用于限制三相流化床的出口处的固体颗粒挟带的工艺和装置的制作方法

本发明涉及通过沸腾床进行操作的三相反应器的领域。这种类型的反应器（例如）用于精炼中以进行重油馏分的转化，例如从油或油馏分的大气蒸馏或者在真空下蒸馏得到的残余物。术语“三相”是指在反应介质中存在三种相的事实：对应于催化剂颗粒的固相、对应于待处理进料的液相以及通常对应于用于实现加氢处理或加氢转化反应的氢气的气相。

术语“沸腾床”是指三相床，其中固体颗粒通过液相被流化，气相以气泡形式通过流化介质。沸腾床与具有悬浮状态（根据英语的“浆态”，slurry）中的催化剂的三相床的不同之处在于，在“浆态”中，固相由于固体颗粒的非常小的尺寸而分散在液相内。

背景技术：

在现有技术的文献中，引用以下文献：

专利fr2963893描述了一种减少来自气/固两相混合物的固体挟带的工艺，该固体通过气体被流化。该工艺包括通过置于流化床的一部分中的内部构件来分离由气体所挟带的固体颗粒的步骤。

还存在用于分离液体/气体混合物的工艺，其中液相还可以含有固体（英语为“浆态”类型的悬浮液）。这种混合物存在于例如烃进料加工转化或加氢处理的工艺中。

专利ep1374962b1描述了用于分离液/气两相混合物的装置，其包括用于分离和倾析液相的装置，其中液相可以包含固体，例如催化剂固体颗粒。这种类型的装置旨在改善气相中液相或固相/液相的分离，固体颗粒保持在液相中的悬浮状态中。该装置尤其包括再循环盖和在该盖的下部中延伸该盖的导管以及循环和倾析装置。

技术实现要素：

本发明涉及使用安装在反应器中并用于接收液体-气体-固体三相混合物的内部装置的沸腾床类型的三相流化床的工艺。该装置具有允许使气相的气泡破碎的几何形状，并且避免由该气相特别是由所述气相的较大气泡挟带固体颗粒。本发明还涉及使用配备有所描述的内部构件的所述反应器的三相沸腾床的工艺。

更确切地，本发明可以限定为使用沸腾床类型的三相流化床的工艺，所述工艺使用用于限制固体颗粒挟带的装置，所述装置被放置于三相流化反应器内。

三相流化反应器具有两级，固体的第一级（13），其对应于该固体在液相中的膨胀，然后在第一级上方的液体的第二级（14），其在原理上不再含有固体颗粒，所述装置被置于前述的这两级之间，并且包括一组平板或截锥形板，所述板沿着一排或更多排竖直地层层排列，并且该装置的最大截面介于流出物的出口管口（9）的截面的1倍到10倍之间，优选地介于2倍到8倍之间，并且以非常优选的方式介于流出物的出口管口（9）的截面的4倍到6倍之间。

根据本发明的第一变型，构成该装置的板（11）是平的。所述平板（11）以竖直层层排列的多排形式设置，每排包括设置成彼此平行的一定数量的平行板，并且相对于水平方向以角度α倾斜，该角度α介于10°到80°之间，优选地介于20°到60°之间。

还根据本发明的第一变型，连续多排的平形板（11）呈现交替的倾斜，其中一排相对于水平方向倾斜角度α1以及下一排相对于水平方向倾斜角度α2，使得角度的和α1+α2介于140度到220度之间，优选地介于160度到200度之间，并且以非常优选的方式介于165度到190度之间。

根据装置的此特定变型，多排板（11）按如下方式交替设置：一排板具有相对于水平方向所测量的角度α1，然后下一排具有相对于水平方向所测量的角度α2，然后再下一排具有角度α1，以及再下一排具有角度α2，且如果存在接下来的排，则依次类推。

装置的板（11）的排的数量通常介于2到6之间，并且优选地介于2到4之间。

根据本发明的装置的第二变型，所述装置包括截锥形的板和彼此之间同心的板的竖直堆叠（根据图4），其直径从下到上递增，装置以反应器的截面为中心并且装置具有的截面介于流出物的出口管口（9）的截面的2倍到8倍之间，优选地介于4倍到6倍之间。

根据本发明的装置的此第二变型，叠置的截锥形板的数量介于2到6之间，优选地介于2到4之间。

本发明还涉及使用上述装置的使用沸腾床类型的三相流化床的任何工艺，在该工艺中，气体的表观速度介于2cm/s到10cm/s之间，且优选地介于4cm/s到8cm/s之间，并且液体的表观速度介于1.4cm/s到5.6cm/s之间，且优选地介于2cm/s到4cm/s之间。

附图说明

图1示出设置有根据本发明的装置置于第一级（13）和第二级（14）之间的三相反应器的视图。在说明书中提供了第一级和第二级的明确定义。

图2示出构成根据本发明的装置的各种类型的板。

图3示出装置的俯视图（图3a和图3b）和侧视图（图3c和图3e）。

图3d允许明确示出板被定向的角度。

图4对应于根据本发明的装置的变型，其中具有截锥形形状的板不再对准，而是竖直叠放。

图5示出用于获得作为本申请的一部分的示例的沸腾流化床的模型的示意图。

图6允许通过曲线图（图6a）或直方图（图6b）来说明根据本发明的装置的性能与不具有该装置的反应器的性能的对比。

具体实施方式

图1示出了包括根据本发明的装置的三相反应器的原理示意图。反应器（1）在其下部包括催化剂供给（6）；一般为烃类进料的供给（4），其包括用于引入通常与反应气体混合的所述液体进料的系统（5）；分配器板（7），其通常配备有立管（8），其允许气-液进料在反应器内的恰当分配。

本装置也适用于将气体和液体分开地引入反应器（1）中的情况。

三相反应器（1）在其上部包括用于排出气体流出物的导管（2），该导管配备有额外的孔（3），从而使得减少吸入现象。

根据本发明的装置旨在使包含在液相中的且可能在它的尾流中挟带一部分固体颗粒的大气泡破碎。由于根据本发明的装置，该工艺可以在气体的表观速度大于标准表观速度下操作，而不增加固体催化剂的损失，因此，这意味着可以增加单元的能力。

为了更好地理解本发明的装置，回顾有关三相流化床的几点概述是适当的。

在采用三相床的工艺中，连续相最通常是液相。因此，使固体流化的是此液相。

在三相流化反应器中，在液相中建立对应于固体的膨胀的固体的第一级（13），然后在该第一级上方建立原理上不再含有固体颗粒的液体的第二级（14）。在该液体的第二级的上方，在原理上由于气泡的聚结而仅存在气相。

然而，在许多三相系统中，大气泡趋向于挟带液相，其中所含的固体在流化固体床的级（13）的上方。根据本发明的装置允许使这些大气泡破碎，并因此最小化向反应器外部的固体挟带。根据本发明的装置的板（11）中的孔的存在也以显著的方式有助于瓦解大气泡。

根据本发明的装置设置在液体中的固体床的最大膨胀级（13）与反应器中的液相的上部级（14）之间。该装置优选地位于介于级（13）和级（14）之间的距离的介于30％到90％之间的距离处，以更优选地方式介于50％到85％之间的距离处，所述距离是从在液体中固体的最大膨胀级（13）开始测量的。

根据本发明的装置主要包括一组有序的穿孔板（11）。每个板（11）的孔（15）允许避免过大地增加反应器中进料的损失。

优选地，孔的直径小于液体中气泡的最大尺寸。通常，液体中气泡的尺寸介于1cm到5cm之间。此外，在一些情况下，适于不选择太小尺寸的孔，以避免由于可能包含在进料中的沉积物而引起的堵塞现象。

如图2所示，该装置包括穿孔板（11）的组件，这些穿孔板相对于彼此基本上平行。板的宽度优选地介于5cm到50cm之间，以及以更优选的方式介于10cm到30cm之间。

根据本发明的优选实施例，这些板包括孔（15），该孔的直径优选地介于0.5cm到10cm之间，以及以更优选的方式介于0.8cm到7cm之间，且以还更优选的方式介于1cm到5cm之间。

这些孔优选地彼此隔开一间距，该间距优选地介于这些孔的直径的1倍到5倍之间，并且更优选地在其直径的2倍到3倍之间。这些孔优选地以三角形间距的形状设置，并且更优选地彼此之间等距地设置。

固定机构（12）通常包括一组杆，例如具有圆形、正方形或三角形截面，其可能是穿孔的，并且与装置的最小尺寸相比具有小的直径，这使得装置的固定元件整体占不超过反应器（1）的截面的10％，并且优选地小于所述截面的5％。

板（11）优选地具有接近矩形形状的形状（图2a）。根据一个变型，板可以具有非直线形的边缘，例如具有正弦形轮廓（图2b）、三角形凹口（图2c）或者具有圆弧形、正方形或矩形或梯形形状的凹口（图2中未示出）。

这些凹口用于通过使聚集在内部构件的边缘上的沉淀物沉积来最小化堵塞。这些凹口允许减少边缘上的重的产物或堵塞物由于重力而在沉降之前积聚的位置。

图3c和图3d示出了装置（10）的竖直截面的视图，其中板（11）设置在装置内部。装置10的此竖直截面例如可以是矩形形状的（图3c）、或者还优选地是梯形的（图3e）。当所述截面是梯形时，梯形的水平的最小投影（16）设置成朝下，并因此在梯形的最大投影（17）的下方。优选地，两个侧面18具有相同的尺寸，然而，矩形或梯形在侧面（18）的尺寸之间可以以+或-10％的差异略微形变，而不会对装置的性能产生影响。

图3a和图3b示出了根据本发明的装置（10）的优选俯视图。可以将图3a或图3b的几何形状与图3c和图3e的每个几何形状（矩形或梯形的竖直截面）相关联，这四种相对应的构型根据本发明是优选的。

板（11）优选地相对于彼此平行地设置（图3），并且大体相对于水平方向以角度α倾斜。根据本发明的装置可以可选地包括多排板（图3c和图3e）。

在这种情况下，为了更高的效率，对于连续的两排板，板的倾斜（图3c，图3e）优选地是反向的。由此，第一排以角度α1倾斜，第二排以角度α2倾斜（图3d），第三排以角度α1倾斜（未示出），并以此类推。

也可以使这些层相对于彼此交叉，以90°彼此交替，这些层的此交叉在大致水平的平面中进行（图中未示出）。

通常，角度的和α1+α2介于140度到220度的角度之间，以优选的方式介于160度到200度的角度之间，以特别优选的方式介于165度到190度的角度之间，并且以进一步更优选的方式介于170度到185度的角度之间。

根据板（11）的尺寸和角度α1和α2的值，在本发明的一个实施例中，可以设置2排板，优选地至少3排板，甚至至少4排板，且对于每排而言具有不同的角度α1和α2。

根据另一个优选实施例，可以按如下方式交替设置：一排具有角度α1，然后下一排具有角度α2，然后再下一排具有角度α1，并且可选地再下一排具有角度α2，且如果存在接下来的排，则依次类推。

另一个实施例在于，如图4a和图4b所例示，不再使用平板，而是使用直径从下到上递增的截锥形板，这些板叠置并且在两个连续板之间具有自由空间。然后，该装置优选地以位于反应器的壳体上部中的流出物的出口管道（2）的轴线为中心。

如图4a中所描述的，使截锥形板叠置，而不是使它们并列在同一平面中的事实提供了额外的优点：使大气泡定向成朝向反应器的壁，且同时使它们远离流出物的出口（9）的轴线。因此，这种设置允许非常显著地降低在这些大气泡的尾流中携带的固体颗粒不到达流出物的出口（9）的可能性。流动tb和tl表示分别气泡和液体所走的主路径。

以这样的方式计算板的数量和长度，使得根据本发明的装置的截面介于流出物的出口（9）的管口的截面的1倍到10倍之间。优选地在2倍到8倍之间，并且以特别优选的方式介于流出物的出口（9）的管口的截面的4倍到6倍之间。

优选地，根据本发明的装置以大致水平的方式设置，并且位于反应器内部的中心，大致与出口（9）的管口对直。水平偏转在相对于水平方向的角度方面优选地小于10％，并且以更优选的方式小于5％。

对照示例

为了证明根据本发明的装置关于固体颗粒的挟带的效果，如图5所示，在由玻璃制成的三相塔构成的模型中进行了实验研究。该研究旨在通过与不使用该装置的模型进行比较来证明根据本发明的装置的效果。

图5中的附图标记对应于以下元件：

31：直径为150mm并且高度为3300mm的三相鼓泡塔

32：向液体供应气体

33：分布式筛网和催化剂床支撑件

34：催化剂床

35：液体（在周边上升并在中心下降）和气体（上升）的方向

36：保留挟带的固体的具有立管的出口筛网

37：液体级

38：外部分离器：气体/液体倾析器

39：气体出口

40：液体循环泵

41：液体下流管道

10：根据本发明的装置（在图1至图4中也标为附图标记10）。

使用的液体是庚烷并且气体是氮气，这两种流体通过经由泵（40）循环的液体的到达和经由管线（32）的气体供给而混合，并且在分配板（33）的下方注入到塔的底部中。（直径为1mm，以及长度为3mm至6mm的圆柱形状的）催化剂的固体颗粒通过由气体和液体（基本上为液体）所产生的阻力而在膨胀床（34）中保持流化。

在流化床上方，配备有筛网（36）的立管保持通过气泡的向上运动所挟带的且除去的颗粒。在一定运行时间之后，拆除这些筛网且对残留的固体颗粒进行称重，并且质量与运行的时间有关，这允许获得单位时间的挟带比率。

气体气泡上升直至气体/液体的上界面（37）。

然后气体朝向外部分离器（38）行进，然后朝向出气孔（39）行进。液体通过布置在透明塔中的中心管（41）被引导朝向循环泵（40）。

独立地控制气体和液体的流量，并且确保催化剂床相对于其静止高度膨胀25％至45％。

液体的流率保持固定，以便确保3.5cm/s的液体的表观速度，并且气体的流率在0至10cm/s之间改变。

进行了3次实验：

-（a）没有使用任何装置来使气泡破碎的实验。

-（b）使用根据本发明的装置的实验，其包括以45°倾斜并如图3c所示地设置的一组平板。

该装置的截面对应于塔（31）的朝向外部分离器（38）的出口管口的截面的4倍，即0.015m2。

-（c）使用与（b）中相同的装置的实验，但是这次具有穿孔板，该穿孔板具有直径为2.5cm的孔以三角形图案、间距5cm布置，从而使孔的数量最大化。

根据本发明的装置（10）相对于立管（36）的平面以50cm的距离放置在立管（36）的下方。

实验（a）和（b）的结果总结在图6a的曲线图中，图6a示出固体颗粒的损失的变化，该变化是通过反应器中的催化剂的日消耗量的百分比随气体的表观速度（vsg）的变化来表示的，其中根据实验（a）不存在装置，并且根据实验（b）具有配备有板的装置。

在该图6a中观察到，使用包括没有孔的板的根据本发明的装置允许在使用沸腾床的加氢处理反应器的正常运行范围内固体颗粒的损失降低约2倍，即具有介于2cm/s到6cm/s之间的气体的表观速度（vsg）。在该实验中，对于大于4cm/s的气体的表观速度，改进是显著的。

使用以倾斜的板形式的相同装置进行另一实验（c），但是这次，板设有直径为2.5cm的孔。

图6b对没有装置（a）、包括没有孔的板的装置（b）以及配备由孔穿孔的板的装置（c）所获得的结果进行比较。该最后一个实验（c）对于等于6cm/s的相同的气体的表观速度显示出额外的收益。

图6b的图表的纵坐标以分数的形式来表示固体颗粒的挟带、对应于没有装置所获得的参考挟带。