[发明专利]一种上流式反应器及其应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种上流式反应器及其应用。

背景技术

滴流床与填充鼓泡床都是用催化剂填充的三相反应器，两者之间的差 别在于操作模式的不同。在滴流床中，液体和气体反应物由上而下流经催 化剂床层，气相是连续相，液相则呈“涓流”方式流动；而在填充鼓泡床 中，气液反应物自下而上流经催化剂床层，此时液相为连续相，气相为分 散相。

加氢是一种重要的劣质原料处理的技术路线，通过加氢，重质油品中 的金属、胶质、残炭、硫、氮等杂质均可以被有效脱除。目前加氢过程中 最常用的是滴流床反应器，但是重质油品如渣油、煤液化油由于杂质含量 高，容易造成加氢催化剂中毒或者催化剂孔道堵塞而快速失活，并且杂质 可能堵塞床层使压降快速升高导致反应器工况变差，甚至无法正常操作。 而采用气液并流向上运动的上流式反应器是进行重质油品加氢较佳的选 择。在两相并流向上通过催化剂床层的过程中，油品做为连续相，而氢气 做为分散相，两相向上流动造成了催化剂床层的膨胀，可以增加床层的空 隙率，避免催化剂床层的堵塞。US4639354、US4753721和中国专利申请 00807042.3中，气液两相上流造成了催化剂床层的膨胀，避免催化剂床层 的堵塞。US4639354与US4753721借助于催化剂床层的膨胀运动实现了失 活催化剂的在线置换，而中国专利申请00807042.3将上流式反应器做为加 氢主反应器的保护反应器，在床层微膨胀的情况下脱除油品中的大部分金 属与固体颗粒杂质和部分硫、氮，以延长主反应器中加氢催化剂的使用寿 命。

在上述的上流式反应器中，气相被分散成气泡与液相连续相并流向上 运动，气泡能否均匀分布在反应器内是技术实施的关键，换言之，做为实 现气泡均匀分布的气体分布器是至关重要的。气体分布器包括初始分布器 和中间分布器。

US4753721的初始分布器为管环分布器，在环形管底部开孔，管环两 侧设开有条缝的隔板，使得生成的气泡破碎再分布。对于大型反应器而言， 此种设计所提供的气泡分布区域过于狭小，若要实现气泡的均布，需要附 加构件的设计。US4753721的中间分布器采用泡帽结构，即在多孔板的每 个开孔上方与泡帽相连，这种设计结构较复杂，泡帽的结构对于气泡分布 影响大。

US4639354的初始分布器为分支管状分布器，分支管状分布器的设计 较为复杂，需要进行大量流体力学计算和实验方能保证气体的均匀分布效 果，同时对于分布器安装的水平度具有一定的要求，因此反应器规模越大， 该分布器设计的难度也将增加。US4639354的中间分布器开有两种尺寸的 孔结构，小孔孔径只能允许气相经过，而大孔则主要通过液相。大孔下方 与垂直管件相连，管件底部设有折流板。气液两相分路经过中间分布器重 新混合，造成流体的湍动实现均布。由于小孔过孔阻力大，将会在小孔下 方的反应器空间产生一个气室空间，降低了反应器空间利用率，同时小孔 容易被杂质堵塞影响到气泡的均布。

中国专利申请00807042.3的初始分布器为以锥形折流板，改变由反应 器底部进入的气泡的运动方向，同时起到破碎气泡实现均布的目的。由于 气泡的流动是不稳定的，锥形折流板不能有效的避免气泡偏流，从而造成 催化剂床层膨胀不均匀，催化剂颗粒磨损增加。

ZL97193150.X是中国专利申请00807042.3同一技术路线先期申请的 专利，其中间分布器设计为多孔板上的每个孔均与下方垂直管件相连，而 且每根管件侧向开有一个垂直反应器轴向的小孔。该设计与US4639354的 设计思路类似，液相由管件底部进入，而气体由管件侧孔进入，气液分路 然后再次混合。因此该设计的缺点与US4639354也是类似的，在多孔板下 方会产生一个滞留气室减小了反应器空间的利用率，小孔结构容易被杂质 堵塞。同时由于是侧开孔设计，分布器对于加工、安装的水平度要求较高， 一旦初始分布不理想，中间分布器改善气体分布的效果有限。

US5298226采用筛板结构做为流体的分布器，筛板具有不均匀开孔结 构。筛板的横界面分为三个区域，中心区、中间区与边壁区。由于流体是 在筛板中心区的上方或者下方流入反应器，因此为了避免流体集中在中心 区通过而造成的流体分布不均匀，中心区、中间区与边壁区的开孔率依次 升高，造成沿半径方向由筛板中心区至边壁区流体的流动阻力逐渐降低， 使得流体趋向均匀的流过筛板，实现流体的均匀分布。

发明内容