CN111182961A - 用于改进径向流动反应器中的流动的系统和方法 - Google Patents

Abstract

提供了一种用于在径向流动反应器中使用的扇形件、中央管和外筐。扇形件、中央管和外筐中的每一者由具有顶部端部和相反的底部端部的长形导管以及在长形导管中形成为穿过长形导管的厚度的多个开口形成。多个开口的直径从长形导管的顶部端部朝向相反的底部端部逐渐增大或逐渐减小，以允许原料穿过扇形件或外筐上的多个开口径向地流出，或者允许原料穿过多个开口均匀地流入中央管。还提供了一种将中央管与扇形件或外筐一起使用的系统。

Description

用于改进径向流动反应器中的流动的系统和方法

相关申请

本申请要求于2017年7月14日提交的题为“Systems and Methods for ImprovingFlow in Radial Flow Reactor”(用于改进径向流动反应器中的流动的系统和方法)的美国申请No.15/649,893的优先权，其全部内容通过参引并入本文。

技术领域

本发明涉及对穿过径向流动反应器的气体、烟雾或液体的流动进行改进以优化催化剂的反应和催化剂寿命的各种系统和方法。

背景技术

在精炼化学和石油化学应用中，常规的扇形件使用在径向流动反应器中，并且用作导管，气体、烟雾(vapors)或液体(下文统称为“G-V-L”或“原料”)在反应器容器的内部流动穿过该导管。扇形件通常形成为具有各种几何形状的长形的管状导管，扇形件通常具有“D”形的横截面(尽管也可使用其它形状)，G-V-L沿着相对于容器向内或向外的方向径向地流动穿过扇形件。扇形件通常由各种金属结构形成，有时在扇形件的表面上具有开口以允许G-V-L自由地流动穿过扇形件的表面，并且允许G-V-L沿着扇形件的长度流动。当G-V-L流动穿过扇形件并且穿过表面上的开口逸出时，G-V-L与包含在邻近的催化剂床(环形空间)内的催化剂颗粒接触，从而致使反应发生。在使用中，扇形件沿着反应器容器的壁的内圆周彼此邻近地放置。本领域中的扇形件通常使用具有均匀的尺寸并且在扇形件本体上均匀分布的孔。

在精炼化学和石油化学应用中的径向流动反应器中，也可以使用常规的外筐来代替上文讨论的扇形件或加上上文讨论的扇形件一起使用。这些外筐提供与扇形件相同的功能，即，作为G-V-L在反应器容器的内部流动穿过的导管。外筐通常形成为连续筐，比如具有各种几何形状的筒形导管，G-V-L沿着相对于容器向内或向外的方向径向地流动穿过该连续筐。外筐通常由各种金属结构形成，有时在外筐的表面上具有开口以允许G-V-L自由地流动穿过外筐的表面，并且沿着外筐的长度流动。当G-V-L流动穿过外筐并且穿过表面上的开口逸出时，G-V-L与包含在邻近的催化剂床(环形空间)内的催化剂颗粒接触，从而致使反应发生。在使用中，外筐沿着反应器容器的壁的内圆周放置。本领域中的外筐通常使用具有各种线狭槽开口(wire slot openings)的异形线，各种线狭槽开口具有均匀的尺寸并且均匀分布在外筐的本体上。

同样地，常规的中央管也使用在径向流动反应器中并且用作导管，G-V-L在反应器容器的内部流动穿过该导管。中央管通常形成为一个连续的筒形件，G-V-L沿着相对于容器向内或向外的方向径向地流动穿过该筒形件。中央管通常由各种金属结构形成，有时在中央管的表面上具有开口以允许G-V-L自由地流动穿过中央管的表面，并且允许G-V-L沿着中央管的长度流动。当G-V-L流动穿过邻近的催化剂床时，中央管在反应发生后用作收集/出口装置。在使用中，中央管直接放置在反应器的中央以产生用于反应器容器的催化剂床的均匀的环形部。本领域中的中央管通常在中央管的表面上具有均匀尺寸和均匀分布的孔，以液压地控制邻近的催化剂床。然后，中央管通常用线网或异形线材料缠绕以实现催化剂控制的目的。

这种设计的一个常见问题是，当G-V-L进入扇形件或外筐时，较大体积的G-V-L穿过扇形件或外筐的开口流出，在该开口处系统的压降较低。这种流动差异可以在轴向方向和径向方向上观察到。这种穿过扇形件或外筐的不均匀的流动分布以及沿着扇形件或外筐的不均匀的流动分布导致了催化剂床中催化剂的不均匀的利用。具体地，催化剂床的顶部部分倾向于更快地被利用，而催化剂床的底部部分被缓慢地利用。这可能引起许多问题，最显著的(和成本高的)的问题是不均匀的流动分布降低了容器的最终反应效率。

因此，需要改进穿过反应器容器的G-V-L的流动分布的系统和方法，以便提高反应效率、催化剂活性和催化剂床均匀性，从而延长催化剂的寿命，并且提高反应器设备效率和辅助设备性能。更具体地说，需要一种在反应器系统中产生更均匀的压降并且因此产生更均匀的G-V-L流动的系统。

发明内容

为了解决这个问题，本发明提供了用于在径向流动反应器中使用的改进的扇形件、中央管和外筐，所述改进的扇形件、中央管和外筐对穿过反应器容器的G-V-L的流动进行控制以优化催化剂的反应。

本发明涉及一种用于在径向流动反应器中使用的扇形件，该扇形件包括具有顶部端部和相反的底部端部的长形导管以及在长形导管中形成为穿过长形导管的厚度的多个开口。所述多个开口的直径从长形导管的顶部端部朝向相反的底部端部逐渐增大或逐渐减小，以允许原料穿过所述多个开口均匀地流出所述扇形件。

本发明还提供了一种用于在径向流动反应器中使用的扇形件，该扇形件包括具有顶部端部、相反的底部端部和相对的侧部的长形导管，以及在长形导管中形成为穿过长形导管的厚度的多个开口。所述多个开口的直径从长形导管的中心线朝向相对的侧部中的每一侧部逐渐增大或逐渐减小，以便允许原料穿过所述多个开口均匀地流出所述扇形件。

本发明还涉及一种用于在径向流动反应器中使用的中央管，该中央管包括具有顶部端部和相反的底部端部的长形导管，以及在长形导管中形成为穿过长形导管厚度的多个开口。所述多个开口的直径从长形导管的顶部端部朝向相反的底部端部逐渐增大或逐渐减小，以便允许原料穿过多个开口均匀地流入中央管。

本发明还提供了一种用于在径向流动反应器中使用的外筐，该外筐包括具有顶部端部和相反的底部端部的长形导管，以及在长形导管中形成为穿过该长形导管的厚度的多个开口。所述多个开口的直径从长形导管的顶部端部朝向相反的底部端部逐渐增大或逐渐减小，以便允许原料穿过多个开口均匀地流出外筐。

附图说明

当结合附图考虑时，通过参照以下详细描述，由于本发明变得更好理解，因此将容易获得对本发明的更完整的理解和本发明的许多伴随优点，在附图中：

图1A是利用根据本发明的实施方式的扇形件的径向流动反应器容器的横截面俯视图；

图1B是利用根据本发明的实施方式的外筐的径向流动反应器容器的横截面俯视图；

图2A是根据本发明实施方式的用于在反应器容器中使用的扇形件的立体图，其相应地表示从顶部到底部的从小到大的开口梯度变化；

图2B是图2A中所图示的扇形件沿着线A截取的放大图；

图2C是图2A中所示的扇形件沿着扇形件中心线的放大正视图；

图2D是根据本发明实施方式的用于在反应器容器中使用的扇形件的立体图，其相应地表示从顶部到底部的从大到小的开口梯度变化；

图2E是根据本发明实施方式的用于与扇形件一起使用的异形线扇形件覆盖部的立体图；

图2F是图2E中所图示的异形线扇形件覆盖部沿着线B截取的放大图；

图2G是图2A或图2D的扇形件的前视立体图，该扇形件联接至图2E的异形线扇形件覆盖部，从而形成根据本发明实施方式的扇形件组件；

图3A是根据本发明的实施方式的中央管的立体图，其相应地表示从顶部到底部的从小到大的开口梯度变化；

图3B是图3A所图示的中央管沿着线C截取的放大图；

图3C是根据本发明的实施方式的中央管的立体图，其相应地表示从顶部到底部的从大到小的开口梯度变化；

图3D是图3C所图示的中央管沿着线D截取的放大图；

图3E是根据本发明实施方式的用于与中央管一起使用的异形线中央管覆盖部的立体图；

图3F是图3E中所图示的异形线中央管覆盖部沿着线E截取的放大图；

图3G是根据本发明实施方式的安装有图3A或图3C的中央管的图3E的异形线中央管覆盖部的立体图；

图4A是根据本发明的实施方式的外筐的立体图，其相应地表示从顶部到底部的从小到大的开口梯度变化；

图4B是图4A的外筐沿着线F截取的放大图；

图4C是根据本发明的实施方式的外筐的立体图，其相应地表示从顶部到底部的从大到小的开口梯度变化；

图4D是图4C的外筐沿着线G截取的放大图；

图4E是根据本发明实施方式的与外筐一起使用的异形线外筐覆盖部的立体图；

图4F是图4E中所图示的异形线外筐覆盖部沿着线H截取的放大图；以及

图4G是根据本发明实施方式的安装在图4A或图4C的外筐内部的图4D的异形线外筐覆盖部的立体图。

具体实施方式

本发明提供了对穿过反应器容器的气体、烟雾和流体(下文统称为“G-V-L”或“原料”)的流动分布进行改进的系统和方法，以减少或消除与不均匀的流动相关的已知问题。本文中提出的系统和方法：(1)减少了可能导致下游的催化剂受限制(堵塞输送管线)的结焦的发生，并且这进而降低了在再生期间催化剂的表面温度，从而延长了催化剂和设备的寿命，(2)减少反应器容器内、特别是在反应器壁上热点和冷点的出现，这进而增加了催化剂和反应器容器设备的使用寿命，并且减少了由于热点引起的对CP的潜在损害，(3)增加了循环时间，(4)通过使高停留时间区域最小化而提高了产量，(5)降低了横穿催化剂床的G-V-L的压降，(6)降低了结垢的可能性，(7)降低了催化剂固定(spinning)的可能性，以及(8)提高了设备的可靠性，这减少了控制失效的可能性以及减少了催化剂向下游设备迁移的可能性。

如本文中所提出的，本发明提供了对反应器容器的部件的改进，这些部件设计成减少或消除了与不均匀的流动分布相关联的问题。在本发明的一个方面中，提供了改进的扇形件(scallops)。在本发明的另一方面中，提供了改进的中央管。在本发明的另一方面中，提供了改进的外筐。改进的扇形件可以与本领域已知的常规的中央管一起使用，或者改进的扇形件可以与本文中所公开的改进的中央管一起使用。改进的外筐可以与本领域中已知的常规的中央管一起使用，或者改进的外筐可以与本文中所公开的改进的中央管一起使用。同样地，改进的中央管可以与本领域已知的常规的扇形件一起使用，或者改进的中央管可以与本文中所公开的改进的扇形件一起使用。同样地，改进的中央管可以与本领域已知的常规的外筐一起使用，或者改进的中央管可以与本文中所公开的改进的外筐一起使用。

径向流动反应器

图1A中图示了反应器容器100的内侧的横截面图。在该实施方式中，使用了扇形件104。反应器容器100的最外表面是外壳102。在反应器容器100内，多个扇形件104绕着容器100的内壁106周向地布置。如所图示的，扇形件104的背表面108定位成直接邻近内壁106，而扇形件104的分布表面110暴露于容器100的内部。扇形件104优选地通过膨胀环(未示出)沿着容器100的内壁106保持在适当的位置，但是可以使用将扇形件固定在反应器容器内的任何已知方法。

图1B中图示了替代性的反应器容器120的横截面图。在该实施方式中，使用外筐116而不使用多个扇形件。外筐116绕着容器120的内壁106周向地布置。如所图示的，外筐116的外表面118定位成直接邻近内壁106，而外筐116的分布表面122暴露于容器120的内部。在该实施方式中，在外筐116的内部安装有异形线覆盖部124，该异形线覆盖部124在下文被更充分地讨论。外筐116优选地通过盖板组件或本领域已知的其他机械解决方案(未示出)沿着容器100的内壁106保持在适当的位置；可以使用将外筐固定在反应器容器内的任何已知方法。

在图1A或图1B中所图示的任一实施方式中，至少一个催化剂床112直接邻近扇形件104或外筐116中的每一者的分布表面110。一个或多个催化剂床112包含催化剂。一个或多个反应器催化剂床112可以以并排设计或堆叠设计的方式独立地布置。典型地，反应器串联排列，通常3至4个催化剂床112串联排列，但是反应器也可以并联排列。在任一布置中，催化剂床112是径向固定床或移动床(流化或非流化)。

中央管114位于反应器容器100或反应器容器120的中央处。当诸如石脑油、氨水或其他G-V-L的原料气体向下流入扇形件104或外筐116并且穿过位于扇形件106或外筐116中的开口逸出时，该原料气体与一个或多个催化剂床112接触，从而致使反应发生。然后，原料G-V-L流入中央管114并且流出反应器容器100或反应器容器120。原料G-V-L以不同的速率流入和流出容器100或容器120的运动可以引起容器100或容器120内的压力变化。在使用中，原料应当流动穿过扇形件104或外筐116进入催化剂床112，并且随后流动穿过中央管114。在某些实施方式中，原料的流动形式可能相反，但在本文中不详细地讨论这种流动形式。

如本文中所提出的，改进的扇形件、改进的外筐和/或改进的中央管可各自在例如图1A和图1B中所图示的那些反应器容器中使用。这些部件可以一起使用，或者可以与其他常规的反应器容器部件一起使用。改进的部件中的每一者将在下面详细地讨论。

改进的扇形件

本发明的一个方面涉及用于在径向流动反应器容器中使用的“改进的”扇形件(下文称为“扇形件”)，该扇形件对穿过反应器的G-V-L的流动分布进行了改进。在图2A至图2G中图示了根据本发明的各个实施方式的扇形件。扇形件利用沿着扇形件的长度和宽度具有改进的尺寸和/或形状的开口，以便对穿过反应容器的G-V-L的流动分布进行调节。通常，在G-V-L进入扇形件的位置处，使用较小的开口，并且在竖向平面中，与G-V-L进入点相距越远，按比例排列越大的开口。该形式还可以设计成在G-V-L进入扇形件的位置处具有较大的开口，并且在竖向平面中，与G-V-L进入点相距越远，按比例排列越小的开口。通常，在扇形件表面朝向邻近的催化剂床伸出最深的位置处使用较小的开口，并且随着扇形件靠近反应器容器的内径而开口逐渐以更大的梯度变化增大，从而在水平面中形成一致的G-V-L进入点，无论竖向的孔如何布置。设计的目的是合理地产生横穿沿着扇形件本体的长度和宽度的所有开口的相等的压降。

扇形件可以由具有各种几何形状的长形导管构成，特别地该长形导管具有“D”形的横截面，这是名称“扇形件”的由来。然而，扇形件也可以具有不同的横截面形状，例如三角形或梯形。典型地，扇形件由制造成扇形件所需的形状的各种金属结构形成。在美国专利No.5,209,908、No.5,366,704和No.6,224,838中提出了合适的扇形件的设计，并且该设计通过参引并入本文中。

如图2A中所图示的，扇形件200具有内表面202和外表面204。扇形件200包括沿着扇形件的长度和宽度的多个开口208(参见图2C)，所述多个开口208从内表面202延伸穿过扇形件的整个厚度至外表面204。开口208允许在扇形件200的内侧流动的G-V-L穿过扇形件而流出，从而与包含在反应器容器中的催化剂床接触。具体地，当G-V-L穿过扇形件200上的开口208而流出时，G-V-L与包含在邻近的催化剂床内的催化剂颗粒接触，从而致使反应发生。

在现有技术中，扇形件中的开口通常沿着扇形件的整个长度具有相同的尺寸和形状。这些扇形件有引起较大体积的G-V-L穿过靠近扇形件的顶部的开口流出的趋势，因为横穿相同尺寸的开口的较高的流入压力会导致更多的G-V-L的流动，而较小体积的G-V-L穿过靠近扇形件的底部的开口流出，在扇形件的底部处压力较低。这产生了穿过扇形件的不均匀的G-V-L流动分布，从而引起催化剂的不均匀的利用。

然而，如图2A中所图示的，靠近扇形件200的顶部端部210的开口208的直径小于靠近扇形件200的底部端部212的开口208的直径。作为非限制性示例，靠近扇形件200的顶部端部210的开口208可以具有约1mm的直径，而靠近扇形件200的底部端部212的开口208可以具有约75mm的直径。以这种方式，当G-V-L进入扇形件200时，较小体积的G-V-L穿过扇形件200的顶部端部210处的较小的开口208流出，而相对较大体积的G-V-L穿过扇形件200的底部端部212处的较大的开口208流出，因为较大的开口构成了阻力最小的路径。因此，扇形件200可以用于对穿过反应器容器的G-V-L的流动分布进行控制，以优化催化剂的反应。图2B中图示了沿着图2A的线A截取的开口208的放大图。

在图2D中所图示的另一实施方式中，靠近扇形件200的顶部端部210的开口208的直径大于靠近扇形件200’的底部端部212的开口208的直径。作为非限制性示例，靠近扇形件200’的底部端部212的开口208可以具有约1mm的直径，而靠近扇形件200’的顶部端部210的开口208可以具有约75mm的直径。以这种方式，当G-V-L进入扇形件200’时，较大体积的G-V-L穿过扇形件200’的顶部端部210处的较大的开口208流出，而相对较小体积的G-V-L穿过扇形件200’的底部端部212处的较小的开口208流出，因为较大的开口构成了阻力最小的路径。因此，扇形件200’可以用于对穿过反应器容器的G-V-L的流动分布进行控制，以优化催化剂的反应。

在又一实施方式中，开口208可以具有水平梯度变化的形式，如图2C中所图示的。具体地，开口208可沿着扇形件200的宽度具有变化的尺寸，而不是如图2A和图2D中所示出的沿着扇形件200的长度具有变化的尺寸。例如，扇形件200的最大的开口可以在扇形件的侧部214上，而扇形件200的较小的开口208更靠近扇形件200的沿着中心线216的中央。在另一实施方式中，开口208可以在扇形件的中心线216处是最大的，而在扇形件200的侧部214处是最小的。以这种方式，更均匀体积的G-V-L将从扇形件200的侧部和前部流出，从而更有效地引导G-V-L朝向催化剂床流出。

在又一实施方式中，开口208可以沿着扇形件200的长度或沿着扇形件200的宽度增大然后减小，或者减小然后增大，使得从扇形件的顶部端部210到底部端部212和/或从扇形件的中心线216到侧部214在开口尺寸方面存在不均匀的变化。

在另一实施方式中，开口208的间隔可以被改进以调节G-V-L的流动分布(未示出)。在该实施方式中，在扇形件200的顶部端部210处以及邻近顶部端部210的开口208中的每个开口可以以较靠近在一起的方式间隔开，并且具有相对较大的开口尺寸，以提供开口208的更大的总表面面积以增大G-V-L的流出量。另一方面，在扇形件200的底部端部212处，开口208可以间隔开较远，同时具有较小的开口尺寸，使得在扇形件200的底部端部212处的开口208的总表面面积小于在扇形件200的顶部端部210处的开口208的总表面面积。例如，在顶部端部210或底部端部212中的任一者处的开口208可以布置成使得每个开口208与邻近的开口208间隔开约0.5mm至25mm。替代性地，顶部端部210处以及邻近顶部端部210的开口208可以间隔开较远，并且开口208具有相对较小的开口尺寸，使得在顶部端部210处的开口208的总表面面积小于在底部端部212处的开口208的总表面面积。

在扇形件200具有水平的梯度变化形式而不是竖向的梯度变化形式的情况下，也是如此。在该实施方式中，与在扇形件200的侧部处的开口208相比，扇形件200的中心线处的开口208可以间隔开更远，或者与扇形件200的中心线处的开口208相比，扇形件200的侧部处的开口208可以间隔开更远。

扇形件200上的开口208通常是圆形形状的，尽管可以使用诸如正方形、矩形、三角形、卵形、椭圆形之类的任何形状或者适于使用在特定应用的任何其他形状。在优选的实施方式中，开口208是圆形形状的。

如图2E至图2G中所图示的，扇形件200可以与异形线扇形件覆盖部218一起使用，尽管根据本发明该异形线扇形件覆盖部218不是必需的。异形线扇形件覆盖部218优选地具有与扇形件200相同或相似的形状，并且构造成放置在扇形件200的分布表面上并且联接至扇形件200的分布表面。异形线扇形件覆盖部218可以根据比如说例如焊接的任何已知方式联接至扇形件200。在图2G中图示了联接至异形线扇形件覆盖部218的扇形件200，从而形成了完整的扇形件组件。

如图2F中所示，异形线扇形件覆盖部218优选地包括沿着异形线扇形件覆盖部218的长度的多个狭槽220，所述多个狭槽220可以根据特定的应用竖向或水平地构造。如在沿着图2E中的线B截取的图2F的放大图中所示出的，狭槽220相对于异形线扇形件覆盖部218的长形的长度竖向地布置。异形线扇形件覆盖部218防止来自邻近的催化剂床的催化剂颗粒流入扇形件200，同时仍然允许G-V-L从扇形件200流出。还可以对异形线扇形件覆盖部218上的狭槽220的尺寸、形状和安置进行修改，但是这种修改通常不会决定穿过扇形件200的G-V-L的流动形式。然而，可以使用设计来影响穿过异形线扇形件覆盖部218的流动。

应当注意的是，扇形件200和异形线扇形件覆盖部218可以具有适于在特定类型的反应器容器中在特定应用中使用的任何尺寸。在一个实施方式中，扇形件200和异形线扇形件覆盖部218的长度可以是大约1米至25米，并且具有大约10cm至1m的总宽度，其中，导管的最大开口是10cm至1m(参照图1A至图1B，从扇形件104的背表面108到分布面表面110来进行测量)。扇形件200和异形线扇形件覆盖部218的尺寸不受特别限制，因为扇形件200和异形线扇形件覆盖部218的尺寸决定了根据特定的应用可以穿过的G-V-L的体积。

扇形件200和异形线扇形件覆盖部218可以由本领域技术人员已知的任何材料形成，包括但不限于金属、陶瓷、聚合物、复合材料等。在优选的实施方式中，扇形件200和异形线扇形件覆盖部218由金属、优选地金属合金制成，该金属足够坚固以承受反应器容器内的升高的温度、压力、催化剂运动和G-V-L流动速率而不会变形。例如，扇形件200和异形线扇形件覆盖部218可以由不锈钢形成。用于形成扇形件200和/或异形线扇形件覆盖部218的材料不受特别限制，只要该材料具有足以承受反应器的操作条件的强度即可。在一个实施方式中，尽管不是必需的，扇形件200和/或异形线扇形件覆盖部218可以设置有涂层或表面处理物，例如抗腐蚀涂层。

改进的中央管

本发明的另一方面涉及用于在径向流动反应器容器中使用的“改进的”中央管(下文称为“中央管”)，该中央管对穿过反应器的G-V-L的流动分布进行了改进。在图3A至图3D中图示了根据本发明的各个实施方式的中央管。中央管利用沿着中央管的长度具有改进的尺寸和/或形状的开口，以便对穿过反应器容器的G-V-L的流动分布进行调节。通常，在原料G-V-L进入中央管的位置处使用较小的开口，并且与G-V-L进入点相距越远，按比例排列越大的开口，但中央管也可以设计成使得在原料G-V-L进入中央管的位置处使用较大的开口，并且与G-V-L进入点相距越远，按比例排列越小的开口。设计是为了合理地产生横穿中央管的上上下下的所有开口的相等的压降。

中央管可以由具有各种几何形状的长形的导管或筒形件构成。然而，中央管也可以具有不同的横截面形状，例如三角形或梯形。典型地，中央管由制造成中央管所需的形状的各种金属结构形成。

如图3A中所示，中央管300是具有内表面302和外表面304的长形导管，例如管状构件。在一个实施方式中，中央管300包括沿着中央管300的长度的多个开口308，所述多个开口308从内表面302延伸穿过中央管300的整个厚度至外表面304。开口308允许已经与催化剂床112反应的G-V-L流入中央管300的内部并且从反应器容器中流出。

在现有技术的结构中，中央管开口通常沿着中央管的整个长度具有相同的尺寸和形状。然而，如图3A中所图示的，靠近中央管300的顶部端部310的开口308的直径小于靠近中央管300的底部端部312的开口308的直径。作为非限制性示例，靠近中央管300的顶部端部310的开口308具有约0.1mm的直径，而靠近中央管300的底部端部312的开口308具有约75mm的直径。以这种方式，在G-V-L与催化剂床反应之后，较小体积的G-V-L在中央管300的顶部端部310处流入中央管300，而相对较大体积的G-V-L在中央管300的底部端部312处流入中央管300，因为较大的开口构成了阻力最小的路径。因此，由于与上文阐述的关于扇形件200的理由相同的理由，可以使穿过催化剂的不均匀的G-V-L的流最小，从而提高了反应效率。图3B图示了沿着图3A的线C截取的开口308的放大图。

在替代性的实施方式中，如图3C中所图示的，更靠近中央管300’的顶部端部310的开口308可以大于更靠近中央管300’的底部端部312的开口308。例如，靠近中央管300’的顶部端部310的开口308可以具有约75mm的直径，而靠近中央管300’的底部端部312的开口308可以具有约0.1mm的直径。该实施方式是另一机构，通过该另一机构来调节反应器容器100内的G-V-L流动分布。图3D图示了沿着图3C的线D截取的开口308的放大图。

在又一实施方式中，开口308可以沿着中央管300的长度增加然后减小，或者减小然后增加，使得从中央管300的顶部端部310到底部端部312在开口尺寸方面存在不均匀的变化。

在又一实施方式中，中央管300上的开口308的间隔可以被改进以调节G-V-L的流动分布。在该实施方式中，在中央管300的顶部端部310处以及邻近中央管300的顶部端部310的开口308中的每个开口可以相对于靠近底部端部312的开口308而言以较靠近在一起的方式间隔开，并且具有较大的开口尺寸，以便提供开口308的较大的总表面面积，从而增加流入中央管300的G-V-L的流量。另一方面，在中央管300的底部端部312处，开口308可以间隔开较远，同时具有相对较小的开口尺寸，使得在底部端部312处的开口308的总表面面积小于在顶部端部310处的开口308的总表面面积。替代性地，在中央管300的顶部端部310处以及邻近中央管300的顶部端部310的开口308中的每个开口可以相对于靠近中央管300的底部端部312的开口308而言间隔开更远，并且具有更小的开口尺寸，以便在顶部端部310处提供具有较小的总表面面积的开口。作为非限制性示例，在顶部端部310或底部端部312处的开口308可以布置成使得每个开口308与邻近的开口308间隔开约0.5mm至25mm。

如图3A至图3D中所图示的，中央管上的开口308通常是圆形形状的，尽管可以使用诸如正方形、矩形、三角形、卵形、椭圆形之类的任何形状或适于在特定应用中使用的任何其他形状。在优选的实施方式中，开口是卵形的。

在一个实施方式中，如图2A中所示的扇形件200可以与具有均匀的开口尺寸的常规的中央管一起使用。在另一实施方式中，如图3A和图3A中所图示的，具有变化的开口尺寸308的中央管300和300’可以与具有均匀的开口尺寸的常规扇形件一起使用。在又一实施方式中，扇形件200和中央管300或300’中的每一者可以一起使用，以对穿过反应器容器100的G-V-L的流动分布进行优化。

在另一实施方式中，中央管上的开口梯度变化可以构造成与扇形件200或外筐400上的开口梯度变化相反，如本文中所提出的。如果扇形件200和/或外筐400在顶部处具有扇形件200和/或外筐400的最小的开口，则将使用在中央管300’的顶部处具有最大的开口的中央管300’，并且如果扇形件200和/或外筐400在底部处具有扇形件200和/或外筐400的最小的开口，则将使用在中央管300’的底部处具有最大的开口的中央管300’。

如图3E至图3G所图示的，异形线中央管覆盖部318可以与中央管300一起使用，尽管根据本发明这不是必需的。异形线中央管覆盖部318的功能是防止来自邻近的催化剂床112的催化剂颗粒流入中央管300。图3G中图示了围绕中央管300的外表面304定位的异形线中央管覆盖部318。

如图3F中所图示的，异形线中央管覆盖部318包括沿着异形线中央管覆盖部的长度的多个狭槽320，所述多个狭槽320可以根据特定的应用竖向或水平地布置。如在沿着图3E的线E截取的图3F的放大图中所示出的，狭槽320相对于异形线中央管覆盖部318的长度竖向地布置。这些狭槽320允许已经穿过催化剂床112的G-V-L流入中央管300并且从反应器容器100中流出。

异形线中央管覆盖部318可以与异形线扇形件覆盖部218由相同的材料形成，并且形成有相同的涂层或表面处理物。

改进的外筐

本发明的一个方面涉及用于在径向流反应器容器中使用的“改进的”外筐(下文称为“筐”)，该筐改进了穿过反应器的G-V-L的流动分布。筐的功能与扇形件200相同，以引导G-V-L向下流到反应器容器的侧部，并且然后径向地横穿至催化剂床112中。图4A至图4G图示了根据本发明的各种实施方式的筐。与改进的扇形件200一样，筐利用沿着筐的长度具有改进的尺寸和/或形状的开口，以便对穿过反应器容器的G-V-L的流动分布进行调节。设计是为了合理地产生横穿筐的上上下下的所有开口的相等的压降。

筐可以由具有各种几何形状的长形的导管或筒状件构成。然而，筐也可以具有不同的横截面形状，例如三角形或梯形。筐通常由被制造成筐所需的形状的各种金属结构形成。

如图4A中所示出的，筐400是长形导管，例如管状构件，该筐400具有内表面402和外表面404。筐400包括沿着筐400的长度的多个开口408，所述多个开口408从内表面402延伸穿过筐的整个厚度至外表面404。开口408允许沿着筐400的外部流动的G-V-L穿过筐400流出，从而与包含在反应器容器中的催化剂床112接触。类似于扇形件200，外筐400可以用于对穿过反应器容器的G-V-L的流动分布进行控制以优化催化剂的反应。

在现有技术中，筐中的开口通常沿着筐的整个长度具有相同的尺寸和形状，筐通常由异形线构成。这些筐有引起较大体积的G-V-L穿过靠近筐的顶部的开口流出的趋势，因为横穿相同尺寸的开口的较高的流入压力会导致更多的G-V-L的流动，而较小体积的G-V-L穿过靠近筐的底部的开口流出，其中，在筐的底部处压力较低。这产生了穿过筐的不均匀的G-V-L的流动分布，从而引起催化剂的不均匀的利用。然而，如图4A中所图示的，靠近筐400的顶部端部410的开口408的直径小于靠近筐400的底部端部412的开口408的直径。作为非限制性示例，靠近筐400的顶部端部410的开口408可以具有约1mm的直径，而靠近筐400的底部端部412的开口408可以具有约75mm的直径。以这种方式，当G-V-L进入筐400时，较小体积的G-V-L穿过筐400的顶部端部410处的较小的开口408流出，而相对较大体积的G-V-L穿过筐的底部端部412处的较大的开口408流出，因为较大的开口构成了阻力最小的路径。因此，筐400可以用于对穿过反应器容器的G-V-L的流动分布进行控制以优化催化剂的反应。图4B中图示了沿着图4A的线F截取的开口408的放大图。

在图4C中所图示的替代性的实施方式中，靠近筐400’的顶部端部410的开口408的直径大于靠近筐400’的底部端部412的开口408的直径。作为非限制性示例，靠近筐400’的顶部端部410的开口408可以具有约75mm的直径，而靠近底部端部412的开口408可以具有约1mm的直径。以这种方式，当G-V-L进入筐400’时，较大体积的G-V-L穿过顶部端部410处的较大的开口408流出，而相对较小体积的G-V-L穿过底部端部412处的较小的开口408流出，因为较大的开口构成了阻力最小的路径。因此，筐400’可以用于对穿过反应器容器的G-V-L的流动分布进行控制以优化催化剂的反应。该实施方式是另一机构，通过该另一机构对反应器容器100内的G-V-L的流动分布进行调节。图4D图示了沿着图4C的线G截取的开口408的放大图。

在又一实施方式中，开口408可以沿着外筐400的长度增加然后减少，或者减少然后增加，使得从中央管300的顶部端部310到底部端部312在开口尺寸方面存在不均匀的变化。

在另一实施方式中，开口408的间距可以被改进以调节G-V-L的流动分布。例如，在筐400的顶部端部410处以及邻近筐400的顶部端部410的开口408中的每个开口可以相对于在筐400的底部端部412附近的开口408而言以较靠近在一起的方式间隔开，并且具有相对较大的开口尺寸，以便提供开口408的较大的总表面面积以增大G-V-L的流出量。另一方面，在筐400的底部端部412处，开口408可以间隔开较远，同时具有相对较小的开口尺寸，使得筐400的底部端部412处的开口408的总表面面积小于筐400的顶部端部410处的开口408的总表面面积。作为非限制性示例，在顶部端部410或底部端部412处的开口408可以设置成使得每个开口408与邻近的开口间隔开约0.5mm至25mm。替代性地，位于顶部端部410处以及邻近顶部端部410的开口408可以相对于底部端部412附近的开口而言间隔开更远，并且具有相对更小的开口尺寸，以便在顶部端部410处提供具有较小的总表面面积的开口408。

筐400或筐400’上的开口408的形状通常是圆形形状的，尽管可以使用诸如正方形、矩形、三角形、卵形、椭圆形之类的任何形状，或适于在特定应用中使用的任何其他形状。在优选的实施方式中，开口408是圆形形状的。

在另一实施方式中，如图4E至图4G中所图示的，异形线外筐覆盖部418可以与筐400或400’一起使用，尽管根据本发明异形线外筐覆盖部418不是必需的。异形线外筐覆盖部418优选地具有与筐400或400’相同或相似的形状，并且在一个实施方式中，异形线外筐覆盖部418构造成放置在内径部中并联接至筐400的内表面402，如图4G中所图示的。异形线外筐覆盖部418可以根据比如说例如焊接之类的任何已知的方式联接至筐400。异形线覆盖部418优选地沿着异形线覆盖部418的长度包括多个狭槽420，所述多个狭槽420可以根据特定应用而竖向或水平地构造。如在沿着图4E的线H截取的图4F的放大图中所示出的，狭槽420相对于异形线外筐覆盖部418的长形的长度竖向地布置。异形线外筐覆盖部418防止来自邻近的催化剂床的催化剂颗粒流入筐400，同时仍允许G-V-L从筐400流出。在异形线外筐覆盖部418上的狭槽420的尺寸、形状和安置也可以被修改，但是这样的修改通常不决定穿过筐400的G-V-L的流动形式。然而，设计可以用于对穿过异形线外筐覆盖部418的流动产生影响。

应当注意的是，筐400和异形线外筐覆盖部418可以具有适于在特定类型的反应器容器中在特定应用中使用的任何尺寸。在一个实施方式中，筐可以是大约1米至25米长，并且具有大约10cm至1m的总床穿透度(overall bed penetration)(较小的内径)。筐400和异形线外筐覆盖部418的尺寸不受特别限制，因为筐400和异形线外筐覆盖部418的尺寸决定了根据特定的应用可以穿过的G-V-L的体积。

筐400和异形线外筐覆盖部418可以由本领域技术人员已知的任何材料形成，包括但不限于金属、陶瓷、复合材料等。在优选的实施方式中，筐400和异形线外筐覆盖部418由金属、优选地金属合金制成，该金属足够坚固以承受反应器容器内的升高的温度、压力和G-V-L流速而不会变形。例如，筐400和异形线外筐覆盖部418可以由不锈钢形成。用于形成筐400和/或异形线外筐覆盖部418的材料不受特别地限制，只要该材料具有足以承受反应器的操作条件的强度即可。在一个实施方式中，尽管不是必需的，但是筐400和/或异形线外筐覆盖部418可以设置有涂层或表面处理物，例如抗腐蚀涂层。

尽管已经在本发明的特定形式和实施方式方面描述了本发明，但是应当理解的是，在不脱离本发明的精神或范围的情况下，可以采用除上述讨论之外的各种改型。在不脱离在所附权利要求中所限定的精神或范围的情况下，例如等同元件可以代替具体示出和描述的元件，某些特征可以独立于其他特征使用，并且在某些情况下，各元件的特定位置可以颠倒或被置于特定位置之间。

Claims (27)

1.一种用于在径向流动反应器中使用的扇形件，包括：

长形导管，所述长形导管具有顶部端部和相反的底部端部；以及

多个开口，所述多个开口在所述长形导管中形成为穿过所述长形导管的厚度，

其中，所述多个开口的直径从所述长形导管的所述顶部端部朝向所述相反的底部端部逐渐增大或逐渐减小，以便允许原料穿过所述多个开口均匀地流出所述扇形件。

2.根据权利要求1所述的扇形件，其中，所述多个开口的形状是大致圆形、正方形、矩形、三角形、卵形或椭圆形。

3.根据权利要求1所述的扇形件，其中，所述长形导管由不锈钢形成。

4.根据权利要求1所述的扇形件，其中，所述长形导管具有背侧部和弧形分布侧部，使得所述长形导管形成“D”形的横截面。

5.根据权利要求4所述的扇形件，还包括异形线扇形件覆盖部，所述异形线扇形件覆盖部定位在所述长形导管的所述弧形分布侧部之上，以防止催化剂颗粒流入所述扇形件。

6.根据权利要求4所述的扇形件，其中，所述径向流动反应器包括反应器容器，并且所述长形导管的所述背侧部接合所述反应器容器的内壁。

7.根据权利要求6所述的扇形件，其中，所述弧形分布侧部暴露于所述反应器容器的内部、邻近于催化剂床。

8.根据权利要求1所述的扇形件，其中，所述原料径向流动穿过所述扇形件的所述长形导管中的所述多个开口以与催化剂床接触，以便发生反应。

9.一种用于在径向流动反应器中使用的扇形件，包括：

长形导管，所述长形导管具有顶部端部、相反的底部端部和相对的侧部；以及

多个开口，所述多个开口在所述长形导管中形成为穿过所述长形导管的厚度，

其中，所述多个开口的直径从所述长形导管的中心线朝向所述相对的侧部中的每个侧部逐渐增大或逐渐减小，以便允许原料穿过所述多个开口均匀地流出所述扇形件。

10.一种用于在径向流动反应器中使用的中央管，包括：

长形导管，所述长形导管具有顶部端部和相反的底部端部；以及

多个开口，所述多个开口在所述长形导管中形成为穿过所述长形导管的厚度，

其中，所述多个开口的直径从所述长形导管的所述顶部端部朝向所述相反的底部端部逐渐增大或逐渐减小，以便允许原料穿过所述多个开口均匀地流入所述中央管。

11.根据权利要求10所述的中央管，其中，所述多个开口的形状是大致圆形、正方形、矩形、三角形、卵形或椭圆形。

12.根据权利要求10所述的中央管，其中，所述长形导管由不锈钢形成。

13.根据权利要求10所述的中央管，其中，所述径向流动反应器包括反应器容器，并且所述中央管定位在所述反应器容器的中央、邻近于催化剂床。

14.根据权利要求13所述的中央管，其中，所述原料径向流动穿过所述催化剂床以发生反应，并且所述原料穿过所述多个开口进入所述中央管以从所述反应器容器移除。

15.根据权利要求10所述的中央管，还包括异形线中央管覆盖部，所述异形线中央管覆盖部定位成围绕所述中央管的所述长形导管的外表面，以防止催化剂颗粒流入所述中央管。

16.一种用于在径向流动反应器中使用的外筐，包括：

长形导管，所述长形导管具有顶部端部和相反的底部端部；以及

多个开口，所述多个开口在所述长形导管中形成为穿过所述长形导管的厚度，

其中，所述多个开口的直径从所述长形导管的所述顶部端部朝向所述相反的底部端部逐渐增大或逐渐减小，以便允许原料穿过所述多个开口均匀地流出所述外筐。

17.根据权利要求16所述的外筐，其中，所述多个开口的形状是大致圆形、正方形、矩形、三角形、卵形或椭圆形。

18.根据权利要求16所述的外筐，其中，所述长形导管由不锈钢形成。

19.根据权利要求16所述的外筐，其中，所述径向流动反应器包括反应器容器，并且其中，所述长形导管绕着所述反应器容器的内壁周向地布置，使得所述长形导管的外表面定位成直接邻近所述反应器容器的内壁。

20.根据权利要求19所述的外筐，其中，所述长形导管的分布表面暴露于所述反应器容器的内部。

21.根据权利要求16所述的外筐，还包括异形线外筐覆盖部，所述异形线外筐覆盖部联接至所述长形导管的内表面，以防止催化剂颗粒流入所述外筐。

22.根据权利要求16所述的外筐，其中，所述原料径向地流动穿过所述长形导管中的所述多个开口以与催化剂床接触，以便发生反应。

23.一种包括根据权利要求1所述的扇形件的径向流动反应器。

24.一种包括根据权利要求9所述的扇形件的径向流动反应器。

25.一种包括根据权利要求10所述的中央管的径向流动反应器。

26.一种包括根据权利要求16所述的外筐的径向流动反应器。

27.一种使用中央管和扇形件或者使用中央管和外筐的系统，其中，所述中央管和所述扇形件或者所述中央管和所述外筐各自使用非均匀尺寸的开口，所述非均匀尺寸的开口设计成组合在一起以在催化剂床上产生均匀的流动。

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