CN108472613A - 改进的扇形筒组件和反应器 - Google Patents

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Abstract

描述了一种径向流动反应器。它包括竖向延伸的容器、外管道和中央管道。外管道和中央管道的至少一部分包括筛部。颗粒保持空间由容器、中央管道和外管道中的至少一者限定，并且它与外管道的筛部和中央管道的筛部连通。入口分配环机构位于外管道上。该入口分配环机构包括具有至少一个开口的环和至少一个竖向延伸的立管。立管的一个端部被密封连接至环，而另一端部位于外管道的内部。

Description

改进的扇形筒组件和反应器
优先权声明
本申请要求于2016年5月6日提交的美国申请No.62/332,515的优先权，在此通过引用将该美国申请的内容整体并入。
技术领域
本发明涉及用于径向流动反应器的内部构件。径向流动反应器包括用于将催化剂或吸附剂保持在反应器内的空间中的装置，以及用于流体经催化剂或吸附剂流入和流出的装置。
背景技术
多种工艺使用径向流动反应器来提供流体与固体之间的接触。固体通常包括流体在其上反应以形成产品的催化材料或用于从流体中选择性地除去一种成分的吸附剂。这些工艺涵盖了大量的工艺，包括烃类转化、气体处理、和吸附分离。
径向流动反应器构造成使得该反应器具有环状结构并且有环状的分配和收集装置。用于分配和收集的装置包括某些类型的筛面。筛面用于将催化剂或吸附剂床保持就位且用于辅助压力在反应器或吸附器的表面上的分布，并促进径向流动通过反应器床。筛可以是金属丝网或其它材料制成的网，或多孔板。对于移动床，筛或网提供了一种屏障以防止固体催化剂颗粒的损失，同时允许流体流动通过床。筛要求用于允许流体通过的孔足够小以防止固体流动通过筛。固体催化剂颗粒在顶部被添加，且其流过装置并在底部被除去，同时穿过内置筛的外壳，该外壳允许流体在催化剂上流过。筛优选地由非反应性材料构造而成，但实际上筛通常因腐蚀而经历一些反应，并且随着时间推移而经受由被腐蚀的筛或网引起的问题。
用来将催化剂颗粒保持在床内的筛或网被大小确定为具有足够小以致颗粒不能通过的孔口。外部筛元件可以由将颗粒保持在其内部空间中的筒状筛提供，并且可供用于经筛与反应器的外壁之间的空间分配流体。外部筛元件的另一种设计是使用排列在反应器的壁周围的多个长形管道。长形管道的常见形状是扇形截面，其中扁平侧面靠着反应器的壁定位，并且更急剧地弯曲的侧面具有筛面，该筛面允许催化剂沿其流动，同时流体在长形管道内流动并经过筛面。扁平侧面成型为与反应器壁的曲线基本上一致，以最小化管道与反应器壁之间的容积。
普通类型的扇形筒设计可以在US 5,366,704和6,224,838中找到，其中扇形筒分别具有多孔板或纵向延伸的异型金属丝(profile wire)。
扇形筒设计的一个重大制造和维护问题是适应反应器外壳与扇形筒内部构件之间的不同热生长。这在使用具有机加工的密封板的机加工的立管的常规扇形筒中完成，所述密封板具有允许两个构件的独立移动的间隙。
图1示出具有典型设计的扇形筒105的径向流动反应器100的一个实施例。外管道110具有邻近容器壁120的后壁115。外管道110的正面125的至少一部分包括筛部130(例如，金属丝装置或穿孔板等)和实心部135。外管道110搁靠在外管道底部支承件137上。
存在中央管道140，其具有包括筛部150和实心部155的正面145。
催化剂床160位于外管道110的正面125与中央管道140的正面145之间。催化剂床160的形状取决于外管道110和中央管道140的形状。
立管165典型地通过形成单件的焊接而附接至外管道110。
进入的蒸气经立管165流入外管道110中，流经催化剂床160，并经中央管道140流出。
存在扇形筒支承环170，密封板175位于该扇形筒支承环上。立管165位于密封板175中的开口内。密封板175与立管165之间的密封板间隙180被设定为相当窄，例如1mm(小于催化剂丸)，以确保用于液压和催化剂容纳的两种区域几乎隔离。扇形筒支承环170与立管165之间存在大得多的支承环间隙185，例如13mm。通过扇形筒的安装手册来设定支承环间隙185。
该设计还包括少量密封气体(例如进入气体的1％至5％)流入附接至盖板191的密封件通风篮190中。密封气体的目的在于确保蒸气向下流经密封催化剂195以防止催化剂在催化剂床160的顶部从流经密封催化剂195的进入蒸气流中上行。密封件通风篮190被小心地确定大小以控制该1％-5％流入其中。
在图1中，压力P1位于立管165的上游，而压力P2位于扇形筒支承环170与密封催化剂195的顶部之间。P1大于P2，且P1与P2之差可以是7kPa(1psi)。该压力差的原因是通过立管165的压降。该压降是图1中的蒸气旁通的驱动力。压降越大，蒸气旁通的驱动力越大。
如果密封板175失效，并且密封板间隙180增加至大于1mm，则可能会发生两个问题。一个问题是一部分进入的蒸气流可能绕过立管165并向下喷射到密封催化剂195的顶部上。增加的蒸气流会导致密封催化剂195的流化并且会引起外管道110的筛部130和/或中央管道140的筛部150的堵塞，该堵塞可能需要将设备停机以去除催化剂粉。
第二后果是流化的催化剂可能进入密封板间隙180并然后堵塞密封件通风篮190和/或填充外管道110，其中任一者都会负面地影响反应器性能并可能导致设备停机。
该设计的另一个问题是扇形筒105和密封板175安装困难。立管165和外管道110必须与扇形筒支承环170中的孔对准并留有13mm的间隙。然后必须将具有1mm间隙的密封板175安装并定位焊接到位。该安装过程会是困难的，因为外管道110可能重达227kg(500磅)且长15.2m(50英尺)。此外，外管道110有时是稍微翘曲的，并且容器可能失圆。结果，没有多少余地用于这种设计的安装误差。
因此，需要一种用于外管道和使用它们的径向流动反应器的改进的设计。
发明内容
本发明的一个方面是一种径向流动反应器。该径向流动反应器包括具有流体入口和流体出口的竖向延伸的容器，以及位于容器中的至少一个竖向延伸的外管道，该外管道的至少一部分包括限定多个孔口并与流体入口连通的筛部。存在与流体出口连通的中央管道，并且该中央管道的至少一部分包括限定多个孔口的筛部。容器中的颗粒保持空间由容器、中央管道和外管道中的至少一者限定，并且该颗粒保持空间与外管道的筛部和中央管道的筛部连通。存在位于外管道上的入口分配环机构，入口分配环机构与流体入口连通。该入口分配环机构包括具有至少一个开口的环和至少一个竖向延伸的立管。立管的一个端部被密封连接至环，立管的另一端部位于外管道的内部。立管与外管道之间存在第一间隙。
附图说明
图1是现有技术径向流动反应器的一个实施例的图示。
图2是根据本发明的径向流动反应器的一个实施例的图示。
具体实施方式
本发明适用于任何用于流体-固体接触的径向流动系统，但特别适用于径向流动反应器。径向流动反应器包括固定床反应器和移动床反应器。如在下文中使用的，术语“反应器”应被认为指任何流体-固体接触设备，而催化剂床指任何由固体颗粒物质无论是催化剂还是吸附剂构成的床。
竖向延伸的容器具有流体入口和出口。容器中有至少一个竖向延伸的外管道。外管道的至少一部分包括限定与流体入口连通的多个孔口的筛。
存在与流体出口连通的中央管道。中央管道的至少一部分包括限定多个孔口的筛部。存在颗粒保持空间，其由容器、中央管道和外管道中的至少一者限定并与外管道的筛部和中央管道的筛部连通。
入口分配环机构定位在外管道上并与流体入口连通。入口分配环机构包括具有至少一个开口的环和至少一个竖向延伸的立管。立管的一个端部被密封连接至环，而另一端部位于外管道的内部。立管与外管道之间存在间隙。密封件防止蒸气在立管与入口分配环机构的环之间流动。立管可以通过该任何合适的方法——包括但不限于焊接或螺栓连接——与环密封连接。如果使用螺栓连接，则环与立管之间可以存在可选的篮。
入口分配环机构的环附接至容器壁。在一些实施例中，该环是入口扰流板的一部分。入口扰流板包括围绕容器的腔室，该腔室具有支承立管的底板、顶板和位于底板与顶板之间的内板。底板和顶板附接至容器壁。入口扰流板将进入的蒸气引导到立管中。
在一些实施例中，存在包围立管的密封板。该密封板与外管道的上端部接触。在一些实施例中，该密封板连接到外管道。可以使用任何合适形式的连接，包括但不限于焊接和使用可选的垫片的螺栓连接。在其它实施例中，密封板是单独的部件并且不连接到外管道。密封板为单独的部件是有利的，因为这允许在不必移除外管道的情况下移除密封板。密封板与立管之间存在间隙。在一些实施例中，立管与密封板之间的间隙小于立管与外管道之间的间隙。
可以将单独的密封板设计与各种外管道设计联用，包括但不限于扇形、梯形、矩形、D形和圆筒形。可获得合适的扇形筒，包括冲孔板式D形扇形筒、扇形筒(可从Bilfinger Water Technologies获得)和CatMax扇形筒(可从UOP LLC获得)。在一些设计中，外管道可以沿竖向渐缩/逐渐变细(例如，外管道的一端大于另一端)。
外管道筛可以是异形金属丝筛、金属丝网状件、具有孔口的板、百叶窗或其组合。
中央管道筛可以是异形金属丝筛、金属丝网状件、具有孔口的板、百叶窗或其组合。
外管道和中央管道的筛部的长度是互相独立的。结果，在一些实施例中，外管道和中央管道的筛部可彼此偏离。
图2是反应器200的一个实施例的图示。外管道210具有邻近容器壁220的后壁215。外管道210的正面225包括筛部230、实心部235和密封部240。外管道210与反应器200的流体入口流体连通。筛部230可以包括异型金属丝筛、金属丝网、具有孔口的板、百叶窗式挡板或其组合。筛通常是大致平坦的；然而，也可以使用具有与反应器的曲率一致的曲率的筛。外管道210搁靠在外管道底部支承件242上。
中央管道245具有包括筛部255和实心部260的正面250。筛部255可以包括异型金属丝筛、金属丝网、具有孔口的板、百叶窗式挡板或其组合。中央管道245与反应器200的流体出口流体连通。
催化剂床265由外管道210的正面225与中央管道245的正面250之间的容积限定。
入口分配环机构270包括具有开口的环272和立管274。立管274的顶部典型地通过焊接与环272密封连接。该密封连接不允许蒸气在环272与立管274之间逸出。
入口分配环机构270的环272典型地通过焊接附接至平台275。如图所示，平台275为包括侧壁和顶壁的入口挡板277的底部。立管274延伸到外管道210中。立管274的底部位于外管道210的顶部下方。
密封板280附接至外管道210的正面225的密封部240。如图所示，密封部240包括水平部分290和中间部分295，密封板280附接至水平部分290。中间部分295将实心部235和水平部分290连接。如图所示，中间部分295与实心部235形成一角度并与水平部分290形成一角度。然而，可以对密封部240使用其它布置。例如，正面225可以向上延伸，并且密封板可以直接附接至正面225的顶部，或附接至附接于正面225的顶部上的板。
大于现有密封板的密封板280、和密封部240的水平部分290提供更大附接面积，这使得更容易通过焊接进行附接。
进入的蒸气经立管274向下流入外管道210中。它流经催化剂床265并经中央管道245流出。
由于入口分配环机构270的环272附接至平台275，蒸气流入立管274中，并且不会绕过它。
在立管274与外管道210之间存在一般为13mm的间隙285。立管274的底部位于外管道210的内部。由于进入的蒸气高速向下行进，所以其大部分将继续向下。为了经间隙285逸出，进入的蒸气在离开立管274之后将在外管道210内改变方向并向上行进而到达间隙285。因此，进入的蒸气很少一部分会流经间隙285。
当存在密封板280时，立管274与密封板280之间的间隙300小于立管274与外管道210之间的间隙285。
外管道210的筛部230的长度与中央管道245的筛部255的长度无关。此外，实心部235的长度与实心部260的长度无关。在任一情况下，它们可以是更长、更短或是相同的长度。
在一些实施例中，外管道210的正面225不会延伸到反应器200的底部。而是，外管道210的底部是开口的，这允许一些气体流动并接触催化剂。开口的底部允许可以流经筛部230的催化剂粉向下流动，与催化剂颗粒一起被收集，并与催化剂颗粒一起离开反应器200。在催化剂再生期间，所述粉可以与催化剂分离。
在图2中，压力P1位于立管274的下游，而压力P2位于密封催化剂305的上方。因此，压降相对小(例如，0.7kPa(0.1psi))，这是因为，由于立管274被密封焊接至入口分配环机构270的环272，所以所述压降不包括隔离立管上游的压力的立管压降。本涉及相对于现有设计而言可以具有一个或多个优点。(以下列出的优点不一定全部存在于所有实施例中。)主要优点为液压，其中高蒸气动量区域后方的位置与密封件间隙两侧的较低压降组合以实现对通过该间隙的流动方向的新颖液压控制。立管设计现在平衡了来自高动量立管蒸气的抽吸与经过密封催化剂305的气体的压降。这种设计灵活性允许现场安装更简单、更快捷和更可靠。例如，外管道可以被容易地放置在外管道底部支承件上的适当位置而不需要精确对准。立管然后可以容易地向下滑动到外管道中，并且将密封板焊接到位。此外，在一些实施例中，新的密封板位置允许更大的密封板，其将使焊接更容易和/或更佳。密封板搁靠在外管道的顶部上，并且外管道的尺寸不像图1中由于盖板191的存在所导致的那样受到尺寸的限制。
另一差别在于密封催化剂上方的区域(P2)与密封板紧上游的区域(P1)之间的压力变化在该新设计中小的多(0.7kPa(0.1psi)对高达7kPa(1psi))(参见图1和2)。
较低的压力变化意味着存在更少的导致蒸气旁通经过立管与外管道(或密封板)之间的间隙的驱动力。减少的蒸气旁通降低了或消除了使密封催化剂流化的可能性以及设备将由于中央管道堵塞而停机的可能性。
虽然已使用目前被认为是优选实施方案的实施方案描述了本发明，但应该理解的是，本发明不限于所公开的实施方案，而且意在涵盖包括在所附权利要求的范围内的各种修改和等同布置。
具体实施方案
尽管以下结合具体实施方案进行描述，但应理解，该描述旨在说明而不是限制前面的描述和附后权利要求的范围。
本发明的第一实施方案是一种反应器，该反应器包括：具有流体入口和流体出口的竖向延伸的容器；位于容器中的至少一个竖向延伸的外管道，该外管道的至少一部分包括限定多个孔口并与流体入口连通的筛部；与流体出口连通的中央管道，该中央管道的至少一部分包括限定多个孔口的筛部；位于容器中的颗粒保持空间，该颗粒保持空间由容器、中央管道和外管道中的至少一者限定，该颗粒保持空间与外管道的筛部和中央管道的筛部连通；入口分配环机构，其位于外管道上并与流体入口连通，该入口分配环机构包括具有至少一个开口的环和至少一个竖向延伸的立管，所述立管的一个端部被密封连接至所述环，该立管的另一端部位于外管道的内部；其中在立管与外管道之间存在第一间隙。本发明的一个实施方案是直至这一段中的第一实施方案的这一段中的一个、任一或所有在先实施方案，其中立管通过焊接或具有可选的垫片的螺栓被密封连接至环。本发明的一个实施方案是直至这一段中的第一实施方案的这一段中的一个、任一或所有在先实施方案，其中环由沿容器壁与中央管道之间的距离的至少一部分延伸的平台支承。本发明的一个实施方案是直至这一段中的第一实施方案的这一段中的一个、任一或所有在先实施方案，其中平台包括入口挡板的一部分。本发明的一个实施方案是直至这一段中的第一实施方案的这一段中的一个、任一或所有在先实施方案，进一步包括在外管道的一个端部处围绕立管的密封板。本发明的一个实施方案是直至这一段中的第一实施方案的这一段中的一个、任一或所有在先实施方案，其中密封板与外管道接触。本发明的一个实施方案是直至这一段中的第一实施方案的这一段中的一个、任一或所有在先实施方案，其中密封板独立于外管道/可从外管道分离。本发明的一个实施方案是直至这一段中的第一实施方案的这一段中的一个、任一或所有在先实施方案，其中在立管与密封板之间存在第二间隙，并且其中第二间隙小于第一间隙。本发明的一个实施方案是直至这一段中的第一实施方案的这一段中的一个、任一或所有在先实施方案，其中至少一个外管道具有选自扇形、梯形、矩形、D形和圆筒形的形状。本发明的一个实施方案是直至这一段中的第一实施方案的这一段中的一个、任一或所有在先实施方案，其中至少一个外管道沿竖向逐渐变细。本发明的一个实施方案是直至这一段中的第一实施方案的这一段中的一个、任一或所有在先实施方案，其中外管道的筛部包括异型金属丝筛、金属丝网、具有孔口的板、百叶窗式挡板或其组合。本发明的一个实施方案是直至这一段中的第一实施方案的这一段中的一个、任一或所有在先实施方案，其中中央管道的筛部包括异型金属丝筛、金属丝网、具有孔口的板、百叶窗式挡板或其组合。本发明的一个实施方案是直至这一段中的第一实施方案的这一段中的一个、任一或所有在先实施方案，其中外管道的筛部的长度不同于中央管道的筛部的长度。
本发明的第二实施方案是一种反应器，该反应器包括：具有流体入口和流体出口的竖向延伸的容器；位于容器中的至少一个竖向延伸的外管道，所述外管道的至少一部分包括限定多个孔口并与流体入口连通的筛部；与流体出口连通的中央管道，该中央管道的至少一部分包括限定多个穿孔的筛部；位于容器中的颗粒保持空间，该颗粒保持空间由容器、中央管道和外管道中的至少一者限定，该颗粒保持空间与所述多个孔口和中央管道连通；入口分配环机构，其位于外管道上并与流体入口连通，该入口分配环机构包括具有至少一个开口的环和至少一个竖向延伸的立管，该立管的一个端部被密封连接至环，该立管的另一端部位于外管道的内部；与外管道接触的密封板；其中在立管与外管道之间存在第一间隙，并且在立管与密封板之间存在第二间隙，并且其中第二间隙小于第一间隙。本发明的一个实施方案是直至这一段中的第二实施方案的这一段中的一个、任一或所有在先实施方案，其中入口分配环机构的环由沿容器壁与中央管道之间的距离的至少一部分延伸的平台支承。本发明的一个实施方案是直至这一段中的第二实施方案的这一段中的一个、任一或所有在先实施方案，其中密封板独立于外管道/可从外管道分离。本发明的一个实施方案是直至这一段中的第二实施方案的这一段中的一个、任一或所有在先实施方案，其中至少一个外管道具有选自扇形、梯形、矩形、D形和圆筒形的形状。本发明的一个实施方案是直至这一段中的第二实施方案的这一段中的一个、任一或所有在先实施方案，其中至少一个外管道沿竖向逐渐变细。本发明的一个实施方案是直至这一段中的第二实施方案的这一段中的一个、任一或所有在先实施方案，其中外管道的筛部、中央管道的筛部或两者包括异型金属丝筛、金属丝网、具有孔口的板、百叶窗式挡板或其组合。本发明的一个实施方案是直至这一段中的第二实施方案的这一段中的一个、任一或所有在先实施方案，其中外管道的筛部的长度不同于中央管道的筛部的长度。
无需进一步详述，相信利用上文的描述，本领域技术人员可以最大限度地利用本发明并容易确定本发明的基本特征，在不背离其精神和范围的情况下，作出本发明的各种变动和修改并使其适应各种用途和条件。因此，上述优选的具体实施方案应被解释为仅示例性的而非以任何方式限制本公开的其余部分，并意在涵盖所附权利要求书的范围内所含的各种修改和等同布置。
除非另行指明，在上文中，所有温度均以摄氏度为单位，且所有份数和百分比均按重量计。

Claims (10)

1.一种径向流动反应器，包括：
具有流体入口和流体出口的竖向延伸的容器(200)；
位于所述容器(200)中的至少一个竖向延伸的外管道(210)，所述外管道(210)的至少一部分包括限定多个孔口并与所述流体入口连通的筛部(230)；
与所述流体出口连通的中央管道(245)，所述中央管道(245)的至少一部分包括限定多个孔口的筛部(255)；
位于所述容器中的颗粒保持空间(265)，所述颗粒保持空间由所述容器(200)、所述中央管道(245)和所述外管道(210)中的至少一者限定，所述颗粒保持空间(265)与所述外管道(210)的筛部(230)和所述中央管道(230)的筛部(255)连通；
入口分配环机构(270)，其位于所述外管道(210)上并与所述流体入口连通，所述入口分配环机构(270)包括具有至少一个开口的环(272)和至少一个竖向延伸的立管(274)，所述立管(274)的一个端部被密封连接至所述环(272)，所述立管(274)的另一端部位于所述外管道(210)的内部；
其中，在所述立管(274)与所述外管道(210)之间存在第一间隙(285)。
2.根据权利要求1所述的反应器，其中，所述环(274)由沿容器壁(220)与所述中央管道(245)之间的距离的至少一部分延伸的平台(275)支承。
3.根据权利要求2所述的反应器，其中，所述平台(275)包括入口挡板(277)的一部分。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的反应器，还包括在所述外管道(210)的一个端部处围绕所述立管(274)的密封板(280)。
5.根据权利要求4所述的反应器，其中，所述密封板(280)独立于所述外管道(210)。
6.根据权利要求4所述的反应器，其中，在所述立管(274)与所述密封板(280)之间存在第二间隙(300)，其中所述第二间隙(300)小于所述第一间隙(285)。
7.根据权利要求1-3中任一项所述的反应器，其中，至少一个外管道(210)具有选自扇形、梯形、矩形、D形和圆筒形的形状。
8.根据权利要求1-3中任一项所述的反应器，其中，至少一个外管道(210)沿竖向逐渐变细。
9.根据权利要求1-3中任一项所述的反应器，其中，所述外管道(210)的筛部(230)或所述中央管道(245)的筛部(255)或两者包括异型金属丝筛、金属丝网、具有孔口的板、百叶窗式挡板或其组合。
10.根据权利要求1-3中任一项所述的反应器，其中，所述外管道(210)的筛部(230)的长度不同于所述中央管道(245)的筛部(255)的长度。
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