用于多床层反应器的流体分配装置和方法
【专利说明】用于多床层反应器的流体分配装置和方法
[0001]优先权声明
[0002]本申请要求2013年6月28日提交的美国临时申请61/840，543和61/840，547以及2014年6月9日提交的美国申请14/299，452和14/299，485的权益，其内容在此通过引用整体并入本文。
技术领域
[0003]本发明涉及顺流流动反应器，其中液体和蒸气一起流过催化剂的固定床层。具体地，本发明涉及内部组件，用于当存在多个反应器床层时控制流体通过反应器的流动，以及用于流体的再分配。
【背景技术】
[0004]各种各样的工艺使用顺流流动反应器，其中一种或多种流体流过颗粒材料的固体床，以提供流体与固体颗粒之间的接触。在反应器中，固体可以包括流体在其上发生反应以形成产物的催化材料。该流体可以是液体、蒸气、或液体和蒸气的混合物，以及所述流体发生反应以形成液体、蒸气或液体和蒸气的混合物。该过程涉及一系列工艺，包括烃转化、加氢裂化和加氢处理。
[0005]具有固定床的顺流反应器构造成使得反应器允许流体流过催化剂床层。当流体是液体或液体和蒸气的混合物时，流体通常被引导向下流动通过反应器。也经常使用多床层反应器，其中反应器床层在反应器壳中相互堆叠。通常，堆叠成各床层之间有一些空间。
[0006]常常创建床层间空间以向过程流体提供中间处理，例如冷却、加热、混合和再分配。
[0007]在放热催化反应中，对流体的温度和分配的控制是重要的。来自上部催化剂床层和来自反应器外部的流体的温度和成分在被分配到下部催化剂床层之前应充分混合。在催化剂床层顶部的初始的差的温度和成分分布可以在过程流体向反应器下方移动时持续或增长。可产生热点并引起催化剂的快速失活且缩短反应器的周期长度。催化剂床层之间的空间用于注入骤冷气体或液体和用于流体混合及分布。在烃处理中，骤冷气体常常是低温氢/烃流。但是，冷却流体而不控制混合和分布会导致不均匀的反应和后续反应器床层的温度分布不均匀。复杂的混合和分配系统占用保持多个催化剂床层的反应器腔室中的宝贵空间。
[0008]由于反应器床层之间的空间的高度限制，有限的空间用于引入骤冷流体并使蒸气和液体与骤冷流体混合。特别是，对于现有的加氢处理反应器，催化剂床层之间的空间已经被设定，并且有时难以安装新的内部设置以改进现有床层间空间内的流体的混合，而不降低催化剂床层的高度。即使对于新的反应器，通常需要减小反应器的总尺寸以减少加工工厂中的资本支出和反应器的轮廓。因此，需要在相对短小的床层间空间中提供相邻的催化剂床层之间的流体的良好的混合和分配。
[0009]反应器的用来克服这些限制的设计可显著节省反应器内的宝贵空间以用于使催化剂装载最大化。另外，常常希望修补现有反应器以通过催化剂床层之间的相同或减小的骤冷区空间来改进工艺。改进了反应器壳内的空间利用的新的反应器内部设置可提供显著的成本节约，并允许修补现有的反应器以满足新的操作和规范要求。
【发明内容】
[0010]一方面，提供一种用于在反应器床层的顶部上方分配流体的装置。该装置包括收集托盘，其具有顶部和底部，并具有穿过其中的出口端口。混合腔室设置成与收集托盘的出口端口流体连通并具有混合腔室出口。粗分配托盘与混合腔室出口流体连通，并具有穿过其中的粗分配托盘液体出口端口。该装置还包括分配托盘的分配托盘蒸气烟囱，其定位在所述混合腔室出口的径向外部，并且分配托盘蒸气烟囱的上开口在分配托盘的正常操作液面上方，该上开口提供从粗分配托盘的上方到下方的流体连通。蒸气烟囱还包括具有径向向内逐渐变细的截面的蒸汽烟囱体部，以减少对沿粗分配托盘向外的流体流的限制。
[0011]另一方面，提供了一种在下流式反应器中使用的粗分配装置，其包括具有大致平坦的托盘的粗分配托盘，多个液体出口端口穿过该托盘。粗分配装置包括绕粗分配托盘的至少一个蒸气出口端口形成的分配托盘蒸气烟囱。蒸气烟囱具有处于分配托盘的正常操作液面上方的上开口，该上开口提供从粗分配托盘的上方到下方的流体连通。烟囱包括具有径向向内逐渐变细的截面的蒸气烟囱体部，以减少对沿粗分配托盘向外的流体流的限制。
[0012]又一方面，提供了一种用于在反应器床层的顶部上方分配流体的方法。该方法包括从上层反应器床层收集包含蒸气和液体的流体。该方法还包括使流体进入混合腔室和使流体旋流以接触并混合蒸气和液体以及使流体通过大致居中的混合腔室出口到粗分配托盘。该方法还包括将所述流体收集在粗分配托盘上。该方法包括使蒸气径向地朝向粗分配托盘与反应器壁之间的环状开口通过，使蒸气的一部分通过具有在液体粗分配托盘上方延伸的向内逐渐变细的截面的蒸气烟囱的开口，使另一部分蒸气通过在相邻的蒸气烟囱之间形成的流体流路，并使蒸气的其它部分通过环状开口到精细分配托盘。该方法还包括将精细分配托盘下方的流体分配到另一反应器床层。
[0013]本发明的其它目的、优点和应用将从下面的详细描述和附图中对本领域技术人员变得明显。
【附图说明】
[0014]图1是根据各种方面的用于在催化剂床层之间收集、混合和分配流体的装置的示意性截面图；
[0015]图2是根据各种方面的具有蒸气烟囱的粗分配托盘的示意性平面图；
[0016]图3是具有蒸气烟囱的粗分配托盘的透视图；
[0017]图4是根据各种方面的用于在催化剂床层之间收集、混合和分配流体的装置的示意性截面图，该装置包括混合腔室蒸气烟囱；
[0018]图5是根据各种方面的用于在催化剂床层之间收集和分配流体的装置的示意性截面图；和
[0019]图6是根据各种方面的具有蒸气烟囱的粗分配托盘的示意性平面图。
【具体实施方式】
[0020]根据各种方面，本发明公开的装置和设备被布置在顺流流动容器中的相邻床层之间的空间中。为了便于说明，以下将通过包括两个或更多个间隔开的催化剂床层的下流式反应器进行描述，但本文描述的分配及混合装置和系统以及方法也可用于并且施用在具有不同类型的处理床层的其它烃处理容器。反应器中的催化剂床层被分开一间距以用于骤冷、流体接触和/或混合以及将流体分配到后续的床层，其中，混合区被设计成冷却/加热、混合以及有时冷凝从上方催化剂床层流出的流体。在一个示例中，如图1中所示，该装置和设备可被包括在加氢下流式反应器5中，流体从上层催化剂床层30流向下层催化剂床层32。流体可包括蒸气、液体，或蒸气和液体的混合物。反应器流体可通过来自骤冷流体分配器(未显示)的骤冷气体或液体(本文统称为“骤冷流体”)被骤冷，并且流体被接触、混合和随后分配到下层催化剂床层32。应当指出的是，本文所用的术语“流体”指的是液体和蒸气中的任一者或两者。流体被接触和混合以降低温度并在分配到混合区25下方的下层催化剂床层32之前使温度和组分差异最小化。在当前的系统中，反应器的床层之间存在相当大的空间用于骤冷、混合和分配。用于这些功能的所需空间量的减少可有利地提供反应器5内最大程度的催化剂装载，从而提高工艺和性能和/或延长工作周期，而无需更换整个反应器。类似地，如果骤冷区的高度被最小化，新的反应器可以设计成具有更小的轮廓，并使用更少的资本支出。
[0021]流体在催化剂床层上的良好分配很重要的是用于避免不利影响，如在催化剂床层内的不均匀的温度上升和热点。在催化剂床层中发生的热点可导致缩短催化剂寿命或产品质量较差。本文描述的方法和装置设计成降低混合区25的高度而不牺牲流体混合和分配性能。
[0022]现在转向图1和2，一方面，示出了用于在反应器床层32的顶部的上方混合和分配流体的装置10。装置10是用于从第一催化剂床层30收集流体和将该流体再分配到第二催化剂床层32，其中第一催化剂床层30处于装置10的上方并且第二催化剂床层32处于装置10的下方。装置10包括收集托盘12和具有出口端口 14，与收集托盘12流体连通的混合腔室16，并具有出口 18。该装置还包括与混合腔室出口 18流体连通的粗分配托盘20。粗分配托盘可在托盘20的外边缘处包括液体保持堰22以使液体滞留在托盘上。粗分配托盘20可与反应器壁6隔开以提供液体保持堰22与反应器壁6之间的大致环形开