一種上流式反應器及其應用的製作方法

2023-05-01 01:32:11

專利名稱：一種上流式反應器及其應用的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種上流式反應器及其應用。
背景技術：
滴流床與填充鼓泡床都是用催化劑填充的三相反應器，兩者之間的差 別在於操作模式的不同。在滴流床中，液體和氣體反應物由上而下流經催
化劑床層，氣相是連續相，液相則呈"涓流"方式流動；而在填充鼓泡床 中，氣液反應物自下而上流經催化劑床層，此時液相為連續相，氣相為分 散相。
加氫是一種重要的劣質原料處理的技術路線，通過加氫，重質油品中 的金屬、膠質、殘炭、硫、氮等雜質均可以被有效脫除。目前加氫過程中 最常用的是滴流床反應器，但是重質油品如渣油、煤液化油由於雜質含量 高，容易造成加氫催化劑中毒或者催化劑孔道堵塞而快速失活，並且雜質 可能堵塞床層使壓降快速升高導致反應器工況變差，甚至無法正常操作。 而採用氣液並流向上運動的上流式反應器是進行重質油品加氫較佳的選 擇。在兩相併流向上通過催化劑床層的過程中，油品做為連續相，而氫氣 做為分散相，兩相向上流動造成了催化劑床層的膨脹，可以增加床層的空 隙率，避免催化劑床層的堵塞。US4639354、 US4753721和中國專利申請 00807042. 3中，氣液兩相上流造成了催化劑床層的膨脹，避免催化劑床層 的堵塞。US4639354與US4753721藉助於催化劑床層的膨脹運動實現了失 活催化劑的在線置換，而中國專利申請00807042. 3將上流式反應器做為加 氫主反應器的保護反應器，在床層微膨脹的情況下脫除油品中的大部分金 屬與固體顆粒雜質和部分硫、氮，以延長主反應器中加氫催化劑的使用壽
4在上述的上流式反應器中，氣相被分散成氣泡與液相連續相併流向上 運動，氣泡能否均勻分布在反應器內是技術實施的關鍵，換言之，做為實 現氣泡均勻分布的氣體分布器是至關重要的。氣體分布器包括初始分布器 和中間分布器。
US4753721的初始分布器為管環分布器，在環形管底部開孔，管環兩 側設開有條縫的隔板，使得生成的氣泡破碎再分布。對於大型反應器而言， 此種設計所提供的氣泡分布區域過於狹小，若要實現氣泡的均布，需要附 加構件的設計。US4753721的中間分布器採用泡帽結構，即在多孔板的每 個開孔上方與泡帽相連，這種設計結構較複雜，泡帽的結構對於氣泡分布 影響大。
US4639354的初始分布器為分支管狀分布器，分支管狀分布器的設計 較為複雜，需要進行大量流體力學計算和實驗方能保證氣體的均勻分布效 果，同時對於分布器安裝的水平度具有一定的要求，因此反應器規模越大， 該分布器設計的難度也將增加。US4639354的中間分布器開有兩種尺寸的 孔結構，小孔孔徑只能允許氣相經過，而大孔則主要通過液相。大孔下方 與垂直管件相連，管件底部設有折流板。氣液兩相分路經過中間分布器重 新混合，造成流體的湍動實現均布。由於小孔過孔阻力大，將會在小孔下 方的反應器空間產生一個氣室空間，降低了反應器空間利用率，同時小孔 容易被雜質堵塞影響到氣泡的均布。
中國專利申請00807042. 3的初始分布器為以錐形折流板，改變由反應 器底部進入的氣泡的運動方向，同時起到破碎氣泡實現均布的目的。由於 氣泡的流動是不穩定的，錐形折流板不能有效的避免氣泡偏流，從而造成 催化劑床層膨脹不均勻，催化劑顆粒磨損增加。
ZL97193150.X是中國專利申請00807042.3同一技術路線先期申請的 專利，其中間分布器設計為多孔板上的每個孔均與下方垂直管件相連，而
5且每根管件側向開有一個垂直反應器軸向的小孔。該設計與US4639354的 設計思路類似，液相由管件底部進入，而氣體由管件側孔進入，氣液分路 然後再次混合。因此該設計的缺點與US4639354也是類似的，在多孔板下 方會產生一個滯留氣室減小了反應器空間的利用率，小孔結構容易被雜質 堵塞。同時由於是側開孔設計，分布器對於加工、安裝的水平度要求較高， 一旦初始分布不理想，中間分布器改善氣體分布的效果有限。
US5298226採用篩板結構做為流體的分布器，篩板具有不均勻開孔結 構。篩板的橫界面分為三個區域，中心區、中間區與邊壁區。由於流體是 在篩板中心區的上方或者下方流入反應器，因此為了避免流體集中在中心 區通過而造成的流體分布不均勻，中心區、中間區與邊壁區的開孔率依次 升高，造成沿半徑方向由篩板中心區至邊壁區流體的流動阻力逐漸降低， 使得流體趨向均勻的流過篩板，實現流體的均勻分布。

發明內容
本發明的要解決的技術問題是提供一種上流式反應器，該反應器採用 了特殊設計的氣體分布器，使反應器內的氣體分布更加均勻。本發明還提 供了該反應器在重質油加氫反應中的應用。
一種上流式反應器，包括位於反應器底部的初始分布器和初始分布器 上方的中間分布器；其中，所說的初始分布器由一個錐形折流板和一個位 於其上方的篩板組成，錐形折流板的尖端向下，圓形擴口端面向上，圓形 擴口端面與篩板同心；篩板開有一個中心孔，中心孔直徑與折流板圓形擴 口端面直徑之比為0.5 0.9:1，篩板在中心孔之外部分開有小孔，中心孔 面積佔篩板總開孔面積的40% 60%。
所述的上流式反應器是指所有以氣體為分散相、氣和液向上並流的三 相反應器，包括填充鼓泡床反應器、膨脹床反應器，所述的膨脹床反應器 包括床層膨脹率〈10%的微膨脹床反應器。
6初始分布器中，錐形折流板和篩板間的距離為50mm 500mm，優選為 200mm 350mm。
初始分布器中，篩板開孔率為1% 25%，優選為10% 20%。 初始分布器中，篩板中心孔的面積優選佔篩板開孔總面積的45% 55%。 初始分布器中，篩板中心孔之外的小孔直徑》3mm，優選》5咖，以防
止重質油品中雜質堵塞孔道；同時，小孔的直徑應《15mm，優選《10mm，
以使大尺度氣泡有效破碎，限制氣泡尺寸。
所述的中間分布器由開孔篩板和篩板板串結構組成，開孔篩板的每個
篩孔下方均有一個篩板板串結構，篩板板串結構由一個或多個小篩板構成，
小篩板的直徑大於與其對應的上方篩孔的直徑。
中間分布器中，開孔篩板的開孔率為1% 20%，優選為5% 15%。 中間分布器中，開孔篩板的孔直徑為10mm 50mm，優選為25腿 40mm。 中間分布器中，每個篩板板串結構優選有1 30個小篩板，更優選有
6 20個小篩板；小篩板間距優選為2mm 50mm，更優選為5腿 20咖。 中間分布器中，小篩板的直徑優選為55rara 80mm。 中間分布器中，小篩板的開孔率為1% 25%，優選為5% 15%;孔
直徑為2mm 8mm。
中間分布器中，小篩板的孔結構分布是同心圓分布或正三角形分布。 中間分布器的數目可以是一個或多個，當反應器內的催化劑床層為多
個時，優選中間分布器的數目與催化劑床層數目相同，每個催化劑床層的
底部設置一個中間分布器。
本發明所提供的上流式反應器的應用，將此反應器用於重質油加氫反應。
所述的重質油選自蠟油、渣油和煤液化油中的一種或幾種。 本發明的上流式反應器採用了特殊設計的氣體分布器，可在短距離內
7實現反應器內氣泡由整體到局部的均勻分布。當氫氣與重質油品混合物由 反應器底部進入反應器後，經過錐形折流板可以實現初步的均勻分布，同 時達到穩定的流動狀態。分散相氣泡與折流板撞擊後破碎，向四周運動， 避免了由反應器中心部分短路。錐形折流板上方的篩板可以有效的克服氣 泡偏流，進一步對氣泡進行均布。篩板具有不均勻開孔結構，中心開有一 個大孔，其餘部分均勻開有小孔結構。氣泡經過錐形折流板之後，大部分 分布在反應器四周，中心部分氣泡含量相對較少，因此可以通過篩板兩種 孔結構直徑的差別造成的中心的大孔流動阻力小，而四周的小孔流動阻力 大，調整氣泡的徑向分布使其均勻。偏流的氣泡遇到篩板的小孔發生破碎， 一部分氣泡流過小孔，而另一部分氣泡折流選擇流動阻力小的中心大孔流 動。此外，所有小孔的孔面積與大孔的孔面積基本相當，使得篩板在宏觀 上，中心部分與四周部分對於流體流動造成的阻力基本相當，實現氣體均 勻的初始分布。中間分布器的小篩板對於氣泡具有破碎與折流的作用，大 氣泡經過小篩板的時候，會發生破碎，同時一部氣泡會折流流向其他孔結 構，從而實現氣體的局部均勻分布。
與現有技術相比，本發明具有以下優點
1. 現有技術中，反應器的氣體分布器對水平度的要求苛刻；本發明中， 反應器的氣體分布器的結構更簡單，無加工、安裝的水平度要求即可實現 氣體的均勻分布。
2. 現有技術中，實現氣體均勻分布的距離較長並存在氣室，損失了反 應器的有效反應空間；本發明中，在現有技術的二分之一或者更短的距離 內，可實現氣體的均勻分布且不存在氣室，因此可以大大提高反應器空間 利用率，提高催化劑的裝填量，增加設備的處理能力。
3. 與現有技術相比，本發明可使反應器內的氣體分布更加均勻。其中， 本發明的膨脹床反應器可實現催化劑床層的均勻膨脹，從而減小由於氣體
8偏流所造成的催化劑局部磨損，提高催化劑的利用率並延長設備的操作周 期和催化劑壽命。


圖1為本發明的上流式反應器內的氣體分布器示意圖。
圖2為中間分布器篩板板串結構的示意圖。
圖3為中間分布器板串結構的小篩板的示意圖。
其中，l一反應器；2 —反應器入口； 3 —氫氣與重質油品混合物的上流 流動方向；4一錐形折流板；5—初始分布器的開孔篩板；6—初始分布器的 開孔篩板的中心孔；7 —初始分布器的開孔篩板的四周孔結構；8—中間分 布器的板串結構；9一中間分布器上部開孔篩板的孔結構；IO —中間分布器 上部開孔篩板的螺栓定位孔；ll一中間分布器上部開孔篩板；12—中間分 布器板串結構的小篩板；13 —小篩板的孔結構；14一反應器內的氣泡；15 一板串結構的定位螺栓；16 —板串結構的定距管；17 —板串結構小篩板上 的螺栓定位孔；18-初始分布器；19一中間分布器。
具體實施例方式
首先結合附圖1 3說明中間分布器19。如圖2和圖3所示，篩板板 串結構8由10塊小篩板12構成，小篩板12開有孔結構13，孔結構13在 此採用同心圓分布；小篩板12的邊上有螺栓定位孔17，用定位螺栓15穿 過孔17,再套上內徑大於孔17直徑的定距管16，再依次穿過另一塊小篩 板，另一個定距管，經過多次操作即可製成板串結構8;再將定位螺栓15 穿過開孔篩板11上的螺栓定位孔10並固定，即可完成中間分布器19的制 作。
以下通過附圖1具體說明本發明。
重質油品(渣油或煤液化油)和氫氣的混合物由反應器底部的入口 2， 沿方向3進入反應器1。混合物首先遇到錐形折流板4,氫氣氣泡14與折
9流板4碰撞破碎，同時向四周運動，氣泡14大部分分布在反應器四周，而 在中心部分的氣泡較少。隨後，氣泡在向上運動過程中遇到開孔篩板5， 篩板5具有不均勻開孔結構，中心開有大孔6，而其餘部分均勻開有小孔7， 通過兩種孔直徑差別所造成的中心大孔6流動阻力小，而四周的小孔7流 動阻力大，調整氣泡14的徑向分布，使其均勻。偏流的氣泡14遇到篩板 的小孔7發生破碎， 一部分流過小孔7，而另一部分折流選擇流動阻力小 的中心大孔6繼續向上運動。經過初始分布器18的作用，氣泡14實現了 初步的宏觀分布均勻。
氣泡14繼續向上運動遇到中間分布器19的板串結構8，氣泡14經過 小篩板12的時候，會發生破碎，同時另一部分氣泡會折流流向其他孔結構 13。通過板串結構8，可實現氣泡14的局部均勻分布。
由於採用板串結構8，中間分布器19不會產生滯留氣體形成的氣室， 節省了反應器1的空間，結構更加簡單，對加工、安裝的水平度要求也不 高。
本發明所提供的上流式反應器，首先通過初始分布器18實現氣泡14 的宏觀均勻分布，然後通過中間分布器19實現氣泡14的局部均勻分布， 從而在短距離內實現了反應器內氣泡14的均勻分布。
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權利要求
1.一種上流式反應器，包括位於反應器底部的初始分布器和初始分布器上方的中間分布器，其特徵在於，所說的初始分布器由一個錐形折流板和一個位於其上方的篩板組成，錐形折流板的尖端向下，圓形擴口端面向上，圓形擴口端面與篩板同心；篩板開有一個中心孔，中心孔直徑與折流板圓形擴口端面直徑之比為0.5～0.9∶1，篩板在中心孔之外部分開有小孔，中心孔面積佔篩板總開孔面積的40％～60％。
2. 按照權利要求1所述的上流式反應器，其特徵在於，初始分布器中，篩板開孔率為1% 25%。
3. 按照權利要求2所述的上流式反應器，其特徵在於，初始分布器中，篩板開孔率為10% 20%。
4. 按照權利要求1所述的上流式反應器，其特徵在於，初始分布器中，錐形折流板和篩板間的距離為50mm 500mm。
5. 按照權利要求1所述的上流式反應器，其特徵在於，初始分布器中，篩板中心孔之外的小孔直徑為3mm 15mm。
6. 按照權利要求1所述的上流式反應器，其特徵在於，所說的中間分布器由開孔篩板和篩板板串結構組成，開孔篩板的每個篩孔下方均有一個篩板板串結構，篩板板串結構由一個或多個小篩板構成，小篩板的直徑大於與其對應的上方篩孔的直徑。
7. 按照權利要求6所述的上流式反應器，其特徵在於，中間分布器中，開孔篩板的開孔率為1% 20%。
8. 按照權利要求6所述的上流式反應器，其特徵在於，中間分布器中，小篩板的直徑為55 80mm。
9. 按照權利要求6所述的上流式反應器，其特徵在於，中間分布器中，小篩板的開孔率為1% 25%。
10 按照權利要求6所述的上流式反應器，其特徵在於，中間分布器中，小篩板的孔直徑為2mm 8mm。
11. 按照權利要求6所述的上流式反應器，其特徵在於，中間分布器中， 小篩板的孔結構分布是同心圓分布或正三角形分布。
12. 按照權利要求1或6所述的上流式反應器，其特徵在於，中間分布 器是一個或多個。
13. 按照權利要求1或6所述的上流式反應器，其特徵在於，所述的上 流式反應器是填充鼓泡床反應器或膨脹床反應器。
14. 權利要求1或6所述的上流式反應器的應用，其特徵在於，將所述 上流式反應器用於重質油加氫反應。
15. 按照權利要求14所述的應用，其特徵在於，所述的重質油選自蠟 油、渣油和煤液化油中的一種或幾種。
全文摘要
一種上流式反應器，包括位於反應器底部的初始分布器和初始分布器上方的中間分布器，初始分布器由一個錐形折流板和一個位於其上方的篩板組成；中間分布器由開孔篩板和篩板板串結構組成。本發明所提供的上流式反應器可以在短距離內實現氣體在反應器內的均勻分布，從而提高催化劑的利用率，增加反應器內的催化劑床層空間。本發明的上流式反應器特別適用於重質油(包括蠟油、渣油、煤液化油等)加氫過程。
文檔編號B01J8/02GK101632911SQ20081011710
公開日2010年1月27日 申請日期2008年7月24日 優先權日2008年7月24日
發明者唐曉津, 張佔柱, 王少兵 申請人:中國石油化工股份有限公司;中國石油化工股份有限公司石油化工科學研究院