气体脱硫用双级移动床径向流反应器及反应系统的制作方法

本实用新型属于气体净化、分离技术领域，具体涉及一种气体脱硫用双级移动床径向流反应器及反应系统。

背景技术：

径向流反应器具有流通截面大、床层阻损小、易实现规模化操作等优点，广泛应用于石油炼制、煤化工以及环保等领域。

专利cn103706307b和cn103721643b公开了两种径向流固定床反应器，通过反应器进出口位置的设置，或者在分流流道和集流流道内设置导流体，以期解决径向反应器的均流问题。但这两项专利催化剂床层顶端采用封闭端口，无法实现自动或连续装料操作。

专利cn1140331c提出了一种移动床气固径向反应器结构。包括壳体，壳体有侧壁、上部封头和底部封头组成，壳体内设置有内网和外网，内网和外网之间形成环形空间，壳体上设有反应物入口、反应物出口，上部封头上设有催化剂导入管，底部封头上设有催化剂排出管，催化剂导入管和排出管与环形空间相连。在内网下部设有裙座，裙座外表面由上向下沿由内网向外网的方向倾斜，其上缘与内网相连，下缘与底部封头的内表面相连。采用该结构可实现催化剂的自动装卸，并且采用裙座结构后可减小催化剂排卸的死区。但该方案并未公开如何解决反应器内气流均匀性、装料均匀性以及气流串流等问题。并且对于催化吸附类的反应，由于催化剂未分级，不能将失效的和未失效的催化剂分开卸料，导致催化剂综合利用率较低。

专利cn105623732b和cn105617946b公开了一种移动床径向流反应器，可装填两种不同性质的催化剂，不易失活的和易失活的催化剂分别装填于固定床层和移动床层。同时通过在催化剂固定床层、流体进料通道和流体出料通道内设置分隔板，改变了流体在进料通道、固定床层、移动床层和出料通道间的径向流动方向，使得流体来回进出两个催化剂床层。采用该结构实现了两种不同性质催化剂的填装，并在同一筒体内通过分隔板改变流体流向实现了催化反应的分级，进而简化了反应系统。但该方案并未公开如何解决反应器内气流均匀性、装料均匀性以及气流串流等问题。

对于某些催化吸附的过程，催化剂失活速度较快、用量较大，需要频繁更换催化剂。若采用常规的径向流固定床，装料采用人工手动方式，劳动强度大；并且由于催化剂床层未分级，使得催化剂综合利用率低下。专利cn105623732b和cn105617946b公开的方案虽然实现了催化剂床层的分级，但该结构较为复杂，反应器内气流均匀性难以保证，且在各隔板区域易发生气流串流现象。对于顶部装料区域，催化剂会呈现出凸起料堆，在料堆区域，气流沿径向穿过的催化剂床层厚度不均，导致出现气流分配不均及短流的问题。

技术实现要素：

有签于此，本实用新型的目的在于提供一种气体脱硫用双级移动床径向流反应器及反应系统，用于解决径向流反应器内部由于装料不均或者隔板区串流带来的气体短流问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本实用新型提供一种气体脱硫用双级移动床径向流反应器，包括由依次连接的上封头、中间段、下封头组成并呈密闭罐体结构的壳体，所述壳体内设有沿其轴向相互套装的外套筒和内套筒；所述内套筒内设有分级隔板；所述外套筒由上端接于上封头的上部外密闭段、下端接于下封头的下部外开孔段组成；所述内套筒由上端接于上封头的上部内密闭段、下端接于下封头的下部内开孔段组成，且下部内开孔段由位于分级隔板处的隔区密闭段将其分隔为朝向上封头的二级开孔段和朝向下封头的一级开孔段；所述外套筒与内套筒之间设有催化剂；所述上封头上并在其与上部内密闭段围设的区域设置气体出口、在其与上部内密闭段和上部外密闭段共同围设的区域设置催化剂装料口；所述下封头上并在其与下部内开孔段围设的区域设置气体进口、在其与下部内开孔段和下部外开孔段共同围设的区域设置催化剂卸料口。采用上述方案，待净化气体通过反应器气体进口送入内套筒，经内套筒一级开孔段向与之相邻的催化剂移动床层扩散，经外套筒和内套筒之间的下部催化剂进行一级净化后，由外套筒下部外开孔段的下端扩散入壳体中间段与外套筒之间的区域，然后，气体再经外套筒下部外开孔段的上端进入外套筒和内套筒之间的上部催化剂进行二级净化后，由内套筒二级开孔段进入内套筒内，并从反应器气体出口流出；这样，不仅避免径向流反应器内部由于装料不均或者隔板区串流带来的气体短流问题，同时也可充分发挥催化剂吸附性能，提高催化剂综合利用率。

进一步，所述气体进口、气体出口位于壳体的中轴线上。这样，有助于气体在反应器内套筒的进气侧扩散，使得待净化气体均匀扩散入催化剂层实施气体脱硫；而在反应器内套筒的出气侧实现快速导出净化后气体。

进一步，所述壳体的中间段、外套筒、内套筒呈同轴设置。这样，有助于催化剂层在外套筒与内套筒之间区域内装\卸料均匀，保证反应器内催化剂的吸附性能。

进一步，所述上部内密闭段的设计高度h1和所述隔区密闭段的设计高度h2之间满足条件为：h1>0.5×δ×tanα，h2>δ；其中，δ为催化剂料层径向厚度，α为催化剂静态堆积角。这样，可有效避免由于顶部装料堆积不均匀以及分级隔板处气流短流等带来的气流分配不均问题。

进一步，所述壳体的中间段上设有用于固定安装的支座。该支座焊接于壳体上，环绕壳体均匀布置至少3个，以便于反应器的就位安装及稳定可靠。

进一步，所述隔区密闭段与分级隔板为整体结构，且隔区密闭段与内套筒可滑动的密封设置。该整体结构利用加工及装配，且与内套筒可滑动结构，在保证隔区密闭段防串流情况下，可滑动调节改变内套筒上、下分级区的容量，实现一级和二级催化剂层高度的分配、调节，从而有利于催化剂层的吸附。

进一步，所述壳体的中间段内设有环绕外套筒并呈螺旋上升的导流板。通过导流板设置，可对进入壳体中间段与外套筒之间的气体实施导向作用，并使得气体由下往上与催化剂层接触，使得下部催化剂层先失去活性，以保证下部排出的催化剂失活反应充分。

本实用新型还提供一种双级移动床径向流气体脱硫反应系统，主要由上述的反应器、在壳体上设置用于实时检测气体进口与气体出口之间压差的压差传感器、在气体出口的管路上设置用于实时检测气体出口含硫浓度的硫浓度检测器、在催化剂装料口外依次设置的自动装料阀和送料系统、在催化剂卸料口外依次设置的自动卸料阀和排料系统组成。

本实用新型的优点在于：

1、本实用新型通过在内套筒和外套筒顶部均设置了不开孔的密闭段，此处将没有气流通过，彻底解决了由于装料不均带来的气流短流问题。同样的，在内套筒处设置分级隔板及隔区密闭段，阻隔了气流沿隔板区域直接进入气流出口汇集通道的路径，强迫气流全部穿过催化剂床层，有效防止气体串流。

2、本实用新型气流下进上出，通过分级隔板实现气流转向，同时因隔区密闭段也将催化剂床层间接分为了两级，先接触气体的一级催化剂先失活，失活后的催化剂由催化剂卸料口排出，同时上部未失活的二级催化剂自动落下，实现了催化剂的充分利用。

3、本实用新型解决现有反应器装卸料人工劳动强度大、无法实现在线操作以及对装填料层平整度有较高要求等问题，实现催化剂的全自动、全密闭、在线装卸料操作，同时消除由于催化剂装填不平整导致的气流分配不均匀及短流的问题。

4、本实用新型解决现有径向流反应器无法先行更换失活催化剂，催化剂综合利用率低下的问题。实现催化剂分级更换，将催化剂性能发挥到极致。

5、本实用新型有效解决现有多级移动床径向流反应器气流分配不均，以及催化剂床层内气流容易串流等问题。

本实用新型的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本实用新型的实践中得到教导。本实用新型的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。

附图说明

为了使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本实用新型作进一步的详细描述，其中：

图1为本实用新型实施例的反应器结构示意图；

图2为本实用新型实施例的气体脱硫系统流程示意图；

附图标记：气体进口1、气体出口2、壳体3、上封头3.1、下封头3.2、中间段3.3、外套筒4、上部外密闭段4.1、下部开孔段4.2；内套筒5、上部内密闭段5.1、二级开孔段5.2、隔区密闭段5.3、一级开孔段5.4、分级隔板6、催化剂7、支座8、催化剂卸料口9、催化剂装料口10、压差检测器11、硫浓度检测器12、自动卸料阀13自动装料阀14、排料系统15、送料系统16。

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本实用新型的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本实用新型的其他优点与功效。本实用新型还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本实用新型的精神下进行各种修饰或改变。需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本实用新型的基本构想，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。

如图1所示，本实施例中的气体脱硫用双级移动床径向流反应器，具体包括：气体进口1、气体出口2和壳体3。壳体3分为上封头3.1、下封头3.2和中间段3.3。所述气体进口、气体出口位于壳体的中轴线上，有助于气体在反应器内套筒的进气侧扩散，使得待净化气体均匀扩散入催化剂层实施气体脱硫；而在反应器内套筒的出气侧实现快速导出净化后气体。壳体内部设置有外套筒4与内套筒5，与壳体3为同轴心布置，有助于催化剂层在外套筒与内套筒之间区域内装\卸料均匀，保证反应器内催化剂的吸附性能。外套筒4与内套筒5上端与上封头3.1相连，外套筒4与内套筒5下端与下封头3.2相连。外套筒4和内套筒5形成环形空间，该环形空间内填装催化剂7。上封头3.1上设有催化剂装料口10，下封头3.2上设有催化剂卸料口9，催化剂装料口10和催化剂卸料口9正好与该环形空间相连。内套筒5内部设置有分级隔板6，将内套筒5分为两级。内套筒5从上至下分为四段，分别为上部内密闭段5.1、二级开孔段5.2、隔区密闭段5.3和一级开孔段5.4。外套筒4从上至下分为两段，分别为上部外密闭段4.1和下部外开孔段4.2。上部外密闭段4.1与上部内密闭段5.1位置相对应。隔区密闭段5.3设置在分级隔板6处。采用上述方案，待净化气体通过反应器气体进口送入内套筒，经内套筒一级开孔段向与之相邻的催化剂移动床层扩散，经外套筒和内套筒之间的下部催化剂进行一级净化后，由外套筒下部外开孔段的下端扩散入壳体中间段与外套筒之间的区域，然后，气体再经外套筒下部外开孔段的上端进入外套筒和内套筒之间的上部催化剂进行二级净化后，由内套筒二级开孔段进入内套筒内，并从反应器气体出口流出；这样，不仅避免径向流反应器内部由于装料不均或者隔板区串流带来的气体短流问题，同时也可充分发挥催化剂吸附性能，提高催化剂综合利用率。

本实施例中的内套筒上部内密闭段5.1的高度h1和所述内套筒隔区密闭段5.3的高度h2应分别满足如下条件：h1>0.5×δ×tanα，h2>δ；其中，δ为催化剂料层径向厚度，α为催化剂静态堆积角。在有效避免气体在反应器内串流的情况下，匹配催化剂的吸附能力。

本实施例中的中间段3.3上设有用于固定安装的支座8。该支座焊接于壳体3上，环绕壳体均匀布置至少3个，以便于反应器的就位安装及稳定可靠。

在另一实施例中的隔区密闭段5.3与分级隔板6为整体结构，且隔区密闭段与内套筒可滑动的密封设置。该整体结构利用加工及装配，且与内套筒可滑动结构，在保证隔区密闭段防串流情况下，可滑动调节改变内套筒上、下分级区的容量，实现一级和二级催化剂层高度的分配、调节，从而有利于催化剂层的吸附。

在另一实施例中的壳体的中间段内设有环绕外套筒并呈螺旋上升的导流板(未画出)。通过导流板设置，可对进入壳体中间段与外套筒之间的气体实施导向作用，并使得气体由下往上与催化剂层接触，使得下部催化剂层先失去活性，以保证下部排出的催化剂失活反应充分。

如图2所示，为本实用新型所述反应器应用于气体脱硫的系统流程示意图。本系统主要由上述的反应器、在壳体3上设置用于实时检测气体进口1与气体出口2之间压差的压差传感器11、在气体出口2的管路上设置用于实时检测气体出口2含硫浓度的硫浓度检测器12、在催化剂装料口10外依次设置的自动装料阀14和送料系统16、在催化剂卸料口9外依次设置的自动卸料阀13和排料系统15组成。基于上述系统的气体脱硫反应过程包括：待净化气体通过反应器气体进口送入内套筒，依次经内套筒一级开孔段、与内套筒一级开孔段相邻的催化剂、外套筒下部外开孔段、外套筒与壳体之间的环形空间、外套筒下部外开孔段、与内套筒二级开孔段相邻的催化剂、内套筒二级开孔段后从反应器气体出口流出；当硫浓度检测器检测到气体出口含硫浓度高于设定值或者压差检测器检测到气体进口与气体出口之间压差高于设定值时，打开自动卸料阀和自动装料阀；活性催化剂通过催化剂装料口自动装入反应器上部，同时通过催化剂卸料口自动排出反应器下部的失活催化剂；当硫浓度检测器检测到气体出口含硫浓度不高于设定值并且压差检测器检测到气体进口与气体出口之间压差不高于设定值时，关闭自动卸料阀和自动装料阀；停止催化剂装卸料。

本系统工艺通过催化剂的部分更换，实现降低催化剂床层压降同时提高其脱硫效率的目的。整个催化剂装卸料过程，可实现在线操作，反应器无需停车，并且无需人工操作，且安全可靠。

上所述仅为本实用新型的优选实施例，并不用于限制本实用新型，显然，本领域的技术人员可以对本实用新型进行各种改动和变型而不脱离本实用新型的精神和范围。这样，倘若本实用新型的这些修改和变型属于本实用新型权利要求及其等同技术的范围之内，则本实用新型也意图包含这些改动和变型在内。