CN1290602C

CN1290602C - 一种连续催化重整反应器

Info

Publication number: CN1290602C
Application number: CN 03116945
Authority: CN
Inventors: 朱子彬; 朱学栋; 李瑞江; 俞丰; 吴勇强; 徐志刚; 张成芳
Original assignee: East China University of Science and Technology
Current assignee: East China University of Science and Technology
Priority date: 2003-05-16
Filing date: 2003-05-16
Publication date: 2006-12-20
Anticipated expiration: 2023-05-16
Also published as: CN1454970A

Abstract

本发明公开了一种连续催化重整移动床径向反应器，该反应器采用了一带有催化床的圆形容器为反应装置，反应物进口位于反应装置的上端，出口位于反应装置的下端，催化床由外多孔壁和内多孔壁筒构成，其中填装催化剂，催化剂借助重力由上往下作连续流动，同时反应物料在反应装置内由中心向外作离心式流动，在分流流道和集流流道呈同向作自上而下流动，属Z型离心式径向移动床反应器。该反应器具有轴向气体分布均匀，床层轴向温度均一，避免了催化剂“贴壁”现象，反应器结构简单以及催化剂利用率高等特点。该反应器同样适用于其它的中、低压和常压的气固相移动床反应。

Description

一种连续催化重整反应器

技术领域

本发明涉及一种适用于中低压或常压的气固相催化移动床径向反应器，特别涉及一种适用于烃类催化重整的催化移动床径向反应器。

背景技术

现有的烃类催化重整方法中，一般采用气固相移动床径向催化反应器。所述的气固相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，固体催化剂借助重力沿反应器轴向移动，气相反应物沿反应器径向或接近径向通过催化剂床层，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；中国专利CN1042559A公开了IFP公司(法国石油公司)的连续重整装置技术，反应系统一般采用3个或4个反应器并列布置。上述工艺中，每个反应器内都充满催化剂并靠重力向下移动，通入反应器室内的反应物料流径向流动，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。

而在其后改进的方法中，中国专利CN85103262B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∏型向心式流动方式。分析上述两种工艺，由于所用反应器的结构导致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反应，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，造成反应恶化。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，使反应器不能正常操作。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。

中国专利CN1258558A公开的方法是反应物料入口开于反应器壳体的侧面，反应物入口中心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，进入中心集气管，然后从反应器底部流出，这样很难控制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。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Z型离心式流动方式；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，会阻滞催化剂向下均匀移动。

综上专利所述，各类催化移动床径向反应器大多采用了反应物料由外向内沿半径方向向心流动的方式，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连续催化重整反应器，以此解决上述技术问题，同时克服现有技术中存在的缺陷。此外，本发明所述的离心式连续催化重整反应器具有结构简单且装卸催化剂便利的特点。

发明构思

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壁间的空间集流流出，呈离心流动状，使体积增大的反应物料的流速沿径向逐渐降低，从而保证反应物料出口壁面流速较低，避免了催化剂“贴壁”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中无热损失，保证了反应器内轴向温度的均匀。

(3)反应物料作由内向外，进口和出口分别位于反应器的上端和下端，使反应物料在分流流道和集流流道内作同向的相对流动，呈上进下出的Z型流动方式。集气管采用多孔筒作为壁面，催化剂的床层上部完全敞开(或使用格栅)，不仅结构简单，而且装卸催化剂十分方便。

(4)反应物料作由内向外，上进下出的Z型流动方式，集气管采用多孔筒作为壁面，催化剂的床层上部也可完全密封，反应物料作纯径向流动，有利于反应物料沿轴向的均匀分布。

根据上述构思，本发明提出如下技术方案：

本发明所说的连续催化重整反应器包括：

一圆筒形容器和容器内催化床，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置于圆筒形容器的顶部，所述的反应产物出口置于圆筒形容器下部。

在圆筒形容器内包括与圆筒形容器同轴设置的，由内向外依此排列的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或不同的多孔壁外筒，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；内筒与多孔壁外筒之间形成催化床；多孔壁外筒与圆筒形容器侧壁之间构成反应产物料集流流道，其与置于圆筒形容器下部的反应产物出口相连通。

附图说明

图1本发明所述离心式催化移动床径向反应器结构示意图

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-催化剂支撑板；

13-反应产物出口。

图2为图1中反应器横截面结构示意图

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反应器重叠组合示意图

图8反应器并列组合示意图

图9反应器重叠与并列组合示意图

图10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，本发明所说的离心式连续催化重整反应器包括：

一圆筒形容器8和容器内催化床5，在该圆筒形容器的器壁上设有反应物料进口1、反应产物出口13、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置于圆筒形容器8的顶部，所述的反应产物出口13置于圆筒形容器8下部。

在圆筒形容器8内包括与圆筒形容器8同轴设置的，由内向外依此排列的上部侧壁不开孔、下部为多孔壁的内筒6和多孔壁外筒7，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，催化床层5由催化剂支撑板12支撑；多孔壁外筒7与置于圆筒形容器8下部的反应产物出口13相连通，与圆筒形容器8侧壁之间构成反应产物料集流流道4；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1～5为宜。

所述内筒6与多孔壁外筒7的高度H是相等的，其开孔区域的高度可以是一致或不一致，当开孔区域的高度不一致时，内筒6开孔区域的高度为H_i，多孔壁外筒7的开孔区域的高度为H，催化剂封区11的高度为ΔH_i，径向催化床10的高度为H_i，催化剂封区11的高度ΔH_i为径向催化床10径向厚度的0.5～5倍为宜。在催化床5上方是完全敞开的，简化了反应器结构、方便了催化剂的装卸；当开孔区域的高度一致时，内筒6和多孔壁外筒7开孔区域的高度均为H_i，催化剂封区11的高度ΔH_i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0.5％～10％。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，多孔厚板的开孔率为0.5％～10％，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内同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50％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％。

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，在图1所示反应器内反应物料是这样流动的：反应物料由反应物料进口1进入多孔壁内筒6构成的分流流道3，通过多孔壁内筒6上的分布孔14径向流入催化床10进行反应，进而反应产物由内向外通过多孔外壁7上的分布孔14进入反应产物集流流道4，经反应产物出口13流出。催化剂颗粒自催化剂加料管2流入催化床后，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。

本发明提出的反应反应器，与现有技术相比具有以下优点：

1.显著的降低了反应物料的流向外集气筒壁的径向速度，优化了催化剂区内的径向流线分布，避免了催化剂“贴壁”现象的发生；

2.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，更有利于反应器内轴向温度均匀；

3.优化了催化剂封区内的流线分布，有效调节轴向流与径向流的比例，既避免了催化剂封区内的沟流或滞留区，又可有效降低催化剂封区的高度，提高了催化剂的利用率；

4.内多孔壁反应物料分布器的控制压降一般仅占催化床压降的15～50％，在实现较低的控制压降的同时，保证了反应物料沿轴向均匀分布；

5.催化床层顶部采用敞开式结构，使反应器结构简单，有利于催化剂的装卸；

6.采用最佳的流体分布技术，保证反应物料沿轴向均匀分布，有利于催化剂的均匀下移，提高了催化剂的利用效率。

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7～图10给出几种不同组合方式的示意图。其中图7为将4个本发明所述的反应器重叠组合的示意；图8为4个本发明所述的反应器并列组合的示意图；图9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10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

1、一种连续催化重整反应器，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(13)、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)置于圆筒形容器(8)的顶部，反应产物出口(13)置于圆筒形容器(8)下部；在圆筒形容器(8)内设置与圆筒形容器(8)同轴设置的，由内向外依此等高排列的内筒(6)和多孔壁外筒(7)，所述的内筒(6)上部侧壁不开孔、下部为多孔壁，所述的多孔壁外筒(7)开孔区域高度与内筒(6)相同或不同，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)与多孔壁外筒(7)之间形成催化床(5)，多孔壁外筒(7)与圆筒形容器(8)侧壁之间构成反应产物料集流流道(4)，其与置于圆筒形容器(8)下部的反应产物出口(13)相连通；

其中：催化床(5)由内筒(6)上部侧壁不开孔段与多孔壁外筒(7)构成的催化剂封区(11)和内筒(6)下部侧壁开孔段与多孔壁外筒(7)组成的径向催化床(10)构成，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，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1～5。

2、如权利要求1所述的反应器，其特征在于，其中内筒(6)与多孔壁外筒(7)开孔区域高度不同，内筒(6)上部侧壁不开孔区域的高度为径向催化床(10)径向厚度的0.5～5倍。

3、如权利要求1所述的反应器，其特征在于，其中内筒(6)与多孔壁外筒(7)开孔区域高度相同，内筒(6)上部侧壁不开孔区域高度为径向催化床(10)径向厚度的0.2～3倍。

4、如权利要求2或3所述的反应器，其特征在于，其中多孔壁外筒(7)由多孔厚板(15)紧贴多孔薄板(16)形成，或用横向和纵向撑条(17)架在多孔厚板(15)和多孔薄板(16)之间形成，所述的多孔薄板(16)紧贴催化剂一侧，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％。

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

6、如权利要求2或3所述的反应器，其特征在于，其中内筒(6)的多孔壁结构为由多孔厚板(15)紧贴多孔薄板(16)形成，或用用横向和纵向撑条(17)架在多孔厚板(15)和多孔薄板(16)之间形成，或由多孔厚板(15)格栅组成的双层紧贴结构，所述的多孔薄板(16)紧贴催化剂一侧，其中多孔厚板(15)开孔率为0.5％～10％，多孔薄板(16)开孔率为30～50％，格栅的空隙率为40～60％。

7、一种催化移动床径向反应器，其特征在于，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。

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

9、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。