一种上流式反应器用稳流盘及上流式反应器

技术领域

本发明涉及到化工设备领域，具体的说是一种上流式反应器用稳流盘及上流式反应器。

背景技术

随着目前国内加工原油的日趋重质化和劣质化，加之我国经济高速发展和环保法规的日益严格，市场对清洁油品需求也在急速增加。因此，重质油轻质化和优质化是当前急需解决的重要任务。加氢处理技术是解决上述问题的一种有效手段，通过加氢可以实现油品中的硫、氮、金属、胶质、残炭等杂质的有效脱除以及将不饱和烃加氢转化为饱和烃。根据反应器类型可以将加氢工艺分为固定床加氢工艺、悬浮床加氢工艺、沸腾床加氢工艺，其中以固定床加氢工艺的应用最为广泛。

根据固定床加氢反应器的进料方向，可以分为上流式(下进料)和下流式(上进料)固定床加氢反应器两种形式，其中的上流式固定床反应器在油品加氢过程中具有一定的优势。上流式固定床反应器可以能够处理多种类型的油品，如劣质油品渣油、煤液化油中由于杂质含量高，容易造成加氢催化剂中毒或者催化剂孔道堵塞而快速失活，并且杂质可能堵塞床层使压降快速升高导致反应器工况变差，甚至无法正常操作，若采用上流式加氢反应过程使气液并流向上运动造成催化剂床层的膨胀，可以增加床层的空隙率，避免催化剂床层的堵塞。

目前主流的上流式反应器中，比较有代表性的有：

CN200810117101.1提出了一种上流式反应器及其应用，上流式反应器包括位于反应器底部的初始分布器和初始分布器上方的中间分布器，初始分布器由一个锥形折流板和一个位于其上方的筛板组成；中间分布器由开孔筛板和筛板板串结构组成，该发明所提供的上流式反应器的目的是实现气体均匀分布，从而提高催化剂的利用率；

CN201110353672.7提出了一种上流式反应器气液分布器及应用，包括分布盘塔板和帽罩式集气分配器组成，该发明目的是使气相的均匀分布，提高气液两相的传质效率；

CN201510697566.9提出了一种上流式分配器和上流式反应器，该发明的目的是通过本技术方案，流体通过上流式分配器后能够均匀地分配和均匀混合；

US4753721公开的为沸腾床反应器，底部初始分布器为管环分布器，在环形管底部开孔，管环两侧设开有条缝的隔板，使得生成的气泡破碎再分布，中间分布器采用泡帽结构，即在多孔板的每个开孔上方与泡帽相连；

US4639354的初始分布器为分支管状分布器，分支管状分布器的设计较为复杂，需要进行大量流体力学计算和实验方能保证气体的均匀分布效果，同时对于分布器安装的水平度具有一定的要求，因此反应器规模越大，该分布器设计的难度也将增加，中间分布器开有两种尺寸的孔结构，小孔孔径只能允许气相经过，而大孔则主要通过液相。大孔下方与垂直管件相连，管件底部设有折流板；气液两相分路经过中间分布器重新混合，造成流体的湍动实现均布；由于小孔过孔阻力大，将会在小孔下方的反应器空间产生一个气室空间，降低了反应器空间利用率，同时小孔容易被杂质堵塞影响到气泡的均布；

另外，切夫立昂美国公司公布了两项中国专利97193150.X和00807042.3，其中，00807042.3的初始分布器为以锥形折流板，改变由反应器底部进入的气泡的运动方向，同时起到破碎气泡实现均布的目的，但是由于气泡的流动是不稳定的，锥形折流板不能有效的避免气泡偏流，从而造成催化剂床层膨胀不均匀，催化剂颗粒磨损增加；而97193150.X所公开的技术中，中间分布器设计为多孔板上的每个孔均与下方垂直管件相连，而且每根管件侧向开有一个垂直反应器轴向的小孔；

综合分析上述上流式反应器的基本特点，具有一些共性问题：

(1)当反应器直径较大时，需要入口扩散器和分配器来对反应物料进行均匀分布；

(2)反应器上部缺少用于稳定床层或气液初分离的内构件。

发明内容

本发明的目的是提供一种上流式反应器用稳流盘及上流式反应器，通过入口扩散器、分配器和稳流盘的组合作用，在反应器内形成稳定平推流，入口扩散器和分配器起到稳定柔性物流的龙头作用，稳流盘起到稳定柔性物流的龙尾作用，一头一尾匹配组合，有效的提高了反应器内反应物料流动时的稳定性，而且还有助于后续气液分离，适用于各类上流式反应器。

本发明为实现上述技术目的所采用的技术方案为：一种上流式反应器用稳流盘，包括填充在容纳腔内的空心球，在容纳腔相对的两个侧壁具有供气液两相通过的通道，且所述容纳腔被液相浸没时，所述空心球悬浮在液相内，且任意相邻两个空心球之间具有间隙。

作为上述上流式反应器用稳流盘的一种优化方案，所述空心球的整体密度与上流式反应器内通入的液相相等，以使其能够悬浮在液相内。

作为上述上流式反应器用稳流盘的另一种优化方案，所述间隙能够使空心球在液相内发生位移变动或转动，但不足以使任意相邻两个空心球发生位置变换。

作为上述上流式反应器用稳流盘的另一种优化方案，所述间隙的宽度为空心球直径的5-50％。

作为上述上流式反应器用稳流盘的另一种优化方案，所述空心球的直径为3-10mm，相邻两个空心球之间的间隙为0.5-3mm。

作为上述上流式反应器用稳流盘的另一种优化方案，所述容纳腔为上格栅板、下格栅板和上流式反应器内壁配合形成的腔室。

一种上流式反应器，在上流式反应器内的上部区域具有上述的稳流盘，且稳流盘中供气液两相通过的通道与上流式反应器内物料流动方向一致。

作为上述上流式反应器的一种优化方案，所述上流式反应器底部具有气液混合物入口，顶部具有气体出口，上部具有液体出口；且气液混合物入口进入的反应物料，先经上流式反应器底部的入口扩散器处理，再经表面设置分配器的气液分配盘实现气液均布后再参与反应。

作为上述上流式反应器的另一种优化方案，所述入口扩散器包括中心开孔的锥形筒，且锥形筒的直径自上而下逐渐缩小，锥形筒通过若干支腿固定在上流式反应器的气液混合物入口上，且该入口与锥形筒的中心开孔同轴。

作为上述上流式反应器的另一种优化方案，所述中心开孔的直径为气液混合物入口直径的20-100％。

作为上述上流式反应器的另一种优化方案，所述支腿的一端与锥形筒顶部的大直径端固定连接，另一端与上流式反应器的内壁固定连接，并将锥形筒的底部小直径端纳入支腿围成的空间内。

作为上述上流式反应器的另一种优化方案，所述支腿的一端与锥形筒底部的小直径端固定连接，另一端与气液分配盘的下表面固定连接，并将锥形筒的顶部大直径端纳入支腿围成的空间内。

作为上述上流式反应器的另一种优化方案，所述气液分配盘的边缘设置在上流式反应器内壁的环形凸台上形成固定支撑，在气液分配盘上开设有若干安装孔，每个安装孔内设置一个分配器，气液分配盘的开孔率为10-50％。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

1)本发明稳流盘中悬浮的空心球，处于动与不动之间的微动状态，即小幅度的位移变动或转动，一方面能够牵引下方床层的来料，另一方面扰流物流，有助于气液分离，同时还可以消耗来料的动能，进一步稳定反应器内的物流；

2)本发明通过在上流式反应器的上部区域设置稳流盘，且稳流盘的主体为填充有空心球的容纳腔，并且在容纳腔相对的两个侧壁具有供气液两相通过的通道，而且通过调节空心球的空心率使其整体密度与液相相等，这样当容纳腔被液相浸没时，空心球悬浮在液相内，且任意相邻两个空心球之间具有间隙；这种稳流盘结构，首先能够对反应器内整体的液相形成两个方面的稳定作用，其一为有一定的牵引稳定作用，消除气液混合物流在床层内部的翻腾和跳跃，其二为悬浮空心球的位移变动(即微动)和相互碰撞，有利于消除一部分来料的动能，更有利于床层的稳定；其次，悬浮空心球的微动，还有利于气体的聚并，形成较大气团，使后续气液分离更加容易实现；

2)本发明的入口扩散器、分配器和稳流盘的组合作用，在反应器内形成稳定平推流，入口扩散器和分配器起到稳定柔性物流的龙头作用，稳流盘起到稳定柔性物流的龙尾作用，一头一尾匹配组合，有效的提高了反应器内反应物料流动时的稳定性，而且还有助于后续气液分离，适用于各类上流式反应器；

3)本发明通过在上流式反应器内部成熟内构件和新内构件组合使用，增加了新的功能，同时提高内部传质特性。

附图说明

图1为本发明上流式反应器的结构简图；

图2为入口扩散器处的来料流动示意图；

图3为稳流盘的结构示意图；

附图标记：1、入口扩散器，101、锥形筒，102、支腿，2、分配器，3、气液分配盘，4、稳流盘，401、容纳腔，402、空心球，403、上格栅板，404、下格栅板。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明的技术方案做进一步的详细阐述，本发明以下各实施例中未做阐明的部分，比如上流式反应器内部的其它结构(催化剂床层相关的技术、分配器的结构)等，均视为本领域技术人员所知晓或应当知晓的现有技术。

实施例1

一种上流式反应器用稳流盘，如图3所示，包括填充在容纳腔401内的空心球402，空心球402的材质选择不与液相起反应的材料制成，而且在制作时，需要考虑其空心率，最终使空心球402的整体密度与上流式反应器内通入的液相相等，以使其能够悬浮在液相内；在容纳腔401相对的两个侧壁具有供气液两相通过的通道，通道可以使条形狭缝，或者是孔，无论是缝还是孔，其尺寸均不允许空心球402穿过，优选的，相对两个侧壁的通道一一对应，当然，也可以选择不对应，且所述容纳腔401被液相浸没时，所述空心球402悬浮在液相内，且任意相邻两个空心球402之间具有间隙，该间隙能够使空心球402在液相内因为气液两相的冲击发生位移变动或转动，在实际中，不管是位移变动或者是转动，或者是两者同时发生，因为间隙较小的缘故，其位移变动的幅度也比较小，申请人将其定义为微动，即幅度微小的运动，但不足以使任意相邻两个空心球402发生位置变换，此处的位置变换是指，两个空心球402在发生位移变动时，彼此互换位置。

在本实施例中，所述间隙的宽度一般为空心球402直径的5-50％，优选为空心球402直径的15-25％，最优选为空心球402直径的20％；

在本实施例中，所述空心球402的直径一般为3-10mm，而当悬浮时，相邻两个空心球402之间的间隙一般为0.5-3mm；

在本实施例中，所述容纳腔401是具有厚度或高度方向的腔室，其水平方向的尺寸一般与上流式反应器的内部尺寸匹配，从而使其能够水平安装在上流式反应器内，此时，供气液两相通过的通道是分布在厚度或高度方向的上下表面，容纳腔401可以选择制成一个封闭的箱体，箱体的水平方向与上流式反应器内壁匹配，从而使其固定在上流式反应器内，此时，在上下表面上设置供气液两相通过的通道；当然，也可以采用上格栅板403、下格栅板404和上流式反应器内壁三者配合形成的腔室，此时，上格栅板403和下格栅板404的边缘固定在上流式反应器的内侧壁，在上格栅板403和下格栅板404的表面贯穿条形缝隙，当然也可以是贯穿孔，这些条形缝隙或者贯穿孔，形成了供气液两相通过的通道。

实施例2

一种上流式反应器，如图1所示，在上流式反应器内的上部区域具有实施例1的稳流盘4，且稳流盘4中供气液两相通过的通道与上流式反应器内物料流动方向一致；

在上流式反应器底部具有气液混合物入口，顶部具有气体出口，上部具有液体出口；在上流式反应器内的底部设置有入口扩散器1，入口扩散器1上方设置气液分配盘3，气液分配盘3表面分布分配器2；气液混合物入口进入的反应物料，先经上流式反应器底部的入口扩散器1处理，再经表面设置分配器2的气液分配盘3实现气液均布后再参与反应。

在本实施例中，入口扩散器1处于上流式加氢反应器底部，主要作用是将气液来流快速的扩散到整个反应器的截面上，避免形成中心流和返混流，起到初始分布的作用，其结构可以选用现有任意的入口扩散器。

在本实施例中，气液分配盘3表和分配器2均为本领域的常规设计，其结构在此不进行赘述。

实施例3

本实施例是在实施例2的基础上所做的一种优化方案，其主体结构与实施例2相同，改进点在于：如图2所示，所述入口扩散器1采用中心开孔分流法，包括中心开孔的锥形筒101，且锥形筒101的直径自上而下逐渐缩小(也就是沿上流式反应器物料流动方向，即高度方向)，锥形筒101通过若干支腿102固定在上流式反应器的气液混合物入口上，且该入口与锥形筒101的中心开孔同轴。

在本实施例中，支腿102的数量至少为2条，并且沿其边缘均匀分布，支腿102的数量一般为3条、4条、5条、6条或8条；

在本实施例中，锥形筒101的中心开孔的直径一般为气液混合物入口直径的20-100％，通过调整中心开孔的大小来限制通过中心开孔的物流；锥形筒101两侧母线形成的锥角的大小以及其大直径端的直径大小，需要根据实际情况进行调整，从而来改变分流出物流的大小；

在本实施例中，锥形筒101的安装方式一般有两种，其一是如图2所示的，所述支腿102的一端与锥形筒101顶部的大直径端固定连接，另一端与上流式反应器的内壁固定连接，而且支腿102处于垂直状态，或者也可以是与竖直方向成锐角夹角的倾斜状态，并将锥形筒101的底部小直径端纳入支腿102围成的空间内；除此之外，支腿102也可以是与竖直方向垂直，即固定在上流式反应器侧壁上；

锥形筒101的另一种安装方式为，所述支腿102的一端与锥形筒101底部的小直径端固定连接，另一端与气液分配盘3的下表面固定连接，并将锥形筒101的顶部大直径端纳入支腿102围成的空间内，该安装方式在图中未示出，其本质是以处于入口扩散器1上方的气液分配盘3作为安装基座。

实施例4

本实施例是在实施例2的基础上所做的另一种优化方案，其主体结构与实施例2相同，改进点在于：所述气液分配盘3安装在上流式反应器床层的下方，如果反应器内侧壁有凸台，则气液分配盘3的边缘直接固定设置在凸台上形成固定支撑，如果没有凸台，需要通过设置内置裙筒形成一个载重凸台，然后将气液分配盘3再安装在载重凸台上形成固定支撑，在气液分配盘3上开设有若干安装孔，每个安装孔内设置一个分配器2，通过分配器2实现气液均布，避免床层回流，气液分配盘3上的开孔率一般为10-50％。