CN113262725A - 一种上流式加氢反应器 - Google Patents

Abstract

本申请提供了一种上流式加氢反应器，涉及石油化工设备技术领域。其包括反应器筒体和连接于反应器筒体的内壁的至少1个气液分布装置，反应器筒体的上下两端分别为出口端和入口端，当气液分布装置的数量大于或等于2时，多个气液分布装置由下至上设置于入口端及出口端之间；每个气液分布装置均包括气液分布盘及位于其上方的支撑格栅，支撑格栅的表面连接有多个朝下支出的支撑梁，多个支撑梁与支撑格栅之间形成多个独立区域，支撑梁支出的端部与气液分布盘之间具有用作气液均布空间的间隙以使气液在气液均布空间混合后再进入独立区域。上述结构既能适用于新旧加氢反应器应用，也能适用于微气泡和混合气泡体系下的上流式加氢反应器。

Description

一种上流式加氢反应器

技术领域

本发明涉及石油化工设备领域，具体而言，涉及一种上流式加氢反应器。

背景技术

随着目前国内加工原油的日趋重质化和劣质化，加之我国经济高速发展和环保法规的日益严格，市场对清洁油品需求也在急速增加。因此，重质油轻质化和优质化是当前急需解决的重要任务。加氢处理技术是解决上述问题的一种有效手段，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。

根据固定床加氢反应器的进料方向，可以分为上流式(下进料)和下流式(上进料)固定床加氢反应器两种形式，其中的上流式固定床反应器在油品加氢过程中具有一定的优势。

例如其可处理多种类型的油品：具体的，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反应器，其可使气液并流向上运动引起催化剂床层的膨胀，从而可以增加床层的空隙率，避免催化剂床层的堵塞。此外，上流式加氢反应反应器可以采用微气泡来强化加氢油品加氢的传质过程，液体为连续相，微气泡为分散相。微气泡可以为外置的微界面机组产生或者是内置的专用内构件产生，各有自身的优势，能够通过强化传质来降低反应对于压力的依赖。

但综合分析目前国内外现有的上流式固定床加氢反应器，至少存在以下问题：不能同时适用于微气泡和混合气泡体系。

鉴于此，特提出本申请。

发明内容

本发明的目的在于提供了一种上流式加氢反应器，其能够同时适用于微气泡和混合气泡体系。

本申请可以这样实现：

本申请提供一种上流式加氢反应器，其包括反应器筒体和连接于反应器筒体的内壁的至少1个气液分布装置，反应器筒体的上下两端分别为出口端和入口端，当气液分布装置的数量大于或等于2时，多个气液分布装置由下至上间隔设置于入口端和出口端之间；

每个气液分布装置均包括气液分布盘以及位于气液分布盘上方的支撑格栅，支撑格栅的表面连接有多个朝下支出的支撑梁，多个支撑梁与支撑格栅之间形成多个独立区域，支撑梁支出的端部与气液分布盘之间具有用作气液均布空间的间隙以使经过气液分布盘的气液在气液均布空间混合后再进入独立区域。

在可选的实施方式中，每个气液分布装置中，支撑梁的端部与气液分布盘之间的间隙为50-200mm。

在可选的实施方式中，气液分布盘的开孔率为10-50％。

在可选的实施方式中，每个气液分布装置中，气液分布盘的表面还连接有导向板，导向板由的气液分布盘的上表面向气液均布空间延伸。

在可选的实施方式中，出口端设有出口收集器，出口收集器包括中心聚集器和设置于中心聚集器外围的整形积垢装置。

在可选的实施方式中，整形积垢装置包括第一折流件，第一折流件包括位于中心聚集器下方的第一折流板和连接于第一折流板的周缘的第一挡板，第一挡板由第一折流板向上支出。

在可选的实施方式中，第一折流件还包括连接于第一挡板表面的第二挡板，沿反应器筒体的径向方向，第二挡板位于第一挡板与中心聚集器之间并由第一折流板向上支出。

在可选的实施方式中，第二挡板的支出长度短于第一挡板的支出长度。

在可选的实施方式中，整形积垢装置包括第二折流件，第二折流件包括第二折流板和第三挡板，第二折流板连接于中心聚集器的外壁，第三挡板由第二折流板向下支出。

在可选的实施方式中，沿反应器筒体的轴向方向，第三挡板与第一折流板之间的距离小于第二挡板的高度。

在可选的实施方式中，入口端设有入口扩散器。

在可选的实施方式中，反应器筒体的入口端内壁留有向上支出的筋板，入口扩散器连接于筋板；或，入口扩散器安装于位于最下方的气液分布装置的气液分布盘的下表面。

在可选的实施方式中，入口扩散器为平板型或锥板型。

在可选的实施方式中，入口扩散器的表面设有多个通孔或通缝。

在可选的实施方式中，反应器筒体的内壁设有用于支撑气液分布盘的第一凸台。

在可选的实施方式中，反应器筒体的内壁还设有用于支撑支撑格栅的第二凸台；或，反应器筒体的内壁设有支撑裙筒，支撑裙筒的一端连接于第一凸台，另一端用于支撑支撑格栅。

在可选的实施方式中，上流式加氢反应器还包括与气液分布装置数量一致的床层压盖，床层压盖对应位于每个气液分布装置中支撑格栅的上方且床层压盖的边缘连接于反应器筒体的内壁。

在可选的实施方式中，当气液分布装置的数量大于或等于2时，上流式加氢反应器还包括冷氢管；相邻两个气液分布装置中，位于下方的气液分布装置所对应设置的床层压盖与位于上方的气液分布装置的气液分布盘之间形成混合空间；冷氢管的一端用于与外界氢源连接，另一端伸入混合空间内。

在可选的实施方式中，冷氢管呈支管式或环状式。

在可选的实施方式中，冷氢管的伸入混合空间内的管体开设有多个通孔。

本申请的有益效果包括：

本申请通过在支撑梁支出的端部与气液分布盘之间设置具有用作气液均布空间的间隙以使经过气液分布盘的气液在气液均布空间混合后再进入由多个支撑梁与支撑格栅之间形成独立区域，可给予气液混合物充分的混合场所，利于气液均布，可适用于微气泡和混合气泡体系。

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为本实施例中具有2个气液分布装置的上流式加氢反应器的结构示意图；

图2为图1中出口收集器的结构示意图。

图标：1-入口扩散器；2-凸台；3-气液分布盘；4-支撑格栅；5-均布空间；6-床层压盖；7-支撑裙筒；9-混合空间；10-出口收集器；11-中心聚集器；12-整形积垢装置；121-第一折流板；122-第一挡板；123-第二挡板；124-第二折流板；125-第三挡板。

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。

发明人经研究提出，目前现有的上流式固定床加氢反应器不能同时适用于微气泡和混合气泡体系的原因可能包括：

(1)没有具体考虑气液分布装置和支撑格栅之间的匹配关系。气液分布装置通过优化设计可能确能实现气液均布，但是和支撑格栅、格栅梁之间关系没有详细介绍，实际应用存在较大不确定性；

(2)都是基于常规气液上流式加氢反应设计的，适用于气泡几乎90％以上都是1mm以上的气泡流，没有考虑是否适应微气泡流和混合气泡流状态下的加氢反应。

此外，目前现有的上流式固定床加氢反应器基本都是基于新设计装置提出的专利结构，对于旧反应器改造，没有提出解决方案。

基于此，发明人创造性地提出了本申请的上流式加氢反应器，其不仅能够适用于新旧加氢反应器，而且还同时适用于微气泡和混合气泡体系。具体结构请参照以下具体实施例。

实施例

本实施例提供了一种上流式加氢反应器，其包括反应器筒体和连接于反应器筒体的内壁的至少1个气液分布装置，反应器筒体的上下两端分别为出口端和入口端，当气液分布装置的数量大于或等于2时，多个气液分布装置由下至上依次间隔设置于入口端和出口端之间。每个气液分布装置的上方均对应一催化剂床层。图1示出的为具有2个气液分布装置的上流式加氢反应器的结构示意图，其余数量的气液分布装置的情况可参照图1进行相应调整。

每个气液分布装置均包括气液分布盘3以及位于气液分布盘3上方的支撑格栅4，支撑格栅4的表面连接有多个朝下支出的支撑梁，多个支撑梁与支撑格栅4之间形成多个独立区域，支撑梁支出的端部与气液分布盘3之间具有用作气液均布空间5的间隙以使经过气液分布盘3的气液在气液均布空间5混合后再进入独立区域。

其中，气液分布盘3上具有多个分布器，通过分布器以实现气液均布，避免床层回流。气液分布盘3的开孔率可以为10-50％，如10％、20％、30％、40％或50％等，也可以为10-50％范围内的其它任意值。

支撑格栅4主要用于支撑催化剂床层，起到承重作用，一般格栅所具有的条缝要比催化剂尺寸小0.2mm以上。

值得强调的是，现有技术中气液分布盘3和支撑格栅4基本上都是贴合，共用一套支撑梁。但气液分布盘3和支撑格栅4贴合导致：通过气液分布盘3上的分布器以后，支撑格栅4的支撑筋之间会形成多个条状的独立区域，气液通过分布器以后难以形成均匀混合，对于气液传质存在一定影响。而本申请通过在支撑梁支出的端部与气液分布盘3之间设置气液均布空间5，可给予气液混合物充分的混合场所，利于气液均布。

可参考地，每个气液分布装置中，支撑梁的端部与气液分布盘3之间的间隙可以为50-200mm，如50mm、80mm、100mm、150mm或200mm等，也可以为50-200mm范围内的其它任意值。

进一步地，每个气液分布装置中，气液分布盘3的表面还可连接有导向板，导向板由的气液分布盘3的上表面向气液均布空间5延伸。可参考地，同一气液分布盘3上的导向板的数量可以为多个，多个导向板的设置角度可以不同，呈混合角度的形式设置。

通过均布空间5首先预留混合均布高度，再结合设置混合导向板，可强化气液之间的混合，气液通过气液分布盘3，相互混合好后，再进入到支撑格栅4的支撑筋之间的独立区域。

本申请中，上流式加氢反应器的入口端还设有入口扩散器1，也即入口扩散器1设置于上流式加氢反应器的底部，其作用主要是将气液来流快速的扩散到整个反应器的截面上，避免形成中心流和返混流，起到初始分布的作用。

可参考地，上述入口扩散器1的连接方式可以是在反应器筒体的入口端内壁留有向上支出的筋板，入口扩散器1则连接于该筋板。也可以是入口扩散器1安装于位于最下方的气液分布装置的气液分布盘3的下表面。

上述入口扩散器1可以为平板型也可以为锥板型。入口扩散器1的表面设有多个通孔或通缝。

本申请中，气液分布盘3和支撑格栅4中至少有一者通过凸台2连接于反应器筒体。

可参考地，当气液分布盘3通过凸台2连接于反应器筒体时，反应器筒体的内壁设有用于支撑气液分布盘3的第一凸台2。第一凸台2的数量可根据实际需要进行设置，当第一凸台2的数量为多个时，其设置形式优选为对称设置或等距间隔设置。

当支撑格栅4也通过凸台2连接于反应器筒体时，反应器筒体的内壁还设有用于支撑支撑格栅4的第二凸台2。同理地，第二凸台2的数量可根据实际需要进行设置，当第二凸台2的数量为多个时，其设置形式优选为对称设置或等距间隔设置。

当支撑格栅4不通过凸台2连接于反应器筒体时，反应器筒体的内壁设有竖向的支撑裙筒7，支撑裙筒7的一端连接于第一凸台2，另一端用于支撑支撑格栅4。同理地，支撑裙筒7的数量可根据实际需要进行设置，当支撑裙筒7的数量为多个时，其设置形式优选为对称设置或等距间隔设置。

此外，当支撑格栅4通过凸台2连接于反应器筒体而气液分布盘3不通过凸台2连接于反应器筒体时，反应器筒体的内壁设有竖向的支撑裙筒7，支撑裙筒7的一端连接于用于支撑支撑格栅4的第二凸台2，另一端用于连接或悬挂气液分布盘3。同理地，该支撑裙筒7的数量可根据实际需要进行设置，当支撑裙筒7的数量为多个时，其设置形式优选为对称设置或等距间隔设置。

上述支撑裙筒7支撑结构的设置便于旧反应器的改造，使该上流式加氢反应器能够同时适用于新旧加氢反应器。

进一步地，本申请中，上流式加氢反应器还包括与气液分布装置数量一致的床层压盖6，床层压盖6对应位于每个气液分布装置中支撑格栅4的上方且床层压盖6的边缘连接于反应器筒体的内壁。该床层压盖6主要用于拦截床层催化剂。

较佳地，当气液分布装置的数量大于或等于2时，上流式加氢反应器还包括冷氢管；相邻两个气液分布装置中，位于下方的气液分布装置所对应设置的床层压盖6与位于上方的气液分布装置的气液分布盘3之间形成混合空间9；冷氢管的一端用于与外界氢源连接，另一端伸入混合空间9内。

冷氢管的伸入混合空间9内的管体开设有多个通孔，从而在床层压盖6与气液分布盘3之间根据需要注入相应量的氢气，类似于下流式反应器的冷氢箱。

可参考地，冷氢管例如可以呈支管式设置，也可呈环状式设置。冷氢管可采用内外多点双旋流式冷氢管或文丘里多点喷射式冷氢管。

由于混合空间9提供了冷氢与气液混合物的接触空间，但其并不一定均布，通过本申请所设置的均布空间5，可有效延长气液接触时间，实现气液均匀分布。

进一步地，本申请中，上流式加氢反应器的出口端设有出口收集器10，出口收集器10包括中心聚集器11和设置于中心聚集器11(可看作中心管)外围的整形积垢装置12。

可参考地，请再结合图2，整形积垢装置12包括第一折流件，第一折流件包括位于中心聚集器11下方的第一折流板121和连接于第一折流板121的周缘的第一挡板122，第一挡板122由第一折流板121向上支出。

进一步地，第一折流件还可包括连接于第一挡板122表面的第二挡板123，沿反应器筒体的径向方向，第二挡板123位于第一挡板122与中心聚集器11之间并由第一折流板121向上支出。

可参考地，第二挡板123的支出长度优选短于第一挡板122的支出长度。

更进一步地，整形积垢装置12还可包括第二折流件，第二折流件包括第二折流板124和第三挡板125，第二折流板124连接于中心聚集器11的外壁，第三挡板125由第二折流板124向下支出。

可参考地，沿反应器筒体的径向方向，第三折流板位于第二折流板124与中心聚集器11之间。较佳地，沿反应器筒体的轴向方向，第三挡板125与第一折流板121之间的距离小于第二挡板123的高度。

微气泡排出的方法有很多种，物理的和化学的，现有技术中的微气泡排出方法主要集中在反应器系统外部。本申请提出利用反应器上封头空间来对气液整形，从而提高反应器空间利用率，消除反应中形成或者残留的微气泡。此外，由于气体从液体中排出过程极易造成液面波动，对于床层稳定不利，另外一旦床层中有少量催化剂或者粉尘排出，需要进一步拦截。通过设置本申请的出口收集器10，可起到消除液体中一部分微气泡，液面整形，以及拦截沉积粉尘气液的作用。具体的：气液由催化剂床层上来后，经整形积垢装置12，气液聚集分离并折流，一部分排出的催化剂可以沉积，微气泡经过中心聚集器11后进一步聚集形成大气泡。

承上，本申请提出的上流式加氢反应器与现有技术相比至少具有以下优点：

(1)通过成熟内构件和新内构件组合使用，增加新的功能，同时提高内部传质特性；

(2)增加了均布空间5，可解决气液混合后的均布问题；

(3)提出了器内出口收集器10，利用反应器上封头空间来对气液整形，提高反应器空间利用率，消除反应中形成或者残留的微气泡，同时具有气液整形和容垢能力。

值得强调的是，本申请提出的混合空间9、气液分布盘3和均布空间5为一个有机整体，其中，气液分布盘3和均布空间5必须组合使用，缺一不可。

综上，本申请提供的上流式加氢反应器的结构不仅能够同时适用于新旧加氢反应器，而且还能同时适用于微气泡和混合气泡体系下的上流式加氢反应器。

以上，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。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种上流式加氢反应器，其特征在于，包括反应器筒体和连接于所述反应器筒体的内壁的至少1个气液分布装置，所述反应器筒体的上下两端分别为出口端和入口端，当所述气液分布装置的数量大于或等于2时，多个所述气液分布装置由下至上间隔设置于所述入口端和所述出口端之间；

每个所述气液分布装置均包括气液分布盘以及位于所述气液分布盘上方的支撑格栅，所述支撑格栅的表面连接有多个朝向下支出的支撑梁，多个所述支撑梁与所述支撑格栅之间形成多个独立区域，所述支撑梁支出的端部与所述气液分布盘之间具有用作气液均布空间的间隙以使经过所述气液分布盘的气液在所述气液均布空间混合后再进入所述独立区域。

2.根据权利要求1所述的上流式加氢反应器，其特征在于，每个所述气液分布装置中，所述支撑梁的端部与所述气液分布盘之间的间隙为50-200mm；

优选地，所述气液分布盘的开孔率为10-50％。

3.根据权利要求1所述的上流式加氢反应器，其特征在于，每个所述气液分布装置中，所述气液分布盘的表面还连接有导向板，所述导向板由所述的气液分布盘的上表面向所述气液均布空间延伸。

4.根据权利要求1-3任一项所述的上流式加氢反应器，其特征在于，所述出口端设有出口收集器，所述出口收集器包括中心聚集器和设置于所述中心聚集器外围的整形积垢装置；

优选地，所述整形积垢装置包括第一折流件，所述第一折流件包括位于所述中心聚集器下方的第一折流板和连接于所述第一折流板的周缘的第一挡板，所述第一挡板由所述第一折流板向上支出。

5.根据权利要求4所述的上流式加氢反应器，其特征在于，所述第一折流件还包括连接于所述第一挡板表面的第二挡板，沿所述反应器筒体的径向方向，所述第二挡板位于所述第一挡板与所述中心聚集器之间并由所述第一折流板向上支出；

优选地，所述第二挡板的支出长度短于所述第一挡板的支出长度。

6.根据权利要求5所述的上流式加氢反应器，其特征在于，所述整形积垢装置包括第二折流件，所述第二折流件包括第二折流板和第三挡板，所述第二折流板连接于所述中心聚集器的外壁，所述第三挡板由所述第二折流板向下支出；

优选地，沿所述反应器筒体的轴向方向，所述第三挡板与所述第一折流板之间的距离小于所述第二挡板的高度。

7.根据权利要求4所述的上流式加氢反应器，其特征在于，所述入口端设有入口扩散器；

优选地，所述反应器筒体的入口端内壁留有向上支出的筋板，所述入口扩散器连接于所述筋板；或，所述入口扩散器安装于位于最下方的所述气液分布装置的所述气液分布盘的下表面；

优选地，所述入口扩散器为平板型或锥板型；

优选地，所述入口扩散器的表面设有多个通孔或通缝。

8.根据权利要求4所述的上流式加氢反应器，其特征在于，所述反应器筒体的内壁设有用于支撑所述气液分布盘的第一凸台；

优选地，所述反应器筒体的内壁还设有用于支撑所述支撑格栅的第二凸台；或，所述反应器筒体的内壁设有支撑裙筒，所述支撑裙筒的一端连接于所述第一凸台，另一端用于支撑所述支撑格栅。

9.根据权利要求4所述的上流式加氢反应器，其特征在于，所述上流式加氢反应器还包括与所述气液分布装置数量一致的床层压盖，所述床层压盖对应位于每个所述气液分布装置中所述支撑格栅的上方且所述床层压盖的边缘连接于所述反应器筒体的内壁。

10.根据权利要求9所述的上流式加氢反应器，其特征在于，当所述气液分布装置的数量大于或等于2时，所述上流式加氢反应器还包括冷氢管；相邻两个气液分布装置中，位于下方的气液分布装置所对应设置的床层压盖与位于上方的气液分布装置的气液分布盘之间形成混合空间；所述冷氢管的一端用于与外界氢源连接，另一端伸入所述混合空间内；

优选地，所述冷氢管呈支管式或环状式；

优选地，所述冷氢管的伸入所述混合空间内的管体开设有多个通孔。

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