[发明专利]径向催化反应器和控制流体均匀分布的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种反应器以及控制流体均匀分布的方法，具体涉及一种径向催化反应器。

背景技术

在化学工业和石油化工中，固定床催化反应器是一种应用广泛的核心设备，在合成氨、硫酸、甲醇、催化重整、乙苯脱氢、乙烯与醋酸反应制醋酸乙酯、异构化、加氢精制等等化工过程，反应器型式都有采用固定床的。

固定床催化反应器按流体通过床层的方式可分为轴向反应器和径向反应器两大类。流体以反应器中心轴所指的方向通过催化剂床层的反应器，称为轴向反应器。

流体沿半径方向或直径方向通过催化床的反应器，称为径向反应器。

轴向反应器结构简单、使用方便，但流体通道受设备横截面的限制，造成床层压降较大，同时对催化剂的强度要求较高，一般在常压、中低压的条件下使用。

径向反应器与轴向反应器相比，在同样的停留时间下，由于有较大的流道面积和较短的流程，因此床层压降小，可使用小颗粒催化剂等优点，但是必须采用一定的工程强制手段使气体均匀分布，内部结构较复杂，在负压或中高压的大生产过程中，它是一种新颖的固定床催化反应设备。

径向反应器由于流体流通面积大，催化剂床层较薄，因此存在着流体沿轴向的均匀分布问题。如果反应气体在催化剂床中分布不均匀，将会影响反应器的温度分布、浓度分布、热稳定性等，还会引起催化床局部过热，影响产物质量和反应器的生产能力。

因此，径向反应器的流体均匀分布是反应器的设计的一个十分关键的问题。在径向反应器中，依据进出口管的布置情况，可以分为两种典型的形式，即所谓的Z径向反应器和∏型径向反应器，进出口管在设备两端的为Z径向反应器，进出口管在设备一端的为∏型径向反应器。

为了获得径向反应器中均匀的流体分布，一种常见的工程措施是采用增加开孔孔板，通过孔板上流体穿过小孔的阻力来调整流体通过小孔的流量，从而可以通过调节局部开孔的数量以及开孔的直径、排列方式等来获得均匀的流量的分布，另一种采用的工程技术措施是采用锥形的流动通道和导流体。在现有专利技术中，中国专利ZL88102155A，美国专利US5358698和欧洲专利EP0724906A1，中国专利ZL92224899.0公开了径向反应器中控制流体均匀分布的方法以及实现其目的的反应装置。

中国专利ZL88102155A公开了在催化反应器中，设置有一个进口分布器，一个出口收集器，并通过增加进口分布器和出口收集器阻力的方法来获得均匀流体分布的方法，其分布器阻力一般与催化剂床层的阻力相等，并且最好能达到床层阻力的90％，明显地是通过高阻力的孔板来获得均匀的流体分布。

美国专利US5358698和欧洲专利EP0724906A1描述了一种通过设置在Z型径向反应器中心管中的抛物形导流器来获得流体均匀分布的方法。

中国专利ZL92224899.0中也描述了一种针对Z型径向反应器的低阻力均布器，同样的也采用抛物形导流器来获得流体均匀分布。

但是，上述专利披露的技术，由于采用小孔高阻限流或抛物形导流器大幅度强制缩减流动面积等原因，存在着流体阻力高的缺陷，需要进一步改进。

发明内容

本发明的目的在于提出一种径向催化反应器控制流体均匀分布的方法，以克服现有径向催化反应器流体阻力高的缺点。

本发明的基本原理和构思是这样的：

通常，径向催化反应器的进口和出口在反应器设备的两端，即所谓的Z型径向反应器，气体在分流和合流通道中的流体方向是一致的。在分流通道中流体主流沿轴线方向不断向前流动，同时不断通过小孔流出；分流出的流体使得主流体的流速不断减缓，直至为零，从而引起主流体的静压有升高的趋势，同时主流体由于流动阻力而导致主流体静压有下降的趋势，主流体的静压与通道结构、流动条件有关。一般地，由于流速减缓而造成静压上升的量远大于由于流动阻力而导致主流体静压下降量，因此在分流通道中流体的静压总体上是上升的。在合流流动中，流体在集气管中流动时，不断有流体通过小孔流入，汇入管内主流，因此管内主流体的质量是不断增加的，随着主流体的流速的变化而引起静压的下降，同时流动的阻力也引起主流体静压的下降，所以在合流通道中流体的静压总体上是下降的，而且是加速下降的。所以在分流通道和合流通道中的静压变化是完全相反的，工程上常采用增加分流通道和合流通道侧壁开孔的阻力来平衡分流和合流通道两侧的压力不均衡的，从而到达流体均匀分布的目的。