重整反應器的製作方法

2023-05-13 18:56:46

本實用新型屬於石油化工領域，更具體地，涉及一種用於石腦油生成高辛烷值汽油或芳烴的重整反應器。

背景技術：

在石油化工領域，重整反應器是石腦油生產高辛烷值汽油調和組分或芳烴的關鍵設備之一。重整反應主要是強吸熱反應，因此物料經反應後，其溫度會降低。為了補充熱量，維持足夠反應溫度，反應通常分3～4段進行，物料在每段反應之前採用加熱爐加熱。通常第一反應器溫降可達70～80℃。隨著重整裝置規模的擴大，燃料氣用量不斷增加，重整裝置已成為煉廠中的耗能大戶。同時，強放熱反應，比如合成氣甲烷化反應，計算表明，每轉化1％的CO或CO2可產生的絕熱溫升分別達到了70℃和60℃,反應溫度一般在500～650℃。

近年來，基於吸熱或放熱反應的耦合反應器受到越來越多的關注。公告號為CN203425799U的中國專利把丁烯異構反應和換熱進行集成，製成耦合反應器，增強了換熱效果，降低了反應壓降，有效解決高溫膨脹問題。梅紅等(用於吸/放熱反應耦合的金屬基整體式催化反應器性能模擬，化工學報，第57卷-第8期)針對甲烷催化燃燒和甲烷水蒸氣重整反應耦合進行研究，指出吸熱側和放熱側入口氣體速度、溫度以及組成變化對耦合反應器性能影響很大。

發明人發現，石腦油重整反應為吸熱反應且可產生氫氣，合成氣甲烷化反應等為放熱反應(供熱反應)且需要氫氣。因此，有必要開發一種集成重整反應和供熱反應的高效的重整反應器。

公開於本實用新型背景技術部分的信息僅僅旨在加深對本實用新型的一般背景技術的理解，而不應當被視為承認或以任何形式暗示該信息構成已為本領 域技術人員所公知的現有技術。

技術實現要素：

本實用新型提出了一種重整反應器，其通過將重整反應和供熱反應集成在同一容器內，使供熱反應的熱量直接傳遞給重整反應，提高了能量利用效率，簡化了流程，減少了投資和佔地。

根據本實用新型的一方面，提出了一種重整反應器，所述重整反應器可以包括：殼體；一個或多個重整反應單元，其位於所述殼體內部，與所述殼體同軸，在所述一個或多個重整反應單元中進行重整反應；一個或多個供熱反應單元，其位於所述殼體內部，與所述殼體同軸，在所述一個或多個供熱反應單元中進行供熱反應；上密封隔板和下密封隔板，其分別位於所述一個或多個重整反應單元和所述一個或多個供熱反應單元的頂部和底部，密封隔離所述一個或多個重整反應單元和所述一個或多個供熱反應單元；以及瓷球層，其分別位於所述一個或多個重整反應單元和所述一個或多個供熱反應單元的上部和下部；其中，所述一個或多個重整反應單元和所述一個或多個供熱反應單元同軸且呈環狀交替排列；以及，所述一個或多個重整反應單元和所述一個或多個供熱反應單元之間通過床層間密封擋板完全密封隔離。

所述一個或多個重整反應單元可以包括：重整反應入口，其在所述一個或多個重整反應單元的頂部，重整反應原料從所述重整反應入口進入並被分配到所述一個或多個重整反應單元中；重整反應出口，其在所述一個或多個重整反應單元的底部，所述重整反應出口從一個或多個重整反應單元中的收集重整反應產物並排出；一層或多層重整反應催化劑床層，其位於所述瓷球層之間，在所述一層或多層重整反應催化劑床層中放置重整反應催化劑；以及多個徑向隔板，其位於所述一層或多層重整反應催化劑床層中，徑向隔離所述一層或多層重整反應催化劑床層。

所述一個或多個供熱反應單元可以包括：供熱反應入口，其在所述一個或 多個供熱反應單元的頂部，供熱反應原料從所述供熱反應入口進入並被分配到所述一個或多個供熱反應單元中；供熱反應出口，其在所述一個或多個供熱反應單元的底部，所述供熱反應出口從一個或多個供熱反應單元中的收集供熱反應產物並排出；一層或多層供熱反應催化劑床層，其位於所述瓷球層之間，在所述一層或多層供熱反應催化劑床層中放置供熱反應催化劑；以及多個徑向隔板，其位於所述一層或多層供熱反應催化劑床層中，徑向隔離所述一層或多層供熱反應催化劑床層。

所述重整反應可以為石腦油生產高辛烷值汽油調和組分或芳烴的強吸熱反應，並產生氫氣；以及，所述供熱反應可以為合成氣甲烷化反應，硝基苯制苯胺，以及甲醇氧化制甲醛中的至少一种放熱反應。

所述一個或多個重整反應單元和所述一個或多個供熱反應單元可以呈環狀交替排列的層數為2層至100層，最內層可以為供熱反應單元，最外層可以為重整反應單元；並且所述多個徑向隔板的數量可以為2至16塊。

所述一層或多層重整反應催化劑床層與所述一層或多層供熱反應催化劑床層可以在同一水平高度上。

所述一層或多層重整反應催化劑床層與所述一層或多層供熱反應催化劑床層可以為固定床。

所述一層或多層重整反應催化劑床層與所述一層或多層供熱反應催化劑床層的體積比可以為1.2:1至5:1。

所述一層或多層重整反應催化劑床層的高徑比和所述一層或多層供熱反應催化劑床層的高徑比可以為1.2:1至4.5:1。

所述床層間密封擋板可以採用不與兩側介質發生反應，且至少耐受650℃和20倍壓差的材料製成。

本實用新型的重整反應器可以通過將重整反應和供熱反應集成在同一容器內，使供熱反應的熱量直接傳遞給重整反應，提高了兩個反應的原料轉化率。

本實用新型的裝置具有其它的特性和優點，這些特性和優點從併入本文中 的附圖和隨後的具體實施例中將是顯而易見的，或者將在併入本文中的附圖和隨後的具體實施例中進行詳細陳述，這些附圖和具體實施例共同用於解釋本實用新型的特定原理。

附圖說明

通過結合附圖對本實用新型示例性實施例進行更詳細的描述，本實用新型的上述以及其它目的、特徵和優勢將變得更加明顯，其中，在本實用新型示例性實施例中，相同的參考標號通常代表相同部件。

圖1示出了根據本實用新型的示例性實施例的重整反應器的示意圖。

圖2示出了沿圖1中的線A-A的橫截面圖。

圖3示出了根據本實用新型的示例性實施例的重整反應器的頂部結構的示意圖。

圖4示出了根據本實用新型的示例性實施例的重整反應器的底部結構的示意圖。

具體實施方式

下面將參照附圖更詳細地描述本實用新型。雖然附圖中顯示了本實用新型的優選實施例，然而應該理解，可以以各種形式實現本實用新型而不應被這裡闡述的實施例所限制。相反，提供這些實施例是為了使本實用新型更加透徹和完整，並且能夠將本實用新型的範圍完整地傳達給本領域的技術人員。

實施例1

圖1根據本實用新型的一個實施例的重整反應器的示意圖。

在該實施例中，根據本實用新型的重整反應器可以包括：殼體103、一個或多個重整反應單元115，一個或多個供熱反應單元116，上密封隔板104和下密封隔板105以及瓷球層109。一個或多個重整反應單元115可以位於所述殼體 103內部，與所述殼體103同軸，可以在一個或多個重整反應單元115中進行重整反應；一個或多個供熱反應單元116可以位於所述殼體103內部，與所述殼體103同軸，可以在所述一個或多個供熱反應單元116中進行供熱反應；上密封隔板104和下密封隔板105可以分別位於一個或多個重整反應單元115和一個或多個供熱反應單元116的頂部和底部，密封隔離一個或多個重整反應單元115和一個或多個供熱反應單元116；瓷球層109可以分別位於一個或多個重整反應單元115和一個或多個供熱反應單元116的上部和下部，瓷球層109的上層瓷球可以改善氣體分布，防止催化劑受物料擾動；瓷球層109的下層瓷球可以防止催化劑掉入反應器底部堵塞管線。其中，一個或多個重整反應單元115和一個或多個供熱反應單元116可以同軸且呈環狀交替排列；並且，一個或多個重整反應單元115和一個或多個供熱反應單元116之間可以通過床層間密封擋板完全密封隔離。

該實施例通過將重整反應和供熱反應集成在同一容器內，使供熱反應的熱量直接傳遞給重整反應，提高了能量利用效率，簡化了流程，減少了投資和佔地。

下面詳細說明根據本實用新型的重整反應器。

在一個示例中，殼體103內部可以設置有一個或多個重整反應單元115和一個或多個供熱反應單元116。圖2示出了沿圖1中的線A-A的橫截面圖。如圖2所示，殼體103、一個或多個重整反應單元115和一個或多個供熱反應單元116可以同軸且呈環狀交替排列，而多個徑向隔板114可以徑向隔離一個或多個重整反應單元115的內部和一個或多個供熱反應單元116的內部。在一個或多個重整反應單元115中可以進行重整反應，一個或多個供熱反應單元116中可以進行供熱反應。如圖1所示，上密封隔板104和下密封隔板105可以分別位於一個或多個重整反應單元115和一個或多個供熱反應單元116的頂部和底部，密封隔離一個或多個重整反應單元115和一個或多個供熱反應單元116；瓷球層 109可以分別位於一個或多個重整反應單元115和一個或多個供熱反應單元116的上部和下部。一個或多個重整反應單元115和一個或多個供熱反應單元116之間可以通過床層間密封擋板完全密封隔離。此外，殼體103底部可以設有卸劑口111。

在一個示例中，一個或多個重整反應單元115可以包括：重整反應入口101、重整反應出口107、一層或多層重整反應催化劑床層112，以及多個徑向隔板114。其中，重整反應入口101可以在一個或多個重整反應單元115的頂部，重整反應原料從重整反應入口101進入並被分配到一個或多個重整反應單元115中；重整反應出口107可以在一個或多個重整反應單元115的底部，從一個或多個重整反應單元115中的收集重整反應產物並排出；一層或多層重整反應催化劑床層112可以位於瓷球層109之間，在一層或多層重整反應催化劑床層112中放置重整反應催化劑；並且，多個徑向隔板114可以位於一層或多層重整反應催化劑床層112中，徑向隔離一層或多層重整反應催化劑床層112。重整反應單元115的內部為重整反應區。

在一個示例中，所述一個或多個供熱反應單元116可以包括：供熱反應入口102、供熱反應出口108、一層或多層供熱反應催化劑床層113，以及多個徑向隔板114，其中，供熱反應入口102可以在一個或多個供熱反應單元116的頂部，供熱反應原料從供熱反應入口102進入並被分配到一個或多個供熱反應單元116中；供熱反應出口108可以在一個或多個供熱反應單元116的底部，從一個或多個供熱反應單元116中的收集供熱反應產物並排出；一層或多層供熱反應催化劑床層113可以位於瓷球層109之間，在一層或多層供熱反應催化劑床層113中放置供熱反應催化劑；並且，多個徑向隔板114可以位於一層或多層供熱反應催化劑床層113中，徑向隔離一層或多層供熱反應催化劑床層113。供熱反應單元116的內部為供熱反應區。

在一個示例中，重整反應可以為石腦油生產高辛烷值汽油調和組分或芳烴的強吸熱反應，並產生氫氣；並且，供熱反應可以為合成氣甲烷化反應，硝基 苯制苯胺，以及甲醇氧化制甲醛中的至少一种放熱反應。但本領域技術人員應當理解，本新型的重整反應和供熱反應並不限於此，可以應用本領域已知的各種重整反應(吸熱反應)和供熱反應(放熱反應)。

在實際工作中，參考圖1，重整進料由重整反應入口101進入重整反應單元115內的重整反應區，同時，供熱反應(如合成氣甲烷化反應)進料由供熱反應入口102進入供熱反應單元116內的供熱反應區。供熱反應原料氣穿過供熱反應催化劑床層113，在催化劑的作用下進行甲烷化反應，同時放出大量的熱量。重整反應物在重整反應催化劑床層112內吸收來自供熱反應區的熱量，進行重整反應。反應後重整產物和供熱反應產物分別穿過各自催化劑床層底部，繼續穿過瓷球層109，分別在殼體103底部通過重整反應出口107，供熱反應出口108離開反應器。

在一個示例中，一個或多個重整反應單元115和一個或多個供熱反應單元116可以呈環狀交替排列的層數為2層至100層，優選地為10層；並且，最內層可以為供熱反應單元116，最外層可以為重整反應單元115，如圖2所示。而多個徑向隔板114可以為2～16塊，優選地為8塊。多個徑向隔板114可以均勻分布，高度與各個催化劑床層等高，材質優選為15CrMoR(H)或2.25Cr-1Mo。

在一個示例中，一層或多層重整反應催化劑床層112與一層或多層供熱反應催化劑床層113可以在同一水平高度上，並且可以為固定床。重整反應催化劑床層112和供熱反應催化劑床層113均可以為至少一層，優選地，重整反應催化劑床層112可以為2～6個床層，供熱反應催化劑床層113可以為2～6個床層。根據情況，重整反應催化劑床層112和供熱反應催化劑床層113的數量可以不相同。

在一個示例中，一層或多層重整反應催化劑床層112與一層或多層供熱反應催化劑床層113的體積比可以為1.2:1至5:1，優選地，可以為1.5:1至2.5:1。一層或多層重整反應催化劑床層112的高徑比和一層或多層供熱反應催化劑床層113的高徑比可以為1.2:1至4.5:1，優選地，可以為1.25:1至2:1。

在一個示例中，所述床層間密封擋板可以採用不與兩側介質發生反應，且在氫氣環境下至少耐受650℃和20倍壓差的材料製成。優選地，可以為鉻鉬鋼或不鏽鋼。

根據工藝過程的不同，本實用新型的殼體103、重整反應單元115和供熱反應單元116中的壓力可以一般控制在0.1～4MPa。根據工藝過程的不同，重整反應單元115和供熱反應單元116中的溫度可以一般控制在450℃到650℃。進一步地，可通過調整供熱反應單元116的進料組成，循環部分反應生成物等方式控制供熱反應深度，實現重整反應區與供熱反應區的熱量及溫位的匹配。

圖3和圖4分別示出了根據本實用新型的重整反應器的頂部結構和底部結構的示意圖。如圖1、圖3和圖4所示，本實用新型的重整進料和供熱反應進料分別從重整反應入口101和供熱反應入口102進入重整反應單元115和供熱反應單元116，各自在不同催化劑作用下反應。供熱反應產生熱量供給重整反應。實現吸熱反應和供熱反應同時進行，產物分別從重整反應出口107和供熱反應出口108送出。

本實用新型的有益效果在於：

1)本實用新型將吸熱的重整反應與放熱反應進行耦合，反應熱量從供熱反應單元轉移至重整反應單元，選擇與重整反應匹配的放熱反應，可使重整反應及時得到熱量供給，保證了反應轉化率。

2)本實用新型提出的重整反應器減少了重整反應加熱用燃料氣用量，使重整反應可以不必為補充熱量而分別在多個反應器內進行，簡化了工藝流程，降低了設備成本。

3)通過在同一反應區安裝徑向隔板，有助於提高反應進料的均勻分布程度，同時起到固定重整反應單元115和供熱反應單元116之間的密封擋板間距的作用。

應用示例

為便於理解本實用新型實施例的方案及其效果，以下給出一個具體應用示例。本領域技術人員應理解，該示例僅為了便於理解本實用新型，其任何具體細節並非意在以任何方式限制本實用新型。

在該應用示例中，重整反應器自反應器中心軸向外的催化劑床層的厚度可以依次為：300mm(放熱床層)；500mm(吸熱床層)；350mm(放熱床層)；250mm(吸熱床層)。

重整反應催化劑床層112和供熱反應催化劑床層113的高度可以為3500mm。

所述重整反應器的內徑可以為2800mm；殼體上部切線距反應區可以為1400mm；殼體下部切線距反應區可以為1400mm。

(1)供熱反應區反應為合成氣制甲烷反應，甲烷化催化劑裝填於本實用新型供熱區反應區內，將進料溫度為285℃，V(H2)/V(CO)＝3的合成氣從供熱反應入口102進入，操作壓力為3.2MPa，反應溫度600℃，上下殼體的設計壓力為4.5MPa。CO轉化率為64％。

(2)重整催化劑裝填於重整反應區內，重整進料氫油體積比5：1，加熱至482℃從重整反應入口101進入，反應室的操作壓力為1.27MPa，反應溫度為498℃。穩定汽油收率87％，與普通重整固定床反應器收率相當，但燃料氣耗量減少了70％。

可見，本實用新型的重整反應器有效地提高了能量利用效率，簡化了流程，減少了投資和佔地。

本領域技術人員應理解，上面對本實用新型的實施例的描述的目的僅為了示例性地說明本實用新型的實施例的有益效果，並不意在將本實用新型的實施例限制於所給出的任何示例。

以上已經描述了本實用新型的各實施例，上述說明是示例性的，並非窮盡性的，並且也不限於所披露的各實施例。在不偏離所說明的各實施例的範圍和 精神的情況下，對於本技術領域的普通技術人員來說許多修改和變更都是顯而易見的。本文中所用術語的選擇，旨在最好地解釋各實施例的原理、實際應用或對市場中的技術的改進，或者使本技術領域的其它普通技術人員能理解本文披露的各實施例。