CN110869104B - 具有过滤器单元的颗粒分离催化化学反应器 - Google Patents

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Abstract

一种催化反应器，其包括从反应器内件上方的流体流料流中提取和收集颗粒的过滤器单元，所述过滤器单元包括不需要工具而安全、容易且快速操纵的元件。

Description

具有过滤器单元的颗粒分离催化化学反应器
发明领域
本发明涉及一种具有颗粒分离的催化化学反应器。更具体而言，本发明涉及一种具有一个或更多个过滤器单元的反应器，在流体料流进入具有催化剂的反应室之前过滤反应器的入口流体料流中的颗粒。反应器可为下流催化反应器，其包括垂直叠合的颗粒状催化材料的填充床。这种类型的反应器在石油和化学加工工业中被用于进行各种催化反应，诸如硫和氮转化(HDS/HDN)；以下的氢化：烯烃(HYD)和芳香烃(芳烃加氢-HDA)，金属去除(加氢脱金属-HDM)，氧转化(加氢脱氧-HDO)和加氢裂化(HC)。替代地，反应器是径向转化器，其中层面(decks)的元件必须固定至反应器。这种反应器具有跨越催化材料填充床的径向流，并且通常在石油和化学加工工业中被用于进行诸如催化重整和氨合成的催化反应。
发明背景
颗粒分离和分类是化学、制药、矿产和食品工业所充分研究的需求。在工业方法中可能需要颗粒分类以改进某种产品的品质时，还可能需要颗粒分离以纯化流体料流或避免工艺设备出现问题。
有时颗粒在工艺料流中有意地存在。这是例如基于粉状燃料的燃烧方法或使用粉末技术生产药品或专用化学品的情况。在其他情况下，颗粒的存在是无意的。这是例如一些精炼料流、流化床的流出物、费-托(Fischer Tröpsch)反应器的产物料流的情况。颗粒可能具有各种来源：它们可能是原始原料和其他反应物料流的部分，或者它们可能在工艺设备中生成和收集自工艺设备，例如作为侵蚀产物。颗粒可能是固体或液体，可能具有有机性质，如炭、焦炭和胶，或无机性质，如盐、碎屑或作为铁组分的腐蚀和侵蚀物，或催化剂颗粒的碎屑。它们可能是液体，如一些水雾，并且含有活体杂质，如细菌。形状和大小也可能有很大变化——从球体到片状，从毫米到几微米或更小。如果在下游工艺中不需要颗粒，则通常在敏感设备前，过滤器或本领域已知的其他合适的颗粒分离技术去除这些颗粒的大部分。
颗粒所产生的问题的一个特定实例可见于石脑油加氢处理中。加氢处理反应器的进料有时载有颗粒。当载有颗粒的进料被引入加氢处理反应器时，颗粒趋向于在分级(grading)或催化剂上迅速结垢。
因此，反应器可能需要对受影响的床层频繁撇渣以容纳反应器中的压力降积聚。每5-6个月一次或甚至每2-3个月一次的撇渣频率并不罕见。
US2009177023公开了一种用于具有并流下流的气体和液体的固定床反应器的过滤盘。
该装置可使用包括过滤介质的特定分配盘，捕集供应以气体和液体并流下流模式运转的反应器的液体进料中包含的堵塞颗粒。该装置具体应用于含有炔属和二烯属化合物的进料的选择性加氢。
EP0358923公开了一种用于纯化来源于固体气化的原料气的方法和设备。在纯化来自固体气化、含有粒状和尘状固体颗粒的原料气的方法和设备中，需要找到一种解决方案，借助其任何大小的固体颗粒在进入下游冷却装置之前被大部分从原料气中去除。这是如下述实现的：在第一纯化阶段中，原料气在储气空间的方向上以直线从气化区通过，借此粒状固体颗粒在储气空间的底部沉淀，并且然后在第二纯化阶段中，部分纯化的原料气从储气空间横向偏转并经历速度降低至少3倍的变化，并且在另一次气体偏转之后，大致以垂直方向通过固体过滤器，在该处从原料气中去除尘状固体颗粒。
当在催化反应器中安装过滤器单元时，例如在安装期间或收集的颗粒必须被去除时必须维护过滤器单元时会出现问题。维护空间狭窄且危险，这意指已知过滤器单元的维护是困难和费时的。
如果过滤器单元过快阻塞也是一个问题，这带来过滤器单元上压降的升高。当这种压降变得过高时，它负面影响生产效率并且需要对过滤器单元进行维护/清洁。造成的反应器生产停止是非常昂贵的。
因此，存在对具有改进的过滤器单元的催化反应器的需要，所述过滤器单元保护催化剂免受反应器的入口反应流体料流中的颗粒，能被容易、安全且快速地维护，并且尽管颗粒在过滤器单元处的积聚仍提供延长、有效的反应器运行时间。
发明内容
这些问题由本发明的包括至少一个过滤器单元的催化化学反应器来解决。根据本发明，提供的催化反应器包括至少一个过滤器单元01，通过在过滤器单元处收集颗粒，在颗粒到达反应器的反应室中的催化剂之前，从流入反应器的入口工艺流体料流中分离颗粒。过滤器单元包括基座02和至少一个过滤盒(filter cassette)03/04。基座具有至少一个安装面15，其具有适于固定并容纳至少一个过滤盒的尺寸、表面和固定件。这使过滤盒能够被可释放地安装在基座上。因此，在维护过滤器单元时，可以拆卸它，从而更容易地操纵单个较轻件、尤其是过滤盒，即不需要提升并操纵过滤器单元的总重量。过滤盒适于收集并阻止一定大小以上的颗粒进入反应器的催化剂反应室。过滤盒包括过滤盒框架06和至少一个具有孔的过滤网05。过滤盒框架适于可释放地或用如本领域已知的固定装置固定地来容纳过滤网。孔的大小决定过滤器单元处收集的颗粒大小和允许通过滤网的大小。在某种程度上，甚至一部分大小比孔更小的颗粒被收集，因为在运行期间滤网上收集的较大颗粒也充当过滤器，如本领域已知的。过滤器单元的基本特征是：基座是整合式过滤盒基座和过滤器单元出口08。这意指基座不仅起到安装具有一个或更多个过滤网的一个或更多个过滤盒的目的，还充当过滤器单元到过滤器单元下游的反应器催化反应室的出口，这是进一步减小系统大小和复杂性的一个特征。
在本发明的实施方案中，上文中描述的过滤器单元基座包括两个安装面，这使多个过滤盒能够被安装在两个安装面上。这减少了安装给定量过滤网面积所需要的基座数，并且还减少了给定量过滤网面积所需要的催化反应室出口数，因此简化了设备并且降低了生产和安装价格。在特定实施方案中，两个安装面被布置在基座的两个相对侧面上。另一可行的实施方案是基座上具有三个、四个或更多个安装面。
在本发明的另一个实施方案中，过滤器单元的整合式出口被布置在基座的底部中，这在过滤器单元被布置在反应器的催化反应室上方的许多情况下是实际的，并且因此出口可从过滤器单元下游直接通向反应室。
在另一个实施方案中，过滤盒可包括两个过滤网。过滤网可相对于随后必须通过两个滤网的工艺流体流串联布置。这可能在滤网被以不同于水平的位置、诸如垂直地安装于反应器中时尤其有益。因为颗粒因重力而趋向于首先被收集在滤网的下部上，两个串联连接的滤网实现从上游滤网和进一步到下游滤网的溢出效应，上游滤网在运行期间在下部被部分阻塞，下游滤网被较少阻塞。以这种形式，增加了总过滤网面积，而没有相应增加过滤器单元的外部面积。
可甚至通过使几个过滤盒相对于流体流以串联连接彼此堆叠安装来更进一步地采用这一原理。因此，在本发明的另一个实施方案中，一个或更多个第一级过滤盒被安装在基座上，并且然后一个或更多个第二级过滤盒被安装在第一级过滤盒上。因此，单个过滤器单元的过滤网面积可能比过滤器单元的外部面积大数倍，即如果每个过滤盒包括两个工艺流体串联布置的过滤网，两个过滤盒彼此堆叠安装并且基座具有两个安装面，那么过滤器单元的总过滤网面积可比过滤盒本身的面积大大约四倍，并且总体来说明显大于过滤器单元的总面积。因为过滤网面积对过滤器单元收集颗粒的能力是必要的，并且可能在维护停止前需要生产时间，可通过提供过滤网在横向视图中看时的锯齿图形来更进一步增加过滤网面积。因此，在一个实施方案中，过滤网可由以锯齿图形弯曲的多孔金属板构成。孔大小以及由滤网孔的总面积限定的过滤网的开孔面积可根据特定工艺的需求而变化。在一个实施方案中，开孔面积为滤网面积的至少40%。
在本发明的实施方案中，过滤器单元的容易操纵通过用于将过滤盒附接至基座的手动快速释放固定件来增强。快速释放装置促进了过滤盒容易地安装于过滤器单元基座上和从基座上移除。这种解决方案也是一种安全措施，因为在反应器内需要较少的任何人员的操作时间。
为了进一步促进过滤器单元的容易维护，在另一个实施方案中，过滤盒可由两个可拆开的区段构成。每个过滤盒区段包括至少一个过滤网，并且区段可借助手动快速释放件(quick releases)固定到一起。如前文解释的，出于经济以及安全原因，过滤器单元被容易地维护是重要的。通过将过滤盒分成两个区段，可以到达并清洁两个区段之间的区域，并且进一步地，需要操纵的每个部件具有较低重量。在另一个实施方案中，两个滤网之间的过滤盒内的空隙可用催化或惰性材料填充，所述材料对于到反应器的工艺流体料流是可透过的。因此，在不阻塞过滤器单元的情况下，过滤器单元的过滤性质且甚至是催化性质可能得到增强。
在一个实施方案中，所提及的快速释放装置可包括在过滤盒的任一区段上以及过滤盒与基座之间的啮合连接件。这些连接件可简单地通过将一部分远离另一部分倾斜、即通过将一个过滤盒区段远离另一区段倾斜来释放。这一原理允许在非常狭窄的空间中拆除过滤器单元部件，并且在部件仍在反应器中的支架上搁置时，不需要提升。倾斜角可为仅几度，例如约5度。在一个实施方案中，倾斜角低于45度。为了将多个过滤盒紧固于基座，在一个实施方案中可采用锁条，所述锁条在单个的操作/移动中将多个过滤盒紧固于基座。在另一个实施方案中，盖子适于覆盖所有过滤盒安装在基座上的过滤器单元的顶部。盖子可通过使用手动快速释放装置固定于过滤器单元。在一个实施方案中，盖子也可适于将过滤盒固定至过滤器单元的基座。所提及的快速释放装置中的任何者可属于键(key)和键孔、滑动销或其他已知类型。
在一个实施方案中，反应器可具有圆顶状上部，包括圆顶的上部中的工艺流体入口和圆顶的下部中的基座板。本发明的一个或更多个过滤器单元中每一者的基座被安装在这个基座板上，基座板具有在过滤器单元基座中每一者下方的孔以提供从反应器工艺流体入口、经过一个或更多个过滤器单元、经一个或更多个过滤器单元出口排出、并进一步向下朝向反应器的催化反应室的工艺流体流道。在本发明的实施方案中，颗粒分离催化反应器是加氢处理反应器。
发明特征
1.用于化学反应的颗粒分离催化反应器，其包括至少一个过滤器单元以用于从所述反应器的入口流体料流中分离颗粒，所述过滤器单元包括基座、至少一个过滤盒，所述过滤盒包括一个或更多个过滤网，所述过滤网包括孔，其中所述基座包括至少一个安装面以用于安装所述过滤盒中的一个或更多个，并且所述基座进一步包括所述过滤器单元到所述反应器的催化剂反应室的流体出口，借此所述基座是整合式过滤盒基座和过滤器单元出口。
2.根据特征1所述的颗粒分离催化反应器，其中所述基座包括两个安装面以用于安装多个过滤盒。
3.根据特征2所述的颗粒分离催化反应器，其中所述两个安装面被布置在所述基座的两个相对侧面上。
4.根据前述特征中任一项所述的颗粒分离催化反应器，其中所述流体出口被布置在所述基座的底部中。
5.根据前述特征中任一项所述的颗粒分离催化反应器，其中每个过滤盒包括两个过滤网。
6.根据前述特征中任一项所述的颗粒分离催化反应器，其中所述过滤器单元包括至少一个第一级过滤盒和至少一个第二级过滤盒，所述第一级过滤盒适于安装在所述安装面上，并且所述第二级过滤盒适于安装在所述第一级过滤盒上，借此所述第一级过滤盒和所述第二级过滤盒被布置为相对于所述流体流串联连接。
7.根据前述特征中任一项所述的颗粒分离催化反应器，其中所述滤网由在横向视图中看时具有锯齿图形的弯曲金属板构成。
8.根据前述特征中任一项所述的颗粒分离催化反应器，其中用一个或更多个手动快速释放固定件将所述过滤盒附接至所述基座，借此所述过滤盒被容易地安装在所述基座上和从所述基座上移除。
9.根据前述特征中任一项所述的颗粒分离催化反应器，其中所述过滤盒由两个区段制成，每个区段包括滤网并且用一个或更多个手动快速释放固定件将所述两个区段附接到一起，借此所述过滤盒被容易地组装或拆卸。
10.根据特征9所述的颗粒分离催化反应器，其中用催化材料或惰性材料填充所述两个区段之间的空隙，所述材料或所述材料的颗粒之间的自由空间对于到所述反应器的所述流体料流是可透过的。
11.根据特征9所述的颗粒分离催化反应器，其中所述两个过滤盒区段可通过将一个区段朝向另一个区段倾斜小于45°的角度来组装并通过所述快速释放固定件固定到一起，并且通过移除所述快速释放固定件并将所述两个区段远离彼此地倾斜小于45°的角度来拆卸。
12.根据前述特征中任一项所述的颗粒分离催化反应器，其中所述过滤器单元进一步包括一个或更多个锁条，每个锁条适于将多个过滤盒锁定至所述基座。
13.根据前述特征中任一项所述的颗粒分离催化反应器，其中所述过滤器单元包括盖子，所述盖子适于在所述基座和过滤盒已组装时覆盖所述基座和一个或更多个过滤盒的顶端。
14.根据前述特征中任一项所述的颗粒分离催化反应器，其中所述过滤器单元借助锁销或键和键孔锁或者锁销以及键和键孔锁来组装。
15.根据前述特征中任一项所述的颗粒分离催化反应器，其中借助一个或更多个手动快速释放固定件将所述滤网固定至所述过滤盒，借此所述滤网可容易地安装在所述过滤盒上和从所述过滤盒上移除。
16.根据前述特征中任一项所述的颗粒分离催化反应器，其中所述反应器具有圆顶状上部，并且基座板位于所述圆顶的下部的下方或在所述下部内并在所述催化剂反应室上方，所述一个或更多个过滤器单元位于所述圆顶内、安装在所述基座板上，并且所述出口位于所述基座板中孔的上方，从而实现从所述圆顶经过所述过滤器单元并进一步向下进入所述催化剂反应室的流体通道。
17.根据前述特征中任一项所述的颗粒分离催化反应器，其中所述催化反应器是加氢处理反应器。
附图简述
通过示出本发明的实施方案的实例的附图来进一步说明本发明。
图1示出组装的过滤器单元的等距视图，并且
图2-14示出不同组装阶段中过滤器单元部件的等距视图。
位置编号
01.过滤器单元
02.基座
03.第一级过滤盒
04.第二级过滤盒
05.滤网
06.过滤盒框架
07.盖子
08.出口
09.快速释放件
10.锁条
11.锁销
12.键
13.键孔
14.钩环
15.安装面
附图描述
本发明的一些特定实施方案将在下文中参考如图1至图14中所见的附图更详细地解释。
催化反应器(未示出)包括工艺流体进入的中空顶部区室。在该中空空间中可安装如图1中的组装状态所示的一个或更多个过滤器单元01，从而向工艺提供颗粒分离的特征而不需要反应器增加额外的空间。
过滤器单元包括基座02，基座02被布置在过滤器单元的中部且在反应器的基座板(未示出)中孔的上方，以提供从基座的出口(另一张图中示出)到过滤器单元下方的反应器的反应室的流体连接。在基座的每个侧面上安装第一级过滤盒03和第二级过滤盒04。过滤盒由通过快速释放键锁09、12固定到一起的两个框架06区段构成。所有过滤盒包括过滤网05以从流经过滤器单元的工艺流体中收集颗粒。过滤器单元的顶部、即基座和安装的过滤盒被盖子07覆盖，从而防止工艺流体且尤其是颗粒旁路通过滤网。盖子也借助滑动锁销11形式的快速释放件09固定至过滤器单元。
过滤器单元基座更详细见于图2中。其包括底部的工艺流体出口08和两个安装面15，安装面各在基座的每个侧面上，以如图3中所见在每个侧面上收纳第一级过滤盒。第一级过滤盒适于各收纳一个第二级过滤盒，如图4中所见。过滤盒可用手或者借助于起重机或其他提升设备通过钩环14来操纵。过滤盒借助诸如弯曲的板边缘等的联锁固定装置(未示出)在底部固定至基座并相互固定。在顶部，所有单元——基座、第一级和第二级过滤盒通过两个锁条10固定到一起，锁条具有适合匹配基座和过滤盒的切口并且如图8和7中所见向下滑动至组装的过滤盒和基座上。在组合件的顶部上，提供盖子07以防止工艺流体旁路通过过滤网。盖子借助滑动锁销被固定在适当位置，如图6和5中所见。
每个过滤盒包括通过手动快速释放件、键和键孔13锁固定到一起的两个区段，其如图9和10中所见处于锁定位置，并且如图11和12中所见在变成未锁定位置后释放。
当从键孔中移除键时，如图13和14中所见，通过将两个过滤盒部件远离彼此地倾斜几度，释放过滤盒区段的底部中的联锁固定件(未示出)，两个过滤盒区段可相互移除，从而实现对过滤网进行维护和清洁的途径。
如所解释的，这种多个部件的过滤器单元的容易组装和拆除提供了在不使用工具的情况下容易且快速地对过滤器单元进行维护和清洁的途径。取决于过滤器单元的大小，部件中的每一者甚至可能用手操纵和提升。

Claims (17)

1.用于化学反应的颗粒分离催化反应器，其包括至少一个过滤器单元以用于从所述反应器的入口流体料流中分离颗粒，所述过滤器单元包括基座、至少一个过滤盒，所述过滤盒包括一个或更多个过滤网，所述过滤网包括孔，其中所述基座包括至少一个安装面以用于安装所述过滤盒中的一个或更多个，并且所述基座进一步包括所述过滤器单元到所述反应器的催化剂反应室的流体出口，借此所述基座是整合式过滤盒基座和过滤器单元出口。
2.根据权利要求1所述的颗粒分离催化反应器，其中所述基座包括两个安装面以用于安装多个过滤盒。
3.根据权利要求2所述的颗粒分离催化反应器，其中所述两个安装面被布置在所述基座的两个相对侧面上。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的颗粒分离催化反应器，其中所述流体出口被布置在所述基座的底部中。
5.根据权利要求1-3中任一项所述的颗粒分离催化反应器，其中每个过滤盒包括两个过滤网。
6.根据权利要求1-3中任一项所述的颗粒分离催化反应器，其中所述过滤器单元包括至少一个第一级过滤盒和至少一个第二级过滤盒，所述第一级过滤盒适于安装在所述安装面上，并且所述第二级过滤盒适于安装在所述第一级过滤盒上，借此所述第一级过滤盒和所述第二级过滤盒被布置为相对于流体流串联连接。
7.根据权利要求1-3中任一项所述的颗粒分离催化反应器，其中所述滤网由在横向视图中看时具有锯齿图形的弯曲金属板构成。
8.根据权利要求1-3中任一项所述的颗粒分离催化反应器，其中用一个或更多个手动快速释放固定件将所述过滤盒附接至所述基座，借此所述过滤盒被容易地安装在所述基座上和从所述基座上移除。
9.根据权利要求1-3中任一项所述的颗粒分离催化反应器，其中所述过滤盒由两个区段制成，每个区段包括滤网并且用一个或更多个手动快速释放固定件将所述两个区段附接到一起，借此所述过滤盒被容易地组装或拆卸。
10.根据权利要求9所述的颗粒分离催化反应器，其中用催化材料或惰性材料填充所述两个区段之间的空隙，所述材料或所述材料的颗粒之间的自由空间对于到所述反应器的所述流体料流是可透过的。
11.根据权利要求9所述的颗粒分离催化反应器，其中所述两个过滤盒区段可通过将一个区段朝向另一个区段倾斜小于45°的角度来组装并通过所述快速释放固定件固定到一起，并且通过移除所述快速释放固定件并将所述两个区段远离彼此地倾斜小于45°的角度来拆卸。
12.根据权利要求1-3中任一项所述的颗粒分离催化反应器，其中所述过滤器单元进一步包括一个或更多个锁条，每个锁条适于将多个过滤盒锁定至所述基座。
13.根据权利要求1-3中任一项所述的颗粒分离催化反应器，其中所述过滤器单元包括盖子，所述盖子适于在所述基座和过滤盒已组装时覆盖所述基座和一个或更多个过滤盒的顶端。
14.根据权利要求1-3中任一项所述的颗粒分离催化反应器，其中所述过滤器单元借助锁销或键和键孔锁或者锁销以及键和键孔锁来组装。
15.根据权利要求1-3中任一项所述的颗粒分离催化反应器，其中借助一个或更多个手动快速释放固定件将所述滤网固定至所述过滤盒，借此所述滤网可容易地安装在所述过滤盒上和从所述过滤盒上移除。
16.根据权利要求1-3中任一项所述的颗粒分离催化反应器，其中所述反应器具有圆顶状上部，并且基座板位于所述圆顶的下部的下方或在所述下部内并在所述催化剂反应室上方，所述一个或更多个过滤器单元位于所述圆顶内、安装在所述基座板上，并且所述出口位于所述基座板中孔的上方，从而实现从所述圆顶经过所述过滤器单元并进一步向下进入所述催化剂反应室的流体通道。
17.根据权利要求1-3中任一项所述的颗粒分离催化反应器，其中所述催化反应器是加氢处理反应器。
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