用于多床层反应器的流体分配装置和方法_2

文档序号:9601744阅读:来源:国知局
口 34,以促进蒸气从粗分配托盘20的上方通过到粗分配托盘20的下方。粗分配托盘20还包括多个粗分配托盘出口端口或开口 36以设置用于液体从中流过。装置10还可包括定位在粗分配托盘20下方的精细分配托盘24。粗分配托盘20与精细分配托盘24流体连通。精细分配托盘24具有分布在托盘24上的多个出口端口 26,用于提供流体到下层催化剂床层32的均匀分配。出口端口 26可包括那些通常用于精细分配托盘一一包括但不限于筛板、泡罩和烟囱分配器——的出口端口。
[0023]收集托盘12包括用于将流体输送到混合腔室的多个出口端口 14。出口端口 14可围绕托盘12周向排列,并具有大致均匀的间距。在一种方法中,有4个出口端口 14。出口端口 14被进一步设计成用于在垂直于或倾斜于径向的方向上输送流体。从出口端口 14流动的流体在进入混合腔室时具有向下和周向的流动方向。进入混合腔室16的液体和蒸气因此具有回旋运动,从而混合腔室16内的流体。这在液体和蒸气重新分配到装置10下方的催化剂床层32之前产生具有更均匀的温度和组分的过程流体。
[0024]随着过程流体通过出口 18离开混合腔室,液体将沿着路径38大致向下并在通过出口端口 36分配之前被收集在粗分配托盘20上。在正常操作期间,液体被收集在托盘20中直到一正常工作液面40。由于托盘上的液体水平/液面可在工作期间改变,正常工作液面40通常被认为是在正常的工作条件下的最大液位。另一方面,蒸气趋向于在液体上方沿着蒸气流动路径42径向向外流动,朝向粗分配托盘20与反应器壁6之间的环形开口 34。由于进入粗分配托盘20上方的空间的蒸气通常穿过开口 18的中央部分,而液体通常在蒸气的径向外侧流动通过开口 18,因此随着蒸气通过液体,液体可能会被夹带在蒸气中。被夹带的液体随后沿着蒸气流动路径42与蒸气一起流动。
[0025]先前的系统在液体粗分配托盘20与混合腔室16的底部托盘44之间以及在液体粗分配托盘20与精细分配托盘24之间需要相对大量的高度,这是由于液体粗分配托盘20上方的高的向外的径向蒸气流和精细分配托盘24上方的高的向内的径向蒸气流。大的空间在当前的系统中是必要的,用来控制由于从出口 18到环形开口 34径向流动的蒸气的大的径向流量而造成的液体夹带。还需要控制由于大的向内的径向蒸气流量造成的精细分配托盘24上方的径向蒸气压力梯度,否则其可以影响精细分配托盘上的液面,导致其下方的液体分配不良。过量的液体夹带及径向蒸气压力梯度可以增加精细分配托盘24的流体分配不均,并导致下方的催化剂床层中大的温度分布。
[0026]一方面,为了允许粗分配托盘20与混合腔室底部托盘44之间以及粗分配托盘20与精细分配托盘24之间的空间的高度减小,在粗分配托盘上设置至少一个粗分配托盘蒸气烟囱50。蒸气烟囱50从混合腔室出口 18径向向外地定位。分配托盘蒸气烟囱50的上开口 51被定位在分配托盘的正常工作液面的上方以限制液体进入烟囱50。蒸气烟囱50提供从粗分配托盘20上方到下方的流体连通。蒸气烟囱50包括具有一个或多个侧壁54的蒸气烟囱体部52。一方面,蒸气烟囱体部具有径向向内朝向粗分配托盘20的中心逐渐变细的截面。
[0027]通过一种方法,多个蒸气烟囱50设置在液体粗分配托盘上并且围绕该托盘周向布置。多个蒸气烟囱彼此周向间隔开,以提供烟囱之间的流体流动路径56。多个蒸气烟囱50不一定全部具有相同的形状,并且不一定都具有相同的向内逐渐变细的构造。然而,优选的是,所述多个蒸气烟囱50的至少一部分具有向内逐渐变细的体部52以便在相邻的蒸气烟囱50之间提供相对宽的流体流动路径56。已经确定的是,这种构造使得对粗分配托盘20上和上方的径向向外的流体流动的阻碍最小化。烟囱还用于阻碍粗分配托盘20上方的流体的旋转流,否则该旋转流可在精细分配托盘24上方的空间中继续旋转流动,这也已被确定会影响精细分配托盘上方的液面。为此,在一个示例中,分配托盘蒸气烟囱体部的内侧部分宽度与外侧部分宽度的比率介于0.01和0.9之间,以及在另一示例中介于0.1和0.5之间。细长的烟囱还在烟囱顶部与混合腔室的底部之间提供大的面积以用于蒸气流入烟囱,使得两者之间的空间可被最小化。
[0028]已经发现,通过根据本文教导包括蒸气烟囱50,当蒸气径向经过粗分配托盘20上方时,至少一部分蒸气通过蒸气烟囱以减少粗分配托盘20上方和下方的径向蒸气流量和速度。在这点上,在粗分配托盘20上包括一个或多个蒸气烟囱50降低了精细分配托盘24上方的径向压力梯度,导致精细分配托盘24下方的后续流体分配被改进。因此,已发现的是,粗分配托盘20的上方和下方的垂直高度可被减少高达200mm,同时提供相似的或改进的性能。
[0029]在一种方法中,分配托盘蒸气烟囱50的开口面积与环形开口 34和蒸气烟囱50两者的总开口面积的比率在20%至100%之间,另一示例中在30%至80%之间,以及又一示例中在40 %至70 %之间。已确定的是,在此范围内设置蒸气烟囱的相对开放面积提供了精细分配托盘24周围的径向压力梯度的最大限度的降低。
[0030]来自计算流体力学(CFD)模拟的一个令人惊讶的发现是,如果由于处于相同竖直位置的托盘上方的蒸气动压相对较高和通过托盘的蒸气流摩擦损失较低,导致粗分配托盘上方的蒸气静压显著低于托盘下方的蒸气静压,可发生从粗分配托盘的下方到上方通过烟囱的径向内部部分的反向蒸气流。这个问题可发生在具有高的蒸气流量的大托盘上的长烟囱情况下,并且可以通过限制进入环形区及蒸气烟囱的蒸气流量来解决。已确定的一种限制蒸气流量并增加横跨粗分配托盘的蒸气流动摩擦损失的方式是,限制蒸气烟囱顶部与混合腔室之间以及粗分配托盘保持堰与混合腔室或收集托盘之间的空间,使得蒸气烟囱上方的静压比烟囱下方的静压更高。
[0031 ] 转向更多细节,一方面,分配托盘蒸气烟囱50包括大致包绕分配托盘蒸气出口开口 58的侧壁。上部蒸气烟囱开口 51可以设置成烟囱50的开放顶部,如图所示,或者穿过烟囱壁54的孔。除非明确指出,在本文中,上部开口是指升高到托盘和/或液面一一例如粗分配托盘20或粗分配托盘20上的液面一一上方的一个或多个开口。上部蒸气烟囱开口51优选位于粗分配托盘上的正常工作液面上方的高度,以限制液体进入烟囱50及与蒸气一起通过蒸气出口 58。
[0032]蒸气烟囱50可延伸穿过粗分配托盘20或者可以仅从其向上延伸。
[0033]蒸气烟囱体部52可包括各种向内逐渐变细的截面形状,例如,但不限于:三角形,梯形,和 π 形(p1-shaped)。
[0034]在一个示例中,蒸气烟囱50定位成使其加权(weighted)开放区域的中心介于液体粗分配托盘的总半径的30 %至80 %之间,在另一示例中介于40 %至75 %之间,以及在又一示例中介于50%至70%之间。此处无需解释细节,能够以与通过将蒸气烟囱开放区域处理成具有恒定厚度和密度的实心体部确定质量中心(正如公知的)相同的方式来计算蒸气烟囱开口的加权开放区域。已确定的是,在该位置提供蒸气烟囱50改进了流过其中的蒸气分配,使精细分配托盘24上方的径向压力梯度的降低最大化。
[0035]当流体从混合腔室出口 18流入粗分配区时,该流体将包括径向以及周向、回旋分量。在如图3所示的一种方法中,蒸气烟囱50包括相对于过程流体的回旋流62的上游侧壁60,其在粗分配托盘20上方延伸至高于下游侧壁64。通过一种方法,上游侧壁60可以一直延伸到混合腔室16的底部托盘。在这种方式下,随着流体流入粗分配区可被夹带在蒸气中的液体将被限制进入蒸气烟囱50,并且可以与蒸气分离并被收集在粗分配托盘20上。延伸的侧壁60还增强了粗分配托盘上的回旋流体流的阻尼。
[0036]虽然可以根据各方面使用不同的混合腔室,如本领域公知的,在一个方法中,混合腔室16可包括通过一个或多个侧壁46固定到收集托盘12的底部的底板或者托盘44。在接近或处于混合腔室16的中心部分可包括出口 18。侧壁46可包括单个连续的侧壁,该侧壁可以是大致圆形或具有其它形状。在这点上,收集托盘底部可形成混合腔室16的顶部。如图1所示,侧壁包括圆形侧壁46以促进混合腔室16中的回旋流体流。出口 18可包括中央开口以允许流体从中通过,
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