專利名稱：軸向流固定床催化反應(yīng)器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種軸向流固定床催化反應(yīng)器。具體地說(shuō)，涉及一種用于甲苯和碳九芳烴的歧化和烷基轉(zhuǎn)移反應(yīng)(簡(jiǎn)稱甲苯歧化)的軸向流固定床催化反應(yīng)器。
背景技術(shù)：
軸向流固定床反應(yīng)器的主要優(yōu)點(diǎn)是床層內(nèi)流體的流動(dòng)接近活塞流，化學(xué)反應(yīng)速度較快；可用較少量的催化劑和較小的反應(yīng)器容積獲得較大的生產(chǎn)能力；流體的停留時(shí)間可以嚴(yán)格控制，溫度分布可以適當(dāng)調(diào)節(jié)，有利于提高化學(xué)反應(yīng)的轉(zhuǎn)化率和選擇性。此外，軸向固定床反應(yīng)器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作方便，投資費(fèi)用低，床中催化劑機(jī)械磨損小，可在高溫高壓下操作，因此在石油化工中獲得廣泛的應(yīng)用。
近年來(lái)隨著石油化學(xué)工業(yè)的發(fā)展和規(guī)模的擴(kuò)大，軸向流固定床反應(yīng)器的直徑不斷增大，反應(yīng)器內(nèi)流體的均布問(wèn)題就成為工程開發(fā)的關(guān)鍵問(wèn)題之一。床層內(nèi)的流體分布直接影響床層中的傳熱、傳質(zhì)以及化學(xué)反應(yīng)等過(guò)程，影響催化劑及反應(yīng)器的利用效率。當(dāng)反應(yīng)氣體由管道進(jìn)入固定床反應(yīng)器時(shí)，由于通道截面的突然擴(kuò)大，形成一股射流，導(dǎo)致流向床層的流體速度分布極不均勻。流體的不均勻分布不僅影響反應(yīng)器利用率，而且影響催化劑的選擇性和轉(zhuǎn)化率。因此，固定床反應(yīng)器內(nèi)的流體均布技術(shù)越來(lái)越為人們所重視?，F(xiàn)在出現(xiàn)的流體分布結(jié)構(gòu)可分為兩大類一類是增加流體流動(dòng)阻力，如在催化劑床層前設(shè)置填料層或一塊開孔率較小的多孔板。此種方法的實(shí)質(zhì)是使氣體由進(jìn)口管道進(jìn)入反應(yīng)器時(shí)，形成的射流撞擊在填料層或多孔板上，造成徑向壓力梯度，迫使氣流改變流向，分散至整個(gè)反應(yīng)器截面。由于氣流中有相當(dāng)一部分能量耗散在與均布作用無(wú)關(guān)的摩擦及旋渦損失中，效率較低；并且不適用于薄層反應(yīng)器。另一類是在固定床反應(yīng)器的流體進(jìn)口處設(shè)置流體分布器，如CN2075277U、US4938422、US368597，其優(yōu)點(diǎn)是即能使流體較均勻地分布于反應(yīng)器截面上，又不導(dǎo)致過(guò)大的能量損耗。但對(duì)反應(yīng)器進(jìn)口處設(shè)置的流體分布器要求比較高，分布器結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是以往技術(shù)中存在由于反應(yīng)物氣流在軸向流固定床反應(yīng)器中分布不均勻，影響反應(yīng)器利用率及催化劑的選擇性和轉(zhuǎn)化率及床層壓降的問(wèn)題，提供一種新的軸向流固定床催化反應(yīng)器。該反應(yīng)器具有流體在反應(yīng)器截面上分布較均勻，使催化劑能發(fā)揮出其良好選擇性和轉(zhuǎn)化率以及床層壓降小的優(yōu)點(diǎn)。
為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下一種軸向流固定床催化反應(yīng)器，反應(yīng)器殼體內(nèi)自上而下包括進(jìn)料口、氣體預(yù)分布器、均化空間、上部惰性填料層、催化劑床層、下部惰性填料層、出口氣體收集器和出料口，其中氣體預(yù)分布器插在進(jìn)料口內(nèi)，并部分伸入均化空間，出口氣體收集器位于反應(yīng)器底部，其下端插入出料口內(nèi)；進(jìn)口氣體預(yù)分布器的結(jié)構(gòu)如下上部為伸入均化空間的圓筒形筒體，下部為與圓筒形筒體垂直投影面積相等的單級(jí)擋板，圓筒形筒體與單級(jí)擋板間通過(guò)分布于圓筒形筒體內(nèi)側(cè)的垂直拉筋連接，且形成側(cè)向環(huán)隙，其中單級(jí)擋板由外圓環(huán)形擋板和內(nèi)篩板組成，篩板與圓環(huán)形擋板緊密相連，篩板呈水平放置，篩板的開孔率為20～80％，圓環(huán)形擋板與篩板間的夾角α為0～60°。
上述技術(shù)方案中圓環(huán)形擋板與篩板間的夾角α的優(yōu)選范圍為10～45°，篩板的開孔率優(yōu)選范圍為40～70％，篩板的面積為側(cè)向環(huán)隙面積的0.1～14％，優(yōu)選范圍為3.1～9.5％；篩板的直徑為圓筒形筒體直徑的1～64％，優(yōu)選范圍為14～58％；篩板上篩孔的直徑為圓筒形筒體直徑的0.1～9.0％，優(yōu)選范圍為1.2～6.0％。在氣體預(yù)分布器內(nèi)，篩板之上還連結(jié)有一與篩板垂直的圓環(huán)形垂直擋板，圓環(huán)形垂直擋板的高度為側(cè)向環(huán)隙高度的10～150％，優(yōu)選范圍為50～95％。
甲苯歧化軸向流絕熱固定床反應(yīng)器是甲苯歧化工藝中的主要設(shè)備，它由氣體進(jìn)口管、氣體分布器、反應(yīng)器殼體、上部惰性填充層、催化劑、下部惰性填充層、出口氣體收集器和氣體出口管等構(gòu)成，見附圖1。目前甲苯歧化軸向流絕熱固定床反應(yīng)器采用的氣體分布裝置為單級(jí)擋板型分布器，見附圖2。此類分布器是在反應(yīng)器進(jìn)口管的出口端附近設(shè)置一個(gè)簡(jiǎn)單的單級(jí)圓形擋板，以防止氣體射流而造成的氣體分布不均勻。但此類分布器在消除氣體射流形成的氣體不均勻分布的同時(shí)，又形成了新的氣體不均勻分布，即氣體在單級(jí)圓形擋板下部形成兩個(gè)很大的回流區(qū)。必須通過(guò)相對(duì)較厚的上部惰性填充層(通常惰性填充層高度為300～450毫米)來(lái)消除因氣體回流而形成的氣體不均勻分布，能量損耗較大。特別是對(duì)大直徑反應(yīng)器，上部惰性填充層的作用就更加重要。
針對(duì)甲苯歧化軸向流絕熱固定床反應(yīng)器，本發(fā)明提出了帶篩孔的圓形擋板型氣體分布器，見附圖3。此類新型氣體分布器由分布器圓筒形筒體1，側(cè)向環(huán)隙2，圓環(huán)形垂直擋板3，圓環(huán)形擋板4和帶篩孔的篩板5組成。為了保證氣體分布器具有比較理想的氣體分布效果，需要控制篩板5面積與側(cè)向環(huán)隙2面積的比例，篩板5的開孔率，篩板5的直徑，圓環(huán)形垂直擋板3的高度、圓環(huán)形擋板4與篩板5間的角度等參數(shù)。從而使氣體能夠按合適的比例從側(cè)向環(huán)隙2和篩板5中流入反應(yīng)器，在反應(yīng)器內(nèi)形成比較均勻的氣體分布。
上述氣體分布器與較薄的上部惰性填充層聯(lián)合使用就可達(dá)到理想的氣體均布效果。
本發(fā)明所說(shuō)的氣體分布器經(jīng)大型軸向流固定床試驗(yàn)考察，結(jié)果表明具有如下優(yōu)點(diǎn)1、均流效果較好，能使軸向流固定床反應(yīng)器內(nèi)達(dá)到理想的氣體分布效果，且床層壓降?。?、簡(jiǎn)單，安裝方便、能量損耗較?。蝗〉昧溯^好的技術(shù)效果。


圖1是典型的甲苯歧化軸向流固定床反應(yīng)器示意圖；圖2是目前甲苯歧化軸向流固定床反應(yīng)器采用的單級(jí)擋板型分布器結(jié)構(gòu)圖；圖3是本發(fā)明帶篩孔的圓環(huán)形垂直擋板型氣體分布器結(jié)構(gòu)圖；在圖1中，1為氣體進(jìn)口管道；2為進(jìn)口氣體分布器；3為上部惰性填料層；4為催化劑床層；5為下部惰性填料層；6為出口氣體收集器；7為氣體出口管道；8為催化劑卸料口。
在圖2中，1為分布器筒體；2為側(cè)向環(huán)隙；3為底部單級(jí)擋板。D是氣體分布器筒體的直徑，h是側(cè)向環(huán)隙的高度。
在圖3中，1為分布器筒體；2為側(cè)向環(huán)隙；3為圓環(huán)形垂直擋板；4為圓環(huán)形擋板；5為篩板。D是氣體分布器筒體的直徑，h是側(cè)向環(huán)隙的高度，h1是圓環(huán)形垂直擋板的高度，d是篩板直徑，Φ是篩板上篩孔的直徑，α是圓環(huán)形擋板4與篩板間的角度。
下面通過(guò)實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的闡述。
具體實(shí)施例方式
實(shí)施例1軸向流固定床反應(yīng)器內(nèi)徑為4.0米，進(jìn)口管內(nèi)徑為700毫米，采用如圖1的反應(yīng)器和圖3所示帶篩孔的圓環(huán)形垂直擋板型氣體分布器，分布器筒體直徑D＝660毫米，側(cè)向環(huán)隙高度h＝310毫米，圓環(huán)形垂直擋板高度h1＝200毫米，篩板的直徑d＝270毫米，篩板上篩孔的直徑Φ＝14毫米，圓環(huán)形擋板與篩板間的角度α＝45°，篩板的面積與側(cè)向環(huán)隙面積的比為4.8％，篩板的直徑與氣體分布器筒體的直徑之比為40.9％，篩板的開孔率為53.5％，篩板上篩孔的直徑與氣體分布器筒體的直徑之比為2.1％，圓環(huán)形垂直擋板的高度與側(cè)向環(huán)隙的高度之比為64.5％。
在以上條件和結(jié)構(gòu)參數(shù)下，按本發(fā)明所述方法進(jìn)行分布器設(shè)計(jì)，反應(yīng)器配合使用120毫米高上部惰性填充層，就可得到理想的氣體流動(dòng)效果。
實(shí)施例2軸向流固定床反應(yīng)器內(nèi)徑為2.0米，進(jìn)口管內(nèi)徑為400毫米，采用如圖1的反應(yīng)器和圖3所示帶篩孔的圓環(huán)形垂直擋板型氣體分布器，分布器筒體直徑D＝360毫米，側(cè)向環(huán)隙高度h＝135毫米，圓環(huán)形垂直擋板高度h1＝100毫米，篩板的直徑d＝200毫米，篩板上篩孔的直徑Φ＝8毫米，圓環(huán)形擋板與篩板間的角度α＝30°，篩板的面積與側(cè)向環(huán)隙面積的比為12.5％，篩板的直徑與氣體分布器筒體的直徑之比為55.6％，篩板的開孔率為60.6％，篩板上篩孔的直徑與氣體分布器筒體的直徑之比為2.2％，圓環(huán)形垂直擋板的高度與側(cè)向環(huán)隙的高度之比為74.1％。
在以上條件和結(jié)構(gòu)參數(shù)下，按本發(fā)明所述方法進(jìn)行分布器設(shè)計(jì)，反應(yīng)器配合使用100毫米高上部惰性填充層，就可得到理想的氣體流動(dòng)效果。
實(shí)施例3軸向流固定床反應(yīng)器內(nèi)徑為2.0米，進(jìn)口管內(nèi)徑為400毫米，采用如圖1的反應(yīng)器和圖3所示帶篩孔的圓環(huán)形垂直擋板型氣體分布器，分布器筒體直徑D＝360毫米，側(cè)向環(huán)隙高度h＝135毫米，圓環(huán)形垂直擋板高度h1＝127毫米，篩板的直徑d＝120毫米，篩板上篩孔的直徑Φ＝7毫米，圓環(huán)形擋板與篩板間的角度α＝15°，篩板的面積與側(cè)向環(huán)隙面積的比為3.1％，篩板的直徑與氣體分布器筒體的直徑之比為33.3％，篩板的開孔率41.9％，篩板上篩孔的直徑與氣體分布器筒體的直徑之比為1.9％，圓環(huán)形垂直擋板的高度與側(cè)向環(huán)隙的高度之比94.1％。
在以上條件和結(jié)構(gòu)參數(shù)下，按本發(fā)明所述方法進(jìn)行分布器設(shè)計(jì)，反應(yīng)器配合使用100毫米高上部惰性填充層，就可得到理想的氣體流動(dòng)效果。
實(shí)施例4軸向流固定床反應(yīng)器內(nèi)徑為1.0米，進(jìn)口管內(nèi)徑為170毫米，采用如圖1的反應(yīng)器和圖3所示帶篩孔的圓環(huán)形垂直擋板型氣體分布器，分布器筒體直徑D＝158毫米，側(cè)向環(huán)隙高度h＝75毫米，圓環(huán)形垂直擋板高度h1＝45毫米，篩板的直徑d＝62毫米，篩板上篩孔的直徑Φ＝8毫米，圓環(huán)形擋板與篩板間的角度α＝15°，篩板的面積與側(cè)向環(huán)隙面積的比為5.5％，篩板上篩孔的開孔直徑與氣體分布器筒體的直徑之比為39.2％，篩板上篩孔的開孔率為68.3％，篩板上篩孔的直徑與氣體分布器筒體的直徑之比為5.1％，圓環(huán)形垂直擋板的高度與側(cè)向環(huán)隙的高度之比為60.0％。
在以上條件和結(jié)構(gòu)參數(shù)下，按本發(fā)明所述方法進(jìn)行分布器設(shè)計(jì)，反應(yīng)器配合使用100毫米高上部惰性填充層，就可得到理想的氣體流動(dòng)效果。
比較例1某甲苯歧化軸向流固定床反應(yīng)器的條件和結(jié)構(gòu)參數(shù)均與實(shí)施例1相同，唯一不同之處是采用簡(jiǎn)單的單級(jí)圓形擋板型進(jìn)口氣體預(yù)分布器。反應(yīng)器需配合使用至少450毫米高上部惰性填充層，才可得到比較理想的氣體流動(dòng)效果。按本發(fā)明所述方法進(jìn)行試驗(yàn)驗(yàn)證，采用簡(jiǎn)單的單級(jí)圓形擋板型進(jìn)口氣體預(yù)分布器的壓降比實(shí)施例1的壓降大73.3％。
比較例2實(shí)施例2或3的甲苯歧化軸向流固定床反應(yīng)器的進(jìn)口氣體預(yù)分布器改成簡(jiǎn)單的單級(jí)圓形擋板型進(jìn)口氣體預(yù)分布器，在所有條件均與實(shí)施例2或3的條件相同，反應(yīng)器需配合使用450毫米高上部惰性填充層。實(shí)施例2的壓降比本比較例小77.8％。
比較例3實(shí)施例4的甲苯歧化軸向流固定床反應(yīng)器的進(jìn)口氣體預(yù)分布器改成簡(jiǎn)單的單級(jí)圓形擋板型進(jìn)口氣體預(yù)分布器，在所有條件均與實(shí)施例4的條件相同，反應(yīng)器需配合使用450毫米高上部惰性填充層。實(shí)施例2的壓降比本比較例小77.8％。
權(quán)利要求
1.一種軸向流固定床催化反應(yīng)器，反應(yīng)器殼體內(nèi)自上而下包括進(jìn)料口、氣體預(yù)分布器、均化空間、上部惰性填料層、催化劑床層、下部惰性填料層、出口氣體收集器和出料口，其中氣體預(yù)分布器插在進(jìn)料口內(nèi)，并部分伸入均化空間，出口氣體收集器位于反應(yīng)器底部，其下端插入出料口內(nèi)；進(jìn)口氣體預(yù)分布器的結(jié)構(gòu)如下上部為伸入均化空間的圓筒形筒體，下部為與圓筒形筒體垂直投影面積相等的單級(jí)擋板，圓筒形筒體與單級(jí)擋板間通過(guò)分布于圓筒形筒體內(nèi)側(cè)的垂直拉筋連接，且形成側(cè)向環(huán)隙，其特征在于單級(jí)擋板由外圓環(huán)形擋板和內(nèi)篩板組成，篩板與圓環(huán)形擋板緊密相連，篩板呈水平放置，篩板的開孔率為20～80％，圓環(huán)形擋板與篩板間的夾角α為0～60°。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述軸向流固定床催化反應(yīng)器，其特征在于圓環(huán)形擋板與篩板間的夾角α為10～45°，篩板的開孔率為40～70％，篩板的面積為側(cè)向環(huán)隙面積的0.1～14％，篩板的直徑為圓筒形筒體直徑的1～64％，篩板上篩孔的直徑為圓筒形筒體直徑的0.1～9.0％。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述軸向流固定床催化反應(yīng)器，其特征在于篩板的面積為側(cè)向環(huán)隙面積的3.1～9.5％，篩板的直徑為圓筒形直徑的14～58％，篩板上篩孔的直徑為圓筒形筒體直徑的1.2～6.0％。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述軸向流固定床催化反應(yīng)器，其特征在于在氣體預(yù)分布器內(nèi)，篩板之上還連結(jié)有一與篩板垂直的圓環(huán)形垂直擋板，圓環(huán)形垂直擋板的高度為側(cè)向環(huán)隙高度的10～150％。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述軸向流固定床催化反應(yīng)器，其特征在于圓環(huán)形垂直擋板的高度為側(cè)向環(huán)隙高度的50～95％。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種軸向流固定床催化反應(yīng)器。主要改進(jìn)以往軸向流固定床反應(yīng)器中采用單級(jí)擋板型進(jìn)口氣體分布器，進(jìn)口氣體經(jīng)單級(jí)擋板型氣體分布器后的流型欠佳，形成回流，必須通過(guò)相對(duì)較厚的上部惰性填充層來(lái)消除因氣體回流而形成的氣體不均勻分布，造成壓降損失較大的問(wèn)題。本發(fā)明的軸向流固定床催化反應(yīng)器中通過(guò)采用由分布器圓形筒體1，側(cè)向環(huán)隙2，圓環(huán)形垂直擋板3，圓環(huán)形擋板4和篩板5組成氣體分布器的技術(shù)方案，較好地解決了該問(wèn)題，可用于甲苯歧化與烷基轉(zhuǎn)移反應(yīng)的工業(yè)生產(chǎn)中。
文檔編號(hào)B01J8/24GK1704153SQ200410024740
公開日2005年12月7日 申請(qǐng)日期2004年5月28日 優(yōu)先權(quán)日2004年5月28日
發(fā)明者鐘思清, 張惠明, 童海穎, 徐依菡 申請(qǐng)人:中國(guó)石油化工股份有限公司, 中國(guó)石油化工股份有限公司上海石油化工研究院