一种固定床反应器用催化剂格栅及固定床反应器的制作方法

本发明涉及到石油化工反应中催化剂的支撑固定领域，具体的说是一种固定床反应器用催化剂格栅及固定床反应器。

背景技术：

1、在石油化工生产过程中，反应物料通入反应器内，在反应器内催化剂的催化作用下发生反应。为了使反应物料能够充分与催化剂接触，现有的固定床反应器中，催化剂层一般是通过约翰逊网制成的格栅夹持固定在反应器内，形成的催化剂床层，由于约翰逊网是网状结构，反应物料会穿过约翰逊网与催化剂接触，不会对反应物料在反应器内的流动产生影响；

2、在反应过程中，催化剂之间、催化剂与反应物料之间以及催化剂与格栅之间，不断发生着摩擦、冲刷以及碰撞，导致催化剂受到磨损和破坏，进而致使反应压力增大、反应温度不均匀、反应效率降低等问题，不利于反应过程的控制。

3、为了解决催化剂的磨损和破坏问题，目前普遍采取的措施是增大催化剂强度，但是在运行一段时间后，催化剂仍会不可避免的产生磨损，尤其是在非正常工况条件下，催化剂磨损现象更加明显；而且增大催化剂强度，一般是通过改变制造工艺，或改变催化剂成分，都不可避免的会提高催化剂的成本。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种固定床反应器用催化剂格栅及固定床反应器，通过对约翰逊网的结构进行改进，从而改变了催化剂颗粒的流动参数，大幅度降低催化剂颗粒在流动时颗粒间的磨损以及与约翰逊网之间的磨损，同时，也能在一定程度上改善穿过催化剂层后反应物料的分布均匀性。

2、本发明为实现上述技术目的所采用的技术方案为：一种固定床反应器用催化剂格栅，该格栅为金属丝条编织形成的约翰逊网，以格栅中心为基准划分出中心区和环绕中心区的导流区，其中，中心区的金属丝条具有接触催化剂层的平面接触面，每个平面接触面的两侧形成缝隙通道，所述导流区金属丝条具有与催化剂接触并向催化剂方向凸起的弧形接触面，每个弧形接触面的两侧也形成缝隙通道，且沿中心向边缘的方向，弧形接触面的曲率逐渐减小。

3、作为上述固定床反应器用催化剂格栅的一种优化方案，所述中心区占格栅表面积的20-30％。

4、作为上述固定床反应器用催化剂格栅的另一种优化方案，所述中心区的缝隙通道的宽度，从平面接触面的一侧向另一侧逐渐增大。

5、作为上述固定床反应器用催化剂格栅的另一种优化方案，所述中心区约翰逊网的缝隙通道开口处的宽度与平面接触面的宽度之比为0.5-2。

6、作为上述固定床反应器用催化剂格栅的另一种优化方案，所述中心区的金属丝条截面形状为等腰三角形、等腰梯形或两者拼接形成的异形形状，且两者拼接时，等腰三角形的底边与等腰梯形的短底边连接为一体；所述等腰三角形、等腰梯形或两者拼接形成的异形的拐角均做倒角处理，形成弧形过度。

7、作为上述固定床反应器用催化剂格栅的另一种优化方案，所述等腰梯形或拼接形成的异形中，均以长底边作为平面接触面。

8、作为上述固定床反应器用催化剂格栅的另一种优化方案，所述等腰梯形或等腰三角形侧边与竖直方向的夹角为30-50°，且支撑平面两侧的缝隙通道的开口处宽度为等腰三角形底边宽度或等腰梯形短底边宽度的0.5-5倍。

9、作为上述固定床反应器用催化剂格栅的另一种优化方案，所述倒角处理时，倒角弧度依据催化剂的颗粒形状确定，且当催化剂为球形时，倒角弧度不小于球形催化剂的直径，当催化剂为条形时，倒角弧度不小于5倍的催化剂直径。

10、作为上述固定床反应器用催化剂格栅的另一种优化方案，所述导流区金属丝条的截面为矩形或椭圆形，且矩形的两个端面形成与催化剂接触的弧形接触面。

11、作为上述固定床反应器用催化剂格栅的另一种优化方案，所述导流区的缝隙通道为变径通道，且其宽度从弧形接触面的一侧向另一侧先逐渐缩小、再逐渐增大，并在中间位置形成颈缩段。

12、一种固定床反应器，包括沿反应物流动方向分布的若干催化剂单元，每个催化剂单元包括催化剂床层和夹持固定催化剂床层的两层格栅，所述格栅采用上述的格栅。

13、作为上述固定床反应器的一种优化方案，沿反应物流动方向，相邻两个催化剂单元的格栅中，中心区金属丝条的平面接触面的宽度与缝隙通道的宽度之比逐渐增大；处于导流区相同位置的金属丝条弧形接触面的宽度与缝隙通道的宽度之比逐渐增大。

14、与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

15、本发明通过将约翰逊网做成的格栅分成中心区和边缘的导流区两部分，中心区约翰逊网的丝条形状做成具有与催化剂接触的平面接触面，导流区约翰逊网的丝条形状做成具有与催化剂接触的弧形接触面，从而改变了催化剂颗粒的流动参数，大幅度降低催化剂颗粒在流动时颗粒间的磨损以及与约翰逊网之间的磨损，同时，也能在一定程度上改善穿过催化剂层后反应物料的分布均匀性；经过实验证明，相比较于现有截面为圆柱的约翰逊网，在固定床反应器中使用本发明的约翰逊网制作格栅盘结构，可以有效提高气液两相经过格栅盘时的均匀程度10％左右，而且降低了上流式固定床反应器催化剂颗粒的磨损50％以上。

技术特征：

1.一种固定床反应器用催化剂格栅，该格栅为金属丝条编织形成的约翰逊网，其特征在于：以格栅中心为基准划分出中心区和环绕中心区的导流区，其中，中心区的金属丝条具有接触催化剂层的平面接触面，每个平面接触面的两侧形成缝隙通道，所述导流区金属丝条具有与催化剂接触并向催化剂方向凸起的弧形接触面，每个弧形接触面的两侧也形成缝隙通道，且沿中心向边缘的方向，弧形接触面的曲率逐渐减小。

2.根据权利要求1所述的一种固定床反应器用催化剂格栅，其特征在于：所述中心区占格栅表面积的20-30％。

3.根据权利要求1所述的一种固定床反应器用催化剂格栅，其特征在于：所述中心区的缝隙通道的宽度，从平面接触面的一侧向另一侧逐渐增大。

4.根据权利要求1所述的一种固定床反应器用催化剂格栅，其特征在于：所述中心区约翰逊网的缝隙通道开口处的宽度与平面接触面的宽度之比为0.5-2。

5.根据权利要求1所述的一种固定床反应器用催化剂格栅，其特征在于：所述中心区的金属丝条截面形状为等腰三角形、等腰梯形或两者拼接形成的异形形状，且两者拼接时，等腰三角形的底边与等腰梯形的短底边连接为一体；所述等腰三角形、等腰梯形或两者拼接形成的异形的拐角均做倒角处理，形成弧形过度。

6.根据权利要求5所述的一种固定床反应器用催化剂格栅，其特征在于：所述等腰梯形或拼接形成的异形中，均以长底边作为平面接触面。

7.根据权利要求5所述的一种固定床反应器用催化剂格栅，其特征在于：所述等腰梯形或等腰三角形侧边与竖直方向的夹角为30-50°，且支撑平面两侧的缝隙通道的开口处宽度为等腰三角形底边宽度或等腰梯形短底边宽度的0.5-5倍。

8.根据权利要求5所述的一种固定床反应器用催化剂格栅，其特征在于：所述倒角处理时，倒角弧度依据催化剂的颗粒形状确定，且当催化剂为球形时，倒角弧度不小于球形催化剂的直径，当催化剂为条形时，倒角弧度不小于5倍的催化剂直径。

9.根据权利要求1所述的一种固定床反应器用催化剂格栅，其特征在于：所述导流区金属丝条的截面为矩形或椭圆形，且矩形的两个端面形成与催化剂接触的弧形接触面。

10.根据权利要求1所述的一种固定床反应器用催化剂格栅，其特征在于：所述导流区的缝隙通道为变径通道，且其宽度从弧形接触面的一侧向另一侧先逐渐缩小、再逐渐增大，并在中间位置形成颈缩段。

11.一种固定床反应器，包括沿反应物流动方向分布的若干催化剂单元，每个催化剂单元包括催化剂床层和夹持固定催化剂床层的两层格栅，其特征在于：所述格栅采用如权利要求1-9中任意一项权利要求所述的格栅。

12.根据权利要求11所述的固定床反应器，其特征在于：沿反应物流动方向，相邻两个催化剂单元的格栅中，中心区金属丝条的平面接触面的宽度与缝隙通道的宽度之比逐渐增大；处于导流区相同位置的金属丝条弧形接触面的宽度与缝隙通道的宽度之比逐渐增大。

技术总结
一种固定床反应器用催化剂格栅及固定床反应器，属于石油化工反应中催化剂的支撑固定领域，格栅为金属丝条编织形成的约翰逊网，以格栅中心为基准划分出中心区和环绕中心区的导流区，中心区的金属丝条具有接触催化剂层的平面接触面，每个平面接触面的两侧形成缝隙通道，导流区金属丝条具有与催化剂接触并向催化剂方向凸起的弧形接触面，每个弧形接触面的两侧也形成缝隙通道，沿中心向边缘的方向，弧形接触面的曲率逐渐减小。本发明通过对约翰逊网的结构进行改进，从而改变了催化剂颗粒的流动参数，大幅度降低催化剂颗粒在流动时颗粒间的磨损以及与约翰逊网之间的磨损，也能在一定程度上改善反应物料的分布均匀性。

技术研发人员：陈强,魏嘉,盛维武,李小婷,程永攀,李琳鸽
受保护的技术使用者：中国石油化工股份有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15