CN105582861B - 一种用于流化床的气液分布器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于流化床的气液分布器，包括催化材料网和分配盘，催化材料网固定在分配盘的开孔中，其中催化材料网由具有催化活性的材料烧结制成；制备方法如下：将催化剂与粘结剂混合，捏压成可塑体，然后浇筑到催化材料网的模具中，焙烧，得到催化剂组成的催化材料网。本发明气液分布器可以用于催化裂化反应器、沸腾床反应器、以及具有物流向上运动的反应器体系。

Description

一种用于流化床的气液分布器

技术领域

本发明涉及一种气液分布器，具体地涉及一种用于流化床反应器的气液分布器。

背景技术

炼油或化工过程所利用的反应器，是加工过程的核心，发展趋势是尽可能利用反应器的空间，来多装填催化剂，实现炼油或化工过程的效率最大化。气液分布器使物料在反应器内均匀分布，反应物与催化剂良好接触，充分发挥催化剂性能以及装置平稳运行的重要因素。物料分布不均匀时会导致径向截面上特别是在反应器尺寸大型化后的温度差异，甚至会出现局部过热，损害催化剂的性能，从而大大降低催化剂的使用寿命和运转周期。另外，由于原料中含有少量的杂质以及流经***时冲击管道及设备而夹带的锈垢和污物，如果在催化剂床层表面积累，会迅速堵塞流通通道，造成原料分布不均匀，大幅度影响催化剂效果甚至增加反应器压降。所以，效果好的气液分布器是反应器运行和工业过程平稳操作重要因素。

CN1765479A、CN2928215A、CN201088910A和CN101940897A、CN101940900A和CN101940897A等专利中，均是对现有的反应器内的气液分布器的设备和结构上的改进或变更，特别是当今很多反应器内都是采用密相装填催化剂来代替之前的常规催化剂装填，目的就是尽可能装填更多的催化剂，实现反应器的空间利用率的提升。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种用于流化床的气液分布器，该气液分布器由具有催化活性的材料制成，结构简单，操作容易，操作弹性大，能够满足长周期稳定运转的需要。

本发明的用于流化床的气液分布器，包括若干个催化材料网和分配盘，催化材料网固定在分配盘的开孔中，其中催化材料网由具有催化活性的材料烧结制成，催化材料网的形状可以是球形、圆弧形、椭球形、圆柱形和多边形等中的一种或几种形状的组合，每个催化材料网的出料孔大小为0.1-5mm，优选0.5-1mm，或者为1%-90%催化剂粒径，优选20%-40%催化剂粒径。其中催化剂材料网厚度为0.1-5cm，优选1-2 cm。

分配盘为一板状结构，板面上开设有贯通板体上下表面的孔，分配盘的开孔率即分配盘截面上的催化材料网的比例在5%-50%，优选15%-30%；

催化材料网的底部通过2~4个螺栓固定在分配盘的开孔中，使用前，需要安装到反应器的分配盘上。

本发明的气液分布器中，所述的具有催化活性的材料为加氢反应中的保护剂，可以为粉体或成型产品，可以为市售产品，也可以按照本领域常规方法进行制备，如抚顺石油化工研究院的FZC-11、FZC-13、FZC-16、FZC-10U、FZC-11U、FZC-10A～FZC-14A等加氢保护剂中的一种，石油化工科学研究院的RG系列加氢保护剂中的一种，Akzo Nobel（阿克苏诺贝尔）公司的KG50、KG-1、5B、542等加氢保护剂中的一种，CRITERION公司的514-SH、544-SH、814HC、824-HC、855MD等加氢保护剂中的一种，或上述加氢保护剂的几种组合。

本发明气液分布器中，催化材料网的制备方法，包括如下内容：将催化剂与粘结剂混合，捏压成可塑体，然后浇筑到催化材料网的模具中，焙烧，得到催化剂组成的催化材料网。

其中，所述的粘结剂为氧化铝、硅溶胶、纤维素或聚乙烯醇等中的一种或几种。催化剂和粘结剂混合，可以添加适当溶剂，如水或者催化剂制备过程的母液或浸渍液。还可以加入发泡剂或者催化剂助剂，如碳酸氢钠、2-羟基丙烷-1,2,3-三羧酸等可以产生CO₂的添加剂，在制备过程中，可以通过添加剂的作用，释放气体，使得形成的催化材料网内部有孔道和孔隙产生，利于介质分散，也利于这种由催化材料网构成的新型分布器的出料孔的实现。

所使用的模具由上封和下封构成，上封和下封分别含有若干平行的针芯，模具材料通常为不锈钢材料，材质可以为304、304L、316L、321等，模具的形状、大小及针芯的个数根据所要制备的催化剂材料网的形状进行设计，上封和下封通过连接件连接。模具制备催化剂材料网的具体操作过程如下：将催化剂与粘结剂捏压成的可塑体浇筑到模具中，催化剂组分穿过若干平行的针芯，焙烧成型，然后将上封和下封打开，得到催化材料网。

其中，所述的焙烧条件为：焙烧温度300~1000℃，优选500~800℃，焙烧时间为2~25小时，优选5~15小时。

本发明的流化床反应器，包括反应器筒体，在反应器筒体内下部设置本发明上述的气液分布器。其中气液分布器的分配盘通过螺栓与安装在反应器器壁上的支撑圈相连，从而达到安装固定的目的。

本发明的气液分布器，还可以安装在流化床的底部封头内部，可以大幅度节约反应器空间，增加反应器催化剂的装填空间，提高反应器空间利用率。还可以安装在反应器底部入口管线内，起到对气液初步分布的作用，同时还可以起到初步反应和预处理的过程，进一步提高反应器内部利用率。

具体工作原理和工作过程为，进入到反应器底部的高速气体和液体混合反应物经过气液分布器，被分配盘上的催化材料网的孔隙分配和切割形成小的液滴和气泡混合物，均匀有序的将分配盘上的催化剂流化沸腾并与之发生化学反应。同时，气体和液体反应物经过分配盘上具有催化性能的催化材料网，也发生一定的化学反应，催化材料中的活性位可以将原料中的杂质进行脱除沉积，起到预处理脱杂质的作用，从而提高反应器内整体反应效果。

本发明气液分布器可以用于在流化床反应器中，例如催化裂化反应器、沸腾床反应器、以及具有物流向上运动的反应器体系，适用于石油烃类加氢过程，特别适用于重、渣油加氢反应。

与现有技术相比，本发明的气液分布器的优点是：

本发明气液分布器，分配盘上有效的分布元件即催化材料网采用催化剂的形式，可以代替常规催化剂级配中的保护剂甚至是脱金属剂等，更多的利用反应空间，多装脱硫剂，脱氮剂等脱杂质和转化催化剂，提高反应器利用率和反应效果，提高反应器处理能力，延长催化剂运转周期；本发明气液分布器集积垢、反应和气液分布功能于一体，并且随着积垢的进行反应压降升高不明显，积垢功能不影响气液分布效果。本发明气液分布器，因介质出料的空间覆盖率高，可以将生成的焦和积炭以及脱除的杂质及时流化分散开，防止累积增加，造成压降及堵塞增加；本发明气液分布器，还具有分布均匀、阻力小、不漏料、不易堵塞和容易清洗等特点，普遍适用于一般的流态化床，特别适用于流化床原料中含有粘性污染物的场合。

附图说明

图1为本发明气液分布器的结构示意图。其中，1-1-催化材料网，1-2-分配盘，1-3-支撑圈，1-4-分布器出料孔，1-5-连接螺栓。

图2为本发明实施例1的模具结构示意图，其中，2-1-上封，2-2-下封，2-3-连接件，2-4-针芯。

图3为本发明气液分布器的平面示意图。其中，3-1-气液分布器，3-2-分配盘。

具体实施方式

为进一步阐述本发明的具体特征，将结合附图加以说明，但并不因此限制本发明。

本发明气液分布器的具体工作过程如下：进入到反应器底部的高速气体和液体混合反应物经过含有分配盘上的催化材料网的孔隙分布后，被分配和切割形成小的液滴和气泡混合物，均匀有序的将分配盘上的催化剂流化沸腾并与之发生化学反应。同时，气体和液体反应物经过分配盘上具有催化性能的催化材料网，也发生一定的化学反应，催化材料中的活性位可以将原料中的杂质进行脱除沉积，起到预处理脱杂质的作用。

本发明实施例所使用的模具为不锈钢材料，材质为321，由上封和下封构成，形状为上部为圆弧形下部为圆柱形的整体，上封和下封分别的尺寸根据催化剂材料网的厚度进行设计，其中催化剂材料网厚度为1~2cm，上封和下封分别含有5-10个平行的针芯，上封和下封连接后，催化剂组分浇筑到模具中，焙烧，然后将上封和下封打开，得到催化剂组成的催化材料网，其中催化剂材料网的出料孔大小为0.5-1mm。

以下结合具体实施例进一步对本发明气液分布器的结构及使用效果进行描述。

实施例1

将FZC-11的催化剂粉与氧化铝并添加去离子水于混捏机中混合、捏压成可塑体，然后浇筑到催化材料网的模具中，在600℃焙烧15小时，拆除模具得到催化剂组成的催化材料网。将催化材料网通过螺栓安装到分配盘上，分配盘上的开孔率即分配盘截面上的催化材料网的比例在16%，得到气液分布器。

实施例2

将FZC-11的催化剂粉与氧化铝并添加去离子水于混捏机中混合、捏压成可塑体，模具为不锈钢321材料，由上封和下封构成，上封和下封连接后，催化剂组分浇筑到模具中，在600℃焙烧15小时，焙烧，然后将上封和下封打开，得到催化剂组成的催化材料网。

实施例3

采用本发明气液分布器进行流化床渣油加氢反应，反应条件为：反应温度396℃，反应压力15MPa，氢油比500:1，体积空速0.4 h^-1。渣油的性质见表1，评价结果见表2。反应器内部装填抚顺石油化工研究院生产的FZC-24。

实施例4

采用本发明气液分布器进行流化床渣油加氢反应，反应条件为：反应温度396℃，反应压力15MPa，氢油比500:1，体积空速0.4 h^-1。渣油的性质见表1，评价结果见表2。反应器内部装填抚顺石油化工研究院生产的FZC-24。同时，将本发明气液分布器(构成为FZC-11)也安装在反应器底部入口管线内。

实施例5

采用本发明气液分布器进行双流化床反应器串联进行渣油加氢反应，反应条件为：反应温度396℃/396℃，反应压力15MPa，氢油比500:1，总体积空速0.2 h^-1。渣油的性质见表1，评价结果见表2。一反和二反内部分别装填抚顺石油化工研究院生产的FZC-24、FZC-34。

实施例6

采用本发明气液分布器进行双流化床反应器串联进行渣油加氢反应，反应条件为：反应温度396℃/396℃，反应压力15MPa，氢油比500:1，总体积空速0.2h^-1。渣油的性质见表1，评价结果见表2。一反和二反内部分别装填抚顺石油化工研究院生产的FZC-24、FZC-34。同时，将本发明气液分布器(构成为FZC-11)也安装在反应器底部入口管线内。

比较例1

渣油加氢反应条件同实施例3，采用常规的泡帽分布器，评价结果见表2。

比较例2

渣油加氢反应条件同实施例6，采用常规的泡帽分布器，采用双流化床反应器串联进行渣油加氢反应，评价结果见表2。

表1 渣油的性质。

表2 评价结果。

Claims (10)

1.一种用于流化床的气液分布器，其特征在于：包括催化材料网和分配盘，催化材料网固定在分配盘的开孔中，其中催化材料网由具有催化活性的材料烧结制成；催化材料网为球形、圆弧形、椭球形、圆柱形或多边形中的一种或几种形状的组合；每个催化材料网的出料孔大小为0.1-5mm或者为1%-90%催化剂粒径；其中催化剂材料网厚度为0.1-5cm；分配盘为一板状结构，板面上开设有贯通板体上下表面的孔，分配盘的开孔率即分配盘截面上的催化材料网的比例在5%-50%；催化材料网的制备方法，包括如下内容：将催化剂与粘结剂混合，捏压成可塑体，然后浇筑到催化材料网的模具中，焙烧，得到催化材料网；所使用的模具由上封和下封构成，上封和下封分别含有5~10个平行的针芯，模具材料为不锈钢材料，模具的形状、大小及针芯的个数根据所要制备的催化剂材料网的形状进行设计，上封和下封通过连接件连接。

2.按照权利要求1所述的气液分布器，其特在于：所述的具有催化活性的材料为加氢反应中的保护剂。

3.按照权利要求1或2所述的气液分布器，其特在于：所述的具有催化活性的材料为抚顺石油化工研究院的FZC-11、FZC-13、FZC-16、FZC-10U、FZC-11U或FZC-10A～FZC-14A加氢保护剂中的一种，石油化工科学研究院的RG系列加氢保护剂中的一种，阿克苏诺贝尔公司的KG50、KG-1、5B或542加氢保护剂中的一种，CRITERION公司的514-SH、544-SH、814HC、824-HC或855MD加氢保护剂中的一种，或上述加氢保护剂的几种组合。

4.按照权利要求1所述的气液分布器，其特在于：所述的粘结剂为氧化铝、硅溶胶、纤维素或聚乙烯醇等中的一种或几种。

5.按照权利要求1所述的气液分布器，其特在于：催化剂和粘结剂混合，添加水或者催化剂制备过程的母液或浸渍液，或加入发泡剂或者催化剂助剂；其中发泡剂选自碳酸氢钠或2-羟基丙烷-1,2,3-三羧酸。

6.按照权利要求1所述的气液分布器，其特在于：所述的焙烧条件为：焙烧温度300~1000℃，焙烧时间为2~25小时。

7.按照权利要求1所述的气液分布器，其特征在于：气液分布器安装在流化床的底部封头内部或反应器底部入口管线内。

8.按照权利要求1所述的气液分布器，其特征在于工作过程如下：进入到反应器底部的高速气体和液体混合反应物经过含有分配盘上的催化材料网的孔隙分布后，被分配和切割形成小的液滴和气泡混合物，均匀有序的将分配盘上的催化剂流化沸腾并与之发生化学反应；气体和液体反应物经过分配盘上具有催化性能的催化材料网，发生化学反应，催化材料中的活性位将原料中的杂质进行脱除沉积。

9.一种流化床反应器，包括反应器筒体，其特在于：在反应器筒体内下部设置权利要求1所述的气液分布器；其中气液分布器的分配盘通过螺栓与安装在反应器器壁上的支撑圈相连。

10.一种权利要求1所述的气液分布器在具有物流向上运动的反应器体系中的应用。