CN1189544C - 一种连续催化重整、脱氢反应器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种适用于连续催化重整的反应方法及反应装置，该方法采用了一带有催化床的圆形压力容器为反应装置，气体进口和出口位于反应装置的同一端，催化床由外多孔壁和圆形内多孔壁筒构成，其中填装催化剂，催化剂借助重力由上往下作连续流动，同时反应物料在分流流道由上至下、在集流流道由下至上、在反应装置内由内向外作∏型径向离心流动。该反应装置压降低、轴向床层温度均匀，无催化剂“贴壁”现象。该反应方法和装置同样适用于石蜡催化脱氢、烷基芳烃的催化脱氢等其它中低压和常压的气固相催化反应。

Description

一种连续催化重整、脱氢反应器

技术领域

本发明涉及一种适用于气固相催化重整、石蜡催化脱氢、取代芳烃的催化脱氢反应的反应器。

背景技术

现有的催化重整、石蜡催化脱氢和烷基芳烃的催化脱氢的反应方法中，一般采用气固相移动床径向催化反应器。所述的气固移动床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壳体，在所述反应器内有一由圆柱形外多孔筒和圆柱形内多孔筒构成的环形空间，装入催化剂后即形成圆筒形的催化剂床层。圆柱形内多孔筒能阻止催化剂颗粒进入内多孔筒的内部空间，同时它可作为分气管，起到分配器的作用，把气相反应物尽量均匀地分配到所述催化剂床层。所述圆柱形外多孔筒能阻止催化剂颗粒进入外多孔筒与壳体之间的外部空间，它可以作为集气管，收集反应产物。反之，外多孔筒可作为分气管，而内多孔筒作为集气管。在气固相移动床径向反应器中，周体催化剂沿反应器轴向向下移动，气相反应物沿反应器径向或接近径向通过催化剂床层，在固体催化剂颗料存在的条件下发生反应。美国专利US3,706,536公开了UOP(环球油品公司)的第一代连续重整技术，重整过程中3个或4个反应器重叠，借助重力流动，催化剂从第一个反应器流到最后一个反应器。通入反应器室内的反应物料，从反应器的上部开孔进入外环形空间，从外环形空间穿过环形催化剂床(向心流动)，进入中心管空间，然后从反应器连接中心管的底部开孔流出，形成上进下出的Z型向心式流动方式。反应物料在分流流道和集流流道呈同向流动，由此不利于反应物料沿轴向的均匀分布。

中国专利CN85103262A和美国专利US4,567,023公开了UOP的第二、三代连续重整技术，反应物料流的入口和出口端均在反应器的上端，反应物料从外环形空间径向由外向内流动穿过环形催化剂床，呈向心式流动，进入中心管空间，然后从反应器连接中心管的顶部开孔流出，形成上进上出的∏型流动方式。分析上述几种工艺，它们采用的反应物料的流动方式都是向心式流动，对径向反应器，一般外种工艺，它们采用的反应物料的流动方式都是向心式流动，对径向反应器，一般外环的直径是中心管直径的一倍左右，所以由外向内的向心流动，反应物料的径向流速也将增加一倍左右；另外，根据反应特点，催化重整过程同时生成氢气，整个反应属体积增加的过程，也就是说，反应物料在径向流经催化床层时，体积不断增加，在整个催化重整过程中反应物流的总体积增加将近2.5倍。众所周知，在上述反应器中，反应物料的流动与颗粒移动的方向垂直，反应物料流动对床层中的颗粒产生一个指向集气管壁面方向的力，因此增大了床中催化剂和壁面处的摩擦阻力，阻滞了颗粒沿壁面的向下移动。如果反应物料径向速度足够大，产生的摩擦阻力将足以支持整个床层的重量，使颗粒停止向下移动，或至少在临近中心集气管分布板附近使颗粒轴向向下移动停止、此时床层被称作由于反应物料流动而产生“贴壁”。这样，催化剂将被固定在床层中形成死区而引起结焦失活，死区内的催化剂在失活后不能及时移出床层去再生，造成反应转化率下降。当反应物料径向速度继续增加，在分气管壁面与颗粒层之间还会形成“空腔”，随着气流量的增大，空腔的厚度逐渐扩大，使颗粒停止下移。由于空腔的形成，使气流沿轴向的分配变得不均匀，直至形成短路，使反应器不能连续操作。由此可知，为避免“贴壁”现象的出现，降低指向集气管的径向流速是十分重要的，为此，移动床反应器往往设计成薄床层径向反应器，催化床层内、外壁的直径差别不过分大，以尽可能减少径向流速的变化，同时采取了比较苛刻的流体均布措施。上述两种工艺都通过减少中心管的开孔率、增加压降以控制反应物流在反应器内的轴向均布。

美国专利US3,882,015公开的方法与美国专利US3,706,536公开的技术不同，反应物料流从反应器中心管底部进入中心管，并通过环形催化剂床径向流入环形空间，然后由反应器上部与环形空间相联接的出口流出，形成下进上出的离心式Z型流动方式。该技术反应物料的流动方向与催化剂颗粒的流动方向相反，不利于催化剂的下行移动。

而现有改进的方法中，美国专利US5,130,106为防止“贴壁”和“空腔”现象的发生，催化剂床层顶部采用完全的密封板，密封板上设置锥形催化剂导流管以减少催化剂床层上部的空闲空间。这种设计的主要缺点是：没有解决上述“空腔”和“贴壁”现象的发生的根本问题，而反应器结构复杂，安装制造困难。中国专利CN1258558A中反应物料入口开于反应器壳体的侧面，反应物入口的竖向高度位于催化反应区轴向高度的中部，反应物由外向内径向流过催化床层，然后进入中心集气管，再由从反应器的底部流出，这样很难保持反应物流沿轴向的均匀分布，也易产生“贴壁”现象。中国专利CN1127159A中通过在催化剂床层中设置中间壁的方法分割催化床层，以图降低催化剂贴壁发生的可能性，但该方法没有解决催化剂贴壁的根本问题，反而导致反应器结构复杂。

综上专利所述，各类径向移动床反应器大多数采用了反应物料由外向内的沿半径方向向心流动方式，径向气体呈现出加速趋势，又加之重整反应是增体积的过程，因此，为避开“贴壁”，给移动床径向反应器的设计带来了很大的限制和困难。同时，现有专利技术由外向内的向心流动，由于进口物料在外分流流道的热损失，不可避免地将引起催化床床层的轴向温度差。

发明内容

本发明需要解决的技术问题是：

(1)降低反应物料流径向流速，从而避免催化剂“贴壁”现象的出现；

(2)减少反应物料在分流流道中的热损失，使催化床层床层的轴向温度更为均匀。

本发明通过提供一种离心式连续催化重整、脱氢反应器，以此解决上述技术问题，同时克服现有技术中存在的缺陷。

本发明的构思是这样的：

(1)反应物料的流动采用反应物料经反应器中心管分流，沿轴向均匀分布径向进入环形催化剂床，在环形催化剂床和反应器器壁间的空间集流流出，呈离心流动，使体积增大的反应物料的流速沿径向逐渐降低，避免催化剂“贴壁”现象发生的可能。

(2)反应物料由内向外作径向离心流动，进口反应物料在中心分流流道流动中无热损失，保证了反应器内轴向温度的均匀。

(3)采用了∏型流动方式，反应物料进口和出口均位于反应器的上端，使反应物料在分流流道和集流流道内作逆向的相对流动，优化了分流和集流流道的流道设计，可完全消除其两流道间静压差的差别，由此，在实施较低控制压降的同时，可充分保证反应物料沿轴向的均匀分布。

根据上述构思，本发明提出如下所述的技术方案：

本发明所说的连续连续催化重整、脱氢反应器包括：

一圆筒形容器和该容器内催化床，在该圆筒形容器的器壁上设有反应物料进口、反应产物出口、催化剂加料管和催化剂卸料管，其特征在于：所述的反应物料进口和反应产物出口置于圆筒形容器的顶部。

在圆筒形容器内包括：与圆筒形容器同轴设置的，由内向外依此排列等高的上部侧壁不开孔、下部为多孔壁的内筒和开孔高度与内筒相同的侧壁为多孔结构的外筒，所说的侧壁为多孔结构的外筒为多孔壁外筒或由多个扇形、中空元件沿圆形容器内近壁处作相邻圆周排列所构成的外筒，其中靠催化剂一侧开设分布孔，而靠圆筒形容器一侧不开孔，所述内筒与置于圆筒形容器顶部反应物料进口相连通，构成反应物料分流流道，内筒与外筒之间形成催化床，多孔壁外筒与圆筒形容器侧壁之间或扇形的多孔中空元件构成反应产物集流流道，反应产物集流流道与置于圆筒形容器顶部的反应产物出口相连通。

附图说明

图1本发明所述连续催化重整、脱氢反应器结构示意图

其中：1-反应物料进口；      2-催化剂加料管；3-反应物料分流流道；

      4-反应产物料集流流道；5-催化床；      6-内筒；

      7-多孔壁外筒；        8-圆筒形容器；  9-催化剂卸料管；

      10-径向催化床；       11-催化剂封区； 12-反应产物出口。

图2为图1中反应器横截面结构示意图

13-扇形多孔中空元件

图3双层紧贴多孔板结构示意图

其中：14-分布孔；15-多孔厚板；16-多孔薄板。

图4双层架空多孔板结构示意图

其中：14-分布孔；15-多孔厚板；16-多孔薄板；17-支撑条。

图5格栅结构示意图

其中：18-栅条。

图6为图5中A-A向示意图

图7-种扇形多孔中空元件横截面示意图。

13-扇形多孔中空元件；19-分布孔。

图8另一种扇形多孔中空元件横截面示意图。

13-扇形多孔中空元件；19-分布孔

图9反应器重叠组合示意图

图10反应器并列组合示意图

图11反应器重叠与并列组合示意图

图12反应器并列与重叠组合示意图

下面结合附图对本发明作进一步的说明，所绘附图只是帮助理解本发明，其并不限制本发明的保护范围：

由图1和图2可见，本发明所说的本发明所述连续催化重整、脱氢反应器包括：

一圆筒形容器8和容器8内催化床5，在该圆筒形容器8的器壁上设有反应物料进口1、反应产物出口12、催化剂加料管2和催化剂卸料管9，所述的反应物料进口1及所述的反应产物出口12置于圆筒形容器8的顶部；

在圆筒形容器8内包括：与圆筒形容器8同轴设置的，由内向外依此排列等高的上部侧壁不开孔、下部为多孔壁的内筒6和开孔高度与内筒6相同的侧壁为多孔结构的外筒，所说的侧壁为多孔结构的外筒为多孔壁外筒7或由多个扇形、中空元件13沿圆形容器8内近壁处作相邻圆周排列所构成的外筒，其中靠催化剂一侧开设分布孔19，而靠圆筒形容器8一侧不开孔；

所述内筒6与置于圆筒形容器8顶部反应物料进口1相连通，构成反应物料分流流道3，内筒6与外筒之间形成催化床5，多孔壁外筒与圆筒形容器8侧壁之间形成反应产物集流流道4，或由扇形的多孔中空元件13本身构成反应产物集流流道4，反应产物集流流道4与置于圆筒形容器8顶部的反应产物出口12相连通，反应产物料集流流道4的横截面积与反应物料分流流道3的横截面积之比值以1～3为宜：

所说的内筒6上部侧壁设有一段不开孔的催化剂封区11，催化剂封区11以下即为径向床层区10，催化剂封区11和径向催化床10组成催化床5，催化床5与分别置于圆筒形容器8上部和下部的催化剂加料管2和催化剂卸料管9相连通；

所述内筒6与侧壁为多孔结构的外筒的高度H是相等的，其开孔区域的高度一致，内筒6和侧壁为多孔结构的外筒开孔区域的高度均为Hi，催化剂封区11的高度ΔHi为径向催化床10径向厚度的0.2～3倍为宜，在催化床5上方是完全密封的，有利于反应物料的径向流动。

内筒6可采用多种结构的多孔板，优选如图3或图4所示的多孔板，图3所示是双层紧贴多孔板，其由多孔厚板15和多孔薄板16组成，图4所示为双层架空多孔板，多孔厚板15和多孔薄板16中间用横向和纵向支撑条17架空，多孔薄板16紧贴催化剂的一侧，图3和图4中厚板和薄板上的分布孔14的孔径小于催化剂颗粒的尺寸，其形状可为圆孔、条形孔，或采用丝网、多孔薄板的开孔率为30～50％，多孔厚板的开孔率为1％～15％。所述的内筒6还可采用多孔厚板15和格栅组成的双层紧贴结构，多孔厚板15的开孔率为10％～15％，格栅的空隙率为40～60％。由于本发明实施了反应物料在分流流道3与集流流道4内逆向的相对流动的结构，作为反应物料分布器的内多孔壁筒6可保持相当大的开孔率，使反应物料分布器的控制压降仅为催化床层压降的10-40％或更低，在实现较低控制压降的同时，保证了反应物料沿轴向的均匀分布。

多孔壁外筒7同样可采用多种结构的多孔板，优选图3所示的双层紧贴多孔板，其由多孔厚板15和多孔薄板16组成，或图4所示的双层架空多孔板，其多孔厚板15和多孔薄板16中间用横向和纵向支撑条17架空，多孔薄板16紧贴催化剂的一侧，图3和图4中厚板和薄板上所开的分布孔14的孔径小于催化剂颗粒的尺寸，其形状为圆孔、条形孔或采用丝网，薄板的开孔率为30～50％，厚板开孔率为20～40％。此外，所述的多孔壁外筒7也采用如图5所示的格栅结构，格栅的栅条18之间的间隙小于催化剂颗粒的尺寸，图6为图5中A-A向示意图，格栅的孔隙率为40～60％；

图7和图8分别为两种不同形状的多孔中空元件13的横截面示意图，多孔中空元件13为长条形，与催化床层5的高度相同，紧贴催化剂的一侧开设外分布孔19，其开孔率为30～50％，孔形为圆孔或条形孔，而贴近压力容器8的一侧是不开孔的。

本发明与现有技术相比具有以下优点：

1.∏型结构消除了分流流道和集流流道两流道间的静压差别，可显著的减少控制压降，内多孔壁反应物料分布器的控制压降约为催化床压降的10～40％，在实现较低控制压降的同时，保证了反应物料沿轴向均匀分布；

2.由内向外的离心式流动，显著的降低了反应物料流向集气管的径向速度，优化了催化剂区内的流线分布，有效调节催化剂移动，避免了催化剂“贴壁”发生，减少积炭，有利于催化剂效率的提高；

3.反应物料由内向外离心流动，由于在中心分流流道无热损失，保证了反应器内轴向温度均匀；

4.采用最佳的流体分布技术，优化内外流道的设计，显著降低了分布器的控制压降，可实现薄催化剂床层的移动床径向反应器的设计。

具体实施方式

图1所述的反应器是这样工作的：

原料中氢烃摩尔比值为1～3，反应温度为420～580℃、反应压力为0.2～0.8Mpa，重量空速为0.5～2.5小时^-1，反应物料由反应物料进口1进入内多孔壁筒6构成的分流流道3，通过内多孔壁筒6上的内分布孔14径向流入径向床层区10，进而由内向外通过外多孔壁7上的分布孔14或通过多孔中空元件13的分布孔19进入反应产物集流通道4作离心流动，反应物料在分流流道3与集流流道4中是作逆向的相对流动，催化剂颗粒自催化剂加料管2流入催化床5后，作沿轴向的自上而下移动，然后，由下部的催化剂卸料管9流出催化床层。

此外，为满足不同催化重整工艺的需要，可将多个本发明所述的反应器进行组合使用。图9～图12给出几种不同组合方式的示意图。其中图9为将4个本发明所述的反应器重叠组合的示意；图10为4个本发明所述的反应器并列组合的示意图；图11为1个本发明所述的反应器与3个重叠组合的本发明所述的反应器并列组合的示意图；图12为2组2个重叠组合的本发明所述的反应器并列组合的示意图。

Claims (11)

1、一种连续催化重整、脱氢反应器，包括一圆筒形容器(8)和容器内催化床(5)，在该圆筒形容器(8)的器壁上设有反应物料进口(1)、反应产物出口(12)、催化剂加料管(2)和催化剂卸料管(9)，其特征在于：所述的反应物料进口(1)和反应产物出口(12)置于圆筒形容器(8)的顶部，

在圆筒形容器(8)内包括：与圆筒形容器(8)同轴设置的，由内向外依此排列等高的上部侧壁不开孔、下部为多孔壁的内筒(6)和开孔高度与内筒(6)相同的侧壁为多孔结构的外筒，所说的侧壁为多孔结构的外筒为多孔壁外筒(7)或由多个扇形、中空元件(13)沿圆形容器(8)内近壁处作相邻圆周排列所构成的外筒，其靠催化剂一侧开设分布孔(19)，而靠圆筒形容器(8)一侧不开孔；

所述内筒(6)与置于圆筒形容器(8)顶部反应物料进口相(1)连通，构成反应物料中心分流流道(3)，内筒(6)与外筒之间形成催化床(5)，多孔壁外筒(7)与圆筒形容器(8)侧壁之间形成或由扇形的多孔中空元件(13)本身构成反应产物集流流道(4)，应产物集流流道(4)与置于圆筒形容器(8)顶部的反应产物出口(12)相连通；

其中：催化床(5)包括：由内筒(6)上部侧壁不开孔段与同样高度侧壁不开孔的外筒构成的催化剂封区(11)，内筒(6)下部侧壁开孔段与侧壁为多孔结构的外筒之间形成径向催化床区(10)，催化床(5)与分别置于圆筒形容器(8)上部和下部的催化剂加料管(2)和催化剂卸料管(9)相连通。

2、如权利要求1所述的反应器，其特征在于，所说的侧壁为多孔结构的外筒为多孔壁外筒(7)。

3、如权利要求2所述的反应器，其特征在于，多孔壁外筒(7)由多孔厚板(15)紧贴多孔薄板(16)，或由多孔厚板(15)和多孔薄板(16)之间用支撑条(17)架空的结构，其中多孔薄板(16)的开孔率为30～50％，多孔厚板(15)开孔率为20～40％。

4、如权利要求2所述的反应器，其特征在于，多孔壁外筒(7)为格栅结构，格栅的孔隙率为40～60％。

5、如权利要求1所述的反应器，其特征在于，所说的侧壁为多孔结构的外筒为由多个扇形、中空元件(13)沿圆形容器(8)内近壁处作相邻圆周排列所构成的外筒，其中靠催化剂一侧开设分布孔(19)，开孔率为30％-50％，而靠圆筒形容器(8)一侧不开孔。

6、如权利要求1所述的反应器，其特征在于，内筒(6)的多孔壁结构为由多孔厚板(15)紧贴多孔薄板(16)，或由多孔厚板(15)和多孔薄板(16)中间用支撑条(17)架空，或由多孔厚板(15)和格栅组成的双层紧贴结构，其中多孔厚板(15)开孔率为1％～15％，多孔薄板(16)开孔率为30～50％，格栅的空隙率为40～60％。

7、如权利要求2-6所述的任一一种反应器，其特征在于，内筒(6)和外筒上部侧壁不开孔段ΔH_i为径向催化床(10)径向厚度的0.2-3倍，在催化床(5)上方完全密封。

8、如权利要求7所述的反应器，其特征在于，反应产物料集流流道(4)的横截面积与反应物料分流流道(3)的横截面积之比值为1～3。

9、一种催化移动床径向反应器，其特征在于，将至少两个如权利要求1所述的反应器重叠组合。

10、一种催化移动床径向反应器，其特征在于，将至少两个如权利要求1所述的反应器并列组合。

11、一种催化移动床径向反应器，其特征在于，将至少三个如权利要求1所述的反应器并列和重叠组合。

Images