轴向流固定床催化反应器制造技术

本发明专利技术涉及一种轴向流固定床催化反应器。主要改进以往轴向流固定床反应器中采用单级挡板型进口气体分布器，进口气体经单级挡板型气体分布器后的流型欠佳，形成回流，必须通过相对较厚的上部惰性填充层来消除因气体回流而形成的气体不均匀分布，造成压降损失较大的问题。本发明专利技术的轴向流固定床催化反应器中通过采用由分布器圆形筒体１，侧向环隙２，圆环形垂直挡板３，圆环形挡板４和筛板５组成气体分布器的技术方案，较好地解决了该问题，可用于甲苯歧化与烷基转移反应的工业生产中。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种轴向流固定床催化反应器。具体地说，涉及一种用于甲苯和碳九芳烃的歧化和烷基转移反应(简称甲苯歧化)的轴向流固定床催化反应器。
技术介绍
轴向流固定床反应器的主要优点是床层内流体的流动接近活塞流，化学反应速度较快；可用较少量的催化剂和较小的反应器容积获得较大的生产能力；流体的停留时间可以严格控制，温度分布可以适当调节，有利于提高化学反应的转化率和选择性。此外，轴向固定床反应器结构简单、操作方便，投资费用低，床中催化剂机械磨损小，可在高温高压下操作，因此在石油化工中获得广泛的应用。近年来随着石油化学工业的发展和规模的扩大，轴向流固定床反应器的直径不断增大，反应器内流体的均布问题就成为工程开发的关键问题之一。床层内的流体分布直接影响床层中的传热、传质以及化学反应等过程，影响催化剂及反应器的利用效率。当反应气体由管道进入固定床反应器时，由于通道截面的突然扩大，形成一股射流，导致流向床层的流体速度分布极不均匀。流体的不均匀分布不仅影响反应器利用率，而且影响催化剂的选择性和转化率。因此，固定床反应器内的流体均布技术越来越为人们所重视。现在出现的流体分布结构可分为两大类一类是增加流体流动阻力，如在催化剂床层前设置填料层或一块开孔率较小的多孔板。此种方法的实质是使气体由进口管道进入反应器时，形成的射流撞击在填料层或多孔板上，造成径向压力梯度，迫使气流改变流向，分散至整个反应器截面。由于气流中有相当一部分能量耗散在与均布作用无关的摩擦及旋涡损失中，效率较低；并且不适用于薄层反应器。另一类是在固定床反应器的流体进口处设置流体分布器，如CN2075277U、US4938422、US368597，其优点是即能使流体较均匀地分布于反应器截面上，又不导致过大的能量损耗。但对反应器进口处设置的流体分布器要求比较高，分布器结构比较复杂。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是以往技术中存在由于反应物气流在轴向流固定床反应器中分布不均匀，影响反应器利用率及催化剂的选择性和转化率及床层压降的问题，提供一种新的轴向流固定床催化反应器。该反应器具有流体在反应器截面上分布较均匀，使催化剂能发挥出其良好选择性和转化率以及床层压降小的优点。为解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案如下一种轴向流固定床催化反应器，反应器壳体内自上而下包括进料口、气体预分布器、均化空间、上部惰性填料层、催化剂床层、下部惰性填料层、出口气体收集器和出料口，其中气体预分布器插在进料口内，并部分伸入均化空间，出口气体收集器位于反应器底部，其下端插入出料口内；进口气体预分布器的结构如下上部为伸入均化空间的圆筒形筒体，下部为与圆筒形筒体垂直投影面积相等的单级挡板，圆筒形筒体与单级挡板间通过分布于圆筒形筒体内侧的垂直拉筋连接，且形成侧向环隙，其中单级挡板由外圆环形挡板和内筛板组成，筛板与圆环形挡板紧密相连，筛板呈水平放置，筛板的开孔率为20～80％，圆环形挡板与筛板间的夹角α为0～60°。上述技术方案中圆环形挡板与筛板间的夹角α的优选范围为10～45°，筛板的开孔率优选范围为40～70％，筛板的面积为侧向环隙面积的0.1～14％，优选范围为3.1～9.5％；筛板的直径为圆筒形筒体直径的1～64％，优选范围为14～58％；筛板上筛孔的直径为圆筒形筒体直径的0.1～9.0％，优选范围为1.2～6.0％。在气体预分布器内，筛板之上还连结有一与筛板垂直的圆环形垂直挡板，圆环形垂直挡板的高度为侧向环隙高度的10～150％，优选范围为50～95％。甲苯歧化轴向流绝热固定床反应器是甲苯歧化工艺中的主要设备，它由气体进口管、气体分布器、反应器壳体、上部惰性填充层、催化剂、下部惰性填充层、出口气体收集器和气体出口管等构成，见附图1。目前甲苯歧化轴向流绝热固定床反应器采用的气体分布装置为单级挡板型分布器，见附图2。此类分布器是在反应器进口管的出口端附近设置一个简单的单级圆形挡板，以防止气体射流而造成的气体分布不均匀。但此类分布器在消除气体射流形成的气体不均匀分布的同时，又形成了新的气体不均匀分布，即气体在单级圆形挡板下部形成两个很大的回流区。必须通过相对较厚的上部惰性填充层(通常惰性填充层高度为300～450毫米)来消除因气体回流而形成的气体不均匀分布，能量损耗较大。特别是对大直径反应器，上部惰性填充层的作用就更加重要。针对甲苯歧化轴向流绝热固定床反应器，本专利技术提出了带筛孔的圆形挡板型气体分布器，见附图3。此类新型气体分布器由分布器圆筒形筒体1，侧向环隙2，圆环形垂直挡板3，圆环形挡板4和带筛孔的筛板5组成。为了保证气体分布器具有比较理想的气体分布效果，需要控制筛板5面积与侧向环隙2面积的比例，筛板5的开孔率，筛板5的直径，圆环形垂直挡板3的高度、圆环形挡板4与筛板5间的角度等参数。从而使气体能够按合适的比例从侧向环隙2和筛板5中流入反应器，在反应器内形成比较均匀的气体分布。上述气体分布器与较薄的上部惰性填充层联合使用就可达到理想的气体均布效果。本专利技术所说的气体分布器经大型轴向流固定床试验考察，结果表明具有如下优点1、均流效果较好，能使轴向流固定床反应器内达到理想的气体分布效果，且床层压降小；2、简单，安装方便、能量损耗较小；取得了较好的技术效果。附图说明图1是典型的甲苯歧化轴向流固定床反应器示意图；图2是目前甲苯歧化轴向流固定床反应器采用的单级挡板型分布器结构图；图3是本专利技术带筛孔的圆环形垂直挡板型气体分布器结构图；在图1中，1为气体进口管道；2为进口气体分布器；3为上部惰性填料层；4为催化剂床层；5为下部惰性填料层；6为出口气体收集器；7为气体出口管道；8为催化剂卸料口。在图2中，1为分布器筒体；2为侧向环隙；3为底部单级挡板。D是气体分布器筒体的直径，h是侧向环隙的高度。在图3中，1为分布器筒体；2为侧向环隙；3为圆环形垂直挡板；4为圆环形挡板；5为筛板。D是气体分布器筒体的直径，h是侧向环隙的高度，h1是圆环形垂直挡板的高度，d是筛板直径，Φ是筛板上筛孔的直径，α是圆环形挡板4与筛板间的角度。下面通过实施例对本专利技术作进一步的阐述。具体实施例方式实施例1轴向流固定床反应器内径为4.0米，进口管内径为700毫米，采用如图1的反应器和图3所示带筛孔的圆环形垂直挡板型气体分布器，分布器筒体直径D＝660毫米，侧向环隙高度h＝310毫米，圆环形垂直挡板高度h1＝200毫米，筛板的直径d＝270毫米，筛板上筛孔的直径Φ＝14毫米，圆环形挡板与筛板间的角度α＝45°，筛板的面积与侧向环隙面积的比为4.8％，筛板的直径与气体分布器筒体的直径之比为40.9％，筛板的开孔率为53.5％，筛板上筛孔的直径与气体分布器筒体的直径之比为2.1％，圆环形垂直挡板的高度与侧向环隙的高度之比为64.5％。在以上条件和结构参数下，按本专利技术所述方法进行分布器设计，反应器配合使用120毫米高上部惰性填充层，就可得到理想的气体流动效果。实施例2轴向流固定床反应器内径为2.0米，进口管内径为400毫米，采用如图1的反应器和图3所示带筛孔的圆环形垂直挡板型气体分布器，分布器筒体直径D＝360毫米，侧向环隙高度h＝135毫米，圆环形垂直挡板高度h1＝100毫米，筛板的直径d＝200毫米，筛板上筛孔的直径Φ＝8本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种轴向流固定床催化反应器，反应器壳体内自上而下包括进料口、气体预分布器、均化空间、上部惰性填料层、催化剂床层、下部惰性填料层、出口气体收集器和出料口，其中气体预分布器插在进料口内，并部分伸入均化空间，出口气体收集器位于反应器底部，其下端插入出料口内；进口气体预分布器的结构如下：上部为伸入均化空间的圆筒形筒体，下部为与圆筒形筒体垂直投影面积相等的单级挡板，圆筒形筒体与单级挡板间通过分布于圆筒形筒体内侧的垂直拉筋连接，且形成侧向环隙，其特征在于单级挡板由外圆环形挡板和内筛板组成，筛板与圆环形挡板紧密相连，筛板呈水平放置，筛板的开孔率为２０～８０％，圆环形挡板与筛板间的夹角α为０～６０°。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：钟思清，张惠明，童海颖，徐依菡，
申请(专利权)人：中国石油化工股份有限公司，中国石油化工股份有限公司上海石油化工研究院，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]