CN1127159A - 反应器外壳 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一其中有固体颗粒移动床循环(如重整反应器一类移动床催化反应器)的反应器外壳,该床在反应器外壳中被至少一个格栅所界定,在该反应器外壳中,流体以不同于汇集的颗粒流动方向穿过所说床并经至少一个格栅从此床中排出。根据本发明按床的厚度设置的中间壁应把流体产生的推力分配在按上述方法限定的区中的颗粒上。颗粒对格栅或多个格栅的堵塞大大减少了,所允许的流体流速则会提高。
Description
本发明涉及一固体颗粒在其中流动的称作移动床的改进型反应器外壳。具体讲,本发明特别适用于移动床反应器,尤其适用于诸如用于催化重整的同样性质的催化剂固体颗粒(单一催化剂)在其中循环的移动床催化反应器。
可是或不是催化剂的且可是或不是球形的能以紧密床的形式在重力作用下垂直流动的固体于其中循环的移动床单元中,限定颗粒区的壁常常包括直径不同的两个圆柱形格栅或栅栏。液相或大部分是气相中的流体,或可能是多种液体(气体和液体或液体和其他不溶混的液体)与移动床成交叉流动关系穿过颗粒床(此时该床也是环形的),即是说径向流动构型,从外向里流动,或相反从里向外流动。因此穿过圆柱形输入格栅后的流体就将通过所说移动床,然后从装有颗粒介质环形空间中通过第二格栅(输出格栅,同所说输入格栅是同心的)排出。
通过所说移动床的一种或多种流体流由于多种因素会产生压力降,其主要原因之一是颗粒大小和形状,一种流体或多种流体的性质及其一种或多种流体的流速。此压力降表明了流体对固体颗粒在流体流动方向上所施的推力。朝流体出口格栅方向施的推力改变了施于固体颗粒(如球珠)的整个力平衡。此现象是出现下述不良现象的征兆:向壁运动的颗粒速度会降低或甚至阻止其向出口格栅运动和使之完全停止,这时一方面会严重影响体系对这些颗粒的有效利用,另一方面也可能使其他颗粒的运动速度降低或停止运动,以至于逐步使如催化剂床完全堵塞和使固体的循环完全停止。就流体(或多种)来讲这种现象的严重程度会随着推力的增加而增加和移动床单元工作容量的增加而增加。
由于堵塞现象是增加移动床单元工作容量的一主要限制因素。因此使用可降低那些现象的布置和设备是人们感兴趣的。
上述问题会在诸如催化重整装置一类催化剂装置中严重出现。阻止催化剂颗粒向格栅运动的现象的出现会使待处理的气体的流速大大降低及使装置的工作容量也大大降低。
此外,在如催化剂颗粒的个别再生过程中或在两反应器之间的转移过程中或在反应器和再生器的转移过程等这样一些不同处理过程中,会形成碎的球,于是会很快阻止其向格栅运动。大量的碎球会使堵塞现象加快。
本发明的目的是减少颗粒堵塞现象的危险性并降低对格栅的摩擦力,特别是流体对颗粒介质所施加的推力,尤其是流体对与输出格栅接触的颗粒所施加的推力。
本发明的另一目的是增加现有移动床反应器,特别是催化重整反应器的工作容量。
本发明特别适用于平均粒径在0.1-6mm(优选1.5-3.5mm,最优选1.5-3.2mm)的固体颗粒的场合。
具体讲,本发明涉及一由至少一个壁构成的反应器外壳,该反应器外壳包括:
至少一个输入固体颗粒的口;
至少一个限定在该反应器外壳中基本上平行于格栅方向循环的所说颗粒移动床的格栅;
至少一个用以输入至少一种流体的口,该流体在所说床中在不同于汇集的颗粒的方向循环且借助至少一个格栅从移动床中排出;
至少一个用以使流体从反应器外壳中排出的口;
至少一个用以使颗粒从反应器外壳中排出的口,所说反应器外壳还包括;
至少一个称作中间壁的、设置于颗粒床中的壁,该壁可让流体但不让固体颗粒通过且基本设置在固体颗粒流动方向上、距流体从中排出的格栅0.1e-0.75e(e为所说床的全厚度)间,以这样的方式即流向该壁的堵塞颗粒的最大流速同每一单独区域是相同的,该中间壁同颗粒的摩擦系数为0.1-0.7。
术语反应器外壳意指反应器、反应仓或一般为由至少一个壁限定的区间。在大多数情况下为一有垂直轴、包括一圆筒形壁、底和顶的反应器(如催化重整反应器或其他化学反应器)。
反应器的其他形式也是适用的,如在US5013426中披露的包括设有一连串的催化剂床的平行室。
在反应器外壳内形成的固体颗粒移动床,通过至少一个口输入颗粒,颗粒的排放通过至少一个口来实现。
在反应器外壳中的颗粒床一般是由下述部件限定的。
格栅和壁。例如当格栅是圆筒形和该床在反应器圆筒形壁和格栅间循环时的情况。
至少两个称作外和内格栅的格栅。格栅的优选情况为两两平行或是同心的。如沿反应器轴同心设置两圆柱形格栅,而移动床在两格栅间循环。
汇集的颗粒一般至少沿一个格栅流动,即为流动方向基本同所说格栅平行。显而易见此目的是限制颗粒对格栅的摩擦,因此对其堵塞也得到了防止。对于该流动而言,要严格控制其平行方向是困难的,但总的讲,其一般移动又是同反应器外壳的轴平行的,所以这里用了术语“基本平行”。
至少将一种流体输入反应器外壳,该流体穿过移动床后经称作排放栅的一个栅或多个栅从中排出。本发明特别适用于流体(或多种)在颗粒床中在不同于汇集的颗粒的方向循环的场合。换言之,流体所产生的推力是一种同移动床所需的运动相反的运动的力。
这是流体径向流动经常遇到的情形。流体所致的某些颗粒流动方向的改变即会使这些颗粒附于格栅(或多个格栅)上,从而使格栅堵塞。
本发明的改进之处在于在设于反应器外壳中的颗粒移动床中设置至少一个称作中间壁的壁。
该壁可让流体通过,但又能经受得住固体颗粒的推力。这些颗粒不能通过此壁。一般而言,该壁为其上设有按床固体颗粒的颗粒测定设计的孔或口的格栅,同样,该壁可为一如刚性膜一类的壁。很明显固体颗粒碎片可穿过中间格栅(如细粒)。然而,应对此情况予以限制。
该中间壁把床分成了两个区间。
应按下述方式来选定一个中间壁或有多个的话则为多个中间壁的位置,按一定规则和基本相同的方式来分配流体产生的对不同区间的颗粒的不同推力。这样与颗粒堵塞相当的最大流速对于按所说方法隔开的每一区间而言,均是相同的。对于单个中间壁而言,按下述标准来划分空间,同流体排放格栅(或如有输入格栅的话,同输入格栅分别相距2/3-1/3)相距0.1e-0.75e,优选0.5e以下,较优选1/3e-2/3e。e为床的全厚度。
例如在其中有固体颗粒床流动的平行六面体反应器外壳中测定颗粒床两壁间堵塞的颗粒最大流速。从反应器外壳的一侧(为格栅状构形)把径向流动的空气或其他气体输入床,从相对的格栅状构形的另一侧将其排出。改变气体(或空气)的流速,观察颗粒的运动,同时测定压力降。
观察到颗粒堵塞时,记录下压力降,这在实验条件下提供了堵塞的颗粒最大流速。
中间壁优选平行于至少一个格栅,优选平行于流体流出或进入(称作输入格栅)的格栅,如果这种情况存在的话。
为了能设于流体运动的主通道上,中间壁(或多个壁)的高度优选基本等于格栅或多个格栅的高度。壁可和其他的格栅是相同性质的,显然可按本领域普通技术人员所知的方法将壁设于适当位置且必须能提供适当的阻力。
为了减少颗粒堵塞现象的出现,中间壁与颗粒的摩擦系数介于0.1-0.7间,优选0.3-0.5。中间格栅(或多个)(或多个壁)的上端即是固体分配区间且其上端对于两区间的固体颗粒有规律地分配在该壁相应两侧上不会有任何阻碍。同样,中间格栅的下部可在同反应器的底部接触前放入这样使固体颗粒顺利地通过为此目的而设置的口(或多个口)。然而,如果优选为每一区间独立地待输入和/或排出固体,该壁也可从专为固体所用空间的顶部延伸至底部,或向下到底部,或直达顶部。也可以使用在顶部或底部的部分口或通道,因为它们不会对固体颗粒的分配或定期除去有干扰。
如果有多个中间壁,两壁之间的间隔至少为颗粒平均直径的30倍。
可通过非限制性的说明从略图1中更好地了解本发明中间壁的效果。
图1是设于有轴D和壁1的圆柱形反应器中、移动床一半的纵剖面图。固体颗粒移动床2是由格栅3(流体输入格栅)和4(流体输出格栅)两个限定的。把流体F送入格栅3和壁1限定的环形区5。然后收集于格栅4(圆柱形的)限定的环形区6。图中示出了流体的循环。固体一般在平行于反应器轴的方向上流动。
示出的单中间格栅7把移动床的环形区分成了两个区:
按流体循环方向确定的第1区A中,中间格栅的上流面带有进入反应器的流体对第一区的颗粒所施的推力,但该力并不传递给下流处理的颗粒。因此该推力仅仅局限于颗粒床的一部分。
按流体循环方向确定的第2区B中,就上流区A中的颗粒来说,和没有中间格栅相反,流体所遇的第1区的颗粒将不受到任何力。至于在第2区中流体运动路径的终端所遇到的颗粒仅仅受到相当于减少床厚度的力,因此,这是一个减少了的要比没有设置中间格栅所施加的力小得多的横向力。
在每一区中,不仅相当大的受到流体而且也受到流体所施加的推力的颗粒是与流体(或多种)输出的格栅接触的那些颗粒。按所提议的布置,无论是与中间格栅接触还是与惯常输出格栅接触,这些力均会减少到相同的工作容量(iso-Capacity)。对较高的流体流速,其结果是相反,得到了堵塞极限。因此:
一方面,可提高现有装置的工作容量,而无堵塞危险;
另一方面,待构建的装置可获得本发明改进之处的优点,对于给定工作容量的装置而言,反应器会更加紧凑,更易于操作,使运行的可伸缩性提高了,用途增加了。
显然,中间壁数多少的选择,取决于反应器的几何形状,床的厚度,固体颗粒和主要流体的流速。
中间壁其每一面上必须具有和惯常用于限定颗粒介质所留空间用的壁一样的特性。中间壁除具有特别有利于颗粒滑动的表面条件外,而对固体颗粒而言,还必须是不能穿过的,但又须是以能促进流体以好的分配方式流动。
在特别优选的实施方案中,中间壁(或多个)(多个格栅)也可用以提供改变反器中的操作条件;可用于定期对供给的流体进行分配。
此时,中间壁或格栅包括由通过输入设备把称作补充流体的流体送入由一个空间隔开的两平行面。
这种布置称作“双面”布置。用机械计算来选定两面间的空间。一般大于0.2cm。该流体优选和输入反应器外壳的主流体或和从反应器外壳中排出的经处理的流体是相同流体,但也可是渐渐输入的且控制在反应器内通过浓度或分压或通过温度来促进反应的一种反应试剂。
输入补充流体的任何设备均可使用,如可为把流体扩散到格栅整个长度上的扩散管。
这种布置令人们感兴趣之处在于可以低的流速、同主流体以并流关系或逆流关系来注入补充流体。可以相应的方式和本领域技术人员按规则计算的流速来布置注入补充流体的开口。在大多数情形下,流速优选等于主流体流速的一半。
另一令人们感兴趣之处是补充流体同主流体可就地混合,这种布置也有利于已经穿过反应器第一区的主流体的各种物流相互混合。也可能把这种“双面”布置用作浸于反应器中而不妨碍颗粒介质或流体循环的有一种或多种流体的热变换器。把如热交换流体在其中循环的管或板等设于该双面之间的空间。
也可把此“双面”布置用于提供一完整系列的传感器以便能更好地了解或监测流体的状态或颗粒的运动。
下面将结合附图(上面已介绍过图1)来对本发明及其优异的双面实施方案进行介绍:
图2示出了有两个格栅的圆柱形反应器的一种实施方案的形式;示出了一种非限制性说明的典型的催化重整移动床反应器;
图3为一有两个格栅的平行六面体反应室的一种实施方案形式;
图4为双面格栅实施方案;和
图5为带隔板的实施方案。
如图2所示,所说反应器包括圆柱形壁1、底10、顶11、沿反应器轴的外圆柱形格栅3和同格栅3同心的但直径较小的内圆柱形格栅4。
位于反应器顶部的至少一个口12,引入固体颗粒S,经从反应器外壳底部的至少一个开口13排出,移动床颗粒在此两格栅间循环。经反应器顶部的至少一个口14把流体F输入、通过该床收集于格栅4限定的内容积中、然后经反应器下部的至少一个口15从反应器中排出。流体以不同于汇集的颗粒流动的方向穿过移动床。
所设置的同格栅3和4是同心的圆柱形中间格栅7超过移动床的整个高度,优选距流体输入格栅3三分之一以上厚度处。
在此图中配置的用以输入和排放流体的一个或多个口使流体从由反应器外壳壁和直径较大的外格栅限定的环形空间向由直径较小的格栅限定的内容积循环,从内容积中排出。流体反方向循环也是适合的。
为了提高移动床的机械强度,优选方式为可用一个或多个坚固的壁(隔板)或多个格栅(特别是双面形的)把颗粒床分为几部分。
这些连续壁(隔板)固定于内、外和中格栅上,这会涉及到组件的机械强度。布置这些壁时使之平行于固体颗粒的流动方向,但不会阻碍主流体的流动。将其辐射状布置于圆柱形反应容器中则是其例子。
很明显,这些壁(隔板)必须具有必要的表面特性以便固体颗粒能滑动。
如必要的话,每一部分均可单独供料而不依赖于其他部分。
选择的这些壁(隔板)应对流体(或多种)和固体是不能穿过的,或对固体是不能穿过而对流体(或多种)则是能穿过的。
图5是一说明隔板16的圆柱形反应器(如图2所示)的部分平面图。
图3是称作平行六面体的室25的视图,设有两个壁26和27,包括两个平行的板形格栅3和4,移动床的固体颗粒S在其间垂直方向循环;在由壁26和格栅3限定的空间28中同S垂直供入的流体F穿过床S并收集在壁27和从其中出去的格栅4间的空间29中。
所设计的反应器可是一个有圆柱形或平行六面体的套筒或壳的包括一个或多个平行六面体室的反应器。
一般而言,图3示出的反应器是由包括至少一个平行六面体室的反应器所形成的,该室包括两个壁、设于限定固体颗粒移动床的所说两壁间的两平行板状格栅及每一壁和格栅间的空间,其中的一个壁和格栅间形成的空间用以把流体送入所说室,其两者形成的另一空间用于排放其流体,在反应器中,至少一个平行六面体室至少包括一个设于移动床中的、同其他格栅互为平行的中间壁。
如前所述,在移动床中作限定部分的至少一个壁(隔板)可设置于基本平行于流体流动的方向上及基本平行于整个颗粒流动的方向上。
图4示出了称作双面结构的实施方案。两个隔开的格栅30和31(或壁)分别形成了中间格栅的上流和下流。在此特定实施方案中,这两个格栅允许主流体从区A向区B流动,但不允许固体颗粒按此方向流动。
于两格栅之间空间中的部件是用以输入补充流体FA的,在图中所示的是一如带孔33的孔管的扩散器32构成的,这些孔可方便地面向上流面,这样,可与主流体成逆流方式注入补充流体。
Claims (14)
1.一种至少由一个壁(1)限定的反应器外壳,该反应器外壳包括:
至少一个引入相同性质的固体颗粒的孔(12),
至少一个格栅(3,4)限定所说颗粒移动床,该移动床在所说反应器外壳中在基本上平行于格栅方向上循环。
至少一个口(14),该口用以输入至少一种在所说颗粒床中在不同于汇集的颗粒方向上循环的且经至少一个格栅(4)从所述床排出的流体;
至少一个用以从反应器外壳中排出所说流体的口(15);
至少一个用以从反应器外壳中排出所说颗粒的口(13);
其特征在于所说反应器外壳还包括至少一个称作中间壁的设置于颗粒床中的壁(7),该壁可让流体通过但固体颗粒不能通过,该壁基本上设于颗粒流动方向上,位于距流体从中排出的格栅0.1-0.75e处,e是床的总厚度,以这样的方式使堵塞颗粒向所说壁流动的最大流速在每一分开的区相同,所说中间壁同颗粒间的摩擦系数为0.1-0.7。
2.根据权利要求1的反应器外壳,其特征在于所说床的循环是在由反应器外壳的壁和格栅限定的容积内进行的。
3.根据权利要求1的反应器外壳,其特征在于所说床的循环是在由至少两格栅(3,4)限定的容积内进行的。
4.根据上述任一项权利要求的反应器外壳,其特征在于所说中间壁(7)(或多个)是由格栅形成的。
5.根据上述任一项权利要求的反应器外壳,其特征在于所说中间壁(7)(或多个)位于距流体从中排出的格栅(4)1/3-2/3床的总厚度处。
6.根据上述任一项权利要求的反应器外壳,其特征在于所说中间壁(7)(或多个)平行于至少一个格栅。
7.根据上述任一项权利要求的反应器外壳,该反应器外壳包括有圆柱形的壁(1)、底(10)和顶(11)、沿反应器的轴的为同心的且在反应器中限定固体颗粒移动床的两格栅(3、4)、在顶部(11)用于输入固体颗粒的至少一个口(12)和在反应器底部用以排放固体颗粒的至少一个口(13)、在反应器上部用以输入流体的至少一个口(14)和在反应器下部用以排放流体的至少一个口(15),该流体以不同于汇集的颗粒的流动方向穿过移动床,其特征在于所说反应器外壳还包括至少一个设于该移动床中的与其他格栅同心的中间格栅(7)。
8.根据权利要求7的反应器外壳,其特征在于用以输入和排放流体的口或多个口的布置应使流体从由反应器外壳的壁(1)和直径较大的外格栅(3)限定的环形空间向直径较小的并从其中排出的格栅(4)限定的内空间循环。
9.根据权利要求8的反应器外壳,其特征在于用以输入和排放流体的口或多个口的布置应使流体从由直径较小的格栅(4)限定的内空间向由反应器的壁(1)和直径较大的外格栅(3)限定的环形空间循环。
10.根据上述任一项权利要求的反应器外壳,该反应器外壳由反应器形成,该反应器包括至少一个平行六面体反应室(25),该室包括(26,27)两个壁、设于所说两壁间的限定固体颗粒移动床的两平行板状格栅(3,4)和每一壁和格栅形成的空间,其中的一个空间用以将流体送入所说室,另一空间用于收集排放其流体,所说反应器外壳其特征在于至少一个平行六面体的室,该室包括设置于移动床中的同其他格栅平行的至少一个中间壁(7)。
11.根据上述任一项权利要求的反应器外壳,其特征在于所说中间壁包括由输送设备(32)把补充流体送入一空间,由该空间隔开,流体能通过但固体不能通过的两平行面(30,31)。
12.根据上述任一项权利要求的反应器外壳,其特征在于该反应器外壳包括至少一个把移动床分成一部分或几部分的壁(隔板)。
13.根据上述任一项权利要求的反应器外壳,其特征在于该反应器外壳是由包含一催化剂颗粒移动床的反应器所形成的。
14.根据权利要求13的反应器外壳,其特征在于该反应器外壳包括催化重整反应器。
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