用于将固体物料保持在径向流反应器中的装置及其制造方法

摘要

本发明提供了用在径向流反应器中的装置。该装置包括第一分隔件和第二分隔件，并具有联接在第一和第二分隔件之间的支承部件。第一分隔件包括允许流体从其中通过的第一开口和第二开口。挡板延伸到由相邻的支承部件形成的流动通道中以阻塞第一开口的上部部分或下部部分，从而中断流经流动通道的一部分流体流。

说明书

优先权声明

本申请要求于2012年6月20日提交的美国临时专利申请No.61/662,095的权益。

技术领域

本发明涉及其中流体在整个催化剂床层或吸附剂床层上流动的交叉流或径向流反应器或吸附器。具体地，本发明涉及反应器或吸附器的内部构件，所述内部构件用于分配流体流和用于提供适于防止催化剂流或吸附剂流穿过入口筛或出口筛的装置。

背景技术

多种工艺使用径向流反应器以提供流体与固体之间的接触。固体通常包括催化材料，流体在催化材料上反应以形成产品。所述工艺涵盖了一系列工艺，包括烃类转化、气体处理和用于分离的吸附。

径向流反应器构造成使得反应器具有环状结构并且有环状的分配和收集装置。用于分配和收集的装置通常包括某些类型的筛面。筛面用于保持催化剂床层就位且用于帮助压力分布在反应器的表面上以促进径向流通过反应器床层。筛可以是由丝(例如金属丝)或其它材料制成的网状件，或冲孔的板。对于固定床或移动床而言，筛或网状件提供了用于防止固体催化剂颗粒损失同时允许流体流动通过床层的屏障。在移动床中，固体催化剂颗粒在顶部添加、流动通过装置并在穿过允许流体在催化剂上流过的内置筛式(screened-in)包封件时在底部被去除。在固定床中，催化剂或吸附剂被装载到位于筛或其它保持装置之间的床层中，且筛在保持催化剂就位的状态下允许流体在催化剂上流过。筛优选地由非反应性材料构造而成，但实际上筛通常因腐蚀和/或侵蚀而经历一些反应，并随着时间推移而经受由被腐蚀或侵蚀的筛或网状件引起的问题。

筛的一种类型是异形丝筛(profile wire screen)，其中异形丝缠绕在支承件周围，并在丝缠绕在支承件周围时为丝设定预定间隔。筛然后被切割并整平并然后被重新轧制或重新成形。所述筛在US 2,046,458和US4,276,265中示出。当被整平时，筛包括异形丝，所述异形丝通常竖向地取向，其中支承杆附接至异形丝并横跨异形丝且与该异形丝正交地自异形丝延伸。筛可以被用作入口分配装置或用于容纳催化剂的其它装置的一部分。入口分配装置的一种类型是具有扇贝形状的反应器内件，其在US 6,224,838和US 5,366,704中描述。扇贝形状和设计为径向流反应器的入口提供了良好的气体分配，但使用筛或网状件来防止固体通过。扇贝形状是方便的，因为其允许容易地放置在反应器中而无需担忧容器壁的弯曲。用来将催化剂颗粒保持在床层内的筛或网状件的尺寸设计为具有足够小以致颗粒不能通过的孔。

在一种常见方法中，异形丝筛形成为在大致竖向的环状反应器内环绕该反应器的中心轴线沿竖向延伸的大致管状或圆柱形的形状。穿孔的板可在反应器内与异形丝分隔开并在筛的流体侧上连接至支承杆的对向边缘，而异形丝通常定向在物料侧上。板也在反应器内成形或定向为管状或圆柱形的形状。根据反应器的类型和筛在反应器内定位的位置，板可更靠近反应器的中心或外壁。如上所述，板通常包括具有多个开口的冲孔的或穿孔的板。支承杆定向在开口上方和下方并形成通道，所述通道用于使流体从板中的开口流至异形丝筛中的开口或网格，以向固体催化剂床层或吸附剂床层提供良好的流体分配。在一种设计中，反应器包括中央管道，该中央管道包括内环状板和如上所述的外环状异形丝筛。流体从入口流经中央管道且通过板开口并从筛流出以接触催化剂。

近来已确定的是，流动通过板开口和通道的流体可形成射流，所述射流在与筛和位于筛的对向侧上的固体物料接触时会导致筛和/或固体物料振动、加快异形丝筛的外表面的腐蚀或侵蚀以及可能损坏固体物料。这会降低反应器内的设备和催化剂或吸附剂的寿命，增加反应器的维护成本，以及增加更换反应器的内部构件所需的停机时间。

反应器的用于克服这些限制的设计可以显著地节省用于修复的停机时间以及作为处理烃类的成本的显著部分的催化剂损失。

附图说明

图1示出反应器构型；

图2示出用于在根据各种实施例的径向流反应器内使用的筛的透视图；

图3示出图2的筛的侧视截面图；

图4示出用于在根据各种实施例的径向流反应器内使用的板；

图5示出用于在根据各种实施例的径向流反应器内使用的替代性的板。

具体实施方式

径向流反应器通常产生苛刻的化学环境和在压力和温度方面的不利的操作条件，其在这些类型的反应器中的筛上形成巨大的应力。热循环和催化剂的重量会导致筛弯曲。需要用于保持催化剂的更牢固的筛或装置。

径向流反应器和一般的交叉流系统需要筛来容纳用在反应器中的催化剂。虽然本说明书依据反应器系统描述，但本文描述的设备和工艺也应用于吸附器或其它用于使流体与固体接触的设备。

催化剂腔室内部格栅当前用在在烯烃生产——例如丙烷脱氢为丙烯或异丁烷脱氢为异丁烯——中以将一个或多个吸附剂床层支承在腔室内或使各个吸附剂床层分开。当前使用的格栅通常利用异形丝构型制造。

参见图1，示出了根据一个方案的径向流反应器10，其包括内环状分隔件和外环状分隔件，所述内环状分隔件和外环状分隔件用于将固体物料环状床层支承在该内环状分隔件与外环状分隔件之间。反应器10包括反应器壳体20、呈中央管道30形式的一个分隔件、呈筛式分隔件40形式的外分隔件、和固体粒子床层或催化剂床层50。在一个方案中，反应器10构造成使得流体经位于反应器的底部的入口32进入反应器10并沿箭头11所示的方向向上移行通过中央管道30。当流体向上流动时，部分流体被沿径向引导经中央管道进入催化剂床层50内，在催化剂床层处流体与催化剂接触并反应生成产品流。该产品流沿径向向外流动经外筛式分隔件40进入该筛式分隔件40与反应器壳体20之间的环状空间14中。产品流聚集在环状空间14中并移行通过反应器出口12。根据图2所示的另一方案，反应器可构造成具有相反的流型，使得流体经入口13进入反应器、进入反应器壳体20与外筛式分隔件40之间的环状空间14内并沿径向向内流经催化剂床层50，在催化剂床层处流体与催化剂接触并反应生成产品流。产品流沿径向向内流经中央管道30——其在该中央管道中聚集——并经出口32离开。反应器10和流动的其它构型也是可能的并且在本文中设想到。

如目前所实践的，在反应器包括像图1中所示的径向向外流动构型的情况中，中央管道30包括外催化剂侧异形丝筛和内流体侧穿孔板。外分隔件还可包括内催化剂侧异形丝筛和/或外流体侧穿孔板。替代地，在反应器包括图2的径向向内流动构型的情况下，外分隔件40包括内催化剂侧异形丝筛和外流体侧穿孔板。中央管道30还可包括外催化剂侧异形丝筛和/或内流体侧穿孔板。在这两种构型中，异形丝筛可能遭受应力和腐蚀性环境，包括对异形丝筛的流体射流以及异形丝筛和催化剂中的一者或两者对另一者的振动，这会引起异形丝筛的腐蚀和侵蚀以及对催化剂的损害。

分隔件30和40必须履行这样的职责，即，防止固体催化剂颗粒通过并允许流体通过，同时提供结构强度以克服固体颗粒的重量的压力来保持催化剂。

根据一个方案，用于将固体物料保持在反应器10中的装置在图3-4中示出。装置100包括流体侧分隔件102和催化剂侧分隔件105。如文中所用，“流体侧”是指更靠近反应器内的流体——诸如更靠近流经中央管道30或在环状空间14中的流体——的一侧或部分，而“催化剂侧”是指更靠近反应器内的催化剂床层50或其它固体物料床层的一侧或部分。如文中所述，所述装置可包括或形成中央管道30和/或外分隔件40的一部分。为易于说明，下文将关于用作图1的向外径向流动构型反应器内的中央管道30的一部分的装置进行描述，但应该理解的是，这些原理和描述也可应用于上述其它反应器设计。将反应器和构件说明为具有圆柱形结构旨在不仅包括圆柱形结构，并且还包括由单独的平面构件组成的结构，所述平面构件在组装好时形成多面结构，诸如具有八边形或十二边形的截面形状或任何多边形截面，但可以基本上被看作是圆柱形结构。

在一个方案中，流体侧分隔件102包括板104，板104具有贯穿该板的开口106。当定位在反应器10中时，板具有环绕反应器10的中心轴线17的环状形式，以及可以不同方式形成，包括例如单个中空的圆柱形板或管或环绕轴线17沿周向并排定位的多个平的或弓形的板。板还包括贯穿板104的厚度延伸的开口106。开口106可以是圆形的或其它形状的，包括围绕板延伸的多种多边形形状或狭槽。如图3所示，板包括可冲透或钻透板104形成的圆形开口106。

根据一个方案，催化剂侧分隔件105包括异形丝筛108。US 2,046,458和US 4,276,265——通过引用将这两篇文献并入本文——公开了异形丝筛的典型结构和制作异形丝筛的方法。异形丝筛108包括大致竖向地取向且水平地分隔开的多个异形丝110和大致水平地取向且竖向地分隔开的多个支承部件112，所述支承部件横跨异形丝110延伸。支承部件112大致与异形丝110正交地自所述异形丝延伸，并在该支承部件的一个端部处114联接至异形丝。应该理解的是，文中为了易于描述，使用诸如“水平”和“竖向”的术语仅基于如图3所示的基础来描述分隔件102和104。然而，应该理解的是，当分隔件形成为用在反应器10中或定位在环状反应器10内时，“水平”可指周向或径向，而“竖向”可指轴向。例如，当位于反应器内时，异形丝110将大致轴向地取向并环绕反应器10的中心轴线17周向地分隔开。类似地，正交地延伸的支承部件112可根据反应器的构型而沿径向向内或向外延伸。

在一个方案中，支承部件112包括支承杆114。支承杆114可在对向的两边缘部分115和116处联接在异形丝110与板104之间。异形丝110和支承杆114相交而形成穿过异形丝筛108的开口或狭槽124。在一个方案中，相邻的支承部件的边缘部分116在板104的开口106的上方和下方沿竖向对齐。以这样的方式，下支承部件的上表面118和相邻的上支承部件的下表面120形成了与板开口106和狭槽(即，异形丝筛开口)124流体连通的流体通道122。这样，多个流体流动通道(即，流体通道)122在竖向上沿着装置100形成，以限定出用于使流体流通过装置100或分隔件——例如中央管道30——的流体流动路径。

在一个方案中，挡板126延伸到流体流动路径中以阻塞或中断从流体流动路径中通过的一部分流体流。在一个示例中，挡板126延伸到流体流动路径或通道122的上部部分128和下部部分130中的位于反应器10入口32的远侧的一者中。亦即，例如，在入口32如图1所示位于反应器的底部部分的情况中，挡板延伸到开口106或通道122的上部部分中。在另一示例中，挡板126延伸到流体流动路径或通道的上部部分128和下部部分130中的位于流体流动的方向的远侧的一者中。亦即，参照图3，在流体沿着板104沿竖向向上移行的情况中，挡板126延伸到流体流动路径或通道122的上部部分128中以阻塞通道122的上部部分和/或开口106，如图3所示。另一方面，在流体沿着板104在竖向上向下移行的情况中，挡板126延伸到流体流动路径或通道122的下部部分130中以阻塞通道122的下部部分和/或开口106。出乎意料地，已确定的是通过以所述方式将挡板定位在流动通道内可以减少流体射流，并且可以实现通道122内的和沿着异形丝108的更均匀的流体速度分布，以减小导致异形丝筛108和/或催化剂的振动和侵蚀和腐蚀的局部峰值速度。

在本说明书描述了阻塞开口或通道的上部部分或下部部分的挡板的情况中，该描述包括独自阻塞开口或与另一构件——诸如支承杆114——组合的挡板。例如，如图4所示，支承杆114和挡板126两者都部分地阻塞开口106。

在一个示例中，挡板延伸到流动路径中以阻塞开口106和/或通道122的上部5％与70％之间。在另一示例中，挡板126延伸到流动路径中以阻塞开口106和/或通道122的上部10％与50％之间。在又一示例中，挡板126延伸到流动路径中以阻塞开口106和/或通道122的上部20％与30％之间。在这些示例中，在一个示例中挡板可阻塞开口的宽度的75％与100％之间，在另一示例中可阻塞开口的宽度的85％与100％之间。

例如，开口的高度在10mm与25mm之间。再例如，开口的高度在11mm与21mm之间。又例如，开口的高度在11mm与13mm之间。在一个示例中，挡板阻塞开口高度的上部或下部2mm与10mm之间。在另一个示例中，挡板阻塞开口高度的上部或下部3mm与7mm之间。在一个示例中，支承杆114的厚度在2mm与10mm之间，且挡板自支承杆沿竖向延伸1mm与5mm之间且在另一示例中自支承杆延伸2mm与4mm之间。

在一个方案中，如图3和4所示，挡板126联接至支承部件并自该支承部件沿竖向延伸到流体流动通道122的上部部分和下部部分中的一者中。在所示的示例中，挡板126自支承杆112的大致靠近板104的端部116向下延伸。在另一个示例中，挡板可延伸到开口106本身中。在又一示例中，挡板在距板104一定距离处且在板104与异形丝110之间自支承部件114向下延伸。例如，挡板126的前表面130定位在处于板104附近与在板104和异形丝110之间的距离的50％处之间的位置。再例如，挡板126的前表面130定位在处于板104附近与在板和异形丝110之间的距离的30％处之间的位置。在一个示例中，挡板126的前表面130定位在板的流体侧表面132与异形丝110之间的距离的10％与50％之间的位置。再例如，挡板的前表面130定位在板的流体侧表面132与异形丝110之间的距离的20％与35％之间的位置，且在另一个示例中在该距离的25％与30％之间的位置。在另一示例中，挡板偏移距离(板的流体侧表面132与挡板的前表面130之间的距离)与开口高度之比在0.5与1.5之间且在另一示例中在0.75与1之间。出乎意料地，已发现，同具有与板的前表面对齐或非常靠近的挡板或仅仅减小板中的开口106的尺寸相比，使挡板前表面130偏离板的流体侧表面132改善了流动特性、降低了局部峰值速度并且减少了腐蚀和侵蚀。

在一个方案中，挡板联接至支承杆112并自其延伸。挡板126可大致与支承杆112正交地自该支承杆延伸。根据如图3-4所示的方案，支承杆112具有L形截面，其中支承杆112的一个腿部大致与异形丝筛正交地自该异形丝筛延伸以形成支承杆的主要部分134，而支承杆的另一腿部形成自支承杆114向下延伸的挡板126。以此方式，挡板126可大致邻近板104。根据如图5所示的另一个方案，支承杆112可具有T形截面，该T形截面具有主要部分150和挡板部分152，所述主要部分用于联接至异形丝110并与该异形丝正交地自该异形丝延伸，所述挡板部分与异形丝110大致平行地自主要部分150延伸以形成挡板126。以这样的方式，挡板126可偏离板104。根据以上描述的任一方案，支承杆114可以任何已知的方式形成，包括焊接或弯曲杆以形成杆的L形或T形。

在如图6所示的另一个方案中，挡板200与板202本身一体形成。替代自支承杆114延伸的另一挡板或除了该另一挡板之外地，可设置挡板200。这样，挡板200部分地延伸到开口204中。根据这个方案，板包括从板的流体侧表面穿过板202的厚度的一部分延伸的第一局部开口206。板包括穿过板的厚度的另一部分延伸到板的对向表面的第二局部开口208。第一和第二开口相交以形成穿过板202的整个厚度延伸的开口204。第二局部开口208的上表面或边缘部分210在竖向上偏移地位于第一局部开口206的上表面或边缘部分212下方。这样，板材料的位于第二局部开口边缘部分210上方的部分形成了用于阻塞或中断从其中通过的流体流的至少一部分的挡板200。根据另一个方案，板202可包括例如通过层压连接在一起的两个局部板。局部开口206和208可以是穿过局部板的开口，并且可通过使两个局部板对齐使得第二局部板的第二局部开口的上边缘部分210位于第一局部板的第一局部开口206的上边缘部分212下方来形成板202。这样，挡板200包括第二局部板的位于第二局部开口上边缘部分210上方的材料。应该理解的是，在需要阻塞开口204或流动通道122的下部部分的情况中，在本文中还可设想到相反的构型使得挡板200位于开口204的底部部分。

根据一个方案，提供了适于形成用于将固体颗粒保持在反应器中的装置的方法。所述方法包括提供异形丝筛，该异形丝筛具有由大致平行的多个细长的支承杆支承的大致平行分隔开的多个丝，所述支承杆在其一个边缘部分处联接至异形丝。所述支承杆可与异形丝大致正交地自该异形丝延伸，以限定出由异形丝和支承杆相交而成的开口。所述方法还包括形成联接至支承杆并自支承杆延伸的挡板。所述方法还包括提供具有多个开口的板。所述开口例如可通过钻削、铣削或冲压板而形成。

根据一个方案的方法包括将支承杆布置成在异形丝与板之间延伸，其中所述板大致平行于支承丝(即，异形丝)以使相邻的各支承杆限定出与板开口和异形丝开口流体连通的流动通道。这样，上支承杆限定出流动通道的上表面，相邻的下支承杆限定出流动通道的下表面。所述方法还包括将挡板的至少一部分定位成阻塞流动通道的上部部分和下部部分中的一者，使得流经该流动通道的流体将至少部分地被所述挡板部分阻塞。所述方法还包括使支承杆连接在异形丝与板之间以形成分隔件或装置。根据一个方案，形成挡板包括使支承杆的边缘部分向下弯曲以形成支承杆的大致L形截面，其中挡板包括L形截面的一个腿部。另一方面，可以使用其它方法来形成自支承杆延伸的挡板，包括但不限于通过焊接或其它手段将挡板附接至支承杆，以及挡板可形成支承杆的中间边缘部分以提供具有大致T形截面的支承杆。

在一个方案中，挡板可形成为自支承杆向下延伸并在与板联接时对齐成阻塞板开口的上部部分。

根据另一个方案，形成如文中大致描述的装置或分隔件的方法包括将具有T形或L形截面中的一者的多个细长支承杆布置成彼此大致平行以限定出假想多边形的顶点(顶边)。所述方法可包括使支承杆对齐成使得支承杆的一个部分或腿部相对于将形成的异形丝筛圆柱体大致沿径向向内延伸，而L形支承杆的另一腿部或T形支承杆的底部与所述圆柱体大致相切地延伸。所述方法包括顺着支承杆的长度沿着支承杆的边缘部分绕着支承杆卷绕异型丝。每个线圈都与相邻的线圈分隔开并连接至支承杆。以此方式，形成了大致圆柱形的异形丝筛。所述方法还包括切割支承杆中的两个之间的并大致平行的异形丝以及打通异形丝筛。可将所述异形丝筛整平并定位成使得异形丝大致竖向地延伸，且L形支承杆的另一腿部或T形支承杆的底部与异形丝大致平行地延伸以形成挡板。

根据该方案，所述方法还可包括提供如上所述的板，所述板具有多个贯穿该板延伸的开口。所述方法还包括将异形丝筛和板布置成使得挡板在竖向上离开支承杆以部分地阻塞开口的上部部分或下部部分。所形成的分隔件然后可形成大致圆柱形的形状以定位在反应器内。例如，多个这样的分隔件可形成并以弓形布置并排地定位，或者可使一个或多个分隔件弯曲以形成大致圆柱形的分隔件。

根据又一个方案，制造用于将固体保持在径向流反应器中的分隔件的方法包括：提供具有一定厚度的板，以及在板的一侧上穿过板厚度的第一部分形成局部开口。所形成的第一局部开口包括处于第一竖向高度处的上边缘部分或第一上表面。所述方法包括在板的对向侧上穿过板厚度的第二部分形成第二局部开口，该第二局部开口具有位于第一上表面下方的第二上表面，使得第一和第二局部开口相交以形成流体可从其中流过的完整开口。板的位于第二上表面上方的部分形成用于阻塞第一局部开口的上部部分的挡板。然而，替代地，可执行上述方法以在第一局部开口的下部部分形成挡板，如应容易理解的那样。在一个方案中，所述方法包括通过穿过板的厚度的第一部分从板的一侧去除板材料并穿过板的厚度的第二部分从板的另一侧去除板材料来形成第一局部开口和第二局部开口。在另一个方案中，借助通过第一局部开口去除材料而穿过板材料的第二部分形成较小的开口来形成第二局部开口。在又一个方案中，可在多个局部板中形成第一和第二局部开口，并且多个局部板可以对齐以形成挡板并诸如通过将多个局部板层压在一起而使多个板连接在一起。

虽然已关于具体实施例提供了本说明书，但应该理解的是，本说明书不应该局限于所公开的实施例，而是意在涵盖包括在所附权利要求的范围内的各种修改和等同设置。