专利名称：包括穿有不同类型孔的射流破碎器托盘的用于分布多相混合物的装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及在催化反应器中分布多相流体的领域，更具体地，涉及一种可用于优化催化反应器中的流体分布的装置，该催化反应器具有固定的床类型，以向下流动模式工作，在瓦斯油加氢处理类型以及以气体一液体滴流模式工作的所有氢化操作的领域中。具体地，本发明可应用于气体/液体分布器的领域，例如那些被用于执行氢化裂解、加氢处理、加氢脱硫、加氢脱金属、加氢脱氮、选择性或全部氢化、蒸汽裂化汽油的选择性氢化、脂肪族和/或环烷馏分(cut)中的芳香族化合物的氢化、以及芳香族馏分中的烯烃的氢化。还可应用于执行促进气相和液相的良好混合的其他反应，例如部分或全部的氧化反应、胺化反应、醋酐反应、氨氧化反应和卤化反应，尤其是氯化反应。
背景技术：
于是通常，分布装置设置在器皿或反应器中，该器皿或反应器包括用于液态流体的入口以及用于气态流体的出口，并且包括例如粒状固体的至少一个床。该装置可设置成
或者位于床上方的器皿头部处；
或者位于来自一个床的出口处，具有在器皿的整个区段上的供应，覆盖随后的床。为了改善使用这种装置时的流体分布，现有技术中的一种方案包括例如使用分布器托盘，其包括专用于气体和液体经过的多个混合通道。这些混合通道可具有不同类型并且在托盘上定位成各种构造。这种装置已经在专利申请FR 2807676、FR 2745202、FR 2853260 或者 US 2007/0241467 中得以描述。该类型的混合通道的缺点在于离开混合通道的流形成了相对聚集的两相射流，这是有问题的，因为液体没有被洒在柱(column)的整个区段上。为了克服该问题，混合通道之间的间隔相对较小(通常在80和200 mm之间)，这显著地增加了混合通道的数量，从而增加了分布器托盘的总成本。改善床的洒布的另一个方案是将射流散布元件定位在混合通道下面。可使用几种类型的散布元件。插入件型元件通常附接到每个混合通道，以便将射流均勻地散布在混合通道下面的较宽角度上，如专利申请EP 2075056和US2010/0019061中所描述的。该类型的方案是有效的，但是其需要在混合通道和颗粒床的顶部之间保持一定距离，使得射流能洒布在床的宽区域上。理想地，该距离必须允许由相邻混合通道形成的射流结合到一起。另外，该方案的成本相当高，这是因为需要制造大数量的散布元件。专利FR2807673中描述的替代方案包括将射流破碎器类型的散布元件定位在托盘下面，该托盘对于数个混合通道是公共的(或者多于整行是公共的)。通常采用屏网或者穿孔托盘。重要的是，所使用的各种元件保持分离，使得气体可在散布元件之间自由地循环，而不被约束成经过元件本身。气体一液体射流冲击在屏网上并且被散布在其表面上，而后向下流到颗粒床上。专利FR 2832075描述了对该装置的一种改进，其包括仅向屏网的周边添加凸缘。 所述凸缘允许液体保持在屏网处并且不会在侧边处溢流。这种类型的装置具有多个优点
其比插入件更加便宜，并且也意味着混合通道之间的间隔可增大； 流被分布在柱部分上，从而不需要在屏网下面允许有射流形成距离。这种类型装置的缺点是其被限制于一定的操作范围。实际上，屏网的几何结构在一定的操作范围(例如对于气体和液体速度)中得以优化，使得
眷离开立管的两相射流被屏网充分地破碎，并从而分布在立管下面的一定表面区域
上；
屏网上保留的液体不太多，从而液体不在屏网的侧边处溢流，而且即使屏网不是非常平的话，液体水平也不带来太多的问题。这倾向于限制屏网的优化操作范围。总体上，所推荐的是，总是在远离屏网变得阻塞时的液体流速下进行操作，即，使用液体进料不会超过一定临界高度(在0. 1至1 mm范围内)的屏网，因而使用相对开放的屏网(开口百分比在5%至20%的范围内)。相比之下，当反应器中采用低液体流速时，屏网没有适当地破碎两相射流，从而流体分布不是优化的。这在反应器没有在其最大容量(翻转，turndown)下使用时尤其如此。这导致液体在床中的不良分布以及反应性能的降低(转化和/或选择性的损失)。 这种类型的问题存在于立管类型的混合通道中，然而也存在于蒸汽升管(lift)类型或泡帽类型的混合通道中。
发明内容
因此，本发明的目的在于通过提出一种分布装置来克服现有技术中的一个或多个缺点，该分布装置包括射流破碎器托盘，其具有改进的操作范围并且优化液体流的分布而不论流体速度如何。为此，本发明提出了一种用于分布由至少一个气相和至少一个液相构成的多相混合物的装置，所述混合物以向下流动模式经过至少一个固体颗粒床，并且所述装置包括位于固体颗粒床上方的至少一个托盘、用于所述液相和气相的多个混合通道、具有孔的射流破碎器托盘型的散布系统，所述散布系统在其周边的至少一部分上设置有凸缘并且布置在所述混合通道下面以及在所述固体颗粒床上方，所述分布装置的特征在于所述散布系统包括至少两种类型的孔。在本发明的一个实施例中，所述散布系统包括至少一个具有凸缘的孔和至少一个没有凸缘的孔。在本发明的一个实施例中，所述具有凸缘的孔的高度在0. 1至5 mm的范围内并且直径在2至20 mm的范围内。在本发明的一个实施例中，所述没有凸缘的孔的直径在2至20 mm的范围内。在本发明的一个实施例中，所述具有凸缘的孔包括盖。在本发明的一个实施例中，所述散布系统包括与至少一行具有凸缘的孔交替的至少一行没有凸缘的孔。在本发明的一个实施例中，所述散布系统包括至少一行孔，所述至少一行孔包括与至少一个具有凸缘的孔交替的至少一个没有凸缘的孔。在本发明的一个实施例中，所述孔的集合按照错列图案或者正方形或三角形图案布置，在每种情况中具有规则间隔或不同的间隔。在本发明的一个实施例中，所述孔的分布取决于它们关于反应器中心的位置而不同。在本发明的一个实施例中，所述散布系统包括至少一个分隔元件，所述至少一个分隔元件由实心或穿通或多孔板形成，具有平面长方体的形状，垂直于所述射流破碎器托盘定位。在本发明的一个实施例中，所述分隔元件的高度在所述射流破碎器托盘的凸缘的高度的20%至100%的范围内，并且封闭所述射流破碎器托盘的截面的40%至100%的范围。在本发明的一个实施例中，所述分隔元件定位在混合通道下面或者关于所述混合通道偏置，以便定位在两个混合通道之间。在本发明的一个实施例中，所述混合通道是立管或蒸汽升管或泡帽。本发明还涉及如上所述的装置在反应器中的用途，所述反应器适用于加氢处理或氢化或氧化。
从下面参照附图作出的并作为示例给出的描述，本发明的其他特征和优点将被更好地理解并将变得明显，附图中
图1是本发明的分布装置的示意轮廓图； 图2是本发明的分布装置的示意透视图； 图3是本发明的分布装置的一个变体的示意透视图； 图4是本发明的分布装置的另一个变体的示意透视图； 图5是本发明的分布装置的另一个变体的示意透视图； 图6是本发明的分布装置的一个变体的示意顶视图； 图7是本发明的分布装置的用途示例的示意侧视图； 图8是曲线图，表示液体水平的高度作为液体空间速度的函数。
具体实施例方式如图1和图2中可见，本发明的装置可包括多个诸如立管2的混合通道，其具有在其上部分处的至少一个上流动区段22 (例如锥形部)以及下流动区段23。这些混合通道可包括多个孔21，允许液体通过。在托盘1下面，射流破碎器型散布系统3接收在混合通道 2中形成的多相混合物。混合通道的高度通常在100至500毫米(mm)的范围内，优选地在 200至400 mm的范围内。在本发明的一个实施例中，混合通道也可以是蒸汽升管。蒸汽升管类型的装置(在专利US7600742和US5942162中描述)由多个管道构成，所述多个管道形成M形回路，用于流体循环。使用术语“升管”是因为蒸汽初始地通过外管道在装置中上升，然后通过中心管道下降。
在本发明的另一个实施例中，混合通道也可以是泡帽。混合通道管道突出超过托盘1 一高度，该高度通常在10 mm和200 mm之间并且常常在25 mm和50 mm之间。通常，混合通道延伸到分布器托盘下面一长度，该长度小于或等于混合通道的出口 23和射流破碎器型托盘3之间的距离。混合通道2布置在托盘上方的部分在其周边上的一个或多个水平处穿有孔21或缝槽，优选地至少三个水平。用于确保混合通道2中形成的两相或多相混合物的散布的装置是射流破碎器托盘型散布系统3，其位于混合通道的流动区段23的下面和附近。该射流破碎器散布系统具有射流破碎器托盘的形式并且可具有孔或者是多孔的。混合通道的出口 23和射流破碎器托盘3之间的距离通常从5 mm变化到500 mm,常为10 mm至200 mm并且优选为50 mm至 100 mm。射流破碎器托盘通常由多个分离的元件构成，该多个元件布置在不同高度(关于混合通道的出口 23)，但是其全部表面覆盖了反应器的所述区段。射流破碎器托盘的各种元件和混合通道出口 23之间的距离的差异意味着可留出一个自由的流动区段用于气体通过。 射流破碎器托盘3位于离粒状固体床一距离处，以便保存在所述混合通道内形成并通过所述下流动区段离开所述混合通道的混合物，直到其分布回到所述粒状固体床。该距离通常在0至500 mm的范围内，优选地在1至100 mm的范围内。射流破碎器托盘可悬挂在托盘1处或者在混合通道2的下端处。射流破碎器托盘3还包括凸缘36，凸缘36可容纳液体。该凸缘36布置在整个射流破碎器托盘3上，这些凸缘自身可以是多孔的。凸缘36的高度可在0. 2至1倍通道直径的范围内，例如在2至50 mm的范围内。它们自身可具有0至80 %范围内的孔隙率。 它们可以或可以不相对竖直倾斜，并且它们的倾角通常在-40°至+60°的范围内，优选地在-30°至+45°的范围内，这些角度值是关于竖直方向的，正值对应于凸缘从散布系统向外倾斜，负值对应于凸缘从散布系统向内倾斜。显然，当不同水平面内的散布系统设置有凸缘时，这些水平面之间的间隔距离必须大于凸缘的高度。散布系统的仅仅一部分可具有凸缘36，而其他部分不具有这种凸缘。通常优选的是对位于最接近粒状固体的平面上的散布系统提供凸缘。在某些情况中，可能甚至有利的是，给定的散布系统仅在其周边的一部分上具有凸缘。这些凸缘的确切几何形状可变化，具体地，凸缘的上端可以是向内弯曲的。在散布系统的凸缘附近，散布系统的孔隙率可以为零或者等于散布系统3的表面的其余部分。 术语“在散布系统的凸缘附近”指的是位于距离凸缘30 mm或更小处的区域，优选地距离凸缘20 mm或更小。所述凸缘及其接近零的孔隙率的功能之一是保持住液体进中可含有的某些杂质， 尤其是当其由重的碳氢化合物构成时，例如沸点高于350 ！的馏分，而这是用于重瓦斯油类型馏分的加氢处理的单元的情况。在这种情况中，凸缘附近的区域逐渐变得装满杂质，由此防止粒状固体床的污染。本发明的射流破碎器型托盘包括至少两种类型的孔或穿孔 没有凸缘的孔35，在屏网水平上；
具有凸缘的孔34，或者升高的孔，其关于屏网水平升高并且其仅当保卫液体(即射流破碎器托盘3上的液体水平)超过一定高度时允许流通过。没有凸缘的孔35 (在图1和图2中示出)可具有在2至20 mm范围内的直径，优选地在2至15 mm的范围内。同一个托盘可包括不同直径的没有凸缘的孔35。具有凸缘的孔34或者立管(在图1至图5中示出)具有管道的形式并且可具有在 2至20 mm范围内的直径，优选地在2至15 mm的范围内。同一个托盘可包括不同直径的具有凸缘的孔34。具有凸缘的孔34的凸缘340的高度在0. 1 mm至20 mm的范围内，优选地在0.5 mm至10 mm的范围内。通常，孔凸缘的高度小于托盘的凸缘的高度，优选地在托盘的高度的5%至50%的范围内。这些具有凸缘的孔34可包括盖341、342或者帽，如图4和图5所示。盖341可部分地且直接地被附接到孔34的凸缘340 (图4)。这样，孔保持部分地打开。盖342可借助于至少两个突片343被附接，这意味着该盖可保持在凸缘上方一定距离处(图5)。这样，孔保持完全打开但是被盖342保护。相同或不同高度且相同或不同直径的具有凸缘的孔34以及相同或不同直径的没有凸缘的孔35可按照任何可能的方式被布置在托盘上，其非限制性示例如下
至少一行没有凸缘的孔35与至少一行具有凸缘的孔34交替； 每行孔可包括与具有凸缘的孔34交替的没有凸缘的孔35 ； 孔(具有和没有凸缘)的集合可按照错列图案或者任何其他方式布置，例如正方形或三角形图案，在每种情况中具有规则间隔或不同的间隔；
没有凸缘的孔35的数量大于具有凸缘的孔34的数量，例如，每行可仅包括具有凸缘的孔35 ；
具有凸缘的孔35的分布可取决于它们关于反应器中心的位置而不同，以便适应托盘的任何挠曲；
不同高度的具有凸缘的孔34的系列可与没有凸缘的孔35交替； 不同直径的没有凸缘的孔35与不同直径和高度的具有凸缘的孔34 —起； 具有凸缘的孔34的数量大于没有凸缘的孔35的数量，例如，每行可仅包括没有凸缘的孔35。对具有凸缘的孔34和没有凸缘的孔35的数量及其直径进行选择，从而维持射流破碎器托盘3的开口百分比，该开口百分比通常在5%至25%的范围内，优选地在5%至 20%的范围内。本发明的优选实施例采用相同直径的没有凸缘的孔35，或者甚至没有穿孔，以及具有少量毫米(0.5 — 3 mm)凸缘的孔34，其具有盖341、342。实际上，对于低流速，重要的是保持高的孔密度以便为此使用小的孔尺寸来适当地分布液体。对于较高的流速，尤其重要的是将过量的液体流分布在反应器的整个区段上，但是注射点处的密度较不关键，并且间隔可略微更大。盖是有必要的，以便在射流破碎器托盘上没有液体水平时防止液体穿过这些孔，这意味着对于低液体空间速度，离开立管的流可被分布在屏网的大表面区域上。倘若本发明的射流破碎器托盘意图在一液体水平的情况下操作，则分布对于不处于水平的射流破碎器托盘是敏感的，因而重要的是能够插入垂直于射流破碎器托盘的分隔板以在其不处于水平时限制射流破碎器托盘上的液体流的不平衡，并且防止液体在重力作用下聚集在射流破碎器的单一位置处并然后以不规则方式溢流到颗粒床上。在本发明的一个实施例中(在图6中示出)，射流破碎器托盘3可从而包括至少一个分隔元件32，也称为挡板。射流破碎器托盘可包括一个或多个分隔元件32。这些分隔元件可由垂直于射流破碎器托盘定位的板形成。它们的高度通常在射流破碎器托盘3的凸缘36的高度的20%至 100 %的范围内，优选地在50 %至90 %的范围内。它们通常布置在横向于射流破碎器托盘 3的平面中。根据本发明的一个实施例，分隔元件32被定向为在垂直于托盘3的最长边的平面中。这些分隔元件32可按照不同方式布置。它们可定位在混合通道2的直接下面，从而散布其流体。它们可定位在混合通道下面但是关于混合通道偏置，从而它们定位在两个混合通道之间。在某些情况中，射流破碎器托盘3的机械挠曲在反应器或柱的区段上不均勻。该挠曲使托盘在接近凸缘处变形极大，而在中心处变形较小。因此，可以将散布元件按照它们关于托盘3的凸缘36的位置的函数来分布。分隔元件32的分布因而按照它们在射流破碎器托盘3上的位置的函数而变化。例如，分隔元件32可按照算术方式布置。在这种情况中， 分隔元件32不是按照规则方式布置在混合通道2之间，而是分隔不同数量的混合通道2，例如分隔每1、2、3、4等等个混合通道2。它们也可在射流破碎器托盘3的端部处以更大的数量布置，例如在这些区域中分隔每个混合通道2，而在中部分隔每2、3、4等等个混合通道2。 这些示例不以任何方式限制，并且分隔元件32的任何位置均是可设想的。例如，分隔元件 32可布置成分隔每1至10个混合通道，优选地每1至5个混合通道。这些分隔元件32可具有平面矩形的形状，或者任何其他适于所使用的射流破碎器托盘3的形状。分隔元件32可以是实心的、穿通的或者多孔的，以便部分地或全部地密封射流破碎器托盘3的截面。不论它们形状如何，分隔元件32堵塞托盘截面的40%至100% 的范围，优选地50%至100%的范围。分隔元件32通过常规附接手段附接到射流破碎器托盘并且附接到凸缘36。用于将分隔元件23附接到射流破碎器托盘3的系统也可被设计成阻塞射流破碎器托盘3的一部分。附接系统可例如包括固定装置，该固定装置包括用于阻塞所述类型板的装置，其将塞住射流破碎器托盘3的一个或多个没有凸缘的孔35。该板的形状可以是圆形、椭圆形、正方形或矩形，或者其可具有不同的形状。板的形状和尺寸根据待阻塞的射流破碎器托盘3的表面积或孔数量来选择。这种板例如可阻塞一个或多个孔。可用螺钉和螺栓类型的附接系统将该板焊接或固定到射流破碎器托盘3，或者用适于本发明的装置的任何其他附接系统。图7示出了本发明的分布装置的简化实施方式。下面作为应用示例给出的描述涉及在反应器中使用的分布系统，该反应器以向下流动模式操作并适用于加氢处理。反应器包括器皿5，器皿5在其上部或反应器头部包括预分布器7。由预分布器7 分布的混合器以向下流动模式流到分布器托盘1，分布器托盘1位于第一粒状固体床61或催化床的上方。该托盘包括多个混合通道2，多个混合通道2开口到散布性射流破碎器型托盘3上。在其经过粒状固体床61之后并经过根据本发明的第二装置之后，两相混合器被直接重新分布到第二粒状固体床62上。以下的示例对本发明进行说明。示例
以下的示例对本发明进行说明。计算显示出射流破碎器托盘上的液体水平变化作为液
8体空间速度(Vsl)的函数。对于射流破碎器的适当操作，推荐使用屏网，其上的液体高度无法超过一定的临界高度(在0.1至1 mm的范围内)。在该高度范围内，射流破碎器可被认为更加柔性，其对应于宽范围的vsl。所有的计算均在10 cm/s的表面气体流速Vsg和10 MPa的压力下进行。示例1 (比较性)
使用射流破碎器托盘3，其包括没有凸缘的孔35。该孔的直径为8 mm，形成36 mm三角形图案。示例2 (比较性)
使用射流破碎器托盘3，其包括没有凸缘的孔35。该孔的直径为8 mm，形成22.5 mm三角形图案。示例3 (根据本发明)
使用射流破碎器托盘3，其包括没有凸缘的孔35和具有凸缘的孔34。该孔的直径为9 mm，形成25 mm三角形图案。具有凸缘的孔为0. 5 mm高。这些孔布置成行地在托盘上，没有凸缘的孔35与具有凸缘的孔34交替(每种50% )。结论
图8中示出了每种示例的结果，其代表液体水平的高度(H，以mm为单位的液体水平)作为液体空间速度(vsl，以cm/s为单位)的函数。对于屏网上的液体高度的推荐范围(0. 1至 1 mm的范围内)，各种射流破碎器型托盘3的操作范围如下 示例1 在0. 15至0. 5 cm/s的范围内； 示例2 在0. 4至1. 3 cm/s的范围内； 示例3 在0. 2至1. 2 cm/s的范围内。从而，具有两种类型孔的射流破碎器的操作范围更宽，屏网在更宽范围的流速下操作。本发明不限于上面给出的细节，在不超出本发明的应用范围的情况下，允许其他特定类型的实施例。因此，当前实施例应被认为是示例性的，并且可在不超出权利要求所限定范围的情况下被修改。
权利要求
1.一种用于分布由至少一个气相和至少一个液相构成的多相混合物的装置，所述混合物以向下流动模式经过至少一个固体颗粒床，并且所述装置包括位于固体颗粒床上方的至少一个托盘(1)、用于所述液相和气相的多个混合通道(2)、具有孔的射流破碎器托盘型的散布系统(3)，所述散布系统(3)在其周边的至少一部分上设置有凸缘(36)并且布置在所述混合通道(2)下面以及在所述固体颗粒床上方，所述分布装置的特征在于所述散布系统(3)包括至少两种类型的孔(34、35)。
2.如权利要求1所述的装置，其中，所述散布系统(3)包括至少一个具有凸缘的孔(34) 和至少一个没有凸缘的孔(35)。
3.如权利要求2所述的装置，其中，所述具有凸缘的孔(34)的高度在0.1至20mm的范围内并且直径在2至20 mm的范围内。
4.如权利要求2或3所述的装置，其中，所述没有凸缘的孔(35)的直径在2至20mm 的范围内。
5.如权利要求2至4中任一项所述的装置，其中，所述具有凸缘的孔(34)包括盖(341、 342)。
6.如权利要求2至5中任一项所述的装置，其中，所述散布系统(3)包括与至少一行具有凸缘的孔(34)交替的至少一行没有凸缘的孔(35)。
7.如权利要求2至5中任一项所述的装置，其中，所述散布系统(3)包括至少一行孔， 所述至少一行孔包括与至少一个具有凸缘的孔(34)交替的至少一个没有凸缘的孔(35)。
8.如权利要求2至7中任一项所述的装置，其中，所述孔的集合按照错列图案或者正方形或三角形图案布置，在每种情况中具有规则间隔或不同的间隔。
9.如权利要求2至8中任一项所述的装置，其中，所述孔的分布取决于它们关于反应器中心的位置而不同。
10.如权利要求2至9中任一项所述的装置，其中，所述散布系统(3)包括至少一个分隔元件(32)，所述至少一个分隔元件(32)由实心或穿通或多孔板形成，具有平面长方体的形状，垂直于所述射流破碎器托盘(3)定位。
11.如权利要求10所述的装置，其中，所述分隔元件(32)的高度在所述射流破碎器托盘(3)的凸缘(36)的高度的20%至100%的范围内，并且封闭所述射流破碎器托盘(3)的截面的40%至100%的范围。
12.如权利要求10或11所述的装置，其特征在于，所述分隔元件(32)定位在混合通道 (2)下面或者关于所述混合通道(2)偏置使得其定位在两个混合通道(2)之间。
13.如权利要求1至12中任一项所述的装置，其特征在于，所述混合通道是立管或蒸汽升管或泡帽。
14.根据权利要求1至13中任一项的装置在反应器中的用途，所述反应器适用于加氢处理或氢化或氧化。
全文摘要
本发明涉及一种包括穿有不同类型孔的射流破碎器托盘的用于分布多相混合物的装置，所述混合物由至少一个气相和至少一个液相构成，所述混合物以向下流动模式经过至少一个固体颗粒床，并且所述装置包括位于固体颗粒床上方的至少一个托盘(1)、用于所述液相和气相的多个混合通道(2)、具有孔的射流破碎器托盘型的散布系统(3)，所述散布系统(3)在其周边的至少一部分上设置有凸缘(36)并且布置在所述混合通道(2)下面以及在所述固体颗粒床上方，所述分布装置的特征在于所述散布系统(3)包括至少两种类型的孔(34、35)。
文档编号B01J4/00GK102430366SQ20111025818
公开日2012年5月2日 申请日期2011年9月2日 优先权日2010年9月3日
发明者布瓦耶 C., 加尼埃 E., 奥吉耶 F., 巴泽尔-巴希 F. 申请人:Ifp 新能源公司