CN103846061A - 一种新型多床层径向固定床反应器 - Google Patents

Abstract

本发明是有关于一种新型多床层径向固定床反应器，其是筒形分布，其中包括：原料入口、催化剂床层、高密度的瓷球、环形通道、中心通道、中心通道分布器、环形通道分布器、外侧格栅、内侧格栅、反应物出口、挡板；其中原料入口位于该反应器的顶端，而反应物出口位于该反应器的底端，催化剂床层是环筒状地径向分布于反应器内，中心通道位于该反应器的中心位置，而环形通道位于催化剂床层的外圈周围，中心通道和环形通道设置有挡板，高密度的瓷球位于挡板处，外侧格栅位于催化剂床层的外侧，而内侧格栅位于催化剂床层的内侧。本发明提供的技术方案具有能够灵活调节分段进料比例、有效降低床层压降的优点。

Description

一种新型多床层径向固定床反应器

技术领域

本发明涉及一种化工行业一类强放热反应的径向固定床反应器，特别是涉及一种能够灵活调节分段进料比例、有效降低床层压降的径向固定床反应器。

背景技术

固定床反应器是化工行业中应用非常广泛的一类反应器。固定床反应器又称填充床反应器，反应器内装填有固体催化剂以实现多相反应过程的一种反应器。固体物通常呈颗粒状，堆积成一定高度（或厚度）的床层。床层静止不动，流体通过床层进行反应。它与流化床反应器及移动床反应器的区别在于固体颗粒处于静止状态。固定床反应器有三种基本形式：①轴向绝热式固定床反应器。②径向绝热式固定床反应器。③列管式固定床反应器。

图1是常规多床层轴向固定床反应器，图2是常规径向固定床反应器。

固定床反应器的优点是：①返混小，流体同催化剂可进行有效接触，当反应伴有串联副反应时可得较高选择性。②催化剂机械损耗小。③结构简单。固定床反应器的缺点是：①传热差，反应放热量很大时，即使是列管式反应器也可能出现飞温（反应温度失去控制，急剧上升，超过允许范围）。②操作过程中催化剂不能更换，催化剂需要频繁再生的反应一般不宜使用，常代之以流化床反应器或移动床反应器。

较强放热的裂解反应一般有如下较为显著特点：①反应中反应热较大，反应器热量过剩较多；②反应属于分子量增加的反应，即反应过程中生成物的体积流量逐步增大；③一般都需要注入惰性介质，或为了冷却，或为了降低分压以增加转化率或降低生焦。

甲醇裂解制烯烃就是典型的强放热裂解反应。当前该类反应器多采用轴向反应器，例如图1所示，流体沿轴向自上而下流经床层。催化剂分多床层装填，每个床层厚度基本相当或略有变化。顶端起始进料段注入少量高温原料，以引发催化反应发生，同时为了降低原料分压并控制床层温度，同时注入大量的高温惰性介质以充当热载体。各床层间分段注入反应原料和冷却介质，以控制反应温度。

上述轴向多段进料固定床反应器的优点是分段进料可以控制每个催化剂床层发生反应的原料量，有效地控制反应进程；其缺点是随着原料加入量的增加，越往反应器下部气体体积流量越大，床层压降增加很快，使得整个反应器的压力较高。而对于分子数量增加、以轻组分为目标产品的裂解反应，低反应压力有助于提高转化率和选择性。

如图2所示，径向固定床反应器具有流体流动的距离较短，流道截面积较大，流体的压力降较小的特点，但是对于放热量较大、需要分段进料或分段注入降温介质的工况，常规的径向固定床反应器很难满足工艺要求。

有鉴于上述现有的固定床反应器存在的缺陷，本发明人基于从事此类产品设计制造多年丰富的实务经验及专业知识，并配合学理的运用，积极加以研究创新，以期创设一种新型结构的多床层径向固定床反应器，能够改进一般现有的固定床反应器，使其更具有实用性。经过不断的研究、设计，并经反复试作样品及改进后，终于创设出确具实用价值的本发明。

发明内容

本发明的目的在于，克服现有的固定床反应器存在的缺陷，而提供一种新型结构的多床层径向固定床反应器，所要解决的技术问题是使其能够灵活调节分段进料比例、有效降低床层压降，从而更加适于实用。

本发明一种新型径向固定床反应器，为多段径向固定床反应器，其中催化剂床层筒形分布，反应原料径向穿过催化剂床层，通过分别在反应器中心通道和环形通道设置挡板，将径向反应器分割为多个催化剂床层，形成多床层径向反应器，通过在反应器中心通道和环形通道设置分布器，可以实现催化剂床层间的分段进料或注入冷却介质控制床层温度，并且根据床层间的分段进料情况，适当调整床层高度以降低床层压降。

在常规径向反应器的基础上，通过在反应器中心通道和环形通道设置挡板，形成多床层径向反应器，可以实现催化剂床层间的分段进料或注入冷却介质控制床层温度，并且根据床层间的分段进料情况，适当调整床层高度以降低床层压降。在催化剂床层中装填催化剂的部分为一个连通的整体，在反应器中心通道和环形通道设置挡板的位置用高密度的瓷球等惰性物质对催化剂床层进行隔断，以阻止气体的短路。在催化剂床层内侧和外侧分别设置格栅和丝网为催化剂床层提供支撑，通过在反应器环形通道设置挡板将催化剂床层的支撑的内侧格栅和外侧格栅分为多段，每段筒形的格栅分成多片格栅来进行安装。在反应器中心通道和环形通道设置有分段进料分布器或冷却介质分布器，从而实现床层的分段进料，并能控制反应温度。

本发明的目的及解决其技术问题是采用以下的技术方案来实现的。依据本发明提出的一种新型多床层径向固定床反应器，其是筒形分布，包括：原料入口、催化剂床层、高密度的瓷球、环形通道、中心通道、中心通道分布器、环形通道分布器、外侧格栅、内侧格栅、反应物出口、挡板；其中原料入口位于该反应器的顶端，而反应物出口位于该反应器的底端，催化剂床层是环筒状地径向分布于反应器内，中心通道位于该反应器的中心位置，而环形通道位于催化剂床层的外圈周围，中心通道和环形通道设置有挡板，高密度的瓷球位于挡板处，中心通道分布器的一端位于中心通道中，而其另一端位于反应器外，环形通道分布器的一端位于环形通道中，而其另一端位于反应器外，外侧格栅位于催化剂床层的外侧，而内侧格栅位于催化剂床层的内侧。

本发明的目的以及解决其技术问题还可以采用以下的技术措施来进一步实现。

前述的新型多床层径向固定床反应器，其中该反应器通过挡板可分为多个催化剂床层。

前述的新型多床层径向固定床反应器，其中高密度的瓷球是隔断催化剂床层的惰性物质。

前述的新型多床层径向固定床反应器，其中中心通道分布器和环形通道分布器是水平放置的分段进料分布器或冷却介质分布器。

前述的新型多床层径向固定床反应器，其中外侧格栅和内侧格栅上分别设置有一层丝网。

前述的新型多床层径向固定床反应器，其中内侧格栅和外侧格栅分别是由多片格栅组成。

前述的新型多床层径向固定床反应器，其中挡板是水平放置的。

本发明与现有技术相比具有明显的优点和有益效果。借由上述技术方案，本发明一种新型多床层径向固定床反应器至少具有下列优点：既保留径向固定床反应器具有流体流动的距离较短、流道截面积较大、流体的压力降较小的优点，又有多段床层轴向固定床反应器可多段进料、多段冷却的优点。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为让本发明的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举较佳实施例，并配合附图，详细说明如下。

附图说明

图1是常规多床层轴向固定床反应器结构示意图。

图2是常规径向固定床反应器结构示意图。

图3是本发明一种新型多床层径向固定床反应器结构示意图。

【主要元件符号说明】

1′：原料入口        2′：催化剂床层

6′：分布器          8′：格栅

10′：反应物出口

1″：原料入口        2″：催化剂床层

8″：外侧格栅及丝网  9″：内侧格栅及丝网

10″：反应物出口     12″：丝网

1：原料入口          2：催化剂床层

3：高密度的瓷球      4：环形通道

5：中心通道          6：中心通道分布器

7：环形通道分布器    8：外侧格栅

9：内侧格栅          10：反应物出口

11：挡板             12：丝网

具体实施方式

为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明提出的一种新型多床层径向固定床反应器其具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如后。

本发明在充分分析轴向固定床反应器和径向固定床反应器特点的基础上，从工艺角度出发，结合现有两种固定床反应器的特点，改变现有的径向反应器结构，既保留径向固定床反应器具有流体流动的距离较短、流道截面积较大、流体的压力降较小的优点，又有多段床层轴向固定床反应器可多段进料、多段冷却的优点。

图3是本发明一种新型多床层径向固定床反应器结构示意图。如图3所示，催化剂床,2筒形分布，反应原料径向穿过催化剂床层2，通过分别在反应器中心通道5和环形通道4设置挡板11，将径向反应器分割为多个催化剂床层2，形成多床层径向反应器，通过在反应器中心通道5和环形通道4分别设置中心通道分布器6和环形通道分布器7，可以实现催化剂床层2间的分段进料或注入冷却介质控制床层温度，并且根据床层间的分段进料情况，适当调整床层高度以降低床层压降。

催化剂床层2装填催化剂的部分为一个连通的整体，在反应器中心通道5和环形通道4设置挡板的位置用高密度的瓷球3等惰性物质对催化剂床层2进行隔断，以阻止气体的短路。

在催化剂床层2的内侧设置内侧格栅9和丝网12，而在催化剂床层2的外侧设置外侧格栅8和丝网12，这会为催化剂床层2提供支撑，通过在反应器环形通道4设置挡板11将催化剂床层2的内侧格栅9和外侧格栅8分为多段，每段筒形的格栅被分成多片格栅来进行安装。

在反应器中心通道5和环形通道4设置有分段进料或冷却介质的分布器，从而实现床层的分段进料，并能控制反应温度。

本发明通过对传统径向固定床反应器的改造来实现预期的目的：

（1）多床层的径向固定床反应器

针对径向固定床反应器的结构特点，在反应器的中心通道5部分和环形通道4部分分别间隔着设置多层挡板，使得反应原料和产物在反应器中多次由内向外或由外向内穿越催化剂床层2（详见图3），形成和轴向固定床反应器相类似的多床层反应器，只是催化剂床层2由扁平圆柱状变成了环筒状。

在中心通道5和环形通道4分别由隔板隔成的单个空间可以分别设置分段进料分布器或冷却介质分布器，实现反应器的分段进料和分段冷却。

（2）不同床层高度的径向固定床反应器

由于反应器为分段进料，自反应器顶部向下，进料量逐渐增加，气体体积流量也逐渐增加，因此在催化剂床层2的设置中，在催化剂床层厚度保持相同的情况下，自上而下逐渐增大床层的高度，即增加催化剂床层2的流通面积，使得气体穿过催化剂床层2的速度基本相同，这样可以有效地消除高速区，降低总催化剂床层2压降，从而降低反应器压力，提高原料的转化率和目标产品的选择性。

（3）催化剂床层的隔断

对于传统的径向固定床反应器，其催化剂床层是连通为一体的，虽然反应器内部通道和外部环形通道可以通过隔板各自分割成几个独立的空间，但是催化剂床层内存在气体短路或串气的可能性，因此本发明在催化剂床层2分界处用高密度的瓷球3等惰性物质填充，阻断气体短路。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明做任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容做出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (7)

1.一种新型多床层径向固定床反应器，其是筒形分布，其特征在于包括：原料入口（1）、催化剂床层（2）、高密度的瓷球（3）、环形通道（4）、中心通道（5）、中心通道分布器（6）、环形通道分布器（7）、外侧格栅（8）、内侧格栅（9）、反应物出口（10）、挡板（11）；

其中原料入口（1）位于该反应器的顶端，而反应物出口（10）位于该反应器的底端，催化剂床层（2）是环筒状地径向分布于反应器内，中心通道（5）位于该反应器的中心位置，而环形通道（4）位于催化剂床层（2）的外圈周围，中心通道（5）和环形通道（4）设置有挡板（11），高密度的瓷球（3）位于挡板（11）处，中心通道分布器（6）的一端位于中心通道（5）中，而其另一端位于反应器外，环形通道分布器（7）的一端位于环形通道（4）中，而其另一端位于反应器外，外侧格栅（8）位于催化剂床层（2）的外侧，而内侧格栅（9）位于催化剂床层（2）的内侧。

2.根据权利要求1所述的新型多床层径向固定床反应器，其特征在于：该反应器通过挡板（11）可分为多个催化剂床层（2）。

3.根据权利要求1所述的新型多床层径向固定床反应器，其特征在于：高密度的瓷球（3）是隔断催化剂床层（2）的惰性物质。

4.根据权利要求1所述的新型多床层径向固定床反应器，其特征在于：中心通道分布器（6）和环形通道分布器（7）是水平放置的分段进料分布器或冷却介质分布器。

5.根据权利要求1所述的新型多床层径向固定床反应器，其特征在于：外侧格栅（8）和内侧格栅（9）上分别设置有一层丝网（12）。

6.根据权利要求1所述的新型多床层径向固定床反应器，其特征在于：内侧格栅（9）和外侧格栅（8）分别是由多片格栅组成。

7.根据权利要求1所述的新型多床层径向固定床反应器，其特征在于：挡板（11）是水平放置的。

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