CN1079695C - 改善固体颗粒排出的容器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种容器，在所述的容器中在催化剂存在下进行化学反应，所述的容器包括至少一个催化固体颗粒床(4)，该床是由至少一个壁(1，10，11)和一个底(2)限定的，以便使颗粒流出，所述的底有至少一个靠所述颗粒的重力排出的部件(3)，其特征还在于所述的容器还包括在所述的颗粒接触的底(2)上构成褶子的连续升起部分和凹陷部分，升起部分和凹陷部分按照朝着一个或多个排出部件(3)的方向配置。这种连续升起部分和凹陷部分有利地是由一些面集合而成的，优选地是梯形面集合而成。主要应用于移动床反应器，具体地应用于在石油馏分催化重整中使用的移动床反应器。

Description

改善固体颗粒排出的容器
本发明涉及一种容器，在所述的容器中在催化剂存在下进行化学反应，容器包括至少一个催化固体颗粒床，因有连续升起部分和构成褶子的凹陷部分，使催化固体颗粒向一个或一些排出部件流动很便利。
本发明有利地涉及装有催化颗粒的反应器，具体地，本发明涉及催化剂在其中以移动床形式循环的反应器，更具体地是在环形移动床情况下的反应器。这些情况尤其在催化重整方法中遇到。
球形或非球形的、催化或非催化的固体在其中进行循环的移动床设备中，固体在其重力作用下，以密实床垂直移动方式进行该循环，限制颗粒范围的这些壁往往包括2个不同直径的圆柱格栅。呈液相或更经常地呈气相的流体，或可能是些液体(气体和液体，或液体和其它不相混的液体)交叉流动通过颗粒床(而且在这种环形情况下)，即径向流动，从外向里流动，或相反地，从里向外流动。在通过进口的圆柱格栅之后，于是流体通过床，然后与进口格栅同心的出口格栅离开一个装有通过第二个格栅颗粒介质的环形空间。
将球形或非球形的、催化固体颗粒加到移动床的上部，然后在由这些壁或侧面格栅限定的空间中下落，之后从移动床的下部排出。
颗粒在移动床反应器底有规律地排出是一个难以调节的严重问题。
事实上重要的是，通过反应器的颗粒在基本上相同的停留时间之后，与其它颗粒相比未延迟或未提前地全部都从反应器出来，以便使它们的变化是相似的，它们的使用对于设备运行来说是最优的。
然而，在相同停留时间之后所有颗粒都排出是困难的，因为颗粒的运行轨迹彼此是不同的，在移动床底部更是如此。事实上，催化剂通过的横截面在相应于环形空间的区域与相应于整个排出管道的区域之间变化非常大。这种截面非常快速的改变造成颗粒间相对移动很大，因此造成这些颗粒流出的平均速度分布很宽。
在反应器底部，可发现死区，在这些区域中，所有全部颗粒中只有很少的颗粒循环或甚至全部不循环，因此，一方面，对于催化功能来说这些颗粒实际上是无效的，另一方面，对其它颗粒有规律流动是有害的，因为这些颗粒给其它颗粒提供了接触面，无论如何比光滑的壁更不利于颗粒的流动。
本发明的目的是在方向上和强度上改变施加到在床底部颗粒上的应力，为的是使这些颗粒间的相对移动便利和有规律。
为了解决催化颗粒排出的这个问题，本发明提出一种容器中床底部的特殊结构。
更确切地说，本发明的内容是关于一种容器，在所述的容器中在催化剂存在下进行化学反应，所述的容器包括至少一个催化固体颗粒床，它是由至少一个壁和一个底为了颗粒流出而限定了范围，所述的底有至少一个靠所述颗粒的重力而排出的部件，所述的容器还包括在所述的颗粒接触的底上构成褶子的连续升起部分和凹陷部分，升起部分和凹陷部分按照朝着一个或多个排出部件的方向配置的。
通过下面的附图可更好地理解本发明：
-图1：有形成褶子的底和排出部件的容器
-图2：从图1底部向上的半仰视图
-图2A和2B：褶子底面的横截面图
-图3：在有2个限定床的圆柱壁的容器底部的半仰视图
-图4：移动床反应器
-图4A、4B和4C：流体径向通过床的实施方式
-图5：床间隔成扇形
-图6：平行六面体反应器
-图7和8：在平行六面体反应器中两种床底的实施方式。
在图1中，绘出限定固体颗粒床(4)的圆柱壁(1)，它也是容器(5)的壁。所述的床包括在这里由朝向圆锥顶突出的圆锥状壁(6)所规定的底(2)，所述的圆锥顶就处在这里唯一的一个排出部件(3)中，而底(2)处于床轴上。
壁(6)在至少是其在与颗粒接触的内表面上，装有连续升起部分和构成褶子的凹陷部分。由图1可清楚地看到，升起部分和凹陷部分(或皱褶)的方向是朝着排出部件(3)的，并且相对于水平来说还是倾斜的，以便能控制颗粒靠重力流出。
在这里，排出部件(3)是由与壁(1)同轴的圆柱管构成的。
图2是在图1底部的半仰视图，但为简化起见，略去容器的标号(12和9)，后面将对这些标号作出说明。
本发明在这里提出的一般所有实施方案中，连续升起部分和凹陷部分都是由正方形、长方形、梯形或基本是梯形或者是以平行四边形(见图2和3)的面组合而成的，这时形成许多棱。
在环形截面(或圆形截面)床的情况下，在使用基本是梯形或梯形面(30、31)时，它们具有如图3或2所示的床；
-靠近中心收集器(9)，或更一般地靠近对称轴或对称面的一个或多个排出部件(3)附近的小底，基本是水平的，并几乎呈平面角状；
-在靠近床周围的大底，例如在图3上，在床周围的外格栅(10)，呈椭圆或几乎呈平面角状，与外格栅相接，相对于水平来说还是倾斜的；
-在图3上从外格栅到内格栅的侧面，使上述大底的上端与小底的最中心端连接起来；
-在图3上从外格栅到内格栅(11)的侧面，上述大底的下端与小底离中心最远的端连接起来。
因此，所描述的组件具有连续的面，一方面，这些面向固体排出部件倾斜，或者向中心收集器倾斜，另一方面，如在反应器(容器或床)轴周围的如标记所取的旋转方向交替地向前(在图上粗线)或向后(在图上细线)取向。
图2A给出面(30，31)的横截面。由两个相邻的面构成的棱(它是呈升起状)可以依然是尖锐的，或可以稍微被截去一段或呈圆形，但总不能呈很大的平面，这种平面将产生对颗粒流出有害的停留区域，在移动床的情况下更是如此。
按某种变型，提出配置一组小的呈梯形的补充面(所谓的中间面，标号32)，它们位于上述面之间(标号30和31)，与它们的横交叉在同一水平上，因此这两个底基本上是水平的。这样，这些面使得由标号30和31这组面组成的上述凹陷部分变得平坦。
因此，与至少一个凹陷部分在同一水平上，它再至少配置一个所述的中间面。
图2B给出横断面。
显然要很好地选择这些面的材料和表面，以便降低摩擦力，因此使颗粒流出容易。
改变这种床底的形状，将所述的形状变成连续升起部分和凹陷部分，使整个都集中朝向床的对称轴和/或一个或多个排出部件，可能带来许多效果：
·某些颗粒进行接触比在通常的设备中要早得多，尖硬的壁使它们的轨迹逐渐取向床的对称轴和/或一个或多个排出部件，但也取向侧壁(侧方向)。因此，提供给处在水平面中颗粒的面积变化更加是渐进的过程。
·相对径向方向而言，沿侧面部分(或横断面部分)方向取向的这些面能够降低施加在颗粒上的应力在径向上的分量，因此允许高于垂直分量是相当大的。因此，颗粒床不太密实，最后还具有较好的＂流动性＂或＂变形性＂，这样显然有利于颗粒的有规律和均匀的流出。
·相对于水平而言的倾斜面，这些面的倾斜角度优选地高于颗粒朝壁滑动的角度，它们能大大地降低死区域空间，或者甚至完全使其消除，这就降低了壁的摩擦力，有利于床底颗粒有规律和均匀的流出；
＂中间＂面能减小在凹陷部分底由侧面所构成的很锐的角，因此能降低侧面的摩擦力，在这些特殊的区域中，这些力能使某些颗粒卡住，导致生成或多或少稳定的桥或穹形物。
如此与流出时的颗粒接触的表面优选地可以是光滑的，换句话说是未打孔的表面，或者这种表面可以带有安装格栅的一定数量的口，以便例如通入气体(少量)，能够帮助颗粒排出。
本发明可以在不同的容器结构中使用。例如，容器中装的床可以是移动床(这种情况由图4可说明)或固定床。在后一种情况下，床可以放置在位于安装管道的底(2)之上的水平壁(格栅)上，其中每个管道都有可撤换的封闭部件，即，在为了由底进行床排卸而使床流出时(如在EP-A-562913专利申请中描述的)容易再看到的皱褶底。固定床还可以安装在皱褶底(2)上，借助置于每个排出部件(3)上的和可操纵的封闭件(12)保持其固定床，以便能够使固体流出而床被遮住。有利地，使用EP-A-562913中描述的其中一种部件。
在另一种结构中，至少有一种流体通过固体颗粒床。根据图1，这种流体轴向流过所述的床，并借助对流体可渗透的壁(6)(例如格栅)与固体分离，流体流到由壁(6)与壁(1)之间限定的空间，壁(1)延伸超过底(2)到流体收集管道(9)。
流体可以相反地沿着与全部固体颗粒靠重力流动的方向基本不同的方向穿过所述的床。
在催化重整反应器中可遏到这类设备，在其反应器中催化颗粒移动床穿过容器向下流出。
这类反应器示于图4。
所述的反应器包括圆柱壁(7)，底(15)，顶板(16)，按照反应器轴配置的圆柱外格栅(10)和与该格栅(10)同心但直径较小的圆柱内格栅(11)。
由顶板上至少一个口(17)加入固体颗粒S，固体颗粒S由容器底至少一个口(18)排出，颗粒移动床在2个格栅之间循环。
由反应器上部至少一个口(19)加入通过床的流体F，汇集在由格栅(11)限定的内空间里，再由反应器下部的至少一个口(20)从反应器出来。流体沿着与全部颗粒流出方向基本不同的方向穿过所述的床。
在这个图中，配置了一个或多个流体加入和排出口，以便使由容器壁与较大直径的外格栅所限定的环形空间的流体循环到由较小直径的格栅所限定的内空间(流体由此出来)。流体以相反方向循环也是适合的。
特别有利地，为了改善床的机械性能，可以采用一个或多个实心壁(隔板)或格栅将颗粒床分隔成扇形。
将这些连续的壁(隔板)固定到内外格栅上和底上，这样，这些壁分担了整体的机械强度。这些壁与固体流出平行地配置，它们不与主要流体的流动对抗。例如，这些壁径向安排在圆柱容器中。
很显然的是，这些壁(隔板)应该具有必要的表面特性，以便固体颗粒能沿着这些壁滑动。另外，如需要的话，每个扇面可以独立于其它扇面供料，可以独立出料(与固体相称)，这时在一个扇面中要配置至少一个排出部件(3)。
应该选择这些壁(隔板)使其对一种或多种流体和固体密封，或对固体不渗透但对一种或多种流体可渗透。
图5是带隔板(21)的圆柱反应器(如图4的那样)上部不完整的视图。
这种有利的设备还能改善＂皱褶＂底的机械强度。
在图4A和4B上，更加详细地描述了两种颗粒移动床的实施方案。
在图4A中，一种或多种流体由床四周(流体入口的壁10)循环到中心(流体出口壁11)，流体由中心收集器(9)从容器出来。床置于与容器底(8)不同的皱褶底(2)上，颗粒流到多个排出部件(3)中，然后这些部件汇集成排出固体的唯一管道。
值得指出的是，这种实施方式还能以固定床运行，其床采用格栅或置于排出部件之上的密封部件支撑，以及如上面所说明的那样支撑。
在图4B上，描述了流体反向循环的容器，流体采用例如扩散器(33)进入床中，扩散器实际上置于整个床轴的长度上，由对于流体是可渗透的壁(1)出来的流体汇集在床的四周，然后由一根或多根管道(9)从容器排出。
图4C是反应器底的仰视图，在反应器中床是由2个同心壁(10)和(11)确定的，流体由向四周加入流体的空间(9)穿过床，从外格栅(10)再出来，并汇集在容器壁(7)与格栅(10)之间的空间。将排出部件(3)配置在靠近格栅(10)，有利地是根据比如下面所规定的距离配置。
值得指出的是，在图4C的情况下，圆锥壁(6)有向上的圆锥顶，其圆锥通到管道(9)中，圆锥从管道(9)向排出部件(3)扩大。
在这里提出的所有实施方案中，当床处在环形截面空间时，可以用构成排出部件的多根管道(至少2根)对其排放，这些管道位于床的底部并要有利地选择距离。
事实上，应该将升高部分和凹陷部分的方向倾斜，并且能够看到，当排出部件(3)不是太处在床截面的四周时，有利于流出。在排出部件的轴与用作流体排出的床外壁之间的最大径向距离小于或等于0.75e，e是床的两个内外侧壁之间的径向距离，即这些所述壁的相应半径之差，优选的距离是小于或等于0.5e，如可能的话，甚至小于或等于0.3e。
图3表示一个容器底的俯视图，该容器中，固体颗粒在由2个同心、同一轴的圆柱壁(10，11)所限定的环形截面的空间中循环。床底有至少一个颗粒排出部件(3)；这里绘出几个部件，它们与环形截面垂直配置。每个所述部件(3)的轴与排出流体的壁之间的距离至多是0.75e，e总是表示床的两个内外壁之间的距离。由于与前述相同的理由，优选的距离至多是0.5e，更有利地至多是0.3e。
在所有这些描述中，用圆形截面的管道、管……表示出一种或多种排出部件(3)。椭圆截面的管道、管……也是十分合适的。还可以期望其它实施方式，也不超出本发明的范围。只要与床底同一高度的排出部件的截面积之和小于床的下部截面积就够了。
同样地，所述的床可以处于按照相同的对称轴配置的2个壁之间所限定的椭圆或接近椭圆截面的空间中，床底有至少一个排出部件(3)，排出部件轴与流体流出的床壁之间的最大径向距离小于或等于0.75e，e是床的2个内外侧壁之间的径向距离，优选地至多是0.5e，更优选的是0.3e。
图6示出有壁(26)和(27)的所谓平行四面体室(25)的截面图，其中有两个平行面的格栅(23)和(24)，移动床S在这里按垂直方向在这两个格栅之间循环；由壁(26)与格栅(23)所限定的空间(28)中以垂直于S进料的流体F穿过床S，并收集在壁(27)与格栅(24)之间的空间(29)中，再由此排出。
这样，床(4)位于由4个壁所限定的平行四面体的空间中。
在这里，图7示出的床底有唯一的排出部件(3)，其轴可按照平行四面体的对称面安排。更一般地，床的底部有至少一个排出部件。在这里所表示的平行格栅的情况下，这个或这些部件(3)都安排在床底的2个格栅之间。这个或这些部件(3)可以甚至朝向其中一个格栅，这时，褶子只有唯一的一个方向。
以与上述相同的方式，所述的褶子可以对称配置，在这里是按照4个壁配置，图8示出这种褶子。床还可以固定在壁(23，24)与4个其它竖壁之间。
本发明特别适用于固体颗粒移动床，例如采用按时限制的移动(例如固定床的排出情况)，而特别是当这种移动是持久的时(移动床的情况)更是如此。本发明一般地更适用于固体颗粒随截面减小而下降的流动。
本发明特别适用于固体颗粒的平均尺寸为0.1-6毫米，优选地为1.5-3.5毫米，甚至1.5-3.2毫米的情况。一般地，颗粒是小球状的颗粒，但任何其它的形状都适用，特别是作为挤压催化剂颗粒的圆柱或准圆柱状颗粒。
其应用主要是用于移动床催化反应器，具体地是催化重整反应器。

Claims (19)

1.一种容器，在所述的容器中在催化剂存在下进行化学反应，所述的容器包括至少一个催化固体颗粒床，该床是由至少一个壁(1，10，11)和一个底(2)限定的，以便颗粒流出，所述的底有至少一个靠所述颗粒重力的排出部件(3)，其特征在于所述的容器还包括在所述的颗粒接触的底(2)上构成褶子的连续升起部分和凹陷部分，升起部分和凹陷部分按照朝着一个或多个排出部件(3)的方向配置。
2.根据权利要求1所述的容器，其特征在于连续升起部分和凹陷部分是由面(30，31)集合而成的。
3.根据权利要求2所述的容器，其特征在于所述的面是正方形、长方形、梯形、基本上是梯形或平行四边形。
4.根据权利要求1-3中任一权利要求所述的容器，其特征在于至少一个所谓的中间面(32)是与至少一个凹陷部分相同高度配置的。
5.根据权利要求1-3中任一权利要求所述的容器，其特征在于床处于由壁(1)所限定的圆形或椭圆截面的空间中，床底有至少一个排出部件(3)。
6.根据权利要求1-3中任一权利要求所述的容器，其特征在于床处于按照同一对称配置的在2个壁(10，11)所限定的环形或椭圆截面的空间中，床底(2)包括至少一个排出部件(3)。
7.根据权利要求6所述的容器，其特征在于这个或这些排出部件(3)位于所述排出部件轴与用于排出流体的床壁之间其径向距离小于或等于0.75e，e是2个壁之间的径向距离。
8.根据权利要求6所述的容器，其特征在于其距离至多是0.5e。
9.根据权利要求6所述的容器，其特征在于其距离至多是0.3e。
10.根据权利要求1-3中任一权利要求所述的容器，其特征在于床处于由4个壁所限定的平行四面体的空间中，它有一个对称面，床底包括至少一个排出部件。
11根据权利要求1-3中任一权利要求所述的容器，其特征在于床安置在容器的底上。
12根据权利要求1-3中任一权利要求所述的容器，其特征在于床是移动床。
13.根据权利要求1-3中任一权利要求所述的容器，其特征在于床是固定床。
14.根据权利要求13所述的容器，其特征在于每个排出部件都安装封闭部件(12)。
15根据权利要求1-3中任一权利要求所述的容器，其特征在于至少一种流体沿着与全部颗粒流动方向基本不同的方向穿过床。
16.根据权利要求1-3中任一权利要求所述的容器，其特征在于它涉及催化重整反应器。
17.根据权利要求1-3中任一权利要求所述的容器，其特征在于它包括至少一个将颗粒床切割成扇形的隔板。
18.根据权利要求1-3中任一权利要求所述的容器，其特征在于催化剂颗粒的平均尺寸是0.1-6毫米。
19.根据权利要求1-3中任一权利要求所述的容器，其特征在于催化剂颗粒的平均尺寸是1.5-3.5毫米。
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