CN112973581A - 一种积垢过滤器、积垢过滤设备和大型固定床反应器 - Google Patents

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Abstract

本发明的实施例提供了一种积垢过滤器、积垢过滤设备和大型固定床反应器，涉及石油炼制和化工设备领域。该积垢过滤器包括相互连接的顶筒和底筒，顶筒的侧壁开设有第一通孔，底筒包括内筒和套设于内筒外侧的外筒，内筒和外筒之间形成环形空腔，顶筒内和环形空腔内均填充有保护剂和/或催化剂，内筒的内部形成供过滤后的液体排出的中心通道；外筒分为上部筒和下部筒，上部筒设置有第二通孔，下部筒设置有第三通孔，第二通孔的孔径小于第三通孔的孔径。该积垢过滤器的顶筒可以起到缓流和初步过滤的作用，而底筒下部空隙度较大，物料会持续缓慢流动，液体动态沉积，不易堵塞。该积垢过滤器安装于反应器的封头内，充分利用封头空间，提升了装填效率。

Description

一种积垢过滤器、积垢过滤设备和大型固定床反应器
技术领域
本发明涉及石油炼制和化工设备领域，具体而言，涉及一种积垢过滤器、积垢过滤设备和大型固定床反应器。
背景技术
近年来，随着环保法规日趋严格，原油逐渐重质化劣质化，而市场对优质馏分油的需求又不断增加，因此，油品加氢技术会对经济效益产生非常重要的影响。
石油炼制领域的烃类原料，特别是含杂质或易结焦的成分较多的原料，通常含有胶质、沥青质、金属杂质及悬浮颗粒等杂质，同时在实际运行中，系统及管道中也会产生锈垢等杂质。而进入加氢反应器前的反冲洗过滤只能除去不溶性污物，带有可溶性杂质的原料进入反应器后，会在催化剂床层表面形成污垢并积累，将迅速减小介质流通通道，甚至造成阻塞，这些杂质进入催化剂段就会沉积到催化剂表面，堵塞催化剂孔道，使催化剂的孔容大大下降，从而使催化剂活性快速降低。同时，垢物在催化剂床层表面积累还会使反应器压降上升，严重时会压垮塔盘，造成非计划停工。
影响催化剂床层压降的因素较多，这些因素的影响可以归结为催化剂床层堵塞。按照床层堵塞发生的原因不同，可将其分为反应器顶部结垢、催化剂结焦、催化剂床层局部塌陷三类，其中反应器顶部结垢是导致压降升高的最主要的一种因素。
长期的生产经验表明，加氢原料油中的结垢物，一般包括铁、钙等金属盐类悬浮颗粒物、类结炭物和机械杂质等。尽管反应器前的过滤器能滤除绝大部分结垢物，但受过滤精度的限制，仍有少数杂质被带进反应系统，同时部分盐类还是在高换升温后析出。进入反应系统的结垢物会沉积在催化剂表面，堵塞催化剂床层孔道，并使得催化剂颗粒连接，形成板结。
为解决上述问题，最早的方法是根据液相进料性质及反应装置工况，在反应器内设置若干个积垢篮，拦截、过滤、沉积液相进料中的污物。常见的积垢篮为筒式结构，外裹筛网，置于催化剂顶部床层上表面的瓷球床层内，瓷球床层的下面敷设保护剂床层。具体结构和形式参见《石油化工设备技术》1995年第1期“加氢反应器内构件的发展”一文中第17页。工业应用证明，这种结构的积垢篮安装非常烦琐，并且积垢篮占用反应器有效空间较大，因而会减小反应器有效体积、降低催化剂藏量。由于这种积垢篮是分散间歇安装，不能保证所有的物料都经过过滤，同时还会影响液相进料在催化剂顶部床层上分布的均匀性，目前在工业装置上已经使用较少。
框式积垢过滤结构：
LPEC和SEGR结合渣油加工的具体特点和工程应用经验，开发了用于气液并流固定床反应器内的过滤设备，如CN200810049861.3、CN200810049860.9和CN201610850054.6，这类过滤设备在反应器水平截面上的各处位置都能均匀地过滤液相进料中的污物，不会出现短路，压降较小，安装方便，但是容垢能力相对较差，适合相对清洁的油品。
筒式过滤结构：
国内单位在上述积垢篮的基础上改进优化，形成了一批筒式积垢器，如CN201420434290.6、CN 201420434739.9、CN 200110050800.0、CN 200410050765.2、CN200510069872.4、CN 200520017581.6、CN 201220077319.0等，这些积垢器安装在反应器封头里，装填一定数量的保护剂，效果较好，但是这类筒式过滤器存在的问题，一是上部气体通道会导致大部分液体直接被抽吸走短路，二是过滤网会快速糊死，保护剂难以起到预定阻垢过滤的效果，垢物单纯依靠沉淀，效果不佳。此类积垢篮适合新建装置预留安装凸台，老装置改造相对复杂，限于梁和凸台的承重能力，积垢能力也有限。
国外壳牌公司开发了一种筒式积垢器，安装在封头空间，如201680070157.9，与国内主要的专利结构没有本质区别，细节上稍有优化提升，更方便安装和拆卸。
目前国内加氢反应器的直径已经发展到了5m以上，封头空间的高度有2m以上，如果针对积垢量较大的环境，仍采用现有的两类技术难以有效实现积垢和容垢，减小对下床层的影响，本发明主要是根据筒式积垢过滤器的流体力学特性，降低气体对液体全过滤的影响，采用多层组合积垢过滤结构，结合气液流动特性，合理布局每层过滤筒的参数和保护剂的参数，可以在压降较小的情况下，实现油品的全过滤。
鉴于此，特提出本申请。
发明内容
本发明的目的包括，例如，提供了一种积垢过滤器、积垢过滤设备和大型固定床反应器。
本发明的实施例可以这样实现：
第一方面，本发明提供一种积垢过滤器，所述积垢过滤器包括相互连接的顶筒和底筒，所述顶筒的侧壁开设有第一通孔，所述底筒包括内筒和套设于所述内筒外侧的外筒，所述内筒和所述外筒之间形成环形空腔，所述顶筒内和所述环形空腔内均填充有保护剂和/或催化剂，所述内筒的内部形成供过滤后的液体排出的中心通道；
所述外筒和所述内筒中的至少一个分为上部筒和下部筒，所述上部筒设置有第二通孔，所述下部筒设置有第三通孔，所述第二通孔的孔径小于所述第三通孔的孔径。
在可选的实施方式中，所述中心通道内设置有连接件，所述连接件同时与所述顶筒和所述底筒连接，所述顶筒的底板和所述底筒的顶板之间形成有供气体进入所述中心通道的气流通道。
在可选的实施方式中，所述顶筒的顶板开设有进液口，所述顶筒的外径大于所述底筒的外径；
优选地，所述进液口的直径为所述顶筒直径的1/4-3/4。
在可选的实施方式中，所述环形空腔内均填充的所述保护剂和/或催化剂的粒径为0.5-5毫米且呈从下到上粒径逐渐缩小分布。
在可选的实施方式中，所述内筒的结构与所述外筒的结构相同。
在可选的实施方式中，所述第一通孔为条形缝；
优选地，所述第一通孔的宽度为0.5-3毫米，所述第一通孔的高度为所述顶筒的高度的1/2-3/4；
优选地，所述顶筒的高度为50-200毫米；
优选地，所述第一通孔的下端到所述顶筒的底板的距离为5-10毫米。
在可选的实施方式中，所述底筒的高度为200-1200毫米；
优选地，所述上部筒的高度为200-1000毫米，所述下部筒的高度为200-1000毫米；
优选地，所述第二通孔的孔径为0.01-1毫米，所述第三通孔的孔径为0.05-3毫米。
在可选的实施方式中，所述上部筒采用0.025-1毫米的约翰逊丝网制成，所述下部筒采用0.5-5毫米的约翰逊丝网制成。
第二方面，本发明提供一种用于大型固定床反应器内的积垢过滤设备，其包括用于与固定床反应器连接的积垢盛接盘以及如前述实施方式任一项所述的积垢过滤器，所述积垢盛接盘上开设有多个安装孔，每个所述安装孔上均安装有所述积垢过滤器，所述积垢过滤器的所述底筒的底板与所述积垢盛接盘连接。
第三方面，本发明提供一种大型固定床反应器，其封头内安装有如前述实施方式所述的用于大型固定床反应器内的积垢过滤设备。
本发明实施例的有益效果包括，例如：
本申请提供的积垢过滤器包括顶筒和底筒，底筒又包括内筒和外筒，其中，外筒又分为上下两部分，通过控制第二通孔和第三通孔的大小使得外筒形成下疏上密的结构，根据反应器运行的基本特点，结合反应器初期和末期的特点，实现了两种状态下，两种原理的积垢和过滤；本发明通过设置合理的开孔率，充分保证压降较小，同时满足积垢过滤功能。本发明作为一种大型加氢反应器内构件，分多层安装在反应器的封头内，在液相进料进入催化剂床层之前对液相进料中的污物进行拦截、过滤、沉积，有效减缓催化剂顶部床层的积垢、结焦，消除由其造成的各种问题。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1为本申请实施例提供的积垢过滤设备的结构示意图；
图2为本申请实施例提供的积垢过滤设备的积垢盛接盘的结构示意图；
图3为本申请实施例提供的积垢过滤设备的积垢过滤器的结构示意图；
图4为本申请实施例提供的积垢过滤设备的积垢过滤器的立体结构示意图；
图5为本申请实施例提供的积垢过滤设备的积垢过滤器的剖视图；
图6为本申请实施例提供的积垢过滤设备的积垢过滤器的顶筒为圆盘状时的结构示意图。
图标：200-积垢过滤设备；210-积垢盛接盘；211-安装孔；100-积垢过滤器；110-顶筒；111-进液口；112-第一通孔；113-气流通道；120-底筒；121-内筒；122-外筒；123-中心通道；124-上部筒；125-下部筒；126-第二通孔；127-第三通孔；130-连接杆。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
在本发明的描述中，需要说明的是，若出现术语“上”、“下”、“内”、“外”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，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，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，若出现术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明的实施例中的特征可以相互结合。
实施例
请参考图1和图2，本实施例提供了一种积垢过滤设备200，其包括积垢盛接盘210和积垢过滤器100。积垢盛接盘210上开设有多个安装孔211，每个安装孔211上均安装有积垢过滤器100，积垢盛接盘210安装于积垢过滤器100的底部。
请参阅图3、图4和图5，积垢过滤器100其包括顶筒110、底筒120和连接杆130。顶筒110和底筒120相互独立且利用连接杆130进行连接。积垢过滤器100的底筒120的底板与积垢盛接盘210连接，具体来说，底筒120也是通过连接杆130与积垢盛接盘210进行连接，并且实现可拆卸连接。
顶筒110的结构可以有多种，包括但不限于圆筒状、圆盘形或圆台形，其中，顶筒110的顶板开设有进液口111，进液口111的直径为顶筒110直径的1/4-3/4，顶筒110的顶板用于接液，顶筒110的顶板的面积可以适当进行外扩以减小喷洒的液体对液面的扰动。顶筒110的底板未设开口，实现对物料的盛接。顶筒110的侧壁开设有第一通孔112以便于盛接的物料从第一通孔112溢流出顶筒110。顶筒110内填充有尺寸大于第一通孔112的保护剂和/或催化剂；保护剂和/或催化剂的粒径可以是一种也可以是级配，保护剂和/或催化剂可以实现对物料的吸附和过滤。本申请中第一通孔112的形状可以有多种，具体到本实施例中，第一通孔112为条形缝，条形缝的下端未开至顶筒110的下板，也即是，第一通孔112的下端到顶筒110的底板的距离为5-10毫米。本申请中，顶筒110的高度为50-200毫米；第一通孔112的高度为顶筒110的高度的1/2-3/4，第一通孔112的宽度为0.5-3毫米。本申请中，第一通孔112的尺寸较大，不易堵塞，便于液体快速从顶筒110流出。
由于从顶部喷洒的物料冲力较大，顶筒110的设置可以起到缓流的作用，有效避免物料直接冲击到积垢盛接盘210上对积垢盛接盘210造成损伤。进一步地，由于顶筒110内填充有保护剂和/或催化剂，进入顶筒110内的液体可以实现初步的积垢和过滤的作用。此外，以顶筒110为圆筒状为例，顶筒110的外径大于底筒120的外径，从顶筒110的第一通孔112溢流出的液体可以起到对底筒120的侧壁进行冲刷的作用，应理解，在本申请的其他实施方式中，但顶筒110为其他形状时，需保证，顶筒110的第一通孔112的底端对应于顶筒110的开设位置处的外径大于底筒120的外径，以保证从顶筒110的第一通孔112溢流出的液体可以起到对底筒120的侧壁进行冲刷，例如图6中提供了一种顶筒110为圆盘状的示意图，该圆盘状的顶筒110的上部进液口111外扩，利于增加接液面积，减小对液面的扰动。
底筒120的结构大致为圆筒状，其包括内筒121和套设于内筒121外侧的外筒122，内筒121和外筒122之间形成环形空腔(图未标)，环形空腔内填充有保护剂和/或催化剂，内筒121的内部形成供过滤后的液体排出的中心通道123。外筒122分为上部筒124和下部筒125，上部筒124设置有第二通孔126，下部筒125设置有第三通孔127，第二通孔126的孔径为0.01-1毫米，第三通孔127的孔径为0.05-3毫米。第二通孔126的孔径小于第三通孔127的孔径，形成下疏上密的结构。而本申请中内筒121的结构可以与外筒122的结构相同或不同，但内筒121与外筒122的结构相同时，即外筒122也采用下疏上密的结构。而但内筒121的结构与外筒122的结构不同时，内筒121可以采用所有孔隙相同的结构。
底筒120的高度为200-1200毫米；优选地，上部筒124的高度为200-1000毫米，下部筒125的高度为200-1000毫米。上部筒124采用0.025-1毫米的约翰逊丝网制成，下部筒125采用0.5-5毫米的约翰逊丝网制成。
保护剂和/或催化剂的粒径可以是一种也可以是级配，优选地，考虑到本申请中底筒120的上部筒124和下部筒125的设置，环形空气内的保护剂和/或催化剂的粒径与第二通孔126和第三通孔127的孔径相匹配，可以根据布局采用级配方案，环形空气内的保护剂和/或催化剂的粒径为0.5-5毫米且呈从下到上粒径逐渐缩小分布。
根据本实施例提供的一种积垢过滤设备200的工作原理是：
本申请提供的积垢过滤器100为筒形结构，其采用多层组合过滤结构，具体来说，多层组合包括两方面，第一方面是积垢过滤器100包括相互独立的顶筒110和底筒120，第二方面是底筒120包括内筒121和外筒122，并且内筒121和外筒122中的至少一者呈现下疏上密，在过滤初期，杂质较多，下疏上密的设置可以保证下层的空隙较大，不容易被堵塞，导致液位持续上涨，整个积垢过滤器100上呈现一种静态沉积的状态，严重时候直接出现液体漫流，根本起不到积垢过滤作用。
下部空隙度较大，整个积垢过滤器100内的液体会持续缓慢流动，几乎全部液体在此动态沉积。液位也相对较低，上部筒124壁受到顶筒110下来的液体冲刷，不易堵塞。液位一旦上升到较密的位置，气体流通时在吼道(即气体流通面积最小的位置)的距离减少，对液体的抽吸作用增强，因此上部设计较密的约翰逊网相对合理。
底筒120双层结构，下疏上密包含了两个基础理论，每一个阶段蕴含的基本理论都不相同。首先保证动态溢流沉积，其次在运行后期，液位升高，气体的流通空间全部依靠内筒121，然后就会在内筒121液位这一段形成相对低压，此时对于动态溢流沉积的要求越来越来高，发挥文丘里抽吸效应，原本堵塞的位置，还可以进一步过滤积垢，进而充分保证积垢过滤功能。
整个积垢过滤设备200全部安装在封头内，充分利用大型反应器的封头空间。顶筒110内部和底筒120的内筒121和外筒122形成的环形空腔之间均填充有相同或不同的材料，主要包括保护剂和/或催化剂，充分利用封头的空间，提高催化剂装填率。
根据本实施例提供的一种积垢过滤设备200的工作过程是：
待过滤的物料(包含液体和气体)中的气体直接从顶筒110和底筒120之间的气流通道113进入到中心通道123，而液体从顶筒110的顶部喷洒进入积垢过滤器100，其中，液体从顶筒110顶部的进液口111进入顶筒110，经过保护剂和/或催化剂的过滤吸附后从第一通孔112排出，由于第一通孔112的尺寸较大，污垢不易架桥堵塞。由于顶筒110的外径大于底筒120的外径，从第一通孔112排出的液体进入到底筒120的外部空间，由于底筒120的底板连接在积垢盛接盘210上，因此进入底筒120外部空间的液体在积垢盛接盘210上堆积，同时从第一通孔112排出的液体还可以起到对底筒120的外部沉积的污垢进行冲刷的作用。在底筒120外部堆积的液体经底筒120的外筒122的下部筒125上的第二通孔126进入到环形空腔内，环形空腔内的保护剂和/或催化剂再次对液体进行吸附和过滤，随后通过内筒121上的孔隙进入到中心通道123。随着物料的不断进入和积垢过滤器100的不断工作，液体液位上涨，此时的液体经过了环形空腔内底部的保护剂和/或催化剂的充分吸收和过滤，上升到上部筒124的液体杂质相对较少，使得液体始终保持动态流动，并且当液位上升到较密的位置，气体流通时在吼道的距离减少，对液体的抽吸作用增强，持续过滤直至积垢过滤器100失效。
此外，本申请提供的大型固定床反应器，其封头内安装有上述积垢过滤设备200，具体来说，积垢盛接盘210安装于封头内的凸台上，本申请不改变大型固定床反应器的具体结构，并且充分利用了大型反应器的封头空间，提高催化剂装填率。
本实施例提供的一种积垢过滤设备200至少具有以下优点：
(1)本发明采用两类双层结构，首先分为顶筒110和底筒120，其次底筒120分为上下两部分，属于结构的创新；
(2)本发明顶筒110和底筒120的结构优势在顶筒110一方面积垢过滤，溢流液体对底筒120冲刷，另一方面组合设计可以保证液体动态沉积，避免气体对液体抽吸，出现短路；
(3)本发明底筒120分为下疏上密两层，根据反应器运行的基本特点，结合反应器初期和末期的特点，实现了两种状态下，两种原理的积垢和过滤；
(4)本发明通过设置合理的开孔率，充分保证压降较小，同时满足积垢过滤功能。
本发明作为一种大型加氢反应器内构件，分多层安装在反应器的封头内，在液相进料进入催化剂床层之前对液相进料中的污物进行拦截、过滤、沉积，有效减缓催化剂顶部床层的积垢、结焦，消除由其造成的各种问题。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种积垢过滤器，其特征在于，其包括相互连接的顶筒和底筒，所述顶筒的侧壁开设有第一通孔，所述底筒包括内筒和套设于所述内筒外侧的外筒，所述内筒和所述外筒之间形成环形空腔，所述顶筒内和所述环形空腔内均填充有保护剂和/或催化剂，所述内筒的内部形成供过滤后的液体排出的中心通道；
所述外筒分为上部筒和下部筒，所述上部筒设置有第二通孔，所述下部筒设置有第三通孔，所述第二通孔的孔径小于所述第三通孔的孔径。
2.根据权利要求1所述的积垢过滤器，其特征在于，所述中心通道内设置有连接件，所述连接件同时与所述顶筒和所述底筒连接，所述顶筒的底板和所述底筒的顶板之间形成有供气体进入所述中心通道的气流通道。
3.根据权利要求1所述的积垢过滤器，其特征在于，所述顶筒的顶板开设有进液口，所述顶筒的外径大于所述底筒的外径；
优选地，所述进液口的直径为所述顶筒直径的1/4-3/4。
4.根据权利要求1所述的积垢过滤器，其特征在于，所述环形空腔内均填充的所述保护剂和/或催化剂的粒径为0.5-5毫米且呈从下到上粒径逐渐缩小分布。
5.根据权利要求1所述的积垢过滤器，其特征在于，所述内筒的结构与所述外筒的结构相同。
6.根据权利要求1所述的积垢过滤器，其特征在于，所述第一通孔为条形缝；
优选地，所述第一通孔的宽度为0.5-3毫米，所述第一通孔的高度为所述顶筒的高度的1/2-3/4；
优选地，所述顶筒的高度为50-200毫米；
优选地，所述第一通孔的下端到所述顶筒的底板的距离为5-10毫米。
7.根据权利要求1所述的积垢过滤器，其特征在于，所述底筒的高度为200-1200毫米；
优选地，所述上部筒的高度为200-1000毫米，所述下部筒的高度为200-1000毫米；
优选地，所述第二通孔的孔径为0.01-1毫米，所述第三通孔的孔径为0.05-3毫米。
8.根据权利要求1所述的积垢过滤器，其特征在于，所述上部筒采用0.025-1毫米的约翰逊丝网制成，所述下部筒采用0.5-5毫米的约翰逊丝网制成。
9.一种积垢过滤设备，其特征在于，其包括用于与固定床反应器连接的积垢盛接盘以及如权利要求1-8任一项所述的积垢过滤器，所述积垢盛接盘上开设有多个安装孔，每个所述安装孔上均安装有所述积垢过滤器，所述积垢过滤器的所述底筒的底板与所述积垢盛接盘连接。
10.一种大型固定床反应器，其特征在于，其封头内安装有如权利要求9所述的积垢过滤设备。
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