顆粒分離催化化學反應器和顆粒分離器的製作方法

2023-05-04 23:08:07

本發明涉及具有顆粒分離的催化化學反應器。更具體地，本發明涉及一種具有使用沉降原理(獨立於位於入口流體流中的顆粒)的顆粒分離器的反應器。反應器可以是向下流動的催化反應器，其包括垂直疊置的顆粒催化材料的填充床。這種類型的反應器用於石油和化學加工業，以用於進行各種催化反應，如硫和氮轉化(hds/hdn)、烯烴(hyd)和芳族化合物(加氫脫芳烴化-hda)的氫化、金屬去除(加氫脫金屬-hdm)、氧轉化(加氫脫氧-hdo)和加氫裂化(hc)。或者，反應器是徑向轉化器，其中板的元件必須固定到反應器。該反應器具有穿過催化材料的填充床的徑向流，並且其通常用於石油和化學加工工業中，以用於進行諸如催化重整和氨合成的催化反應。

背景技術：

顆粒分離和分級是化學、製藥、礦產和食品工業中廣泛探索的需求。雖然可能需要工業過程中的顆粒分級來提高某些產品的質量，但是可能需要顆粒分離來淨化流體流或避免對工藝設備產生的問題。

有時顆粒有意存在於工藝流中。這是例如基於粉碎燃料的燃燒工藝或使用粉末技術生產藥物或特種化學品的情況。在其他情況下，顆粒的存在是無意的。例如一些煉油廠流、流化床的流出物、fischer反應器的產物流就是這種情況。顆粒可以具有各種來源：它們可以是原始原料和其它反應物流的一部分，或者它們可以在工藝設備中例如作為侵蝕產物生成和收集。顆粒可以是固體或液體，可以具有有機性質(如碳、焦炭、樹膠)，或無機性質(如鹽、碎屑)，或作為鐵組分的腐蝕和侵蝕物，或催化劑顆粒的碎屑。它們可能是液體，像一些水霧，並且含有如細菌的活體雜質。形狀和尺寸也可能有很大差異-從球體到薄片，從毫米到幾微米或更小。如果顆粒在下遊工藝中是不希望的，通常通過過濾器或本領域已知的其它合適的顆粒分離技術，在敏感設備之前將這些顆粒的大部分除去。然而，在某些工藝中，隨著時間的推移，例如當涉及侵蝕和腐蝕時，問題可能會出現或變得更加嚴重。有時，實際上不可能在敏感設備之前安裝作為獨立單元操作的顆粒去除設備。

在石腦油加氫處理中可以看到顆粒產生的問題的一個具體實例。加氫處理反應器的進料有時載有顆粒。當將載有顆粒的進料引入至加氫處理反應器中時，顆粒傾向於在分級時或在催化劑上迅速結垢。因此，反應器可能需要頻繁地剔除床的受影響層以容納反應器中的壓降積聚。每5-6個月一次或甚至每2-3個月一次的剔除頻率並不少見。

影響石腦油加氫處理器的顆粒的表徵很少能獲得。事實上，顆粒取決於石腦油原料或工藝相關問題(鏽、鹽、膠等)。顆粒的運行中收集通常不可用。因此，顆粒表徵依賴於事後分析，其受到由於顆粒聚集和氧化引起的大量不確定性的影響。

類似地，由fcc(流體催化裂化)催化劑的再生產生的工藝氣體通常負載有催化劑顆粒和催化劑碎屑。這種氣體可以被輸送到硫回收單元，最常見的是用於元素硫的回收的claus裝置，或用於作為濃硫酸回收硫的wsa裝置。這些是催化固定床反應器，如果暴露於負載有顆粒的原料，則其易於堵塞。通常存在於fcc再生器出口處的顆粒通常為2至20微米或更低的尺寸。

us2009177023公開了一種用於固定床反應器的過濾盤，其中氣體和液體同時向下流動。

該設備可以使用包含過濾介質的特定分配器託盤來捕集包含在液體進料中的堵塞顆粒，該液體供應以氣體和液體同時向下流動模式運行的反應器。該設備特別適用於含有炔屬和二烯化合物的進料的選擇性氫化。

ep0358923公開了一種用於淨化來自固體氣化產生的原始氣體的方法和裝置。在用於淨化來自固體氣化的含有顆粒狀和多塵的固體顆粒的原料氣體的工藝和裝置中，需要找到一種方案，在進入下遊冷卻裝置之前，通過該方案從原料氣體中除去大部分任何尺寸的固體顆粒。這通過以下實現：當原料氣體在第一淨化階段從氣化區在氣體保持空間的方向沿直線通過時，粒狀固體顆粒在氣體保持空間的底部沉澱，然後在第二淨化階段，部分淨化的原料氣體從氣體保持空間橫向偏轉，並且經歷變化至減小至少3倍的速度，並且在進一步的氣體偏轉之後，基本上在垂直方向上通過固體過濾器，其中灰塵固體顆粒從原料氣體中去除。

雖然已有上述已知技術，但是仍需要具有顆粒分離器的反應器以確保反應器在即使進入反應器的入口流體流中存在任何顆粒雜質下可長期有效的操作。

發明概述

本發明描述了一種新型的催化化學反應器，其包括顆粒分離系統。

根據本發明，通過將顆粒捕獲在沉降區域中，使顆粒與流動流體流分離。通過使顆粒分離器中的流體流發生s形流動來實現顆粒的捕獲。當流體流執行s形曲線流動路徑時，顆粒可以向外並且通過重力向下運動，並且以低流體流動活性沉降在分離器的一部分中。

本發明的特徵

1.用於化學反應的顆粒分離催化反應器，包括用於將顆粒從入口流體流分離至反應器的顆粒分離器，所述顆粒分離器包括底板、至少一個包括入口通道出口的入口通道、至少一個流體流分流器、至少一個收集段、至少一個轉移煙道，所述轉移煙道包括位於底板上方的轉移煙道入口和位於底板下方的轉移煙道出口，其中至少一個入口通道出口中的每一個面向至少一個流體流分流器之一併且至少一個流體流分流器位於至少一個轉移煙道入口下方的位置。

2.根據特徵1所述的顆粒分離催化反應器，其包括一個入口通道、一個入口通道出口、一個流體流分流器和多個轉移煙道。

3.根據特徵1所述的顆粒分離催化反應器，其包括一個入口通道、一個入口通道出口、一個流體流分流器和多個轉移煙道。

4.根據前述特徵中任一項所述的顆粒分離催化反應器，其中至少一個入口通道具有圓形橫截面，並且至少一個流體流分流器具有凹形形狀。

5.根據前述特徵中任一項所述的顆粒分離催化反應器，其中底板具有圓形形狀，並且至少一個入口通道出口位於底板中心的上方，所述至少一個流體流分流器固定連接至底板的上側並且位於底板的上側的中心，並且至少一個轉移煙道固定連接至底板並且位於底板的外圍。

6.根據特徵5所述的顆粒分離催化反應器，其中至少一個轉移煙道相對於底板上的垂直方向以向內的角度安裝。

7.根據前述特徵中任一項所述的顆粒分離催化反應器，其中至少一個轉移煙道的入口面向遠離所述至少一個入口通道出口和所述至少一個流體流分流器的位置。

8.根據前述特徵中任一項所述的顆粒分離催化反應器，其中至少一個流體流分流器具有圓形形狀。

9.根據前述特徵中任一項所述的顆粒分離催化反應器，其中催化反應器是氫化處理反應器。

10.根據前述特徵中任一項所述的顆粒分離催化反應器，其中反應器具有圓頂形的上部部分，底板位於所述圓頂的下方或下部的內部，所述顆粒分離器位於圓頂內，所述至少一個入口通道出口相對於所述至少一個轉移煙道入口位於圓頂的底部附近，並且所述至少一個轉移煙道入口相對於所述至少一個入口通道出口位於所述圓頂的頂部附近。

11.根據前述特徵中任一項所述的顆粒分離催化反應器，其還包括布置在入口通道內的流動調節器，以確保入口流體流的塞流。

12.根據特徵11所述的顆粒分離催化反應器，其中流動調節器是圓錐形的並且與入口通道同心地布置，其中所述圓錐的尖端向上，相對於入口流體流。

13.根據前述特徵中任一項所述的顆粒分離催化反應器，其還包括至少一個入口通道出口分流器，所述分流器分流在多個出口通道中的出口流，以確保離開入口通道的流體流的低流速。

14.根據特徵13所述的顆粒分離催化反應器，其中入口通道出口分流器是圓錐形的，並且所述多個出口通道具有相等的入口面積。

附圖簡介

通過示出本發明實施方案的實施例的附圖來進一步進行說明本發明。

圖1示出了根據本發明的實施方案的用於催化化學反應器(未示出)的顆粒分離器的等距視圖。

圖2示出了根據本發明的實施方案的用於催化化學反應器(未示出)的顆粒分離器的等距剖面側視圖。

位置編號

01.顆粒分離器

02.底板

03.入口通道

04.入口通道出口

05.流體流分流器

06.收集段

07.轉移煙道

08.轉移煙道入口

09.轉移煙道出口

10.入口通道流調節器

11.入口通道出口分流器

附圖說明

下面將參考如圖1和圖2所示的附圖對本發明的實施方案進行更詳細的說明。

催化反應器(未示出)包括使工藝氣體進入的中空頂部室。在該中空空間中，可以安裝顆粒分離器01，其為該工藝提供顆粒分離的特徵，且不需要添加額外的空間到反應器中。顆粒分離器包括底板02，其在該實施方案中是反應器的現有頂板。工藝氣體通過入口通道03進入反應器，並通過入口通道出口04進入反應器的頂部，該反應器在這種情況下也是顆粒分離器。在本發明的一個實施方案中，顆粒分離催化反應器包括布置在入口通道內部的流動調節器11，以確保入口流體流的塞流。

流動調節器可以是錐形的，並且與入口通道同心地布置，並且錐體的尖端向上，相對於入口流體流。當工藝流體流從入口通道離開時具有向下的流動方向。在入口通道出口下方，工藝流體流接下來與位於底板上且位於底板中心的流體流分流器05相遇。流體分流器具有凹形形狀和直徑大於入口通道出口直徑的圓形外緣。因此，當流體流向下流動並與流體流分流器的中心部分相遇時，流體沿徑向向外和向上的方向分流，均勻地分布在流體流分流器的整個圓形區域周圍，並進一步離開至顆粒分離器的收集段06。在本發明的一個實施方案中，底板本身可以用作流體流分流器，在這種情況下，省略了對特定流體流分流板的需要。在本發明的另一個實施方案中，至少一個入口通道出口分流器10布置在入口通道的出口處，其將出口流分流在多個出口通道中，以確保離開入口通道的流體流的低流速。入口通道出口分流器可以是圓錐形的並且布置成使得多個出口通道具有相等的入口面積。

收集段是底板上方和反應器中空頂部室內的整個區域，除了流體分流器和轉移煙道07佔有的區域外。

顆粒分離器包括均勻布置在底板的外部區域上的四個轉移煙道。煙道朝著顆粒分離器的中心軸相對於垂直方向相內成一定角度並向上升高。轉移煙道入口08位於遠離入口通道出口的每個轉移煙道的頂部附近。轉移煙道用於將來自顆粒分離器的產物流體出口基本上定位至入口通道出口的上方並且定位至迫使流體流動流從入口通道出口執行s型曲線至轉移煙道入口的位置。在該流程期間，流體流動流中的顆粒可能由於其密度從s形曲線流體流動流中流出並沉降在具有低流動活性或湍流的收集段的區域中。這將很大程度上是靠近顆粒分離器外圍的底板部分。當流體流離開入口通道出口時，流體在徑向方向上擴展到比入口通道的橫截面面積大得多的區域。因此，流速減小，並且流體流動流中夾帶的顆粒減少。

此外，流體流動流向上運動還有助於顆粒與流的有效分離。因此，入口通道出口相對於轉移煙道入口的設計和位置確保了顆粒與流體流動流分離並沉降在收集段中以在維護期間移除。

在進行顆粒分離之後，工藝氣體被引導以經由轉移煙道並通過轉移煙道出口09出來而在底板下方的反應器中進行進一步的處理。