CN107107011A - 用于催化化学反应器的过滤盘 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于催化化学反应器的颗粒分离系统。
Description
技术领域
本发明涉及具有过滤盘的化学反应器。反应器可以是向下流动的气体和液体催化反应器，其包括颗粒状催化材料的垂直叠置填充床。这种类型的反应器用于石油和化学加工工业以进行各种催化反应，如硫和氮转化(HDS/HDN)、烯烃(HYD)和芳烃的氢化(加氢脱芳构化-HDA)、金属去除(加氢脱金属-HDM)、氧转化(加氢脱氧-HDO)和加氢裂化(HC)。或者，反应器是径向转化器，其中隔板元件必须固定到反应器。该反应器具有穿过催化材料的填充床的径向流，并且它通常用于石油和化学加工工业中以进行诸如催化重整和氨合成的催化反应。
背景技术
颗粒分离和分级是化学、制药、矿产和食品行业中充分关注的需求。虽然可能要求在工业过程中进行颗粒分级来改善某些产品的质量，但可能需要颗粒分离来净化流体流或避免工艺设备产生问题。
有时，有意地使颗粒存在于工艺流中。这是例如液相中的多相催化的情况。在其它情况下，颗粒的存在是无意的。这是例如一些炼油厂流如页岩原油，各种中间工艺流或来自浆态床反应器的流出物的情况。颗粒可能有各种来源：它们可能是原始原料和其它反应物流的一部分，或者它们可以在工艺设备中例如以侵蚀和腐蚀产物形式生成和可以从其中收集。颗粒可能具有有机性质，如木炭、焦炭和树胶；或无机性质，如盐、碎屑、或铁组分的腐蚀物和侵蚀物、或催化剂颗粒的碎屑。此外，它们可能含有细菌形式的活体杂质。形状和尺寸也可能有很大变化-从球体到薄片，从毫米到几微米或更小。如果颗粒在下游工艺中是不期望的，则过滤器或本领域已知的其它合适的颗粒分离技术在敏感设备之前去除这些颗粒的大部分。然而，在某些工艺中，随着时间的推移，例如当涉及侵蚀和腐蚀时，问题可能会出现或变得更加严重。有时，在实践中不可能在敏感设备之前安装颗粒去除设备作为独立的单元操作。
在加氢处理中可以看到由颗粒产生的问题的一个具体实例。加氢处理反应器的进料有时载有颗粒。当进料被引入到反应器时，大多数颗粒积聚在惰性物和/或催化剂填充床上，堵塞床。随之发生的压降的快速增加导致用于压缩的功率需求的增加。当整个反应器的压降超过系统可能输送的最大压力时，反应器需要对填充床的受影响层进行撇渣(skimming)以继续操作。每5-6个月进行一次撇渣的频率并不少见。以比正常周转时间表更高的频率进行撇渣可能是设备和炼油厂盈利能力明显下降的因源。影响反应系统的颗粒的表征可能不可用。在加氢处理反应器中，颗粒的类型取决于具体的原油和/或工艺相关问题(锈、盐、树胶等)。颗粒的运行中采集通常不可用。因此，颗粒表征依赖于事后分析。由于颗粒的聚集和氧化，这些通常受到很大的不确定性的影响。
US2009177023公开了一种用于具有气体和液体的并流向下流动的固定床反应器的过滤盘。
该装置可通过使用包含过滤介质的特定分布器盘来捕集包含在液体进料中的堵塞颗粒，该液体进料供应至以气体和液体的并流向下流动的模式运行的反应器。该装置特别适用于含有炔属和二烯化合物的进料的选择性氢化。
US 20090177023描述了一种装置，其可通过使用包含过滤介质的特定分布器盘来捕集包含在液体进料中的堵塞颗粒，该液体进料供应至以气体和液体的并流向下流动的模式运行的反应器。该装置特别适用于含有炔属和二烯化合物的进料的选择性氢化。
EP0358923公开了一种用于净化源自固体的气化的原料气的方法和装置。在用于净化来自固体气化的含有颗粒状和粉尘状固体颗粒的原料气的方法和装置中，获悉一种方案，通过该方案，大部分的任何尺寸的固体颗粒在进入下游冷却装置之前被从原料气中除去。这在原料气在第一净化阶段从气化区沿气体保持空间的方向以直线形式通过时实现，借此颗粒状固体颗粒在气体保持空间的底部沉淀，然后在第二净化阶段中，部分净化的原料气从气体保持空间横向偏转，并且经历速度减小至少3倍的速度变化，并且在进一步的气体偏转之后，基本上在垂直方向上经由固体过滤器而通过，在那里去除原始气中的粉尘状固体颗粒。
尽管存在上述已知技术，但仍然需要一种具有颗粒分离器的反应器，以确保即使在反应器的进口流体流中存在任何颗粒杂质情况下，反应器也可长期有效运行。
发明概述
本发明描述了一种结合沉降与过滤的新型颗粒分离系统。特别地，该系统包括具有溢流系统的各种过滤段，以最大化颗粒捕获，同时保持压降恒定并限制整个系统的液体载荷。通过一些修改，本发明可用于选择性分离某些形状的颗粒。
本发明的过滤盘允许气体从入口点流动通过槽并到达过滤段的下游，其基本上不受过滤器的阻碍。
根据本发明，过滤盘包括用于收集液体的多个池(basin)。一些池相互连接。池的一个、几个或所有壁由过滤介质制成。过滤介质可以是复合材料。当液体倒入一个池中时，液体首先渗透通过新鲜的过滤介质。液体可直接渗透到过滤盘的下游，或者渗透到新的过滤池。当任何池中的过滤介质被积聚的颗粒逐渐堵塞时，液面升高，且过滤介质的新鲜部分暴露于液体流。
本发明的关键特征在于，池壁用作溢流门。当所含有的池的过滤壁逐渐堵塞时，液面升高。最终液面达到与门相同的高度，且液体不受阻碍地流向新的池。设计与溢流门(槽)相连的开放通道，使得产生一定压降，这是整个盘的最大压降。其应高于液体必须渗透通过以流到过滤盘下游的所有新鲜过滤段的压降之和。
最初，液体流过一个或几个过滤壁，并被引导到过滤盘的下游，而不积聚在任何池中。伴随过滤介质的逐渐堵塞，受影响的池中的液面升高，直到液体升高到溢流门上方并溢出到相邻的池中。该过程持续直至最后的池被填充，且液体溢出到最后的门上方和过滤盘下游。由此，整个过滤盘的最大压降具有极限。
使用溢流门为工艺提供新的过滤段允许限制盘上液柱的总高度。该特征很重要，因为这种系统中的高液柱具有以下几个缺点：
a)它们很重。设计盘以承受较大的重量会增加设计的复杂性和材料。因此，盘的成本增加；
b)高液柱占据反应器空间的高段。通常，反应需要尽可能多的反应器空间，并且它被催化剂占据。减少可用于催化剂的空间通常意味着在给定产品质量下较短的循环时间。
气体从入口点直接流到末尾的槽，并与液体一起离开过滤盘。使用用于分散液体和气体以使其遍及所有催化剂/分级表面的技术来改装末尾的槽。
本发明的方法包括至少一个池以用于在过滤池之前沉降大的和重级别的颗粒。
预先沉降是必要的，以避免具有大表面级别的颗粒快速堵塞过滤器。
取决于该级别的颗粒的特性，过滤介质可以是复合材料。制造过滤介质的一种方法是例如用至少两个由筛网型材料制成的壁(如金属丝网、印刷图案或其它)构建板条箱，并用催化剂或惰性颗粒填充。在某些实施方案中，使用催化剂材料是有益的，其中过滤盘可用于促进某些化学反应。筛网材料必须足够细，以防止催化剂或惰性材料离开板条箱；并且足够大，以允许液体通过。在过滤托盘的最简单的构造方法中，两个筛网彼此面对并垂直于流体。然而，存在其中几何形状被不同地布置并且包括朝向液体流的角度或者筛网不彼此面对的选择的实施方案。由于催化剂或惰性物在每个循环之后都应更换，因此板条箱具有至少一个可移除侧。在一个实施方案中，可移除侧垂直于流体。通过该方法，填充板条箱的惰性物和/或催化剂材料可被分层为各种类型的层。在某些系统中，该特征有利于提高分离的有效性而不会过度增加压降。可方便地将板条箱的可移除侧固定并通过快速释放装置(release)锁紧到板条箱，其为可在几分钟内打开和关闭而不使用工具的用于固定和锁紧的系统。
本发明可用不同类型和性质的过滤介质进行。例如，它们可由可以是复合材料的多孔整体结构制成。
允许气体和液体向下游流动的槽被改装为具有允许混合物均匀地铺展在下游填充床上而不需要附加的分布器盘的分散系统。
本发明的特征
1.一种用于催化化学反应器的颗粒分离系统，其中颗粒分离系统包括多个过滤段，所述过滤段包括溢流系统，从而能在实现颗粒捕获的同时保持分离系统上的压降恒定并限制整个系统的液体载荷，其中所述颗粒分离系统包括至少一个过滤盘，该过滤盘包括具有用于收集液体的池壁的多个池，由此结合沉降和过滤。
2.如特征1所述的颗粒分离系统，其中所述多个池是以串联形式相互连接的上游和下游池。
3.如前述特征中任一项所述的颗粒分离系统，其中所述池壁中的至少一个包括过滤介质。
4.如特征3所述的颗粒分离系统，其中所述过滤介质包括复合材料。
5.如特征3-4中任一项所述的颗粒分离系统，其中上游池能够使液体渗透通过在过滤盘下游的过滤介质或者渗透到下游池，直到所述过滤介质被聚集的颗粒堵塞。
6.如特征3-5中任一项所述的颗粒分离系统，其中当所述盘的过滤介质逐渐堵塞时，上游池的液面升高，从而将下游池暴露于液体流，由此池壁用作溢流门。
7.如特征6所述的颗粒分离系统，其中在所述溢流门下游的开放通道被调适为具有压降，该压降高于在过滤盘中具有未堵塞的过滤介质的所有以串联相互连接的池的压降之和。
8.如前述特征中任一项所述的颗粒分离系统，其还包括在盘上游的至少一个用于大的和重的级别颗粒的初始沉降池。
9.如前述特征中任一项所述的颗粒分离系统，其中所述盘被构造成包括至少两个由筛网型材料制成的壁的板条箱。
10.如特征9所述的颗粒分离系统，其中所述筛网型材料包括催化剂或惰性材料，或催化剂和惰性材料。
11.如特征10所述的颗粒分离系统，其中所述筛网型材料被调适为允许液体通过，同时防止所述催化剂或惰性材料通过。
12.如特征9-11中任一项所述的颗粒分离系统，其中所述两个筛网彼此面对并且被定向为垂直于流体流。
13.如特征9-12中任一项所述的颗粒分离系统，其中所述板条箱具有用于操作的至少一个可移除侧。
14.如特征13所述的颗粒分离系统，其中所述可移除侧通过快速释放装置锁紧。
15.如前述特征中任一项所述的颗粒分离系统用于加氢处理的用途。
附图简要说明
通过示出本发明的实施方案的实施例的附图进一步说明本发明。
图1示出了组件的示意图。
图2示出了在过滤盘的整个周期中的气体路径。基本上所有的气体与混合物分离，并且从槽1(11)和槽2(12)通过，通过出口通道(13)到达下游。槽1和槽2被制成所需尺寸使得在过滤池中限定一定的压降。压降的设计取决于液体的物理性质；过滤介质1(07)和2(08)的机械性能(包括孔隙率和厚度)；要分离的颗粒级别的尺寸和其它特征；溢流门1(09)和门2(10)的高度。
图3示出了在时间0时的液体路径。浇注在沉降池1(01)上时，基本上所有液体都与混合物分离。粗糙级别的颗粒停留在沉降池上，而携带细颗粒的液体流过溢流门(02)进入过滤池1(05)。液体渗透穿过分离细颗粒的过滤介质1(07)，并流入过滤池2(06)中。液体流过过滤介质2(08)，其在这种情况下不进行任何大幅度动作，因为大部分颗粒在过滤介质1中分离。液体流动通过下游的出口通道。
图4示出了当过滤介质1(07)的颗粒收集能力被耗尽时的液体路径。液位升高到溢流门1(09)上方，并通过槽1(11)流出。液体浇注在过滤池2(06)中，并且渗透穿过过滤介质2(08)。液体流动通过下游的出口通道。
图5示出了当过滤介质1(07)和2(08)两者的颗粒收集能力被耗尽并且过滤盘已进行了其循环周期时的液体路径。液位升高到溢流门2(09)上方，并通过槽2(12)流出。随后，它流动通过下游的出口通道。现在颗粒仍随着液体运输。图5示出了在一个实施方案中的沉降池1和沉降溢流门1的等距视图。
图6示出了与图5相同的并且沉降池上具有液体的图。
图7示出了过滤段的等距视图，其显示沉降池2(03)、沉降溢流门2(04)、过滤池1(05)和过滤池2(06)的一个实施方案。
图8示出了过滤段的另一个等距视图。
图9示出了过滤介质的另一个实施方案。在该实施方案中，在过滤池的所有壁上都有过滤介质。
位置编号
01 沉降池 1
02 沉降溢流门 1
03.沉降池 2
04 沉降溢流门 2
05.过滤池 1.
06.过滤池 2.
07.过滤介质 1
08.过滤介质 2.
09.溢流门 1
10.溢流门 2
11.槽 1.
12.槽 2.
13.出口通道
Claims (15)
1.一种用于催化化学反应器的颗粒分离系统，其中所述颗粒分离系统包括多个过滤段，所述过滤段包括溢流系统，由此能在实现颗粒捕获的同时保持分离系统上的压降恒定并限制整个系统的液体载荷；其中所述颗粒分离系统包括至少一个过滤盘，该过滤盘包括具有用于液体收集的池壁的多个池，从而结合沉降和过滤。
2.如权利要求1所述的颗粒分离系统，其中所述多个池是以串联形式相互连接的上游和下游池。
3.如前述权利要求中任一项所述的颗粒分离系统，其中所述池壁中的至少一个包括过滤介质。
4.如权利要求3所述的颗粒分离系统，其中所述过滤介质包括复合材料。
5.如权利要求3-4中任一项所述的颗粒分离系统，其中上游池能够使液体渗透通过在过滤盘下游的过滤介质或者渗透到下游池，直到所述过滤介质被聚集的颗粒堵塞。
6.如权利要求3-5中任一项所述的颗粒分离系统，其中当所述盘的过滤介质被逐渐堵塞时，上游池的液面升高，从而将下游池暴露于液体流，由此池壁用作溢流门。
7.如权利要求6所述的颗粒分离系统，其中在所述溢流门下游的开放通道被调适为具有压降，该压降高于在过滤盘中具有未堵塞的过滤介质的所有以串联相互连接的池的压降之和。
8.如前述权利要求中任一项所述的颗粒分离系统，其还包括在所述盘上游的至少一个用于大的和重的级别颗粒的初始沉降池。
9.如前述权利要求中任一项所述的颗粒分离系统，其中所述盘被构造成包括至少两个由筛网型材料制成的壁的板条箱。
10.如权利要求9所述的颗粒分离系统，其中所述筛网型材料包括催化剂或惰性材料，或催化剂和惰性材料。
11.如权利要求10所述的颗粒分离系统，其中所述筛网型材料被调适为允许液体通过，同时防止所述催化剂或惰性材料通过。
12.如权利要求9-11中任一项所述的颗粒分离系统，其中所述两个筛网彼此面对并且被定向为垂直于流体流。
13.如权利要求9-12中任一项所述的颗粒分离系统，其中所述板条箱具有用于操作的至少一个可移除侧。
14.如权利要求13所述的颗粒分离系统，其中所述可移除侧通过快速释放装置锁紧。
15.如前述权利要求中任一项所述的颗粒分离系统用于加氢处理的用途。
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