CN1137941A - 一种带调节流量的移动床室 - Google Patents

Abstract

包括固体颗粒移动床的室，其由至少厚度为e的筛网确定，固体颗粒大致平行于筛网向下环流，至少一流动于床中的流体以不同于整体颗粒主移动方向通过该床，并通过出口筛网离开该床。该室包括至少一个位于床上方的输入固体颗粒的装置，也包括至少一个位于距出口筛网至少0.6e处的供颗粒流动的孔。该室有利地至少包括两个排出装置，其中一装置位于距出口筛网不大于0.5e处，另一装置位于距出口筛网至少为0.5e处。本发明可用在催化反应器，特别是重整催化反应器中。

Description

一种带调节流量的 移动床室

本发明涉及改进的室，在该室中一固体颗粒流动的床称谓移动床。该室特别应用于移动床反应器，尤其应用于如催化重整的移动床催化反应器。

在移动床装置中的固体，催化的或非催化的，球形的或非球形的，在重力作用下在垂直流动的致密的床层中环行，确定颗粒区域的壁通常包括两个不同直径的圆筒形筛网。流体可以是液体，但常常是气体，或可能是几种流体(气体和液体，或液体与另一种不混溶的液体)，以错流方式即一径向流，从外部向内部，或相反从内部向外部通过颗粒床(在此为环形的)在通过圆筒形入口筛网后，然后流体通过床，之后通过第二筛网离开内装颗粒介质的环形空间。该出口筛网与入口筛网同心设置。

通过床的流体流产生一压力降，它取决于许多因素，其主要因素是颗粒的大小和形状，流体或多种流体的性质和液体或多种流体的流量。该压力降通过流体对固体颗粒沿流体流动方向产生一推力。该推力直接朝向出口筛网，并改变了作用在固体颗粒(例如球形)上的力的平衡。这种现象产生了一些问题，例如靠壁的颗粒移动变慢了。或甚至使它们堵塞出口筛网并完全停止，这都严重地抑制了这些颗粒的功能，并可能使其它的颗粒减慢或停止，且逐渐地堵塞该床(例如催化床)及完全停止固体颗粒的循环，当流体的推力高时以及装置的生产能力高时，这种现象更加严重了。

这样，堵塞现象就对提高装置的生产能力构成了重大限制。因此，为降低这种现象影响的程度，设备和装置的研究就有重要意义。

这种问题在催化装置如催化重整装置中是严重的。催化颗粒堵塞筛网的危害大大地降低待处理气体流速并由此很大地降低了装置的生产能力。

而且，在不同的处理过程中，特别是在催化颗粒的再生过程中，或反应器间或反应器与再生器间的输送过程中，生成的小球碎片，迅速地堵塞筛网。这种成碎片的群加速了堵塞。

破碎的或小颗粒(基本小于颗粒的平均尺寸)。在环形移动床的一些区域集中存在及不规则性，可能引起许多异常现象。

如果在一些区域有大量的细小的或破碎的颗粒的话，它们就局部地降低了床的孔隙率，从而限制了流体的速度，因此延长了流体与固体颗粒的接触时间。反之，在细颗粒减少的那些区域中，孔隙率较高，流体更易更快地通过，因此流体与固体颗粒接触时间就较短。这样接触时间的不均匀性可能引起许多问题，具体是：

a)对反应流体(特别是一种气体)：

--总转化率低于在有规则的良好分布的流体流的情况下得到的值；

--当反应热不为零时，局部温度不均衡，和因此；

--得到的产品，特别是二次产物的性能与质量局部的改变，因此，就限制了寻求总的选择性；

b)对固体颗粒：

--在流体的流量方面的局部不规则性和在大小分布方面的局部不同，甚至颗粒的形状都会改变床的流动特性，使床的不同区域向下移动变成不规则，主要影响如下；

--移动较快到达流体出口筛网的颗粒在该筛网的孔内它们自身长壳，因此就干扰颗粒床对壁的滑动，或堵塞对移动床装置的工作性能特别有害影响的一些区域；

--增加了通过流体出口筛网的压力降。而对催化颗粒，有许多并发症，因为：

--流体流动的不规则性可能产生由与反应物接触所引起的各种失活现象特别是中毒或结焦范围有很大的不同。这种增大失活现象进一步降低了一些区域中催化剂的效率，因此使预期的转化率和选择性降低；

--增加床的一些颗粒的滞留时间，还引起催化颗粒在失活方面的变化，这会降低装置的总的工作性能。

本发明的目的在于解决这些问题。

本发明的目的是通过从颗粒加入到移动床的瞬间，通过延缓或阻止细小颗粒或破碎颗粒对流体出口筛网的碰撞，和更有利地通过分离收集颗粒群而促进颗粒的分布，从而调节了颗粒的流动，上述的颗粒群浓集了细的或破碎的颗粒，从中分离出最细的颗粒。

本发明特别适用于平均粒径为0.1-6mm的，优选为1.5-3.5mm的，更优选1.5-3.2mm的固体颗粒。

更具体地说，本发明涉及由至少一个壁确定的室包括：

--至少一个筛网确定厚度为e的固体颗粒的移动床，其厚度e可以是变的或是不变的，基本与筛网平行向下的方向在室内循环。

--至少一个孔，用于输入至少一种流体，该流体在上述床内与颗粒整体方向不同的主方向上循环，经至少一个出口筛网离开该床；

--至少一个从该室中排出颗粒的部件；

--至少一个孔，用于将颗粒经至少一个分布上述颗粒的装置输入室，上述装置设置在颗粒移动床的上面。且上述装置包括至少一个用于颗粒物流的孔，每个孔设置在距出口筛网至少0.6e的距离处。

术语“室”指一个反应器，贮仓…，或更一般的是由至少一个壁确定的一区域，通常一个反应器(例如用于催化重整，或用于其它化学反应)带一垂直轴线，且包括一圆筒形壁，一底和一顶。

反应器的其它适宜形状的实例是在US-A-5,013,425中描述的那些，它包括一组内装催化剂床的平行隔室。

在室内形成固体颗粒的移动床，该颗粒至少用一个孔加入。它们至少用一孔排出。

在室内，颗粒床通过如下方式确定；

--用一个筛网和一个壁，例如当筛网是圆筒形时，该床在反庆器的圆筒形壁和筛网之间循环；

--用至少两个筛网，一内筛网和一外筛网。优选，这些筛网成对平行或同心设置，例如，两个圆筒形筛网沿反应器轴线同心设置，该床在筛网之间循环。

颗粒整体的总流动是至少沿一个筛网，即这种流动的方向与筛网的方向基本上平行。当然，其目的是限制颗粒对筛网的摩擦，和限制筛网的任何堵塞。

术语“基本平行”是考虑难以控制严格平行于流动的方向，但是，在室中，颗粒系综的整体移动是与室的轴平行的。

至少将一种流体加入室内并通过移动床，经筛网(出口筛网)离开室。本发明特别有利的是，在颗粒床中流体循环的主方向与颗粒整体的方向不同。换言之，由流体产生的推力与移动床预定的移动是相反的。

对径向流体流动常是这种情况。由流体引起的一些颗粒流动方向的改变，使这些颗粒靠近筛网，在这里它们可能卡住。

因此，本发明包括将移动的颗粒引入远距流体出口筛网的区域。

例如，如果流体经中央收集器离开，那么从在床的上面靠近周边区域输入颗粒；另一方面，如果流体的循环方向是从中心区域到周边区域是离心的，那么建议在靠近中心区处输入颗粒。

实际上，从基本上是一个点的加入孔落入颗粒到形成一个斜面。颗粒特性是不同的，上述形成斜坡是自然的，或是由侧壁确定并堆积起来。由于大颗粒趋于向斜坡的底和外部滚动，较小的颗粒或一些破碎颗粒就钻入堆积结构的缝隙中，它们可以自身输入滑动，被捕集和逗留。因此在斜面内平均粒径的分布是不规则的，但是在靠近与加入点成垂直的点处较小的颗粒比率高，而随距斜面轴的距离的增加，或垂直于注入点的点朝向斜面的周边处较小的颗粒比率小。

为本发明的室设置的分布装置在垂直于引入颗粒的每个孔的点与流体出口筛网之间径向距离可达到最大，以使在靠近出口筛网处发生细小颗粒，或堵塞出口筛网的可能性减小。为了达到这种效果，加入颗粒孔的轴线尽可能偏离流体出口筛网的轴线。

按照本发明，出口筛网和颗粒物流的每个孔之间的距离为至少0.6e，优选至少0.75e，e是靠近上述孔的床的中间平面的厚度。

术语床的“中间平面”意指基本上垂直于颗粒整体流动方向的平面。

在由两个同心筛网确定的，且流体流动从周边区域朝向由出口筛网确定的中心收集器的一个床的情况下，本发明的效果得到了增强。当气体循环从周边区域向中心区域时，在靠近周边区域输入颗粒会更有利。由于流体的流速从外筛网(或从流体输入孔)向内筛网(或出口筛网)增加，在床的外部附近输入颗粒使它们的流速较小，这样就减少了加入颗粒的力，尤其是对细小的或破碎颗粒，这种力导致它们朝向中心收集器的内筛网。本方法进一步限制了细小颗粒或破碎颗粒朝向中心收集器的移动。

在另一方面，在床的头部颗粒的不均匀分布的现象也在周边或切线方向(垂直于径向的)发生。这导致环绕床的周围孔隙率和粒径的不规则分布的问题。实质上，这种周边分布近似于周期性的。供应管或孔的反射周期性的。这种不均匀使通过床的流体的流动，在流速方面还在接触时间和所有的传递过程方面(质量或热量)的不均匀性。这种现象在所有移动床的几何形体上都发生了。

本发明通过经一个孔或经一系列的许多孔，优选椭圆形的孔将颗粒供给颗粒床的头部，就可以减少或排除这种近似周期性地不均匀性。

当有许多孔时，环绕床的圆周或床的长度上(尺寸平行于筛网)的分布最好。

在一优选的实施方案中，这些孔顺序地连接(它们相互接触)。

在另一优选的实施方案中，用于颗粒物流的分布部件有一个孔。该孔为环形，在环形床的情况下，有与床相同的轴线，而在平行六面体床的情况下，为矩形。这个孔优选设置在床的流体入口筛网侧的床的周围附近。

这些孔优选椭圆形截面(例如椭圆形截面的管)主轴沿出口筛网的圆周定位(或径向定位椭圆主轴)，主轴尽可能的长，有利于直接连接相邻的孔。

这样，这些孔的整体就形成了一个颗粒分布部件。可以使用几个分布部件，每个部件包括孔的整体的一部分。举例来说，一个部件可包括设置在距出口筛网的距离为0.6e和0.75e之间的距离处，而另一个部件可包括设置在大于0.75e的距离处。

很清楚，当多个孔位于距出口筛网约e的距离处时，本发明的效果将会更好。

还很清楚，多个分布部件设置在至少部分室中(多个孔)，但是它们与颗粒供给装置的连接可以是在室内或室外。

除所描述的分布部件外，本发明的室还可以与能够控制床内细小和/或破碎颗粒规则性流动的专门的颗粒进出部件一起使用，是有利的，这样它们可以单独排空，以减少输送到下游床的颗粒物流的比率。

颗粒流动的规则性是必要的，因此以相同的方式利用所有颗粒，这样就有一个相近似的停留时间和因此减活。但是，当床输送截面很快减小到排出孔的截面时，特别在床的底部这种规则性的流动很难获得。当排出孔向反应器的中心位移时，这个问题更难，这是因为所述的一些颗粒在到达这些孔之前有一个长而倾斜的路径。在反应器底部的颗粒的速度分布图形通常是很不对称的。具体地说，在垂直于孔排出点的点处，速度非常快，但是在距排出孔横向最远的区域，速度低得多。因此通过这些区域流动的颗粒比靠近中心收集器的颗粒在反应器中逗留更长的时间，这样它们就更加减活和更严重地结焦，这对装置的效率有不良影响。

破球或大大小于床中颗粒的平均直径的当量直径的球的存在使移动床中的孔隙率发生变化，因此就引起通过床的流体的不规则循环，并导致这些颗粒堵塞入口筛网，特别是在流体出口内。这些问题可使通过床的流体速度不一致，因而床的一些区域的工作效率也不一致。在这些区域中，它们可使颗粒对称循环移动变慢，这再次对催化剂和反应器的效率产生有害的影响。

这样，本发明提供了一如上述定义的室，它包括至少一个排出部件，对颗粒物料优选两个排出部件，以排空至少两个颗粒物流。

在由几个排泄区的流动床充满的空间(例如环形空间)的整个宽度以上，设置多个排出点并分布它们。由于颗粒的速度在排出点的轴线处最大，且随运离轴线处逐渐减小，因此尽可能规则地分布这些点是有利的，具体地说，在环形床的情况下，在床的周边附近设置了许多点。

这样有规则(Regularisation)的床的流动就显著地改善了。

优选，室包括的排出部件位于距出口筛网最大0.5e的距离处，更优选最大0.4e或最大0.25e的距离处。

当这种排出部件与距出口筛网更远的其它排出部件组合使用时，通常收集比进入该室的颗粒物流中细粒和/破粒浓度更高的颗粒物流。

在其它的排出部件中收集的颗粒物流浓集的细粒和/或破碎的颗粒较少。

显然，可能有不同的实施方案。许多排出部件位于距出口筛网0.15e的距离处(优选至少0.75e)，以收集比中心收集器(出口筛网)附近较少浓集的细的或破碎颗粒的颗粒群，并作为颗粒的预分类器。然后在周边排出的颗粒作为一般的没有任何特殊处理的被送往下游的反应区。容器或设备。逗留的颗粒可以经颗粒排出口构成的排出装置直接离开室。然后，它们直接到颗粒分类或分离设备，该设备可以如在与正常颗粒循环环流再会合前，排除细小或破碎的颗粒。

在另一实施方案中，一组排出部件位于距出口筛网最大0.5e的距离处，以收集浓集了的细的或破碎颗粒的颗粒流，而剩余的颗粒利用一个或几个排出部件排出，这些排出部件距出口筛网至少0.5e(优选至少0.6e或至少0.7e)的距离是有利的。从而得到预选的颗粒。

床中颗粒的移动总的是沿着垂直方向向下，但是气体从入口筛网(周边)向出口筛网(中心收集器)的循环趋于推动破碎的或最细的颗粒朝向中心。因此，在流体出口区域(中心)附近比流体入口区域(外壁)附近细的或破碎颗粒群的比率较高。从周边或从收集器附近排出不同，这种浓度差的益处在于提供处理两种不同颗粒群的可能性。这样就可能将在流体入口附近(在周边处)排出的颗粒直接输送到下游的反应器，不进行任何特殊的处理，而从流体出口(中心收集器)附近排出的颗粒可以进行特殊处理以减少细小的或破碎颗粒的比率，或在将它们输送到下游反应器、容器、或设备前，将它们完全排除。当物流已被区分时，当然，它可跟着循环，该循环是完全的，或部分的与其它颗粒循环不同。

在此，对于向心的流体循环的环形床所作的说明与在相反方向的流体循环或不同形状如平行六面体的流体循环床相似。

通过调整这些区域的每个区中的排出流量，如果需要就可以处理整个颗粒流的较大部分或较小部分。

(至少一个)排出部件可以由管简单构成，其截面为圆形，椭圆形……，经它的上部孔收集颗粒，并将它们送入室内的孔排出颗粒。

有利地，这些管至少部分连接，收集所需要的颗粒物流，经至少在室内的一个孔将它们一起排出。

(至少一个)排出装置包括与床同轴的一环形孔，然后在其上部形成一个开环，收集颗粒，之后，这些颗粒流向至少一个在室中的用于排放颗粒的孔。

优选地，根据床的对称来分布排出装置，例如对带一环形截面的床的室来说，排出装置至少是沿一圆形线分布。

如上所述，排出部件可以由该室本身内的孔构成。

在平行六面体形状的移动床的情况下，至少一个排出装置可包括一与床同轴的矩形截面的孔。

本发明也可用于在两个同轴的筛网确定的容积中循环的移动床，流体从周边(最大直径的筛网)通过床的中心，因而较小直径筛网形成中心收集器，经该收集器排出流体。

本发明对于切成几个区段的移动床最有利，例如在基本上平行于颗粒流动的方向上和基本上平行于流体流动的方向上在床内用至少一个(或两个)壁间隔开。在环形床的情况下，例如，在入口和出口筛网之间设置壁或多个壁。

优选地，上述的每一区段，该壁包括至少一个在距出口筛网0.5e的距离处设置的颗粒分布部件，在床的下部，每部分至少包括一个而有利地是两个排出部件。

本发明的优点在于容许分布部件单独调节颗粒流量，设置的每个分布部件带有通过它调节颗粒流量的部件，还允许单独排出各区段的颗粒，通过各区段控制调节床的流量，在这种情况下，操作员根据需要按区段选择分布部件和排出部件(孔数，几何形状……)。

从如下的附图，将更好地了解本发明。

--图1：有两个筛网的圆筒形反应器；其中示出了用于催化重整的一代表性的移动床反应器，顺便说，这只是说明，并不是对本发明的限制。

--图2：图1分布部件的顶视图；

--图3：有一个环形孔的分布部件；

--图4：有连续连接孔的分布部件；

图3a：图3分部部件的透视图。

--图2A：图2分布部件的透视图；

--图5：有两个筛网的平行六面体的室；

--图6和图7：排出部件的视图；

在图1中，构成室的反应器包括一圆筒形壁1，一底2，一顶3，沿反应器轴向的外圆筒形筛网4，与筛网4同轴的但直径较小的内圆筒形筛网5。

固体颗体S经在顶部的至少一个孔6引入，并经在室底部的至少一个孔7排出。移动床在两个筛网之间循环。

流体F经至少一个孔8输入，通过床，收集在由筛网5确定的内容积内，经在反应器下部的至少一个孔9排出。流体以与颗粒集合流的完全不同的方向通过床。

在这个图中，设置一些引入和排出流体的孔，以便使流体在由室壁确定的空间并由大直径的外筛网向由小直径筛网确定的内容积环行，并从内容积排出。

按照本发明，经至少一个分部件10输入颗粒，分布部件10为图2顶视图中的一种简化式样。

分布部件由六根环形截面管11构成，至少在它们的开孔处通到床内，这些孔围绕着床的周围分布，这种分布是有规则的。

管11(它们的中心)位于距出口筛网5至少0.5e的距离处，e是床的厚度，即两个同轴且平行筛网4和5之间的距离。

图2A表示一分布部件的透视图，该分布部件有一导管14供给的颗粒经管11分布。

图3表示一个实施方案的顶视图，其中的分布部件包括一环形孔12。图3A是一透视图。

图4示出有连续孔13的分布装置，它们顺序地连接，按照本发明，三个壁27确定移动床中的三个区段28。

图5示出了有壁16和17的一平行六面体的室1的一个断面。包括两个平行平面筛网18和19，在这种情况下，移动床S在它们之间沿垂直方向循环；流体F与S成垂直方向进入由壁16和筛网18确定的空间，并通过床S后，收集在壁17和筛网19之间的空间，并从这里排出。

在这种情况下，颗粒S经分布部件到达与筛网平行的平行六面体形室，该平行六面体形室包括一个用于颗粒流动的矩形截面的孔；这个孔有一基本上平行流体出口筛网和覆盖床的整个宽度的对称平面。床的厚度是用在与出口筛孔平面垂直方向上流体通过的距离定义，而宽度是与出口筛网平面平行的前沿平面床的水平尺寸相一致。

图6和图7示出了排出部件。

图6示出了反应器1，向下流动的移动床S保持在两个筛网4和5之间。

流体F从周边向中心循环的，经室中的孔9排出。

排出固体颗粒S；

--从位于距出口筛网最大为0.5e距离的排出部件23排出固体颗粒S，在此情况下，厚度e在整个床内为常数，与上述图中一样(但不限制这种布置)；

--和在这种情况下，从位于距出口筛网至少0.5e的距离的排出部件24排出；

在图7中示出的简化顶视图表明许多排出部件分为两组(25和26)；第一组(25)在距出口筛网最大0.5e的距离处，而第二组(26)在距出口筛网至少0.5e的距离处。

排出部件是管23，24，在图中示出的是一圆形截面(虽然任何其它形状都适用)，沿两条圆形线分布。

分布部件的截面形状，数目及它们的位置随操作人员要求而改变，尤其是随床的位移速度而改变。

人们可以清楚的看到，该实施方案包括上述的多个区段并在图4中示出很多优点。

为容易理解，已经单独示出了分布和排出部件，但是本发明的描述表明，在同一室内这些部件可以有利地组合在一起。

我们没有示出本发明一个室的排出部件，该室包括一个圆形或锥形孔。因为会产生与图3和图5分部部件相似的示样，只是相对于出口筛网的孔的位置有差别，且如上所述。

Claims (15)

1.由至少一个壁确定的室包括：

--至少一个筛网确定的，厚度为e的固体颗粒移动床，在基本平行于上述筛网的方向上在该室内循环；

--至少一个孔，用于加入至少一种流体，该流体在上述床中循环，其主要的方向与颗粒整体流动的方向不同，且经至少一个出口筛网离开上述床；

--至少一个从室中排出颗粒的部件；

--经至少一个分布上述颗粒的部件，至少一个孔将颗粒加入室内，上述部件位于颗粒移动床的上面，该室的特征在于上述部件包括至少一个用于颗粒物流的孔，各个孔位于距出口筛网至少0.5e的距离处。

2.按权利要求1的室，包括排出至少两种颗粒物流的至少两个排出部件。

3.按权利要求1或2的室，包括将床分成几个区段的至少一个壁，和包括在每个区段上面的位于距出口筛网至少0.6e的距离的至少一个颗粒分布部件，及包括在每个区段中的床的下部的至少一个排出部件。

4.按前述任一个权利要求的室，包括至少一个位于距出口筛网最多0.5e距离处的排出部件。

5.按前述任一个权利要求的室，包括至少一个位于距出口筛网至少0.5e的距离处的排出部件。

6.按前述任一个权利要求的室，其中分布部件的至少一部分孔位于距出口筛网至少0.75e的距离处。

7.按前述任一个权利要求的室，其中至少一部分排出部件位于距出口筛网最多0.25e的距离处。

8.按前述任一个权利要求的室，其中至少一部分排出部件位于距出口筛网至少0.75e的距离处。

9.按前述任一个权利要求的室，包括一环形的移动床，其中至少一个分布部件包括一个环形孔，且与床同轴线。

10.按前述任一个权利要求的室，包括一环形的移动床，其中至少一个排出部件包括一环形孔，且与床同轴。

11.按权利要求1-8的任一个室，包括一平行六面体形状的移动床，其中至少一个分布部件包括一个矩形截面的孔，且与床同轴。

12.按权利要求1-8和11的任一个室，包括一平行六面体形状的移动床，其中至少一个排出部件包括一个矩形截面的孔，且与床同轴。

13.按前述任一个权利要求的室，其中至少一个分布部件包括至少一个椭圆形的孔。

14.按前述任一个权利要求的室，其特征在于室是由一个内装催化颗粒移动床的反应器构成。

15.按权利要求14的室，其特征是该室构成一催化重整反应器。

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