到床中可用的流动面积并且因此降低压降以便流体进入床中。所以，当床的入口变得积垢时，具有篮状件30的床与没有篮状件30的床相比，床压降的增加更低。

在床入口处使用篮状件的显著缺陷是篮状件30显著地劣化由精细分配塔盘18提供的流体分配。另外，反应物被旁路通过，通过篮状件，横越催化剂的上层。因此当催化剂床的入口处的篮状件用于减小床压降时表观催化剂活性减小。

组3：分级防护床

如今，保护固定催化剂床免于固体杂质的最广泛使用的工业方法可能是在反应器入口处使用惰性或催化剂颗粒的分级防护床。典型地，颗粒尺寸、形状和催化剂活性被分级，使得在反应器中的向下流体流动方向上颗粒尺寸和空隙分数逐渐减小，并且颗粒的催化剂活性逐渐增加。

分级防护床的例子在美国专利4,615,796中给出。反应器1具有颗粒的分级层2、3、4、5和6，以便保护主催化剂床免于固体污染物。上层是大颗粒，具有用于颗粒之间的流体流动的宽流动通道，并且下层是小颗粒，具有用于颗粒之间的流体流动的窄流动通道。通过具有这些分级层，固体污染物在它们由窄流动通道俘获之前将进一步向下行进到床中。而且，上层典型地具有高空隙分数。由于这两个原因，将固体污染物沉积在颗粒之间的空间可用的总体积增加，并且因此当使用分级防护床时反应器压降增加率更低。

使用分级防护床积累进料中的固体污染物的缺陷是防护床占据反应器1的直部分的显著高度。用于保护主催化剂床的颗粒的分级层具有低催化活性或不具有催化活性，并且因此反应器1中反应物到产品的转化率减小。

组1、2和3的方法和设备位于精细分配塔盘的下游并且因此不提供液体预分配到精细分配塔盘，它们也不提供保护精细分配塔盘免于积垢或高速流。

组4：没有蒸汽旁路的过滤塔盘

没有蒸汽旁路的过滤塔盘的例子在美国专利3,958,952中给出。整个处理流被强制流动通过过滤器单元4。没有蒸汽旁路的过滤塔盘去除固体污染物并且因此保护固定催化剂床免于积垢，使得催化剂床上的压降的增加减小。相反地，压降的增加在过滤塔盘自身上发生，导致增加的反应器压降，并且在某个时刻，需要停止反应器以便进行过滤器单元替换或清洁。参见第4栏第9-15行。通常仅仅在催化剂替换期间进行反应器的停止和人员进入加氢操作单元的反应器，原因是该操作是耗时和昂贵的。设计的另一缺陷是过滤塔盘不提供液体适当预分配到精细分配塔盘3。所以，当液体正从该塔盘的一个区域流动到另一区域时液位梯度可能形成于精细液体分配塔盘3上。这些液位梯度将减小精细分配塔盘的分配性能。

没有蒸汽旁路的过滤塔盘的另一例子在美国专利4,239,614中给出。该过滤塔盘具有颗粒的环形床4、6和7。整个处理流被强制流动通过颗粒的这些床，并且固体污染物将积累在颗粒床的上游和颗粒床中。塔盘具有与美国专利3,958,952所述的相同的缺陷。

组5：具有蒸汽旁路的过滤塔盘

所有具有蒸汽旁路的过滤塔盘的优点是即使当过滤器被堵塞或充满时处理流也可以流动通过塔盘。即使当过滤器充满时塔盘上的压降也低。

具有蒸汽旁路的过滤塔盘的第一例子在美国专利3,824,081中给出。过滤塔盘5在塔盘中心处带有蒸汽开口。围堰7围绕该蒸汽开口并且因此形成蒸汽烟囱。塔盘5带有丝网篮状件6。在操作期间，蒸汽流动通过蒸汽烟囱，液体在围堰7之后收集在塔盘5上，并且流动到篮状件6中，并通过丝网或筛47。垢和固体污染物因此收集在篮状件6中。具体设计的缺陷是过滤塔盘提供液体不良预分配到精细分配塔盘40。所以，当液体正从塔盘的一个区域流动到另一区域时，液位梯度可能形成于精细液体分配塔盘40上。这些液位梯度将减小精细分配塔盘40的分配性能。另一缺陷是过滤塔盘的高度必须大以便提供收集垢和颗粒所需的篮状件体积。为了适应过滤塔盘，反应器的高度将必须增加，其与大额外成本关联。

具有蒸汽旁路的过滤塔盘的第二例子在美国专利8,487,151中给出。过滤塔盘包括具有过滤床的穿孔塔盘1，所述过滤床包括颗粒的不同层I、II、III和IV(图1)。蒸汽烟囱3路由通过颗粒层和穿孔塔盘1。在操作期间，蒸汽穿过烟囱3，同时液体通过过滤床和通过塔盘1中的穿孔7向下滴流。较大的固体杂质将积累在过滤床的颗粒之间的空隙空间中。在某个时刻，液体不再能够穿过过滤床，并且液体将从中心管道4溢流到精细分配塔盘10。该设计的缺陷再次是过滤塔盘提供液体不良预分配到精细分配塔盘40。当一些区域中的过滤床由固体杂质堵塞时尤其如此，并且通过这些区域的液体流动停止。当过滤塔盘充满并且因此液体穿过溢流管4时，所有液体进料可以在反应器的中心线附近进入精细分配塔盘10。已知该状况导致精细液体分配塔盘10上的大液位梯度，原因是靠近反应器中心线的径向向外液体质量通量变得很大。液位梯度将减小精细分配塔盘10的分配性能。另一缺陷是过滤塔盘的高度必须大，以便提供沉积垢和固体污染物所需的过滤颗粒之间的空隙空间的体积。反应器的高度将必须增加以适应过滤塔盘，其与大额外成本关联。

具有蒸汽旁路的过滤塔盘的第三例子在美国专利8,329,974和美国专利申请US2013/0064727A1中给出。过滤塔盘包括具有穿孔12的塔盘。包括三个不同层的颗粒过滤床置于穿孔塔盘上。塔盘带有具有蒸汽开口6的烟囱3，和液体槽4，并且由圆柱形网筛8围绕。在操作期间，蒸汽通过蒸汽开口6和烟囱3旁路通过过滤床到达活性催化剂床10。在循环开始时，当过滤床清洁时，液体穿过过滤床和穿孔12到达活性催化剂床10。当过滤床变得堵塞时，液体流动在堵塞区域中停止，并且液体将改为穿过液体槽4和烟囱3到达活性催化剂床10。该过滤塔盘的缺陷是当过滤床的一些区域变得堵塞时，通过这些区域的液体流动停止，并且位于过滤塔盘的堵塞区域下方的活性催化剂不接收液体进料。

烟囱式塔盘广泛地用于将液体均匀地分配到催化剂床，但是从烟囱式塔盘的均匀液体分配需要所有烟囱暴露于大致相同的液位。使用如以上例子中公开的过滤塔盘，由于过滤床的流动阻力，并且由于过滤床的一些区域将比其它区域变得更积垢并且因此进一步增加床的流动阻力，并非所有烟囱将暴露于相同液位。由于过滤床的大流动阻力，位于从上方接收大液体量的区域中的烟囱3将把大量液体传到床10，并且位于从上方接收小液体量的区域中的烟囱3将把少量液体传到床10。非均匀液体进料分配到活性催化剂床10的结果是反应物到产品的低总转化率，和活性催化剂床10中的径向温差。过滤塔盘的另一缺陷是塔盘将必须位于反应器的直部分中，如美国专利8,329,974的图1中所示，并且过滤塔盘的高度必须大以便提供沉积垢和固体污染物所需的过滤颗粒之间的空隙空间的体积。加氢操作反应器的任何附加高度与大额外成本关联。

发明内容

根据本发明的垢收集和预分配塔盘用于具有蒸汽和液体的向下同时流动的容器中的精细分配塔盘的上游。根据本发明的塔盘可以被分类到上面的组5(具有蒸汽旁路的过滤塔盘)中。

根据本发明的收集和预分配塔盘的三个主要目的是：

1.为了从精细分配塔盘和催化剂床的上游的处理流去除垢和其它较大固体污染物以防止精细分配塔盘和催化剂床入口的积垢和堵塞。

2.将液体预分配到精细分配塔盘，以便当液体在水平方向上从精细分配塔盘上的一个区域流动到另一区域时减小精细分配塔盘上的液位梯度。

3.为了破坏(减小)高流体流动速度并且在精细液体分配塔盘的入口处提供低流体流动速度。

根据本发明的塔盘获得组5的具有蒸汽旁路的过滤塔盘的上述益处，但是尽管现有的组5的具有蒸汽旁路的过滤塔盘不提供液体适当预分配到精细分配塔盘，但是根据本发明的塔盘能够具有上述益处。而且，不同于现有的组5的具有旁路的过滤塔盘，根据本发明的塔盘允许用于沉积垢和固体污染物的弯曲容器头部中的体积的良好使用，并且因此这样的塔盘的使用通常不增加容器壳体的所需高度和成本。

本发明的一个实施例是一种多边形非穿孔塔盘，在塔盘的缘边处具有开槽直立围堰。直立垢收集器壁(如网筛、过滤器或丝网壁)位于反应器中心线和开槽围堰之间。液体凹槽因此形成于垢收集器壁和开槽围堰之间以便平衡液位从而保证通过每一个槽的相等液体流率。开槽围堰的槽优选地在沿着精细液体分配塔盘上的分配单元之间的通路的方向上引出液体，使得来自槽的液体不进入精细液体分配塔盘上的分配单元的蒸汽入口。从开槽围堰朝着反应器壁向外延伸的竖直液体引导板可以用于将来自槽的液体向下引导到精细分配塔盘上的液体池中。通过顶部喷嘴进入容器的处理流(尤其是该处理流的液体部分)优选地通过入口通道向下引到靠近非穿孔塔盘的位置。

根据本发明的塔盘设计成使得所有液体必须穿过可渗透垢收集器壁。大于可渗透壁中的开口尺寸的垢和颗粒将沉积在壁的上游的垢收集区域中。液体穿过可渗透壁并且进入建立稳定和水平液位的液体凹槽。来自液体凹槽的液体通过开槽围堰中的槽分配到精细分配塔盘。来自入口通道的蒸汽通过向上流动并且越过垢收集器壁，然后越过开槽围堰，并且通过多边形塔盘和反应器壁之间的敞开区域到达精细分配塔盘而旁路通过垢收集和预分配塔盘。

附图说明

图1是加氢操作滴流床反应器的半示意性横截面图，显示具有固体催化剂颗粒的两个床的反应器中的催化剂和内部部件的典型布局，以及反应器的上头部中的垢收集和预分配塔盘的典型位置。

图2A、2B、2C、2D和2E是位于反应器容器的上头部中的根据本发明的垢收集和预分配塔盘的一个实施例的简化图。图2A是沿着图2B的线A-A获得的反应器上头部的竖直侧截面图。图2B是沿着图2A的线B-B获得的反应器头部的水平横截面图。图2C是沿着图2B的线C-C获得的液体引导件的侧视图。图2D是沿着图2B的线D-D获得的液体引导件的侧视图。图2E是图2A中所示的开槽围堰中的两个槽的放大侧视图。

图3是在操作期间的图2A中所示的结构的半示意性表示。

图4是作为反应器直径和反应器中的液体体积通量的函数的、当所有液体进给到靠近反应器壁的区域时的美国专利no.7,506,861的精细分配塔盘的最大液位差的绘图。

图5A、5B和5C是根据本发明的垢收集和预分配塔盘的开槽围堰中和塔盘板中的不同类型的孔的侧视图。

图6是根据本发明的垢收集和预分配塔盘的实施例的俯视图，其中塔盘的形状为方形。

图7是根据本发明的垢收集和预分配塔盘的实施例的俯视图，其中塔盘的形状为六边形。

图8A和8B是位于反应器容器的上头部中的根据本发明的垢收集和预分配塔盘的一个实施例的简化图。图8A是反应器上头部的竖直侧截面图。图8B是开槽围堰中的两个槽的放大侧视图。

图9A和9B是位于反应器容器的上头部中的根据本发明的垢收集和预分配塔盘的一个实施例的简化图。图9A是反应器上头部的竖直侧截面图。图9B是开槽围堰中的两个槽的放大侧视图。

本发明的替代实施例包括、但不限于图中所示的设计。

具体实施方式

在加氢操作滴流床反应器中发生的反应是放热的。当在高温和高压下存在加氢操作催化剂的情况下反应物转化成产品时，热因此在反应期间被释放并且导致温度上升。

在商用加氢操作反应器中，反应物的双相混合物流动通过固体催化剂颗粒的床。这样的反应器中的理想流动型式是活塞流动，其中液体在反应器横截面的所有点处以相同速度(基于空反应器)向下流动。在理想活塞流动情况下，对于蒸汽相同样如此：蒸汽在反应器横截面的所有点处以相同速度(基于空反应器)向下流动。

在商用反应器中，由于床入口处的非理想液体分配、非均匀催化剂装载、和/或沉积物/焦存在于催化剂颗粒之间的空隙空间中，因此决不会获得活塞流动。

到达滴流床反应器的进料流包含来自上游炉管和进料/流出物热交换管的焦垢，来自上游管道和设备的诸如硫化铁的腐蚀产品，以及来自上游处理系统的其它颗粒杂质。这些固体污染物倾向于收集在精细分配塔盘上，堵塞该塔盘的孔，并且导致蒸汽和液体非均匀分配到催化剂床。固体污染物也沉积在催化剂床的顶部上，具有两个非期望结果：

1.部分堵塞床的一些区域的入口，导致催化剂床中的蒸汽和液体分配的进一步劣化。

2.床的压降增加。

催化剂床中的蒸汽和液体的非均匀分配具有以下结果：在催化剂床的一些区域中，液体流动速度高于平均值，并且蒸汽速度低于平均值。由于液体相对于蒸汽的高热容量，温度上升(例如，以℃每米流动路径计)在这些区域中低。类似地在催化剂床的其它区域中，液体流动速度低于平均值，并且蒸汽速度高于平均值。再次由于液体相对于蒸汽的高热容量，温度上升(例如，以℃每米流动路径计)在这些区域中高。

因此，尽管反应物混合物在反应器入口处具有均匀温度，但是当流体穿过床时催化剂床的一些区域比其它区域变得更热。此外，由于反应速率随着温度增加而增加，因此该效应倾向于加速：催化剂床的热区域具有高反应速率，并且因此在这些区域中比在冷区域中释放更多的热。

由于催化剂床的热区域和冷区域之间的反应速率的差异，也形成流体的化学组成的差异。

水平面中的温度和化学组分的非均匀性具有若干负作用：

所有加氢操作催化剂在操作期间失活。为了补偿催化剂的活性的降低，平均床温度在运行期间增加。在某个时刻，在运行结束时，催化剂床中的峰值温度达到其最大容许值。在这时，整个处理单元需要停止，并且必须再生或替换催化剂。现在，如果存在水平面中的温度的非均匀性，运行结束将在更早期并且以更低平均床温度发生。由非均匀温度导致的停止的更高频率在生产损失、催化剂消耗和额外劳动方面具有精炼机的高成本。

非均匀性的另一效果是化学转化的程度不均匀。反应物的一部分在高程度上被转化，而反应物的剩余部分在低程度上被转化。结果是常常低的总产品质量。

由床入口被固体污染物部分堵塞导致的增加的催化剂床压降增加再循环气体回路的压降和因此再循环气体压缩器和进料泵的所需压头。在某个时刻，可能达到该旋转设备的设计极限，并且需要处理单元的过早停止以便催化剂撇渣、再生或替换。如上所述，过早停止在生产损失、增加的催化剂消耗和额外劳动方面具有精炼机的高成本。

催化剂床的水平面中的温度和化学组成的非均匀性和床压降积累在商用加氢操作反应器中是不可避免的。然而，可以通过安装合适的反应器内部部件最小化非均匀性和压降积累。

对于进料/反应物首先进入的第一催化剂床，需要好的垢收集和预分配塔盘以从进料流去除较大固体污染物，破坏(减小)到达反应器的入口流的高速度，并且预分配液体。好的精细分配塔盘需要设在垢收集和预分配塔盘下方以保证液体和蒸汽在催化剂床的横截面上的相等分配。

对于(一个或多个)任何后续的催化剂床，也需要好的精细分配塔盘以保证液体和蒸汽在反应器的横截面上的均匀分配。然而，到达后续催化剂床的入口流是来自上游催化剂床的出口流，其中非均匀温度和化学组分将在床出口处存在。所以，具有位于上游催化剂床和精细分配塔盘之间的混合设备是必要的。否则，温度和化学组分的非均匀性可能从一个床传到下一个并且恶化。混合设备的目的是产生出口流，其关于温度和组分被平衡。

比反应器内部的流体冷的淬火流体常常在两个相邻的催化剂床之间被注入加氢操作反应器中以便在流体进入下一个床之前冷却来自一个催化剂床的热流出物。这允许更接近等温条件的反应器的操作，其在增加的运行长度和改善的产品质量方面具有若干益处。在该情况下，混合设备的另一目的是在流进入下一个催化剂床之前混合冷淬火流和来自一个催化剂床的流出物以获得热和组分平衡。

现在参考图，图1显示具有壁2、上弯曲头部3、下弯曲头部4、催化剂颗粒的第一或上床5和催化剂颗粒的第二或下床6的典型加氢操作反应器1的草图。图1旨在限定根据本发明的垢收集和预分配塔盘10相对于催化剂床和其它反应器内部部件的典型位置。反应物通过入口喷嘴7进入反应器1。流体进入垢收集和预分配塔盘10，其去除较大固体污染物并且将液体预分配到精细分配塔盘11，如美国专利no.7,506,861的分配塔盘。精细分配塔盘11在置于网筛或催化剂支撑格栅12上的第一催化剂床5的横截面上均匀地分配蒸汽和液体。由于催化剂的大重量和由于通过催化剂床的流体流动引起的力，大力通常作用于催化剂网筛或支撑格栅12。所以，通常需要支撑梁13以吸收这些力。混合设备15(如美国专利7,276,215的混合设备)位于催化剂支撑系统下方。淬火流体通过淬火喷嘴8和淬火分配器14被加入。在混合器下方，冲击设备16用于破坏(减小)离开混合设备15的射流的高速度，并且第二预分配塔盘17可以位于冲击设备16下方以便预分配液体。第二精细分配塔盘18(如美国专利no.7,506,861的分配塔盘)位于混合器15下方，其在通常置于装载在反应器下头部4中的惰性颗粒或球(未显示)上的第二催化剂床6的横截面上均匀地分配蒸汽和液体。来自反应器的产品通过出口喷嘴9离开。

尽管反应器1显示为具有两个催化剂床5、6，但是加氢操作反应器可以仅仅具有单一催化剂床。类似地，在加氢操作反应器中使用的催化剂床的数量可以是两个以上。

图2A、2B、2C、2D和2E是具有根据本发明的垢收集和预分配塔盘的一个实施例的反应器上头部的简化图。反应器容器具有圆柱形壁23和弯曲上头部22。反应器具有用于人员进入容器的人孔25，和用于流体进入容器的入口喷嘴21。具有以方形节距布置的多个分配单元34的精细分配塔盘33安装在反应器中。分配单元的每一个具有蒸汽入口45。垢收集和预分配塔盘20安装在精细分配塔盘33的上游并且包括八边形非穿孔塔盘板32，所述塔盘板具有带有多个槽35的直立竖直开槽围堰31。具有圆形非穿孔底板29的圆柱形入口通道26用于将来自入口喷嘴21的液体引导到尽可能靠近塔盘板32。圆形冲击板24用于破坏(减小)通过入口喷嘴21进入反应器的双相流的高速度。环形圈27用于将液体引导到入口通道26的中心，以便在入口通道26中尽可能纵深地获得液体。入口通道26带有穿孔28以允许蒸汽和液体在径向方向上离开入口通道26。

可选的垢收集器壁30可以位于入口通道26和开槽围堰31之间，在该壁的上游形成垢收集区域。如果有的话，垢收集器壁30是可渗透壁，如网筛或丝网垢收集器壁。在垢收集器壁30(如果有的话)和反应器上头部22之间，并且在开槽围堰31和上头部22之间，必须提供用于旁路蒸汽流动的自由间隔。塔盘板32必须在分配单元34上方升高足够的高度以允许塔盘板32和分配单元34之间的向内径向蒸汽流动。

如果液体进入分配单元34的蒸汽入口45，则通过该分配单元的液体流动通常将是过度的并且导致液体不当分配到图1的上催化剂床5。所以，塔盘32的形状优选地和有利地为八边形以允许通过槽35沿着精细分配塔盘33上的分配单元34之间的通路的液体流动方向36。该设计显著地减小进入分配单元34的蒸汽入口45的液体的量，并且因此改善精细分配塔盘33的分配性能。

进入分配单元34的蒸汽入口45的液体量的进一步减小可以通过使用可选的液体引导件37(图2C和2D)实现。液体引导件37包括位于开槽围堰31的外侧上的槽35的每一侧的两个竖直板38和39。板38和39向下延伸到每个分配单元34的蒸汽入口45下方，并且因此板38和39将离开槽35的液体向下引导到精细分配塔盘33上的液体池中。底板36可以用于破坏或减小从槽35的每一个下落的液体的竖直速度并且增加设计的机械强度。液体引导件37已设计成打开以用于在向下方向上在开槽围堰31和反应器上头部22之间和在径向向内方向上在预分配塔盘20和精细分配塔盘33之间的蒸汽流动。

图3是操作期间的图2A的装置的示意性表示。双相进料流通过入口喷嘴21进入反应器。高速度入口流冲击冲击板24，并且竖直速度分量减小。入口通道26朝着垢收集和预分配塔盘20的塔盘板32向下引导双相流。环形圈27将液体引导到入口通道26的中心，并且液体朝着入口通道26的底部被路由。双相流通过穿孔28离开入口通道26。在入口通道26和垢收集器壁30之间的体积中，蒸汽从液体41和固体污染物40分离。蒸汽沿着路径44越过垢收集器壁30的顶部和越过开槽围堰31的顶部流动到精细分配塔盘33。液体41和固体污染物40在塔盘板32上收集在垢收集器壁30的上游的垢收集区域中。垢和固体污染物40倾向于通过重力安置在垢收集区域中并且保持可渗透垢收集器壁30的上部分打开以便液体流动。液体41通过可渗透垢收集器壁30被过滤，使垢和固体污染物40俘获在垢收集区域中。来自垢收集器壁30的液体收集在液体凹槽42中，并且稳定和几乎水平液位在液体凹槽42中建立。来自液体凹槽42的液体通过开槽围堰31中的槽流动到精细分配塔盘33上的液体池43。由于液体凹槽42中的稳定和几乎水平液位，通过槽的液体流率近似相同。来自槽的液体流在分配单元34之间进入精细分配塔盘33上的液体池43，使得液体不会进入蒸汽开口45。

如图2和3中所示，液体靠近反应器壁23进给到精细分配塔盘33，并且液体因此必须在向内径向方向上横越精细分配塔盘33流动到位于塔盘板32下方的分配单元34。然而，如图4中所示，已表明精细分配塔盘33上的液体从反应器壁23朝着精细分配塔盘33的中心的向内径向流动方向不导致精细分配塔盘33上的任何显著的液位梯度。图4是作为反应器1的直径的函数和作为反应器1中的液体体积通量的函数的、当所有液体均匀分配到邻近反应器壁23的区域中时的根据美国专利no.7,506,861设计的精细分配塔盘33的最大液位差的绘图。从图形看出，对于所有正常加氢操作应用由于液体流动横越精细分配塔盘33引起的最大液位差小于1mm，其与由制造和安装公差产生并且导致液体池43上方的蒸汽空间中的压力差的精细分配塔盘33上的液位差相比是可忽略的。

精细分配塔盘33上的低液位差是液体从垢收集和预分配塔盘20良好预分配到精细分配塔盘33的结果。如果来自入口喷嘴21的液体进给到精细分配塔盘33的小区域，则将产生显著的液位梯度，并且这些液位梯度将劣化精细分配塔盘33的液体分配性能。暴露于较高液位的分配单元34与暴露于较低液位的分配单元34相比将典型地把更多液体传到第一或上催化剂床5。塔盘板32中的液体开口或烟囱可以用于将液体分配到位于垢收集和预分配塔盘20下方的精细分配塔盘33的区域。然而，这样的开口或烟囱倾向于被沉积在塔盘板32上的固体污染物40堵塞，并且从图4看到，不需要这样的液体开口或烟囱，原因是精细分配塔盘33上的液位差已经低了。

围堰31中的开口不必需要是矩形槽35，如图2E中所示。可以使用其它形状，如图5A、5B和5C中所示。不同尺寸和位于不同高度处的圆孔46和V形槽口47是围堰31中的可能开口的其它例子。用于液体流动通过塔盘板32的开口48也可以单独地或与围堰31中的开口49组合地使用。

在图2和3中，垢收集器壁30和开槽围堰31显示为竖直。然而，可以使用收集器壁30和围堰31的其它形状，如成角或弯曲，从而更好地使用在反应器上头部22中可用的体积。

在图2B中，塔盘板32显示为八边形。然而对于具有高蒸汽流动的反应器，将使用方形塔盘板32，如图6中所示，以便增加开槽围堰31和反应器上头部22之间的蒸汽流动区域。当分配单元34以方形节距布置时八边形或方形的塔盘板32是最合适的，原因是在该情况下开槽围堰31将垂直于分配单元34之间的通路。这允许沿着这些通路的通过槽35的液体流动方向56，使得几乎没有或没有来自槽35的液体进入分配单元34的蒸汽入口45。

塔盘板32可以是其它形状。如果例如分配单元34以三角形节距布置，则六边形的塔盘板32将是优选的，如图7中所示，以便保证通过槽35的液体流动方向56沿着精细分配塔盘33上的分配单元34之间的通路。这再次是为了防止来自槽35的液体进入分配单元34的蒸汽入口45。

垢收集器壁30也可以具有不同形状。这些形状包括多边形，如图2B和6中所示，如图7中所示的圆形，或其它形状。

在图2和3所示的实施例中，收集垢和固体污染物40的垢收集区域是可渗透垢收集器壁30的上游的区域。然而，垢收集区域也可以是平静流动区域50，如图8和9中所示。平静流动区域50是通过使用流动限制(如挡板、格栅、丝网、颗粒的填充床或诸如无规则或结构化填料的填料)减小流动速度和流动紊流的区域。平静流动区域50中的较低流动速度允许颗粒杂质在这里安置和沉积。图8中的实施例可以在这样的反应器中被使用，其中如果反应器中的蒸汽流率高，或者如果反应器具有椭球形反应器上头部22而不是半球形反应器头部，在反应器上头部22中可用于垢收集器壁30的体积不足。

现在参考图8A和8B，反应器具有圆柱形壁23和椭球形上头部22。上头部22带有人孔25和入口喷嘴21。圆柱形入口通道26将来自入口喷嘴21的入口流向下引导到靠近垢收集和预分配塔盘20的位置。圆形冲击板51位于入口通道26下方以破坏或减小入口流的高速度。垢收集和预分配塔盘20包括具有竖直开槽围堰31的方形塔盘板32。围堰31的上部分带有旨在用于液体流动的矩形槽35。填充有丝网的平静流动区域50设在塔盘板32上，以便减小靠近塔盘32的流体流动速度和紊流，从而允许颗粒杂质安置和沉积在塔盘板32上的丝网中。塔盘板32和槽35定位和定向成使得液体在沿着分配单元34之间的通路的方向上离开槽35，从而防止液体进入分配单元34的蒸汽入口45。

参考图9A和9B，反应器具有圆柱形壁23和半球形上头部22。头部22带有人孔25和入口喷嘴21。圆柱形入口通道26将来自入口喷嘴21的入口流向下引导到包括圆柱形壁52和非穿孔圆形底板54的入口篮状件55中。圆柱形壁52由槽53穿孔。垢收集和预分配塔盘20包括方形塔盘板32和竖直开槽围堰31。围堰31的上部分带有旨在用于液体流动的矩形槽35。包括丝网的平静流动区域50设在塔盘板32上以便减小靠近塔盘板32的流体流动速度和紊流，从而允许颗粒杂质安置和沉积在丝网中和塔盘板32上。入口通道26和篮状件55的目的是将液体向下引导到平静流动区域50中，同时大部分蒸汽将采取从入口通道26到精细分配塔盘33的路径44。稳定和几乎水平液位将在液体凹槽42中建立并且保证液体相等分配到单独的槽35。塔盘板32和槽35定位和定向成使得液体在沿着分配单元34之间的通路的方向上离开槽，从而防止液体进入分配单元34的蒸汽入口45。

如图2A、8A和9A中所示，设计具有相关冲击设备的入口通道26有若干方式。重要设计方面是将来自入口喷嘴21的流体引到尽可能靠近垢收集和预分配塔盘20，并且使流体以尽可能低的速度引出到预分配塔盘20，以便允许预分配塔盘20上的蒸汽、液体和固体的分离，并且允许将固体污染物安置和沉积在塔盘板32上。典型地，通过使用第二或下冲击板29(图2A)、51(图8A)、54(图9A)减小离开入口通道26的流体流的竖直速度分量，并且可以通过使用流体流必须流动通过的入口通道壁26或篮状件55中的穿孔28和53减小水平速度分量。优选地，液体和固体污染物应当被引导到尽可能靠近预分配塔盘20，而蒸汽应当优选地在较高高度处离开入口通道以允许蒸汽经由路径44旁路通过预分配塔盘20。这可以通过在入口路径扩张部的蒸汽下游(例如图2A中的来自环形圈27的中心开口的扩张部的下游，或图9A中的从入口通道26到篮状件52的扩张部的下游)提供蒸汽的开口来实现。在这些扩张部中，液体由于其更大密度而具有在竖直向下方向上前进的趋势，而蒸汽更容易被偏转并且穿过图2A中的开口28的上部，或穿过图9A中的入口通道26和篮状件52之间的环形区域。

图2A、8A和9A中的塔盘32典型地接近水平。图2A、8A和9A中的围堰31的高度典型地在100到400mm之间。图2E、8B和9B中的槽35的高度典型地在50到300mm之间。图2E、8B和9B中的槽35的宽度典型地在5到50mm之间。图2A中的垢收集器壁30的高度典型地在200到1200mm之间。图8A和9A中的平静流动区域50的高度典型地在100到1200mm之间。入口通道26的直径或宽度典型地在150到1000mm之间。

Claims (30)

1.一种用于去除固体污染物并且用于将液体预分配到具有蒸汽和液体的同时向下流动的催化反应器容器中的精细分配塔盘的方法，所述方法包括以下步骤：

在所述催化反应器容器的内部提供垢收集和预分配塔盘；

使所述液体穿过所述垢收集和预分配塔盘上的垢收集区域以便安置和沉积所述固体污染物；

使来自所述垢收集区域的所述液体朝着位于所述垢收集和预分配塔盘的缘边处的围堰传送；

使所述液体通过孔传到所述精细分配塔盘；以及

使蒸汽从所述垢收集和预分配塔盘上方的空间通过所述垢收集区域和所述容器的壁之间的流动区域并且通过所述围堰和所述容器的壁之间的流动区域传到所述精细分配塔盘。

2.根据权利要求1所述的方法，其中所述垢收集和预分配塔盘位于所述催化反应器的上头部的内部以节省反应器高度。

3.根据权利要求1所述的方法，其中所述垢收集和预分配塔盘整体地或部分地位于所述催化反应器的上切线上方以节省反应器高度。

4.根据权利要求2所述的方法，其中入口通道被提供并且用于将进入所述反应器的顶部的处理流向下引导到所述垢收集和预分配塔盘。

5.根据权利要求4所述的方法，其中冲击板用于减小进入所述垢收集区域之前的所述入口通道中的所述处理流的竖直流动速度分量。

6.根据权利要求5所述的方法，其中所述处理流被引导以从所述入口通道流动通过穿孔壁或篮状件以减小进入所述垢收集区域之前的所述处理流的水平流动速度分量。

7.根据权利要求1所述的方法，其中所述处理流在朝着所述围堰径向向外的大体流动方向上被引导通过所述垢收集区域。

8.根据权利要求1所述的方法，其中液体凹槽设在所述垢收集区域和所述围堰之间并且用于平坦化液位差以便获得所述孔的每一个上方的相等液体高度。

9.根据权利要求1所述的方法，其中所述孔设在所述围堰中。

10.根据权利要求9所述的方法，其中所述孔是矩形槽。

11.根据权利要求1所述的方法，其中所述垢收集和预分配塔盘是非穿孔的。

12.根据权利要求1所述的方法，其中可渗透直立壁形成所述垢收集区域并且其中所述液体在其流动通过所述可渗透直立壁时被过滤。

13.根据权利要求1所述的方法，其中所述垢收集区域包括流动限制，如挡板、格栅、丝网、颗粒的填充床或诸如无规则或结构化填料的填料，所述流动限制提供具有低流动速度和低流动紊流的平静流动区域以允许所述固体污染物安置和沉积在所述垢收集区域中。

14.根据权利要求1所述的方法，其中所述垢收集和预分配塔盘具有多边形并且其中所述围堰垂直于所述精细分配塔盘上的分配单元之间的通路，以便允许沿着所述通路的从所述孔的液体离开方向。

15.根据权利要求1所述的方法，其中液体引导板用于将液体从所述孔引导并向下进入所述精细分配塔盘上的液体池中。

16.根据权利要求1所述的方法，其中所述垢收集和预分配塔盘位于两个催化剂床之间的反应器部分中。

17.一种具有蒸汽和液体的同时向下流动的催化反应器容器，其包括用于去除固体污染物并且用于将液体预分配到精细分配塔盘的垢收集和预分配设备，所述设备包括：

位于所述精细分配塔盘上方的水平塔盘；

所述水平塔盘上的垢收集区域，其中所述固体污染物可以安置和沉积在所述垢收集区域处；

在所述水平塔盘的缘边处的围堰，所述围堰在所述塔盘上方向上延伸，以便建立液位和在所述围堰上游的液体凹槽；

在所述反应器的壁和所述围堰之间的用于所述蒸汽的通道，用于使蒸汽从所述水平塔盘上方的空间传到所述精细分配塔盘；以及

孔，用于使液体从所述液体凹槽传到所述精细分配塔盘。

18.根据权利要求17所述的反应器，其具有弯曲头部并且所述水平塔盘在所述反应器容器的上切线上方位于所述弯曲头部中以节省反应器高度。

19.根据权利要求18所述的反应器，其中入口通道被提供并且用于将进入所述反应器的顶部的处理流向下引导到所述水平塔盘。

20.根据权利要求19所述的反应器，其中冲击板被提供并且用于减小进入所述垢收集区域之前的所述入口通道中的所述处理流的竖直流动速度分量。

21.根据权利要求20所述的反应器，其中提供穿孔壁或篮状件，所述处理流被引导通过所述穿孔壁或篮状件以减小进入所述垢收集区域之前的所述处理流的水平流动速度分量。

22.根据权利要求17所述的反应器，其中所述处理流在朝着所述围堰径向向外的大体流动方向上被引导通过所述垢收集区域。

23.根据权利要求17所述的反应器，其中所述孔设在所述围堰中。

24.根据权利要求23所述的反应器，其中所述孔是矩形槽。

25.根据权利要求17所述的反应器，其中所述水平塔盘是非穿孔的。

26.根据权利要求17所述的反应器，其中所述垢收集区域包括从所述水平塔盘向上延伸的可渗透壁，其中所述液体通过可渗透壁被过滤并且其中所述固体污染物在所述可渗透壁的上游沉积。

27.根据权利要求17所述的反应器，其中所述垢收集区域包括流动限制，如挡板、格栅、丝网、颗粒的填充床或诸如无规则或结构化填料的填料，所述流动限制提供具有低流动速度和低流动紊流的平静流动区域以允许所述固体污染物安置和沉积在所述垢收集区域中。

28.根据权利要求17所述的反应器，其中所述水平塔盘具有多边形并且其中所述围堰垂直于所述精细分配塔盘上的分配单元之间的通路，以便允许沿着所述通路的从所述孔的液体离开方向。

29.根据权利要求17所述的反应器，其中液体引导板用于将液体从所述孔引导并向下进入所述精细分配塔盘上的液体池中。

30.根据权利要求29所述的反应器，其中所述液体引导板是平面和竖直板。