催化反应器以及应用该反应器的蒸馏塔转让专利
申请号 : CN202011133000.0
文献号 : CN114432971B
文献日 : 2023-04-07
发明人 : 赵玉琢
申请人 : 中国石油化工股份有限公司 , 中国石油化工股份有限公司大连石油化工研究院
摘要 :
权利要求 :
1.一种催化反应器,其特征在于,包括:催化剂床层、液相分配管以及气相分配管;所述催化剂床层填充固体催化剂,在每个所述催化剂床层上部设有伞形隔板;所述液相分配管设置在每层的所述伞形隔板上方,通过该伞形隔板每层的液相进料被引流至相应的催化剂床层;所述气相分配管设置在每层所述催化剂床层的下方,每层的气相进料向上进入所述催化剂床层;还包括与所述气相分配管隔离设置的气相通道,所述气相进料和液相进料在所述催化剂床层进行反应后生成的气相产品直接进入该气相通道。
2.根据权利要求1所述的催化反应器,其特征在于,所述伞形隔板末端设有降液管,该降液管底部与所述催化剂床层的底部间隔一段距离,使得所述液相进料沿径向方向引流至所述催化剂床层。
3.根据权利要求1所述的催化反应器,其特征在于,所述催化剂床层设有溢流堰和液封挡板,该溢流堰设置在靠近所述气相通道一侧;该液封挡板设置在该溢流堰上部,用于将所述气相进料与气相产品进行隔离。
4.根据权利要求3所述的催化反应器,其特征在于,所述液封挡板包括水平部和竖直部,该水平部呈环形平板状并位于所述溢流堰上方;该竖直部呈圆筒形,且与该水平部一体成型,该竖直部的下端与所述催化剂床层底部间隔一段距离。
5.根据权利要求2所述的催化反应器,其特征在于,所述液相分配管呈环形并与液相进料管正交或切向相交,该液相分配管的管壁设有多个孔道,用于将所述液相进料均匀分布至所述降液管的各个方向。
6.根据权利要求1所述的催化反应器,其特征在于,所述气相分配管呈环形或多层同心环形,该气相分配管与气相进料管正交或切向相交,该气相分配管的壁面上设有多个孔道,用于将所述气相进料均匀分布至所述催化剂床层底部的各个方向。
7.根据权利要求1所述的催化反应器,其特征在于,所述气相通道位于催化反应器的中部,且从下到上贯通所有所述催化剂床层。
8.根据权利要求3所述的催化反应器,其特征在于,所述溢流堰上沿高出本床层催化剂上表面10至100mm。
9.根据权利要求1所述的催化反应器,其特征在于,所述气相分配管设置在所述催化剂床层下方或催化剂床层内。
10.一种蒸馏塔,其特征在于,应用如权利要求1至9中任意一项所述的催化反应器,所述蒸馏塔为多层板塔结构。
11.根据权利要求10所述的蒸馏塔,其特征在于,所述蒸馏塔内的催化剂床层数量为两层或两层以上。
12.根据权利要求10所述的蒸馏塔,其特征在于,所述蒸馏塔适用于至少一种液相进料和至少一种气相进料在固体催化剂上进行化学反应、且反应生成物中至少有一种气相产品的反应体系。
说明书 :
催化反应器以及应用该反应器的蒸馏塔
技术领域
背景技术
应转化率。由于反应放出的热量用于产物分离,既简化了工艺流程,又达到了降低能耗的效
果。鉴于催化蒸馏技术带来的优势,现已在化工领域有了比较成熟的应用。
能够使下床层的气相能够不经过催化剂床层的阻挡直接通向上层蒸馏塔板层进行传质。在
催化蒸馏设备中也可以设置多个气体通道。催化蒸馏塔为上下封口的圆柱型外筒,内置有
垂直于横截面的多个圆柱形气体通道,气体通道内嵌于反应区,通道终端连通精馏段和提
馏段的开放区域或段内的媒介,反应区的外筒中填有密度较高的催化剂,内筒壁可以开孔
使其与催化剂紧密接触。
围或者内部设置气相通道,催化剂床层上方设置上分馏构件,催化剂床层下方设置下分馏
构件,催化剂床层上设置气相排出口。该现有技术通过在催化蒸馏设备的催化剂床层上设
置气相排出口,使反应过程产生的气相物料如反应生成的气相产物或因反应放热气化的气
相物料及时溢出催化剂床层,进入气相通道,使得催化剂床层的液相物料流通顺畅,操作稳
定,从而保证反应转化率和产品质量稳定合格。该方案并不能将反应生成的气相产物与气
相物料较为充分地隔离,反应效率仍较低。
高,特别是现有技术还不能有效解决气相反应产物及时从反应区分离的问题。因此,亟需一
种催化反应器以及应用该反应器的蒸馏塔,从而解决现有技术中的分离效率问题。对于气
相产物能发生二次反应的情况,仍然可以进行高效的分离。
发明内容
二次反应的情况,仍然可以进行高效的分离。
上部设有伞形隔板;液相分配管设置在每层的伞形隔板上方,通过该伞形隔板每层的液相
进料被引流至相应的催化剂床层;气相分配管设置在每层催化剂床层的下方,每层的气相
进料向上进入催化剂床层;还包括与气相分配管隔离设置的气相通道,气相进料和液相进
料在催化剂床层进行反应后生成的气相产品直接进入该气相通道。
床层底部间隔一段距离。
布至催化剂床层底部的各个方向。
蒸馏塔适用于至少一种液相进料和至少一种气相进料在固体催化剂上进行化学反应、且反
应生成物中至少有一种气相产品的反应体系。
择性;
点更加易懂,以下列举一个或多个优选实施例,并配合附图详细说明如下。
附图说明
具体实施方式
件或其他组成部分。
解的是,空间相对术语旨在包含除了在图中所绘的方向之外物件在使用或操作中的不同方
向。例如,如果在图中的物件被翻转,则被描述为在其他元件或特征“下方”或“下”的元件将
取向在所述元件或特征的“上方”。因此,示范性术语“下方”可以包含下方和上方两个方向。
物件也可以有其他取向(旋转90度或其他取向)且应对本文使用的空间相对术语作出相应
的解释。
互换。
催化剂床层填充的固体催化剂10的上部伞形隔板11,一方面可以隔开相邻床层间的气相进
料与产品气,另一方面起到液相和气相的导流作用,优选而非限制性地,伞面可以是弧形,
也可以是折伞形。液相分配管22设置在每层的催化剂床层的伞形隔板11之上,保证各层均
有液体进料,可有效改善各催化剂床层的液相分布,提高催化剂利用率。通过伞形隔板11的
倾斜表面液相进料被引流至该层的催化剂床层与固体催化剂10接触,具体地,伞形隔板11
末端设有环形的外侧降液管12(即图1中的降液折板15与蒸馏塔1的内壁面之间的环形空
间),该外侧降液管12底部与催化剂床层的底部间隔一段距离,使得液相进料沿蒸馏塔1的
径向方向进入催化剂床层。气相分配管32在每个催化剂床层均设置,具体设置在每层所述
催化剂床层的下方,每层的气相进料向上进入催化剂床层。气液相进料与固体催化剂10在
催化剂床层充分反应后,每层的气相产品沿伞形隔板11的下部导流至气相通道13。气相通
道13与气相分配管32处于相对隔离状态,即气相进料和液相进料在催化剂床层进行反应后
生成的气相产品直接进入该气相通道13。优选而非限制性地,气相通道位于蒸馏塔1的中
部,且从下到上贯通所有催化剂床层。
设有多个孔道221,用于将液相进料均匀分布至环形的外侧降液管12的各个方向。孔道221
的开孔可以在管体的上面、下面以及侧部面的各个方向。液相进料经过液相进料管21进入
蒸馏塔1内,通过环形液相分配管22分配到塔内,经过伞形隔板11向周边流入外侧降液管
12,通过外侧降液管12后横向进入催化剂床层与固体催化剂10接触。液相进料管21的进料
方向为蒸馏塔的径向,与环形液相分配管22的径向正交或切线方向相交,环形液相分配管
22的环形直径大于气相通道13的外径,小于蒸馏塔1的内径,环形液相分配管22管壁的若干
孔道便于液相进料均匀的分布于外侧降液管12的各个方向。降液折板15的高度一般小于本
层催化剂装填高度,降液折板15与蒸馏塔1内壁的距离依据本层液相反应物流量大小而定。
定,床层高度设置为10mm至1000mm。催化剂床层设有溢流堰14和液封挡板17,溢流堰14设置
在靠近气相通道13一侧。液封挡板17设置在溢流堰14上部,用于将气相进料与气相产品进
行隔离。进一步地,液封挡板17包括水平部和竖直部,水平部呈环形平板状并位于溢流堰14
上方;竖直部呈圆筒形,该竖直部与水平部一体成型,也可采用其他无缝连接的方式,该竖
直部的下端与催化剂床层底部间隔一段距离,可保证液相产物的流出。在催化剂床层内未
反应的液相进料和已反应但保持液相的物料,经过溢流堰14,通过内侧降液管18(即溢流堰
14与气相通道13外壁之间的环形空间),顺着伞形隔板11,通过下一层的外侧降液管12进入
下一催化剂床层。溢流堰14的高度高于本床层催化剂上平面,优选高出10至100mm。溢流堰
14与气相通道13的外壁间形成的环形内侧降液管18,间距的大小依据液相负荷的大小而
定,每个床层降液管的尺寸可以相同,也可有所不同。
管32的管体320正交(参见图3)或切向相交(参见图4),气相分配管32的壁面上设有多个孔
道321,用于将气相进料均匀分布至催化剂床层底部的各个方向。优选而非限制性地,气相
分配管32可设置在催化剂床层下方,也可以设置在催化剂床层内。催化剂床层底部还可设
置气相分配盘(图中未示出),气相分配盘整体呈盘状,该气相分配盘上均匀密布多个孔眼。
气相进料经过各层的气相进料管31进入蒸馏塔1内,通过环形气相分配管32分配到蒸馏塔1
内,通过催化剂支撑盘下部的气相分配盘向上进入催化剂床层。气相进料管31以径向进入
蒸馏塔1,与环形气相分配管32正交或切向相交,环形气相分配管32的环形直径小于催化剂
床层外环直径,内径大于催化剂床层内环直径,环形气相分配管32管壁的若干孔道321便于
气体均匀的分布于气相分配盘的各个位置。催化剂支撑盘的作用主要是支撑催化剂床层,
保证催化剂床层在蒸馏塔的轴向方向保持稳定。气相分配盘的作用是保证气相进料的均匀
分布,同时尽量避免液相进料在催化剂床层上直接泄漏(采用本发明中的气相分配盘,液体
泄漏量<15%)。在同一平面上,当设置不止一个同心不同直径的环形气相分配管32,可使气
相进料的分配更趋于均匀。图1中的实施例将环形气相分配管32设置在催化剂床层下方,而
当环形气相分配管32安装在催化剂床层内时,催化剂支撑盘可以将格栅结构改为支撑板结
构,同时取消气相分配盘。
学反应后生成的气相产品会及时离开反应区,不会再次进入上面的催化剂床层(被伞形隔
板隔离),避免目的产物的二次反应,提高了反应的选择性。同时由于反应区内产物的离开,
既增加了反应的推动力,又提高了平衡转化率。
一种气相进料在固体催化剂上进行化学反应、且反应生成物中至少有一种气相产品的反应
体系。例如,石油馏分和化工合成油的加氢裂化,柴油和润滑油馏分的临氢脱蜡,各种石油
馏分的加氢处理过程等。
环形结构,环形内缘与气相通道相连接,外缘与蒸馏塔内壁相连接。气相通道是每层塔盘上
进行化学反应生成的气相产物移出的共用通道。本发明的实施例液体进料在每层塔盘上都
有液体进料,气相进料每层下部也都有进料。每层塔盘上方为催化剂装填区,液相进料径向
流动穿过催化剂床层,气相进料从塔盘下方进入,并在催化剂作用下进行反应,反应后生成
的气相物料直接脱离反应体系进入中部的气相通道,液相离开本床层后通过降液管进入下
一床层。由于反应与分离同时进行,可破坏反应平衡,有效提高反应物的转化率和目的产物
的选择性。
用的同类催化剂。裂化产品汽油馏分收率50.1%,汽油辛烷值RON为88.2,液体收率为91.1%
(具体操作条件及指标请参见表1)。
馏程 168‑370℃
氢气纯度 99.9%
精制油氮含量 70‑100mg.kg‑3
催化蒸馏塔操作压力 4.0Mpa
催化蒸馏塔催化剂床层数 1层
裂化液时空速LHSV 1.5h‑1
氢油体积比 700:1
平均反应温度 350‑360℃
结果 汽油馏分收率50.1%;汽油辛烷值RON为88.2;液体收率为91.1%
用的同类催化剂,用不锈钢网固定于床层上。裂化产品汽油馏分收率54.1%,汽油辛烷值RON
为93.3,液体收率为98.2%(具体操作条件及指标请参见表2)。
馏程 168‑370℃
氢气纯度 99.9%
精制油氮含量 70‑100mg.kg‑3
催化蒸馏塔操作压力 4.0Mpa
催化蒸馏塔催化剂床层数 10层
液相进料分配 首层进料100%(其它层无新鲜进料)
裂化液时空速LHSV 1.5h‑1
首层降液管负荷 依据进料量设计60%‑130%操作弹性
每一层气相进料负荷 相同(也可以根据每层液相负荷控制气相流量)
气相通道直径 上下相同(也可以设置成上大下小)
氢油体积比 700:1
平均反应温度 350‑360℃
结果 汽油馏分收率54.1%;汽油辛烷值RON为93.3;液体收率为98.2%。相比于实施例1的单层床层,催化剂床层的数量为10层时,发明效果更为明显。
用的同类催化剂,用不锈钢网固定于床层上。汽油馏分收率54.8%,汽油辛烷值RON为93.9,
液体收率为98.8%。
馏程 168‑370℃
氢气纯度 99.9%
精制油氮含量 70‑100mg.kg‑3
催化蒸馏塔操作压力 4.0Mpa
催化蒸馏塔催化剂床层数 10层
液相进料分配 首层进料60%,3层进料15%,5层进料15%,7层进料10%
裂化液时空速LHSV 1.8h‑1
首层降液管负荷 依据进料量设计60%‑130%操作弹性
每一层气相进料负荷 相同(也可以根据每层液相负荷控制气相流量)
气相通道直径 上下相同(也可以设置成上大下小)
氢油体积比 700:1
平均反应温度 350‑360℃
结果 汽油馏分收率54.8%;汽油辛烷值RON为93.9;液体收率为98.8%。相比于实施例2的一股液相进料,空速增大20%,发明效果更为明显。
应用的同类催化剂,用不锈钢网固定于床层上。汽油馏分收率56.4%,汽油辛烷值RON为
93.5,液体收率为98.9%。
催化柴油密度 0.9464g•cm
馏程 168‑370℃
氢气纯度 99.9%
‑3
精制油氮含量 70‑100mg.kg
催化蒸馏塔操作压力 6.0Mpa
催化蒸馏塔催化剂床层数 10层
液相进料分配 首层进料60%,3层进料15%,5层进料15%,7层进料10%
裂化液时空速LHSV 1.9h‑1
首层降液管负荷 依据进料量设计60%‑130%操作弹性
每一层气相进料负荷 相同(也可以根据每层液相负荷控制气相流量)
气相通道直径 上下相同(也可以设置成上大下小)
氢油体积比 800:1
平均反应温度 360‑380℃
结果 汽油馏分收率56.4%;汽油辛烷值RON为93.5;液体收率为98.9%。
和变化。对示例性实施例进行选择和描述的目的在于解释本发明的特定原理及其实际应
用,从而使得本领域的技术人员能够实现并利用本发明的各种不同的示例性实施方案以及
各种不同的选择和改变。针对上述示例性实施方案所做的任何简单修改、等同变化与修饰,
都应落入本发明的保护范围。