专利名称：轴向流固定床反应器的制作方法
技术领域：
本发明涉及轴向流固定床反应器，特别是涉及轴向流固定床甲苯歧化与烷基转移反应器。
轴向流固定床反应器是常见的工业气固催化反应器型式之一。合成氨厂的变换反应器，炼油厂的铂重整反应器、汽油加氢反应器、柴油加氢反应器、甲苯歧化与烷基转移反应器以及甲醇氨化制甲胺反应器等都属于这种型式。拉塞所著《化学反应器设计》(中译本，化学工业出版社，1982年12月，北京)第314页对这种反应器有详尽的论述，
图1即为典型单层固定床催化(绝热)反应器的示意图。由图1可见，它通常由进口气体预分布器、均化空间、固定床层(一般包括上层惰性填料层、催化剂层和下层惰性填料层)及出口气体收集器等部分组成。这种反应器性能优劣的一个重要指标乃是催化剂床层中各部位的催化剂能否获得均匀利用，这就要求气流通过催化剂床层时分布得均匀。如果气流分布不均匀，催化剂床层中出现死区或(和)短路，致使一部分催化剂超负荷，而另一部分催化剂却几乎不起作用，便导致反应过程恶化，反应器性能下降。可见，实现催化剂床层中气流均匀分布是十分重要的，它一直是工业轴向流固定床反应器设计的主要追求目标之一。
轴向流固定床反应器中任一轴向位置的横截面上气流分布状况，一是取决于该截面上游来流的速度分布状况，二是取决于该截面下游的阻力分布状况。图1中所设置的进口气体预分布器、均化空间和催化剂之上的三层瓷球(统称为上瓷球层)都是为了使进入催化剂床层的气体有一较为均匀的来流速度分布，而催化剂下面的三层瓷球(统称为下瓷球层)和出口气体收集器的设置则是为了在催化剂床层的下游形成比较均匀的阻力分布，同时它们也起到支承催化剂床层的作用。
显然，为了达到阻力分布均匀这一目标，就必须对包括上瓷球层、催化剂层和下瓷球层在内的组成整个固定床的各层进行仔细和严格的装填(工厂中简称为“装剂”)，每一层的各部位都须松紧均匀，每一层都必须厚薄均匀(下封头底部的最下层瓷球层除外)，每二层之间的交界面必须保持水平，不允许出现倾斜。对于日益大型化的轴向流固定床反应器而言(以轴向流固定床甲苯歧化反应器为例，目前它的反应器直径已达5米以上，反应器的直筒高度已达8米左右)，欲达到上述装填要求决非易事，实际操作中困难重重。
这种困难首先在于装填人员一旦进入反应器内，尤其那些直径达5～6米，高度将近20米(包括上、下球形封头)的大型反应器内，顶部只有直径一般为0.5～0.7米的开口(人孔)，四周都是一模一样的器壁，装填过程中产生的粉尘弥漫于空间，临时照明的安全灯更显得昏暗。身处如此庞大的空间中，非但不辨东西南北，而且根本没有任何参照物可使装填人员能凭目测判断当前床层的表面是否平整和水平。这就是轴向流固定床反应器，尤其大直径轴向流固定床反应器装填催化剂和惰性填料的困难之处。通常，采用的一种判断装填高度并检查水平状况的方法是每装填完一层，就从顶部开口吊下一带重锤的皮尺，以顶部开口的法兰面为基准，测量东南西北不同方位处固定床表面至法兰口的垂直距离，以此推算某层的装填厚度并判断其表面是否水平。然而该法对于直径较小的反应器尚可行，但对于大直径反应器，其准确性较难保证。因为皮尺是垂直的，它最多只能测出床层表面中心那块同法兰开口面积相同的区域的床层高度和水平状况，并不能测出这个中心部位周边区域的高度和水平状况。于是很可能出现如图2所示的那种不理想的装填状况(夸大画法)。显然，这种装填状况对气体的均匀分布将产生不良影响。
鉴于上述方法的局限性，在反应器内部建立起能指示各层之间分界面高度和水平状况的标记线就显得十分必要。目前采取的办法，一种是以下封头同直筒之间的焊缝为基准线，按工艺设计要求用粉笔在下封头内壁画出分别代表小、中、大瓷球水平高度的三个圆圈。又以上封头同直筒之间的焊缝为基准线，按工艺计算要求用粉笔在直筒内壁上画出分别代表催化剂床层及上瓷球层中大、中、小瓷球层水平高度的四个圆圈。然而，反应器内这二道焊缝在制造过程中已用砂轮打磨平整，在昏暗的灯光下，辩认出这二道焊缝相当困难。另一种方法是以圆柱形出口气体收集器上端表面为基准，用一根平直的木杆，一端紧贴在收集器上端表面上，另一端伸出与器壁接触，并用粉笔画出接触点。如此在器壁上画出若干接触点，并用粉笔把它们连成一个圆圈。然后以这个粉笔画的圆圈为基准，按设计规定的不同固体颗粒床层的高度，用粉笔画出若干代表各床层之间分界面高度的圆圈。在装填过程中，不断用平直木板把当前床层表面刮平，并以粉笔所画的圆圈为参照基准，判断每种固体颗粒床层的装填高度和水平状况。然而，上述二种方法存在以下明显的缺点①精确度差。以出口收集器上端表面为基准所画的最下一圈“基准圆圈”是不够精确的。所用的平直木杆不大可能放置得真正水平，由于反应器直径相当大，这根木杆接触器壁的未端向上翘或向下垂，在所难免。由于在反应器内部没有其它参照物，装填人员难以判断所画的接触点是否处于同一水平高度，所以便难以保证把这些接触点连接而成的“基准圆圈”是一个水平的圆圈。而以焊缝为基准的话，前已述及，在昏暗的灯光下，不太容易把它们辨认出来。既然“基准圆圈”已不够精确，那末以它为基准所画的代表各层之间分界面位置的圆圈的精确度必然更差。②施工操作困难。在大型反应器内的庞大空间中，现场临时画出代表各层之间分界面位置的圆圈也是一件十分不容易的事。至少需要二个人互相配合，尤其画上层各圈标记线时，一个人拴上安全带，攀到临时的长梯或晃动不定的软梯上，放下皮尺，由下面另一人把皮带末端按到基准圆圈上，梯子上的人则在器壁上用粉笔作出记号点，然后徒手用粉笔将各记号点连成一圆圈。显然，实际操作中的困难，也使用粉笔画出圆圈的准确性大打折扣。而每次换剂都要重复一遍这种画线工作，的确是一件费时又麻烦的事情。③择色困难。选择画线所用粉笔的颜色出现困难。若用白色粉笔，虽然它同呈褐黑色的器壁有明显的反差，相当显目，但催化剂和瓷球都是白色的，尤其在昏暗的灯光下，装填人员很难辨认出作为参照物的白色粉笔画的圆圈；若用彩色粉笔画，它们同器壁的反差太小，装填过程同样看不清楚。何况粉笔画的圆圈很容易被不慎擦掉，将更难看清，甚至前功尽弃。
综上所述，轴向流固定床反应器(尤其大型轴向流固定床反应器)的装剂的确是件相当复杂而麻烦的工作。上述目前工厂中通常采用的装填方法，不但难度大，而且难以保证装填质量。究其原因，在于传统的轴向流固定床反应器内部没有任何精确的永久性的标记可作为装剂的参照物。
本发明的目的是为了克服以往固定床反应器设计中存在催化剂装填操作麻烦，且各层之间分界面不易平整，造成气流不能均匀分布的缺点，提供一种新的轴向流固定床反应器。该反应器具有催化剂装填简便，且各床层之间分界面既平整又水平装填，有利于气流均匀分布的特点。
本法发明的目的是通过以下的技术方案来实现的一种轴向流固定床反应器，包括进口、气体预分布器、气体收集器、卸料口和出口，其中气体预分布器位于反应器内上部，进口之下，气体收集器位于反应器内下部，出口之上，卸料口位于反应器下部，出口之上，其中在气体预分布器之下，与反应器轴向线垂直的圆周面内壁上装有至少3块标记物。
上述技术方案中，与反应器轴向线垂直的圆周面内壁上装有的标记物数量优选范围为3～8块。反应器内壁上装有标记物且与反应器轴向线垂直的圆周面，在反应器上部、气体预分布器之下有1～4个，优选范围为4个；在反应器下部，气体收集器之上有1～3个，优选范围为3个。标记物所用的材料为不锈钢角钢、顶端圆滑的不锈钢短棒或不锈钢焊点，各标记物间可用不锈钢丝连接，其中不锈钢丝的直径可采用3～5毫米。
上述这些标记物(如不锈钢角钢或顶端圆滑的不锈钢短棒及不锈钢丝等)可在反应器制造过程中焊到工艺计算所要求的床层分界面在反应器壁上的相应位置上。这个焊接工序应在分段制成的上、下封头及中间直筒尚未对接合拢之前完成，这样便于确定其位置，也便于施工。
本发明的轴向流固定床反应器，由于在其内壁上装有永久性的标记物，可省去装填催化剂时以往那种繁琐、危险且不准确的画线工作，另外由于标记物为不锈钢，在灯光下较为醒目，容易看清，且能触摸到，且各不锈钢组成的平面能保证催化剂床层及各瓷球床层的平整水平，从而使整个轴向流反应器的气流分布保持均匀，取得了较好的效果。
图1是典型的轴向流固定床催化反应器。
图2是一种不理想的轴向流固定床催化反应器装填状况。
图3是不锈钢焊点及标记线的示意图。
图4是一种由间断的角钢构成的装剂标记物和一种由间断焊于器壁上的短圆柱体构成的装剂标记物。
图1中1为气体进口，2为气体预分布器，3为均化空间，4为大瓷球，5为中瓷球，6为小瓷球，7为催化剂，8为小瓷球，9为中瓷球，10为大瓷球，11为气体收集器，12为卸料口，13为气体出口。
图2中1为大瓷球，2为中瓷球，3为小瓷球，4为催化剂，5为小瓷球，6为中瓷球，7为大瓷球。
图3中a为固定床表面至直筒边缘的距离，b为上层大瓷球体厚度，c为上层中瓷球厚度，d为上层小瓷球厚度，e为下瓷球层表面至下封头边缘的距离，f为下层小瓷球厚度，g为下层中瓷球厚度，h为下瓷球层表面至气体收集器上端的距离，I为上部标记物层面的局部放大图，II为下部标记物层面的局部放大图。
图4中，I为不锈钢角钢层面局部放大图，II为不锈钢短棒层面局部放大图。
下面通过实施例对本发明作进一步的阐述。实施例1一台年处理量为百万吨级的甲苯歧化与烷基转移反应器，它的直径为5米，直筒高度为8米。上、下封头均为球形封头。根据气体均布要求，设置由直径5毫米、直径9毫米、直径16毫米三种瓷球分层装填而构成的上瓷球层，其中每种瓷球层厚度均为200毫米。催化剂床层为8.35米。起支承和气体均布双重作用的下层瓷球层也由直径分别为5毫米、9毫米、和16毫米的三种瓷球分层装填而构成。其中5毫米直径的瓷球层厚200毫米，9毫米直径的瓷球层厚150毫米，16毫米直径的瓷球层表面至出口气体收集器上端距离为150毫米。出口气体收集器高度为1米。按照上述尺寸，用直径为4毫米的奥氏体不锈钢丝点焊于反应器内壁。在直筒上端制成4圈装剂标记线，每圈标记物层面有8个标记物，在下封头上制成3圈装剂标记线，每圈标记物层面有8个标记物。这台带有装剂标记线的甲苯歧化与烷基转移反应器在装填过程中非常顺利地以标记物和不锈钢丝组成的平面为基准装填各床层，使床层均能达到平整、水平，且气流分布十分均匀。
权利要求
1.一种轴向流固定床反应器，包括进口、气体预分布器、气体收集器、卸料口和出口，其中气体预分布器位于反应器内上部，进口之下，气体收集器位于反应器内下部，出口之上，卸料口位于反应器下部，出口之上，其特征在于在气体预分布器之下，与反应器轴向线垂直的圆周面内壁上装有至少3块标记物。
2.根据权利要求1所述轴向流固定床反应器，其特征在于与反应器轴向线垂直的圆周面内壁上装有3～8块标记物。
3.根据权利要求1所述轴向流固定床反应器，其特征在于反应器内壁上装有标记物且与反应器轴向线垂直的圆周面，在反应器上部、气体预分布器之下有1～4个；在反应器下部、气体收集器之上有1～3个。
4.根据权利要求3所述轴向流固定床反应器，其特征在于反应器内壁上装有标记物且与反应器轴向线垂直的圆周面，在反应器上部、气体预分布器之下有4个；在反应器下部、气体收集器之上有3个。
5.根据权利要求1所述轴向流固定床反应器，其特征在于标记物所用的材料为不锈钢角钢、顶端圆滑的不锈钢短棒或不锈钢焊点。
6.根据权利要求1所述轴向流固定床反应器，其特征在于标记物间可用不锈钢丝连接。
全文摘要
本发明涉及轴向流固定床反应器,主要解决以往固定床反应器存在催化剂装填繁琐、危险,催化剂床层不易平整、水平使气流分布不均匀的问题。本发明通过采用在反应器内壁上按装不锈钢标记物的技术方案较好地解决了该问题,可用于固定床工业生产中,特别是甲苯歧化与烷基转移工业装置。
文档编号B01J8/02GK1351900SQ0012744
公开日2002年6月5日 申请日期2000年11月15日 优先权日2000年11月15日
发明者崔世纯, 朱冬茂, 李向勇 申请人:中国石油化工股份有限公司, 中国石油化工股份有限公司上海石油化工研究院