重整反应器的制作方法

本实用新型属于石油化工领域，更具体地，涉及一种用于石脑油生成高辛烷值汽油或芳烃的重整反应器。

背景技术：

在石油化工领域，重整反应器是石脑油生产高辛烷值汽油调和组分或芳烃的关键设备之一。重整反应主要是强吸热反应，因此物料经反应后，其温度会降低。为了补充热量，维持足够反应温度，反应通常分3～4段进行，物料在每段反应之前采用加热炉加热。通常第一反应器温降可达70～80℃。随着重整装置规模的扩大，燃料气用量不断增加，重整装置已成为炼厂中的耗能大户。同时，强放热反应，比如合成气甲烷化反应，计算表明，每转化1％的CO或CO₂可产生的绝热温升分别达到了70℃和60℃,反应温度一般在500～650℃。

近年来，基于吸热或放热反应的耦合反应器受到越来越多的关注。公告号为CN203425799U的中国专利把丁烯异构反应和换热进行集成，制成耦合反应器，增强了换热效果，降低了反应压降，有效解决高温膨胀问题。梅红等(用于吸/放热反应耦合的金属基整体式催化反应器性能模拟，化工学报，第57卷-第8期)针对甲烷催化燃烧和甲烷水蒸气重整反应耦合进行研究，指出吸热侧和放热侧入口气体速度、温度以及组成变化对耦合反应器性能影响很大。

发明人发现，石脑油重整反应为吸热反应且可产生氢气，合成气甲烷化反应等为放热反应(供热反应)且需要氢气。因此，有必要开发一种集成重整反应和供热反应的高效的重整反应器。

公开于本实用新型背景技术部分的信息仅仅旨在加深对本实用新型的一般背景技术的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领 域技术人员所公知的现有技术。

技术实现要素：

本实用新型提出了一种重整反应器，其通过将重整反应和供热反应集成在同一容器内，使供热反应的热量直接传递给重整反应，提高了能量利用效率，简化了流程，减少了投资和占地。

根据本实用新型的一方面，提出了一种重整反应器，所述重整反应器可以包括：壳体；一个或多个重整反应单元，其位于所述壳体内部，与所述壳体同轴，在所述一个或多个重整反应单元中进行重整反应；一个或多个供热反应单元，其位于所述壳体内部，与所述壳体同轴，在所述一个或多个供热反应单元中进行供热反应；上密封隔板和下密封隔板，其分别位于所述一个或多个重整反应单元和所述一个或多个供热反应单元的顶部和底部，密封隔离所述一个或多个重整反应单元和所述一个或多个供热反应单元；以及瓷球层，其分别位于所述一个或多个重整反应单元和所述一个或多个供热反应单元的上部和下部；其中，所述一个或多个重整反应单元和所述一个或多个供热反应单元同轴且呈环状交替排列；以及，所述一个或多个重整反应单元和所述一个或多个供热反应单元之间通过床层间密封挡板完全密封隔离。

所述一个或多个重整反应单元可以包括：重整反应入口，其在所述一个或多个重整反应单元的顶部，重整反应原料从所述重整反应入口进入并被分配到所述一个或多个重整反应单元中；重整反应出口，其在所述一个或多个重整反应单元的底部，所述重整反应出口从一个或多个重整反应单元中的收集重整反应产物并排出；一层或多层重整反应催化剂床层，其位于所述瓷球层之间，在所述一层或多层重整反应催化剂床层中放置重整反应催化剂；以及多个径向隔板，其位于所述一层或多层重整反应催化剂床层中，径向隔离所述一层或多层重整反应催化剂床层。

所述一个或多个供热反应单元可以包括：供热反应入口，其在所述一个或 多个供热反应单元的顶部，供热反应原料从所述供热反应入口进入并被分配到所述一个或多个供热反应单元中；供热反应出口，其在所述一个或多个供热反应单元的底部，所述供热反应出口从一个或多个供热反应单元中的收集供热反应产物并排出；一层或多层供热反应催化剂床层，其位于所述瓷球层之间，在所述一层或多层供热反应催化剂床层中放置供热反应催化剂；以及多个径向隔板，其位于所述一层或多层供热反应催化剂床层中，径向隔离所述一层或多层供热反应催化剂床层。

所述重整反应可以为石脑油生产高辛烷值汽油调和组分或芳烃的强吸热反应，并产生氢气；以及，所述供热反应可以为合成气甲烷化反应，硝基苯制苯胺，以及甲醇氧化制甲醛中的至少一种放热反应。

所述一个或多个重整反应单元和所述一个或多个供热反应单元可以呈环状交替排列的层数为2层至100层，最内层可以为供热反应单元，最外层可以为重整反应单元；并且所述多个径向隔板的数量可以为2至16块。

所述一层或多层重整反应催化剂床层与所述一层或多层供热反应催化剂床层可以在同一水平高度上。

所述一层或多层重整反应催化剂床层与所述一层或多层供热反应催化剂床层可以为固定床。

所述一层或多层重整反应催化剂床层与所述一层或多层供热反应催化剂床层的体积比可以为1.2:1至5:1。

所述一层或多层重整反应催化剂床层的高径比和所述一层或多层供热反应催化剂床层的高径比可以为1.2:1至4.5:1。

所述床层间密封挡板可以采用不与两侧介质发生反应，且至少耐受650℃和20倍压差的材料制成。

本实用新型的重整反应器可以通过将重整反应和供热反应集成在同一容器内，使供热反应的热量直接传递给重整反应，提高了两个反应的原料转化率。

本实用新型的装置具有其它的特性和优点，这些特性和优点从并入本文中 的附图和随后的具体实施例中将是显而易见的，或者将在并入本文中的附图和随后的具体实施例中进行详细陈述，这些附图和具体实施例共同用于解释本实用新型的特定原理。

附图说明

通过结合附图对本实用新型示例性实施例进行更详细的描述，本实用新型的上述以及其它目的、特征和优势将变得更加明显，其中，在本实用新型示例性实施例中，相同的参考标号通常代表相同部件。

图1示出了根据本实用新型的示例性实施例的重整反应器的示意图。

图2示出了沿图1中的线A-A的横截面图。

图3示出了根据本实用新型的示例性实施例的重整反应器的顶部结构的示意图。

图4示出了根据本实用新型的示例性实施例的重整反应器的底部结构的示意图。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本实用新型。虽然附图中显示了本实用新型的优选实施例，然而应该理解，可以以各种形式实现本实用新型而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了使本实用新型更加透彻和完整，并且能够将本实用新型的范围完整地传达给本领域的技术人员。

实施例1

图1根据本实用新型的一个实施例的重整反应器的示意图。

在该实施例中，根据本实用新型的重整反应器可以包括：壳体103、一个或多个重整反应单元115，一个或多个供热反应单元116，上密封隔板104和下密封隔板105以及瓷球层109。一个或多个重整反应单元115可以位于所述壳体 103内部，与所述壳体103同轴，可以在一个或多个重整反应单元115中进行重整反应；一个或多个供热反应单元116可以位于所述壳体103内部，与所述壳体103同轴，可以在所述一个或多个供热反应单元116中进行供热反应；上密封隔板104和下密封隔板105可以分别位于一个或多个重整反应单元115和一个或多个供热反应单元116的顶部和底部，密封隔离一个或多个重整反应单元115和一个或多个供热反应单元116；瓷球层109可以分别位于一个或多个重整反应单元115和一个或多个供热反应单元116的上部和下部，瓷球层109的上层瓷球可以改善气体分布，防止催化剂受物料扰动；瓷球层109的下层瓷球可以防止催化剂掉入反应器底部堵塞管线。其中，一个或多个重整反应单元115和一个或多个供热反应单元116可以同轴且呈环状交替排列；并且，一个或多个重整反应单元115和一个或多个供热反应单元116之间可以通过床层间密封挡板完全密封隔离。

该实施例通过将重整反应和供热反应集成在同一容器内，使供热反应的热量直接传递给重整反应，提高了能量利用效率，简化了流程，减少了投资和占地。

下面详细说明根据本实用新型的重整反应器。

在一个示例中，壳体103内部可以设置有一个或多个重整反应单元115和一个或多个供热反应单元116。图2示出了沿图1中的线A-A的横截面图。如图2所示，壳体103、一个或多个重整反应单元115和一个或多个供热反应单元116可以同轴且呈环状交替排列，而多个径向隔板114可以径向隔离一个或多个重整反应单元115的内部和一个或多个供热反应单元116的内部。在一个或多个重整反应单元115中可以进行重整反应，一个或多个供热反应单元116中可以进行供热反应。如图1所示，上密封隔板104和下密封隔板105可以分别位于一个或多个重整反应单元115和一个或多个供热反应单元116的顶部和底部，密封隔离一个或多个重整反应单元115和一个或多个供热反应单元116；瓷球层 109可以分别位于一个或多个重整反应单元115和一个或多个供热反应单元116的上部和下部。一个或多个重整反应单元115和一个或多个供热反应单元116之间可以通过床层间密封挡板完全密封隔离。此外，壳体103底部可以设有卸剂口111。

在一个示例中，一个或多个重整反应单元115可以包括：重整反应入口101、重整反应出口107、一层或多层重整反应催化剂床层112，以及多个径向隔板114。其中，重整反应入口101可以在一个或多个重整反应单元115的顶部，重整反应原料从重整反应入口101进入并被分配到一个或多个重整反应单元115中；重整反应出口107可以在一个或多个重整反应单元115的底部，从一个或多个重整反应单元115中的收集重整反应产物并排出；一层或多层重整反应催化剂床层112可以位于瓷球层109之间，在一层或多层重整反应催化剂床层112中放置重整反应催化剂；并且，多个径向隔板114可以位于一层或多层重整反应催化剂床层112中，径向隔离一层或多层重整反应催化剂床层112。重整反应单元115的内部为重整反应区。

在一个示例中，所述一个或多个供热反应单元116可以包括：供热反应入口102、供热反应出口108、一层或多层供热反应催化剂床层113，以及多个径向隔板114，其中，供热反应入口102可以在一个或多个供热反应单元116的顶部，供热反应原料从供热反应入口102进入并被分配到一个或多个供热反应单元116中；供热反应出口108可以在一个或多个供热反应单元116的底部，从一个或多个供热反应单元116中的收集供热反应产物并排出；一层或多层供热反应催化剂床层113可以位于瓷球层109之间，在一层或多层供热反应催化剂床层113中放置供热反应催化剂；并且，多个径向隔板114可以位于一层或多层供热反应催化剂床层113中，径向隔离一层或多层供热反应催化剂床层113。供热反应单元116的内部为供热反应区。

在一个示例中，重整反应可以为石脑油生产高辛烷值汽油调和组分或芳烃的强吸热反应，并产生氢气；并且，供热反应可以为合成气甲烷化反应，硝基 苯制苯胺，以及甲醇氧化制甲醛中的至少一种放热反应。但本领域技术人员应当理解，本新型的重整反应和供热反应并不限于此，可以应用本领域已知的各种重整反应(吸热反应)和供热反应(放热反应)。

在实际工作中，参考图1，重整进料由重整反应入口101进入重整反应单元115内的重整反应区，同时，供热反应(如合成气甲烷化反应)进料由供热反应入口102进入供热反应单元116内的供热反应区。供热反应原料气穿过供热反应催化剂床层113，在催化剂的作用下进行甲烷化反应，同时放出大量的热量。重整反应物在重整反应催化剂床层112内吸收来自供热反应区的热量，进行重整反应。反应后重整产物和供热反应产物分别穿过各自催化剂床层底部，继续穿过瓷球层109，分别在壳体103底部通过重整反应出口107，供热反应出口108离开反应器。

在一个示例中，一个或多个重整反应单元115和一个或多个供热反应单元116可以呈环状交替排列的层数为2层至100层，优选地为10层；并且，最内层可以为供热反应单元116，最外层可以为重整反应单元115，如图2所示。而多个径向隔板114可以为2～16块，优选地为8块。多个径向隔板114可以均匀分布，高度与各个催化剂床层等高，材质优选为15CrMoR(H)或2.25Cr-1Mo。

在一个示例中，一层或多层重整反应催化剂床层112与一层或多层供热反应催化剂床层113可以在同一水平高度上，并且可以为固定床。重整反应催化剂床层112和供热反应催化剂床层113均可以为至少一层，优选地，重整反应催化剂床层112可以为2～6个床层，供热反应催化剂床层113可以为2～6个床层。根据情况，重整反应催化剂床层112和供热反应催化剂床层113的数量可以不相同。

在一个示例中，一层或多层重整反应催化剂床层112与一层或多层供热反应催化剂床层113的体积比可以为1.2:1至5:1，优选地，可以为1.5:1至2.5:1。一层或多层重整反应催化剂床层112的高径比和一层或多层供热反应催化剂床层113的高径比可以为1.2:1至4.5:1，优选地，可以为1.25:1至2:1。

在一个示例中，所述床层间密封挡板可以采用不与两侧介质发生反应，且在氢气环境下至少耐受650℃和20倍压差的材料制成。优选地，可以为铬钼钢或不锈钢。

根据工艺过程的不同，本实用新型的壳体103、重整反应单元115和供热反应单元116中的压力可以一般控制在0.1～4MPa。根据工艺过程的不同，重整反应单元115和供热反应单元116中的温度可以一般控制在450℃到650℃。进一步地，可通过调整供热反应单元116的进料组成，循环部分反应生成物等方式控制供热反应深度，实现重整反应区与供热反应区的热量及温位的匹配。

图3和图4分别示出了根据本实用新型的重整反应器的顶部结构和底部结构的示意图。如图1、图3和图4所示，本实用新型的重整进料和供热反应进料分别从重整反应入口101和供热反应入口102进入重整反应单元115和供热反应单元116，各自在不同催化剂作用下反应。供热反应产生热量供给重整反应。实现吸热反应和供热反应同时进行，产物分别从重整反应出口107和供热反应出口108送出。

本实用新型的有益效果在于：

1)本实用新型将吸热的重整反应与放热反应进行耦合，反应热量从供热反应单元转移至重整反应单元，选择与重整反应匹配的放热反应，可使重整反应及时得到热量供给，保证了反应转化率。

2)本实用新型提出的重整反应器减少了重整反应加热用燃料气用量，使重整反应可以不必为补充热量而分别在多个反应器内进行，简化了工艺流程，降低了设备成本。

3)通过在同一反应区安装径向隔板，有助于提高反应进料的均匀分布程度，同时起到固定重整反应单元115和供热反应单元116之间的密封挡板间距的作用。

应用示例

为便于理解本实用新型实施例的方案及其效果，以下给出一个具体应用示例。本领域技术人员应理解，该示例仅为了便于理解本实用新型，其任何具体细节并非意在以任何方式限制本实用新型。

在该应用示例中，重整反应器自反应器中心轴向外的催化剂床层的厚度可以依次为：300mm(放热床层)；500mm(吸热床层)；350mm(放热床层)；250mm(吸热床层)。

重整反应催化剂床层112和供热反应催化剂床层113的高度可以为3500mm。

所述重整反应器的内径可以为2800mm；壳体上部切线距反应区可以为1400mm；壳体下部切线距反应区可以为1400mm。

(1)供热反应区反应为合成气制甲烷反应，甲烷化催化剂装填于本实用新型供热区反应区内，将进料温度为285℃，V(H₂)/V(CO)＝3的合成气从供热反应入口102进入，操作压力为3.2MPa，反应温度600℃，上下壳体的设计压力为4.5MPa。CO转化率为64％。

(2)重整催化剂装填于重整反应区内，重整进料氢油体积比5：1，加热至482℃从重整反应入口101进入，反应室的操作压力为1.27MPa，反应温度为498℃。稳定汽油收率87％，与普通重整固定床反应器收率相当，但燃料气耗量减少了70％。

可见，本实用新型的重整反应器有效地提高了能量利用效率，简化了流程，减少了投资和占地。

本领域技术人员应理解，上面对本实用新型的实施例的描述的目的仅为了示例性地说明本实用新型的实施例的有益效果，并不意在将本实用新型的实施例限制于所给出的任何示例。

以上已经描述了本实用新型的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和 精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。本文中所用术语的选择，旨在最好地解释各实施例的原理、实际应用或对市场中的技术的改进，或者使本技术领域的其它普通技术人员能理解本文披露的各实施例。