CN109569443B - 移动径向床反应器 - Google Patents

Abstract

本公开涉及一种移动径向床反应器，该反应器的催化剂入口与催化反应单元之间设有催化剂进料分配器，该进料分配器连通催化剂入口与催化反应单元，且具有与催化剂入口和催化反应单元相适应的环形流通截面，能够实现催化剂自动均匀进料，催化剂采用上进下出设置，充分利用自身重力，催化剂进出、分配结构简单，不会出现催化剂堵塞情况，避免了因催化剂进料不均匀导致的反应原料短路问题。反应物在催化反应单元内可以从外向内流动或从内向外流动，反应物在环隙和中心管中可以呈相对运动、也可以呈同向运动，床层压降小。

Description

移动径向床反应器

技术领域

本公开涉及反应器领域，具体地，涉及一种移动径向床反应器。

背景技术

移动床反应器在石油化工、煤化工及环保领域得到了广泛的使用，尤其是在连续重整、煤气化、甲醇制烯烃(MTO)、甲醇制芳烃(MTA)、甲苯歧化等工艺中应用最为成熟。移动床反应器的最大特点是催化剂可以连续地移动进出反应器，但是其移动的速率小于流化床反应器中催化剂的移动速率。从宏观上看，移动床反应器的操作性能介于固定床与流化床反应器之间。因此，移动床反应器特别适合于催化剂积碳失活速率中等，如催化剂失活时间在几分钟到上百分钟，催化剂需要不断循环再生的场合。

移动床反应器根据催化剂与反应气体的流动方向分为并流、逆流和错流移动床。错流移动床依据的是催化剂自身重力向下流动，反应气体水平穿过催化反应单元，形成的错流运动，这就是移动径向床反应器，兼具径向床和移动床两者的优点，催化剂可以在线更换，床层的压降低、反应截面大等优点。

移动床反应器中催化剂近似于平推流方式向前移动，催化剂几乎无返混现象，同时反应原料也近似于平推流方式与催化剂相接触，因而具有较高的转化率。对于移动径向床而言，反应原料可以从内向外流动，也可以从外向中心管流动，由于内外流动的横截面积不同，这两种流动都属于变质量流动。当反应原料从中心向外流动过程中，流通截面逐渐增大，流速逐渐降低，靠近中心管附近催化剂可能会出现“空腔”现象，引起反应原料的短路；当反应原料从外向中心流动过程中，流通截面逐渐减小，流速逐渐增大，靠近中心管附近催化剂会出现“贴壁”现象，催化剂出现流动死区，引起该区域催化剂飞温，导致结焦失活，严重时会导致反应器无法运转。

然而，在实际的工业生产中，以连续重整反应器为例，反应器中的催化剂向下移动的过程中，往往不是按照理想的平推流向下流动，催化剂上部进料管容易出现堵塞，出现分布不均的情况，导致反应原料短路，降低原料气的转化效率。同理，催化剂下部出料管也容易出现催化颗粒之间的架桥，堵塞出料管，造成催化反应单元中催化剂出现返混现象。另外，催化剂离两侧壁的距离越远，其流动阻力越小，相应的流动速度也越大，而靠近壁面处的催化剂颗粒向下移动较为缓慢，同一水平高度的催化剂向下移动速度不同，严重影响到反应器床层的传热、传质效率，最终体现在反应器反应性能下降。

发明内容

本公开的目的是提供一种移动径向床反应器，该反应器解决了现有反应器中催化剂进料堵塞、分布不均匀的问题。

为了实现上述目的，本公开提供一种移动径向床反应器，该反应器包括壳体、进料口、出料口、催化剂入口、催化剂出口、催化剂进料分配器、中心管和催化反应单元；所述催化剂入口位于所述壳体上部，所述催化剂出口位于所述壳体下部，所述进料口和所述出料口分别位于所述壳体侧壁；所述中心管沿轴向设置于所述壳体内，所述中心管的一端封闭、另一端通过出气弯管与所述出料口连通，所述中心管的管壁形成有第一开孔区；所述催化反应单元为筒状且套设于所述中心管外，所述催化反应单元的外侧壁与所述壳体内壁之间形成有环隙，所述外侧壁形成有第二开孔区，所述催化反应单元的顶面和底面分别由密封板和底板密封；所述底板连接有向下延伸的催化剂出料管以使所述催化反应单元通过所述催化剂出料管与所述催化剂出口连通；所述催化剂进料分配器穿过所述密封板以使所述催化反应单元与所述催化剂入口连通；所述催化剂进料分配器包括由上至下依次连通设置的催化剂进料管、第一空心夹层锥形筒和第一空心夹层柱形筒，第一空心夹层锥形筒和第一空心夹层柱形筒的夹层空心部分相互连通以形成截面为环形的催化剂分配导管，催化剂入口仅通过催化剂进料管及该截面为环形的催化剂分配导管而与催化反应单元的内部连通；所述密封板上形成有用于连接所述催化剂进料分配器的第一环形孔，所述第一环形孔的边缘与所述第一空心夹层柱形筒的下端密封连接；所述第一空心夹层锥形筒由下至上直径渐缩且大端直径与所述第一空心夹层柱形筒直径匹配。

可选地，所述第一空心夹层柱形筒包括同轴套设的第一外筒和第一内筒，所述第一外筒的外壁底端和第一内筒的内壁底端分别与所述第一环形孔的外边缘和内边缘密封连接，所述第一空心夹层柱形筒的空心夹层内设有膨胀节；所述第一空心夹层锥形筒包括圆锥形顶板和同轴套设于所述圆锥形顶板外的圆台形顶板；所述圆锥形顶板的底端与所述第一内筒的顶端密封固定，所述圆台形顶板的底端与所述第一外筒的顶端密封固定，所述圆台形顶板的顶端与所述催化剂进料管的底端密封固定。

可选地，所述圆锥形顶板与水平面的夹角α为30°～85°，所述圆台形顶板与水平面的夹角β为30°～85°。

可选地，所述底板形成为由上至下直径渐缩的锥形板，所述底板的锥尖处形成用于连通所述催化剂出料管的开孔，所述开孔的边缘与所述催化剂出料管的顶端边缘密封连接；所述底板与水平面的夹角γ为30°～85°。

可选地，该反应器还包括催化剂出料收集器，所述催化剂出料收集器包括由上至下依次连通设置的第二空心夹层柱形筒和第二空心夹层锥形筒，第二空心夹层柱形筒和第二空心夹层锥形筒的夹层空心部分相互连通以形成截面为环形的催化剂收集导管，该截面为环形的催化剂收集导管通过催化剂出料管与催化剂出口连通；所述第二空心夹层柱形筒包括同轴套设的第二外筒和第二内筒，所述第二空心夹层锥形筒包括倒圆锥形底板和同轴套设于所述倒圆锥形底板外的倒圆台形底板；所述倒圆锥形底板的顶端与所述第二内筒的底端密封固定，所述倒圆台形底板的顶端与所述第二外筒的底端密封固定，所述倒圆台形底板的底端与所述催化剂出料管的顶端密封固定；所述第二内筒的顶部由顶板密封；所述第二外筒和所述倒圆台形底板共同形成为所述底板；所述倒圆锥形底板与水平面的夹角η为30°～85°，所述倒圆台形底板与水平面的夹角ζ为30°～85°。

可选地，所述第二内筒的顶板为圆台形板，该圆台形板的侧面板与水平方向的夹角θ为30°～85°，该圆台形板的顶部板与所述中心管的底部密封板重合；所述第二外筒的外径小于所述催化反应单元的外径，在所述催化反应单元的外侧壁底端与所述第二外筒的顶端之间连接有倒圆台形过渡板，该倒圆台形过渡板与水平方向的夹角γ’为30°～85°。

可选地，所述第一空心夹层锥形筒和所述第一空心夹层柱形筒位于所述壳体内部，所述催化剂进料管穿过所述壳体且催化剂进料管的外侧壁底端与壳体的顶端密封固定；所述第二空心夹层柱形筒和所述第二空心夹层锥形筒位于所述壳体内部，所述催化剂出料管穿过所述壳体且催化剂出料管的外侧壁顶端与壳体的底端密封固定。

可选地，所述中心管的底端封闭、顶端穿过所述密封板并与所述出气弯管连通，所述出气弯管依次穿过所述第一空心夹层柱形筒和所述壳体并与所述出料口连通；或者，所述中心管的顶端封闭、底端穿过所述底板并与所述出气弯管连通，所述出气弯管依次穿过所述第二空心夹层柱形筒和所述壳体并与所述出料口连通。

可选地，该反应器还包括沿所述壳体侧壁的切线方向水平设置的进料管，所述进料口通过所述进料管与所述壳体内部空间连通。

可选地，所述第一开孔区与所述第二开孔区的高度相同，且均为所述中心管高度的0.65～0.95倍；或者，所述第一开孔区与所述第二开孔区的高度不同，所述第一开孔区的高度为所述中心管高度的0.35～0.95倍，所述第二开孔区的高度为所述中心管高度的0.35～1倍。

与现有技术相比，本公开具有如下优点：

(1)本公开的反应器设有催化剂进料分配器，其结构简单且与催化反应单元相适应，能够实现催化剂自动均匀进料，不会出现催化剂堵塞情况，避免了因催化剂进料不均匀导致的反应原料短路问题。

(2)反应物可以从外向内流动或从内向外流动，反应物在环隙和中心管中可以呈相对运动、也可以呈同向运动，床层压降小。

(3)催化剂采用上进下出设置，充分利用自身重力，催化剂进出、分配结构简单，催化剂装卸十分方便。

(4)本公开提供的径向移动反应器适用于催化剂积碳失活速率中等，如催化剂失活时间在几分钟到几百分钟，催化剂需要不断循环再生的场合。如适用于连续重整、甲醇制烯烃(MTO)、甲醇制芳烃(MTA)、甲苯歧化、煤气化、制氢、脱硫脱硝、烃类脱氢、芳构化等工艺；可广泛应用于新装置设计及现有装置改造。

本公开的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

附图说明

附图是用来提供对本公开的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本公开，但并不构成对本公开的限制。在附图中：

图1是本公开的移动径向床反应器的一种具体实施方式的结构示意图；

图2是本公开的移动径向床反应器的一种具体实施方式的剖视图(即图1中A-A面的剖视图)；

图3是本公开的移动径向床反应器的一种具体实施方式的剖视图(即图1中B-B面的剖视图)；

图4是本公开的移动径向床反应器的第二种具体实施方式的剖视图；

图5是本公开的移动径向床反应器的一种具体实施方式的剖视图(即图1中C-C面的剖视图)；

图6是本公开的移动径向床反应器的催化剂导流器与出气弯管的局部示意图；

图7是本公开的移动径向床反应器的第三种具体实施方式的结构示意图；

图8是本公开的移动径向床反应器的第四种具体实施方式的结构示意图；

图9是本公开的移动径向床反应器的第四种具体实施方式的剖视图(即图8中A-A面的剖视图)；

图10是本公开的移动径向床反应器的第四种具体实施方式的剖视图(即图8中C-C面的剖视图)；

图11是本公开的移动径向床反应器的第五种具体实施方式的结构示意图；

图12是本公开的移动径向床反应器的第六种具体实施方式的结构示意图；

图13是本公开的移动径向床反应器的第七种具体实施方式的结构示意图；

图14是本公开的移动径向床反应器的第八种具体实施方式的结构示意图；

图15是本公开的移动径向床反应器的第九种具体实施方式的结构示意图；

图16是本公开的移动径向床反应器的第十种具体实施方式的结构示意图；

图17是本公开的移动径向床反应器的第十一种具体实施方式的结构示意图；

图18是本公开的移动径向床反应器的第十二种具体实施方式的结构示意图。

附图标记说明

1 催化剂入口 2 催化剂出口

3 上封头 4 下封头

5 壳体 6 催化剂出料管

7 第一空心夹层柱形筒 8 催化剂进料管

9 进料口 10 进料管

11 密封板 12 中心管

13 外侧壁 14 底板

15 顶板 16 中心管壁

17 催化反应单元 18 圆锥形顶板

19 出料口 20 出气弯管

21 环隙 22 膨胀节

23 圆台形顶板 24 第一空心夹层锥形筒

27 倒圆锥形底板 28 倒圆台形底板

29 第二空心夹层锥形筒 30 第二空心夹层柱形筒

31 第一催化剂导流器 32 第二催化剂导流器

33 内环板 35 中心管顶部封头

36 中心管底部封头 37 倒圆台形过渡板。

具体实施方式

以下结合附图对本公开的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本公开，并不用于限制本公开。

在本公开中，在未作相反说明的情况下，使用的方位词如“上、下、顶端、底端”通常是指反应器在正常使用状态下的上和下，顶和底，具体可以参考图1的图面方向。“内、外”是针对装置本身的轮廓而言的。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本公开的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

如图1所示，本公开提供一种移动径向床反应器，该反应器包括壳体5、进料口9、出料口19、催化剂入口1、催化剂出口2、催化剂进料分配器、中心管12和催化反应单元17；催化剂入口1位于壳体5上部，催化剂出口2位于壳体5下部，进料口9和出料口19分别位于壳体5侧壁；中心管12沿轴向设置于壳体内，中心管12的一端封闭、另一端通过出气弯管20与出料口19连通，中心管12的管壁形成有第一开孔区；催化反应单元17为筒状且套设于中心管12外，催化反应单元17的外侧壁13与壳体内壁之间形成有环隙21，外侧壁13形成有第二开孔区，催化反应单元17的顶面和底面分别由密封板11和底板14密封；底板14连接有向下延伸的催化剂出料管6以使催化反应单元17通过催化剂出料管6与催化剂出口2连通；催化剂进料分配器穿过密封板11以使催化反应单元17与催化剂入口1连通；催化剂进料分配器包括由上至下依次连通设置的催化剂进料管8、第一空心夹层锥形筒24和第一空心夹层柱形筒7，第一空心夹层锥形筒24和第一空心夹层柱形筒7的夹层空心部分相互连通以形成截面为环形的催化剂分配导管，催化剂入口1仅通过催化剂进料管8及该截面为环形的催化剂分配导管而与催化反应单元的内部连通；密封板11上形成有用于连接催化剂进料分配器的第一环形孔，第一环形孔的边缘与第一空心夹层柱形筒7的下端密封连接；第一空心夹层锥形筒24由下至上直径渐缩且大端直径与第一空心夹层柱形筒7直径匹配。

本公开的移动径向床反应器的催化剂入口与催化反应单元之间设有催化剂进料分配器，该进料分配器连通催化剂入口与催化反应单元，且具有与催化剂入口和催化反应单元相适应的环形流通截面，能够实现催化剂自动均匀进料，催化剂采用上进下出设置，充分利用自身重力，催化剂进出、分配结构简单，不会出现催化剂堵塞情况，避免了因催化剂进料不均匀导致的反应原料短路问题。反应物在催化反应单元内可以从外向内流动或从内向外流动，反应物在环隙和中心管中可以呈相对运动、也可以呈同向运动，床层压降小。

为了便于催化剂进料，避免出现催化剂流动死区，在本公开的一种具体实施方式中，如图1所示，第一空心夹层柱形筒7可以包括同轴套设的第一外筒和第一内筒，第一外筒的外壁底端和第一内筒的内壁底端可以分别与第一环形孔的外边缘和内边缘密封连接，为了消除热应力，第一空心夹层柱形筒7的空心夹层内可以设有膨胀节22；第一空心夹层锥形筒24包括圆锥形顶板18和同轴套设于圆锥形顶板18外的圆台形顶板23；圆锥形顶板18的底端与第一内筒的顶端密封固定，圆台形顶板23的底端可以与第一外筒的顶端密封固定，圆台形顶板23的顶端可以与催化剂进料管8的底端密封固定。在这一实施方式中，进入催化剂入口的催化剂可以通过第一空心夹层锥形筒24的夹层空间且随着夹层形状分配在形成由上至下直径渐增的流通截面上，随后进入具有等直径环形截面的第一空心夹层柱形筒7的夹层空间向下流动，最终均匀分布至环形筒状分布的催化反应单元中，这种情况下，催化剂在床层中的流型更接近于平推流，改善了床层的传热、传质性能，催化反应单元轴向温差小，提高了反应器催化剂的有效利用率，避免出现“空腔”和“贴壁”现象。

进一步地，为了促进催化剂均匀进料分配，催化剂进料管8、第一空心夹层锥形筒24、第一空心夹层柱形筒7、中心管12、催化反应单元17与壳体5可以呈同轴方式设置。圆锥形顶板18与水平面的夹角α可以为30°～85°，优选为40°～75°；圆台形顶板23与水平面的夹角β可以为30°～85°，优选为40°～75°。夹角α和夹角β可以相同或不同，优选为相同，以形成宽度相等的环形截面，进一步使催化剂均匀进料。第一空心夹层柱形筒7的直径和轴向高度本发明不做具体限制，只要满足实际工艺、反应器结构条件即可，进一步地，为了兼顾催化剂流通速度和分配均匀度，第一空心夹层柱形筒7的第一内筒与中心管12的外壁径向距离优选不小于100mm；第一空心夹层柱形筒7的第一外筒与催化剂反应单元17的外侧壁13的径向距离优选不小于100mm。圆锥形顶板18与圆台形顶板23之间的垂直距离可以为所用催化剂当量直径的1～100倍。进一步地，第一空心夹层柱形筒7的第一外筒和第一内筒的直径差值可以为圆锥形顶板18与圆台形顶板23之间的垂直距离的0.3～5倍，优选0.5～2倍。

为了进一步便于催化剂出料，避免出现催化剂流动死区，在本公开的一种具体实施方式中，底板14可以形成为由上至下直径渐缩的锥形板，以促进催化剂像催化剂出料管6流动，底板14的锥尖处可以形成用于连通催化剂出料管6的开孔，开孔的边缘可以与催化剂出料管6的顶端边缘密封连接；进一步地，底板14与水平面的夹角γ可以为30°～85°，优选为40°～75°。

为了进一步扩大催化剂出料空间，保证催化剂均匀流动，在本公开的一种具体实施方式中，如图1所示，该反应器还可以包括催化剂出料收集器，为了便于从筒状催化反应单元17的环形截面中均匀收集催化剂，进一步地，催化剂出料收集器可以包括由上至下依次连通设置的第二空心夹层柱形筒30和第二空心夹层锥形筒29，第二空心夹层柱形筒30和第二空心夹层锥形筒29的夹层空心部分相互连通以形成截面为环形的催化剂收集导管，该截面为环形的催化剂收集导管可以通过催化剂出料管6而与催化剂出口2连通；在这种实施方式中，分布在催化反应单元17截面上的催化剂可以均匀进入第二空心夹层柱形筒30的夹层中，并经第二空心夹层锥形筒顺利流出催化剂出料管6和催化剂出口2，催化剂出料区域空间大，不会出现流动死区，充分保障了催化剂在床层中的流型更接近于平推流，改善了床层的传热、传质性能，催化反应单元轴向温差小，提高了反应器催化剂的有效利用率，避免了“空腔”和“贴壁”现象的出现。

进一步地，为了便于催化剂流动出料，第二空心夹层柱形筒30可以包括同轴套设的第二外筒和第二内筒，第二空心夹层锥形筒29可以包括倒圆锥形底板27和同轴套设于倒圆锥形底板27外的倒圆台形底板28；倒圆锥形底板27的顶端可以与第二内筒的底端密封固定，倒圆台形底板28的顶端可以与第二外筒的底端密封固定，倒圆台形底板28的底端可以与催化剂出料管6的顶端密封固定；第二内筒的顶部可以由顶板15密封；第二外筒和倒圆台形底板28可以共同形成为底板14。

在这种情况下，为了便于催化反应单元17内的催化剂向催化剂出料收集器流动，第二内筒的顶板15可以为圆台形板，该圆台形板的侧面板与水平方向的夹角θ可以为30°～85°，优选为40°～75°，此时若中心管顶端开口、底端封闭，该圆台形板的顶部板可以与中心管12的底部封头36重合；若中心管底端开口、顶端封闭，出气弯管20可以穿过该圆台形板；为了促进催化反应单元17底部外边缘的催化剂向下流动，第二外筒的外径可以小于催化反应单元17的外径，此时在催化反应单元17的外侧壁13底端与第二外筒的顶端之间可以连接有倒圆台形过渡板37，该倒圆台形过渡板与水平方向的夹角γ’可以为30°～85°，优选为40°～75°。在这种实施方式中，第二空心夹层柱形筒30的顶端分别与圆台形顶板15和倒圆台形过渡板37密封连接，催化反应单元内的催化剂可以通过圆台形顶板15和倒圆台形过渡板37的倾斜导流作用快速均匀地流入第二空心夹层柱形筒30顶端的环形孔中，从而通过第二空心夹层锥形筒流向催化剂出料管6和催化剂出口2。为了提高催化剂出料流通速度，倒圆锥形底板27与水平面的夹角η可以为30°～85°，优选为40°～75°，倒圆台形底板28与水平面的夹角ζ可以为30°～85°，优选为40°～75°。夹角η和夹角ζ可以相同或不同，优选为相同，以形成宽度相等的环形截面，进一步使催化剂均匀出料。进一步地，第二空心夹层柱形筒30的轴向高度可以在较大范围内变化，只要满足实际工艺、反应器结构条件即可，优选第二空心夹层柱形筒30的第二内筒与中心管壁16径向距离不小于100mm；第二空心夹层柱形筒30的第二外筒与催化反应单元外侧壁13的径向距离不小于100mm。倒圆锥形底板27与倒圆台形底板28之间的垂直距离可以为所用催化剂当量直径的1～100倍。进一步地，第二空心夹层柱形筒30的第二外筒与第二内筒直径的差值可以为倒圆锥形底板27与倒圆台形底板28之间的垂直距离的0.3～5倍，优选0.5～2倍。

进一步地，为了使催化剂进出反应器流速均匀且便于控制，催化剂出料收集器与催化剂进料分配器可以采用的相同结构和尺寸。

在反应器包括催化剂出料收集器的实施方式中，为了提高反应器的承压能力，进一步地，如图7所示，第一空心夹层锥形筒24和第一空心夹层柱形筒7可以位于壳体5内部，催化剂进料管8可以穿过壳体5且催化剂进料管8的外侧壁的底端可以与壳体5的顶端密封固定；第二空心夹层柱形筒30和第二空心夹层锥形筒29也可以位于壳体5内部，催化剂出料管6可以穿过壳体5且催化剂出料管6的外侧壁的顶端可以与壳体5的底端密封固定。在这种实施方式中，除催化剂进料管8和催化剂出料管6位于壳体外部以外，催化剂进料分配器和催化剂出料收集器的主体部分位于壳体内部，能够明显提高壳体的承压能力，从而扩大了反应器的应用范围。

根据本公开，反应物在反应器内可以由中心向四周穿过催化反应单元流动，也可以由四周环隙进入催化反应单元，径向流动至中心管后离开反应器。在反应物由催化反应单元的四周流向中心的具体实施方式中，中心管12的底端可以封闭、顶端可以穿过密封板11并与出气弯管20连通，出气弯管20可以依次穿过第一空心夹层柱形筒7和壳体5并与出料口19连通，此时，环隙和中心管12中物流方向相反；或者，中心管12的顶端封闭、底端穿过底板14并与出气弯管20连通，出气弯管20可以依次穿过第二空心夹层柱形筒30和壳体5并与出料口19连通，此时，环隙21和中心管12中物流方向相同。

进一步地，为了避免穿过第一空心夹层柱形筒7或第二空心夹层柱形筒30的出气弯管20对催化剂向下移动的影响，出气弯管20顶部的第一空心夹层柱形筒7的夹层内可以设置有第一催化剂导流器31，或者，出气弯管20顶部的第二空心夹层柱形筒30的夹层内可以设有第二催化剂导流器32，导流器的结构如图5所示，以保证催化剂均匀向下移动，避免出现流动死区。导流器可以由两块对称设置的平面板构成，也可以是实心的物体，导流器底部边可以与出气弯管外壁相切。导流器长度可以与位于第一空心夹层柱形筒7或第二空心夹层柱形筒30内的出气弯管长度相同；导流器的顶部与出气弯管中心线的距离h与出气弯管直径D的比值h/D可以为≤5。

在这种情况下，中心管的封闭端可以分别通过中心管顶部封头35或中心管底部封头36进行密封，中心管顶部封头35和中心管底部封头36可以采用不通过气体的平板、半球面、锥形面结构。平板、半球面或锥形面的中心管顶部封头35和中心管底部封头36可以采用金属材质、陶瓷材质，优选采用不与反应***中的气体发生反应的金属材质，如耐热不锈钢Cr5Mo。

根据本公开，为了使反应原料能够在床层轴向上均匀分布，环隙的截面积与中心管的截面积比可以为1.2～4.8。

为了提高了反应物在反应器轴向上的分布均匀程度，如图2所示，在本公开的一种具体实施方式中，该反应器还可以包括沿壳体侧壁的切线方向水平设置的进料管10，进料口9可以通过进料管10与壳体内部空间连通。在这一实施方式中，可以最大限度地保障反应物在催化反应单元中的径向流动，同时避免反应物直接冲刷第一空心夹层柱形筒。

根据本公开，中心管12可以与催化反应单元的外侧壁13的高度相同，并与密封板11密封固定。在本公开的一种具体实施方式中，第一开孔区与第二开孔区的高度可以相同，且均为中心管12高度的0.65～0.95倍；或者，第一开孔区与第二开孔区的高度不同，第一开孔区的高度为中心管12高度的0.35～0.95倍，第二开孔区的高度为中心管12高度的0.35～1倍。第一开孔区与第二开孔区，第二开孔区的开孔高度可以比第一开孔区的开孔高度高50～2500mm。

根据本公开，为了提高反应器内催化剂的利用效率，催化反应单元的外侧壁13、密封板11、底板14、倒圆台形过渡板37、中心管底部封头36和顶板15可以为开孔结构，开孔参数可以相同或不同。中心管12、外侧壁13、密封板11、底板14、倒圆台形过渡板37、中心管底部封头36和顶板15的开孔区域可以为多孔板、丝网、格栅、约翰逊网中的一种，本公开不对其进行限制。开孔的孔径小于催化剂的颗粒尺寸，开孔的形状可以是圆形、椭圆形、矩形，本发明对开孔的形状不做限制。具体地，多孔板、丝网开孔区域的开孔率可以为0.8％～50％，格栅的空隙率可以为35％～61％，约翰逊网的空隙率可以为25％～70％。多孔板、丝网、约翰逊网和格栅可以采用金属材质、陶瓷材质，优选采用不与反应***中的气体发生反应的金属材质。

根据本公开，为了使催化反应单元具有较好机械性能，防止床层发生形变，所述环隙21优选由约翰逊筛网构成(图4所示)，根据实际的工艺条件需求选择约翰逊网结构、尺寸和材质，只要满足实际的工艺需求即可，约翰逊网是本领域技术人员所熟知的，本发明不再赘述。

为了避免反应原料在催化反应单元上部区域发生偏流或短路，在本公开的一种具体实施方式中，第一空心夹层柱形筒7的出口处距密封板的距离可以为0～2000mm，优选为100～1500mm。在另一种实施方式中，第一空心夹层柱形筒7的出口处距密封板的距离为0，即第一空心夹层柱形筒7的底端边缘与密封板11密封连接。

根据本公开，为了增加催化反应单元17的催化剂容纳量，密封板11可以为水平设置的如图14所示的圆形平板状，也可以形成为如图1所示的倒圆台形的内环板33和圆台形的外环板，外环板与内环板之间形成为第一环形孔。内环板的内边缘可以与中心管外壁密封连接、外边缘可以与第一内筒的内壁密封连接；外环板的外边缘可以与催化反应单元17的外侧板顶端密封连接、内边缘可以与第一外筒的外壁密封连接，优选的内环板、外环板与水平面的倾斜角度分别不超过60°。

需要说明的是，本公开所指进料口和出料口，可以根据实际情况进行选择，例如将本公开的反应器应用于体积缩小的反应时，原料的入口即为图1中所示进料口9，原料出口即为图1中所示出料口19。当本发明公开的反应器应用于体积增大的反应时，原料的入口即为图1中所示出料口19，原料出口即为图1中所示进料口9。进一步地，进料口9和出料口19可以同时设置于反应器壳体上部，也可以一个设置于壳体上部，另一个设置于壳体下部。

下面以图1为例简要说明反应原料气和催化剂在本公开的反应器中的流动情况。以体积减小的反应为例，反应原料气从反应器进料口9切向进入反应器，并向下流动，均匀地进入环隙21，由于压力的推动作用，在轴向上由外向内均匀进入催化反应单元17，反应原料在向内流动过程中，在催化剂活性位上不断发生化学反应，反应后的原料穿过中心管壁16，在中心管12中不断汇集，汇集后反应物流通过出气弯管20，从出料口19离开反应器。催化剂的流动情况：催化剂从催化剂入口1进入催化剂进料管8，通过第一空心夹层锥形筒24的自动分配后催化剂进入第一空心夹层柱形筒7，在重力的作用下，继续向下流动，进入催化反应单元17，催化剂与反应原料呈错流方式运动，随着催化剂不断向下移动，进入到下部的第二空心夹层柱形筒30、第二空心夹层锥形筒29、催化剂出料管6、催化剂出口2离开反应器。

下面将结合附图通过实施例来进一步说明本公开，但是本公开并不因此而受到任何限制。

实施例1

如图1、图2、图3、图5、图6所示，本实施例所采用的反应器顶部设有催化剂入口1、底部设有一个催化剂出口2，一个径向催化反应单元17、中心管12，壳体上部设置有切向进料的进料口9、出料口19。本实施例的反应器内径为3100mm，壳体切线长度为21500mm，中心管长度为14000mm，中心管内径为1150mm，催化反应单元厚度为825mm，环隙为150mm，出气弯管20内径900mm，第一催化剂导流器31顶点至出气弯管20中心线的距离为2000mm，第一空心夹层柱形筒7的内侧直径为2150mm。内环板、外环板与水平面的倾斜角度分别为30°、45°。中心管12、催化反应单元外侧壁13采用圆形开孔，中心管开孔率7.5％，外侧壁开孔率42％，圆形孔径为2mm。中心管底部封头36采用采用不允许气体通过的锥形面与中心管底部连接固定。本发明采用球形催化剂，其直径为2.5mm。第一空心夹层柱形筒7内外垂直距离以及第一空心夹层锥形筒24内外垂直距离均相同，其值为95mm。壳体内还设置有第二空心夹层柱形筒30、第二空心夹层锥形筒29。第二空心夹层柱形筒30内外垂直距离、第二空心夹层锥形筒29内外垂直距离为95mm。圆锥形顶板18、圆台形顶板23与水平面的夹角(α、β)为60°，倒圆台形过渡板37与水平面的夹角(γ’)为65°，顶板15与水平面的夹角(θ)为70°。倒圆锥形底板27、倒圆台形底板28与水平面的夹角(η、ζ)为60°。第一空心夹层柱形筒出口处距密封板的距离为1000mm，中心管开孔高度为13000mm；催化反应单元外侧壁13全部开孔，另外，密封板11、倒圆台形过渡板37，开孔参数与外侧壁13相同。

将本实施例的反应器应用于连续重整工艺，催化剂为含双金属Pt-Sn球形催化剂，直径为2.5mm。催化剂颗粒自催化剂入口1、催化剂进料管8、第一空心夹层锥形筒24流入催化反应单元后，沿着床层自上而下移动，在床层中与反应原料错流移动，随后在反应器底部汇合后从第二空心夹层柱形筒30、第二空心夹层锥形筒29、催化剂出料管6、催化剂出口2流出反应器。气相的重整原料(轻石脑油)与氢气混合后，从进料口9进入反应器、依次通过环隙21、催化反应单元17发生反应，反应产物在中心管汇集，后依次通过出气弯管20、出料口19离开反应器。反应原料的氢油摩尔比(H/O)为1～5.5，反应压力为0.2～1.0MPaG，反应的温度为430～550℃，重时空速(WHSV)为0.8～3.0h^-1。反应器压降小于14kPa，催化反应单元轴向温差小于2.5℃，说明了重整反应原料在轴向上分布均匀，且未出现“空腔”和“贴壁”现象。

实施例2

如图1、图2、图4、图5、图6所示，本实施例采用的反应器与实施例1所采用的反应器在反应器尺寸、催化剂进出***、原料进出***等参数相同，唯一不同的是本实施例中环隙21由约翰逊网与壳体所围成的区域构成，催化反应单元即为由约翰逊网与中心管之间的区域构成容纳催化剂流通的通道。

将本实施例的反应器同样应用于连续重整工艺，催化剂为含双金属Pt-Sn球形催化剂，直径为2.5～2.8mm。反应原料与实施例1相同，反应压力为0.2～1.0MPaG，反应的温度为430～550℃，重时空速(WHSV)为0.8～3.0h^-1。反应器压降小于10kPa，催化反应单元轴向温差小于2℃，说明了重整反应原料在轴向上分布均匀，且未出现“空腔”和“贴壁”现象。

实施例3

如图1、图2、图4、图5、图6所示，本实施例采用的反应器与实施例2所采用的反应器在反应器尺寸、催化剂进出***、原料进出***、环隙等参数均相同，不同是将反应器用于甲醇制烯烃工艺。

本实施例中，甲醇制烯烃所用催化剂为球形SAPO-34，其颗粒直径为2.1～2.5mm，反应原料为H₂O、CH₃OH、CH₃OCH₃构成的混合物，反应压力0.05～0.3MPa，体积空速(GHSV)为0.5～3.2h^-1，反应温度为405～510℃。反应器压降小于20kPa，催化反应单元轴向温差小于3.5℃，说明了反应原料在轴向上分布均匀，且未出现“空腔”和“贴壁”现象。

实施例4

如图2、图4、图5、图6、图7所示，本实施例采用的反应器与实施例2所采用的反应器在反应器尺寸、催化剂进出***、原料进出***、环隙等参数均相同，唯一不同的是本实施例第一空心夹层柱形筒出口处距密封板的距离为0mm。在相同的进料条件下，能够参与反应的催化剂量增加，使得反应物在催化剂上的单程转化率略有提高，单程转化率提高不超过0.1％，压降略有下降，压力下降值不超过0.15kPa。

实施例5

如图8、图9、图10、图4、图6所示，本实施例采用的反应器与实施例2所采用的反应器在反应器尺寸、催化剂进出***、原料进入***、环隙等参数均相同，与实施例2不同的是本实施例中，将出料口19设置于反应器壳体5下部，中心管顶部设置不允许气体通过的中心管顶部封头35，中心管顶部封头35与内环板33密封固定。中心管12与出气弯管20流体连通，出气弯管20依次穿过并密封固定于顶板15、第二空心夹层柱形筒30、壳体5上。

将实施例的反应器用于甲醇制烯烃工艺。甲醇制烯烃所用催化剂为球形SAPO-34，其颗粒直径为2.1～2.5mm，反应原料为H₂O、CH₃OH、CH₃OCH₃构成的混合物，反应压力0.05～0.3MPa，体积空速(GHSV)为0.5～3.2h^-1，反应温度为405～510℃。反应器压降小于18kPa，催化反应单元轴向温差小于3.5℃。

实施例6

如图9、图11、图6所示，本实施例采用的反应器与实施例5所采用的反应器在反应器尺寸、催化剂进出***、原料进出***、环隙等参数均相同，与实施例5不同的是本实施例中，倒圆台形过渡板37的底部和顶板15的底部分别密封固定于壳体底部的下封头4上，并且与第二空心夹层柱形筒30流体连通，即第二空心夹层柱形筒30、第二空心夹层锥形筒29设置于反应器壳体外。同理，中心管12与出气弯管20流体连通，出气弯管20穿过并密封固定于第二空心夹层柱形筒30上。将实施例的反应器用于甲醇制烯烃工艺时。所采用的工艺条件与实施例5相同，得到的反应器压降小于18kPa，催化反应单元轴向温差小于3℃。

实施例7

如图12所示，本实施例采用的反应器与实施例6所采用的反应器在反应器尺寸、催化剂进出***、原料进入***、环隙等参数均相同，与实施例6不同的是本实施例中，出料口19设置于壳体5的上部，出气弯管20的设置方式与实施例3相同。将实施例的反应器用于甲醇制烯烃工艺时。所采用的工艺条件与实施例6相同，得到的反应器压降小于18kPa，催化反应单元轴向温差小于3.2℃。

实施例8

如图13所示，本实施例采用的反应器与实施例7所采用的反应器在反应器尺寸、催化剂进出***、原料进入***、环隙等参数均相同，与实施例7不同的是本实施例中，将第一空心夹层锥形筒24、第二空心夹层锥形筒29设置于反应器壳体外，只保留第一空心夹层柱形筒7和第二空心夹层柱形筒30设置于反应器壳体内。在相同壳体切线长度条件下，本实施例的反应器可以设置更长的催化剂轴向装填高度，在进料空速不变的情况下，可以提高反应器的原料处理能力，压降变化范围较小。将实施例的反应器用于甲醇制烯烃工艺时。所采用的工艺条件与实施例7相同，得到的反应器压降小于15kPa，催化反应单元轴向温差小于3℃。

实施例9

如图14所示，本实施例所采用的反应器顶部设有催化剂入口1、底部设有一个催化剂出口2，一个径向催化反应单元17、中心管12，壳体上部设置有切向进料的进料口9、出料口19。本实施例的反应器内径为3100mm，壳体切线长度为21500mm，中心管长度为15000mm，中心管内径为1150mm，催化反应单元厚度为825mm，环隙为150mm。中心管12、催化反应单元外侧壁13采用圆形开孔，中心管开孔率7.5％，外侧壁开孔率42％，圆形孔径为2mm。中心管底部封头36采用不允许通过气体的半球面与中心管底部连接固定。本发明采用球形催化剂，其直径为2.5mm。第一空心夹层柱形筒7内外垂直距离以及第一空心夹层锥形筒24内外垂直距离均相同，其值为95mm。圆锥形顶板18、圆台形顶板23与水平面的夹角α、β均为60°，倒圆台形的底板14与水平面的夹角γ为65°。第一空心夹层柱形筒出口处距密封板的距离为1200mm，中心管与外侧壁的开孔高度相同，开孔高度为14000mm。

将本实施例的反应器应用于连续重整工艺，催化剂为含双金属Pt-Sn球形催化剂，直径为2.5mm。催化剂颗粒自催化剂入口1、催化剂进料管8、第一空心夹层锥形筒24流入催化反应单元后，沿着床层自上而下移动，在床层中与反应原料错流移动，随后在反应器底部汇合后从催化剂出料管6、催化剂出口2流出反应器。气相的重整原料(轻石脑油)与氢气混合后，从进料口9进入反应器、依次通过环隙21、催化反应单元反应生反应，反应产物在中心管汇集，后依次通过出气弯管20、出料口19离开反应器。反应原料的氢油摩尔比(H/O)为1～5.5，反应压力为0.2～1.0MPaG，反应的温度为430～550℃，重时空速(WHSV)为0.8～3.0h^-1。反应器压降小于14kPa，催化反应单元轴向温差小于1.5℃，说明了重整反应原料在轴向上分布均匀，且未出现“空腔”和“贴壁”现象。

实施例10

如图15所示，本实施例采用的反应器与实施例9所采用的反应器在反应器尺寸、催化剂进出***、原料进出***、环隙等参数均相同，唯一不同的是本实施例中心管底部封头36采用能让原料通过的开孔半球面，其开孔的大小、开孔率与中心管相同。另外，底部封头还可以采用如图16所示的开孔锥面，还可以采用如图17所示的开孔平面。与底部封头未开孔相比，在相同的条件下，反应物流向中心管汇集的流通面积增加，使得物流的流速降低，故床层压降比未开孔的底部封头低1～2kPa。

实施例11

如图18所示，本实施例采用的反应器与实施例10所采用的反应器在反应器尺寸、原料进出***、环隙等参数均相同，唯一不同的是本实施例中第一空心夹层柱形筒7出口处距密封板的距离为0mm，其余中心管、催化反应单元外侧壁13的开孔高度与实施例10相同。

由实施例1～11可知，本公开提供的移动径向床反应器能够实现催化剂自动均匀分布进料，催化剂在床层中近似于平推流向下移动，催化剂返混程度小，轴向温差小，反应原料轴向分布较为均匀，床层压降小、催化剂利用率高，无气体偏流和短路现象。

以上结合附图详细描述了本公开的优选实施方式，但是，本公开并不限于上述实施方式中的具体细节，在本公开的技术构思范围内，可以对本公开的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本公开的保护范围。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本公开对各种可能的组合方式不再另行说明。

此外，本公开的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本公开的思想，其同样应当视为本公开所公开的内容。

Claims (10)

1.一种移动径向床反应器，其特征在于，该反应器包括壳体(5)、进料口(9)、出料口(19)、催化剂入口(1)、催化剂出口(2)、催化剂进料分配器、中心管(12)和催化反应单元(17)；所述催化剂入口(1)位于所述壳体(5)上部，所述催化剂出口(2)位于所述壳体(5)下部，所述进料口(9)和所述出料口(19)分别位于所述壳体(5)侧壁；

所述中心管(12)沿轴向设置于所述壳体内，所述中心管(12)的一端封闭、另一端通过出气弯管(20)与所述出料口(19)连通，所述中心管(12)的管壁形成有第一开孔区；

所述催化反应单元(17)为筒状且套设于所述中心管(12)外，所述催化反应单元(17)的外侧壁(13)与所述壳体内壁之间形成有环隙(21)，所述外侧壁(13)形成有第二开孔区，所述催化反应单元(17)的顶面和底面分别由密封板(11)和底板(14)密封；所述底板(14)连接有向下延伸的催化剂出料管(6)以使所述催化反应单元(17)通过所述催化剂出料管(6)与所述催化剂出口(2)连通；所述催化剂进料分配器穿过所述密封板(11)以使所述催化反应单元(17)与所述催化剂入口(1)连通；

所述催化剂进料分配器包括由上至下依次连通设置的催化剂进料管(8)、第一空心夹层锥形筒(24)和第一空心夹层柱形筒(7)，第一空心夹层锥形筒(24)和第一空心夹层柱形筒(7)的夹层空心部分相互连通以形成截面为环形的催化剂分配导管，催化剂入口(1)仅通过催化剂进料管(8)及该截面为环形的催化剂分配导管而与催化反应单元的内部连通；所述密封板(11)上形成有用于连接所述催化剂进料分配器的第一环形孔，所述第一环形孔的边缘与所述第一空心夹层柱形筒(7)的下端密封连接；所述第一空心夹层锥形筒(24)由下至上直径渐缩且大端直径与所述第一空心夹层柱形筒(7)直径匹配。

2.根据权利要求1所述的移动径向床反应器，其特征在于，所述第一空心夹层柱形筒(7)包括同轴套设的第一外筒和第一内筒，所述第一外筒的外壁底端和第一内筒的内壁底端分别与所述第一环形孔的外边缘和内边缘密封连接，所述第一空心夹层柱形筒(7)的空心夹层内设有膨胀节(22)；所述第一空心夹层锥形筒(24)包括圆锥形顶板(18)和同轴套设于所述圆锥形顶板(18)外的圆台形顶板(23)；所述圆锥形顶板(18)的底端与所述第一内筒的顶端密封固定，所述圆台形顶板(23)的底端与所述第一外筒的顶端密封固定，所述圆台形顶板(23)的顶端与所述催化剂进料管(8)的底端密封固定。

3.根据权利要求2所述的移动径向床反应器，其特征在于，所述圆锥形顶板(18)与水平面的夹角α为30°～85°，所述圆台形顶板(23)与水平面的夹角β为30°～85°。

4.根据权利要求1所述的移动径向床反应器，其特征在于，所述底板(14)形成为由上至下直径渐缩的锥形板，所述底板(14)的锥尖处形成有用于连通所述催化剂出料管(6)的开孔，所述开孔的边缘与所述催化剂出料管(6)的顶端边缘密封连接；所述底板(14)与水平面的夹角γ为30°～85°。

5.根据权利要求1所述的移动径向床反应器，其特征在于，该反应器还包括催化剂出料收集器，所述催化剂出料收集器包括由上至下依次连通设置的第二空心夹层柱形筒(30)和第二空心夹层锥形筒(29)，第二空心夹层柱形筒(30)和第二空心夹层锥形筒(29)的夹层空心部分相互连通以形成截面为环形的催化剂收集导管，该截面为环形的催化剂收集导管通过催化剂出料管(6)与催化剂出口(2)连通；所述第二空心夹层柱形筒(30)包括同轴套设的第二外筒和第二内筒，所述第二空心夹层锥形筒(29)包括倒圆锥形底板(27)和同轴套设于所述倒圆锥形底板(27)外的倒圆台形底板(28)；所述倒圆锥形底板(27)的顶端与所述第二内筒的底端密封固定，所述倒圆台形底板(28)的顶端与所述第二外筒的底端密封固定，所述倒圆台形底板(28)的底端与所述催化剂出料管(6)的顶端密封固定；所述第二内筒的顶部由顶板(15)密封；所述第二外筒和所述倒圆台形底板(28)共同形成为所述底板(14)；所述倒圆锥形底板(27)与水平面的夹角η为30°～85°，所述倒圆台形底板(28)与水平面的夹角ζ为30°～85°。

6.根据权利要求5所述的移动径向床反应器，其特征在于，所述第二内筒的顶板(15)为圆台形板，该圆台形板的侧面板与水平方向的夹角θ为30°～85°，该圆台形板的顶部板与所述中心管(12)的底部封头(36)重合或者所述出气弯管(20)穿过该圆台形板；所述第二外筒的外径小于所述催化反应单元(17)的外径，在所述催化反应单元(17)的外侧壁(13)底端与所述第二外筒的顶端之间连接有倒圆台形过渡板(37)，该倒圆台形过渡板(37)与水平方向的夹角γ’为30°～85°。

7.根据权利要求5所述的移动径向床反应器，其特征在于，所述第一空心夹层锥形筒(24)和所述第一空心夹层柱形筒(7)位于所述壳体(5)内部，所述催化剂进料管(8)穿过所述壳体(5)且催化剂进料管(8)的外侧壁底端与壳体(5)的顶端密封固定；所述第二空心夹层柱形筒(30)和所述第二空心夹层锥形筒(29)位于所述壳体(5)内部，所述催化剂出料管(6)穿过所述壳体(5)且催化剂出料管(6)的外侧壁顶端与壳体(5)的底端密封固定。

8.根据权利要求5所述的移动径向床反应器，其特征在于，所述中心管(12)的底端封闭、顶端穿过所述密封板(11)并与所述出气弯管(20)连通，所述出气弯管(20)依次穿过所述第一空心夹层柱形筒(7)和所述壳体(5)并与所述出料口(19)连通；或者

所述中心管(12)的顶端封闭、底端穿过所述底板(14)并与所述出气弯管(20)连通，所述出气弯管(20)依次穿过所述第二空心夹层柱形筒(30)和所述壳体(5)并与所述出料口(19)连通。

9.根据权利要求1所述的移动径向床反应器，其特征在于，该反应器还包括沿所述壳体侧壁的切线方向水平设置的进料管(10)，所述进料口(9)通过所述进料管(10)与所述壳体内部空间连通。

10.根据权利要求1所述的移动径向床反应器，其特征在于，所述第一开孔区与所述第二开孔区的高度相同，且均为所述中心管(12)高度的0.65～0.95倍；或者，

所述第一开孔区与所述第二开孔区的高度不同，所述第一开孔区的高度为所述中心管(12)高度的0.35～0.95倍，所述第二开孔区的高度为所述中心管(12)高度的0.35～1倍。

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