本发明涉及石油化工设备领域，具体涉及一种颗粒物床层支撑结构，以及一种采用所述颗粒物床层支撑结构的高通量轴向反应器。
背景技术
对于反应器的催化剂床层支撑结构，一般分为两种，即平面支撑格栅和圆筒形支撑格栅。这两种支撑结构分别对应着轴向流反应器和径向流反应器。其中轴向固定床反应器出现的历史较长，应用范围广，这两种反应器分别包括以下特点：
轴向固定床反应器一般使用平面格栅支撑结构，如图1所示。该类反应器催化剂床层呈水平的饼状布置，流体沿轴向自上而下流经床层，床层同外界无热交换。该种反应器的结构简单，工艺设计、计算和设备制造比较简便。但该种反应器也存在一些缺点：催化剂床层的床层一般比较厚，反应物流经床层的阻力大，为减小阻力必须使用大颗粒催化剂；因为其压降大，所以对催化剂的强度有较高要求，以防止催化剂颗粒受到高速气流冲击而粉化。由于床层较厚，轴向反应器床层内的温降变化梯度大。
径向反应器一般使用圆筒形格栅支撑结构，是一种气体流动方向与设备轴向相垂直的反应器，圆筒形格栅竖直布置，催化剂床层位于竖向的环形空间内。这种反应器一定程度上可以克服轴向反应器的缺点。但是，径向反应器的结构较轴向反应器在工艺设计和设备制造方面更为复杂，限制了其推广应用。
因此，亟需开发一种新型的格栅支撑结构，用于轴向反应器。
技术实现要素：
为了克服现有技术中存在的上述不足，本发明的目的是提供一种颗粒物床层支撑结构，以及一种采用所述颗粒物床层支撑结构的高通量轴向反应器，该颗粒物床层支撑结构能够增大颗粒物床层的介质流通通量、增大介质的入口流通面积，其适用于具有颗粒物床层的立式反应器、立式干燥器和立式净化器等设备。
根据本发明的第一方面，本发明提供一种颗粒物床层支撑结构，该颗粒物床层支撑结构包括沿竖直方向设置的支撑格栅和压紧格栅，所述支撑格栅位于所述压紧格栅的下方，所述支撑格栅和压紧格栅具有相匹配的凹凸结构，使所述支撑格栅和压紧格栅之间具有轴向间距和横向间距，用于设置颗粒物床层。
根据本发明的第二方面，本发明提供一种高通量轴向反应器，该高通量轴向反应器包括上述的颗粒物床层支撑结构、壳体、进口管、进口分布器和出口管，
所述颗粒物床层支撑结构固定于所述壳体内，所述进口管设置在所述壳体的顶部，所述进口分布器连接于所述进口管，所述出口管设置在所述壳体的底部，
所述高通量轴向反应器还包括设置在所述颗粒物床层支撑结构内部的催化剂床层。
将本发明的颗粒物床层支撑结构用于具有颗粒物床层的设备中，具有如下技术效果：
(1)提高流体介质的流通通量：本发明颗粒物床层支撑结构中的支撑格栅和压紧格栅具有凹凸结构，增设了竖向放置的格栅，相对于同等直径的传统平面格栅支撑结构，显著地增加了支撑格栅的总表面积，因此能够增大颗粒物床层的流通面积，提高流体介质的流通通量，从而提高设备的处理能力。
(2)提高颗粒物的利用率，降低能耗：颗粒物床层的入口流通面积增加，使得流体的流速降低，压降减小，在某些过程装置应用中，压降是一个控制工艺流程的关键参数，这不仅可以提高产量，还可节省更多能量，而且减轻了对床层入口颗粒物的冲刷，使之不易粉化；对于催化剂床层来讲，床层入口流速降低后允许采用强度更低、颗粒更小的催化剂，利于提高空速，提高催化剂的利用率，提高了反应器的产能；另外，反应流体的流速降低后，床层的流通阻力变小，节省了能量；而且，与同等直径、同等催化剂装填量的传统固定床反应器相比，本发明颗粒物床层支撑结构的引入可以明显降低催化剂床层厚度，使反应物在催化剂床层中的行程缩短，对于存在催化放热反应的情况，降低床层厚度可以降低副反应发生的几率。
(3)节省成本：与同等流体介质入口流速、同等颗粒物装填量的采用传统颗粒物床层支撑结构的设备相比，本发明颗粒物床层支撑结构的引入，可以提高工艺流体与颗粒物床层的接触效率，从而可大幅减小设备的尺寸，缩小的程度与竖向放置的格栅数量有关，设备直径的缩小对设备的造价和制造难度具有重要意义。
(4)显著提高抗弯截面模量：本发明中的支撑格栅和压紧格栅属于一种结构新颖的立体支撑结构，凹凸结构使支撑格栅的抗弯截面模量得到显著提高，提高了支撑的抗弯能力及承受竖向载荷的能力，此结构可以明显降低格栅的尺寸和材料消耗量，由于力学结构合理，本发明的支撑格栅可以不需要支撑梁，或者可以明显减少支撑梁的数量和截面尺寸。
(5)提高设备的处理能力：本发明的颗粒物床层支撑结构将传统的平面支撑格栅创新为立体形式的格栅，流体依据格栅的凸凹形状实现轴向、横向流动，但总体上呈轴向流动，流通截面的通量得到提高，这在一定程度上克服了传统反应器的缺点，使颗粒物床层的阻力降低，颗粒物利用率高，设备的处理能力得以增加，尤其适用于有大处理量、低压力降要求的工艺过程。
附图说明
图1：现有技术的催化剂床层平面格栅支撑结构的主视图；
图2：本发明一种具体实施方式的颗粒物床层支撑结构的主视图；
图3：图2所示颗粒物床层支撑结构中支撑格栅的轴侧图；
图4：沿图2中b-b线截取的剖视图；
图5：图2所示颗粒物床层支撑结构中支撑格栅上的侧向筛网安装图；
图6：本发明高通量轴向反应器的主视图；
图7：采用图2所示颗粒物床层支撑结构的高通量轴向反应器沿图6中a-a线截取的剖视图；
图8：采用本发明另一种具体实施方式的颗粒物床层支撑结构的高通量轴向反应器沿图6中a-a线截取的剖视图。
附图标记说明
1、支撑格栅；2、压紧格栅；3、颗粒物床层；4、壳体；5、进口管；6、出口管；7、进口分布器；8、支撑圈；9、限位板；10、催化剂床层；11、横向格栅；12、竖向格栅；13、环形边框；14、边缘格栅；15、侧向筛网；16、支撑格栅侧面；17、压紧格栅侧面。
具体实施方式
为使本发明更加容易理解，下面将结合实施方式和附图来详细说明本发明，这些实施方式仅起说明性作用，并不用于限制本发明。
根据本发明的第一方面，本发明提供一种颗粒物床层支撑结构，如图2所示，该颗粒物床层支撑结构包括沿竖直方向设置的支撑格栅1和压紧格栅2，所述支撑格栅1位于所述压紧格栅2的下方，所述支撑格栅1和压紧格栅2具有相匹配的凹凸结构，使所述支撑格栅1和压紧格栅2之间具有轴向间距a和横向间距b，用于设置颗粒物床层3。
本发明中，使用的方位词“上、下”是指颗粒物床层支撑结构在正常安装状态下的上、下；所述相匹配的凸凹结构是指支撑格栅1的凸部对应压紧格栅2的凸部，支撑格栅1的凹部对应压紧格栅2的凹部，这样才能使得支撑格栅1和压紧格栅2之间能够保持一定的轴向间距a和横向间距b，以容纳颗粒物床层3。压紧格栅1和支撑格栅2虽然具有凸凹结构，但两者整体上分别是具有一体结构的面格栅，至于其凸凹结构的形成可以采用任何现有技术中的手段。
优选情况下，具有凸凹结构的支撑格栅1和压紧格栅2采用拼接的手段形成，具体地，所述支撑格栅1和压紧格栅2各自包括多块互相拼接的横向格栅11和竖向格栅12，格栅之间可以采用焊接，并通过边框和紧固件连接。
综合考虑拼接及安装的方便性，以及颗粒物床层支撑结构的规整性等因素，优选情况下，所述支撑格栅1和压紧格栅2之间的各轴向间距a相等、各横向间距b相等，组成所述支撑格栅1和压紧格栅2的竖向格栅12的高度c相等。
支撑格栅1与压紧格栅2之间的轴向间距a与横向间距b可以相等或不相等。当两个格栅之间的轴向间距a与横向间距b相等时，流体介质竖向通过床层和横向通过床层的行程相同；当轴向间距a与横向间距b不等时，流体介质竖向通过床层和横向通过床层的行程不相同。流体介质的整体流向为竖向，横向流动的比例较小。基于上述情况，优选地，所述支撑格栅1和压紧格栅2之间的轴向间距a大于等于横向间距b，具体地，所述轴向间距a是横向间距b的1～1.5倍。
另一方面，考虑到本发明所述支撑结构的制造及安装的方便性，优选情况下，所述支撑格栅1与压紧格栅2之间的轴向间距a与横向间距b相等。
根据本发明，所述支撑格栅1和压紧格栅2可以由现有技术中常规组成格栅的材料构成。
优选地，如图4所示，所述支撑格栅1和压紧格栅2由v形丝网构成，v形丝网的网丝由挤压或轧制而成，其截面呈v形，为了防止划伤颗粒物，平面侧朝向颗粒物床层3，对颗粒物床层3形成支撑。
另外，在实际操作过程中，相对于传统使用的平面格栅，本发明的颗粒物床层支撑结构在现场装填颗粒物时难以装填平整，具体地，颗粒物在支撑格栅1上填装时，在其凸部上分布时，由于重力作用，颗粒物会产生向凹部流动的倾向，需要设计相应的阻拦结构以实现颗粒物的平整装填。
优选地，如图5所示，所述支撑格栅1的底部设置有竖直放置的侧向筛网15，其位置与压紧格栅2的竖向格栅12相重合，所述侧向筛网15的开孔率不低于90％，轻薄侧向筛网15的存在，可方便颗粒物床层3的现场装填。
组成所述颗粒物床层支撑结构的支撑格栅1和压紧格栅2具有的相匹配的凹凸结构，其凸部和凹部可以由各种立体形状构成。
根据本发明的一种优选实施方式，所述支撑格栅1包括互相拼接的长条形横向格栅11、长条形竖向格栅12和边缘格栅14，以及环形边框13，所述边缘格栅14呈弧形，使所述支撑格栅1的凸部形成四面围合结构，其边缘与支撑格栅1的凹部底面在一个平面上，便于连接环形边框13，此结构可由图3清楚的看出；所述压紧格栅2由长条形横向格栅11和长条形竖向格栅12拼接而成。
采用上述拼接方式得到的支撑格栅1和压紧格栅2的凸部和凹部分别是由平行的条状长方体构成，如图7所示。
根据本发明的另一种优选实施方式，所述支撑格栅1和压紧格栅2各自包括互相拼接的圆环状横向格栅11和圆筒状竖向格栅12，所述支撑格栅1还包括环形边框13。
采用这种拼接方式得到的支撑格栅1和压紧格栅2的凸部和凹部分别是由同心布置的圆环柱体构成，如图8所示。
本发明中，所述颗粒物床层支撑结构可以用于具有颗粒物床层3的设备中，尤其适用于对处理量大、床层装填量大、床层压力降要求严格的反应、吸附、干燥或净化设备。
具体地，所述颗粒物床层3可以为催化剂床层、干燥剂床层和吸附剂床层等。容易理解的是，在立式反应器中，颗粒物床层3为催化剂床层；在立式干燥器中，颗粒物床层3为干燥剂床层；在立式净化器中，颗粒物床层3为吸附剂床层。与立式反应器类似，在立式干燥器和立式净化器中，气体也是从壳体顶部流入，然后流经设置在壳体内的颗粒物床层3，最后从壳体底部流出。
根据本发明的第二方面，本发明提供一种高通量轴向反应器，如图6所示，该高通量轴向反应器包括上述的颗粒物床层支撑结构、壳体4、进口管5、进口分布器7和出口管6，
所述颗粒物床层支撑结构固定于所述壳体4内，所述进口管5设置在所述壳体4的顶部，所述进口分布器7连接于所述进口管5，所述出口管6设置在所述壳体4的底部，
所述高通量轴向反应器还包括设置在所述颗粒物床层支撑结构内部的催化剂床层10。
根据本发明，所述高通量轴线反应器中的颗粒物床层支撑结构可以采用现有技术中任意方法固定安装于壳体4的内部。
优选地，所述壳体4的内侧壁设置有沿壳体的圆周方向延伸的支撑圈8和限位板9，分别用于支撑所述支撑格栅1和固定所述压紧格栅2。具体是将所述支撑格栅1的环形边框13支撑在位于下方的支撑圈8上，并通过紧固件进行固定；所述压紧格栅2的通过紧固件被固定到限位板9上。
下面将通过实施例对本发明说明进行详细描述。
实施例1
本实施例用于说明本发明的颗粒物床层支撑结构。
如图2-3所示，所述颗粒物床层支撑结构包括沿竖直方向设置的支撑格栅1和压紧格栅2，所述支撑格栅1位于所述压紧格栅2的下方，所述支撑格栅1和压紧格栅2具有相匹配的凹凸结构，使所述支撑格栅1和压紧格栅2之间具有轴向间距a和横向间距b，用于设置颗粒物床层3。
支撑格栅1和压紧格栅2之间的各轴向间距a相等、各横向间距b相等，支撑格栅1和压紧格栅2之间的轴向间距a和横向间距b也相等，组成所述支撑格栅1和压紧格栅2的竖向格栅12的高度c相等。
所述支撑格栅1包括互相拼接的长条形横向格栅11、长条形竖向格栅12和边缘格栅14，以及环形边框13，所述边缘格栅14呈弧形，使所述支撑格栅1的凸部形成四面围合结构，其边缘与支撑格栅1的凹部底面在一个平面上，便于连接环形边框13；所述压紧格栅2由长条形横向格栅11和长条形竖向格栅12拼接而成，格栅之间还采用焊接及紧固件连接。由此得到的支撑格栅1和压紧格栅2的凸部和凹部分别是由平行的条状长方体构成，如图7所示。
如图4所示，支撑格栅1和压紧格栅2由v形丝网构成，所述v形丝网的平面侧朝向颗粒物床层。
另外，如图5所示，所述支撑格栅1的底部还设置有竖直放置的侧向筛网15，其位置与压紧格栅2的竖向格栅12相重合。
图2中的箭头表示该颗粒物床层支撑结构用于设备时，流体介质的流动方向。
实施例2
本实施例用于说明本发明的颗粒物床层支撑结构。
颗粒物床层支撑结构包括沿竖直方向设置的支撑格栅1和压紧格栅2，所述支撑格栅1位于所述压紧格栅2的下方，所述支撑格栅1和压紧格栅2具有相匹配的凹凸结构，使所述支撑格栅1和压紧格栅2之间具有轴向间距a和横向间距b，用于设置颗粒物床层3。
支撑格栅1和压紧格栅2之间的各轴向间距a相等、各横向间距b相等，支撑格栅1和压紧格栅2之间的轴向间距a和横向间距b也相等，组成所述支撑格栅1和压紧格栅2的竖向格栅12的高度c相等。
所述支撑格栅1和压紧格栅2各自包括互相拼接的圆环状横向格栅11和圆筒状竖向格栅12，所述支撑格栅还包括环形边框13，由此得到的支撑格栅和压紧格栅的凸部和凹部分别是由同心布置的圆环柱体构成，如图8所示。
支撑格栅1和压紧格栅2由v形丝网构成，所述v形丝网的平面侧朝向颗粒物床层。
另外，所述支撑格栅1的底部还设置有竖直放置的侧向筛网15，其位置与压紧格栅2的竖向格栅12相重合。
实施例3
本实施例用于说明本发明的高通量轴向反应器。
如图6所示，本发明的高通量轴向反应器包括上述的颗粒物床层支撑结构、壳体4、进口管5、进口分布器7和出口管6，以及设置在所述颗粒物床层支撑结构内部的催化剂床层10。
所述颗粒物床层支撑结构固定于所述壳体4内，所述进口管5设置在所述壳体4的顶部，所述进口分布器7连接于所述进口管5，所述出口管6设置在所述壳体4的底部。
为了便于将两个格栅安装在壳体4内部，所述壳体4的内侧壁设置有沿壳体4的圆周方向延伸的支撑圈8和限位板9，分别用于支撑所述支撑格栅1和固定所述压紧格栅2。具体是将所述支撑格栅1的环形边框13支撑在位于下方的支撑圈8上，并通过紧固件进行固定；所述压紧格栅2通过紧固件固定到限位板9上。
当高通量轴向反应器采用实施例1所述的颗粒物床层支撑结构时，其沿a-a线截取的剖视图如图7所示；若采用实施例2所述的颗粒物床层支撑结构时，其沿a-a线截取的剖视图如图8所示。
以上已经描述了本发明的实施例，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实施例。在不偏离所说明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。