CN86103973A - 液体和/或气体的催化转化 - Google Patents

Abstract

本发明涉及流体的催化转化，流体由反应器上端加入通过反应器中催化剂床层，通过装在反应器内的导向元件之间的通道，最后从反应器下端卸出，在通道渐窄部分或其附近将冷却流体导入通道以控制催化剂床层的温度。

Description

本发明涉及液体和/或气体的催化转化，包括下列几个步骤：从反应器上端加入要进行转化的液体和一种气体，或者加入要进行转化的气体和一种液体;液体和气体通过反应器内的催化剂颗粒床层;由催化转化所得到的产物从反应器下端排出。

这类方法的实例是加氢过程，加氢脱硫过程或加氢裂化过程。其它实例是催化转化由氢和一氧化碳组成的合成气为中间馏分沸程的烃类。

这些过程是放热的。为了控制催化剂床层的温度，现有的方法是使参与转化的流体从催化剂床层流出，流进许多具有可透壁的空心管，流体在这些空心管中和冷却流体混合，并使冷却的流体进入在空心管下方的催化剂床层。

现有方法的缺点是催化剂颗粒的碎末或流体中的积碳容易堵塞可透壁，因此流体不易达到空心管内的混合区。

本发明的一个目的是克服上述缺点。

为达到这个目的，按照本发明，液体和/或气体的催化转化方法由下列几个步骤组成：从反应器上端加入要转化的液体和一种气体，或加入要转化的气体和一种液体;上述的液体和气体通过反应器内的催化剂床层;并通过许多由导向元件外表面之间确定的通道，这些导向元件安装在催化剂颗粒床层之中，沿流体流动的方向，通道具有渐窄部分、窄小部分和渐宽部分;在通道的渐窄部分或窄小部分附近，将辅助流体引入通道;以及从反应器下端排出由催化转化所得到的产物。

本说明书还涉及实现液体或气体催化转化过程的设备，设备包括反应器、装在反应器上端将流体和催化剂颗粒加入容器的进料装置、支撑反应器内的催化剂床层的支撑装置、在反应器下端的将产物和催化剂颗粒排出反应器的卸料装置。

在现有的设备中，装有具有流体可透外壁的空心管框格，在这些空心管中安装了喷淋装置，在正常操作期间用来将冷却流体导入空心管中，该冷却流体和来自催化剂床层进入空心管的流体混合。

本发明另一个目的是提供一种改进的设备。

为达到这个目的，按照本发明，实现液体和/或气体催化转化过程的设备包括反应器、安装在反应器上端的将流体和催化剂颗粒加入反应器的进料装置、支撑反应器内催化剂颗粒床的支撑装置、装在反应器下端的将产物和催化剂颗粒排出反应器的卸料装置，以及装在反应器内的大体上和流体流动方向垂直的导向元件框格，相互面向的相邻的导向元件外表面之间，形成通道，沿着流体流动方向，通道具有渐窄部分、窄小部分和渐宽部分，导向元件有将辅助流体加入通道的装置，该加入装置设在通道渐窄处或安排在通道的窄小处或其附近。

本发明将通过实例，并参考下列附图作较详细的说明：

附图1简要地表示设备的纵截面。

附图2表示附图1所示的沿着Ⅱ-Ⅱ线的设备的横截面。

附图3表示附图1所示的设备的Ⅲ的详图，其比例比附图1的大。

附图4表示导向元件的另一种设计的横截面。

参考附图1，2和3。按照本发明，设备包括反应器1、装在反应器1上端的流体进口2和催化剂进口3、装在反应器1下端的流体出口4和催化剂出口5。反应器1还包括支撑催化剂颗粒床层的支撑锥8（催化剂颗粒床层未画出），支撑锥有一中心孔9，中心孔由导管10与催化剂出口5连接。催化剂出口5还装有从反应器1卸催化剂颗粒或停止其卸料的伐装置（未画出）。

此外，反应器1配有第一框格12和第二框格13，这两个框格装在反应器1的不同水平面上，大体上垂直于流体在反应器1中的流动方向。每个框格都包括导向元件14，导向元件联接到环形支撑件18上，环形支撑件连接在反应器1的侧壁的内表面上。第一框格12所装的导向元件最好和第二框格所装的导向元件交错排列。

在相邻的各导向元件14相对的外表面之间，以及在环形支撑件18和相邻的导向元件相对的外表面之间有确定的通道，由参考数20表示。每个通道沿着流体流动方向，包括渐窄部分21，窄小部分22和渐宽部分23。为了清楚起见，通道20各部分的参考数码仅在附图3中指出。

每个导向元件14都包括一个三角形流体进料罩25（参阅附图3），进料罩具有侧壁26和底壁28，在进料罩25中装有流体导管29。每个环形支撑件18都包括具有侧壁26和底壁28的流体进料罩30，在流体进料罩30中装有流体供给导管31，导管31与三角形流体进料罩25中的流体导管29以及辅助流体进口32（参阅附图2）流体联道。

每个流体进料罩25和30都由一根支撑梁33支撑。流体进罩较宽，其底壁28沿着支撑梁33的长度方向超出支撑梁33。在底壁28超出支撑梁33的部分，有一排出口孔35（参阅附图3），用于将辅助流体导入通道，出口孔35和流体导管29流体联通，或者，对于环形支撑件18上的出口孔35，和流体供给导管31流体联通。

可以判断，上述关于第二框格13的导向元件和环形支撑件的详细说明也适用于第一框格12的导向元件和环形支撑件。

现在说明含硫石油馏分用氢催化转化为基本上无硫石油馏分的过程。将催化剂颗粒通过催化剂进口3装入，直到支撑锥8上面的空间和导管10内充满催化剂颗粒（未画出）。然后，通过流体进口2将含硫石油馏分和氢的混合物在温度为300℃到500℃范围内，压力在3兆帕斯葛（MPa）到25兆帕斯葛范围内，引入反应器1。

在反应器中发生放热反应，反应器中氢和含硫石油馏分中的硫反应生成硫化氢和基本上脱硫的石油馏分。石油馏分和硫化氢的混合物向下流动，穿过管道10上向上倾斜的分离器槽口40，进入位于支撑锥8下方的产物收集空间41，混合物通过流体出口4从收集空间41卸出。冷却后，生成的硫化氢与脱硫石油馏分最后用适当的分离器（未画出）分离。当催化剂失去活性时，例如6到12个月之后，中断转化过程将所有的催化剂从反应器1中卸出，然后将新鲜催化剂颗粒装入反应器1。

为了控制反应器中的温度，用冷却流体作为辅助流体，如冷却的脱硫石油馏分或淬冷气体，冷却流体从辅助流体进口32加入。该冷却流体通过通道20窄小部分22附近的出口孔35进入通道20（参阅附图3）。框格12和13中至少一个装有辅助流体进口。

用这种方法将反应产物在通道变窄部分冷却，流体速度和湍动会增加，因此改进了热的反应产物和辅助流体之间的热交换。

为取得满意的热交换和适当降低框格上方的压力，通道20的总横截面积应为反应器1横截面积的30%到60%之间，最好为45%到55%之间。

流体进料罩25和30的底壁28超出支撑梁33。当反应器装足催化剂颗粒时（未画出），催化剂颗粒这样分布在容器1中，即在超出支撑梁33的底壁28的边缘之下存在按支撑梁33的纵向扩展的无催化剂的分布空间42（参阅附图3）。由于流体出口孔35安排在超出支撑梁33的底壁28边上，所以冷却流体进入分布空间42，在它进入催化剂床层之前，均匀地分布在分布空间42。这样减少了通道20中催化剂床层的温度非均匀分布的变化。

为了使流过每个通道20的渐宽部分23的流体的均匀分布，垂直线与导向元件14或与限定扩大部分23的环形支撑件18外表面之间的锐角应与液体的扩散角相匹配。对于流过常规的催化剂床层的液体，该锐角在3°到10°之间。

液体在每个通道20的扩大部分23的均匀分布对反应的效率有有益的作用，因为可以避免液体和催化剂的非均匀接触，进而避免催化剂床层温度非均匀分布和催化剂颗粒的非均匀碰撞。

在上述过程中，仅在相当长的时间之后才需要对失去活性的催化剂进行更新。本发明可选择的另一个实例是，一定量的催化剂颗粒从反应器1中卸出，通过催化剂进口3换上一定量的新鲜催化剂。整个催化剂床层向下移动一个小的距离，以便用一定量的新鲜催化剂颗粒置换一定量失活的催化剂颗粒，这种置换，可以在短的时间间隔内进行，例如一天一次。

为了确保当通道20的渐窄部分21的催化剂颗粒按均匀方式向下移动，使得在限定渐窄部分21的表面附近的催化剂颗粒的移动速度和在渐窄部分中央的催化剂颗粒的移动速度大致相同，垂直线与确定渐窄部分21的导向元件14或环形支撑架18的外表面之间的锐角44应适当选择，使得发生密相流动。对于通常的催化剂颗粒，锐角44在10°到40°之间。

另一个可选择的转化过程是气体转化成液体。为此，将气体和液体的混合物通过流体进口2加入反应器。

这种过程的一个实例是由氢和一氧化碳组成的合成气转化为中间馏分沸程的液态烃。

在此过程中，合成气和循环液态烃在温度为200℃到250℃之间、压力为2兆帕斯葛到4兆帕斯葛之间引入到反应器内的催化剂床层。此过程使用液体的目的是传送热量，以使反应器中的催化剂层温度分布均匀。在正常操作期间，冷的循环液态烃产物从辅助流体进口32加入，通过出口孔35进入反应器1，以便冷却产品。

附图1所说明的设备装有两个导向元件框格，而很小的设备可以只装一个导向元件框格;另一方面，大的设备能装多于1个框格，例如在反应器不同水平面上装3到10个。

在附图3所说明的导向元件中，将辅助流体导入通道的装置安排在超出支撑梁的底壁的边上，于是在正常操作期间，辅助流体在通道窄小部分的附近加入。

附图4表示的导向元件45能部分或全部取代附图1，2和3所说明的框格12、13中的导向元件14。导向元件45包括一个由支撑梁47支撑的三角形流体进料罩46。三角形流体进料罩46每边的壁包括沿导向元件45长度伸展的下导板48和上导板49，由于一个导板在另一个上方，所以上导板49的下部覆盖下导板48的上部。将辅助流体导入通道的装置是一排出口孔50，这些出口孔沿着通道的渐窄部分安排在上导板49覆盖下导板48处，这部分沿着导向元件45的长度方向扩展。

此外，流体进料罩46的底壁53较宽，超出支撑梁47。导入辅助流体的装置以一排出口孔54的形式安排在底壁53超出支撑梁47的部分。

出口孔50和54与装在三角流体进料罩46内的流体导管55流体联通，流体导管55与环形支撑件18上的流体供给导管31流体联通（参考附图3）。

在正常操作期间，反应器内所填充的催化剂是这样分布的，在导板49覆盖导板48处之下和在超过支撑梁47的底壁53的边缘之下存在无催化剂的分布空间56和57。每个框格的导向元件45上有流体导管55，供给流体导管55的辅助流体经孔50和54引入到每个通道的渐窄部分的附近。

环形支撑件上的流体进料罩也可装一侧壁，侧壁包括两块沿着支撑件方向扩展的导板，这两块导板安装得使上导板下部覆盖下导板上部，将辅助流体导入通道的装置装在上导板覆盖下导板处。

导板外表面和垂直线之间的锐角应在10°至40°之间。

三角形流体进料罩的侧面，可包括多于两块导板，例如沿导向元件方向安装3至5块导板，使一块在另一块之上，上导板的下部覆盖下导板的上部，导入辅助流体的装置设在上导板覆盖下导板之处，使得辅助流体加入到通道的渐窄部分或窄小部分的附近。

每一排出口孔35（参阅附图3）、50和54（参阅附图4）沿相应的导向元件延伸。这些出口至少能部分地用槽口代替，这些槽口至少部分地沿着导向元件长度方向安排。

在正常操作期间，辅助流体能以催化转化所需要的流体的形式提供。在上述含硫石油馏分催化转化过程中，为了维持氢和含硫石油馏分所需要的体积比而加入的氢气就是这种辅助流体的实例。

在液体和/或气体催化转化过程为吸热反应时，辅助流体包括加热流体，例如蒸汽，或催化转化所需要的热流体。

在可选择的另一个实例中，流体能通过孔50被吸进流体进料罩46的上部（参阅附图4），和辅助流体混合，并通过孔54导入通道。

在附图1所说明的设备中，支撑反应器1内催化剂床层的支撑件包括支撑锥8。在本发明的另一实例中，催化剂床层由一块多孔板或金属网支撑，它们具有促进催化剂和流体分离的优点。催化剂床层也可由反应器1的底壁支撑。此外，气体和液体可通过各自的进口装置加入反应器。

可以判断，设备可有一个以上的催化剂床层，这些床层在容器内沿轴向空间隔开，其中，至少有一个床层装有上述导向元件。

Claims (14)

1、液体和/或气体的催化转化方法，包括下列几个步骤：从反应器上端引入要转化的液体和一种气体，或引入要转化的气体和一种液体；使液体和气体通过反应器内的催化剂颗粒床层；使液体和气体通过许多装在催化剂床层中的导向元件外表面之间所确定的通道，通道沿流体流动的方向具有渐窄部分、窄小部分和渐宽部分；在通道的渐窄部分或在窄小部分附近将辅助流体引入通道；从反应器下端排出由催化转化所得到的产物。

2、权利要求1中所要求的方法，其中的辅助流体包括一种冷却流体。

3、权利要求1或2中所要求的方法，其中的辅助流体包括一种催化转化所需要的流体。

4、权利要求1至3中任何一项所要求的方法，其中还包括从反应器下端卸出一定量催化剂颗粒，并从反应器上端加入一定量催化剂颗粒来置换卸出的催化剂颗粒量

5、实现液体和/或气体催化转化的设备，包括反应器、装在反应器上端的将流体和催化剂加入反应器的进料装置、支撑反应器中的催化剂颗粒床层的支撑装置、装在反应器下端的将产物和催化剂颗粒卸出反应器的卸料装置、以及装在反应器内大体上垂直于流体流动方向的导向元件框格，其中框格中相邻的各导向元件相互面向部分的外表面之间形成在流体流动方向上的渐窄部分、窄小部分和渐宽部分的通道，并且框格中导向元件装有将辅助流体导入通道的装置，该装置安排在通道的渐窄部分或窄小部分或其附近。

6、权利要求5中所要求的设备，其中导向元件包括具有两个侧壁和一个底壁的三角形流体进料罩，该流体进料罩由外表面具有倒三角形横截面的支撑梁支撑。

7、权利要求6中所要求的设备，其中流体进料罩的一个侧壁至少由两块导板构成，导板沿着导向元件一块安装在另一块之上，上导板的下部覆盖下导板的上部，其中流体通道安排在上导板覆盖下导板之处。

8、权利要求6或7中所要求的设备，其中流体进料罩的底壁宽过支撑梁，导入辅助流体的装置包括排在底壁超过支撑梁部分的一排孔口。

9、权利要求5至8中任何一项所要求的设备，其中通道的总横截面积在反应器横截面积的30%至60%之间。

10、权利要求5至9中任何一项所要求的设备，其中确定通道的渐窄部分的导向元件外表面部分与垂直线之间的锐角在10°至40°之间。

11、权利要求5至10中任何一项所要求的设备，其中确定通道渐宽部分的导向元件的外表面部分与垂直线之间的锐角在3°至10°之间。

12、权利要求5至11中任何一项所要求的设备，其中催化转化器包括两个或多个装在反应器不同水平面上的导向元件框格。

13、权利要求12中所要求的设备，其中一个框格的导向元件和相邻框格的导向元件交错排列。

14、大体上如说明书参考附图所描述的实现石油馏分催化处理的设备。

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