一种模拟完整工业化的固定床试验装置的制作方法

文档序号:16225264发布日期:2018-12-11 20:27阅读:342来源:国知局
一种模拟完整工业化的固定床试验装置的制作方法

本实用新型涉及工业化试验装置领域,具体涉及一种模拟完整工业化的固定床试验装置。



背景技术:

加氢技术是指在一定温度和氮气压力下,通过催化剂的催化作用,使原料油与氢气进行反应进而提高油品质量或者得到目标产品的工艺技术,目前实验室小试规模按催化剂填装量可从1ml做到500ml,常规实验小试阶段结束后跳过中试阶段就直接进入工业化放大生产。小试阶段结束后,进入中试试验阶段2000ml催化剂填装量少之又少,原因在于中试放大加氢工艺建造困难,投资大,性价比不高。但中试阶段的好处是更贴近于工业化生产,与工业化的装置工艺相似度更高,可以说中试阶段就是模拟工业化生产。包括工艺结构,工艺参数,实验操作等。现有微反评价装置目前普遍为小试直接放大到工业化,其实规模以上的工项目在设计和运行时需要很多数据,这些数据要在小试到中试再到工业化循序渐进中获得,直接放大到工业化有一定的弊端,例如:工艺数据获取不充足不精确,装置工艺的不够完善,实验操作与工业化不符合。



技术实现要素:

本实用新型的目的就在于为了解决上述问题而提供一种模拟完整工业化的固定床试验装置,可以同时考查原料预处理及加氢反应的效果,并能够提供循环气体各组分含量对催化效果影响值得数据。

本实用新型通过以下技术方案来实现上述目的:

一种模拟完整工业化的固定床试验装置,包括反应器组合结构、循环气系统和气体在线分析放空系统,所述反应器组合结构的上方连接有液体输入管道和气体输送管道,所述反应器组合结构的下方连接有气液混合输出管道;所述液体输入管道另一端与原料油泵连接,所述原料油泵与原料油储罐连接;所述气液混合输出管道与高压分离器连接,所述高压分离器的上端通过高压气体输出管道将高压气体产物分别输送到循环气系统和气体在线分析放空系统,并所述循环气系统尾端通过循环气管道与所述气体输送管道连接;所述高压分离器的下端通过液体产物输出管道与低压分离器连接,所述低压分离器的上端通过管道与气体在线分析放空系统尾端连接,所述低压分离器的下端通过管道与产品暂存罐连接。

进一步地,所述反应器组合结构包括三个反应器,分别是反应器一、反应器二和反应器三;

所述反应器一、反应器二和反应器三的入口管道均与所述液体输入管道连接,出口管道均与所述气液混合输出管道连接;并所述反应器二和所述反应器三的一侧还设有副管道,所述副管道的两端分别与入口管道和气液混合输出管道连接,所述副管道上设有阀门三,所述反应器一的入口管道上设有阀门二,所述出口管道上设有阀门四,所述反应器二和反应器三的入口管道与液体输入管道连接位置一侧设有阀门一,每个副管道与出口管道之间的气液混合输出管道段设有阀门五。

进一步地,所述反应器一、所述反应器二和所述反应器三的入口管道与出口管道均通过三通分别与气体输送管道和气液混合输出管道连接。

进一步地,所述反应器一、所述反应器二和所述反应器三呈一字形并列设置。

进一步地,所述气体输送管道上设有三个气体流量控制器,且三个气体流量控制器并联,分别与反应器一的入口管道、反应器二的入口管道和反应器三的入口管道连接。

进一步地,所述循环气系统包括碱洗塔和碱洗泵,所述碱洗泵与所述碱洗塔连接,且所述碱洗塔的下端与所述气液混合输出管道的分支连接,所述碱洗塔的上端沿着管道依次连接有压缩机入口罐、氢气循环压缩机和压缩机出口罐,所述压缩机出口罐通过循环气管道与所述气体输送管道连接。

进一步地,所述气体在线分析放空系统包括气体在线分析仪和气动调节阀门,所述气体在线分析仪和所述气动调节阀门分别与高压气体输送管道的另一分支连接,并所述气动调节阀门还与高低压放空管道连接。

进一步地,所述低压分离器通过管道与所述高低压放空管道连接。

进一步地,所述高压分离器和所述低压分离器的内部还设有液位传感器和气动调节阀门逻辑控制器。

采用上述结构,原料油储罐中的液体原料通过原料泵输送到反应器组合结构的各个反应器中,反应器组合结构能够进行串联和并联的切换,气体原料通过气体源自有压力进入气体输送管道,并分别进入反应器组合结构,从而在各个反应器中液体原料和气体原料能够混合,进而发生功能性的化学反应,反应后的气液混合物通过气液混合输出管道进入高压分离器,进行第一次的气液分离,在高压分离器的顶部分离出高压气体产物,出来的高压气体产物进入两个系统中,分别是碱洗塔的循环气系统和气体在线分析放空系统,其中高压分离器中的液位通过液位传感器和气动调节阀门逻辑控制,以保证其中的液位稳定,使工艺操作不发生波动;碱洗塔的循环气系统是高压气体产物进入碱洗塔的底部,同时在碱洗塔中上部,通过碱洗泵将碱液打入,碱液与高压气体产物混合后,脱出其中的酸性气体组分,经过碱洗塔顶部出口进入到氢气循环压缩机的入口,经过增压后再从氢气循环压缩机出口进入到气体输送管道进行循环使用。气体在线分析放空系统是高压气体经过减压阀门进行减压,后进入到气体在线分析仪器中,进行气体各组分浓度的分析,到气体组分的某一浓度超过设定值时,气动调节阀会开启,将高压气体排放通过尾气计量系统至放空管线中,以使气体组分的浓度降低与设定值。

高压分离器底部为气液分离后的液体产物,液体产物进入到低压分离器的中上部,同时低压分离器的底部吹入氮气,使得液体产物中的残存的微量气体再次被分离。低压分离器顶部的微量气体经过尾气计量系统排放至放空管线中。低压分离器底部的液体物料作为产品进入到产品暂存罐中,其中低压分离器中的液位通过液位传感器和气动调节阀门逻辑控制,以保证其中的液位稳定,使工艺操作不发生波动。

综上,本实用新型的有益效果在于:当气体在线分析系统可以灵活的控制循环气中某个气体组分浓度的时候,就可以考察不同浓度下的某些气体组分浓度对催化剂催化效果的影响,获取更多的对催化剂具有不利因素的数据。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案,下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本实用新型的结构图;

图2是本实用新型反应器组合结构的结构视图。

附图标记说明如下:

1、原料油储罐;2、原料油泵;3、液体输入管道;4、反应器组合结构;401、反应器一;402、反应器二;403、反应器三;404、出口管道;405、阀门一;406、副管道;407、入口管道;408、阀门二;409、阀门三;410、阀门四;411、阀门五;5、气体输送管道;6、气体流量控制器;7、气液混合输出管道;8、高压分离器;9、液体产物输出管道;10、高压气体输出管道;11、循环气系统;111、碱洗泵;112、碱洗塔;113、压缩机入口罐;114、氢气循环压缩机;115、压缩机出口罐;116、循环气管道;12、气体在线分析放空系统;13、低压分离器;14、产品暂存罐。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将对本实用新型的技术方案进行详细的描述。显然,所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施方式,都属于本实用新型所保护的范围。

参见图1-图2所示,本实用新型提供了一种模拟完整工业化的固定床试验装置,包括反应器组合结构4、循环气系统11和气体在线分析放空系统12,所述反应器组合结构4的上方连接有液体输入管道3和气体输送管道5,所述反应器组合结构4的下方连接有气液混合输出管道7;所述液体输入管道3另一端与原料油泵2连接,所述原料油泵2与原料油储罐1连接;所述气液混合输出管道7与高压分离器8连接,所述高压分离器8的上端通过高压气体输出管道10将高压气体产物分别输送到循环气系统11和气体在线分析放空系统12,并所述循环气系统11尾端通过循环气管道116与所述气体输送管道5连接;所述高压分离器8的下端通过液体产物输出管道9与低压分离器13连接,所述低压分离器13的上端通过管道与气体在线分析放空系统12尾端连接,所述低压分离器13的下端通过管道与产品暂存罐14连接。

进一步地,所述反应器组合结构4包括三个反应器,分别是反应器一401、反应器二402和反应器三403;

所述反应器一401、反应器二402和反应器三403的入口管道407均与所述液体输入管道3连接,出口管道404均与所述气液混合输出管道7连接;并所述反应器二402和所述反应器三403的一侧还设有副管道406,所述副管道406的两端分别与入口管道407和气液混合输出管道7连接,所述副管道406上设有阀门三409,所述反应器一401的入口管道407上设有阀门二408,所述出口管道404上设有阀门四410,所述反应器二402和反应器三403的入口管道407与液体输入管道3连接位置一侧设有阀门一405,每个副管道406与出口管道404之间的气液混合输出管道7段设有阀门五411。

反应器一401、反应器二402和反应器三403串联时,关闭阀门一405、阀门五411,打开阀门二408、阀门三409和阀门四410;反应器一401、反应器二402和反应器三403并联时,关闭阀门三409,打开阀门一405、阀门二408、阀门三409和阀门四410。

三台反应器,可以使得一个试验同时能够考察预处理及加氢的反应效果,同时预处理与加氢反应相互影响的参数关系也可以一并考察。三台预处理反应器结构相同,并用管道及阀门进行连通,使得三台预处理反应器可在串联和并联中进行切换使用。串联使用时优点具体为:在油品加氢中,油品中会含有一定的元素对催化剂造成中毒效应,使得反应效果大打折扣,所以常常需要增设预处理反应器来首先脱出油品中对催化剂造成中毒效应的元素,再进入到下一个反应器进行加氢反应。所以在试验时,可以通过对反应的温度压力等参数进行实时的控制,来达到脱出使催化剂中毒的元素,有利于加氢反应的进行,而且整个串联时的反应是动态进行的,可以灵活的调整工艺参数,使得预处理脱出使催化剂中毒的量与后续的加氢反应达到一个完美的平衡,即能脱出足够的催化剂中毒元素保证加氢反应,同时也避免了过度的脱出使催化剂中毒的元素导致的能源上的浪费,这在未来的工业化放大提供了非常有意义的参数。

三台预处理反应器串联使用还有另外一个优势,那就是可以使得一种单一的化学反应在具有梯度反应温度的情况下进行反应,使得反应转化率大大提高。举例说明,在烯烃聚合反应中,如果使用固定的反应温度,那么聚合后的产物中会出现许多高分子量以及低分子量的产物,导致分子量分布非常不平均,使得产物的性能指标很差,同时相应的转化率也不高。而如果使用这种三台串联反应器的方式,可以设置第二台反应器的反应温度相比第一台提升一定温度,第三台反应器的反应温度相比第二台提升一定的温度,这样就使得反应温度可以形成一个具体梯度的效果,让烯烃聚合反应时,首先在第一台反应器中聚合成小分子量的产物,再经过第二台反应器聚合成中分子量的产物,最后经过第三台反应器聚合成高分子量的产物。这样的反应方式可以使得反应在一个平稳反应条件下稳定的进行,使得聚合反应稳定的发生,保证产物的分子量分布非常均匀,同时转化率也大大提高。

当三台预处理反应器并联使用时,也就是同一种物理同时经过三台反应器。如果三台预处理反应器内填装相同的催化剂,那么并联就相当于是三台反应器合并成一台,这就相当于增加了整套装置的处理速度,也就是增大了进料的流量。这样的好处就是能够将装置的处理量扩大三倍,可以用来进一步考察放大试验中的放大效应,拓展了装置的功能。如果三台预处理反应器填装了不同的催化剂,那么也就说,一次进料可以同时在三种不同的催化剂下进行反应,这种方式可以在同一时间内对三种不同的催化剂的催化效果进行考察,传统的考察催化剂的方式都是一种催化剂填装在反应器中,考察后再换另一种催化剂,如此循环,但如果采用上述方式,可以在一个时间段内同时考察三种催化剂,这大大的提高了考察催化剂效果的效率,节省了大量的人力物力及时间。

在只使用两台反应器的情况下,可以将剩余的一台反应器作为备用,在出现突发状况时及时进行切换,使得装置能够不间断运转。

为方便连接管道,所述反应器一401、所述反应器二402和所述反应器三403的入口管道407与出口管道404均通过三通分别与气体输送管道5和气液混合输出管道7连接。

进一步地,所述反应器一401、所述反应器二402和所述反应器三403呈一字形并列设置。

为方便控制气体流量,所述气体输送管道5上设有三个气体流量控制器6,且三个气体流量控制器6并联,分别与反应器一401的入口管道407、反应器二402的入口管道407和反应器三403的入口管道407连接。

为充分的吸收反应,所述循环气系统11包括碱洗塔112和碱洗泵111,所述碱洗泵111与所述碱洗塔112连接,且所述碱洗塔112的下端与所述气液混合输出管道7的分支连接,所述碱洗塔112的上端沿着管道依次连接有压缩机入口罐113、氢气循环压缩机114和压缩机出口罐115,所述压缩机出口罐115通过循环气管道116与所述气体输送管道5连接。

所述气体在线分析放空系统12包括气体在线分析仪121和气动调节阀门122,所述气体在线分析仪121和所述气动调节阀门122分别与高压气体输送管道5的另一分支连接,并所述气动调节阀门122还与高低压放空管道123连接。

气体在线分析放空系统12,这个系统设置在了循环氢气体管道中,通过PLC逻辑控制器进行自动控制,可以在加氢反应中的循环气系统11达到自动排放废气,自动补充新鲜气体的作用,完全程序化,自动化的进行,避免了传统的人为采样,送样分析带来的认为误差,以及结果的滞后;节省了人工成本并能让装置根据实际情况作出迅速的反应。新鲜气体的补充以及废气的排放两者可同时进行,分别由不同的传感器进行检测,避免了装置压力及各组分气体浓度发生大范围波动,使得装置得以平稳的运行。

气体在线分析放空系统12还可以通过设置循环气中某个气体组分浓度的值,来进行废气的排放。由于在加氢工艺中,循环气中的一些组分(如加氢后产生的硫化氢气体)的浓度会对催化剂产生一定的负面影响。所以当气体在线分析系统可以灵活的控制循环气中某个气体组分浓度的时候,就可以考察不同浓度下的某些气体组分浓度对催化剂催化效果的影响,获取更多的对催化剂具有不利因素的数据。

进一步地,所述低压分离器13通过管道与所述高低压放空管道123连接。

进一步地,所述高压分离器8和所述低压分离器13的内部还设有液位传感器和气动调节阀门逻辑控制器。

采用上述结构,原料油储罐1中的液体原料通过原料泵输送到反应器组合结构4的各个反应器中,反应器组合结构4能够进行串联和并联的切换,气体原料通过气体源自有压力进入气体输送管道5,并分别进入反应器组合结构4,从而在各个反应器中液体原料和气体原料能够混合,进而发生功能性的化学反应,反应后的气液混合物通过气液混合输出管道7进入高压分离器8,进行第一次的气液分离,在高压分离器8的顶部分离出高压气体产物,出来的高压气体产物进入两个系统中,分别是碱洗塔112的循环气系统11和气体在线分析放空系统12,其中高压分离器8中的液位通过液位传感器和气动调节阀门逻辑控制,以保证其中的液位稳定,使工艺操作不发生波动;碱洗塔112的循环气系统11是高压气体产物进入碱洗塔112的底部,同时在碱洗塔112中上部,通过碱洗泵111将碱液打入,碱液与高压气体产物混合后,脱出其中的酸性气体组分,经过碱洗塔112顶部出口进入到氢气循环压缩机114的入口,经过增压后再从氢气循环压缩机114出口进入到气体输送管道5进行循环使用。气体在线分析放空系统12是高压气体经过减压阀门进行减压,后进入到气体在线分析仪121器中,进行气体各组分浓度的分析,到气体组分的某一浓度超过设定值时,气动调节阀会开启,将高压气体排放通过尾气计量系统至放空管线中,以使气体组分的浓度降低与设定值。

高压分离器8底部为气液分离后的液体产物,液体产物进入到低压分离器13的中上部,同时低压分离器13的底部吹入氮气,使得液体产物中的残存的微量气体再次被分离。低压分离器13顶部的微量气体经过尾气计量系统排放至放空管线中。低压分离器13底部的液体物料作为产品进入到产品暂存罐14中,其中低压分离器13中的液位通过液位传感器和气动调节阀门122逻辑控制,以保证其中的液位稳定,使工艺操作不发生波动。

以上所述,仅为本实用新型的具体实施方式,但本实用新型的保护范围并不局限于此,任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内,可轻易想到变化或替换,都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此,本实用新型的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

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