CN218281698U - 一种固定床反应器和催化剂在线监测装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种固定床反应器和催化剂在线监测装置，包括固定床反应器和催化剂碳硫监测设备，所述的固定床反应器包括反应器壳体(1)、反应器壳体内的多段催化剂床层(8)、顶部进料口(2)和底部出料口(9)，每段催化剂床层底部设有催化剂样品采样口(7)，所述的催化剂样品采样口经阀门(10)和管线连通催化剂碳硫监测设备(11)。本实用新型提供的固定床反应器和催化剂在线监测装置用于液化气脱硫反应，可实时监测催化剂样品的碳、硫含量，根据分析结果分段换热控温，能够提高脱硫效率、延长催化剂使用寿命。

Description

一种固定床反应器和催化剂在线监测装置

技术领域

本实用新型涉及一种反应装置，更具体地说，涉及一种固定床反应器和催化剂在线监测装置。

背景技术

液化石油气的主要组成为丙烷、丙烯、丁烷和丁烯，同时包含少量的乙烷、乙烯、戊烷以及1,3-丁二烯等其它烃类化合物。丙烯和丁烯是重要的基础化工原料，广泛应用于聚丙烯、丙烯腈、丁二烯、丁基橡胶等生产工艺过程中。

液化石油气中的含硫化合物主要为硫化氢、硫醇、硫醚以及少量的羰基硫，其中H₂S的含量最高，占总硫含量的90％以上。脱除H₂S后，硫醇的含量最高，占总有机硫的90％左右。H₂S有剧毒，硫醇具有恶臭性气味，同时硫化物会对设备以及管路造成腐蚀，还可造成催化剂中毒。此外，液化石油气在燃烧过程中，若其中硫化物含量过高会产生大量的SO₂，危害生态环境。因此在液化石油气作为最终产品或作为原料进入下一装置加工生产前都必须脱除其中的硫化物。

当前炼厂液化石油气精制系统主要包括脱H₂S和脱硫醇两部分。炼厂中大多采用醇胺法脱除液化石油气中的H₂S，该技术已非常成熟，且脱硫率较高。炼厂中传统的脱硫醇方法为碱液吸收法，该技术存在废碱液排放量大、产生二次污染、脱硫效率尤其是硫醚、羰基硫等中性硫的脱除效率低等问题。

CN104624033B公开了一种液化气深度脱硫组合方法。液化气被送入抽提塔，与碱液逆流接触，脱硫后的液化气与再生碱液进入静态混合器混合并进行第二级抽提，混合液在液化气碱液分离罐中分离，液化气送去水洗，抽提塔底部流出的待生碱液进入闪蒸罐，罐顶排出残留液化气送至瓦斯系统，罐底的待生碱液经加热后进入超重力反应器与非净化风反应，超重力反应器排出的尾气经聚结器脱除碱液送回闪蒸罐，脱碱液尾气去柴油吸收塔，与柴油逆流接触，塔顶排除净化尾气返回超重力反应器循环使用，塔底排出富柴油送至柴油加氢装置，得到的再生碱液循环使用。本方法在一定程度上提高了脱硫效率但仍较难脱除液化气中的中性硫。

CN104194833B公开了一种液化气深度脱硫工艺方法。该方法首先通过胺液抽提塔脱除液化气中的H₂S，再进入水洗沉降罐进行液液分离，将液化气携带的胺液脱掉；随后液化气与氢气混合后进入硫转移反应器，在反应温度100～280℃，氢分压0.2～2.0MPa，液时体积空速1～20h^-1，氢油比2～300v/v条件下液化气中的硫化物在硫转移催化剂的作用下转化为高沸点硫化物；最后，反应后的液化气进入稳定单元，进行液化气与高沸点硫化物的精馏分离，最终得到可作为生产MTBE和烷基化的低硫液化气原料，但该方法由于需要进行液化气和高沸点硫化物的精馏分离，能耗高。

CN204455017U公开了一种炼厂液化气脱硫装置，包括一级液膜脱硫化氢反应器、一级脱硫化氢分离罐、二级液膜脱硫化氢反应器、二级脱硫化氢分离罐、纤维式聚结器、一级液膜脱硫醇反应器、一级脱硫醇分离罐、二级液膜脱硫醇反应器、二级脱硫醇分离罐、液膜水洗接触器、水洗分离罐以及与上述各部件中一种或多种连接的若干过滤器、若干循环泵、若干进液口以及若干出液口。本实用新型通过对脱硫装置及脱硫方法的改进，解决了抽提塔胺液乳化夹带、胺液发泡等问题，减少胺液及碱液消耗，同时降低了胺液及碱液循环量，从而降低机泵电耗、再生蒸汽能耗。但经本方法脱硫处理后的液化气总硫含量较高，无法实现深度脱硫，且存在废碱液排放问题。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题是提供一种用于液化气脱硫反应的固定床反应器和催化剂在线监测装置。以克服现有液化气脱硫过程中存在的脱硫深度不足、环境污染较大的问题。

本实用新型提供的固定床反应器和催化剂在线监测装置，包括固定床反应器和催化剂碳硫监测设备，所述的固定床反应器包括反应器壳体1、反应器壳体内的多段催化剂床层8、顶部进料口2和底部出料口9，每段催化剂床层底部设有催化剂样品采样口7，所述的催化剂样品采样口经阀门10和管线连通催化剂碳硫监测设备11。

本实用新型提供的固定床反应器和催化剂在线监测装置应用于液化气脱硫反应，在反应阶段：液化气和氢气混合后经顶部进料口通入固定床反应器，与催化剂床层接触进行脱硫反应，反应后物流经底部出料口排出；打开阀门，催化剂样品通过催化剂样品采样口、阀门被运送至催化剂碳硫监测设备，实时分析催化剂样品的碳、硫含量，根据结果变化调节进料温度，保证液化气脱硫效率的稳定。

在再生阶段：停止进料，先经顶部进料口向固定床反应器内通入惰性气体，将催化剂床层内的烃类汽提出来；汽提结束后，通入含氧气体与催化剂床层反应，催化剂烧焦再生，打开阀门，催化剂样品通过催化剂样品采样口、阀门被运送至催化剂碳硫监测设备，实时分析催化剂样品的碳、硫含量，根据结果控制催化剂床层再生温度和所述的含氧气体的氧含量，实现多段催化剂床层同步完成烧焦再生。当催化剂样品的碳含量低于0.1wt％、硫含量低于1.5wt％时，再生阶段结束。

本实用新型提供的固定床反应器和催化剂在线监测装置的有益效果为：

本实用新型提供的固定床反应器和催化剂在线监测装置适用于液化气脱硫工艺，在吸附脱硫反应和催化剂再生过程中，实时分析催化剂样品的碳、硫含量，根据分析结果调节反应阶段的催化剂床层的温度，在再生阶段调节再生气体中的氧含量，从而提高脱硫效率和脱硫深度，提高催化剂再生效果，另外，本实用新型提供的装置还具有运行成本低、原料适用性广的有益效果。

附图说明

附图构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本实用新型，但并不构成对本实用新型的限制。

图1为固定床反应器和催化剂在线监测装置的结构示意图。

图2为固定床反应器和催化剂在线监测装置优选实施方式的结构示意图。

其中：

1-反应器壳体，2-顶部进料口，3-中间进料口，4-入口分配盘，5-换热器，6-流体混合分配器，7-催化剂样品采样口，8-催化剂床层，9-底部出料口，10-阀门，11-催化剂碳硫监测设备。

具体实施方式

以下对本实用新型的具体实施方式进行详细说明。

在本申请中，所谓“上部”、“下部”、“底部”均是基于容器或部件的相对位置关系而言的。其中，所述的“底部”是指容器由下至上0-10％的位置，所述的“顶部”是指容器由下至上90-100％的位置。

本实用新型提供一种固定床反应器和催化剂在线监测装置，包括固定床反应器和催化剂碳硫监测设备，所述的固定床反应器包括反应器壳体1、反应器壳体内的多段催化剂床层8、顶部进料口2和底部出料口9，每段催化剂床层底部设有催化剂样品采样口7，所述的催化剂样品采样口经阀门10和管线连通催化剂碳硫监测设备11。

本实用新型提供的装置中，所述的顶部进料口与第一段催化剂床层之间设有入口分配盘。所述的入口分配盘将来自顶部进料口的反应物流均匀分配后流入第一段催化剂床层。

优选地，相邻两段催化剂床层之间设有中间进料口和与中间进料口相通的流体混合分配器，用于对来自上一段催化剂床层的反应物流和来自中间进料口的原料进行混合和分配，流入下一段催化剂床层。

可选地，由上至下，所述的流体混合分配器中由支撑板、导流板、混合室和分配盘组成。

本实用新型提供的装置中，还包括控制系统，在反应阶段：所述的控制系统根据催化剂碳硫监测设备分析结果调节催化剂床层温度；在再生阶段，所述的控制系统根据催化剂碳硫监测设备分析结果调节再生气体的氧含量和进气温度。

优选地，所述的催化剂床层装填吸附脱硫催化剂。所述的吸附脱硫催化剂为本领域的常规催化剂。本实用新型对吸附脱硫催化剂的组成没有任何限制。

优选地，所述的吸附脱硫催化剂的等效粒径为0.1～10mm。

优选地，所述的顶部进料口和所述的中间进料口管线上设有换热器。

优选地，所述的催化剂碳硫监测设备为红外碳硫分析仪。

本实用新型提供的液化气脱硫及在线监测装置用于液化气脱硫方法：经过传统醇胺法脱除H₂S后的液化气与氢气混合后由所述的顶部进料口进入反应器中，或者由所述的顶部进料口和中间进料口进入反应器中，与具有脱硫作用的催化剂床层接触，从而脱除液化气原料中的至少部分硫元素，得到低硫含量的液化气产物由底部出口引出装置。

本实用新型提供的固定床反应器和催化剂在线监测装置应用于液化气脱硫反应的方法，在反应阶段：催化剂床层采样口处的催化剂样品通过管线被运送至催化剂碳硫监测设备，实时分析再生过程中催化剂上的碳、硫含量，根据结果变化分别调节每段液化气的进料温度，保证每段床层及整个反应器内液化气脱硫效率的稳定。

在再生阶段：催化剂床层采样口处的催化剂样品通过管线被运送至催化剂碳硫监测设备，实时分析再生过程中催化剂上的碳、硫含量，根据结果分别控制每段床层再生温度以及进气氧含量，实现三段床层同步完成烧焦再生。当催化剂上的碳含量低于0.1wt％同时硫含量低于1.5wt％时，吸附脱硫催化剂即恢复到较高的脱硫活性，再生过程结束。

一种优选实施方式，本实用新型提供的固定床反应器和催化剂在线监测装置，由并联的至少两台固定床反应器和催化剂碳硫监测设备组成。

在一种优选的实施方式中，本实用新型提供的装置由两台固定床反应器和催化剂碳硫监测设备并联组成。开工时两台固定床反应器均装填新鲜的吸附脱硫催化剂，其中一台固定床反应器先进行吸附脱硫催化剂的还原。还原结束后将液化气和氢气混合通入反应器与催化剂床层接触进行脱硫反应。随着反应的进行硫元素和碳元素在催化剂上不断累积，待脱硫效果无法满足炼厂需求时，需要对催化剂进行汽提和烧焦再生。此时另一台固定床反应器开始进行催化剂的还原以及脱硫反应。之后，两台固定床反应器连续切换操作进行还原-反应-再生-还原-反应的过程，一台固定床反应器处于还原-反应阶段，则另一台固定床反应器处于再生阶段，从而实现对液化气的连续脱硫处理。

在反应阶段，通过催化剂采样口阀门对催化剂床层中的催化剂实时采样，催化剂样品经阀门和管线进入催化剂碳硫分析设备，通过实时分析每段催化剂样品的碳、硫含量，根据结果对顶部进料口和中间进料分别控温。

在再生阶段，首先向固定床反应器内通入惰性气体，优选氮气，将催化剂床层内的烃类汽提出来。汽提结束后，向反应器内通入氧气和氮气的混合气进行烧焦再生，脱除催化剂上的硫元素和碳元素，通过催化剂采样口阀门控制催化剂采样口采样，通过碳硫分析设备，实时检测每段床层中催化剂样品上的碳、硫含量，根据检测结果分段控制氧气和氮气的进气温度以及进气氧含量。优选地，进料口前均设有换热器，氧气和氮气在进入反应器前即完成换热，达到所需的再生温度。

本实用新型提供的反应装置用于液化气脱硫工艺，所述的催化剂床层装填吸附脱硫催化剂，所述的吸附脱硫催化剂采用本领域的常规催化剂。具体地，以催化剂的干基重量为基准，吸附脱硫催化剂含有2～20重量％的加氢活性组元，20～60重量％的硫负载组元，以及20～60重量％的载体。所述的加氢活性组元选自Ni、Co、Mo、W、Ti、Cu、Fe和V中的一种或几种，所述的硫负载组元为ZnO，所述的载体选自氧化硅、氧化铝、氧化钛和氧化镁中的一种或几种。所述催化剂的形式为本领域固定床反应器内常用的催化剂形式，其径向截面形状包括圆形、环形、三叶草形等，优选吸附脱硫催化剂的等效粒径为0.1～10mm。所述的吸附脱硫催化剂的脱硫活性高，能够在较缓和的条件下对液化气进行深度脱硫，同时又能保证较低的单烯烃加氢饱和率。

液化气原料在进入反应器前经预热处理，预热最终温度为50～500℃。经过预热的液化气原料与氢气混合后进入第一台固定床反应器与吸附脱硫催化剂接触并发生反应，硫化物中的硫元素反应生成固体物质负载在催化剂上。随着反应的进行，硫元素和碳元素在催化剂上不断累积，从而导致催化剂的活性逐渐降低。待脱硫效果无法满足炼厂的需求时，则需对失活的催化剂进行汽提、烧焦再生，同时需将液化气原料切换至装有还原后催化剂的第二台固定床反应器内进行脱硫反应。再生后的催化剂在还原后可继续用于脱硫反应。两台固定床反应器连续切换操作进行还原-反应-再生-还原-反应的过程，从而实现对液化气的连续脱硫处理。

所述的吸附脱硫催化剂的还原温度为100～600℃；还原压力(表压)为0.1～5MPa；氢气重时空速为0.01～1h^-1。

所述的反应温度为100～700℃；反应压力(表压)为0.1～5MPa；反应重时空速为0.1～30h^-1；氢气和液化气摩尔比为0～0.2:1。

所述的吸附脱硫催化剂失活后的汽提、烧焦再生过程，首先向固定床反应器内通入惰性气体，优选氮气，将催化剂床层内的烃类汽提出来。汽提结束后，向反应器内通入氧气和氮气的混合气进行烧焦再生，脱除催化剂上的硫元素和碳元素，氧气和氮气的体积比为0.05～1:1。

烧焦再生温度为200～800℃；压力(表压)为0.01～2MPa；氧气和氮气混合气的重时空速为0.1～10h^-1。固定床反应器内共设3段催化剂床层，每段催化剂床层底部均设有催化剂样品采样口，可实时检测每段催化剂样品上的碳、硫含量，根据检测结果分段控制氧气和氮气的进气温度。顶部进料口和中间进料口前均设有换热器，氧气和氮气在进入反应器前即完成换热，达到所需的再生温度。

液化气原料是指来自炼厂的分子碳数集中于3和4的烃类气体。

下面将结合附图对本实用新型的优选实施方式进行清楚、完整地描述，但附图并不构成对本实用新型的限制。

附图1为固定床反应器和催化剂在线监测装置的结构示意图。如附图1所示。固定床反应器和催化剂在线监测装置由固定床反应器和催化剂碳硫监测设备11组成，反应器壳体1内设有三段催化剂床层8，反应器壳体顶部设有顶部进料口2，底部设有底部出料口9，每段催化剂床层底部设有催化剂样品采样口7，所述的催化剂样品采样口7经阀门10和管线连通所述的催化剂碳硫监测设备11。各段催化剂床层还设有中间进料口3，顶部进料口2和中间进料口3的管线上设有加热炉5，用于调节进料物流的温度。顶部进料口2下部设有入口分配盘4，用于将来自顶部进料口的物流均匀分配后流入第一段催化剂床层；流体混合分配器6设在两段催化剂床层之间，并与中间进料口相通，用于将来自上一段催化剂床层的物料和中间进料口的原料混合、均匀分配后流入下一段催化剂床层中。所述的催化剂碳硫检测设备实时分析每段催化剂样品的碳、硫含量，根据分析结果经控制系统调节顶部进料口和各中间进料口的进料温度和进料组成。

附图2为固定床反应器和催化剂在线监测装置优选实施方式的结构示意图。由附图2所示，本实用新型提供的固定床反应器和催化剂在线监测装置，由两台并联的固定床反应器和催化剂碳硫监测设备组成。

以下结合对比例和实施例进一步说明本实用新型，但并不因此而限制本实用新型。

对比例和实施例中，液化气原料为来自中国石油化工股份有限公司燕山分公司脱除H₂S后的液化气，总硫含量为81μg/g。液化气烃类组成如表1所示。

表1

吸附脱硫催化剂采用中国石化催化剂有限公司南京分公司生产的CAT-1脱硫催化剂。

对比例1

对比例1说明常规的固定床反应器用于液化气脱硫的方法。

固定床反应器内装填新鲜的CAT-1脱硫催化剂。液化气原料与氢气混合后进入反应器进行脱硫反应。固定床反应器的操作条件为：反应温度330℃，反应压力(表压)2.0MPa，反应重时空速6.0h^-1，氢气和液化气的摩尔比为1.0％。反应初始阶段，液化气产物硫含量小于3.0μg/g。

随着脱硫反应的进行，碳元素和硫元素不断在催化剂表面积累，液化气产物硫含量逐渐增加。当碳、硫元素累积到一定程度后催化剂会彻底失去脱硫活性。待催化剂失活后，测得催化剂上的硫含量为12.23wt％，碳含量为2.55wt％。首先用氮气将反应器内的空气和残余的液化气吹扫干净后，通入含氧气体进行烧焦再生。再生温度510℃，再生压力(表压)0.1MPa，含氧气体为氧气和氮气的混合气体，氧气含量30v％。再生结束后发现整个反应器内催化剂上的碳硫含量存在一定的浓度梯度，催化剂上的平均硫含量为2.20wt％，平均碳含量为0.30wt％。

实施例1

实施例1说明本实用新型提供的固定床反应器和催化剂在线监测装置用于液化气脱硫反应阶段的应用方法。

采用如附图1所示的固定床反应器和催化剂在线监测装置，其中固定床反应器内装填与对比例1相同的新鲜CAT-1脱硫催化剂。液化气与氢气混合后进入反应器进行脱硫反应。初始反应温度为330℃，反应压力(表压)2.0MPa，反应重时空速6.0h^-1，氢气和液化气的摩尔比为1.0％。脱硫反应过程中，根据催化剂样品上碳、硫含量的实时监测结果，通过控制系统控制顶部进料口和两个中间进料口管线上的加热炉，调节进料物流的温度，将三段催化剂床层的反应温度从330℃逐渐提升至400℃。整个反应过程中整个反应器内的液化气产物硫含量一直低于3.0μg/g。

实施例2

实施例2说明本实用新型提供的固定床反应器和催化剂在线监测装置在液化气脱硫反应的催化剂再生阶段的应用方法。

实施例1中，随着脱硫反应的进行，碳元素和硫元素不断在催化剂表面积累，液化气产物硫含量逐渐增加。当碳、硫元素累积到一定程度后催化剂会彻底失去脱硫活性。待催化剂失活后，测得催化剂上的硫含量为12.31wt％，碳含量为2.58wt％。切断液化气和氢气进料，脱硫催化剂进入再生阶段，首先用氮气将反应器内的空气和残余的液化气吹扫干净后，通入含氧气体进行烧焦再生，含氧气体为氧气和氮气的混合物，氧气含量为30v％。初始再生温度510℃，再生压力(表压)0.1MPa。再生过程中，催化剂样品采样口的阀门依次打开，各催化剂床层的催化剂样品经阀门和管线进入红外碳硫分析仪中，根据催化剂样品上碳、硫含量的实时监测结果，通过控制系统将三段催化剂床层的再生温度从510℃逐渐降至450℃，将氧气含量从30v％逐渐降至10v％。再生结束后催化剂上的硫含量为1.20wt％，碳含量为0.05wt％，整个反应器内催化剂上的碳硫含量基本一致，不存在浓度梯度。

Claims (10)

1.一种固定床反应器和催化剂在线监测装置，其特征在于，包括固定床反应器和催化剂碳硫监测设备，所述的固定床反应器包括反应器壳体(1)、反应器壳体内的多段催化剂床层(8)、顶部进料口(2)和底部出料口(9)，每段催化剂床层底部设有催化剂样品采样口(7)，所述的催化剂样品采样口经阀门(10)和管线连通催化剂碳硫监测设备(11)。

2.按照权利要求1所述的固定床反应器和催化剂在线监测装置，其特征在于，所述的顶部进料口与催化剂床层之间设有入口分配盘(4)。

3.按照权利要求1所述的固定床反应器和催化剂在线监测装置，其特征在于，相邻两段催化剂床层之间设有中间进料口(3)和与中间进料口相通的流体混合分配器(6)。

4.按照权利要求3所述的固定床反应器和催化剂在线监测装置，其特征在于，所述的流体混合分配器由支撑板、导流板、混合室和分配盘组成。

5.按照权利要求1-4中任一项所述的固定床反应器和催化剂在线监测装置，其特征在于，还包括控制系统，在反应阶段：所述的控制系统根据催化剂碳硫监测设备分析结果调节催化剂床层温度；在再生阶段，所述的控制系统根据催化剂碳硫监测设备分析结果调节再生气体的氧含量和进气温度。

6.按照权利要求1-4中任一项所述的固定床反应器和催化剂在线监测装置，其特征在于，所述的催化剂床层装填吸附脱硫催化剂。

7.按照权利要求6所述的固定床反应器和催化剂在线监测装置，其特征在于，所述的吸附脱硫催化剂的等效粒径为0.1～10mm。

8.按照权利要求3或4所述的固定床反应器和催化剂在线监测装置，其特征在于，所述的顶部进料口和所述的中间进料口管线上设有换热器(5)。

9.按照权利要求1-4中任一项所述的固定床反应器和催化剂在线监测装置，其特征在于，所述的催化剂碳硫分析设备为红外碳硫分析仪。

10.按照权利要求1-4中任一项所述的固定床反应器和催化剂在线监测装置，其特征在于，至少两台固定床反应器并联连接。

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