CN108854857B - 一种用于反应器催化剂床层的导流式支撑格栅和流动床反应器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及石油化工设备领域，提供一种用于反应器催化剂床层的导流式支撑格栅和流动床反应器。该导流式支撑格栅为双层圆筒形结构，包括沿径向设置的分布筒、支撑条、接触筒，以及端部的连接环板，所述分布筒与接触筒平行设置，所述支撑条位于分布筒与接触筒之间，所述接触筒与催化剂床层相邻，所述接触筒上设置有均匀分布的多圈通道孔，且在其与催化剂床层相邻的侧面上、在每圈通道孔的上方设置有导流板，所述导流板为圆弧形罩状结构，其凸面直接接触催化剂床层，凹面朝向所述接触筒。本发明的导流式支撑格栅通过设置导流板，能有效防止催化剂颗粒阻塞支撑格栅的丝网空隙或者流体通道，且对催化剂的流动起导流作用，减小流动阻力。

Description

一种用于反应器催化剂床层的导流式支撑格栅和流动床反 应器

技术领域

本发明涉及石油化工设备领域，具体涉及一种用于反应器催化剂床层的导流式支撑格栅，以及一种采用所述导流式支撑格栅的流动床反应器。

背景技术

反应器的催化剂床层支撑结构，一般分为两种，即平面支撑格栅和圆筒形支撑格栅。这两种支撑结构分别对应着轴向流反应器和径向流反应器。根据催化剂床层是否流动，径向流反应器又可区分为固定床径向流反应器和流动床反应器。流动床反应器一般属于径向流反应器。

流动床径向流反应器(以下简称流动床反应器)的催化剂床层一般圆筒形支撑格栅，如图1所示。该类反应器的气体流动方向与设备轴向相垂直，圆筒形格栅呈竖直状态布置，包括内筒格栅、外筒格栅(或扇形筒)，催化剂床层位于内、外筒之间竖向的环形空间内，大都用于气-固催化反应，有时也用于非催化反应。反应流体沿径向流过床层，可采用离心流动或向心流动，床层同外界无热交换。当流动床反应器工作时，反应器内的催化剂一直处于流动状态。比如连续重整、PX、丙烷脱氢装置中经常采用此类反应器。催化剂的流动一般依靠重力自流，从反应器顶部流入，从反应器底部流出。催化剂床层的支撑格栅，对流速控制、流体分布均匀度要求较高，因此一般采用双层的筒形结构；一般由V型丝网筒、支撑条、分布筒和连接环板构成，支撑条在V型丝网筒和分布筒之间。V型丝网的平面一侧朝向催化剂颗粒，尖角朝向分布筒。分布筒上均匀开有圆孔，使反应流体通过，起到了重分布和提高格栅整体强度的效果。如图2所示。

但是现有技术中的圆筒形支撑格栅存在一个突出问题，在反应器工作时，催化剂颗粒与内筒格栅相接触，由于内筒格栅的V型丝网的间隙较小，催化剂经常会将间隙堵塞。尤其是在高温场合下，催化剂本身容易结焦，流动性差，更容易附着到支撑格栅的表面，造成结块。若结焦严重，内筒上对应部位的温度会升高，在催化剂的挤压下，内筒的V型丝网容易发生变形甚至破裂，造成催化剂泄出，影响反应器正常工作。在国内外连续重整、丙烷脱氢装置中也经常出现此类事故。

发明内容

为了克服现有技术中存在的上述不足，本发明的目的是提供一种用于反应器催化剂床层的导流式支撑格栅，以及一种采用所述导流式支撑格栅的流动床反应器，通过在支撑格栅上设置具有特定结构的导流板，将支撑格栅的筒体与催化剂颗粒隔离开，能够对催化剂流动起到导流作用，利于催化剂从上到下流动，可防止催化剂阻塞床层支撑格栅，提高支撑格栅的寿命和反应器的连续操作周期，本发明的支撑格栅尤其适用于对反应流体处理量大、催化剂流量大、反应温度高、催化剂容易结焦的流动床反应器。

根据本发明的第一方面，本发明提供一种用于反应器催化剂床层的导流式支撑格栅，该导流式支撑格栅为双层圆筒形结构，其包括沿径向设置的分布筒、支撑条、接触筒，以及端部的连接环板，所述分布筒与接触筒平行设置，所述支撑条位于分布筒与接触筒之间，所述接触筒与催化剂床层相邻，

所述接触筒上设置有均匀分布的多圈通道孔，且在其与催化剂床层相邻的侧面上、在每圈通道孔的上方设置有导流板，所述导流板为圆弧形罩状结构，其凸面直接接触催化剂床层，凹面朝向所述接触筒。

根据本发明的第二方面，本发明提供一种流动床反应器，该流动床反应器包括内筒格栅、外筒格栅、壳体、进口管、气体分布器、出口管、催化剂进料管和催化剂出料管，

所述壳体、外筒格栅和内筒格栅沿径向依次嵌套设置，并通过所述壳体内侧壁和/或底部设置的支座对所述内筒格栅和外筒格栅进行支撑连接，所述进口管设置于所述壳体的底部，所述气体分布器位于所述进口管的上方，其轴线与所述内筒格栅、外筒格栅和壳体的轴线重合，所述出口管设置在所述壳体的顶部或侧部，所述催化剂床层设置在所述内筒格栅与外筒格栅之间，所述催化剂进料管和催化剂出料管分别位于所述催化剂床层的正上方和正下方；

所述内筒格栅和/或外筒格栅为上述的导流式支撑格栅。

将本发明的导流式支撑格栅用于流动床反应器，具有如下有益效果：

(1)能够防止催化剂颗粒阻塞支撑格栅的反应流体通道，提高支撑格栅的使用寿命和反应器的连续操作周期：采用本发明的导流式支撑格栅，流动床反应器的催化剂被限制在支撑格栅的导流板之间流动，导流板将支撑格栅的V型丝网或者多孔圆筒与催化剂颗粒分离开来，导流板可以把格栅上的V型丝网或者通道孔盖住，可有效防止催化剂颗粒阻塞支撑格栅的V型丝网空隙或者多孔板的流体通道孔，但是并不阻碍气体的流动，因此，可以提高催化剂床层支撑格栅的使用寿命和反应器的连续操作周期；而在现有技术中的催化剂支撑格栅，在反应器工作时催化剂颗粒与支撑格栅的V型丝网直接接触，由于V型丝网的间隙较小，催化剂可以经常会将间隙堵塞，容易促使反应产生结焦，流动性变差，支撑格栅的V型丝网也容易发生变形甚至破裂，造成催化剂泄出，影响反应器正常工作。

(2)能够对催化剂流动起导流作用：在流动床反应器工作时，催化剂依靠重力由上向下流动，导流板的叶片向下弯曲、呈类似于水滴外形的弧形(圆弧形罩状结构)，能够对催化剂的流动起导流作用，减小了催化剂颗粒向下流动的摩擦阻力，有利于催化剂从上到下流动。

(3)减轻了催化剂对支撑格栅以及V型丝网的冲刷腐蚀：使用本发明所述的导流式支撑格栅，催化剂颗粒不直接与支撑格栅以及V型丝网相接触，而是和导流板直接接触，导流板为结构简单、强度很高的弧形板，可以经受催化剂颗粒长时间的冲刷，这样就保护了价格昂贵的支撑格栅，提高了格栅的寿命。

(4)承载能力更强：在反应器操作过程中，内筒格栅的凸面会承受来自催化剂的压力，即承受外压，在外压作用下对内筒的稳定性、刚度要求较高，容易造成内筒失稳，本发明的支撑格栅中导流板的存在使床层支撑格栅截面的抗弯模量，与支撑格栅的两层筒体形成了一个更具整体性、立体型的圆筒状支撑结构，因此承受外部径向载荷的能力得到提高。

(5)可节省V型丝网的使用量甚至取消V型丝网格栅：由于无需考虑通道孔被堵塞的问题，接触筒上的开孔率可以提高很多，起到和V型丝网一样好的流通效果，由于导流板的存在，与催化剂邻近的圆筒(接触筒)可以采用开圆孔的多孔板，支撑格栅的另外一层筒(分布筒)也同样可以不采用V型丝网，因此，采用本发明的导流式支撑格栅，接触筒和分布筒都可以采用价格非常低廉的多孔圆筒，可以减少甚至不必使用价格昂贵的V型丝网格栅，这使得流动床反应器催化剂支撑格栅的造价大为降低，而且，由于多孔筒更耐用，支撑格栅的使用寿命也会得到明显提高。

附图说明

图1：现有技术的流动床反应器的催化剂床层格栅支撑结构；

图2：现有技术中催化剂床层支撑结构的内筒格栅；

图3：本发明一种具体实施方式的导流式支撑格栅作为内筒格栅的纵向剖面图；

图4：本发明另一种具体实施方式的导流式支撑格栅作为内筒格栅的纵向剖面图；

图5：图3所示导流式支撑格栅作为外筒格栅的纵向剖面图；

图6：图4所示导流式支撑格栅作为外筒格栅的纵向剖面图；

图7：沿图3中A-A线截取的剖视图；

图8：沿图4中C-C线截取的剖视图；

图9：图3或图4所示导流式支撑格栅的B向侧视图；

图10：图3所示导流式支撑格栅的D向侧视图；

图11：图4所示导流式支撑格栅的E向侧视图；

图12：本发明一种具体实施方式的流动床反应器；

图13：本发明另一种具体实施方式的流动床反应器；

图14：沿图13中F-F线截取的剖视图；

图15：图13所示流动床反应器中内筒格栅的横向剖面图。

附图标记说明

1-1、分布筒；1-2、支撑条；1-3、接触筒；1-4、导流板；1-5、支撑筋板；1-6、连接环板；1-7、通道孔；1-8、排气孔；1-9、分布孔；1、内筒格栅；2、外筒格栅；3、催化剂床层；4、壳体；5、出口管；6、进口管；7、气体分布器；8、支座；9、催化剂进料管；10、催化剂出料管。

具体实施方式

为使本发明更加容易理解，下面将结合实施方式和附图来详细说明本发明，这些实施方式仅起说明性作用，并不用于限制本发明。

根据本发明的第一方面，本发明提供一种用于反应器催化剂床层的导流式支撑格栅，该导流式支撑格栅为双层圆筒形结构，如图3和图4所示，其包括沿径向设置的分布筒1-1、支撑条1-2、接触筒1-3，以及端部的连接环板1-6，所述分布筒1-1与接触筒1-3平行设置，所述支撑条1-2位于分布筒1-1与接触筒1-3之间，所述接触筒1-3与催化剂床层3相邻，

所述接触筒1-3上设置有均匀分布的多圈通道孔1-7，且在其与催化剂床层3相邻的侧面上、在每圈通道孔1-7的上方设置有导流板1-4，所述导流板1-4为圆弧形罩状结构，其凸面直接接触催化剂床层3，凹面朝向所述接触筒1-3。

根据本发明，所述导流板1-4可以采用弯折成型或者冲压成型，为了使反应介质能够更顺利的通过导流板1-4进入催化剂床层3，优选地，每层导流板1-4之间具有一定的层间距，从而保证上面一层导流板1-4的下边缘与下面一层导流板1-4之间具有间隙、而不是闭合的。使导流板1-4之间保持层间距的方法可以选用现有技术中的任意技术手段。

优选地，相邻两层导流板1-4之间连接有多块支撑筋板1-5，来保持相邻两层导流板1-4之间的层间距。

根据本发明，相邻两圈通道孔1-7的轴向间距H与相邻两层导流板1-4的轴向间距可以相等或不等，此处的轴向间距是指两层导流板1-4与接触筒1-3的连接处的间距。

优选地，相邻两圈通道孔1-7的轴向间距H与相邻两层导流板1-4的轴向间距相等。

优选地，所述导流板1-4在轴线方向的投影宽度L与通道孔1-7轴向间距H的比值为0.7～1.2，所述导流板1-4的包角α不大于70°。

优选情况下，所述接触筒1-3上的通道孔1-7为呈三角形或方形分布的圆孔。

根据本发明，所述导流板1-4上设置有均匀分布的排气孔1-8，所述排气孔1-8优选为圆孔。

根据本发明，所述支撑条1-2位于所述接触筒1-3的每圈通道孔1-7的上方，并焊接于所述分布筒1-1上。

根据本发明，所示分布筒1-1可以由现有技术中任何的常规材料组成，只要能够保证反应介质的顺利通过及均匀分布。

根据本发明的一种优选实施方式，如图3和图5所示，所述分布筒1-1由V型丝网构成，为了防止划伤催化剂颗粒，所述V型丝网的尖角朝向催化剂床层3，嵌入所述支撑条1-2中，并与支撑条1-2焊接。

本发明中，所述V型丝网可以由V型丝通过所述支撑条1-2连接而成。

根据本发明的另一种优选实施方式，如图4和图6所示，所述分布筒1-1为设置有分布孔1-9的圆筒，所述圆筒由板材构成。

优选地，所述分布孔1-9为均匀分布的圆孔，呈三角形或方形分布。

根据本发明，所述连接环板1-6为圆环形平板，与所述分布筒1-1和接触筒1-3的端部(顶部和底部)垂直相接，将导流式支撑格栅的端部封闭。

本发明的导流式支撑格栅用于径向流反应器时，在径向流反应器内部呈立式布置。

图7和图8中的箭头表示反应流体的流动方向。

根据本发明的第二方面，本发明提供一种流动床反应器，如图12和图13所示，该流动床反应器包括内筒格栅1、外筒格栅2、壳体4、进口管6、气体分布器7、出口管5、催化剂进料管9和催化剂出料管10，

所述壳体4、外筒格栅2和内筒格栅1沿径向依次嵌套设置，并通过所述壳体4内侧壁和/或底部设置的支座8对所述内筒格栅1和外筒格栅2进行支撑连接，所述进口管6设置于所述壳体4的底部，所述气体分布器7位于所述进口管6的上方，其轴线与所述内筒格栅1、外筒格栅2和壳体4的轴线重合，所述出口管5设置在所述壳体4的顶部或侧部，所述催化剂床层3设置在所述内筒格栅1与外筒格栅2之间，所述催化剂进料管9和催化剂出料管10分别位于所述催化剂床层3的正上方和正下方；

所述内筒格栅1和/或外筒格栅2为上述的导流式支撑格栅。

所述内筒格栅1和外筒格栅2在反应器中的安装固定，具体是将它们支撑到支座8的上方，并通过连接环板1-6和紧固件进行连接。

另外，本发明中所使用的方位词“内、外”是指导流式支撑格栅或流动床反应器在正常安装状态下的内、外。

本发明的导流式支撑格栅既可以作为流动床反应器的内筒格栅1，又可以作为流动床反应器的外筒格栅2。当导流式支撑格栅作为外筒格栅2时，其内层筒体为接触筒1-3，外层筒体为分布筒1-1；而当导流式支撑格栅作为内筒格栅1时，其内层筒体为分布筒1-1，外层筒体为接触筒1-3；但在两种情况下，导流式支撑格栅的具体结构均为以上所述结构。

图12-15中的箭头表示反应流体或催化剂的流动方向。反应流体从壳体4底部流入，然后径向由内而外流经设置在内筒格栅1、外筒格栅2之间的催化剂床层3，最后从壳体4顶部或侧部流出。在反应器工作时，催化剂从反应器的顶部经由催化剂进料管9流入，依靠自身重力，在内筒格栅1、和/或外筒格栅2的导流板1-4之间的限制空间内流动，通过催化剂出料管10从反应器底部流出。

下面将通过实施例对本发明说明进行详细描述。

实施例1

本实施例用于说明本发明的导流式支撑格栅。

所述导流式支撑格栅为双层圆筒形结构，如图3和图5所示，其包括沿径向设置的分布筒1-1、支撑条1-2、接触筒1-3，以及端部的连接环板1-6，所述分布筒1-1与接触筒1-3平行设置，所述支撑条1-2位于分布筒1-1与接触筒1-3之间，所述接触筒1-3与催化剂床层3相邻，

所述接触筒1-3上设置有均匀分布的多圈通道孔1-7，且在其与催化剂床层3相邻的侧面上、在每圈通道孔1-7的上方设置有导流板1-4，所述导流板1-4为圆弧形罩状结构，其凸面直接接触催化剂床层3，凹面朝向所述接触筒1-3，相邻两层导流板1-4之间连接有多块支撑筋板1-5。

所述分布筒1-1由V型丝网构成，所述V型丝网的尖角朝向催化剂床层3，嵌入所述支撑条1-2中，并与支撑条1-2焊接，所述支撑条1-2位于所述接触筒1-3的每圈通道孔1-7的上方，并与分布筒1-1焊接在一起。

所述连接环板1-6为圆环形平板，与所述分布筒1-1和接触筒1-3的端部(顶部和底部)垂直相接，将导流式支撑格栅的端部封闭。

相邻两圈通道孔1-7的轴向间距H与相邻两层导流板1-4的轴向间距相等，所述导流板1-4在轴线方向的投影宽度L与通道孔1-7轴向间距H的比值为1.1，所述导流板1-4的包角α为30°。

所述导流板1-4上设置有排气孔1-8，其与接触筒1-3上的通道孔1-7均为呈方形分布的圆孔。

实施例2

本实施例用于说明本发明的导流式支撑格栅。

所述导流式支撑格栅为双层圆筒形结构，如图4和图6所示，其包括沿径向设置的分布筒1-1、支撑条1-2、接触筒1-3，以及端部的连接环板1-6，所述分布筒1-1与接触筒1-3平行设置，所述支撑条1-2位于分布筒1-1与接触筒1-3之间，所述接触筒1-3与催化剂床层3相邻，

所述接触筒1-3上设置有均匀分布的多圈通道孔1-7，且在其与催化剂床层3相邻的侧面上、在每圈通道孔1-7的上方设置有导流板1-4，所述导流板1-4为圆弧形罩状结构，其凸面直接接触催化剂床层3，凹面朝向所述接触筒1-3，相邻两层导流板1-4之间连接有多块支撑筋板1-5。

所述分布筒1-1为设置有分布孔1-9的圆筒，所述圆筒由板材构成，所述支撑条1-2位于所述接触筒1-3的每圈通道孔1-7的上方，并与分布筒1-1焊接在一起。

所述连接环板1-6为圆环形平板，与所述分布筒1-1和接触筒1-3的端部(顶部和底部)垂直相接，将导流式支撑格栅的端部封闭。

相邻两圈通道孔1-7的轴向间距H与相邻两层导流板1-4的轴向间距相等，所述导流板1-4在轴线方向的投影宽度L与通道孔1-7轴向间距H的比值为1.1，所述导流板1-4的包角α为35°。

所述导流板1-4上设置有排气孔1-8，其与接触筒1-3上的通道孔1-7，以及分布筒1-1上的分布孔1-9均为呈方形分布的圆孔。

实施例3

本实施例用于说明本发明的流动床反应器。

如图12和图13所示，流动床反应器包括内筒格栅1、外筒格栅2、壳体4、进口管6、气体分布器7、出口管5、催化剂进料管9和催化剂出料管10。

所述壳体4、外筒格栅2和内筒格栅1沿径向依次嵌套设置，并通过所述壳体4内侧壁和/或底部设置的支座8对所述内筒格栅1和外筒格栅2进行支撑连接，所述进口管6设置于所述壳体4的底部，所述气体分布器7位于所述进口管6的上方，其轴线与所述内筒格栅1、外筒格栅2和壳体4的轴线重合，所述出口管5设置在所述壳体4的顶部或侧部，所述催化剂床层3设置在所述内筒格栅1与外筒格栅2之间，所述催化剂进料管9和催化剂出料管10分别位于所述催化剂床层3的正上方和正下方。

所述内筒格栅1和外筒格栅2分别支撑到支座8的上方，并通过连接环板1-6和紧固件进行连接。

流动床反应器中的内筒格栅1和外筒格栅2均为实施例2所述的导流式支撑格栅，如图12所示；另一种情况是内筒格栅1为实施例1所述的导流式支撑格栅，而外筒格栅为现有技术中常规的支撑格栅，如图13所示。

以上已经描述了本发明的实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的实施例。在不偏离所说明实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。

Claims (9)

1.一种用于反应器催化剂床层的导流式支撑格栅，其特征在于，该导流式支撑格栅为双层圆筒形结构，其包括沿径向设置的分布筒(1-1)、支撑条(1-2)、接触筒(1-3)，以及端部的连接环板(1-6)，所述分布筒(1-1)与接触筒(1-3)平行设置，所述支撑条(1-2)位于分布筒(1-1)与接触筒(1-3)之间，所述接触筒(1-3)与催化剂床层(3)相邻，

所述接触筒(1-3)上设置有均匀分布的多圈通道孔(1-7)，且在其与催化剂床层(3)相邻的侧面上、在每圈通道孔(1-7)的上方设置有导流板(1-4)，所述导流板(1-4)为圆弧形罩状结构，其凸面直接接触催化剂床层(3)，凹面朝向所述接触筒(1-3)；

相邻两层导流板(1-4)之间连接有多块支撑筋板(1-5)。

2.根据权利要求1所述的导流式支撑格栅，其中，相邻两圈通道孔(1-7)的轴向间距H与相邻两层导流板(1-4)的轴向间距相等。

3.根据权利要求1所述的导流式支撑格栅，其中，所述导流板(1-4)在轴线方向的投影长度L与相邻两圈通道孔(1-7)的轴向间距H的比值为0.7～1.2，所述导流板(1-4)的包角α不大于70°。

4.根据权利要求1所述的导流式支撑格栅，其中，所述导流板(1-4)上设置有均匀分布的排气孔(1-8)。

5.根据权利要求1所述的导流式支撑格栅，其中，所述支撑条(1-2)位于所述接触筒(1-3)的每圈通道孔(1-7)的上方，并焊接于所述分布筒(1-1)上。

6.根据权利要求1～5中任意一项所述的导流式支撑格栅，其中，所述分布筒(1-1)由V型丝网构成，所述V型丝网的尖角朝向催化剂床层(3)，嵌入所述支撑条(1-2)中。

7.根据权利要求1～5中任意一项所述的导流式支撑格栅，其中，所述分布筒(1-1)为设置有分布孔(1-9)的圆筒。

8.根据权利要求1所述的导流式支撑格栅，其中，所述连接环板(1-6)为圆环形平板，与所述分布筒(1-1)和接触筒(1-3)的端部垂直相接，将导流式支撑格栅的端部封闭。

9.一种流动床反应器，其特征在于，该流动床反应器包括内筒格栅(1)、外筒格栅(2)、壳体(4)、进口管(6)、气体分布器(7)、出口管(5)、催化剂进料管(9)和催化剂出料管(10)，

所述壳体(4)、外筒格栅(2)和内筒格栅(1)沿径向依次嵌套设置，并通过所述壳体(4)内侧壁和/或底部设置的支座(8)对所述内筒格栅(1)和外筒格栅(2)进行支撑连接，所述进口管(6)设置于所述壳体(4)的底部，所述气体分布器(7)位于所述进口管(6)的上方，其轴线与所述内筒格栅(1)、外筒格栅(2)和壳体(4)的轴线重合，所述出口管(5)设置在所述壳体(4)的顶部或侧部，所述催化剂床层(3)设置在所述内筒格栅(1)与外筒格栅(2)之间，所述催化剂进料管(9)和催化剂出料管(10)分别位于所述催化剂床层(3)的正上方和正下方；

所述内筒格栅(1)和/或外筒格栅(2)为权利要求1～8中任意一项所述的导流式支撑格栅。

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