CN107866191B - 固定床加氢反应器内的过滤设备 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种固定床加氢反应器内的过滤设备，以解决现有技术中存在积垢篮或过滤设备用于大型固定床加氢反应器时有效空间利用率不高等问题。其包括从上到下布置的三个过滤层，上面过滤层和中间过滤层结构相同，均包括一个水平截面形状为圆形的固定盘框，固定盘框内设有两个弧形过滤槽和若干个水平截面形状为扇环形的条形过滤槽，下面过滤层包括一个水平截面形状为圆形的固定盘框，固定盘框内设有两个弧形过滤槽、若干个水平截面形状为扇环形的条形过滤槽和若干个水平截面形状为矩形的矩形过滤槽，弧形过滤槽的侧面包括一个圆弧面侧面和一个平面侧面，条形过滤槽的侧面包括一个圆弧面侧面和三个平面侧面，矩形过滤槽包括四个平面侧面，三个过滤层布置时以两个弧形过滤槽水平旋转90°的方向交错布置。

Description

固定床加氢反应器内的过滤设备
技术领域
本发明属于石油炼制和化工设备，特别涉及一种固定床加氢反应器内的过滤设备。
背景技术
近年来，随着环保法规日趋严格，原油逐渐重质化劣质化，而市场对优质馏分油的需求又不断增加，因此，渣油等重质油加氢技术会对经济效益产生非常重要的影响。
石油炼制领域的烃类原料，特别是渣油等含杂质或易结焦的成分较多的原料，通常含有胶质、沥青质、金属杂质及悬浮颗粒等杂质，同时在实际运行中，系统及管道中也会产生锈垢等杂质。而进入加氢反应器前的机械过滤只能除去不溶性污物，带有可溶性杂质的原料进入反应器后，会在催化剂床层表面形成污垢并积累，将迅速减小介质流通通道，甚至造成阻塞，这些杂质进入催化剂段就会沉积到催化剂表面，堵塞催化剂孔道，使催化剂的孔容大大下降，从而使催化剂活性快速降低。同时，垢物在催化剂床层表面积累还会使反应器压降上升，严重时会压垮塔盘，造成非计划停工。
为解决上述问题，最早的方法是根据液相进料性质及反应装置工况，在反应器内设置若干个积垢篮，拦截、过滤、沉积液相进料中的污物。常见的积垢篮为筒式结构，外裹筛网，置于催化剂顶部床层上表面的瓷球床层内，瓷球床层的下面敷设保护剂床层。参见《石油化工设备技术》1995年第1期“加氢反应器内构件的发展”一文中第17页。但这种结构的积垢篮安装非常烦琐，并且积垢篮占用反应器有效空间较大，因而会减小反应器有效体积、降低催化剂藏量。由于这种积垢篮是分散间歇安装，不能保证所有的物料都经过过滤，同时还会影响液相进料在催化剂顶部床层上分布的均匀性，目前在工业装置上已经使用较少。
申请号为CN201420434290.6、CN201420434739.9、CN200410050765.2、CN200510069872.4和CN200520017581.6的中国专利均公开了一种带过滤功能的流体预分配器和流体预分配盘，在这些专利中，其内容均涉及了多种带过滤 功能的流体预分配器，安装在反应器封头里，效果较好，但是这种结构类似于气液分配器，安装复杂，装填的保护剂数量有限，工程上大规模、长周期运行还是存在一定的问题，尤其是装置大型化以后，难以有限充分的利用封头空间。
申请号为CN200810049861.3和CN200810049860.9的中国专利，公开了一种用于气液并流固定床反应器内的过滤设备，这类过滤设备在反应器水平截面上的各处位置都能均匀地过滤液相进料中的污物，不会出现短路。其过滤面积大，过滤效率高、效果好，积垢能力能够充分发挥，积垢能力利用率较高。这两项专利技术分别介绍了两种分块方式，各有自身特点，将这两种结构应用到目前大型加氢反应器也能满足过滤要求，但是并不能充分利用大型加氢反应器的封头空间。
目前国内加氢反应器的直径已经发展到了5m以上，封头空间的高度有2m以上，如果仍采用现有的技术难以充分利用反应器的内部空间，本发明主要是根据加氢反应器大型化的发展趋势，充分利用反应器的封头空间，采用多层组合过滤结构，结合气液流动特性，合理布局每层过滤盘的结构，可以在压降较小的情况下，实现油品的过滤，同时多层结构可以设置不同的机械过滤、保护剂或者催化剂，大大提高设备的催化剂装填量。
发明内容
本发明的目的在于提供一种固定床加氢反应器内的过滤设备，以解决现有技术中存在积垢篮或过滤设备用于大型固定床加氢反应器时有效空间利用率不高、积垢能力不高等问题。
本发明提供一种固定床加氢反应器内的过滤设备，其特征在于：该固定床加氢反应器内的过滤设备包括从上到下布置的三个过滤层，上面过滤层、中间过滤层和下面过滤层，上面过滤层和中间过滤层结构相同，均包括一个水平截面形状为圆形的固定盘框，固定盘框内设有两个弧形过滤槽和若干个水平截面形状为扇环形的条形过滤槽，下面过滤层包括一个水平截面形状为圆形的固定盘框，固定盘框内设有两个弧形过滤槽、若干个水平截面形状为扇环形的条形过滤槽和若干个水平截面形状为矩形的矩形过滤槽，弧形过滤槽、条形过滤槽和矩形过滤槽均设有由网条滤网构成的底面和侧面，顶部为开口结构，弧形过滤槽的侧面包括一个圆弧面侧面和一个平面侧面，条形过滤槽的侧面包括一个 圆弧面侧面和三个平面侧面，矩形过滤槽包括四个平面侧面，两个弧形过滤槽以平面侧面相对的方向设置，条形过滤槽分两列对称布置在两个弧形过滤槽中间，弧形过滤槽的圆弧面侧面和条形过滤槽的圆弧面侧面朝向固定盘框的位置布置，其与固定盘框间的距离相等，在下面过滤层中，于两列条形过滤槽中间还对应设置一列矩形过滤槽，所述三个过滤层布置时以两个弧形过滤槽水平旋转90°的方向交错布置。
本发明主要用于直径在4.5m以上的大型固定床加氢反应器内，使用时安装在固定床反应器顶部的封头内，位于入口扩散器的下方、气液分配器的上方。采用本发明结构所具有的有益效果如下：
(1)本发明安装、检修都比较方便，结构也比较简单；
(2)大型加氢反应器封头空间很大，本发明设置三个过滤层，可以充分有效的利用封头空间，可以在封头内部填装瓷球，保护剂，甚至催化剂，可以大大提高反应器内部催化剂装填率；
(3)本发明设置三个过滤层，每一层中过滤槽之间的缝隙较大，上下过滤槽间隔布局，从而形成从上至下，截面上过滤槽全覆盖，并且压降较小；
(4)本发明设置三个过滤层，上下过滤槽间隔布局的另一有益之处是即使一个周期，三个过滤层中有一层或者多层过滤失效的情况下，也不至于导致整个装置的停车。
本发明作为一种大型加氢反应器内构件，分多层安装在反应器的封头内，在液相进料进入催化剂床层之前对液相进料中的污物进行拦截、过滤、沉积，有效减缓催化剂顶部床层的积垢、结焦，消除由其造成的各种问题。
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。附图和具体实施方式并不限制本发明要求保护的范围。
附图说明
图1为过滤设备主视图的全剖示图。
1—反应器筒体，2—催化剂床层，3—保护剂床层，4—管式气液分配器，5—封头，6—下面过滤层，7—中间过滤层，8—上面过滤层，9—气液扩散器，10—弧形过滤槽，11—条形过滤槽，12—网条滤网，13—固定盘框，14—矩形过滤槽。
图2是上面过滤层布局示意图。
图3是中间过滤层布局示意图。
图4是下面过滤层布局示意图。
图5是条形过滤槽的立体结构示意图，过滤槽内装填有瓷球，保护剂或催化剂。
具体实施方式
参见图1、图2、图3、图4和图5，本发明一种固定床加氢反应器内的过滤设备，包括从上到下布置的三个过滤层，上面过滤层8、中间过滤层7和下面过滤层6，上面过滤层8和中间过滤层7结构相同，均包括一个水平截面形状为圆形的固定盘框13，固定盘框13内设有两个弧形过滤槽10和若干个水平截面形状为扇环形的条形过滤槽11，下面过滤层6包括一个水平截面形状为圆形的固定盘框13，固定盘框13内设有两个弧形过滤槽10、若干个水平截面形状为扇环形的条形过滤槽11和若干个水平截面形状为矩形的矩形过滤槽14，弧形过滤槽10、条形过滤槽11和矩形过滤槽14均设有由网条滤网12构成的底面和侧面，顶部为开口结构，弧形过滤槽10的侧面包括一个圆弧面侧面和一个平面侧面，条形过滤槽11的侧面包括一个圆弧面侧面和三个平面侧面，矩形过滤槽14包括四个平面侧面，两个弧形过滤槽10以平面侧面相对的方向设置，条形过滤槽11分两列对称布置在两个弧形过滤槽10中间，弧形过滤槽10的圆弧面侧面和条形过滤槽11的圆弧面侧面分别朝向固定盘框13的位置布置，并且弧形过滤槽10的圆弧面侧面和条形过滤槽11的圆弧面侧面与固定盘框13间的距离均相等，在下面过滤层6中，于两排条形过滤槽11中间还对应设置一列矩形过滤槽14，所述三个过滤层布置时以两个弧形过滤槽10水平旋转90°的方向交错布置。
参见图2，本发明上面过滤层8中，两个弧形过滤槽10以固定盘框13的中轴线为基准对称布置，条形过滤槽11也以固定盘框13的中轴线为基准分两列对称布置在两个弧形过滤槽10的中间，弧形过滤槽10的圆弧面侧面和条形过滤槽11的圆弧面侧面在一个圆周上。
参见图3，本发明中间过滤层7，与上面过滤层8的结构相同，与上面过滤层8水平交错90°的方向布置在上面过滤层8的下面，也就是说，当上面过滤 层8的两个弧形过滤槽10位于上、下位置时，中间过滤层7的两个弧形过滤槽10位于左、右位置。
参见图4，本发明下面过滤层6，下面过滤层6的固定盘框13内设有两个弧形过滤槽10、若干个水平截面形状为扇环形的条形过滤槽11和若干个水平截面形状为矩形的矩形过滤槽14，两个弧形过滤槽10以固定盘框13的中轴线为基准对称布置，条形过滤槽11分两列布置在两个弧形过滤槽10的中间，也以固定盘框13的中轴线为基准对称布置，两列条形过滤槽11中间还对应设置一列矩形过滤槽14，矩形过滤槽14与中间过滤层7水平交错90°的方向布置在中间过滤层7的下面，也就是说，当中间过滤层7的两个弧形过滤槽10位于左、右位置时，下面过滤层6的两个弧形过滤槽10位于上、下位置。
本发明过滤设备的结构如图1所示，下面过滤层6，中间过滤层7和上面过滤层8全部安装在反应器封头5内。
条形过滤槽11的圆弧面侧面与固定盘框之间的距离，和弧形过滤槽10的圆弧面侧面与固定盘框之间的距离相等，一般为20-100mm，一般优选30-50mm。
本发明弧形过滤槽10的弧高d一般为100-300mm，条形过滤槽11的宽度a一般为100-400mm，每个条形过滤槽11的宽度可以相同，也可以不同，优选的情况是条形过滤槽11的宽度均相同。
过滤槽框架由耐腐蚀金属杆件焊接而成，网条滤网12一般是焊接于过滤槽框架上。网条滤网12由平行排列的网条和垂直于网条的支撑条焊接而成，一般称为“约翰逊网”。三个过滤层中的网条滤网12高度H可以一样，也可以不一样，一般都在50-300mm，优选100-180mm。
本发明弧形过滤槽10与条形过滤槽11之间的缝隙宽度、相邻两个条形过滤槽11之间的缝隙宽度、条形过滤槽11与矩形过滤槽14之间的缝隙宽度以及矩形过滤槽14之间的缝隙宽度均相同，统称条形缝隙，条形缝隙为50-500mm，优选100-200mm。条形缝隙主要是气相物料的流动通道，缝隙越小，过滤槽越多，有效容积率越多，过滤效果越好，但是压降会随之增大。
上面过滤层8、中间过滤层7和下面过滤层6均采用横竖间隔布局，即使条形缝隙的间隔稍大，也能保证绝大部分油品通过过滤设备，满足过滤要求，同时大大降低整个过滤设备的压降。
上面过滤层8、中间过滤层7和下面过滤层6之间的间距A一般为封头高度B的1/4左右，且每层之间的间距相等，间距A一般在250-500mm之间。
本发明中的连接方式可以采用现有技术中的活动连接方式，便于检修时的拆卸和更换新剂。
上面过滤层8、中间过滤层7和下面过滤层6中可以没有保护剂和催化剂，也可以有保护剂或者催化剂。其中一种优选情况是，上面过滤层8中没有保护剂和催化剂，纯机械过滤；中间过滤层7的内部装有保护剂，下面过滤层6的内部装有催化剂。过滤层内装有保护剂或催化剂时，其装填高度h一般为过滤层高度H的30％-60％。
本发明中间过滤层7的内部装有保护剂，下面过滤层6的内部装有催化剂时的简单工作过程是：
进入反应器前进行机械过滤、剩余有部分机械杂质的液相进料与气相进料混合，经换热、加热后由封头上的进料入口进入反应器，经入口的气液扩散器9扩散到本发明的过滤设备上。
气相进料携带很少量的液相进料从三层过滤槽的条形缝隙通过，流动至位于过滤设备下方的管式气液分配器4。绝大部分的液相进料首先由上面过滤层8中的弧形过滤槽10和条形过滤槽11顶部的开口进入弧形过滤槽10和条形过滤槽11，由弧形过滤槽10和条形过滤槽11底面和侧面下部的网条滤网12对液相进料中的污物(机械杂质)进行拦截、过滤、沉积，之后液相进料从滤网网条之间的条缝流出，向下流动至中间过滤层7。随着运转时间的延长，污物逐渐在弧形过滤槽10和条形过滤槽11内沉积，过滤槽底面和侧面下部的网条滤网12堵塞，过滤槽内的液面上升，液相进料由弧形过滤槽10和条形过滤槽11侧面上部未堵塞的网条滤网12过滤，之后从这部分滤网网条之间的条缝流出，分别经条形缝隙向下流动至中间过滤层7。
上部绝大部分液相进料到达中间过滤层7，与上面过滤层8不同之处是，中间过滤层7内部装有保护剂，由保护剂通过物理-化学作用对液相进料中的可溶性污物进行吸附、脱除，并进一步拦截、沉积液相进料中的机械杂质。液相进料从与保护剂接触的弧形过滤槽10和条形过滤槽11底面侧面的滤网网条之间的条缝流出，进入下面过滤层6。随着运转时间的延长，保护剂被吸附、沉积的 污物堵塞后，液相进料由保护剂上方、不与保护剂接触的弧形过滤槽10和条形过滤槽11侧面的网条滤网过滤，进入下面过滤层6。此时弧形过滤槽10和条形过滤槽11仍能过滤掉液相进料中的机械杂质和部分可溶性杂质，但是依然不会完全堵死，气液物流仍然可以进入下一层过滤槽。
上部绝大部分液相进料到达下面过滤层6，与中间过滤层7不同之处是，下面过滤层6内，两列条形过滤槽11的正中间还设置有一列矩形过滤槽14，矩形过滤槽14与条形过滤槽11的行数相同，并且下面过滤层6的内部装有催化剂，由于上面两层过滤槽基本可以将催化剂中的杂质脱除干净，下面过滤层6中就可以填装少量的催化剂，从而进一步提高大型化反应器内部的催化剂装填率。
由以上过滤原理可知，本发明过滤设备在弧形过滤槽10、条形过滤槽11和矩形过滤槽14完全堵塞后，气相进料和液相进料可以通过条形缝隙向下流动，因而不会影响反应装置的正常运转。在反应器正常的停工检修期间，可将弧形过滤槽10、条形过滤槽11和矩形过滤槽14从反应器内取出进行除垢、清洗，或者进行更换。中间过滤层7和下面过滤层6里的弧形过滤槽10、条形过滤槽11和矩形过滤槽14内需要装填保护剂或催化剂时，在检修时重新装填新的保护剂或催化剂，从而达到提高大型固定床反应器内空间的有效利用率和积垢能力的目的。

Claims (10)

1.一种固定床加氢反应器内的过滤设备，其特征在于：该固定床加氢反应器内的过滤设备包括从上到下布置的三个过滤层，上面过滤层、中间过滤层和下面过滤层，上面过滤层和中间过滤层结构相同，均包括一个水平截面形状为圆形的固定盘框，固定盘框内设有两个弧形过滤槽和若干个水平截面形状为扇环形的条形过滤槽，下面过滤层包括一个水平截面形状为圆形的固定盘框，固定盘框内设有两个弧形过滤槽、若干个水平截面形状为扇环形的条形过滤槽和若干个水平截面形状为矩形的矩形过滤槽，弧形过滤槽、条形过滤槽和矩形过滤槽均设有由网条滤网构成的底面和侧面，顶部为开口结构，弧形过滤槽的侧面包括一个圆弧面侧面和一个平面侧面，条形过滤槽的侧面包括一个圆弧面侧面和三个平面侧面，矩形过滤槽包括四个平面侧面，两个弧形过滤槽以平面侧面相对的方向设置，条形过滤槽分两列对称布置在两个弧形过滤槽中间，弧形过滤槽的圆弧面侧面和条形过滤槽的圆弧面侧面朝向固定盘框的位置布置，其与固定盘框间的距离相等，在下面过滤层中，于两列条形过滤槽中间还对应设置一列矩形过滤槽，所述三个过滤层布置时以两个弧形过滤槽水平旋转90°的方向交错布置。
2.根据权利要求1所述的一种固定床加氢反应器内的过滤设备，其特征在于：所述条形过滤槽的圆弧面侧面与固定盘框之间的距离，和弧形过滤槽的圆弧面侧面与固定盘框之间的距离相等，为20-100mm。
3.根据权利要求1或2所述的一种固定床加氢反应器内的过滤设备，其特征在于：所述条形过滤槽的圆弧面侧面与固定盘框之间的距离，和弧形过滤槽的圆弧面侧面与固定盘框之间的距离相等，为30-50mm。
4.根据权利要求1所述的一种固定床加氢反应器内的过滤设备，其特征在于：所述弧形过滤槽的弧高d为100-300mm，条形过滤槽的宽度a为100-400mm，每个条形过滤槽的宽度可以相同，也可以不同。
5.根据权利要求1所述的一种固定床加氢反应器内的过滤设备，其特征在于：所述三个过滤层中的网条滤网高度H可以一样，也可以不一样，在50-300mm之间。
6.根据权利要求1或5所述的一种固定床加氢反应器内的过滤设备，其特征在于：所述三个过滤层中的网条滤网高度H为100-180mm。
7.根据权利要求1所述的一种固定床加氢反应器内的过滤设备，其特征在于：所述弧形过滤槽与条形过滤槽之间的缝隙宽度、相邻两个条形过滤槽之间的缝隙宽度、条形过滤槽与矩形过滤槽之间的缝隙宽度以及矩形过滤槽之间的缝隙宽度均相同，统称条形缝隙。
8.根据权利要求7所述的一种固定床加氢反应器内的过滤设备，其特征在于：所述条形缝隙为50-500mm。
9.根据权利要求1所述的一种固定床加氢反应器内的过滤设备，其特征在于：所述上面过滤层、中间过滤层和下面过滤层之间的间距A在250-500mm之间。
10.根据权利要求1所述的一种固定床加氢反应器内的过滤设备，其特征在于：所述过滤层内装有保护剂或催化剂时，其装填高度h为过滤层高度H的30％-60％。
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