專利名稱：用于徑向流反應器的無篩網(wǎng)式內(nèi)部構(gòu)件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及流動顆粒接觸的領(lǐng)域和用于使流體和顆粒接觸的裝置。更具體 地說，本發(fā)明涉及一種具有橫向流動流體的顆粒移動床。
背景技術(shù)：
多種不同的工藝使用徑向流反應器以提供流體與固體之間的接觸。固體通常 包括在其上進行流體反應以形成產(chǎn)品的催化材料。這些工藝涵蓋了大量的工藝， 包括烴類轉(zhuǎn)化、氣體處理、和用于分離的吸附。
徑向流反應器被構(gòu)造成使得該反應器具有環(huán)狀構(gòu)造而且存在著環(huán)狀的分配 和收集裝置。用于分配和收集的裝置包括一些鄉(xiāng)的篩表面。該篩表面用于保 持催化劑床就位且用于輔助壓力在反應器的表面上的分布以促進徑向流通過反
應器床。篩可以是網(wǎng)孔(要么是金屬絲，或者其它材料)、或者沖孔板(punched plate)。對于移動床，篩或者網(wǎng)孑L提供了一種屏障以防止固體催化劑顆粒的損 失，同時允許流i^克動M;床。固體催化劑顆粒在頂部被添加，且其流過裝置 并在底部被去除，同時穿過裝有篩的(screened-in)外殼，該外殼允許流體在催 化劑上流過。篩優(yōu)選地由非反應性材料構(gòu)造，但實際上篩通常經(jīng)歷一些反應而 引起腐蝕，并且隨著時間的過去，腐蝕的篩或者網(wǎng)孔而導致問題的發(fā)生。
被用來將催化劑粒子保持在床層之內(nèi)的篩或者網(wǎng)孔的尺寸被確定為具有顆 粒無法通過的足夠小的孔。用于保持催化劑床層就位的、或用于分M1反應 器床層的反應物的網(wǎng)孔或者篩的腐蝕是一個重要的問題。腐蝕可能堵塞通往篩 或者網(wǎng)孔的孔，產(chǎn)生流體沒有流動的死體積(deadvolume)。腐蝕還可能產(chǎn)生 較大的孔，在該處催化劑粒子能因此與流體一起流出催化劑床，于是造成工藝 損失，增加成本。這產(chǎn)生不能接受的催化劑損失，并且由于需要增加額外的補 充催化劑而增加成本。
用于克服這些缺陷的反應器的設(shè)計方案能顯著地節(jié)省用于修復的停工期以 及催化劑的損失，該催化劑損失是烴類加工成本的一個顯著的部分。

發(fā)明內(nèi)容
解決il^問題的方案是設(shè)計一種催化劑保，雜置，其中允許流體自由地流過 催化劑床，而催化劑被保持在催化劑保持體積中。本發(fā)明是一種用于支撐顆粒
固體的裝置。該裝置包括具有用于允許氣體流入的孔的入口分隔件(partition)， 以及具有用于允許氣體流出的孔的出口分隔件，其中入口和出口分隔件限定了 一個用于保持顆粒固體的體積。該裝置還包括至少一個入口窗板(buver)，其 中該窗板被定位在入口孔上面并延伸至,于保持固體的^f只內(nèi)。該窗板向下延 伸并遮蓋入口孔以防止固體從該入口孑LM。該窗板具有上邊緣和下邊緣，且 入口孔具有上邊緣和下邊緣，其中窗板上邊緣被固定到入口分隔件上的使得窗 板上邊緣至少和入口孔上邊緣一樣高的位置，且窗板下ii^延伸到用于保持固 體的體積內(nèi)并處于至少和入口孔下邊緣一樣低的位置。窗板以介于1°與85°之間 的角度延伸遠離入口分隔件。
從下面的附圖和詳細敘述，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員育嫩清楚地了解本發(fā)明的其 它目的、優(yōu)點和應用。


附圖1是裝置的入口分隔件的一部分的示意圖； 附圖2是包括延伸部的窗板的示意亂
附圖3是本發(fā)明具有入口分隔件的徑向流反應器的垂直剖面圖； 附圖4是具有催化劑容器的第二實施例的垂直剖面圖； 附圖5是圍繞徑向流反應器的內(nèi)部入口分隔件的螺旋窗板的實施例； 附圖6示出了裝置上的入口導葉片的用途；
附圖7是具有向外延伸并且遠離顆粒保持體積的窗板的裝置入口分隔件的 一部分的示意附圖8是其中窗板,雄粒保持體積向外延伸的裝置的垂直咅靦圖。
具體實施例方式
徑向流反應器所存在的問題是，催化劑在環(huán)形區(qū)域向下流動，并且該環(huán)形區(qū) 域由內(nèi)部篩網(wǎng)分隔件板和外部篩網(wǎng)分隔件限定，其限定了催化劑床、或用于保持顆粒固體的顆粒保持體積。流體，通常為氣體，流經(jīng)分隔件和催化齊U床，與 催化劑起化學反應產(chǎn)生產(chǎn)物流體，也通常為氣體。反應器用氣體流動M31的篩 網(wǎng)將催化劑保持在內(nèi)部。篩網(wǎng)分隔件需要足夠小的孔以防止催化劑粒子通過， 但是孔常遭受堵塞并且產(chǎn)生氣體不流動的死區(qū)，并且分隔件易受侵蝕和腐蝕從 而產(chǎn)生允許催化劑溢流出的孔。
裝置還可以是用于從流動經(jīng)過顆粒固體吸附劑的流體中吸附成分的吸附器。 這包括一種裝置，該 裝填了吸附劑，且吸附劑不流動通過吸附器而是被入 口和出口分隔件固定就位、而同時流體流動經(jīng)a^粒吸附劑。本發(fā)明的裝置被 定向成用于使固體向下、或在重力方向上流動M^置，且伴隨著氣體的交叉 流動，并且相應地，術(shù)語"向下"和"向上"的使用是關(guān)于相對于重力方向的 方向。
現(xiàn)有徑向流反應器的改型提供了一種通過使用無篩網(wǎng)式入口分隔件來改進 反應器的方法。入口分隔件的截面如圖l所示，其中本發(fā)明相對于具有孔20之
一的入口分隔件10和遮蓋了孔20的窗板30進行描述。窗板30具有長度L，并
且以角度e延伸至噘粒保持區(qū)內(nèi)，角度e由數(shù)字40表示。窗板30突伸鳩粒保持區(qū)的距離為I^sin(e)，并且沿入口分隔件的方向向下延伸的距離為I^cos(e)。 孔具有下邊緣IIO，并且窗板具有下邊緣70，其中窗板下邊緣70沿入口分隔件 至少延伸至孔的下邊緣IIO。
反應器的填充過程期間，固體填入顆粒保持空間，并且一些固體向上流動進 入介于入口分隔件10和窗板30之間的孔隙體積(voidvolume)內(nèi)。如果允許 催化劑流動艦入口孔20，該體積的回填可能產(chǎn)生催化齊啲損失。避免催化劑 的該損失肖,弓l起顯著的節(jié)省，這是因為催化劑是煉油廠的最重要成本之一。 如果孔的下邊緣在高于窗板的下邊緣的一定高度距離處，貝何以避免催化齊嗵 過孔20的溢出，該高度距離由粒狀催化劑的靜止角cp確定。靜止角，由數(shù)字50 表示，是顆粒固體的一個性質(zhì)。當大量顆粒被傾灣倒在水平表面上，將形成圓 錐形堆，且堆邊緣和水平表面之間的角度被稱為靜止角。該角度與材料的物理 特性有關(guān)，例如顆粒大小和形狀，密度，以鵬粒的摩擦系數(shù)。
亍，地，孔下邊緣高于窗板下邊緣的距離，或高度是根據(jù)如下方程式確定:
d = L*sin (0) *tan ((p)，
其中L是窗板的長度，e是窗板延伸離開入口分隔件的角度，cp是顆粒狀固體的靜止角。窗板的長度，L，是從附著于入口分隔件10的窗板上邊緣60跨越到延伸 SA顆粒保持體積內(nèi)的窗板下邊緣70的長度。
角度40, e，與垂直方向成的角度在10和50度之間并且優(yōu)選地在15和35 度之間，更ite在15和25度之間。窗板的角度鵬ite擇為，在入口氣體和 暴露在窗板下的顆粒固體的床層表面之間，提供與篩 L表面面積相同的或更大 的接觸面積。
選擇窗板30的角度40以使得當固體流動fflil裝置時顆粒固體的滯留量
(holdup)最小化。己經(jīng)發(fā)現(xiàn)最高處的窗板iM地具有比裝置內(nèi)的低位置處的連
續(xù)窗板更陡峭的角度。最高的窗板im地應該以與垂直方向成l度與20度之間 的角度而定向。
孔20可以是圓形孔，或可以是具有通常水平定向的槽，或者裝配在窗板下 面、且滿足使得 L下邊緣110高出窗板下邊緣的距離是由方程式1所確定距離 的任何尺寸或形狀的開口。對于具備非直線下邊緣的孔的情況，下邊緣參考基 準為沿孔下邊緣的最低點。
在--個實施例中，窗板30延伸至入口分隔件10的寬度，或就徑向反應器的 情況而言，窗板30包圍著入口分隔件10，或者形成固定到圓柱形入口分隔件 10的環(huán)并且每個窗板30遮蓋多個孔20。對于長的窗板，該孔20可以是具有通 常水平定向的細長槽。
在另一個實施例中，窗板30不延伸至入口分隔件的寬度，但是延伸覆蓋孔， 并且還包括延伸部，如圖2所示。窗板具有側(cè)邊緣80，且延伸部90從窗板30 的側(cè)邊緣80延伸到入口分隔件10的延伸部90，從而有效地形成遮蓋孔20的覆 蓋物。
在徑向流反應器中，反應器包括內(nèi)表面和外表面，催化劑布置在形成圓柱狀 結(jié)構(gòu)的內(nèi)和外表面之間。取決于所需的流動特性，內(nèi)表面可以是入口分隔件， 而外表面作為出口分隔件?？商鎿Q的，夕卜表面可以是入口分隔件且內(nèi)表面可以 是出口分隔件。能支配選擇的特性包括但是不局限于流體的流率，包括由于流 體內(nèi)的化學物質(zhì)摩爾數(shù)量的增加或降低、以及流fl^顯度的改變，流體是否膨脹 或收縮。徑向流反應器的垂直截面如附圖3所示，其中外表面是入口分隔件IO， 且內(nèi)表面是出口分隔件100。當催化劑ffi粒保持體積內(nèi)沿著反應器向下流動 時，氣J擬H動fflil該入口分隔件10。窗板30延伸至噘粒保持^f只內(nèi)，窗板的下邊緣70延伸到低于入口孔的下邊緣110。出口分隔件100可以采用篩網(wǎng)遮蔽以 保持催化劑粒子，該篩網(wǎng)具有的孔徑尺寸能防止來自顆粒保持體積的固體顆粒
￡，或可以具有與入口分隔件io相似的無篩網(wǎng)式百葉窗孔隙系統(tǒng)，如上所述
并且如附圖4所示，其中出口分隔件100具有限定在其中的孔120，并且其中孔 120被在向下方向延伸進入顆粒保持體積內(nèi)的窗板130遮蓋?？勺儞Q地，出口分 隔件可以完全地由篩孔尺寸足夠小以防止催化劑M的篩網(wǎng)制造。出口窗板130 具有下邊緣140和上邊緣150，其中上邊緣150固定到出口分隔件100上高于被 遮蓋出口孔徑120的位置處。出口窗板的下邊緣140延伸至低于出口孔的最低 邊緣的一個距離，該距離如前述定義為d，其中窗板130與垂直方向成的角度以 角度e延伸，并且i亥顆粒固體具有靜止角cp。出口窗板130的角度介于10度與50 度之間，且優(yōu)選的角度介于15度與35度之間。對于最高的出口窗板130的角 度可以是介于1度與20度之間。
對于那些具有高流體橫向流率的反應器，出口窗板邊緣優(yōu)選地延伸至出口分 隔件孔的下邊緣下方的一定距離處，該距離大于入口窗板的下邊緣在入口分隔 ^ L的下邊緣下方延伸的距離。
雖然優(yōu)選的實施例是相對于徑向流反應器，但是本發(fā)明也適用于其中入口分 隔件禾咄口分隔件是基本上平行平面結(jié)構(gòu)的反應器或吸附器。
本發(fā)明提供了多種可能性的設(shè)計。一個這樣的實施例是在反應器內(nèi)側(cè)上具有 入口分隔件的徑向流反應器。入口分隔件10形成基本上的圓柱狀構(gòu)造，且窗板 30以螺旋狀排列纟狄口分隔件布置在入口分隔件的顆粒保持體積側(cè)上。窗板固 定到內(nèi)分隔件10上并以螺旋方式繞內(nèi)分隔件10巻繞，其中傾角140的角度介 于0.5度與10度之間，如圖5所示。窗板30可以包括單個繞入口分隔件10的 巻繞(winding)，或可以包括多個巻繞，其具有令單個窗板30繞入口分隔件 IO巻繞的限制。
本發(fā)明也提供了窗板相對于入口分隔件10的可變的角e。窗板30相對于入 口分隔件10形成的角度可以，選擇性地，隨著沿反應器入口分隔件10的長度 向下的位置而變化。優(yōu)選的是最高處的角度是最小的，其提供了窗板30在入口 分隔件上的最l斜率，在相對于最高窗板30的劍氐位置處的窗板30具有較大 的角度。該角度可以逐纟斬地增加，或可以一次性地增加并且在沿入口分隔件10 的長度向下的方向保持該角度。對于具有一個或多個螺旋窗板的構(gòu)造，這也同
8樣成立，其中就單個螺旋窗板30的情況而言，窗板30具有小的起始角，并且
該窗板30的角度隨著^繞入口分隔件io的螺旋巻繞增加。角度e的變化范圍
在1度到50度之間。
本發(fā)明的裝置還可以包括在反應器的頂上的流體入口，以便于顆粒狀的固體 顆粒 粒保持體積內(nèi)向下流動。
本發(fā)明的另一個實施例包括有入口導葉片，如圖6所示。入口導葉片150 布置在入口分隔件10上，位于氣體側(cè)上并且遠離顆粒保持體積側(cè)。入口導葉片 150具有上邊緣160和下邊緣170并且被固定到入口分隔件10，其中入口導葉 片下邊緣170固定到入口分隔件10上的孔下邊緣110以下的位置。入口導葉片 150相對于入口分隔件10的角度介于10度與50度之間。入口導葉片150可以 具有多種配置，包括但不限于百葉窗形狀并且可以被延伸經(jīng)過多個入口孔；或 著為圓的形狀，其中每個入口孔具有一個入口導葉片。
在一個可替換的實施例中，裝置包括了具有限定于其中的孔20的入口分隔 件IO，和具有限定于其中的孔的出口分隔件100，其中入口和出口分隔件限定 了在分隔件之間的顆粒保持體積以用于保持顆粒固體，并且其中每個入口孔20 具有上邊緣180和下邊緣110。本實施例裝置的入口分隔件10的一部分如附圖 7所示。該裝置還包括至少一個入口窗板30，其中每個窗板具有上邊緣60和下 邊緣70。每個入口孔具有固定到入口分隔件10的窗板30，其中窗板下邊緣70 在入口孔20的下邊緣110處被固定到入口分隔件10，并且以角度e延伸遠離顆 粒保持體積空間，該角度e在1度和85度之間，并且窗板上邊緣60延伸到高于 孔上邊緣180的根據(jù)前述方程式(1)限定出的距離d，其中L是窗板的長度，e
是窗板延伸遠離入口分隔件的角度，以及(p是粒狀固體的靜止角。
在一個可替換的實施例中，孔具有側(cè)邊緣，且窗板30具有側(cè)邊緣。窗板30 包括一對延伸部，其中延伸部被固定到窗板側(cè)邊，并且延伸部跨越過介于入口 分隔件和窗板之間的間隔。每個延伸部被固定至ij孔側(cè)邊緣以封閉介于窗板和入 口分隔件之間的側(cè)邊縫隙。延伸部提供了另一個方案以防止催化劑從反應器溢 流出。
窗板30優(yōu)選池以范圍在10度和50度之間的角度延伸遠離入口分隔件10，
具有更 的角度在15度和35度之間，為了便于顆粒固j擬転力:tii^置，優(yōu)
選的是最高處的窗板30延伸遠離入口分隔件10的角度在1度和20度之間。正如第一個實施樹瞎況一樣，在本實施例中，出口分隔件100可以包括篩孔， 其中篩網(wǎng)具有的開口足夠地小以防止流動通過裝置的固體顆粒通過，可選擇性 的，該裝置可以包括如圖8所示的入口分隔件10和出口分隔件100，其中入口
分隔件10包括其中限定的孔、并且具有窗板30在入口孔的下邊緣固定到入口 分隔件10上，以及其中出口分隔件100包括其中限定的孔、并且具有窗板130 在出口孔的下邊緣固定到出口分隔件100上，在本實施例中，窗板30， 130從 顆粒保持^f只向外延伸。
本發(fā)明包括可選擇的結(jié)構(gòu)和可能性。在本發(fā)明下可能的一個這樣的設(shè)計是利 用圓錐形狀的部件或金字塔形的部件用于遮蓋入口孔20，其中圓錐部件被固定 到入口分隔件10且圓錐部件的頂點指向向上的方向、以及圓錐部件的下邊緣延 伸到孔的下邊緣以下的一個距離，如上所述。在本發(fā)明的上下文中，向上的方 向是與重力方向相反的方向。
選擇性地，為使氣流的方向改變，可以對窗板進行一些調(diào)整，并且還有助于 預防固體顆粒從分隔件上孔流出。 一個這樣的修改包括添加擋板。擋板被固定 到窗板的底面，并基本上垂直地從窗板突伸入氣體流內(nèi)，但是高于窗板的下邊 緣。jm地，擋板被布置在窗板上處于從窗板上纖到窗板下邊緣長度的10% 和90%之間的位置處。另外，擋板可以被增加到入口分隔件上，其中在入口分 隔件上的擋板定位在窗板之下且低于入口孔，但是高于粒狀固體接觸入口分隔 件的位置。在入口分隔件上的擋板一般而言將高于窗板的下邊緣。擋板可以還 包括篩網(wǎng)，該篩網(wǎng)定位在高于催化劑的表面的位置，用于將氣流再分配到催化 劑床層。
雖然本發(fā)明已經(jīng)描述了當前被視為優(yōu)選的實施例，但應理解到本發(fā)明并不局 限于公開的實施例，它也意在涵蓋附加的權(quán)利要求書范圍內(nèi)所包括的各種修改 和等效設(shè)備。
權(quán)利要求
1、一種在交叉流系統(tǒng)中用于支撐顆粒固體的裝置，其包括具有限定于其中的孔(20)的入口分隔件(10)，其中每個孔(20)具有下邊緣(110)和上邊緣；具有限定于其中的孔(120)的出口分隔件(100)，其中每個孔(120)具有下邊緣和上邊緣，并且其中入口分隔件(10)和出口分隔件(120)被間隔開以限定用于保持顆粒固體的顆粒保持體積；和至少一個入口窗板(30)，其中每個窗板(30)具有上邊緣(60)和下邊緣(70)，并且該窗板上邊緣(60)在高于入口孔(20)的位置處附著于入口分隔件(10)并且以介于1度和85度之間的角度θ延伸入顆粒保持體積空間內(nèi)，并且窗板下邊緣(70)至少延伸至入口孔(20)的下邊緣(110)。
2、 如權(quán)利要求1所述的裝置，其中窗板下邊緣(70)至少延伸至低于孔的 下邊緣(110)的一個距離d，該距離d符合下述公式d = L*sin (9) *tan (cp)，其中L為窗板的長度，e為窗板(30)延伸遠離入口分隔件(10)的角度，以及(p為粒狀固體的靜止角。
3、 如權(quán)禾腰求1或2所述的裝置，其中窗板具有側(cè)邊緣(80)，并且該裝 置還包括一對延伸部(90)，其中每個延伸部(90)被固定到窗板(80)和入 口分隔件(10)的一個邊緣上。
4、 如權(quán)利要求1或2所述的裝置，其中入口分隔件(10)和出口分隔件(100) 是圓柱形結(jié)構(gòu)，且入口窗板(30)繞入口分隔件(10)的圓周延伸。
5、 如權(quán)利要求4所述的裝置，其中至少一個入口窗板(30)包括螺旋狀的 窗板(30)，其圍繞入口分隔件(10)巻繞并且具有在0.5度和10度之間的傾 斜角。 '
6、 如權(quán)利要求4所述的裝置，其中所述裝置是具有內(nèi)表面和外表面的徑向 流反應器，并且其中入口分隔件(10)限定內(nèi)表面，以及出口分隔件(100)限 定外表面。
7、 如權(quán)利要求4所述的裝置，其中裝置是具有內(nèi)表面和外表面的徑向流反 應器，并且其中入口分隔件(10)限定外表面，出口分隔件(100)限定內(nèi)表面。
8、 如禾又利要求1到5任一所述的裝置，其中入口窗板(30)的角度e與垂 直方向成10度和50度之間的角度。
9、 如權(quán)禾腰求1至5任一所述的裝置，其中最高處的入口窗板(30)以與 垂直方向成1度和20度之間的角度被布置。
10、 如權(quán)利要求1至9任一所述的裝置，其中還包括入口導葉片(150)， 其中入口分隔件(10)具有顆粒側(cè)和氣體側(cè)，并且其中入口導葉片(150)具有 上邊緣(160)和下邊緣(170)，以及其中入口導葉片下邊緣(170)在入口分 隔ft^L下鵬(110)處在氣體側(cè)被固定到入口分隔件(10)上。
全文摘要
用于將顆粒材料床層與橫向流動的流體接觸的裝置，其將顆粒材料床層維持在保持體積之內(nèi)。該裝置包括用于保持顆粒的分隔件(10，100)，具有布置在該分隔件(10，100)之內(nèi)的孔(20，120)?？?20，120)被窗板(30，130)遮蓋，該窗板(30，130)延伸高于孔(20，120)的邊緣(110)以防止固體顆粒通過入口孔(20)溢流出。
文檔編號B01J8/06GK101541413SQ200780027148
公開日2009年9月23日 申請日期2007年7月9日 優(yōu)先權(quán)日2006年7月19日
發(fā)明者B·K·格羅弗, G·B·伍德爾, J·E·齊默曼, J·J·塞尼塔 申請人:環(huán)球油品有限責任公司