CN111375346A - 上流式反应器及其应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种上流式反应器及其应用，所述上流式反应器包括反应器壳体，反应器壳体内沿物料流动方向依次设置催化剂床层支撑格栅和催化剂床层，所述催化剂床层下部和/或催化剂床层上部设置弹性承托层，所述弹性承托层包括塑性弹性体床层和瓷球承托层，塑性弹性体床层包括若干塑性弹性体单元，所述塑性弹性体单元内包括由弹性材料制备的颗粒体，所述塑性弹性体单元之间以及单元内部具有空隙作为流体流过的通道。本发明还提供一种所述上流式反应器的应用。本发明上流式反应器中的塑性弹性体床层可随催化剂床层的膨胀和收缩而同步发生形变，防止催化剂在浮动过程中由于颗粒磨损而造成床层压降增加，保证上流式反应器的长周期稳定运行。

Description

上流式反应器及其应用

技术领域

本发明属于石油化工设备领域，涉及一种上流式反应器及其应用。

背景技术

在石油化工领域中，加氢工艺是一种重要的处理馏分油及二次加工油的技术手段，通过加氢可以实现油品中的硫、氮、金属、胶质、残炭等杂质的有效脱除以及将不饱和烃加氢转化为饱和烃。根据反应器类型可以将加氢工艺分为固定床加氢工艺、悬浮床加氢工艺、沸腾床加氢工艺，其中以固定床加氢工艺的应用最为广泛。

根据固定床反应器的进料方式，可以分为上流式即下进料和下流式即上进料固定床反应器两种方式，其中的上流式固定床反应器能够处理多种类型的油品，在油品加氢过程中显示出了独特的优势，如劣质油品渣油、煤液化油中由于杂质含量高，容易造成加氢催化剂中毒或者催化剂孔道堵塞而快速失活，并且杂质可能堵塞床层使压降快速升高导致反应器工况变差，甚至无法正常操作，若采用上流式加氢反应过程使气液并流向上运动造成催化剂床层的膨胀，可以增加床层的空隙率，避免催化剂床层的堵塞。

CN200810117101.1提出了一种上流式反应器及其应用，上流式反应器包括位于反应器底部的初始分布器和初始分布器上方的中间分布器，初始分布器由一个锥形折流板和一个位于其上方的筛板组成；中间分布器由开孔筛板和筛板板串结构组成，该发明所提供的上流式反应器的目的是实现气体均匀分布，从而提高催化剂的利用率。CN201110353672.7提出了一种上流式反应器气液分布器及应用，包括分布盘塔板和帽罩式集气分配器组成，该发明目的是使气相的均匀分布，提高气液两相的传质效率。CN201510697566.9提出了一种上流式分配器和上流式反应器，该发明的目的是通过本技术方案，流体通过上流式分配器后能够均匀地分配和均匀混合。CN201110156274.6公开了一种渣油加氢处理工艺，是在渣油加氢处理装置的脱金属剂床层之前增加一个进料口，渣油和氢气通过渣油加氢装置原料进料口进入装置反应，催化裂化回炼油通过增设的进料口处进入装置反应，渣油加氢装置采用催化剂级配装填，依次为保护剂、脱金属剂、脱硫剂在内的三类或三类以上催化剂，采用上流式反应器或固定床反应器。该方法的目的是提高渣油加氢处理杂质脱除率，延长渣油加氢处理装置操作周期，该发明方法中主要是渣油加氢工艺流程的优化。

上流式加氢反应器中，原料和氢气混合后由反应器底部进入反应器，经折流板和分布器及床层支撑进入催化剂床层，气相被分散成气泡与液相连续相并流向上运动，由于流体流动使得床层产生了膨胀，少量催化剂颗粒会被流体携带继续向上运动，这部分颗粒会到达相邻的催化剂床层的分布器或者床层支撑。由于床层支撑缝隙很小催化剂颗粒无法通过，因此这些颗粒很有可能就此堵塞分布器或者床层支撑，导致流体、特别是气体分布不均匀，从而影响到反应器内流体的分布，对反应过程产生不利影响。而且也会同时伴随催化剂颗粒间的磨损及粉化，产生大量的催化剂粉尘，这些粉尘随着反应物料向上运动，在丝网或格栅表面发生堵塞现象，导致床层压降迅速升高，影响了反应的开工周期。

发明内容

针对现有技术中的不足，本发明提供了一种上流式反应器及其应用，所述反应器内设置塑性弹性体床层，所述塑性弹性体床层可以随催化剂床层的膨胀和收缩而同步发生形变，防止催化剂在浮动过程中由于颗粒磨损而造成床层压降增加。通过设置浮动除灰层，实现催化剂粉尘的均匀拦截集存，进一步控制反应器压降升高，维持上流式反应器的长周期稳定运行。

本发明提供一种上流式反应器，所述上流式反应器包括反应器壳体，反应器壳体内沿物料流动方向设置催化剂床层支撑格栅和催化剂床层，所述催化剂床层下部和/或催化剂床层上部设置弹性承托层，所述弹性承托层包括塑性弹性体床层和瓷球承托层，当弹性承托层位于催化剂床层下部时，塑性弹性体床层位于瓷球承托层上方，当弹性承托层位于催化剂床层上部时，瓷球承托层位于塑性弹性体床层上方。

本发明所述的上流式反应器中，所述塑性弹性体床层包括若干塑性弹性体单元，所述塑性弹性体单元内包括由弹性材料制备的颗粒体，颗粒体可以为球形、条形、多边形、齿球型、块状等形状中的一种或多种；所述弹性材料可以为耐高温橡胶材料，具体可以为硅橡胶、硼硅橡胶、氟硅橡胶中的一种或几种。所述塑性弹性体单元之间以及单元内部具有空隙作为流体流过的通道；当催化剂床层上下浮动时，塑性弹性体床层随之发生体积缩小增大的形变，如此反复防止催化剂床层的压降变化，即塑性弹性体床层在催化剂床层的作用下能够发生形变，当作用力撤消后能恢复原来的体积和形状；所述塑性弹性体床层的高度一般为10～500mm，优选50～200mm。

本发明所述的上流式反应器中，所述瓷球承托层用于承托和抵消塑性弹性体床层的形变位移，使塑性弹性体床层在有限的空间内进行形变。所述瓷球承托层为内部填装惰性瓷球、外部四周采用丝网做成的一体式框架结构，所述丝网的材质可以是不锈钢，具体可以是30408、30403、31608、31603、32168中的一种或几种；所述丝网具有一定的抗变形能力，一般选择用于编织丝网的钢丝直径为0.1～2mm；瓷球承托层的高度一般为50～1000mm，优选200～500mm。

本发明所述的上流式反应器中，所述反应器壳体内还包括浮动除灰层，所述浮动除灰层设置于壳体内顶部，位于催化剂床层上方，当催化剂床层上部设置有弹性承托层时，浮动除灰层设置于弹性承托层上方。

本发明所述的上流式反应器中，所述浮动除灰层包括滑道和除灰单元，所述除灰单元包括上格栅板、中格栅板、下格栅板和过滤筒，所述下格栅板固定在滑道最底端，中格栅板与上格栅板通过若干组轴向筋板进行连接，形成牢固的“笼式”框架结构，所述下格栅板与中格栅板之间的夹层为集灰层，所述中格栅板与上格栅板之间的夹层为滤灰层，所述过滤筒底端固定在下格栅板表面上，向上延伸贯穿集灰层和滤灰层，所述过滤筒顶端至少与滑道上端平齐，过滤筒表面均匀开孔，作为物料流动通道；所述集灰层中设置有液固分离单体，反应进料在液固分离单体的作用下将其中携带的大颗粒催化剂粉尘分离出来，在重力作用下沉积在下格栅板面上；液固分离单体的底端固定在下格栅板上，液固分离单体与过滤筒优选交替设置；所述滤灰层中装填惰性材料，来自于集灰层的物料经由过滤筒下部进入、上部流出，进入滤灰层将其中携带的小颗粒微小粉尘进行拦截，最后离开浮动除灰层。

本发明所述的上流式反应器中，所述滑道为沿反应器轴向位置固定在反应器壳体内壁的钢结构，滑道上边为反应器封头空间；所述浮动除灰层中的滤灰层可在滑道上整体上下浮动；一般情况下，所述滑道长度为10mm～800mm，优选50mm～300mm；过小的长度会由于浮动空间小而很快积满灰尘，导致堵塞和压降升高，造成开工周期短。

本发明所述的上流式反应器中，所述滤灰层中的中格栅板和上格栅板分别采用密封圈或密封条的形式活动搭接在滑道上，所述滤灰层根据下部集灰层的压降大小进行上\下浮动，当集灰层内灰尘的堆积量大时，物料流动空间减小、压降增加，滤灰层整体向上浮动，使物料在集灰层的流动通量不变，从而保证集灰层的压降稳定。

本发明所述的上流式反应器中，所述滤灰层中装填的惰性材料可以为惰性氧化铝瓷球、惰性多孔陶瓷材料、惰性多孔金属材料中的一种或几种，优选为惰性氧化铝瓷球，进一步优选为直径为φ3mm～φ30mm惰性氧化铝瓷球。所述惰性多孔金属材料是由微小球状体（俗称粉末）金属经高温烧结而成的，金属内部布满极微小的细孔，为优良的精密过滤材料。在使用过程中，滤灰层中的惰性材料在夹层内具有适当的活动空间，所述惰性材料之间可以相对运动，防止催化剂粉尘的局部堵塞和不均匀集存，通常情况下，惰性材料的装填空隙率为0.5%～15%，优选3%～8%（空隙率指散状颗粒材料在堆积体积中空隙体积占的比例。

本发明所述的上流式反应器中，所述液固分离单体为具有液固分离功能的组件，组件的结构具体可以为折板式、挡板式、旋流式、聚结式、烟囱式、旋转式等中的任意一种或多种组合。反应物料经液固分离单体分离后，分离出的液体物料进入过滤筒进行滤灰，分离出的大颗粒灰尘则堆积在下格栅板的上表面上。

本发明所述的上流式反应器中，所述过滤筒的外形可以为圆柱形、正方体、菱形体、长方体、多边形体中的任意一种，优选为圆柱形。所述的过滤筒表面均匀开孔，开孔率为10%～98%，优选50%～80%，孔的形状可以为圆形、条形、三角形、星形等中的任意一种。所述的过滤筒外壳是由不锈钢丝网或约翰逊网制作而成，过滤筒内部装填有填充物，用于对流体物料进行过滤，所述填充物为惰性多孔材料，如惰性瓷球、陶瓷膜、金属烧结滤芯等中的一种或几种，优选惰性氧化铝瓷球，进一步优选为φ3～φ30的惰性氧化铝瓷球。

本发明所述的上流式反应器中，所述的上格栅板、下格栅板的结构形式可以相同或不相同，具体可以采用平行的金属栅条拼接而成或约翰逊网；当采用平行金属栅条时，栅条宽度一般为20～60mm，栅条间条缝宽度是根据催化剂颗粒直径和固定夹层内惰性材料直径确定的，要求条缝宽度小于固定夹层的惰性材料直径和催化剂颗粒直径，防止惰性材料漏出和催化剂漏入，一般为1mm～30mm；当采用约翰逊网时，网丝之间的间距一般为1mm～10mm，防止催化剂颗粒正好卡在网丝上即可。

本发明所述的上流式反应器中，所述的中格栅板可以采用平行金属栅条拼接或约翰逊网，要求金属栅条之间或网丝之间无缝隙，实现对物料的拦截，目的是使经过液固分离单体分离后的液体物料能够发生横向折流进入过滤筒，一方面防止粉尘由于流速过快而被带走，改善物料分离粉尘效果，将更多的大块粉尘在集灰层内沉积下来，另一方面物料在横向折流过程中，对过滤筒表面反复进行冲刷，有利于防止过滤筒表面被粉尘填充堵塞。本发明所述的上流式反应器中，所述集灰层的主要作用是将进料中的大颗粒催化剂粉尘集存在下格栅板上表面上；滤灰层的主要作用是将进料中的小颗粒催化剂粉尘拦截集存在滤灰层中的填充物中。

本发明所述的上流式反应器中，所述的催化剂床层填装本领域人员熟知的具有催化功能的催化剂，催化剂床层的填装高度由催化剂的使用最佳空速确定。

本发明所述的上流式反应器中，所述的催化剂床层支撑格栅为平行的金属栅条拼接而成，用于支撑其上部催化剂床层的重量。所述催化剂床层支撑格栅为本领域技术人员公知内容，可以根据实际需要进行选择和变换。一般情况下，所述催化剂支撑格栅包括大梁、栅条和筛网，大梁两侧固定搭接在反应器内壁的凸台上，栅条位于大梁和凸台上，筛网平铺于栅条上表面，筛网目数一般为5～30目，优选为10～20目。

本发明所述的上流式反应器中，催化剂床层支撑格栅上方优选首先填装保护剂层，所述的保护剂层装填保护剂，所述保护剂主要是用于脱除原料中金属杂质、固体颗粒物，同时使原料中易结焦的物质适度加氢，以减缓催化剂中的中毒结焦，延长主催化剂的使用寿命，所述保护剂可以采用市售商品或者根据现有方法进行制备选择，这些选择都是为本领域人员熟知的。所述保护剂层与催化剂床层的高度比为1:1～1:50，优选1:2～1:5。

本发明第二方面提供一种本发明上流式反应器的应用，将所述上流式反应器用于烃油加氢反应，特别适用于烃油液相加氢反应。

本发明上流式反应器的应用中，所述烃油是馏程在130～550℃范围内任意馏分的烃类原料，所述烃类原料可以选自但不限于石脑油、重整生成油、航煤、柴油、蜡油、润滑油、渣油、脱沥青油、生物柴油、动物油或植物油等中的一种或多种。

本发明上流式反应器的应用中，所述上流式反应器的加氢反应条件为：温度为40～360℃；压力为0.5～20.0MPa，优选为1.0～8.0MPa；液时体积空速为0.5～15h^-1；氢气的给量可以远大于加氢过程中的化学氢耗，一般为氢油质量比为0.001%～15%，优选0.01%～5%。

本发明上流式反应器的应用中，当用于烃油液相加氢反应时，首先将原料油与氢气进行混合溶解，得到一种含有氢气的物流；然后将形成的物流作为反应进料自上流式反应器的底部引入，经过反应后自反应器顶部离开。其中，所述的原料油与氢气的混合溶解，可以采用常规的壳体式氢油混合组件，外壳内含有SWN型、SMX型、SMK型、SML型、SMH型、螺旋板片、波纹板片、旋转叶片、平叶片、弯曲叶片或多孔板片等任意强化流体扰动的组件中的任意一种或几种；也可以利用膜管微分散器、微孔板、微孔材料等对原料油和氢气进行溶解分散，优选利用膜管微分散器，预分散的氢气的气泡尺寸为10nm～1000nm，一般为50～500nm。所述的混合溶解过程中，氢油质量比为0.001%～15%；氢油混合溶解条件为：40～360℃，0.5～20.0MPa，停留时间为0.5～30分钟；氢油混合后形成的反应器进料混合物可以为气液两相，也可以为溶解分散了氢气的纯液相。

与现有技术相比，本发明所述上流式反应器具有如下优点：

1、本发明上流式反应器中，在反应器内催化剂床层下部和/或上部设置了弹性承托层，弹性承托层包含塑性弹性体床层和瓷球承托层，其中的塑性弹性体床层可以随催化剂床层的膨胀和收缩而同步发生形变，缓解催化剂在浮动过程中由于颗粒磨损而造成的床层压降增加，而瓷球承托层用于承托和压紧塑性弹性体床层，从而保持塑性弹性体床层在一定空间段内发生形变位移；

2、本发明上流式反应器中，反应器顶部设置浮动除灰层，浮动除灰层分为集灰层和滤灰层，其中集灰层的主要作用是将进料中的大颗粒催化剂粉尘集存在下格栅板上表面上，滤灰层的主要作用是将进料中的小颗粒催化剂粉尘拦截集存在滤灰层中的填充物中，从而实现对催化剂粉尘中进行逐级脱除和集存，防止催化剂粉尘的局部堵塞。

3、本发明上流式反应器中，由于浮动除灰层为可浮动式，可以使滤灰层根据下部集灰层的压降大小进行上\下浮动，当集灰层内灰尘的堆积量大时，物料流动空间减小、压降增加，滤灰层整体向上浮动，使物料在集灰层的流动通量不变，从而保证集灰层的压降稳定，从而使整个反应器的压降稳定。

4、本发明上流式反应器中，在浮动除灰层中，集灰层的结构设计上，一方面使物料采用液固分离单体进行脱除粉尘和沉积，另一方面使液固分离后的液体物料发生横向折流进入过滤筒，当物料的流动方向发生变化时，可以有效防止物料中的粉尘由于流速过快而被带走，将更多的大块粉尘在集灰层内沉积下来，同时也可以通过物料的横向流动对过滤筒表面反复进行冲刷，有利于防止过滤筒表面被粉尘填充堵塞。

附图说明

图1是本发明所述上流式反应器的结构示意图。

图2是本发明所述催化剂床层的示意图。

图3是本发明所述浮动除灰层的结构示意图。

图4为采用本发明所述上流式反应器的加氢工艺流程示意图。

具体实施方式

下面结合附图说明和实施例对本发明进行详细说明，但不因此限制本发明。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语 “上”、“下”、“内”、“外”、“顶”、“底”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。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设有”、“置于”、“相连”、“连接”、“安装”等应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

如图1-图3所示，本发明提供一种上流式反应器，所述上流式反应器5包括反应器壳体5，反应器壳体5内沿物料流动方向设置催化剂床层支撑格栅8、保护剂层24、第二瓷球承托层13、第二塑性弹性体床层11、催化剂床层9、第一塑性弹性体床层10、第一瓷球承托层12、浮动除灰层7；所述反应器壳体底部设置反应物料入口4，反应器壳体顶部设置反应物料出口6。所述第二瓷球承托层13位于催化剂床层支撑格栅8和第二塑性弹性体床层11之间，用于承托和抵消第二塑性弹性体床层11的形变位移；第一瓷球承托层12位于催化剂床层9与浮动除灰层7之间，用于承托和抵消第二塑性弹性体床层10的形变位移。所述的浮动除灰层7包括滑道23和除灰单元，所述的滑道23为沿反应器轴向位置固定在反应器壳体5内壁的钢结构，滑道23下边缘紧邻第一瓷球承托层12，滑道23上边为反应器封头空间。所述除灰单元包括上格栅板19、中格栅板20、下格栅板18、液固分离单体21和过滤筒22，所述下格栅板18固定在滑道23最底端，中格栅板20与上格栅板19通过若干组轴向筋板进行连接，形成牢固的“笼式”框架结构，所述下格栅板18与中格栅板20之间的夹层为集灰层16，中格栅板20与上格栅板19之间的夹层为滤灰层17，所中格栅板20和上格栅板19分别采用密封圈或密封条15的形式活动搭接在滑道23上，过滤筒22底部固定在下格栅板18表面上，向上延伸贯穿集灰层16和滤灰层17，所述过滤筒22顶端至少与滑道23上端平齐，过滤筒22表面均匀开孔，作为物料流动通道；所述集灰层16中设置有液固分离单体21，反应进料在液固分离单体21的作用下将其中携带的大颗粒催化剂粉尘分离出来，在重力作用下沉积在下格栅板18面上；液固分离单体21的底端固定在下格栅板18上，液固分离单体21与过滤筒22交替设置；所述滤灰层17中装填惰性材料，在使用过程中，滤灰层17中的惰性材料在夹层内具有适当的活动空间，所述惰性材料之间可以相对运动，防止催化剂粉尘的局部堵塞和不均匀集存，来自于集灰层16的物料经由过滤筒22下部进入、上部流出，进入滤灰层17将其中携带的小颗粒微小粉尘进行拦截，最后离开浮动除灰层。当集灰层16内灰尘的堆积量大时，物料流动空间减小、压降增加，滤灰层17整体向上浮动，使物料在集灰层16的流动通量不变，从而保证集灰层16的压降稳定。

如图4所述，以油品液相加氢工艺为例，进行说明其具体反应过程：氢气1与原料油2经由氢油混合设备3进行溶解混合，形成一种气液混合物或溶解了氢气的液相物料，作为上流式加氢反应器进料经反应物料入口4引入上流式反应器，依次经过催化剂支撑格栅8、第二瓷球承托层13、第二塑性弹性体床层11、催化剂床层9、第一塑性弹性体床层10、第一瓷球承托层12、浮动除灰层7、出口收集器14后，作为上流式加氢反应出料经反应物料出口6离开反应器。在正常进料反应过程中，由于该反应过程的特殊性，基于浮力的作用，使催化剂床层9在进料后处于膨胀状态，并随着进料的波动而处于上下浮动状态，而当催化剂床层9发生膨胀浮动时，第一塑性弹性体床层10和第二塑性弹性体床层11发生收缩变形，而当催化剂床层9发生收缩时，第一塑性弹性体床层10和第二塑性弹性体床层11发生膨胀变形，对催化剂床层9的体积进行限位，一方面防止催化剂床层体积增大后催化剂颗粒的磨损，有利于减少粉尘的产生，另一方面控制催化剂床层的压降稳定。经过加氢反应催化剂床层的物料进入浮动除灰层7，首先进入集灰层16，而后进入滤灰层17；在集灰层16中，物料在下格栅板18的上表面设置的液固分离单体21的作用下进行液固分离，分离出的液体经由过滤筒22进入滤灰层17，而分离出的大颗粒催化剂粉尘则集存在下格栅板18的表面上，随着粉尘量的越来越多，滤灰层17向上浮动，用于稳定反应器的压降；进入滤灰层17的物料，经过滤灰层17对催化剂小颗粒粉尘的拦截集存后，穿过上格栅板19后离开滤灰层17。

本发明实施例及对比例中采用的原料油为来自某厂连续重整装置的重整生成油，将重整生成油与氢气引入本发明的上流式加氢反应器发生加氢脱烯烃反应，原料油具体组成见表1。实施例及对比例加氢反应中采用的保护剂/催化剂为抚顺石油化工研究院的FBN-03B01/FHDO-18。

表1 原料油组成

实施例1

采用本发明所述的上流式反应器，将原料油与氢气采用常规的静态混合器（型号为SX2.3/20-6.4-450）进行混合，然后将该混合物作为反应器进料引入本发明的上流式反应器（反应器直径为100mm），反应器内沿物料流动方向依次填装催化剂床层支撑格栅、保护剂层100mm、第二瓷球承托层60mm、第二塑性弹性体床层50mm、催化剂床层550mm（在催化剂床层的上方平铺12目不锈钢丝网）、瓷球层100mm；催化剂床层支撑格栅采用平行的金属栅条拼接而成，格栅上表面筛网平铺20目筛网；第二瓷球承托层内部填装φ20mm惰性瓷球，外部四周采用丝径为1mm丝网做成的一体式框架结构；第二塑性弹性体床层塑性弹性体床层内填装球形弹性颗粒，弹性颗粒是由硅橡胶制备而成。瓷球层填装φ3～6mm的惰性瓷球。填装过程中，各床层之间压紧填装；测定结果见表2。

实施例2

采用本发明所述的上流式反应器，将原料油与氢气采用无机膜管分散器进行混合，首先将氢气分散为50nm尺寸的微气泡后渗透至管外，与壳体内通入的液体形成反应器进料混合物，然后将该混合物作为反应器进料引入本发明的上流式反应器（上流式反应器直径为200mm）；上流式反应器内沿物料流动方向依次填装催化剂床层支撑格栅、保护剂层50mm、催化剂床层600mm、第一塑性弹性体床层30mm、第一瓷球承托层50mm、浮动除灰层100mm（其中滤灰层的固定高度为50mm，固定夹层内部填装由φ13mm氧化铝瓷球；过滤筒壳体采用约翰逊网制成，内部填装φ3-φ6mm氧化铝瓷球；滑道总长度130mm；催化剂床层支撑格栅采用平行的金属栅条拼接而成，格栅上表面筛网平铺20目筛网；第一瓷球承托层内部填装φ20mm惰性瓷球、外部四周采用丝径为1mm丝网做成的一体式框架结构；第一塑性弹性体床层内填装由硼硅橡胶制备而成的球形弹性体。浮动除灰层中，下格栅板与中格栅板之间的夹层为集灰层，中格栅板与上格栅板之间的夹层为滤灰层，过滤筒底端固定在下格栅板表面上；上格栅板、下格栅板的结构相同，均采用平行的金属栅条拼接而成的，栅条宽度为30mm，栅条间条缝宽度为2mm；中格栅板采用网丝间距为1mm的约翰逊网；液固分离单体为挡板式，底端固定在下格栅板上，液固分离单体与过滤筒优选交替设置；过滤筒贯穿集灰层和滤灰层，过滤筒外形为圆柱形，过滤筒表面均匀开孔，开孔率为75%，孔的形状为条形；过滤筒外壳是约翰逊网制作而成，过滤筒内部装填φ3-φ6mm惰性氧化铝瓷球；滤灰层中，装填的惰性氧化铝瓷球空隙率为3.8%；填装过程中，各床层之间压紧填装；测定结果见表2。

实施例3

采用本发明所述的上流式反应器，将原料油与氢气采用常规的静态混合器（型号为SX2.3/20-6.4-450）进行混合，然后将该混合物作为反应器进料引入本发明的上流式反应器（反应器直径为200mm）；上流式反应器内沿物料流动方向依次填装催化剂床层支撑格栅、第二瓷球承托层30mm、第二塑性弹性体床层80mm、催化剂床层550mm、第一塑性弹性体床层80mm、第一瓷球承托层30mm、浮动除灰层150mm（其中滤灰层的固定高度为75mm，固定夹层内部填装由φ13mm氧化铝瓷球；过滤筒壳体采用约翰逊网制成，内部填装φ3-φ6mm氧化铝瓷球）；滑道总长度180mm；催化剂床层支撑格栅采用平行的金属栅条拼接而成，格栅上表面筛网平铺20目筛网；第二瓷球承托层内部填装φ20mm惰性瓷球、外部四周采用丝径为1mm丝网做成的一体式框架结构，第一瓷球承托层与第二瓷球承托层完全相同；第二塑性弹性体床层填装由硅橡胶制备成的条形弹性体，第二塑性弹性体床层与第一塑性弹性体床层完全相同；浮动除灰层中，下格栅板与中格栅板之间的夹层为集灰层，中格栅板与上格栅板之间的夹层为滤灰层，过滤筒底端固定在下格栅板表面上；上格栅板、下格栅板的结构相同，均采用平行的金属栅条拼接而成的，栅条宽度为30mm，栅条间条缝宽度为2mm；中格栅板采用网丝间距为1mm的约翰逊网；液固分离单体的底端固定在下格栅板上，液固分离单体与过滤筒优选交替设置，液固分离单体为挡板式；过滤筒的外形为圆柱形，表面均匀开孔，开孔率为60%，孔的形状为圆形，过滤筒外壳是由约翰逊网制作而成，过滤筒内部装填φ3～φ6的惰性氧化铝瓷球；滤灰层中装填的惰性氧化铝瓷球空隙率为6.3%；填装过程中，各床层之间压紧填装，测定结果见表2。

对比例1

与实施例1相比，不同之处在于反应器内没有设置第二瓷球承托层、第二塑性弹性体床层，只是在催化剂上部和下部各设置一层瓷球层。

将原料油与氢气采用常规的静态混合器（型号为SX2.3/25-6.4-500）进行混合，然后将该混合物作为反应器进料引入常规上流式反应器（反应器直径为100mm；）反应器内沿物料流动方向依次填装催化剂支撑格栅、保护剂层120mm、φ13mm氧化铝瓷球层80mm、催化剂床层550mm、φ13mm氧化铝瓷球层60mm；填装过程中，各床层之间压紧填装；其中保护剂层与催化剂床层之间填装12目不锈钢丝网，催化剂床层和φ13氧化铝瓷球层之间也填装12目不锈钢丝网，防止跑剂。测定结果见表2。

对比例2

与实施例1相比，不同之处在于反应器内没有第二瓷球承托层、第二塑性弹性体床层，只是在催化剂下部设置一层瓷球层，催化剂上部设置两层瓷球层。

将原料油与氢气采用常规的静态混合器（型号为SX2.3/25-6.4-450）进行混合，然后将该混合物作为反应器进料引入常规上流式反应器；反应器直径为200mm；反应器内沿物料流动方向依次填装催化剂支撑格栅、保护剂层100mm、φ13mm氧化铝瓷球层80mm、催化剂床层500mm、φ3-φ6mm氧化铝瓷球层120mm、φ13mm氧化铝瓷球层120mm；填装过程中，各床层之间压紧填装；其中各床层之间不填装不锈钢丝网。测定结果见表2。

表2 测定结果

注：表观流速指的是在反应器不考虑装入任何构件，按空塔计算流体通过塔的平均流速，用液体的进料流量除以反应器的截面积而得到的数值。

本领域技术人员熟知，常规上流式加氢反应过程采用常规的加氢反应器，为了保证反应效果及长周期运行，对催化剂高径比具有一定的要求，使反应器直径不宜过大或过小，这就影响上流式反应器内的液体表观流速，若液体表观流速较大，对催化剂床层、保护剂床层的冲击力大，造成催化剂磨损较为严重，那么催化剂磨损产生的粉尘就容易堵塞格栅条缝而导致反应器床层压降升高速率较快，反之，若液体表观流速较小，对催化剂床层、保护剂床层的冲击力小，造成催化剂磨损少，那么反应器床层压降升高的就比较缓慢，为此，本实施例及对比例对于上流式反应器使用效果的测定方法为：同一处理量条件下，采用常规上流式反应器与本发明的上流式反应器进行对比，对比过程中通过改变液体表观流速的方法来测试反应器床层的压降上升速率。到达一定运行时间时，催化剂床层压降越低，表示使用效果越好。为减少实验带来的误差，实验过程中液体表观流速采取多次测量求平均值的方法。

由本实施例及对比例的反应器压降上升速率可以看出，采用本发明的上流式反应器及上流式反应方法后，反应器压降上升速率较为缓慢，即反应器压降的上升得到了有效控制，使装置运行时间大幅度延长，说明通过本发明方法一方面可以使塑性弹性体床层随催化剂床层的膨胀和收缩而同步发生形变，防止催化剂在上浮过程中造成的颗粒磨损而造成床层压降增加，另一方面在反应器上部设置催化剂集灰\滤灰层，可以实现催化剂粉尘的均匀拦截集存，进一步控制反应器压降的升高，维持上流式反应装置的长周期稳定运行。

Claims (21)

1.一种上流式反应器，所述上流式反应器包括反应器壳体，反应器壳体内沿物料流动方向设置催化剂床层支撑格栅和催化剂床层，所述催化剂床层下部和/或催化剂床层上部设置弹性承托层，所述弹性承托层包括塑性弹性体床层和瓷球承托层，当弹性承托层位于催化剂床层下部时，塑性弹性体床层位于瓷球承托层上方，当弹性承托层位于催化剂床层上部时，瓷球承托层位于塑性弹性体床层上方；所述的塑性弹性体床层包括若干塑性弹性体单元，所述塑性弹性体单元内包括由弹性材料制备的颗粒体，所述塑性弹性体单元之间以及单元内部具有空隙作为流体流过的通道。

2.按照权利要求1所述的上流式反应器，其特征在于：所述颗粒体为球形、条形、多边形、齿球型、块状中的一种或多种；所述弹性材料为耐高温橡胶材料，具体为硅橡胶、硼硅橡胶、氟硅橡胶中的一种或几种。

3.按照权利要求1所述的上流式反应器，其特征在于：所述瓷球承托层为内部填装惰性瓷球、外部四周采用丝网做成的一体式框架结构。

4.按照权利要求1所述的上流式反应器，其特征在于：所述反应器壳体内包括浮动除灰层，所述浮动除灰层设置于壳体内顶部，位于催化剂床层上方，当催化剂床层上部设置有弹性承托层时，浮动除灰层设置于弹性承托层上方。

5.按照权利要求4所述的上流式反应器，其特征在于：所述浮动除灰层包括滑道和除灰单元，所述除灰单元包括上格栅板、中格栅板、下格栅板和过滤筒，所述下格栅板固定在滑道最底端，中格栅板与上格栅板通过若干组轴向筋板进行连接，形成牢固的“笼式”框架结构，所述下格栅板与中格栅板之间的夹层为集灰层，所述中格栅板与上格栅板之间的夹层为滤灰层，所述过滤筒底端固定在下格栅板表面上，向上延伸贯穿集灰层和滤灰层，所述过滤筒顶端至少与滑道上端平齐，过滤筒表面均匀开孔，作为物料流动通道。

6.按照权利要求1所述的上流式反应器，其特征在于：所述滤灰层中的中格栅板和上格栅板活动搭接在滑道上。

7.按照权利要求5所述的上流式反应器，其特征在于：所述滑道为沿反应器轴向位置固定在反应器壳体内壁的钢结构，滑道上边为反应器封头空间；所述浮动除灰层中的滤灰层可在滑道上整体上下浮动。

8.按照权利要求5所述的上流式反应器，其特征在于：所述过滤筒外壳是由不锈钢丝网或约翰逊网制作而成，过滤筒内部装填有填充物，用于对流体物料进行过滤，所述填充物为惰性多孔材料，如惰性瓷球、陶瓷膜、金属烧结滤芯等中的一种或几种，优选惰性氧化铝瓷球，进一步优选为φ3～φ30的惰性氧化铝瓷球。

9.按照权利要求5所述的上流式反应器，其特征在于：所述过滤筒的开孔率为10%～98%，优选50%～80%，孔的形状为圆形、条形、三角形、星形中的任意一种。

10.按照权利要求5所述的上流式反应器，其特征在于：所述过滤筒的外形为圆柱形、正方体、菱形体、长方体、多边形体中的任意一种，优选为圆柱形。

11.按照权利要求1所述的上流式反应器，其特征在于：所述滤灰层中装填惰性材料，所述惰性材料为惰性氧化铝瓷球、惰性多孔陶瓷材料、惰性多孔金属材料中的一种或几种，优选为惰性氧化铝瓷球，进一步优选为直径为φ3mm～φ30mm惰性氧化铝瓷球。

12.按照权利要求11所述的上流式反应器，其特征在于：所述惰性材料的装填空隙率为0.5%～15%，优选3%～8%。

13.按照权利要求5所述的上流式反应器，其特征在于：所述集灰层中包括液固分离单体，液固分离单体的底端固定在下格栅板上。

14.按照权利要求13所述的上流式反应器，其特征在于：所述液固分离单体为具有液固分离功能的组件，组件的结构为折板式、挡板式、旋流式、聚结式、烟囱式、旋转式中的任意一种或多种组合。

15.按照权利要求1所述的上流式反应器，其特征在于：所述的催化剂床层支撑格栅为平行的金属栅条拼接而成，用于支撑其上部催化剂床层的重量。

16.按照权利要求1所述的上流式反应器，其特征在于：催化剂床层支撑格栅上方首先填装保护剂层，所述保护剂层与催化剂床层的高度比为1:1～1:50，优选1:2～1:5。

17.权利要求1-16中任一权利要求所述上流式反应器的应用，将所述上流式反应器用于烃油加氢反应，特别适用于烃油液相加氢反应。

18.按照权利要求17所述的应用，其特征在于：所述烃油是馏程在130～550℃范围内任意馏分的烃类原料，所述烃类原料可以选自但不限于石脑油、重整生成油、航煤、柴油、蜡油、润滑油、渣油、脱沥青油、生物柴油、动物油或植物油等中的一种或多种。

19.按照权利要求17所述的应用，其特征在于：所述加氢反应条件为：温度为40～360℃；压力为0.5～20.0MPa，优选为1.0～8.0MPa；液时体积空速为0.5～15h^-1；氢油质量比为0.001%～15%，优选0.01%～5%。

20.按照权利要求17所述的应用，其特征在于：当用于烃油液相加氢反应时，首先将原料油与氢气进行混合溶解，得到一种含有氢气的物流；然后将形成的物流作为反应进料自上流式反应器的底部引入，经过反应后自反应器顶部离开。

21.按照权利要求20所述的应用，其特征在于：所述的混合溶解过程中，氢油质量比为0.001%～15%；氢油混合溶解条件为：40～360℃，0.5～20.0MPa，停留时间为0.5～30分钟。

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