本發(fā)明涉及具有顆粒分離的催化化學(xué)反應(yīng)器。更具體地，本發(fā)明涉及一種具有使用沉降原理(獨(dú)立于位于入口流體流中的顆粒)的顆粒分離器的反應(yīng)器。反應(yīng)器可以是向下流動(dòng)的催化反應(yīng)器，其包括垂直疊置的顆粒催化材料的填充床。這種類(lèi)型的反應(yīng)器用于石油和化學(xué)加工業(yè)，以用于進(jìn)行各種催化反應(yīng)，如硫和氮轉(zhuǎn)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(zhuǎn)化(加氫脫氧-hdo)和加氫裂化(hc)?；蛘?，反應(yīng)器是徑向轉(zhuǎn)化器，其中板的元件必須固定到反應(yīng)器。該反應(yīng)器具有穿過(guò)催化材料的填充床的徑向流，并且其通常用于石油和化學(xué)加工工業(yè)中，以用于進(jìn)行諸如催化重整和氨合成的催化反應(yīng)。

背景技術(shù)：

顆粒分離和分級(jí)是化學(xué)、制藥、礦產(chǎn)和食品工業(yè)中廣泛探索的需求。雖然可能需要工業(yè)過(guò)程中的顆粒分級(jí)來(lái)提高某些產(chǎn)品的質(zhì)量，但是可能需要顆粒分離來(lái)凈化流體流或避免對(duì)工藝設(shè)備產(chǎn)生的問(wèn)題。

有時(shí)顆粒有意存在于工藝流中。這是例如基于粉碎燃料的燃燒工藝或使用粉末技術(shù)生產(chǎn)藥物或特種化學(xué)品的情況。在其他情況下，顆粒的存在是無(wú)意的。例如一些煉油廠流、流化床的流出物、fischer反應(yīng)器的產(chǎn)物流就是這種情況。顆?？梢跃哂懈鞣N來(lái)源：它們可以是原始原料和其它反應(yīng)物流的一部分，或者它們可以在工藝設(shè)備中例如作為侵蝕產(chǎn)物生成和收集。顆粒可以是固體或液體，可以具有有機(jī)性質(zhì)(如碳、焦炭、樹(shù)膠)，或無(wú)機(jī)性質(zhì)(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，并且含有如細(xì)菌的活體雜質(zhì)。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。如果顆粒在下游工藝中是不希望的，通常通過(guò)過(guò)濾器或本領(lǐng)域已知的其它合適的顆粒分離技術(shù)，在敏感設(shè)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(shí)間的推移，例如當(dāng)涉及侵蝕和腐蝕時(shí)，問(wèn)題可能會(huì)出現(xiàn)或變得更加嚴(yán)重。有時(shí)，實(shí)際上不可能在敏感設(shè)備之前安裝作為獨(dú)立單元操作的顆粒去除設(shè)備。

在石腦油加氫處理中可以看到顆粒產(chǎn)生的問(wèn)題的一個(gè)具體實(shí)例。加氫處理反應(yīng)器的進(jìn)料有時(shí)載有顆粒。當(dāng)將載有顆粒的進(jìn)料引入至加氫處理反應(yīng)器中時(shí)，顆粒傾向于在分級(jí)時(shí)或在催化劑上迅速結(jié)垢。因此，反應(yīng)器可能需要頻繁地剔除床的受影響層以容納反應(yīng)器中的壓降積聚。每5-6個(gè)月一次或甚至每2-3個(gè)月一次的剔除頻率并不少見(jiàn)。

影響石腦油加氫處理器的顆粒的表征很少能獲得。事實(shí)上，顆粒取決于石腦油原料或工藝相關(guān)問(wèn)題(銹、鹽、膠等)。顆粒的運(yùn)行中收集通常不可用。因此，顆粒表征依賴(lài)于事后分析，其受到由于顆粒聚集和氧化引起的大量不確定性的影響。

類(lèi)似地，由fcc(流體催化裂化)催化劑的再生產(chǎn)生的工藝氣體通常負(fù)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(jiàn)的是用于元素硫的回收的claus裝置，或用于作為濃硫酸回收硫的wsa裝置。這些是催化固定床反應(yīng)器，如果暴露于負(fù)載有顆粒的原料，則其易于堵塞。通常存在于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(kāi)了一種用于固定床反應(yīng)器的過(guò)濾盤(pán)，其中氣體和液體同時(shí)向下流動(dòng)。

該設(shè)備可以使用包含過(guò)濾介質(zhì)的特定分配器托盤(pán)來(lái)捕集包含在液體進(jìn)料中的堵塞顆粒，該液體供應(yīng)以氣體和液體同時(shí)向下流動(dòng)模式運(yùn)行的反應(yīng)器。該設(shè)備特別適用于含有炔屬和二烯化合物的進(jìn)料的選擇性氫化。

ep0358923公開(kāi)了一種用于凈化來(lái)自固體氣化產(chǎn)生的原始?xì)怏w的方法和裝置。在用于凈化來(lái)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(jìn)入下游冷卻裝置之前，通過(guò)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(guò)以下實(shí)現(xiàn)：當(dāng)原料氣體在第一凈化階段從氣化區(qū)在氣體保持空間的方向沿直線(xiàn)通過(guò)時(shí)，粒狀固體顆粒在氣體保持空間的底部沉淀，然后在第二凈化階段，部分凈化的原料氣體從氣體保持空間橫向偏轉(zhuǎn)，并且經(jīng)歷變化至減小至少3倍的速度，并且在進(jìn)一步的氣體偏轉(zhuǎn)之后，基本上在垂直方向上通過(guò)固體過(guò)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(shù)，但是仍需要具有顆粒分離器的反應(yīng)器以確保反應(yīng)器在即使進(jìn)入反應(yīng)器的入口流體流中存在任何顆粒雜質(zhì)下可長(zhǎng)期有效的操作。

發(fā)明概述

本發(fā)明描述了一種新型的催化化學(xué)反應(yīng)器，其包括顆粒分離系統(tǒng)。

根據(jù)本發(fā)明，通過(guò)將顆粒捕獲在沉降區(qū)域中，使顆粒與流動(dòng)流體流分離。通過(guò)使顆粒分離器中的流體流發(fā)生s形流動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)顆粒的捕獲。當(dāng)流體流執(zhí)行s形曲線(xiàn)流動(dòng)路徑時(shí)，顆?？梢韵蛲獠⑶彝ㄟ^(guò)重力向下運(yùn)動(dòng)，并且以低流體流動(dòng)活性沉降在分離器的一部分中。

本發(fā)明的特征

1.用于化學(xué)反應(yīng)的顆粒分離催化反應(yīng)器，包括用于將顆粒從入口流體流分離至反應(yīng)器的顆粒分離器，所述顆粒分離器包括底板、至少一個(gè)包括入口通道出口的入口通道、至少一個(gè)流體流分流器、至少一個(gè)收集段、至少一個(gè)轉(zhuǎn)移煙道，所述轉(zhuǎn)移煙道包括位于底板上方的轉(zhuǎn)移煙道入口和位于底板下方的轉(zhuǎn)移煙道出口，其中至少一個(gè)入口通道出口中的每一個(gè)面向至少一個(gè)流體流分流器之一并且至少一個(gè)流體流分流器位于至少一個(gè)轉(zhuǎn)移煙道入口下方的位置。

2.根據(jù)特征1所述的顆粒分離催化反應(yīng)器，其包括一個(gè)入口通道、一個(gè)入口通道出口、一個(gè)流體流分流器和多個(gè)轉(zhuǎn)移煙道。

3.根據(jù)特征1所述的顆粒分離催化反應(yīng)器，其包括一個(gè)入口通道、一個(gè)入口通道出口、一個(gè)流體流分流器和多個(gè)轉(zhuǎn)移煙道。

4.根據(jù)前述特征中任一項(xiàng)所述的顆粒分離催化反應(yīng)器，其中至少一個(gè)入口通道具有圓形橫截面，并且至少一個(gè)流體流分流器具有凹形形狀。

5.根據(jù)前述特征中任一項(xiàng)所述的顆粒分離催化反應(yīng)器，其中底板具有圓形形狀，并且至少一個(gè)入口通道出口位于底板中心的上方，所述至少一個(gè)流體流分流器固定連接至底板的上側(cè)并且位于底板的上側(cè)的中心，并且至少一個(gè)轉(zhuǎn)移煙道固定連接至底板并且位于底板的外圍。

6.根據(jù)特征5所述的顆粒分離催化反應(yīng)器，其中至少一個(gè)轉(zhuǎn)移煙道相對(duì)于底板上的垂直方向以向內(nèi)的角度安裝。

7.根據(jù)前述特征中任一項(xiàng)所述的顆粒分離催化反應(yīng)器，其中至少一個(gè)轉(zhuǎn)移煙道的入口面向遠(yuǎn)離所述至少一個(gè)入口通道出口和所述至少一個(gè)流體流分流器的位置。

8.根據(jù)前述特征中任一項(xiàng)所述的顆粒分離催化反應(yīng)器，其中至少一個(gè)流體流分流器具有圓形形狀。

9.根據(jù)前述特征中任一項(xiàng)所述的顆粒分離催化反應(yīng)器，其中催化反應(yīng)器是氫化處理反應(yīng)器。

10.根據(jù)前述特征中任一項(xiàng)所述的顆粒分離催化反應(yīng)器，其中反應(yīng)器具有圓頂形的上部部分，底板位于所述圓頂?shù)南路交蛳虏康膬?nèi)部，所述顆粒分離器位于圓頂內(nèi)，所述至少一個(gè)入口通道出口相對(duì)于所述至少一個(gè)轉(zhuǎn)移煙道入口位于圓頂?shù)牡撞扛浇?，并且所述至少一個(gè)轉(zhuǎn)移煙道入口相對(duì)于所述至少一個(gè)入口通道出口位于所述圓頂?shù)捻敳扛浇?/p>

11.根據(jù)前述特征中任一項(xiàng)所述的顆粒分離催化反應(yīng)器，其還包括布置在入口通道內(nèi)的流動(dòng)調(diào)節(jié)器，以確保入口流體流的塞流。

12.根據(jù)特征11所述的顆粒分離催化反應(yīng)器，其中流動(dòng)調(diào)節(jié)器是圓錐形的并且與入口通道同心地布置，其中所述圓錐的尖端向上，相對(duì)于入口流體流。

13.根據(jù)前述特征中任一項(xiàng)所述的顆粒分離催化反應(yīng)器，其還包括至少一個(gè)入口通道出口分流器，所述分流器分流在多個(gè)出口通道中的出口流，以確保離開(kāi)入口通道的流體流的低流速。

14.根據(jù)特征13所述的顆粒分離催化反應(yīng)器，其中入口通道出口分流器是圓錐形的，并且所述多個(gè)出口通道具有相等的入口面積。

附圖簡(jiǎn)介

通過(guò)示出本發(fā)明實(shí)施方案的實(shí)施例的附圖來(lái)進(jìn)一步進(jìn)行說(shuō)明本發(fā)明。

圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方案的用于催化化學(xué)反應(yīng)器(未示出)的顆粒分離器的等距視圖。

圖2示出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方案的用于催化化學(xué)反應(yīng)器(未示出)的顆粒分離器的等距剖面?zhèn)纫晥D。

位置編號(hào)

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(zhuǎn)移煙道

08.轉(zhuǎn)移煙道入口

09.轉(zhuǎn)移煙道出口

10.入口通道流調(diào)節(jié)器

11.入口通道出口分流器

附圖說(shuō)明

下面將參考如圖1和圖2所示的附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方案進(jìn)行更詳細(xì)的說(shuō)明。

催化反應(yīng)器(未示出)包括使工藝氣體進(jìn)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征，且不需要添加額外的空間到反應(yīng)器中。顆粒分離器包括底板02，其在該實(shí)施方案中是反應(yīng)器的現(xiàn)有頂板。工藝氣體通過(guò)入口通道03進(jìn)入反應(yīng)器，并通過(guò)入口通道出口04進(jìn)入反應(yīng)器的頂部，該反應(yīng)器在這種情況下也是顆粒分離器。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案中，顆粒分離催化反應(yīng)器包括布置在入口通道內(nèi)部的流動(dòng)調(diào)節(jié)器11，以確保入口流體流的塞流。

流動(dòng)調(diào)節(jié)器可以是錐形的，并且與入口通道同心地布置，并且錐體的尖端向上，相對(duì)于入口流體流。當(dāng)工藝流體流從入口通道離開(kāi)時(shí)具有向下的流動(dòng)方向。在入口通道出口下方，工藝流體流接下來(lái)與位于底板上且位于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于入口通道出口直徑的圓形外緣。因此，當(dāng)流體流向下流動(dòng)并與流體流分流器的中心部分相遇時(shí)，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(gè)圓形區(qū)域周?chē)⑦M(jìn)一步離開(kāi)至顆粒分離器的收集段06。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)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(duì)特定流體流分流板的需要。在本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施方案中，至少一個(gè)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(gè)出口通道中，以確保離開(kāi)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并且布置成使得多個(gè)出口通道具有相等的入口面積。

收集段是底板上方和反應(yīng)器中空頂部室內(nèi)的整個(gè)區(qū)域，除了流體分流器和轉(zhuǎn)移煙道07占有的區(qū)域外。

顆粒分離器包括均勻布置在底板的外部區(qū)域上的四個(gè)轉(zhuǎn)移煙道。煙道朝著顆粒分離器的中心軸相對(duì)于垂直方向相內(nèi)成一定角度并向上升高。轉(zhuǎn)移煙道入口08位于遠(yuǎn)離入口通道出口的每個(gè)轉(zhuǎn)移煙道的頂部附近。轉(zhuǎn)移煙道用于將來(lái)自顆粒分離器的產(chǎn)物流體出口基本上定位至入口通道出口的上方并且定位至迫使流體流動(dòng)流從入口通道出口執(zhí)行s型曲線(xiàn)至轉(zhuǎn)移煙道入口的位置。在該流程期間，流體流動(dòng)流中的顆?？赡苡捎谄涿芏葟膕形曲線(xiàn)流體流動(dòng)流中流出并沉降在具有低流動(dòng)活性或湍流的收集段的區(qū)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(dāng)流體流離開(kāi)入口通道出口時(shí)，流體在徑向方向上擴(kuò)展到比入口通道的橫截面面積大得多的區(qū)域。因此，流速減小，并且流體流動(dòng)流中夾帶的顆粒減少。

此外，流體流動(dòng)流向上運(yùn)動(dòng)還有助于顆粒與流的有效分離。因此，入口通道出口相對(duì)于轉(zhuǎn)移煙道入口的設(shè)計(jì)和位置確保了顆粒與流體流動(dòng)流分離并沉降在收集段中以在維護(hù)期間移除。

在進(jìn)行顆粒分離之后，工藝氣體被引導(dǎo)以經(jīng)由轉(zhuǎn)移煙道并通過(guò)轉(zhuǎn)移煙道出口09出來(lái)而在底板下方的反應(yīng)器中進(jìn)行進(jìn)一步的處理。