CN115999451A - 反应器内脱除固体杂质的装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种反应器内脱除固体杂质的装置及方法，该装置数量为多个且均匀间隔设于反应器入口与气液分配盘之间，包括：外筒，其固定安装在气液分配盘上，该外筒筒壁为筛网结构；内筒，其与外筒同轴设置，外筒和内筒之间填充填料和/或保护剂；该内筒筒壁上部为筛网结构并与外筒相应位置之间构成过滤区；内筒筒壁下部为封闭状态，封闭部分的液位以下形成液相缓流区和固体杂质沉降区；盖板，其覆盖外筒和内筒所在的区域并在盖板和内、外筒之间形成气相通道。本发明的装置及方法通过液相缓流区、固体杂质沉降区以及过滤区的共同作用，能够更为有效地脱除沉积原料中金属杂质、各种悬浮颗粒物等结垢物，从而进一步延缓反应器内床层压降。
Description
技术领域
本发明涉及石油化工领域，特别涉及一种固定床反应器内脱除液体中的金属杂质、悬浮颗粒等固体杂质的装置及方法。
背景技术
固定床反应过程，一般为气液固三相反应。特别是加氢反应一般在中压或高压条件下进行，其中气相主要成分为氢气，液相为要加工的原料，通常是渣油、蜡油、粗柴油等各种石油组分和催化油浆、罐底油、催化柴油、焦化柴油、焦化蜡油等二次加工油以及煤合成油、煤焦油等性质较差的原料。由于这些劣质原料通常含有胶质、沥青质、金属杂质和悬浮颗粒等杂质，在一定反应条件下会产生结垢物质，造成床层压降升高。床层压降的大小不但涉及装置能耗、催化剂使用效率，更重要的是影响反应器的运行周期。一般地，90％以上的压力降都发生在第一催化剂床层顶部。随着原料油劣质化日趋严重、原料来源越加复杂，原料油中含酸引起设备及工艺管线腐蚀所产生的锈垢、上游工艺失稳夹带而来的助剂、储运过程中的溶氧等，进入加氢反应器后均会产生垢物、覆盖催化剂床层表面，使反应器的压力降逐渐升高，严重时影响装置的正常生产。
现有技术中解决反应器内积垢问题主要的方法包括：设置入口过滤器、设置积垢篮筐、保护剂级配技术以及撇头处理等方法。在反应器前设置过滤器，只能对较大颗粒有拦截作用，夹带进反应器的原料的机械杂质仍然较多。积垢篮筐类方法使得物流分布效果不佳，造成积垢篮筐下部床层杂质集中沉积，偏流现象加剧，对于延缓压降上升效果不明显，并且浪费反应器有限空间。保护剂级配方法适合处理低杂质含量的原料处理过程，对于进入反应器的杂质按照颗粒大小、反应活性高低等性质分层分部位沉积，避免集中引起压降急剧上升，由于反应器体积有限，为保证主剂反应活性，保护剂装填体积受到限制，因此这种方法对于杂质的过滤脱除效果有限。撇头处理方式安全风险较高，并且经济成本较高。
中国专利申请CN1765477A公开了一种积垢分配器，包括积垢器分配底板和积垢器，积垢器设置在积垢器分配底板上；积垢器为外筒骨架和内筒骨架构成的套筒结构，积垢器顶部设置挡板，外筒骨架和内筒骨架侧壁设过滤网，内筒骨架底部及积垢器分配底板与内筒骨架底部对应处为开口结构，积垢分配器下部出口设碎流扳。该积垢分配器可以用于各种固定床反应器，特别是石油化工等领域。但该方案液相流速较快，缺少沉积过程，脱杂脱固效果并不理想。
因此，亟需一种反应器内置的脱除固体杂质的装置及方法，能够有效脱除沉积原料中金属杂质、各种悬浮颗粒物等结垢物，减缓催化剂床层的积垢结焦，延缓压降快速上升，维持装置长周期运转。
公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域一般技术人员所公知的现有技术。
发明内容
本发明的目的在于提供一种反应器内脱除固体杂质的装置及方法，通过液相缓流区、固体杂质沉降区以及过滤区的共同作用，能够更为有效地脱除沉积原料中金属杂质、各种悬浮颗粒物等结垢物，从而进一步延缓反应器内床层压降。
为实现上述目的，根据本发明的第一方面，本发明提供了一种反应器内脱除固体杂质的装置，该装置数量为多个且均匀间隔设于反应器入口与气液分配盘之间，包括：外筒，其固定安装在气液分配盘上，该外筒筒壁为筛网结构；内筒，其与外筒同轴设置，外筒和内筒之间填充填料和/或保护剂；该内筒筒壁上部为筛网结构并与外筒相应位置之间构成过滤区；内筒筒壁下部为封闭状态，封闭部分的液位以下形成液相缓流区和固体杂质沉降区；盖板，其覆盖外筒和内筒所在的区域并在盖板和内、外筒之间形成气相通道。
进一步，上述技术方案中，内筒筒壁下部为封闭状态可具体为：将内筒筒壁制作为上部镂空下部封闭的一体成型结构，或，在所述内筒内壁设置封闭单元。
进一步，上述技术方案中，封闭单元可以为与内筒内壁尺寸相适配的管体，管体在高度范围内阻止外筒外侧的液相沿径向流入内筒中。
进一步，上述技术方案中，管体可与内筒紧固连接，管体为上下开口结构，管体下部与烟囱式气液分配器连通且同轴设置。
进一步，上述技术方案中，外筒直径可以设置为8至50cm；内筒直径可以设置为1.5至5cm；内、外筒高度可以相同且为20至100cm。
进一步，上述技术方案中，管体外径可与内筒内径相匹配，管体壁厚可以设置为0.2至0.6cm，管体高度可以设置为10至80cm。
进一步，上述技术方案中，外筒内壁和内筒外壁之间的顶部可设有用于防止填料和/或保护剂溢出的筛网。
进一步，上述技术方案中，填料可采用惰性填料，保护剂可采用活性加氢保护剂。
根据本发明的第二方面，本发明提供了一种应用前述装置的反应器内脱除固体杂质的方法，包括如下步骤：气、液相进料进入反应器内后，通过盖板的作用分散在各个装置之间；大部分气相进料通过气相通道进入内筒，小部分气相进料通过过滤区进入内筒；液相进料在内筒封闭部分形成的液位以下建立液相缓流区，并在缓流区下部形成固体杂质沉降区；液相缓流区的液相进料经过过滤区并在高于液位处溢流进入内筒，经缓流、沉降以及过滤后的液相进料在内筒中与气相进料汇合，并最终进入装置下部的烟囱式气液分配器。
进一步，上述技术方案中，内筒封闭部分通过与内筒内径尺寸相适配的管体进行封闭，并形成前述液位。
进一步，上述技术方案中，当固体杂质沉降区的填料和/或保护剂的空隙被固体杂质逐渐充满、堵塞沉积高度超过管体高度时，过滤区下部的堵塞部位形成新的封闭高度，缓流区液面升高，液相进料从过滤区上部过滤溢流至内筒中。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
1)本发明通过将脱除固体杂质的装置设置在反应器入口和气液分配盘之间，利用气液分配盘顶部空余空间，可不占用反应器内有限的催化剂床层空间；
2)在内筒下部设置一段封闭段，形成围堰，液相进料进入反应器后在缓流区可以迅速降低液速，更有利于固体杂质的沉降，经过沉降后的液相进料进入过滤区可达到精细过滤的效果；
3)当固体杂质沉降区的填料和/或保护剂的空隙、孔隙被固体杂质逐渐充满、堵塞沉积高度超过管体高度时，过滤区下部的堵塞部位会自发形成新的新的围堰高度，缓流区液面升高，液相进料仍能从上部新鲜的填料/保护剂区域过滤溢流，因此过滤一段时间后仍能保证本发明装置对杂质垢物的脱除沉积功能；
4)经缓流、沉降、过滤后的液相进料可以更为有效地脱除沉积原料中金属杂质、各种悬浮颗粒物等结垢物，有效脱除固体杂质后的液相进料与气相进料进入催化剂床层，可有效减缓催化剂床层的积垢结焦，延缓压降快速上升，维持装置长周期运转。
上述说明仅为本发明技术方案的概述，为了能够更清楚地了解本发明的技术手段并可依据说明书的内容予以实施，同时为了使本发明的上述和其他目的、技术特征以及优点更加易懂，以下列举一个或多个优选实施例，并配合附图详细说明如下。
附图说明
图1是本发明脱除固体杂质的装置布置在反应器中的结构示意图。
图2是本发明脱除固体杂质的装置布置在反应器中的横截面剖视示意图。
图3是本发明脱除固体杂质的装置的结构示意图(图中实线箭头方向为液相流向，虚线箭头为气相流向)。
主要附图标记说明：
1-反应器，11-入口分配器，12-气液分配盘，13-烟囱式气液分配器，14-催化剂床层，2-脱除固体杂质的装置，20-填料或保护剂，21-外筒，210-筛网，22-内筒，220-内筒上部开口，23-盖板，231-盖板固定部，24-管体；
A-液相缓流区，A1-液位，B-固体杂质沉降区，C-过滤区。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明的具体实施方式进行详细描述，但应当理解本发明的保护范围并不受具体实施方式的限制。
除非另有其他明确表示，否则在整个说明书和权利要求书中，术语“包括”或其变换如“包含”或“包括有”等等将被理解为包括所陈述的元件或组成部分，而并未排除其他元件或其他组成部分。
在本文中，为了描述的方便，可以使用空间相对术语，诸如“下面”、“下方”、“下”、“上面”、“上方”、“上”等，来描述一个元件或特征与另一元件或特征在附图中的关系。应理解的是，空间相对术语旨在包含除了在图中所绘的方向之外物件在使用或操作中的不同方向。例如，如果在图中的物件被翻转，则被描述为在其他元件或特征“下方”或“下”的元件将取向在所述元件或特征的“上方”。因此，示范性术语“下方”可以包含下方和上方两个方向。物件也可以有其他取向(旋转90度或其他取向)且应对本文使用的空间相对术语作出相应的解释。
在本文中，术语“第一”、“第二”等是用以区别两个不同的元件或部位，并不是用以限定特定的位置或相对关系。换言之，在一些实施例中，术语“第一”、“第二”等也可以彼此互换。
实施例1
如图1至3所示，本实施例提供了一种反应器内脱除固体杂质的装置2，该装置2数量为多个且均匀间隔设于反应器入口的分配器11与气液分配盘12之间，参考图3，该装置可固定在气液分配盘12上，包括外筒21、内筒22以及盖板23。外筒21固定安装在气液分配盘12上，该外筒筒壁为筛网结构，液相和气相物料均可通过。内筒22套接在外筒21内部与外筒同轴设置，外筒和内筒之间填充填料和/或保护剂。优选而非限制性地，填料/保护剂可根据原料性质来确定，可以为具备一定空隙率的各种形状粒度的惰性填料，保护剂可以选择活性加氢保护剂，例如拉西环、鲍尔环、阶梯环、共轭填料、矩鞍填料或者活性加氢保护剂等。内筒22的筒壁上部为筛网结构并与外筒相应位置之间构成过滤区C(即图3中的虚线框示意的部位)。内筒筒壁下部为封闭状态，封闭部分的液位以下形成液相缓流区A和固体杂质沉降区B。盖板23覆盖外筒和内筒所在的区域，盖板23与内外筒之间留有一定的空间，这个空间构成了一个气相通道，可供气相物料沿径向进入，然后向下进入内筒22，参见图3中的虚线箭头示意的方向。气相通道的高度可以设置为1至5cm。气相物料一部分通过该气相通道直接进入内筒22，另一部分还可通过过滤区C进入内筒22。盖板23的材质可采用加氢反应器内构件的常用材质，其形状与内外筒的横截面形状相同，其几何尺寸与内外筒相当或略大，防止入口液相物料从内外筒的过滤区C顶部进入，盖板可通过盖板固定部231固定在外筒21的筒壁上，具体地，可通过螺栓或卡扣等方式固定连接在外筒21的筒壁向上延伸的加强筋上，其强度只要能保证在入口进料冲击下不变形即可。进一步地，外筒内壁与内筒外壁之间的顶部设有筛网210，可防止填料/保护剂溢出。
进一步如图3所示，液相物料在重力作用下向下运动，由于内筒筒壁下部具有一定高度的封闭段(即非筛网结构)，形成一个围堰结构起到蓄水的作用，蓄水的高度即为封闭段的高度，这一高度的液位A1如图3所示。向下运动的液相物料在该液位A1以下即进入液相缓流区A，在这个区域，由于反应器直径相比入口要大很多，所以在一定体积流速下液相线速度急剧变缓，缓流区A内液相建立一定的液位高度(即液位A1)，并在此处完成气液分离，相对入口处气液混合物的流速，液相缓流区A只剩单纯的液速会变小，杂质垢物在重力作用下会产生沉淀，在液相缓流区下部形成固体杂质沉降区B，可在此区域沉降沉积各种杂质垢物。随着液相缓流区A的液位上升，经固体杂质沉降后的液相物料溢流通过封闭段的围堰，在溢流的过程中，液相物料经过内外筒壁之间填充的填料/保护剂(此处为过滤区C)，进行更为精细的固体杂质过滤，经过滤后的液相物料沿内外筒径向进入内筒22中，并与之前气液分离的气相物料重新汇合进入内筒22底部设置的烟囱式气液分配器13(图中仅示意了位置，并未示出烟囱式气液分配器13的具体结构)，进而进入下部的催化剂床层14(参见图1)。
进一步如图3所示，优选而非限制性地，内筒筒壁下部的封闭段可以采用如图所示的在内筒内壁设置封闭单元，也可以将内筒筒壁制作为上部镂空(即筛网结构)下部封闭的一体成型结构(图中未示出)。如果采用封闭单元，封闭单元可以为与内筒22内壁尺寸相适配的管体24，管体24相当于溢流堰，可在管体24的高度范围内阻止外筒外侧的液相沿径向流入内筒中，使得沉降区B中沉积的固体杂质不会随液相物料流入内筒22中。进一步地，管体24可与内筒22紧固连接，管体24为上下开口结构，管体24下部与烟囱式气液分配器13连通且同轴设置。
进一步地，优选而非限制性地，外筒21的直径可以设置为8至50cm；内筒直径可以设置为1.5至5cm；内、外筒高度相同且均为20至100cm。管体24的外径与内筒22的内径相匹配，管体壁厚可以设置为0.2至0.6cm，管体高度可以设置为10至80cm。
实施例2
本实施例提供了一种反应器内脱除固体杂质的方法，该方法应用实施例1中的反应器内脱除固体杂质的装置，包括如下步骤：
步骤S101，气、液相进料进入反应器内后，通过盖板23的作用分散在本发明实施例1的反应器内脱除固体杂质的各个装置之间。由于盖板23的遮挡，反应器入口进入的气液混合物不会直接进入实施例1中装置的内筒22进而直接进入气液分配盘12的下部。
步骤S102，大部分气相进料通过气相通道(即内外筒上沿与盖板23之间的空间)直接进入内筒22，小部分气相进料通过过滤区进入内筒22，在此过程中完成气液分离。
步骤S103，液相进料在内筒22封闭段形成的液位以下建立液相缓流区A，并在缓流区下部形成固体杂质沉降区B。
本实施例利用沉淀的基本规律，建立液相缓流区A和固体杂质沉降区B，即利用液相中悬浮颗粒的可沉降性能，在重力作用下产生下沉作用，以达到固液分离。静止液相中悬浮颗粒开始沉降时，会受到重力、浮力、摩擦力的作用。因受重力作用产生加速运动，经过很短的时间后，颗粒的重力与液相对其产生的阻力平衡时,颗粒即等速下沉。沉淀的影响因素包括颗粒密度、液相速度以及池的表面积。在其它条件不能改变的情况下，改变液相流速对沉淀影响明显，降低液速有利于沉淀产生。
本实施例气液混合物料进入反应器后通过入口分配器11分散下落，由于有内外筒顶部盖板23的存在，所有物料都会分散落进本发明各个装置2之间的空隙，进入液相缓流区A。在这个区域，在一定体积流速下液相线速度急剧变缓。由于内筒下部的封闭段形成围堰，液相缓流区A内液相建立一定液位高度，并在这里气液分离，缓流区液速明显变小，固体杂质垢物在重力作用下更容易产生沉淀，在缓流区下部形成固体杂质沉降区B。
步骤S104，液相缓流区的液相物料经过过滤区并在高于液位A1处溢流进入内筒，经缓流、沉降以及过滤后的液相进料在内筒中与气相进料汇合，并最终进入装置下部的烟囱式气液分配器进而进入催化剂床层。
具体地，缓流区液相经过过滤区C填料/保护剂的拦截脱除垢物后，漫过封闭段形成的围堰，与气相物料再次混合后通过烟囱式气液分配器，进入气液分配盘下部的催化剂床层。在液相缓流区气相与液相分离，通过气相通道以及过滤区上部(即液位A1以上)，并向下与溢流进入管体24中的液相混合。
进一步地，当沉降区杂质垢物沉积厚度变大，固体杂质沉降区的填料和/或保护剂的空隙、孔隙被固体杂质逐渐充满、堵塞沉积高度超过管体高度时，过滤区下部的堵塞部位会自发形成新的封闭高度(即新的围堰高度)，缓流区液面升高，液相进料从过滤区上部过滤溢流至内筒中，即液相从上部新鲜的填料/保护剂区域过滤溢流，因此过滤一段时间后仍能保证本发明装置对杂质垢物的脱除沉积功能。
本发明反应器内脱除固体杂质的装置及方法通过将装置设置在反应器入口和气液分配盘之间，利用气液分配盘顶部空余空间，可不占用反应器内有限的催化剂床层空间；在内筒下部设置一段封闭段，形成围堰，液相进料进入反应器后在缓流区可以迅速降低液速，更有利于固体杂质的沉降，经过沉降后的液相进料进入过滤区可达到精细过滤的效果；经缓流、沉降过滤后的液相进料可以更为有效地脱除沉积原料中金属杂质、各种悬浮颗粒物等结垢物，有效脱除固体杂质后的液相进料与气相进料进入催化剂床层，可有效减缓催化剂床层的积垢结焦，延缓压降快速上升，维持装置长周期运转。
前述对本发明的具体示例性实施方案的描述是为了说明和例证的目的。这些描述并非想将本发明限定为所公开的精确形式，并且很显然，根据上述教导，可以进行很多改变和变化。对示例性实施例进行选择和描述的目的在于解释本发明的特定原理及其实际应用，从而使得本领域的技术人员能够实现并利用本发明的各种不同的示例性实施方案以及各种不同的选择和改变。针对上述示例性实施方案所做的任何简单修改、等同变化与修饰，都应落入本发明的保护范围。
Claims (11)
1.一种反应器内脱除固体杂质的装置，其特征在于，该装置数量为多个且均匀间隔设于反应器入口与气液分配盘之间，包括：
外筒，其固定安装在所述气液分配盘上，该外筒筒壁为筛网结构；
内筒，其与所述外筒同轴设置，所述外筒和内筒之间填充填料和/或保护剂；该内筒筒壁上部为筛网结构并与所述外筒相应位置之间构成过滤区；内筒筒壁下部为封闭状态，封闭部分的液位以下形成液相缓流区和固体杂质沉降区；
盖板，其覆盖所述外筒和内筒的所在区域并在盖板和内、外筒之间形成气相通道。
2.根据权利要求1所述的反应器内脱除固体杂质的装置，其特征在于，所述内筒筒壁下部为封闭状态具体为：将内筒筒壁制作为上部镂空下部封闭的一体成型结构，或，在所述内筒内壁设置封闭单元。
3.根据权利要求2所述的反应器内脱除固体杂质的装置，其特征在于，所述封闭单元为与所述内筒内壁尺寸相适配的管体，所述管体在高度范围内阻止外筒外侧的液相沿径向流入内筒中。
4.根据权利要求3所述的反应器内脱除固体杂质的装置，其特征在于，所述管体与内筒紧固连接，管体为上下开口结构，管体下部与烟囱式气液分配器连通且同轴设置。
5.根据权利要求4所述的反应器内脱除固体杂质的装置，其特征在于，所述外筒直径为8至50cm；内筒直径为1.5至5cm；内、外筒高度相同且为20至100cm。
6.根据权利要求5所述的反应器内脱除固体杂质的装置，其特征在于，所述管体外径与内筒内径相匹配，管体壁厚为0.2至0.6cm，管体高度为10至80cm。
7.根据权利要求1所述的反应器内脱除固体杂质的装置，其特征在于，所述外筒内壁和内筒外壁之间的顶部设有用于防止填料和/或保护剂溢出的筛网。
8.根据权利要求1所述的反应器内脱除固体杂质的装置，其特征在于，所述填料为惰性填料，所述保护剂为活性加氢保护剂。
9.一种反应器内脱除固体杂质的方法，其特征在于，应用如权利要求1至8中任意一项所述的装置，包括如下步骤：
气、液相进料进入反应器内后，通过盖板的作用分散在各个所述装置之间；
大部分气相进料通过气相通道进入内筒，小部分气相进料通过过滤区进入内筒；
液相进料在内筒封闭部分形成的液位以下建立液相缓流区，并在缓流区下部形成固体杂质沉降区；
液相缓流区的液相进料经过过滤区并在高于液位处溢流进入内筒，经缓流、沉降以及过滤后的液相进料在内筒中与所述气相进料汇合，并最终进入所述装置下部的烟囱式气液分配器。
10.根据权利要求9所述的反应器内脱除固体杂质的方法，其特征在于，所述内筒封闭部分通过与内筒内径尺寸相适配的管体进行封闭，并形成所述液位。
11.根据权利要求10所述的反应器内脱除固体杂质的方法，其特征在于，当所述固体杂质沉降区的填料和/或保护剂的空隙被固体杂质逐渐充满、堵塞沉积高度超过所述管体高度时，过滤区下部的堵塞部位形成新的封闭高度，缓流区液面升高，液相进料从过滤区上部过滤溢流至所述内筒中。
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