CN1140331C - 一种移动床气固径向反应器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于化工、石油加工工业的移动床气固径向反应器，主要用于解决现有反应器中有利于催化剂颗粒从反应器底部排出的部件的结构较为复杂、工程实施难度大的问题。本发明，在反应器内网的下部设有裙座，裙座的外表面由上向下沿由内网向外网的方向倾斜，其上缘与内网相连，下缘与底部封头内表面相连，下缘的径向位置位于催化剂排出管的径向位置的内侧。所述裙座的外表面一般为圆台侧面或者是锥台侧面。本发明可以有效地减少或消除反应器内催化剂的流动死区，同时裙座的结构较为简单，易于在工程上实施。本发明特别适用于烃转化反应，尤其适用于石油炼制催化重整反应的移动床气固径向反应器。

Description

一种移动床气固径向反应器

(一)技术领域

本发明涉及一种移动床气固径向反应器，尤其涉及用于石油炼制催化重整反应的移动床气固径向反应器。

(二)背景技术

在移动床气固径向反应器中，气相反应物在固体催化剂颗料存在的条件下发生反应。所述催化剂沿反应器轴向移动，气相反应物沿反应器径向或接近径向通过催化剂床层。传统的移动床气固径向反应器一般是由上部封头、圆柱形侧壁和底部封头构成反应器的外部器壁(壳体)，在所述反应器内有一由圆柱形外网(或者是一组沿反应器外部器壁轴向排列的开有小孔的扇形桶气体分配器)和圆柱形内网构成的环形空间，装入催化剂后即形成圆筒形的催化剂床层。所述反应器底部封头内表面即为催化剂床层的底。所述圆柱形内网能阻止催化剂颗粒进入内网的内部空间，同时它可作为集气管，收集反应产物。所述圆柱形外网能阻止催化剂颗粒进入外网与壳体之间的外部空间，同时它可以作为气体分配器，把气相反应物尽量均匀地分配到所述催化剂床层。这种气相反应物流经圆柱形外网、催化剂床层和圆柱形内网汇集于集气管的气体流动方式，称为外进里出式；反之，若气体流动方向与上述气体流动方向相反，则称为里进外出式。反应器还设有气相反应物入口和反应产物出口。对于外进里出式反应器而言，它们分别与上述气体分配器(即外网)和集气管相通；对于里进外出式反应器而言，反应器入口与上述集气管相通，而反应器出口与气体分配器(即外网)相通。在反应器顶部设有多根催化剂导入管将催化剂导入内网与外网之间的催化剂床层，在催化剂床层底部设有多根催化剂排出管将催化剂排出。

如果催化剂颗粒在反应器中经过平均停留时间之后全部排出，这是最理想的。但催化剂颗粒在上述传统的反应器中经过平均停留时间之后，总有部分催化剂不能按时排出，要么提前要么推迟，甚至有少部分催化剂一直停留在反应器，永远不能排出，形成催化剂移动死区。上述催化剂移动死区的存在对反应是不利的；特别是对于烃转化反应(例如催化重整反应)而言，尤其不利。因为反应过程中产生焦炭，这些焦炭会使催化剂渐渐地失去活性，对反应来说是无效的。更为不利的是，上述催化剂移动死区随着时间的推移还会渐渐地长大，从而进一步影响催化剂移动，直至导致非正常停车，缩短装置开工周期。

当然，若改变反应器底部封头的结构和形状，使其内表面足够光滑并且内表面各处与水平面的夹角足够大，以致于催化剂颗粒不能在其内表面停留，那么也可以减少或消除催化剂流动死区。但这会使反应器的轴向高度大大增加；特别是对于直径较大的反应器而言，尤其如此。

法国石油公司的一项专利申请(公开号CN 1137942A)详细介绍了一种有利于催化剂颗粒从反应器底部排出的反应器。其基本出发点是，对于上述外进里出式的径向反应器而言，反应器底部催化剂排出口尽量靠近中心管(内网)，从排出口向床层外侧面(外网)延伸出一组由连续升起和凹陷部分所组成的褶子，为床层底部的催化剂提供更“陡”的接触面，从而减少或者消除反应器底部催化剂流动死区。但这种反应器中由所述连续升起和凹陷部分所组成的褶子结构过于复杂，工程实施难度大。

(三)发明内容

本发明所要解决的技术问题是：减少上述有利于催化剂颗粒从反应器底部排出的部件的结构复杂性，以及因其结构复杂而产生的工程实施难度大的问题。

为解决上述问题，本发明采用的技术方案是：一种移动床气固径向反应器，包括一个壳体，壳体由圆筒形侧壁、上部封头和底部封头组成，壳体内设有沿壳体轴向由内向外依次布置的内网和外网，内网与外网之间形成环形空间，壳体上设有反应物入口、反应产物出口，上部封头上设有催化剂导入管，底部封头上设有催化剂排出管，催化剂导入管和催化剂排出管分别与环形空间相连，催化剂排出管在底部封头的内表面上形成开口，其特征在于：在内网的下部设有裙座，裙座的外表面由上向下沿由内网向外网的方向倾斜，其上缘与内网相连，下缘与底部封头的内表面相连，下缘的径向位置位于所述催化剂排出管的径向位置的内侧。

采用本发明，具有如下的有益效果：由于在圆柱形内网的下部增加了裙座，有利于催化剂颗粒沿裙座的倾斜表面向下滑落。裙座一般由简单的面构成(例如圆台侧面或锥台侧面)，使得裙座本身的结构比较简单，从而易于制造和组装。此外，裙座的上缘和下缘易于加工成适宜的形状，能够很容易地分别与内网和底部封头连结。采用本发明，可减少或消除催化剂排出管径向位置以内的底部封头内表面上不移动的催化剂量。此外，相对于现有技术而言，本发明的催化剂排出管在径向位置上向外网移动，可减少或消除催化剂排出管径向位置以外的底部封头内表面上不移动的催化剂量。因此，增加裙座后，基本上可以完全消除催化剂的流动死区。

总之，本发明采用简单的裙座结构即可消除反应器内催化剂的流动死区，且在工程上易于实施。

下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细的说明。

(四)附图说明

图1是带有圆台侧面裙座的移动床气固径向反应器的轴向剖视图。

图2是图1所示反应器的底部俯视图(即A-A向剖视图)。

图3是带有圆环形催化剂排出管的反应器的底部俯视图。

图4是带有锥台侧面裙座的反应器的底部俯视图。

图5是圆台侧面裙座的立体示意图。

图6是一种锥台侧面裙座的立体示意图。

图7是另外一种锥台侧面裙座的立体示意图。

(五)具体实施方式

如图1和图2所示的移动床气固径向反应器，包括一个壳体，壳体由圆筒形侧壁11、上部封头10和底部封头12组成。壳体内设有沿壳体轴向由内向外依次布置的内网14和外网13，内网14与外网13之间形成环形空间16，环形空间16装入催化剂后即形成圆筒形催化剂床层。壳体上部封头10上设有反应物入口1，底部封头12上设有反应产物出口3。在反应器顶部的上部封头10上间隔地设有多根(一根以上)催化剂导入管2，用于将催化剂导入环形空间16。底部封头12上间隔地设有多根(一根以上)断面为圆形的催化剂排出管4，用于将催化剂从环形空间16导出。每根催化剂排出管4分别在底部封头12的内表面上形成圆形的开口5(参见图2)。

内网14的下部设有裙座15，其外表面为圆台侧面，参见图5立体图。裙座15的外表面由上向下沿由内网向外网的方向倾斜，其上缘7与内网14相连，下缘8与底部封头12的内表面相连。上缘7与内网14的连结可以采用焊接方式，但应将焊缝打磨光滑；下缘8与底部封头12内表面的连结可以采用点焊等方法。下缘8的径向位置位于上述催化剂排出管4的径向位置的内侧(亦即位于催化剂排出管4在底部封头12内表面上的圆形开口5的内侧，参见图2)，且与催化剂排出管4的径向距离应尽量地小。裙座15的上缘7应与圆柱形内网14的下部尽量平滑地连接，以减少对催化剂移动的不利影响。如果上缘7与内网14连接处以下的内网为不开孔区，则裙座15的下缘8与底部封头12的内表面之间应留有一定的间隙，以使裙座内部空间17中的气体能够逸出。该间隙应小于催化剂颗粒的直径，使催化剂颗粒不能进入裙座内部空间17。本发明说明书中，所述“径向位置”、“径向距离”均是指在反应器壳体直径方向上的投影位置和投影距离。

裙座15的外表面还可以采用锥台侧面。锥台侧面的每个面大致为平面梯形，其立体图参见图6、图7。采用锥台侧面裙座时，锥台侧面的上端可以逐步过渡成平齐的圆形上缘7(如图6所示)与内网14连结。或者，锥台侧面的上端也可以不过渡，顺势延伸直到与上述圆柱形内网14相接为止，此时上缘7是不平齐的，如图7所示。图4示出了带有锥台侧面裙座的反应器的底部俯视图。图4中的附图标记与图1、图2相同。

工程上，反应器底部封头12一般采用球形或椭球形。圆台侧面或锥台侧面裙座的下缘8应加工成与底部封头12曲面相适配的形状，以与底部封头12连结。显然，圆台侧面或锥台侧面的裙座的上缘和下缘形成所需形状的加工过程均是比较简单的，与内网14和底部封头12的连结也是易于实现的。

以上仅以圆台侧面或锥台侧面的裙座为例对本发明进行了说明，但这并不限定本发明的范围。裙座15的外表面还可以是由圆台侧面或锥台侧面侧向向外凸出或向内凹进而形成的不规则曲面，或是由其它形状的面组合而成的面。裙座15可以是整体形式的，也可以由对称或不对称的多片部件拼接而成。裙座15可以以整体方式安装在反应器中，也可以将裙座15在反应器外分割成多块，在反应器内进行组装。本领域的技术人员只要按照本发明提供的思路，在圆柱形内网14的下部设置外表面倾斜的裙座以利于催化剂的滑落，均可达到本发明的目的。对本发明而言，裙座外表面采用圆台侧面是最佳的。

所述裙座15的外侧面应尽量光滑，并保证有一定的陡峭度，以使催化剂颗粒在裙座的外侧面上尽量不能停滞。下面定义陡峭度：若所述裙座15为圆台侧面，则所述圆台底角角度α即为陡峭度(参见图5)；若所述裙座15为锥台侧面，则所述锥台的侧面(平面梯形)与水平面的夹角即为陡峭度；若所述裙座15由其它不规则面构成，则各个不规则面上任意一点的切面与水平面的夹角的最小者即为陡峭度。本发明，所述陡峭度一般在30度至80度之间，依催化剂颗粒的流动性能而定。催化剂颗粒的流动性能越好，则所述陡峭度可以越小；而催化剂颗粒的流动性能越差，则所需的陡峭度越大。在保证催化剂颗粒在裙座15的外侧面上不停滞的前提下，所述陡峭度应尽量地小；因为额外地增加陡峭度会减少圆柱形内网14的有效面积，或是无效地提高反应器的高度。对移动床重整催化剂而言，所述陡峭度一般可取60度。

本发明，催化剂排出管4的径向位置一般在催化剂床层径向位置的中部，或更偏向于圆柱形外网13。参见图1和图2，每根催化剂排出管4的轴心线601在底部封头12的径向位置上与圆柱形内网14的径向距离c约为0.5t，t为环形空间16的宽度，即圆柱形外网13的内径与圆柱形内网14的外径之差的一半(相当于催化剂床层的厚度)。显然，上述距离太小时，将不利于减少或消除催化剂排出管4径向位置以外的底部封头内表面上的不流动的催化剂量。所以，在可能的情况下，上述距离最好不要小于0.3t。但上述距离太大时，会增加裙座的高度，减少圆柱形内网14的有效面积。所以综合考虑，上述距离一般最好在0.4t～0.6t之间，最好为0.5t。

多根催化剂排出管4在绕裙座下缘周围的圆周位置上均布。显然，催化剂排出管4彼此之间的圆周距离越小，则两催化剂排出管4之间的圆周方向上停滞的催化剂颗粒越少。所以增加催化剂排出管4的数目对减少催化剂移动死区是有利的。特别是当催化剂排出管4的数目增多至极限——催化剂排出管连成一圆环形排出管时，在催化剂排出管4的径向位置上的催化剂流动死区将完全消除。参见图3，催化剂排出管4为与壳体同轴的断面为圆环形的管，其在底部封头12上的开口5为圆环形，绕裙座15下缘8的周围连续分布。底部封头12被圆环形开口5断开的两部分用筋板9焊接连结。圆环形催化剂排出管4在底部封头12上的圆环形开口5的中心线602距内网14的径向距离一般在0.4t～0.6t之间，最好为0.5t；t为环形空间16的宽度。

本发明特别适用于烃转化反应，尤其适用于石油炼制催化重整反应的移动床气固径向反应器。

Claims (10)

1、一种移动床气固径向反应器，包括一个壳体，壳体由圆筒形侧壁(11)、上部封头(10)和底部封头(12)组成，壳体内设有沿壳体轴向由内向外依次布置的内网(14)和外网(13)，内网(14)与外网(13)之间形成环形空间(16)，壳体上设有反应物入口(1)、反应产物出口(3)，上部封头(10)上设有催化剂导入管(2)，底部封头(12)上设有催化剂排出管(4)，催化剂导入管(2)和催化剂排出管(4)分别与环形空间(16)相连，催化剂排出管(4)在底部封头(12)的内表面上形成开口(5)，其特征在于：在内网(14)的下部设有裙座(15)，裙座(15)的外表面由上向下沿由内网(14)向外网(13)的方向倾斜，其上缘(7)与内网(14)相连，下缘(8)与底部封头(12)的内表面相连，下缘(8)的径向位置位于所述催化剂排出管(4)的径向位置的内侧。

2、根据权利要求1所述的移动床气固径向反应器，其特征在于：所述裙座(15)的外表面为圆台侧面或锥台侧面。

3、根据权利要求2所述的移动床气固径向反应器，其特征在于：所述圆台侧面的圆台底角角度或所述锥台侧面与水平面的夹角为30至80度。

4、根据权利要求3所述的移动床气固径向反应器，其特征在于：所述圆台侧面的圆台底角角度或所述锥台侧面与水平面的夹角为60度。

5、根据权利要求1至4任一项所述的移动床气固径向反应器，其特征在于：所述的催化剂排出管(4)为绕裙座(15)的下缘(8)的周围间隔分布的一根以上断面为圆形的管。

6、根据权利要求5所述的移动床气固径向反应器，其特征在于：每根催化剂排出管(4)的轴心线(601)距内网(14)的径向距离为环形空间(16)宽度的0.4倍至0.6倍。

7、根据权利要求6所述的移动床气固径向反应器，其特征在于：每根催化剂排出管(4)的轴心线(601)距内网(14)的径向距离为环形空间(16)宽度的0.5倍。

8、根据权利要求1至4任一项所述的移动床气固径向反应器，其特征在于：所述的催化剂排出管(4)为与壳体同轴的断面为圆环形的管，其在底部封头(12)内表面上的开口(5)为圆环形，绕裙座(15)的下缘(8)的周围连续分布。

9、根据权利要求8所述的移动床气固径向反应器，其特征在于：所述催化剂排出管(4)在底部封头(12)内表面上的圆环形开口(5)的中心线(602)距内网(14)的径向距离为环形空间(16)宽度的0.4倍至0.6倍。

10、根据权利要求9所述的移动床气固径向反应器，其特征在于：所述催化剂排出管(4)在底部封头(12)内表面上的圆环形开口(5)的中心线(602)距内网(14)的径向距离为环形空间(16)宽度的0.5倍。

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