CN107107013A - 颗粒分离催化化学反应器和颗粒分离器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及包括颗粒分离器的催化反应器，该颗粒分离器通过使流体流动流进行径向向外和向上的S形曲线流动路径而从反应器内部上方的流体流动流中提取颗粒，这使得能够将颗粒提取并沉降在具有低流动性和湍流的收集段。

Description

颗粒分离催化化学反应器和颗粒分离器

技术领域

本发明涉及具有颗粒分离的催化化学反应器。更具体地，本发明涉及一种具有使用沉降原理(独立于位于入口流体流中的颗粒)的颗粒分离器的反应器。反应器可以是向下流动的催化反应器，其包括垂直叠置的颗粒催化材料的填充床。这种类型的反应器用于石油和化学加工业，以用于进行各种催化反应，如硫和氮转化(HDS/HDN)、烯烃(HYD)和芳族化合物(加氢脱芳烃化-HDA)的氢化、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，其中板的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，并且其通常用于石油和化学加工工业中，以用于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、矿产和食品工业中广泛探索的需求。虽然可能需要工业过程中的颗粒分级来提高某些产品的质量，但是可能需要颗粒分离来净化流体流或避免对工艺设备产生的问题。

有时颗粒有意存在于工艺流中。这是例如基于粉碎燃料的燃烧工艺或使用粉末技术生产药物或特种化学品的情况。在其他情况下，颗粒的存在是无意的。例如一些炼油厂流、流化床的流出物、Fischer反应器的产物流就是这种情况。颗粒可以具有各种来源：它们可以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作为侵蚀产物生成和收集。颗粒可以是固体或液体，可以具有有机性质(如碳、焦炭、树胶)，或无机性质(如盐、碎屑)，或作为铁组分的腐蚀和侵蚀物，或催化剂颗粒的碎屑。它们可能是液体，像一些水雾，并且含有如细菌的活体杂质。形状和尺寸也可能有很大差异-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希望的，通常通过过滤器或本领域已知的其它合适的颗粒分离技术，在敏感设备之前将这些颗粒的大部分除去。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，实际上不可能在敏感设备之前安装作为独立单元操作的颗粒去除设备。

在石脑油加氢处理中可以看到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。当将载有颗粒的进料引入至加氢处理反应器中时，颗粒倾向于在分级时或在催化剂上迅速结垢。因此，反应器可能需要频繁地剔除床的受影响层以容纳反应器中的压降积聚。每5-6个月一次或甚至每2-3个月一次的剔除频率并不少见。

影响石脑油加氢处理器的颗粒的表征很少能获得。事实上，颗粒取决于石脑油原料或工艺相关问题(锈、盐、胶等)。颗粒的运行中收集通常不可用。因此，颗粒表征依赖于事后分析，其受到由于颗粒聚集和氧化引起的大量不确定性的影响。

类似地，由FCC(流体催化裂化)催化剂的再生产生的工艺气体通常负载有催化剂颗粒和催化剂碎屑。这种气体可以被输送到硫回收单元，最常见的是用于元素硫的回收的Claus装置，或用于作为浓硫酸回收硫的WSA装置。这些是催化固定床反应器，如果暴露于负载有颗粒的原料，则其易于堵塞。通常存在于FCC再生器出口处的颗粒通常为2至20微米或更低的尺寸。

US2009177023公开了一种用于固定床反应器的过滤盘，其中气体和液体同时向下流动。

该设备可以使用包含过滤介质的特定分配器托盘来捕集包含在液体进料中的堵塞颗粒，该液体供应以气体和液体同时向下流动模式运行的反应器。该设备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来自固体气化产生的原始气体的方法和装置。在用于净化来自固体气化的含有颗粒状和多尘的固体颗粒的原料气体的工艺和装置中，需要找到一种方案，在进入下游冷却装置之前，通过该方案从原料气体中除去大部分任何尺寸的固体颗粒。这通过以下实现：当原料气体在第一净化阶段从气化区在气体保持空间的方向沿直线通过时，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，部分净化的原料气体从气体保持空间横向偏转，并且经历变化至减小至少3倍的速度，并且在进一步的气体偏转之后，基本上在垂直方向上通过固体过滤器，其中灰尘固体颗粒从原料气体中去除。

虽然已有上述已知技术，但是仍需要具有颗粒分离器的反应器以确保反应器在即使进入反应器的入口流体流中存在任何颗粒杂质下可长期有效的操作。

发明概述

本发明描述了一种新型的催化化学反应器，其包括颗粒分离系统。

根据本发明，通过将颗粒捕获在沉降区域中，使颗粒与流动流体流分离。通过使颗粒分离器中的流体流发生S形流动来实现颗粒的捕获。当流体流执行S形曲线流动路径时，颗粒可以向外并且通过重力向下运动，并且以低流体流动活性沉降在分离器的一部分中。

本发明的特征

1.用于化学反应的颗粒分离催化反应器，包括用于将颗粒从入口流体流分离至反应器的颗粒分离器，所述颗粒分离器包括底板、至少一个包括入口通道出口的入口通道、至少一个流体流分流器、至少一个收集段、至少一个转移烟道，所述转移烟道包括位于底板上方的转移烟道入口和位于底板下方的转移烟道出口，其中至少一个入口通道出口中的每一个面向至少一个流体流分流器之一并且至少一个流体流分流器位于至少一个转移烟道入口下方的位置。

2.根据特征1所述的颗粒分离催化反应器，其包括一个入口通道、一个入口通道出口、一个流体流分流器和多个转移烟道。

3.根据特征1所述的颗粒分离催化反应器，其包括一个入口通道、一个入口通道出口、一个流体流分流器和多个转移烟道。

4.根据前述特征中任一项所述的颗粒分离催化反应器，其中至少一个入口通道具有圆形横截面，并且至少一个流体流分流器具有凹形形状。

5.根据前述特征中任一项所述的颗粒分离催化反应器，其中底板具有圆形形状，并且至少一个入口通道出口位于底板中心的上方，所述至少一个流体流分流器固定连接至底板的上侧并且位于底板的上侧的中心，并且至少一个转移烟道固定连接至底板并且位于底板的外围。

6.根据特征5所述的颗粒分离催化反应器，其中至少一个转移烟道相对于底板上的垂直方向以向内的角度安装。

7.根据前述特征中任一项所述的颗粒分离催化反应器，其中至少一个转移烟道的入口面向远离所述至少一个入口通道出口和所述至少一个流体流分流器的位置。

8.根据前述特征中任一项所述的颗粒分离催化反应器，其中至少一个流体流分流器具有圆形形状。

9.根据前述特征中任一项所述的颗粒分离催化反应器，其中催化反应器是氢化处理反应器。

10.根据前述特征中任一项所述的颗粒分离催化反应器，其中反应器具有圆顶形的上部部分，底板位于所述圆顶的下方或下部的内部，所述颗粒分离器位于圆顶内，所述至少一个入口通道出口相对于所述至少一个转移烟道入口位于圆顶的底部附近，并且所述至少一个转移烟道入口相对于所述至少一个入口通道出口位于所述圆顶的顶部附近。

11.根据前述特征中任一项所述的颗粒分离催化反应器，其还包括布置在入口通道内的流动调节器，以确保入口流体流的塞流。

12.根据特征11所述的颗粒分离催化反应器，其中流动调节器是圆锥形的并且与入口通道同心地布置，其中所述圆锥的尖端向上，相对于入口流体流。

13.根据前述特征中任一项所述的颗粒分离催化反应器，其还包括至少一个入口通道出口分流器，所述分流器分流在多个出口通道中的出口流，以确保离开入口通道的流体流的低流速。

14.根据特征13所述的颗粒分离催化反应器，其中入口通道出口分流器是圆锥形的，并且所述多个出口通道具有相等的入口面积。

附图简介

通过示出本发明实施方案的实施例的附图来进一步进行说明本发明。

图1示出了根据本发明的实施方案的用于催化化学反应器(未示出)的颗粒分离器的等距视图。

图2示出了根据本发明的实施方案的用于催化化学反应器(未示出)的颗粒分离器的等距剖面侧视图。

位置编号

01.颗粒分离器

02.底板

03.入口通道

04.入口通道出口

05.流体流分流器

06.收集段

07.转移烟道

08.转移烟道入口

09.转移烟道出口

10.入口通道流调节器

11.入口通道出口分流器

附图说明

下面将参考如图1和图2所示的附图对本发明的实施方案进行更详细的说明。

催化反应器(未示出)包括使工艺气体进入的中空顶部室。在该中空空间中，可以安装颗粒分离器01，其为该工艺提供颗粒分离的特征，且不需要添加额外的空间到反应器中。颗粒分离器包括底板02，其在该实施方案中是反应器的现有顶板。工艺气体通过入口通道03进入反应器，并通过入口通道出口04进入反应器的顶部，该反应器在这种情况下也是颗粒分离器。在本发明的一个实施方案中，颗粒分离催化反应器包括布置在入口通道内部的流动调节器11，以确保入口流体流的塞流。

流动调节器可以是锥形的，并且与入口通道同心地布置，并且锥体的尖端向上，相对于入口流体流。当工艺流体流从入口通道离开时具有向下的流动方向。在入口通道出口下方，工艺流体流接下来与位于底板上且位于底板中心的流体流分流器05相遇。流体分流器具有凹形形状和直径大于入口通道出口直径的圆形外缘。因此，当流体流向下流动并与流体流分流器的中心部分相遇时，流体沿径向向外和向上的方向分流，均匀地分布在流体流分流器的整个圆形区域周围，并进一步离开至颗粒分离器的收集段06。在本发明的一个实施方案中，底板本身可以用作流体流分流器，在这种情况下，省略了对特定流体流分流板的需要。在本发明的另一个实施方案中，至少一个入口通道出口分流器10布置在入口通道的出口处，其将出口流分流在多个出口通道中，以确保离开入口通道的流体流的低流速。入口通道出口分流器可以是圆锥形的并且布置成使得多个出口通道具有相等的入口面积。

收集段是底板上方和反应器中空顶部室内的整个区域，除了流体分流器和转移烟道07占有的区域外。

颗粒分离器包括均匀布置在底板的外部区域上的四个转移烟道。烟道朝着颗粒分离器的中心轴相对于垂直方向相内成一定角度并向上升高。转移烟道入口08位于远离入口通道出口的每个转移烟道的顶部附近。转移烟道用于将来自颗粒分离器的产物流体出口基本上定位至入口通道出口的上方并且定位至迫使流体流动流从入口通道出口执行S型曲线至转移烟道入口的位置。在该流程期间，流体流动流中的颗粒可能由于其密度从S形曲线流体流动流中流出并沉降在具有低流动活性或湍流的收集段的区域中。这将很大程度上是靠近颗粒分离器外围的底板部分。当流体流离开入口通道出口时，流体在径向方向上扩展到比入口通道的横截面面积大得多的区域。因此，流速减小，并且流体流动流中夹带的颗粒减少。

此外，流体流动流向上运动还有助于颗粒与流的有效分离。因此，入口通道出口相对于转移烟道入口的设计和位置确保了颗粒与流体流动流分离并沉降在收集段中以在维护期间移除。

在进行颗粒分离之后，工艺气体被引导以经由转移烟道并通过转移烟道出口09出来而在底板下方的反应器中进行进一步的处理。

Claims (14)

1.用于化学反应的颗粒分离催化反应器，包括用于将颗粒从入口流体流分离至反应器的颗粒分离器，所述颗粒分离器包括底板、至少一个包括入口通道出口的入口通道、至少一个流体流分流器、至少一个收集段、至少一个转移烟道，所述转移烟道包括位于所述底板上方的转移烟道入口和位于所述底板下方的转移烟道出口，其中所述至少一个入口通道出口中的每一个面向所述至少一个流体流分流器之一并且所述至少一个流体流分流器位于至少一个转移烟道入口下方的位置。

2.根据权利要求1所述的颗粒分离催化反应器，其包括一个入口通道、一个入口通道出口、一个流体流分流器和多个转移烟道。

3.根据权利要求1所述的颗粒分离催化反应器，其中所述底板也适于作为流体流分流器。

4.根据前述权利要求中任一项所述的颗粒分离催化反应器，其中所述至少一个入口通道具有圆形横截面，并且所述至少一个流体流分流器具有凹形形状。

5.根据前述权利要求中任一项所述的颗粒分离催化反应器，其中所述底板具有圆形形状，并且所述至少一个入口通道出口位于所述底板的中心的上方，所述至少一个流体流分流器固定连接至所述底板的上侧并且位于所述底板的上侧的中心，并且所述至少一个转移烟道固定连接至所述底板并且位于所述底板的外围。

6.根据权利要求5所述的颗粒分离催化反应器，其中所述至少一个转移烟道相对于所述底板上的垂直方向以向内的角度安装。

7.根据前述权利要求中任一项所述的颗粒分离催化反应器，其中所述至少一个转移烟道的入口面向远离所述至少一个入口通道出口和所述至少一个流体流分流器的位置。

8.根据前述权利要求中任一项所述的颗粒分离催化反应器，其中所述至少一个流体流分流器具有圆形形状。

9.根据前述权利要求中任一项所述的颗粒分离催化反应器，其中所述催化反应器是氢化处理反应器。

10.根据前述权利要求中任一项所述的颗粒分离催化反应器，其中所述反应器具有圆顶形的上部部分，所述底板位于所述圆顶的下方或下部的内部，所述颗粒分离器位于所述圆顶内，所述至少一个入口通道出口相对于所述至少一个转移烟道入口位于圆顶的底部附近，并且至少一个转移烟道入口相对于所述至少一个入口通道出口位于圆顶顶部附近。

11.根据前述权利要求中任一项所述的颗粒分离催化反应器，其还包括布置在所述入口通道内的流动调节器，以确保所述入口流体流的塞流。

12.根据权利要求11所述的颗粒分离催化反应器，其中所述流动调节器是圆锥形的并且与入口通道同心地布置，其中所述圆锥的尖端向上，相对于入口流体流。

13.根据前述权利要求中任一项所述的颗粒分离催化反应器，其还包括至少一个入口通道出口分流器，所述分流器将出口流分流在多个出口通道中，以确保离开入口通道的流体流的低流速。

14.根据权利要求13所述的颗粒分离催化反应器，其中所述入口通道出口分流器是圆锥形的，并且所述多个出口通道具有相等的入口面积。