CN109985570B - 一种具有减冲元件的加氢反应器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种具有减冲元件的加氢反应器。本发明的固定床加氢反应器包括物料入口管、入口扩散器、反应器上封头、减冲均流盘、催化剂床层、催化剂支撑格栅、反应器筒体、反应器下封头、出口收集器、物料出口管和卸剂管。所述的减冲均流盘设置在反应器上封头闲置的空间内、或反应器筒体顶端、顶部分配盘的上方；所述的减冲均流盘设置若干个分配器，包括均流盘、降料管和连杆，均流盘与降料管通过连杆连接。本发明的加氢反应器，适用于油品的加氢精制或加氢裂化处理过程。
Description
技术领域
本发明涉及一种具有减冲元件的加氢反应器，属于化工设备领域，尤其是适用于油品加氢精制或加氢裂化处理的加氢反应器。
背景技术
近年来，随着经济的快速发展和环保意识的增强，对石化产品的质量和环保要求越来越高。作为生产清洁燃料的一种技术手段，加氢技术在炼油工业中的重要性和作用越来越大。在加氢装置中，同加氢催化剂技术和加氢工艺技术一样，加氢反应器技术是反应器系统的重要组成部分，三者构成反应器性能三因素。在加氢装置中，作为关键设备的加氢反应器，按一定比例混氢后的原料油借助加氢催化剂的作用，完成了精制和裂化等反应。加氢反应器内的加氢反应能否稳定操作，加氢催化剂能否充分地发挥其作用，产品质量是否能够达到优质，很大程度上取决于气液在催化剂床层中分布的均匀性。而气液在催化剂床层中的分布是否均匀，与加氢反应器内构件的设计有着密切的关系。换言之，内构件性能的好坏直接影响到催化剂寿命、产品质量和装置的运转周期，即在加氢过程中采用一套性能优良的内构件技术所得到的效果决不亚于换用一种活性更高的催化剂。因此国内外对加氢反应器及其内构件的研究和工程开发一直非常重视，不断更新其反应器内构件，以求取得更好的效果。
工业装置生产实践表明，制约加氢工艺装置平稳运行的因素主要有两个，一个是由于物料分布不均匀导致的反应器径向温差较大，一个是反应器催化剂床层压力降升高过快，导致非正常停工。
加氢反应器以反应器顶部中心位置进料，尽管设置了入口扩散器，物料输送的残余动能会产生强大的冲击力；中心位置进料的另一个流态特点是，物料在反应器封头空间的形成的流线为倾斜线，物料的动能及呈倾斜线的流态，将顶部分配器塔盘上的液层向反应器四周冲送，形成物料在顶部分配盘上的“推浪”现象，即，反应器分配盘自中心位置至边缘位置的液层高度呈递增式分布：中心位区域物料液层较小，甚至没有液层，而反应器边壁处物料液层高度最大，给依赖塔盘水平度的分配器带来不利的入口条件，即使性能最好的分配器，在不同高度的液层条件下，也无法实现均匀分配物料。随著加氢反应器规模越来越大，物料进入反应器后残余动能和势能转化形成的冲击力所产生的“推浪”现象越来越严重，导致物料分布存在严重的偏差。
加氢过程为放热反应，物料分布不均匀会导致催化剂润湿效果好的部位反应程度剧烈，生成热量较多；即影响反应器的径向温差。当径向温差较大时，催化剂局部温度越高，反应速率越快，形成过热点，使这部分催化剂性能过早失活，损害催化剂的性能，甚至会导致催化剂部分区域的结焦、板结，物料无法正常流过，由于固定床加氢反应器为滴流床流态，导致板结区域下方的催化剂不能发挥作用，从而大大降低催化剂的使用寿命与装置的开工周期。局部板结还导致催化剂床层压力降的升高，为了继续运行不得不提高反应器的操作压力，造成能耗的升高。
随着加氢反应器规模的日益扩大，产品精度要求日益提高，物料在催化剂床层上的均匀分配十分重要。由于加氢过程是放热反应，原料油在催化剂床层径向截面上分布不均匀，会导致反应程度不同而产生径向温差，甚至会出现局部过热，损害催化剂的性能，从而大大降低催化剂的使用周期。因此选用合理设计的加氢反应器十分必要。
发明内容
针对现有技术中的不足，本发明提供了一种具有减冲元件的加氢反应器。
本发明的具有减冲元件的加氢反应器，包括物料入口管、入口扩散器、反应器上封头、减冲均流盘、催化剂床层、催化剂支撑格栅、反应器筒体、反应器下封头、出口收集器、物料出口管和卸剂管；所述的减冲均流盘设置在反应器上封头闲置的空间内、或反应器筒体的上端；所述的减冲均流盘包括塔盘和设置于塔盘上的若干个分配器，所述分配器包括均流盘、降料管和连杆，均流盘与降料管通过连杆连接。所述减冲均流盘具有减冲均流功能、而且分布效果好、体积小、安装精度要求低等特点。
在某些实施例的情况下，本发明的加氢反应器还包括床层卸剂管、冷氢管、冷氢盘、喷射盘和床层间分配盘。即本发明的加氢反应器包括两个以上的催化剂床层。
在更进一步优选的实施例的情况下，本发明的加氢反应器还包括顶部分配盘。
进一步的，所述均流盘的最下沿与降料管的最上沿之间存在空间，所述空间构成气相物料的流动通道。
进一步的，所述减冲均流盘的塔盘最外边沿设置向上翻折的折边，折边具有一定高度。所述塔盘可以分割为若干块小塔盘，若干块小塔盘可以通过支撑梁和塔盘连接件组装成整体塔盘。若干个分配器在塔盘上呈三角形、四边形、菱形或圆形布置。
进一步的，所述的分配器通过降料管与塔盘固定连接，如可以采用焊接、螺栓连接、螺丝连接或卡扣连接，优选采用螺栓连接。
本发明中，所述均流盘和降料管的数量相同或不同，优选相同。
进一步的，所述均流盘的中心线与降料管的中心线重合或不重合，优选重合。
进一步的，所述均流盘的主体为板状（或盘状）结构。均流盘通常为多边形结构，具体可以为圆盘形结构、三角盘形结构、菱形盘形结构、正方形盘形结构或梯形盘形结构，优选为圆盘形结构。
进一步的，所述均流盘的最外边沿设置向上翻折的折边，折边具有一定高度，并设置具有一定高度的齿槽。所述齿槽的形状为三角形、四边形或圆弧形，优选为三角形。
进一步的，所述的降料管为上下两端敞口的圆筒形结构。降料管的材质为金属材质，优选为钢材。所述降料管上开设一定数量的溢流孔，所述溢流孔中心线与塔盘上表面之间有一定高度。
进一步的，减冲均流盘设置于反应器的上封头内，或者设置于反应器筒体上端；当设置于反应器筒体上端时，优选设置于反应器内顶部分配盘的上方。
与现有技术相比，本发明的具有减冲元件的加氢反应器具有如下优点：
1、本发明首次提出了在反应器内设置齿堰式减冲均流盘这种新型反应器内构件的构思。齿堰式减冲均流盘为新增设的加氢反应器内构件，其可以削减物料进入反应器时因残余动能形成的强大冲击力；消除因采用现有的中心进料方式导致的呈倾斜流态的物料对反应器内顶部分配盘上液层的“推浪”作用；消除液体物料自反应器入口坠落至顶部分配盘上由势能转化而来的冲击力；实现液体物料流体流态精细化调节；实现物料的初分配。所述齿堰式减冲均流盘还可以替代顶部分配盘的分配功能，可为顶部催化剂床层提供良好的入口条件。新增的减冲均流盘具有减冲均流功能、而且还具有分布效果好、体积小、安装精度要求低等特点。
2、齿堰式减冲均流盘包括若干具有减冲功能的分配器，分配器上部的均流盘可以阻挡因采用中心进料方式形成的呈倾斜流态的喷射流体，消除流体自反应器入口坠落至顶部分配盘由势能转化而来的冲击力，失去动能的流体被阻挡后在重力作用下，由原来的倾斜流态转化为垂直流态，并实现自然坠落，消除了物料对分配盘上液层的“推浪”现象。流体坠落在塔盘上可以形成深度一致的液层，给分配器提供友好平稳均匀的入口条件，实现流体流态精细化调节及物料的初分配。设置数量适宜、具有减冲功能的齿堰式减冲均流盘，可替代现有的顶部分配盘，实现物料的均匀分配功能。
3、本发明的加氢反应器中，所述的齿堰式减冲均流盘，通过设置均流盘及降料管实现液相分布。与传统的抽吸原理的泡帽分配器相比，液相分配的分散动力由气相抽吸改为利用势能，形成喷溅，从而减小压降。
4、本发明的加氢反应器，所述的齿堰式减冲均流盘，通过在降料管管壁的合适位置设置适宜形状的溢流孔，保证塔盘上形成并存在一定合理深度的液层，降低由塔盘水平度偏差与液位波动带来的宏观分配不均匀。
5、本发明的加氢反应器，所述的齿堰式减冲均流盘，采用独特的设计原理及流体力学特点，实现物料的均匀分配，尤其在应用于装有催化剂的反应器催化反应时，可以使催化剂床层径向温差降低，催化剂床层径向温差不大于3℃，由于径向温差反映了流体的分布效果，也从侧面说明了本发明齿堰式均流盘对反应进料物流的分配和气液混合效果较好，对催化反应过程和催化剂结焦控制具有一定的辅助作用。
6、与现有技术相比，本发明的具有减冲元件的加氢反应器，其齿堰式均流盘结构简单，安装方便，操作弹性大，可以安装于反应器上封头内或者设置在反应器筒体上端的顶部分配盘的上面，可以提高反应器的空间利用率、便于反应器内装填更多的催化剂及其他设备或缩小反应器规模。改善反应器顶分物料入口条件、提高反应器进料的径向分布效果、有效消除反应器径向温差，消除催化剂床层因物料分布不均匀引起的过热点，为反应器中催化剂的有效使用提供优良的入口条件，减少催化剂撇头或换剂次数，延长装置的开工周期，提高工艺效果，具有良好的经济效益。
附图说明
图1是本发明的具有减冲元件的加氢反应器的结构示意图。
图2是本发明齿堰式减冲均流盘示意图。
图3是本发明齿堰式减冲均流盘的分配器示意图。
图4是本发明齿堰式减冲均流盘工作时液体流向示意图。
图5是本发明实施例和比较例中同一床层截面上不同测温点的方位示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明的实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不能用来限制本发明的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有说明，“若干”的含义是一个或者一个以上，“多个”的含义是两个或两个以上；术语“上”、“下”、“内”、“外”、“顶部”、“底部”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可视具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
如图1至图4所示，本发明的具有减冲元件的加氢反应器，包括物料入口管1、入口扩散器2、反应器上封头3、齿堰式减冲均流盘4、催化剂床层5、催化剂支撑格栅6、反应器筒体12、反应器下封头13、出口收集器14、物料出口管15和卸剂管16。在某些实施例的情况下，固定床加氢反应器还包括床层卸剂管7、冷氢管8、冷氢盘9、喷射盘10和床层间分配盘11。在进一步优选的实施例的情况下，本发明的加氢反应器还包括顶部分配盘17。
如图2-3所示，齿堰式减冲均流盘4包括减冲塔盘4-2和设置于减冲塔盘上的若干分配器4-1；分配器4-1包括均流盘4-1-1、连杆4-1-2和降料管4-1-3，所述均流盘设置于降料管上方，均流盘与降料管间通过连杆连接。均流盘4-1-1和降料管4-1-3的数量相同，二者呈上下结构布置，且均流盘的中心线与降料管的中心线重合。均流盘4-1-1的截面积为降料管4-1-3截面积的1~10倍，优选为2~5倍。均流盘4-1-1为多边形结构，具体可以为圆盘形结构、菱形盘形结构、三角盘形结构、正方形结构或梯形盘形结构，优选为圆盘形结构。均流盘4-1-1的最下沿与降料管4-1-3的最上沿之间存在空间，所述空间高度为5~200mm，优选为10~50mm，该空间构成气相物料的流动通道。均流盘4-1-1的直径一般为40~300mm，优选为60~120mm；其最外沿设置向上翻折的折边4-1-4，折边4-1-4的高度为5~80mm，优选30~50mm；所述折边4-1-4上设置齿槽4-1-5，齿槽4-1-5的形状为三角形、四边形或圆弧形，优选为三角形。齿槽4-1-5的高度为折边高度的5%~100%，优选为30%~60%。所述降料管4-1-3高度一般为20~300mm，优选为50~120mm。降料管4-1-3在水平方向设置1~6个溢流孔4-1-6，优选为1~2个。设置的溢流孔4-1-6总截面积为降料管4-1-3截面积的10%~100%，优选为30%~50%。降料管4-1-3开设的溢流孔4-1-6的形状为多边形，具体可以是三角形、四边形或者圆形，优选为圆形。降料管4-1-3上设置的溢流孔4-1-6中心线距减冲塔盘2的上表面5~100mm，优选为30~50mm。所述减冲塔盘4-2的最外边沿设置具有方向向上的折边4-4，折边4-4高度为5~80mm，优选为30~50mm；所述塔盘4-2包括为若干块小塔盘，若干块小塔盘经支撑梁4-7和塔盘连接件4-3固定组装成塔盘4-2。所述分配器4-1在塔盘4-2上呈三角形、四边形、菱形或圆形布置。所述分配器4-1与塔盘4-2可以采用采用焊接、螺栓连接、螺丝连接或卡扣连接，优选为螺栓连接进行连接。所述齿堰式减冲均流盘设置于反应器的上封头内，或者设置于反应器筒体上端；当设置于反应器筒体上端时，优选设置于反应器内最顶部分配盘的上方。
结合图1、图2和图3进一步说明本发明所述齿堰式减冲均流盘的工作过程：所述齿堰式减冲均流盘工作时，物料由反应器的入口扩散器进入反应器内，因机泵输送具有残余动能，因而物料具有强大的冲击力。由于物料自反应器中心位置进料，虽然现有的反应器均设置入口扩散器，但物料仍然呈斜线流态向四周喷射。当在反应器内设置本发明提供的齿堰式减冲均流盘后，流体首先撞击到分配器4-1的均流盘4-1-1上，均流盘4-1-1可有效阻挡呈斜线流态喷射而来的物料流体，将其冲击力削减掉，由于均流盘4-1-1的最外沿设置具有方向向上的折边4-4，且折边具有一定高度，可以保证流体在均流盘4-1-1上形成具有一定高度的液层，当液层的高度大于均流盘4-1-1上折边的高度时，流体沿着均流盘4-1-1的折边上开设的齿槽实现溢流，自然呈垂直流态坠落到塔盘4-2上。通过设置均流盘4-1-1将物料的流态进行了改变，流体被阻挡、失去动能后在重力的作用下，沿着均流盘的折边上开设的齿槽4-1-5呈垂直流态坠落到塔盘上。由于降料管4-1-3上设置有溢流孔4-1-6，即物料通道呈水平布置，且溢流孔4-1-6距离塔盘4-2具有一定高度差，因而物料会在塔盘4-2上形成具有一定深度的液层，即使塔盘4-2水平度存在偏差，仍可确保每个分配器4-1均有液相存在。由于分配器4-1数量多，可以保证反应器内催化剂床层表面任意一个点均有一定数量的分配器4-1工作，使得分配器4-1均匀度得到保障。流体自降料管4-1-3管壁上开设的溢流孔4-1-6流入反应器内最顶部分配盘上，实现物料的初步分配。由于经过齿堰式减冲均流盘后的物料在分配到顶部分配盘上时已经转化为垂直流态，且动能消失，因此对顶部分配盘塔盘表面上的液层不再有推力，消除了物料对分配盘上液层的“推浪”作用，给顶部分配盘提供了友好、平稳、均匀的入口条件，与顶部分配盘一起实现了物料在催化剂床层上的均匀分布。
当液相物料量较少工况时，或催化剂床层上部装填保护剂时，本发明的齿堰式减冲均流盘，可取代反应器内的顶部分配盘，实现减冲、均流及分配一体化。
下面结合实施例说明本发明的反应效果，但并不因此限制本发明的保护范围。
比较例1
某炼油厂焦化汽油加氢精制装置中的一个加氢反应器，所述反应器直径为3.2m，上封头内闲置，最上层催化剂床层入口处设置有顶分配盘，顶分配盘内使用本领域常规的ERI型泡帽式气液分配器，加氢原料为焦化汽油馏分，催化剂为抚顺石油化工研究院生产的FGH-21型加氢精制催化剂，所述反应器的工艺条件为：氢分压2.0MPa、体积空速2.0h-1、氢油体积比为300:1，反应器入口温度280℃，催化剂床层入口处径向温度及温差见表1。
实施例1
与比较例1相比，实施例1采用了本发明的加氢反应器，在加氢反应器的上封头内设置了本发明的减冲均流盘，采用如图2所示的减冲均流盘与普通的ERI型泡帽式气液分配器组合使用。所述积垢盘的参数为：减冲均流盘设置的折边高度为80mm。减冲均流盘折边设置的条缝为半圆形。条缝底沿到上沿的高度为折边高度的1/2。减冲盘折边上开设条缝的总面积为折边总面积的1/3。积垢器的外筒体高度为400mm。内筒体高度高于外筒体高度100mm。减冲均流盘底沿与上环板间的高度为100mm，内筒体上减冲均流盘底沿与上环板之间设置的物料通道可以为三角形。内筒体上部开设的物料通道的截面积为反应器入口管截面积1/3倍。内筒体下部沿周向均匀开设的条缝宽度为1.0mm。内筒体下部沿周向均匀开设的条缝高度为150mm。外筒体上部开设的条缝宽度为1.0mm。外筒体上部开设的条缝高度为150mm。积垢剂等截面为三叶草。其截面直径2mm。积垢剂材质为保护剂。所述塔盘由9块小塔盘组装而成，每块小塔盘上均设置有2个齿堰式减冲均流盘。分配器在塔盘上呈三角形布置。催化剂床层入口处径向温度及温差见表1。
实施例2
与实施例1相同，不同之处在于取消了原加氢反应器中的本领域常规的ERI型气液分配器，仅仅保留了本发明中提供的齿堰式减冲均流盘，床层径向温度及温差见表1。
表1应用结果
本发明的实施例是为了示例和描述起见而给出的，而并不是无遗漏的或者将本发明限于所公开的形式。很多修改和变化对于本领域的普通技术人员而言是显而易见的。选择和描述实施例是为了更好说明本发明的原理和实际应用，并且使本领域的普通技术人员能够理解本发明从而设计适于特定用途的带有各种修改的各种实施例。
Claims (25)
1.一种具有减冲元件的加氢反应器，包括物料入口管、入口扩散器、反应器上封头、减冲均流盘、催化剂床层、催化剂支撑格栅、反应器筒体、反应器下封头、出口收集器、物料出口管和卸剂管；其特征在于，所述反应器还包括减冲均流盘，所述减冲均流盘设置在反应器上封头闲置的空间内，或者设置于反应器筒体上端；所述的减冲均流盘包括塔盘和设置于塔盘上的若干个分配器，所述的分配器包括均流盘Ⅰ、降料管和连杆，均流盘Ⅰ与降料管通过连杆连接；所述均流盘Ⅰ的最下沿与降料管的最上沿之间存在空间，所述空间构成气相物料的流动通道；所述的降料管为上下两端敞口的圆筒形结构，降料管上开设若干溢流孔。
2.按照权利要求1所述的加氢反应器，其特征在于，所述加氢反应器还包括床层卸剂管、冷氢管、冷氢盘、喷射盘和床层间分配盘。
3.按照权利要求1所述的加氢反应器，其特征在于，所述加氢反应器还包括顶部分配盘。
4.按照权利要求1-3任一所述的加氢反应器，其特征在于，所述塔盘的最外边沿设置向上翻折的折边。
5.按照权利要求1-3任一所述的加氢反应器，其特征在于，所述的塔盘分割为若干块小塔盘，若干块小塔盘通过支撑梁和塔盘连接件组装成整体塔盘。
6.按照权利要求1-3任一所述的加氢反应器，其特征在于，若干个分配器在塔盘上呈三角形、四边形或圆形布置。
7.按照权利要求1-3任一所述的加氢反应器，其特征在于，所述的分配器通过降料管与塔盘固定连接。
8.按照权利要求7所述的加氢反应器，其特征在于，所述的固定连接采用焊接、螺栓连接、螺丝连接或卡扣连接。
9.按照权利要求1-3任一所述的加氢反应器，其特征在于，所述均流盘Ⅰ的中心线与降料管的中心线重合或不重合。
10.按照权利要求1-3任一所述的加氢反应器，其特征在于，所述的均流盘Ⅰ为圆盘形结构、三角盘形结构、菱形盘形结构、正方形盘形结构或梯形盘形结构。
11.按照权利要求1-3任一所述的加氢反应器，其特征在于，所述均流盘Ⅰ的最外边沿设置向上翻折的折边。
12.按照权利要求11所述的加氢反应器，其特征在于，所述均流盘Ⅰ的折边上设置齿槽。
13.按照权利要求12所述的加氢反应器，其特征在于，所述齿槽的形状为三角形、四边形或圆弧形。
14.按照权利要求1-3任一所述的加氢反应器，其特征在于，所述溢流孔的中心线与塔盘上表面之间有一定间隙。
15.按照权利要求1-3任一所述的加氢反应器，其特征在于，所述溢流孔的形状为三角形、四边形或者圆形。
16.按照权利要求3所述的加氢反应器，其特征在于，所述的减冲均流盘设置于反应器筒体上端，且设置于反应器内最顶部分配盘的上方。
17.按照权利要求12所述的加氢反应器，其特征在于，所述齿槽的高度为均流盘Ⅰ折边高度的5%~100%。
18.按照权利要求11所述的加氢反应器，其特征在于，均流盘Ⅰ折边的高度为5~80mm。
19.按照权利要求1-3任一所述的加氢反应器，其特征在于，所述均流盘Ⅰ的截面积为降料管截面积的1~10倍。
20.按照权利要求1-3任一所述的加氢反应器，其特征在于，所述溢流孔的总截面积为降料管截面积的10%~100%。
21.按照权利要求14所述的加氢反应器，其特征在于，所述溢流孔的中心线距塔盘上表面5~100mm。
22.按照权利要求1-3任一所述的加氢反应器，其特征在于，所述溢流孔的数量为1～6个。
23.按照权利要求1-3任一所述的加氢反应器，其特征在于，所述空间的高度为5~200mm。
24.按照权利要求4所述的加氢反应器，其特征在于，所述折边的高度为5~80mm。
25.按照权利要求1-3任一所述的加氢反应器，其特征在于，所述均流盘Ⅰ和降料管的数量相同。
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