CN218501989U - 一种径向床反应器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种径向床反应器，由外至内包括反应器壳体(106)、环形物流通道(107)、环形催化剂床层(110)和中心物流通道(112)，顶部原料入口(101)与环形物流通道相通，中心物流通道的底部设有产物出口(116)，所述的环形物流通道与环形催化剂床层之间设有气体分布层(109)，所述的环形物流通道与气体分布层之间为多孔板分隔，所述的气体分布层填充有分布介质，所述的分布介质为多孔介质颗粒，等效粒径为5μm‑20mm，装填空隙率为0.3‑0.98。本实用新型的芳烃异构化径向固定床反应器，有效地降低气体在反应器内的分布不均匀度，提高气体分布均匀性。

Description

一种径向床反应器

技术领域

本实用新型涉及一种径向床反应器，更具体地说，涉及一种适用于芳烃异构化反应的径向固定床反应器。

背景技术

芳烃是重要的化工原料，尤其是苯、甲苯、二甲苯等。其中对二甲苯是化工和制药工业中重要的基本原料，可以用于制造对苯二甲酸，也是用于生产聚对苯二甲酸乙二醇酯等工业塑料的重要中间体。而作为重要原料的对二甲苯，目前仍需要大量进口来满足下游市场需求。因此，将炼油过程中产生的用途较少、价值较低的C8芳烃异构体如邻二甲苯、间二甲苯以及乙苯转化为需求量较大的对二甲苯是炼厂提高原料利用率、增加经济效益的重要技术手段之一。

径向固定床反应器相比于轴向固定床反应器处理量大、压降较低、床层温度/压力分布均匀，广泛应用于芳烃异构化反应单元中。C8芳烃异构化反应网络较复杂，其中主反应受热力学平衡限制，反应速率较快，二甲苯产物易发生歧化副反应，因此使气体物料在床层中的均匀分布，严格控制反应物与催化剂床层的接触时间，提高芳烃异构化反应选择性是反应器设计过程中需要解决的技术难题。

CN103706307B公开了一种Π型丁烯氧化脱氢径向反应器，气体进口和出口位于反应器的同一端，使气体在分流流道和集流流道内做逆向相对运动，通过控制流道截面积实现流道沿程阻力的消除，采用均匀开孔的高开孔率分布筒，可以保证气体的均匀分布。

CN103721643B公开了一种Z型丁烯氧化脱氢径向反应器，通过在分流流道内增加导流分布器优化流道截面，以消除流道的沿程阻力，分布器采用实施均匀开孔的高开孔率，可以保证气体的均匀分布。

CN2843605Y公开了一种鱼鳞板式径向流动固定床反应器，通过在反应器壁与中心的多孔筒与催化剂床层中间安装鱼鳞筒，以解决多孔筒上分布孔之间存在大量流动死区，导致气体分布不均匀的问题，同时鱼鳞筒与多孔筒之间的空间也可以对初次分布进行调整，达到改善气体分布均匀性的目的。

CN201493098U公开了一种多向侧流径向固定床反应器，其内部由外向内依次安装有多孔控制分布板、多向侧流板、金属丝网和多孔网板，多孔网板之间填充催化剂床层，多孔侧流板和金属丝网能够起到扰动气流、提高分布效果的作用。

综合以上径向固定床反应器的特点可以发现，为了解决径向固定床反应器内气体分布均匀性的问题，通常采取改善分布筒孔道结构、增设导流内构件、设置多层分布筒等技术手段，可以实现反应物料在催化剂床层内的均匀分布。但是，由于扇形筒出口的多孔板与中心筒之间的距离随位置变化有一定幅度的波动，导致不同位置处的气体流量有一定差异。此外，在径向床反应器中，扇形筒和中心筒并不是完全对应的，由于下封头的存在，中心筒通常比扇形筒略低，这导致床层内的气体并不完全是水平径向流动，也存在竖直方向的轴向流动，并且在不同高度处流通距离有所不同，这使得扇形筒的气体分布通常具有底部流量大、顶部和中部流量小的分布特点。另一方面，除了分布筒结构以外，径向固定床反应器内气体分布均匀性还受操作条件、床层压降等参数影响。当操作气速偏高或偏低时，由于分布筒内的沿程流动阻力和催化剂床层内的流动阻力不再匹配，容易导致反应气体在径向固定床反应器的顶部或底部形成偏流，进而影响反应器的运行效果。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题是提供一种流体分布均匀的径向床反应器，适用于芳烃异构化增产对二甲苯的反应过程。

本实用新型提供一种径向床反应器，由外至内包括反应器壳体106、环形物流通道107、环形催化剂床层110和中心物流通道112，其中，顶部原料入口101与环形物流通道相通，中心物流通道的底部设有产物出口116，所述的环形物流通道与环形催化剂床层之间设有气体分布层109，所述的环形物流通道、气体分布层以及环形催化剂床层之间为多孔板分隔，所述的气体分布层填充有分布介质，所述的分布介质为多孔介质颗粒，等效粒径为5μm-20mm，装填空隙率为0.3-0.98。

以二甲苯异构化反应为例说明本实用新型提供的径向床反应器的应用方法，采用上述的径向床反应器，环形催化剂床层内装填二甲苯异构化催化剂，混合氢气的含有乙苯和二甲苯的反应原料经顶部原料入口进入径向床反应器中，向下进入环形物流通道，经气体分布层均匀分配，并沿径向穿过环形催化剂床层，与催化剂接触反应生成对二甲苯，产物物流汇入中心物流通道并经产物出口出反应器。

本实用新型提供的径向床反应器的有益效果为：

本实用新型提供的径向床反应器在应用过程中，通过调节气体分布层中不同位置的空隙率、粒径、厚度，以及增设下封头密封层，可以控制气体分布层流动阻力的分布，进而实现反应器内气体分布均匀性调节，可以有效改善径向床反应器中的偏流现象。从而提高反应器的反应性能，降低催化剂用量，还可以吸附积碳延长操作周期。

附图说明

图1为本实用新型提供的径向床反应器一种实施方式的轴向剖面图。

图2为径向固定床反应器俯视剖面图。图3为对比例中常规芳烃异构化径向床反应器结构示意图。

附图标记说明：

101-顶部原料入口 102-入口气体分布器 103-上封头

104-密封盖板 105-密封催化剂层 106-反应器壳体

107-环形物流通道 108-扇形分布筒 109-气体分布层

110-环形催化剂床层 111-中心分布筒 112-中心物流通道

113-密封层 114-下封头 115-催化剂卸剂口

116-产物出口

201-气体分布板

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。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不限制本发明。

本实用新型提供一种径向床反应器，由外至内包括反应器壳体、环形物流通道、环形催化剂床层和中心物流通道，其中，顶部原料入口与环形物流通道相通，中心物流通道的底部设有产物出口，所述的环形物流通道与环形催化剂床层之间设有气体分布层，所述的环形物流通道、气体分布层以及环形催化剂床层之间为多孔板分隔，所述的中心物流通道由中心分布筒围成，所述的气体分布层填充有分布介质，所述的分布介质为多孔介质颗粒，等效粒径为5μm-20mm，装填空隙率为0.3-0.98。

本实用新型提供的径向床反应器中，所述的反应器壳体由圆柱形筒体、上封头和下封头组成，所述的上封头设有顶部原料入口，所述的下封头设有产物出口、催化剂卸剂口和分布介质卸出口；其中，催化剂卸剂口与所述的环形催化剂床层相通，所述的分布介质卸出口与所述的气体分布层相通。

本实用新型提供的径向床反应器中，在所述的环形催化剂床层的内径与反应器壳体的内径之比为0.1-0.35:1，所述的环形物流通道的内径与反应器壳体内径之比为0.85-0.98:1；所述的气体分布层的内径与反应器壳体内径之比为0.7-0.95:1。

本实用新型提供的径向床反应器中，所述的环形物流通道由多个扇形分布筒分隔组成，所述的扇形分布筒为均匀开孔的多孔板，开孔率为5％-50％。在使用过程中，反应气体进入扇形分布筒后，沿扇形分布筒向反应器底部流动，途中经多孔板流向气体分布层，在反应器不同高度处获得均匀的流动速度。

优选地，所述扇形分布筒共30-60个，等间距地均匀分布在反应器圆筒筒壁上，依靠筒壁上的挂钩以及底部的支撑板进行固定。

优选地，所述的扇形分布筒采用单层或双层多孔板，其中单层多孔板为均匀开孔的多孔板或者间距均匀的格栅或约翰逊网，双层多孔板中远离催化剂床层的一层为多孔板，紧贴催化剂床层的一层为均匀开孔的多孔板或间距均匀的格栅结构或约翰逊网。

本实用新型提供的径向床反应器中，所述的气体分布层与所述的环形催化剂床层之间由多孔板分隔，所述的多孔板的开孔率为2％-50％。

本实用新型提供的径向床反应器中，所述的气体分布层为环形柱状结构，位于所述的环形物流通道和环形催化剂床层之间，气体分布层填充气体分布介质，反应气体经气体分布层后，可以在反应器不同高度处获得不同的流动阻力，进而减弱或消除气体在反应器底部的偏流现象。

所述的气体分布介质为多孔介质材料，选自泡沫金属、瓷球、催化剂载体和惰性介质中的一种或几种。等效粒径为5μm-20mm，装填空隙率为0.3-0.98。

优选地，所述气体分布层沿轴向装填孔隙率、粒径不同的多种介质材料。优选地，与催化剂床层相接的面可以增设一层多孔板或约翰逊网，以均匀分布流体。

本实用新型提供的径向床反应器中，所述环形催化剂床层填充催化剂颗粒，催化剂颗粒的等效直径为0.5mm-10mm，催化剂装填空隙率为0.35-0.7。催化剂颗粒可以是球形、圆柱形或其它规则形状。

优选地，所述的环形催化剂床层顶部填充密封催化剂层，填充高度为反应器总高的2％-25％，密封催化剂层的顶部加盖密封盖板；所述催化剂床层的底部设置有密封层。所述密封层位于采用惰性瓷球、填料或催化剂载体进行填充，填充物颗粒是球形、圆柱形或其它规则形状，其等效直径为0.5mm-10mm，装填空隙率为0.35-0.7。

优选地，所述的密封层与所述的气体分布层和所述的中心物流通道相邻的两侧分隔板部分均不开孔，与所述密封盖板构成的空间形成流动死区，以达到密封效果。

优选地，在所述的环形催化剂床层底部设置密封层，密封层位于下封头和催化剂床层之间，采用惰性瓷球或填料进行填充，密封层顶部通过柔性材料进行密封，靠近中心物流通道的一侧通过不锈钢板进行密封，与下封头、中心分布筒构成的密闭空间形成流动死区，避免反应物流在环形催化剂床层中流动进入下封头增长流动路径，进而影响反应性能。

本实用新型提供的径向床反应器中，优选所述的环形催化剂床层中填充芳烃异构化催化剂，环形催化剂床层顶部填充有惰性或具有活性的芳烃异构化催化剂作为密封层，密封层顶部加盖密封盖板。

本实用新型提供的径向床反应器中，所述的中心物流通道由中心分布筒围成，所述的中心分布筒的开孔率为5-50％。

一种优选实施方式中，所述的中心分布筒为双层多孔板，其中内层多孔板采用均匀开孔或非均匀开孔的多孔板，开孔率为2％-30％；外层采用均匀开孔的多孔板或者间距均匀的格栅结构或约翰逊网，的开孔率为20％-50％。

本实用新型提供的径向床反应器中，在反应器壳体内部、所述的顶部原料入口处设有气体分布器，气体分布器的侧面开孔，底部为密封，例如采用密闭的平板。所述的气体分布器的下方设有密封盖板和/或密封层，使得由气体分布器进入的物流不能直接流入所述的环形催化剂床层。在使用过程中，反应物流由顶部原料入口进入气体分布器，在气体分布器底部受阻，沿气体分布器四周的开孔均匀分配至反应器内的环形物流通道中，获得良好的初始分布。

优选地，所述的环形催化剂床层底部设置有催化剂卸剂口。所述的气体分布层底部设有气体分布层出口。在使用过程中，用于停工、检修时排出失活的催化剂。

本实用新型提供的径向床反应器，通过调节气体分布层不同位置的孔隙率、粒径、厚度，可以有效控制其流动阻力的分布，进而实现反应器内气体分布均匀性的调节。通过增设下封头密封层，可以避免大量气体经过下封头造成气体偏流或短路，可以有效提高径向床反应器中的气体分布均匀性。

本实用新型提供的径向床反应器，能够有效改善反应器内部气体分布的均匀性，提高了反应器的反应性能，降低了催化剂用量，还可以吸附积碳延长操作周期。

以下参照附图进一步说明本实用新型提供的径向床反应器一种实施方式的结构及其应用方法，但本实用新型并不因此而受到任何限制。

附图1为径向床反应器结构示意图，由附图1所示，径向床反应器包括由圆柱形筒体106、上封头103、下封头114组成的密闭容器，所述容器上封头103设有反应气体入口101，所述容器下封头114设有产物气体出口116和催化剂卸剂口115，所述容器内部沿圆柱形筒壁均匀布有多个扇形分布筒108，所述扇形分布筒内侧设有气体分布层109和气体分布板，所述容器中心处设有一个中心分布筒111，中心分布筒111底部与产物气体出口116相连接，所述气体分布层和中心分布筒之间装填有催化剂床层110，催化剂床层顶部设置有密封催化剂105和盖板104，催化剂床层底部可以设置有密封层113。

附图2为径向固定床反应器俯视剖面图，如附图2所示，径向固定床反应器中，由外到内依次为环形物流通道107，气体分布层109，气体分布板201，环形催化剂床层110，中心物流通道112。

以下的实施例进一步说明本实用新型的应用方法和效果，但并不因此而限制本实用新型。

实施例和对比例中：

反应原料取自芳烃吸附分离装置的芳烃抽余液，组成如表1所示。

二甲苯异构化催化剂的商品牌号为SKI-400H，生产厂家为中国石化催化剂有限公司。

原料和产物组成的分析方法：反应原料或产物取样经气相色谱分析，得到各组分质量浓度。

气体分布不均匀度检测方法：通过在线风速仪测量得到不同位置气体流动速度，通过计算得到不同位置气体流动速度标准差即为气体分布不均匀度：

反应器压降的检测方法：通过反应器入口和出口管线上的压力传感器检测得到反应器入口和出口总压，两者之差即为反应器压降。

对比例1

采用如附图3所示的芳烃异构化径向固定床反应器，其中，反应器壁上等间距均匀布置44个扇形分布筒，扇形分布筒实施均匀开孔，开孔率为30％；中心分布筒半径与反应器半径之比为0.22，中心分布筒实施均匀开孔，开孔率为5％；扇形分布筒与中心分布筒之间填充有催化剂，催化剂床层孔隙率为0.4。

反应物原料与氢气混合后，由反应器顶部的反应气体入口进入反应器内，经气体分布器均匀地分散至各个扇形分布筒中，再进入催化剂床层进行反应，反应后的产物经由中心分布筒和产物气体出口流出反应器。反应阶段，反应物原料进料量为150t/h，氢气进料量为120000Nm³/h，操作温度390℃，压力0.8MPa，反应物原料组成如表1所示。

对比例1中，反应器内气体分布不均匀度0.36，反应器压降8120Pa，反应器出口产物组成如表1所示。

实施例1

采用本实用新型所述的芳烃异构化径向固定床反应器，其中，反应器壁上等间距均匀布置44个扇形分布筒，扇形分布筒实施均匀开孔，开孔率为30％；中心分布筒半径与反应器半径之比为0.22，中心分布筒实施均匀开孔，开孔率为5％；气体分布层中填充直径为6mm的惰性瓷球，填充孔隙率为0.38，气体分布层内径与反应器内径之比为0.85:1，气体分布层内侧设有一层开孔率为30％的多孔板；气体分布层与中心分布筒之间填充有催化剂，催化剂床层孔隙率为0.4。

反应物原料组成与反应条件与对比例1相同。

实施例1中，反应器内气体分布不均匀度0.21，反应器压降8062Pa，反应器出口产物组成如表1所示。

实施例2

采用本实用新型所述的芳烃异构化径向固定床反应器，其中，反应器壁上等间距均匀布置44个扇形分布筒，扇形分布筒实施均匀开孔，开孔率为30％；中心分布筒半径与反应器半径之比为0.22，中心分布筒实施均匀开孔，开孔率为5％；气体分布层中填充直径为6mm的惰性瓷球，填充孔隙率为0.38，气体分布层内径与反应器内径之比为0.85:1，气体分布层内侧设有一层开孔率为30％的多孔板；气体分布层与中心分布筒之间填充有催化剂，催化剂床层孔隙率为0.4；催化剂床层底部可以设置有密封层，密封层顶部位于下封头切线处，采用柔性材料进行密封，密封层靠近中心分布筒的一侧通过不锈钢板进行密封，密封层采用惰性瓷球进行填充，其等效直径为3mm，装填堆比为0.36。

反应物原料组成与反应条件与对比例1相同。

实施例2中，反应器内气体分布不均匀度0.18，反应器压降为8252Pa，反应器出口产物组成如表1所示。

表1

Claims (12)

1.一种径向床反应器，由外至内包括反应器壳体(106)、环形物流通道(107)、环形催化剂床层(110)和中心物流通道(112)，顶部原料入口(101)与环形物流通道相通，中心物流通道的底部设有产物出口(116)，其特征在于，所述的环形物流通道与环形催化剂床层之间设有气体分布层(109)，所述的环形物流通道、气体分布层以及环形催化剂床层之间为多孔板分隔，所述的气体分布层填充分布介质，所述的分布介质为多孔介质颗粒，等效粒径为5μm-20mm，装填空隙率为0.3-0.98。

2.按照权利要求1所述的径向床反应器，其特征在于，所述的反应器壳体由圆柱形筒体、上封头和下封头组成，所述的上封头设有顶部原料入口，所述的下封头设有产物出口和催化剂卸剂口；其中，催化剂卸剂口与所述的环形催化剂床层相通，所述的分布介质卸出口与所述的气体分布层相通。

3.按照权利要求1所述的径向床反应器，其特征在于，在所述的环形催化剂床层的内径与反应器壳体的内径之比为0.1-0.35:1，所述的环形物流通道的内径与反应器壳体内径之比为0.85-0.98:1；所述的气体分布层的内径与反应器壳体内径之比为0.7-0.95:1。

4.按照权利要求1、2或3所述的径向床反应器，其特征在于，所述的环形物流通道由多个扇形分布筒(108)分隔组成，所述的扇形分布筒的开孔率为5％-50％。

5.按照权利要求1、2或3所述的径向床反应器，其特征在于，所述的气体分布层与所述的环形催化剂床层之间的多孔板的开孔率为2％-50％。

6.按照权利要求1、2或3所述的径向床反应器，其特征在于，所述催化剂床层填充催化剂颗粒，催化剂颗粒的等效直径为0.5mm-10mm，催化剂装填空隙率为0.35-0.7。

7.按照权利要求6所述的径向床反应器，其特征在于，所述催化剂床层顶部填充密封层，填充高度为反应器总高的2％-25％，密封催化剂层的顶部加盖密封盖板，所述催化剂床层的底部设置有密封层。

8.按照权利要求7所述的径向床反应器，其特征在于，所述密封层位于采用惰性瓷球、填料或催化剂载体进行填充，填充物颗粒是球形、圆柱形或其它规则形状，其等效直径为0.5mm-10mm，装填空隙率为0.35-0.7。

9.按照权利要求6所述的径向床反应器，其特征在于，所述的环形催化剂床层中填充芳烃异构化催化剂。

10.按照权利要求1、2或3所述的径向床反应器，其特征在于，所述的中心物流通道由中心分布筒(111)围成，所述的中心分布筒的开孔率为5-50％。

11.按照权利要求10所述的径向床反应器，其特征在于，所述的中心分布筒为双层多孔板，其中内层多孔板开孔率为2％-30％，外层多孔板的开孔率为20％-50％。

12.按照权利要求1、2或3所述的径向床反应器，其特征在于，所述的顶部原料入口处设有气体分布器，气体分布器的侧面开孔，底部密封。

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