具有负载分配器组件的催化反应器的制作方法

文档序号:25997979发布日期:2021-07-23 21:13阅读:91来源:国知局
具有负载分配器组件的催化反应器的制作方法
本发明涉及催化化学反应器。更具体地,本发明涉及具有内部支撑环或支撑结构和负载分配器组件的催化反应器,所述内部支撑环或支撑结构固定在反应器壳体的内侧上,所述负载分配器组件能够均匀地分配来自安装在反应器内并由支撑环或支撑结构支撑的任何设备/内部构件的负载。该反应器可以是下流式催化反应器,其包括颗粒催化材料的竖直叠置的填料床。这种类型的反应器用于石油和化学加工行业中,用于执行各种催化反应,诸如硫和氮转化(hds/hdn);以下物质的氢化:烯烃(hyd)和芳族化合物(加氢脱芳香化-hda)、金属去除(加氢脱金属-hdm)、氧转化(加氢脱氧-hdo)和加氢裂化(hc)。可替代地,反应器是径向转换器,其中层板(deck)的元件必须固定至反应器。该反应器具有穿过催化材料的填料床的径向流,并且典型地用在石油和化学加工工业中以执行催化反应,诸如催化重整和氨合成。
背景技术
:在催化化学反应器中安装和支撑诸如分配器托盘、骤冷混合器、催化剂支撑件等设备(也称为内部构件)是众所周知的。内部构件通常被支撑在反应器支撑环或支撑结构上,所述反应器支撑环或支撑结构固定至反应器壳体的内侧。反应器内部构件(分配器托盘、骤冷混合器、催化剂支撑件等)将简单地悬挂和/或立在/支撑在支撑环或支撑结构的顶部上,该支撑环或支撑结构焊接到反应器壳体壁的内侧,焊接在或锻造至反应器壳体的基部材料中。这些内部构件(已安装的设备)必须考虑到反应器壳体内径的公差和热膨胀,因此相对于反应器壳体壁的内侧具有一定的间隙。在卵形反应器壳体内径形状中,该间隙将在一个方向上较大,而在垂直的另一方向上较小。在具有最大间隙的位置处,反应器支撑环或支撑结构中的动量比完美圆形内部反应器壳体壁的情况中相对更高,这可能导致支撑环或支撑结构中的应力超过被认为容许的应力。在翻新的情况中尤其如此,其中在翻新的情况中,需要在现有的反应器壳体中安装额外的内部构件,而最初其支撑环或支撑结构的尺寸并未考虑到这种额外的不可预见的负载。在一些情况下,这可能导致需要对支撑环或支撑结构进行加强,例如通过在反应器壳体壁堆焊与支撑环或支撑结构之间焊接加强支架来加强支撑环或支撑结构,从而承受负载。通常,在现有反应器壳体上进行的这种热作业不是一种选择或不可接受,因为这可能会改变反应器壳体材料的性能,并且可能需要进行后续的压力测试。因此,在催化反应器内部通常存在支撑环或支撑结构的支撑能力不足的问题。例如,支撑能力不足可能由于以下原因而导致:反应器壳体内壁以及支撑环或支撑结构本身在竖直方向和水平方向上的不均匀公差、反应器支撑环或支撑结构的不足尺寸(该列示绝不是穷举的),仅举几例。在us5891405中,描述了一种非均相放热的催化合成反应器,其包括:至少一个催化床,布置在圆柱形壳体中并设有用于接纳催化剂的底板;以及用于从壳体延伸的底板的至少一个支撑肩部。其包括催化剂密封支撑装置,该催化剂密封支撑装置包括布置在肩部与底板之间的环形元件。环形元件以可移除的方式与底板固定,并且具有的热膨胀系数基本等于壳体的热膨胀系数。us3661409a描述了夹紧楔部,所述夹紧楔部由通过连杆和销钉连接在一起的相似锥形部段组成,以形成不间断的链条,该链条的圆周通过连接端部部段的螺纹驱动螺钉而变化。减小链条圆周会迫使楔部进入管道接头上的配对锥形,从而利用机械优势将它们拉到一起。提供了一种结构,该结构允许在接头组装期间夹具的有限轴向移动,以利于从分开的位置将待连接的零件拉到一起。us2017173547a公开了一种托盘支撑插件以及用于在反应器室内支撑一个或多个托盘的使用方法。托盘支撑插件包括至少一个环形构件,该环形构件安置在反应器室内的支撑肩部上。us2010209320a公开了一种用于在容器中接纳板状元件的支撑环,其包括布置在容器的壁上并配置成支撑板状元件的托架,该托架具有相对于水平方向向下倾斜的上支撑表面。技术实现要素:通过本发明的包括负载分配器组件的催化化学反应器解决了上述这些问题。本发明使得厚度或强度不足的支撑环或支撑结构能够用于支撑安装在催化化学反应器中的设备(内部构件),而无需将加强件焊接至反应器壳体壁。根据本发明,提供了一种用于化学反应的催化反应器,所述催化反应器包括反应器壳体和固定至该反应器壳体的内侧的反应器支撑环或支撑结构。在一些情况下,通常在制造催化反应器壳体时,通过焊接将反应器支撑环或支撑结构固定至反应器壳体。反应器支撑环或支撑结构可具有任何几何形状;在一些情况下,当以横截面图观察时,该形状为矩形。矩形形状可以在水平平面或竖直平面或两者之间的任何平面中具有其最宽的尺寸。在一些情况下,催化反应器中的内部支撑结构不是支撑环,而是均等或不均等地分布到反应器壳体的多个托架或凸缘(支撑结构)。本发明还适用于这些反应器支撑结构设置。催化反应器还包括负载分配器组件,该负载分配器组件适于转移支撑在负载分配器组件上的负载并进一步将负载转移至反应器支撑环或支撑结构。负载可以是任何设备,诸如催化反应器内的需要被支撑以在化学反应器内保持一定位置和功能的内部构件或其他负载。负载分配器组件包括负载转移装置,该负载转移装置适于支撑在反应器支撑环或支撑结构的上侧上并邻近于反应器壳体的内侧。因此,由于负载分配器组件,在催化反应器内被支撑在反应器支撑环或支撑结构上的任何负载将被支撑在尽可能地靠近反应器壳体的内壁的反应器支撑环或支撑结构的上侧上,从而减小反应器支撑环或支撑结构的“扭矩臂”(即,从反应器的内壁到安置在反应器支撑环或支撑结构上的负载的中心点之间的距离)的长度。从反应器的内壁到安置在反应器支撑环或支撑结构上的负载的中心点之间的距离越短,反应器支撑环或支撑结构与反应器壳体之间的固定部(通常是焊接部)中由于负载导致的张力或应力就越小。靠近反应器壳体内壁的反应器支撑环或支撑结构与支撑在反应器支撑环或支撑结构上的任何内部构件之间的这种紧密匹配需要精细公差,而精细公差不总是能够实现,因此,反应器支撑环或支撑结构与反应器壳体之间的固定部中的张力或应力可能大于容许的张力或应力。根据本发明,通过包括负载分配器组件的催化反应器解决了该问题,该负载分配器组件具有负载转移装置,该负载转移装置用作反应器支撑环或支撑结构与内部构件的负载点之间的中间层,能够实现将这些负载点转移至邻近于或尽可能靠近于反应器壳体的内侧的反应器支撑环或支撑结构的上侧所需的精细公差。在本发明的特定实施例中,这个基本距离从负载点到反应器支撑环或支撑结构的上侧到反应器壳体的内侧,从负载转移装置的下侧的中心到反应器壳体的内侧的距离小于100mm。在另一个特定实施例中,所述距离小于50mm。这些是涉及某些催化反应器的具体实施例。在其他实施例中,即使从负载转移装置的下侧的中心到反应器壳体的内侧的特定距离可能不同于上述范围,本发明也可以解决所述问题。在本发明的一个实施例中,负载分配器组件可以包括适于被固定在一起的部段。这可以具有若干优点。一些优点是,由于例如尺寸和重量的原因,所述部段可能更易于操纵和安装在反应器壳体中。当部段在反应器壳体中被放置到位时,它们可以被固定在一起,这可以使组装的负载分配器成为坚固的支撑件。另一个优点是,部段式的负载分配器组件允许对负载分配器的组装形状进行微调,以实现与反应器壳体壁的内侧的最佳匹配,因为这可以对其预期形状具有宽的公差。因此,可以被微调以在反应器支撑环或支撑结构的位置处匹配反应器壁的内侧的部段有助于实现本发明的目的,以将催化反应器内的任何负载支撑在实践中尽可能地靠近反应器壁的内侧的反应器支撑环或支撑结构的上部上,并考虑反应器壳体壁的公差和反应器支撑环或支撑结构的公差。这些部段可以通过任何已知手段(means,装置)固定在一起,诸如螺栓和螺母、螺杆和螺母、焊接或待匹配到孔中的销钉。在本发明的一个实施例中,负载分配器组件包括周部调节装置,如上所述的周部调节装置可以有助于实现负载分配器组件的外侧与反应器壳体的内侧之间的最佳匹配。因此,通过所述周部调节装置可以改变负载分配器组件的外周并使负载分配器组件的外周适应于反应器壳体的内侧。在本发明的特定实施例中,以上讨论的周部调节装置包括一个或多个垫片或螺纹连接件。例如,在负载分配器组件包括多个部段的情况下,这是有益的,其中,每个部段之间的距离可以通过部段之间的嵌入垫片或螺纹连接进行微调。以此方式不仅可以改变整个周部距离,而且可以使得负载分配器组件的形状紧密地匹配反应器壳体的内侧,不管反应器壳体的内侧具有何种形状,诸如仅作为示例:圆形、卵形(oval)、椭圆形(elliptic)或任何其他形状。如已经讨论的,反应器壳体的内侧的形状和测量(measure,尺寸)可以改变,而且反应器支撑环或支撑结构的上侧的高度也可以改变并且具有大的公差。这可能导致支撑环或支撑结构上的负载不均匀,以及反应器支撑环或支撑结构与反应器壳体的内侧相固定的区域中的临界拉力或应力,并具有局部较高的高度,这可能会导致来自支撑在反应器支撑环或支撑结构上的任何内部构件的相对较高负载的部分。因此,在本发明的另一实施例中,负载转移装置包括多个可单独调节的分配构件,所述分配构件适于匹配反应器支撑环或支撑结构的上侧,以均衡反应器支撑环或支撑结构的任何部分的竖直位置上的任何变化。因此,在每个负载转移装置上,可以单独地调节从支撑在反应器支撑环或支撑结构上侧的部分到负载分配器组件的距离,从而使负载分配器组件能够布置在完美水平位置中,并支撑均匀分布至反应器支撑环或支撑结构的任何负载,不管反应器支撑环或支撑结构的上侧的水平安装和局部竖直变化有任何公差。在本发明的一个实施例中,每个分配构件还可以相对于负载分配器组件局部地改变其水平位置,以实现反应器壳体的内侧的甚至更精确的匹配。在本发明的一个实施例中,可以由负载转移调节装置相对于负载分配器组件单独地调节负载转移装置。在一个实施例中,负载转移调节装置可包括螺钉,在另一实施例中,负载转移调节装置可包括垫片,在又一实施例中,负载转移调节装置可包括柔性构件。也可以采用上述示例的组合。例如,可存在这种情况,其中使用垫片对每个负载分配构件进行第一调节,然后可以使用一个或多个螺钉来实现细微调节。或者垫片或螺钉可用于第一调节,与柔性构件结合,该柔性构件然后可用于精细调节,并且在操作循环期间还可允许反应器支撑环或支撑结构的位置的后续改变。由于所提及的负载转移调节装置的改变和组合仅仅是示例,因此显然也可以采用其他已知的调节装置和其他组合。在本发明的一个实施例中,分配构件包括衬垫凹槽,并且负载转移调节装置包括衬垫绳,所述衬垫绳可以在温度和环境升高且可能具有侵蚀性的催化反应器的环境中使用。一个示例是玻璃纤维衬垫绳。分配构件的衬垫凹槽可适于接收和支撑衬垫绳。在本发明的实施例中,负载分配器组件包括具有水平矩形横截面部分的环,这在强度和制造方面可能是有益的。在另一实施例中,负载分配器组件还包括与水平矩形横截面部分固定在一起的竖直矩形横截面部分。应当理解,在该上下文中,水平矩形横截面是指其具有矩形的横截面,并且该矩形的水平边长于竖直边,而对于竖直矩形横截面是相反的情况。此外,为了匹配催化反应器壳体内侧的通常形状,在一个实施例中,负载分配器组件可以具有圆形的外周。在本发明的一方案中,要求保护一种用于将如上所述的负载分配器组件安装在用于化学反应的催化反应器中的系统,所述催化反应器包括反应器壳体和固定至反应器壳体的内侧的反应器支撑环或支撑结构。该系统使得能够将负载分配器组件精确且容易地安装在催化反应器中的反应器支撑环或支撑结构上。该系统包括部段式环模板,该部段式环模板适于匹配反应器壳体的内侧和反应器支撑环或支撑结构的上侧。部段式环模板可以以与如前所述的负载分配器组件相同的方式,即,通过使用垫片、螺栓和螺母、垫圈、螺杆和螺母等,匹配反应器壳体的内侧。部段式环模板包括孔口,所述孔口适于接纳用于负载分配器组件的负载转移装置并以均匀分布的环样式将其定位在反应器支撑环或支撑结构上。因此,用于安装负载分配器的系统有利于负载分配器组件的容易安装,而且还有助于实现负载转移装置到在实践中尽可能靠近反应器壳体的反应器支撑环或支撑结构的均匀且精确匹配。在本发明的一个实施例中,包括如上所述的负载分配器组件的催化反应器是加氢处理反应器。本发明的特征1.一种用于化学反应的催化反应器,包括反应器壳体和固定至所述反应器壳体的内侧的反应器支撑环或支撑结构,并且还包括具有负载转移装置的负载分配器组件,所述负载转移装置用于将负载从所述负载分配器组件转移到所述反应器支撑环或支撑结构,其中所述负载分配器组件适于在所述反应器支撑环或支撑结构的上侧上且邻近所述反应器壳体的内侧支撑所述负载转移装置。2.根据特征1所述的催化反应器,其中从所述负载转移装置的下侧的中心到所述反应器壳体的内侧的距离小于100mm,优选小于50mm。3.根据前述特征中任一项所述的催化反应器,其中,所述负载分配器组件包括适于被固定在一起的部段。4.根据特征3所述的催化反应器,其中,所述部段通过螺栓和螺母、螺杆和螺母、焊接或销和孔固定在一起。5.根据前述特征中任一项所述的催化反应器,其中,所述负载分配器组件包括周部调节装置,所述周部调节装置使所述负载分配器组件的外周能匹配所述反应器壳体的内侧。6.根据特征5所述的催化反应器,其中,所述周部调节装置包括一个或多个垫片或螺纹连接。7.根据前述特征中任一项所述的催化反应器,其中,所述负载转移装置包括多个能单独调节的分配构件,所述分配构件适于被调节以匹配所述反应器支撑环或支撑结构的上侧。8.根据前述特征中任一项所述的催化反应器,其中,所述负载转移装置包括多个能单独调节的分配构件,所述分配构件适于被调节以匹配所述反应器壳体的内侧。9.根据前述特征中任一项所述的催化反应器,其中,所述负载转移装置相对于所述负载分配器组件的位置适于由负载转移调节装置来调节。10.根据特征9所述的催化反应器,其中,所述负载转移调节装置包括螺钉。11.根据特征9所述的催化反应器,其中,所述负载转移调节装置包括垫片。12.根据特征11所述的催化反应器,其中,所述负载转移调节装置包括柔性构件。13.根据前述特征中任一项所述的催化反应器,其中,所述分配构件包括衬垫凹槽,并且所述负载转移调节装置包括衬垫绳。14.根据前述特征中任一项所述的催化反应器,其中,所述负载分配器组件包括具有水平矩形横截面部分的环。15.根据前述特征中任一项所述的催化反应器,其中,所述负载分配器组件包括具有固定在一起的水平矩形横截面部分和竖直矩形横截面部分的环。16.根据前述特征中任一项所述的催化反应器,其中,所述负载分配器组件包括适于被固定在一起的圆环部段。17.根据前述特征中任一项所述的催化反应器,其中,所述负载分配器组件具有圆形的外周。18.一种用于将负载分配器组件安装在用于化学反应的催化反应器中的系统,所述催化反应器包括反应器壳体和固定至所述反应器壳体的内侧的反应器支撑环或支撑结构,其中所述系统包括适于匹配反应器壳体的内侧和反应器支撑环或支撑结构的上侧的部段式环模板,所述部段式环模板包括孔口,所述孔口适于接纳用于负载分配器组件的负载转移装置并以均匀分布的环的方式将负载转移装置定位在所述反应器支撑环或支撑结构上。19.根据前述特征中任一项所述的催化反应器,其中所述催化反应器是加氢处理反应器。附图说明通过示出本发明实施例的示例的附图进一步说明本发明。图1示出了负载分配器组件的等距视图。图2-图4示出了负载分配器组件的细节的等距视图。图5示出了支撑环、负载分配器组件和反应器壳体的一部分的横截面图。图6-图7示出了分配构件的等距视图。图8示出了负载分配器组件的细节的等距视图。图9示出了部段式环模板的等距视图。图10示出了部段式环模板的细节的等距视图。附图标记01.负载分配器组件。02.反应器壳体。03.反应器支撑环。04.负载分配器部分。05.部分连接凸缘。06.周部调节装置。07.螺栓。08.螺母。09.分配构件。10.负载转移调节装置。11.部段式环模板。12.环模板部段。13.环模板孔口。具体实施方式下面将参考图1至图10所示的附图更详细地解释本发明的一些特定实施例。用于化学反应的催化反应器(未示出)包括反应器壳体02,该反应器壳体可以具有用于支撑待安装在催化反应器中的设备(也被称为“内部构件”)的反应器支撑环或支撑结构03。根据本发明,如图1/10所示,负载分配器组件01位于反应器支撑环与内部构件之间,其承载内部构件并将内部构件的负载均匀地分布在尽可能靠近反应器壳体的内侧的反应器支撑环的上侧上。如在图1/10上可以看到的,负载分配器组件可以由多个负载分配器部分04组装而成,在该实施例中,这些负载分配器部分是圆环部段,以当端对端地固定在一起时形成圆形负载分配器组件。如图2/10所示,这可以通过部分连接凸缘05来完成,所述部分连接凸缘位于负载分配器部分的每个端部上并适于通过相邻负载分配器部分上的连接凸缘匹配在一起。在图4/10所示的实施例中,这可以通过螺栓07和螺母08来完成。为了将负载分配器组件的外部尺寸(相对于外周和其形状两者)调节到在邻近反应器支撑环并位于反应器支撑环上方的位置处与反应器壳体的内侧的完美匹配,周部调节装置06可以定位于负载分配器部分中的一些或每个之间。在图3/10中可以看到将垫片用作周部调节装置的实施例,其中还示出了分配构件09和负载转移调节装置10。负载转移调节装置和分配构件都将负载从支撑在负载分配器组件上的内部构件(未示出)均匀地转移到反应器支撑环的多个位置,所述多个位置可以独立地调节以提供反应器支撑环和反应器壳体的内侧的完美匹配。在该实施例中,衬垫绳与位于分配构件下方的垫片(未示出)配合用作负载转移调节装置,在该实施例中,分配构件为衬垫凹槽的形式。衬垫凹槽的形状可以在图6/10和图7/10中更详细地看到。这也可以在图5/10的横截面图中看到,其中负载分配器组件与反应器壳体02和反应器支撑环03之间的相互关系更加清楚。从该图中能够更清楚,负载分配器部分如何将负载转移到负载转移调节装置,进一步转移到分配构件,可选地进一步转移到另一种负载转移装置,诸如位于分配构件与反应器支撑环之间的垫片(未示出),并转移到反应器支撑环上。根据本发明的负载分配器组件使得从分配构件到反应器支撑环的负载转移点尽可能地靠近反应器壳体的内侧。即,使得从反应器壳体的内侧到负载转移点的距离最小化,从而使得在反应器支撑环与反应器壳体之间的固定点所经历的弯矩最小化。在所示的实施例中,负载分配器组件具有固定在一起的两个矩形横截面形状部件,一个具有水平定向,另一个具有竖直定向,以接收来自内部构件的负载。负载转移调节装置可以是任何适用形式。代替衬垫绳或与衬垫绳相组合,负载转移调节装置可以借助于螺杆或螺钉来调节,如图8/10所示。为了确保容易的安装和精确的装配,分配构件(以及在某些情况下还有垫片形式的负载转移调节装置)可通过使用部段式环模板11来定位,如图9/10所示。部段式环模板适于装配反应器支撑环和负载分配器组件两者。在一个实施例中,部段式环模板是由环模板部段12组装而成的,可选地,使用连接凸缘之间的与负载分配器组件对应的垫片,如上所述。环模板部段包括环模板孔口13,在将负载分配器组件匹配并安装在催化反应器中的反应器支撑环上时,该环模板孔口适于接纳并牢固地定位分配构件和任何可选的垫片。示例用10个测量值(measurement,尺寸值)进行测试,以研究横截面尺寸为25×25mm的玻璃纤维垫片绳的压缩性能。该表显示了列“0”中以kg为单位的压缩力与测试设置中记录的以mm为单位的总高度之间的相关性。0101014.5511159.7722108.4133057.7144007.1555356.7366156.367710688254.58912154.241014103.85当前第1页12
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