本發(fā)明涉及具有顆粒分離的催化化學反應器。更具體地，本發(fā)明涉及一種具有使用動力學顆粒分離的分離器的反應器。此外，本發(fā)明涉及一種動力學顆粒分離器。反應器可以是向下流動的催化反應器，其包括垂直疊置的顆粒催化材料的填充床。這種類型的反應器用于石油和化學加工業(yè)，以用于進行各種催化反應，如硫和氮轉化(hds/hdn)、烯烴(hyd)和芳族化合物(加氫脫芳烴化-hda)的氫化、金屬去除(加氫脫金屬-hdm)、氧轉化(加氫脫氧-hdo)和加氫裂化(hc)?；蛘?，反應器是徑向轉化器，其中板的元件必須固定到反應器。該反應器具有穿過催化材料的填充床的徑向流，并且其通常用于石油和化學加工工業(yè)中，以用于進行諸如催化重整和氨合成的催化反應。

背景技術：

顆粒分離和分級是化學、制藥、礦產和食品工業(yè)中廣泛探索的需求。雖然可能需要工業(yè)過程中的顆粒分級來提高某些產品的質量，但是可能需要顆粒分離來凈化流體流或避免對工藝設備產生的問題。

有時顆粒有意存在于工藝流中。這是例如基于粉碎燃料的燃燒工藝或使用粉末技術生產藥物或特種化學品的情況。在其他情況下，顆粒的存在是無意的。例如一些煉油廠流、流化床的流出物、fischer反應器的產物流就是這種情況。顆?？梢跃哂懈鞣N來源：它們可以是原始原料和其它反應物流的一部分，或者它們可以在工藝設備中例如作為侵蝕產物生成和收集。顆粒可以是固體或液體，可以具有有機性質(如碳、焦炭、樹膠)，或無機性質(如鹽、碎屑)，或作為鐵組分的腐蝕和侵蝕物，或催化劑顆粒的碎屑。它們可能是液體，像一些水霧，并且含有如細菌的活體雜質。形狀和尺寸也可能有很大差異-從球體到薄片，從毫米到幾微米或更小。如果顆粒在下游工藝中是不希望的，通常通過過濾器或本領域已知的其它合適的顆粒分離技術，在敏感設備之前將這些顆粒的大部分除去。然而，在某些工藝中，隨著時間的推移，例如當涉及侵蝕和腐蝕時，問題可能會出現或變得更加嚴重。有時，實際上不可能在敏感設備之前安裝作為獨立單元操作的顆粒去除設備。

在石腦油加氫處理中可以看到顆粒產生的問題的一個具體實例。加氫處理反應器的進料有時載有顆粒。當將載有顆粒的進料引入至加氫處理反應器中時，顆粒傾向于在分級時或在催化劑上迅速結垢。因此，反應器可能需要頻繁地剔除床的受影響層以容納反應器中的壓降積聚。每5-6個月一次或甚至每2-3個月一次的剔除頻率并不少見。

影響石腦油加氫處理器的顆粒的表征很少能獲得。事實上，顆粒取決于石腦油原料或工藝相關問題(銹、鹽、膠等)。顆粒的運行中收集通常不可用。因此，顆粒表征依賴于事后分析，其受到由于顆粒聚集和氧化引起的大量不確定性的影響。

類似地，由fcc(流體催化裂化)催化劑的再生產生的工藝氣體通常負載有催化劑顆粒和催化劑碎屑。這種氣體可以被輸送到硫回收單元，最常見的是用于元素硫的回收的claus裝置，或用于作為濃硫酸回收硫的wsa裝置。這些是催化固定床反應器，如果暴露于負載有顆粒的原料，則其易于堵塞。通常存在于fcc再生器出口處的顆粒通常為2至20微米或更低的尺寸。

us2009177023公開了一種用于固定床反應器的過濾盤，其中氣體和液體同時向下流動。

該設備可以使用包含過濾介質的特定分配器托盤來捕集包含在液體進料中的堵塞顆粒，該液體供應以氣體和液體同時向下流動模式運行的反應器。該設備特別適用于含有炔屬和二烯化合物的進料的選擇性氫化。

ep0358923公開了一種用于凈化來自固體氣化產生的原始氣體的方法和裝置。在用于凈化來自固體氣化的含有顆粒狀和多塵的固體顆粒的原料氣體的工藝和裝置中，需要找到一種方案，在進入下游冷卻裝置之前，通過該方案從原料氣體中除去大部分任何尺寸的固體顆粒。這通過以下實現：當原料氣體在第一凈化階段從氣化區(qū)在氣體保持空間的方向沿直線通過時，粒狀固體顆粒在氣體保持空間的底部沉淀，然后在第二凈化階段，部分凈化的原料氣體從氣體保持空間橫向偏轉，并且經歷變化至減小至少3倍的速度，并且在進一步的氣體偏轉之后，基本上在垂直方向上通過固體過濾器，其中灰塵固體顆粒從原料氣體中去除。

雖然已有上述已知技術，但是仍需要具有顆粒分離器的反應器以確保反應器在即使進入反應器的入口流體流中存在任何顆粒雜質下可長期有效的操作。

發(fā)明概述

本發(fā)明描述了一種新型的催化化學反應器，其包括顆粒分離系統，動力學顆粒分離器。通過微小的改進，本發(fā)明可以用于選擇性分離某些空氣動力學直徑的顆粒，也稱為顆?；蚍勰┓旨壍姆椒?。粉末分級對于提高化學、礦物、制藥或食品工業(yè)的生產工藝的性能是有必要的，其中顆粒的尺寸是重要的。用于研究目的的粉末分級的應用也是本領域已知的。

根據本發(fā)明，通過將顆粒捕獲在準靜態(tài)流動的區(qū)域中而將顆粒與快速流動的流體流分離。通過在考慮到顆粒的慣性特性的情況下根據需要在多個步驟并以多種方式施加強制通風以將顆粒動量從高氣體速度區(qū)域轉移到準靜態(tài)低氣體速度區(qū)域，從而獲得顆粒的捕獲。

在工業(yè)操作單元中，通過動量轉移的顆粒捕獲原理可以與或可以不與本領域中使用的其它原理組合。

本發(fā)明的特征

1.用于化學反應的顆粒分離催化反應器，其包括用于將顆粒從至反應器的入口流體流分離的動力學顆粒分離器，其中所述動力學顆粒分離器包括至少一個加速通道、分流段、顆粒減速段、收集室和氣體出口通道。

2.根據特征1所述的顆粒分離催化反應器，其中所述顆粒分離反應器還包括至少一個用于從所述入口流體流初步分離顆粒的顆粒沉降段，所述顆粒沉降段位于所述動力學顆粒分離器的上游。

3.根據前述特征中任一項所述的顆粒分離催化反應器，其中所述顆粒沉降段包括打孔的入口擴散器。

4.根據前述特征中任一項所述的顆粒分離催化反應器，其中所述沉降段包括位于所述反應器流體入口下游和所述動力學顆粒分離器上游的初始動力學顆粒分離器。

5.根據前述特征中任一項所述的顆粒分離催化反應器，其中所述沉降段包括至少一個用于使流體流從沉降段轉移到動力學顆粒分離器的轉移煙道。

6.根據前述特征中任一項所述的顆粒分離催化反應器，其中所述至少一個轉移煙道是弧形的。

7.根據前述特征中任一項所述的顆粒分離催化反應器，其中所述動力學顆粒分離器包括布置在一個簇中的多個顆粒分離器單元。

8.根據前述特征中任一項所述的顆粒分離催化反應器，其中所述動力學顆粒分離器還包括位于所述加速通道和所述減速段之間的至少一個層疊結構。

9.根據前述特征中任一項所述的顆粒分離催化反應器，其中所述減速室包括成角度的沖擊壁，用于將分離的顆粒從所述減速室引導至所述收集室。

10.根據前述特征中任一項所述的顆粒分離催化反應器，其中所述加速通道包括從所述加速通道至所述收集室的水斗型(bailertype)流體連接件，由此在所述收集室中提供相對于加速通道更低的壓力以用于將所述顆粒從減速段流動引導至收集室。

11.根據前述特征中任一項所述的顆粒分離催化反應器，其中所述加速通道具有可變的橫截面積。

12.根據特征11所述的顆粒分離催化反應器，其中所述可變的橫截面積通過由引導件關閉部分橫截面來提供。

13.根據前述特征中任一項所述的顆粒分離催化反應器，其中所述動力學顆粒分離器包括來自所述至少一個收集段的共同可使用的出口，用于在使用期間除去收集的顆粒。

14.根據前述特征中任一項所述的顆粒分離催化反應器，其中所述反應器主體在所述反應器的頂部和底部之間的區(qū)段中是圓柱形的，并且多個動力學顆粒分離器中的至少一個，優(yōu)選兩個簇段在所述反應器直徑附近布置成一線。

15.一種用于從流體流分離顆粒的動力學顆粒分離器，其中所述動力學顆粒分離器包括至少一個加速通道、分流段、顆粒減速段、收集室和氣體出口通道。

16.根據特征15所述的動力學顆粒分離器，其中所述動力學分離器包括布置在一個簇中的多個顆粒分離器單元。

17.根據特征15-16中任一項所述的動力學顆粒分離器，其中所述動力學顆粒分離器還包括位于加速通道和減速段之間的至少一個層疊結構。

18.根據特征15-17中任一項所述的動力學顆粒分離器，其中所述減速室包括成角度的沖擊壁，用于將分離的顆粒從所述減速室引導至所述收集室。

19.根據特征15-18中任一項所述的動力學顆粒分離器，其中所述加速通道包括從所述加速通道至所述收集室的水斗型流體連接件，由此在所述收集室中提供相對于加速通道更低的壓力以用于將所述顆粒從減速段流動引導至收集室。

20.根據特征15-19中任一項所述的動力學顆粒分離器，其中所述加速通道具有可變的橫截面積。

21.根據特征20所述的動力學顆粒分離器，其中所述可變的橫截面積通過由引導件關閉部分橫截面來提供。

22.根據特征15-21中任一項所述的動力學顆粒分離器，其中所述動力學顆粒分離器包括來自所述至少一個收集段的共同可使用的出口，用于在使用期間除去收集的顆粒。

23.一種包含根據前述特征中任一項所述的動力學顆粒分離器的顆粒分離催化反應器用于加氫處理的用途。

附圖簡介

通過示出本發(fā)明實施方案的實施例的附圖來進一步進行說明本發(fā)明。

圖1示出了根據本發(fā)明的實施方案的用于催化化學反應器(未示出)的動力學顆粒分離器的等距視圖。

圖2示出了根據本發(fā)明的實施方案的用于催化化學反應器(未示出)的動力學顆粒分離器的細節(jié)的等距視圖。

圖3示出了根據本發(fā)明的實施方案的用于催化化學反應器(未示出)的動力學顆粒分離器的細節(jié)的俯視圖。

圖4示出了根據本發(fā)明的實施方案的用于催化化學反應器(未示出)的動力學顆粒分離器的細節(jié)的等距視圖。

圖5示出了根據本發(fā)明的實施方案的用于催化化學反應器(未示出)的動力學顆粒分離器的細節(jié)的等距視圖。

圖6示出了根據本發(fā)明的實施方案的用于催化化學反應器(未示出)的動力學顆粒分離器的細節(jié)的等距視圖。

位置編號

01.加速通道，03。

02.層疊結構，10。

03.加速通道。

04.分流段。

05.收集室，06。

06.氣體出口通道，13。

07.打孔的進口擴散器。

08.初始動力學顆粒分離器。

09.轉移煙道。

10.層疊結構。

11.成角度的沖擊壁。

12.水斗型流體連接件。

13.出口通道。

在加速通道03中，將載有顆粒的流體(例如氣體)朝向篩分表面層疊結構10加速，顆粒減速段05位于其后面，參見圖3和4。在加速通道的出口處，流體和顆粒被推向層疊結構。在層疊結構后面，氣體仍然在顆粒減速段中。當顆粒由于慣性而繼續(xù)行進穿過篩分表面并進入顆粒減速段時，氣體流線被迫突然改變方向并跟隨迷宮形室(分流段04)中的開放通道。氣體流動方向發(fā)生多次改變。

由氣體攜帶的顆粒具有比氣體更高的慣性。小于一定截止空氣動力學直徑的顆粒具有太小的慣性，并且將跟隨氣體流線。動力學顆粒分離器01系統將對這些顆粒無效。大于截止空氣動力學直徑的顆粒將繼續(xù)其運動并進入篩分壁。

從篩分壁后面的減速段將顆粒運送至收集室06中。運送通過重力和氣體通風進行。氣體通風是必須的，以確保小顆粒迅速地從減速段引出，以避免顆粒被重新夾帶在氣體中的風險并使其離開減速室并返回到分流室。

收集室中的顆粒或其附聚物通過重力落在室的底部。

可能以多種方式產生氣體通風。在一個實施方案中，通過向收集室提供孔，通過將收集室通過水斗型流體連接件12連接至加速段來產生氣體通風。在加速通道中的高速流動的氣體在壁上產生壓力。通過抽吸，來自收集室的氣體被移動到加速室，在收集室和顆粒減速室中產生通風。

確定設備分離效率的重要設計細節(jié)在所有區(qū)段。

·加速段的設計決定了顆粒在篩分壁處的速度。一般來說，可分離的顆粒的空氣動力學直徑與篩分壁處的顆粒速度成反比。

·迷宮的設計決定了氣體在篩分壁處的速度。一般來說，可被重新夾帶在氣體中的顆粒的空氣動力學直徑與該段中氣體速度矢量的大小直接相關。

·篩分壁的目的是將迷宮與減速室分開。篩分壁允許顆粒通至減速室，但最大限度地減少可能重新夾帶顆粒并將其帶至迷宮的渦流或掃流的形成。除了流體動力學，篩分壁的設計必須考慮物理顆粒性質，例如粘性，其可能使系統難以操作。

減速室的尺寸使得顆粒不會撞擊室的壁。這里，顆粒在慣性力作用下的運動在顆粒撞擊壁之前被減速并通過氣體通風和重力轉向。在顆粒確實撞擊減速室的后壁的情況下，這可以成角度11以將顆粒向下沖擊至收集室。

收集室體積的尺寸與要捕獲的顆粒的預期量有關。收集室的重要特征是：

(a)產生通風，以確保顆粒迅速從減速室轉向。

(b)存在妨礙顆粒朝向任何開口運動的裝置，該開口將收集室連接到加速室或迷宮。

(c)允許容易地提取積聚顆粒的開口端口(未示出)。

就氣體粘度和氣體密度，對各段和氣體速度分布進行設計，氣體粘度和氣體密度有助于限定可能分離的顆粒的空氣動力學直徑(截止直徑)。截止直徑可能不是以絕對值給出，而是以概率表示。

可以由動力學顆粒分離器去除的顆粒的尺寸取決于分流段中氣體的速度：速度越高，顆粒越小。然而，在不增加跨裝置的壓降的情況下，則不能獲得通過加速段的高速度。

對于某些應用，例如向加氫處理器提供的載有顆粒的石腦油原料，預先不知道要捕獲的顆粒的尺寸和性質。因此，設計該裝置以捕獲非常微小的顆粒在整個裝置上產生不必要的壓降。理想地，設計應該使得能夠收集足夠的顆粒以允許反應器運行一個完整的循環(huán)，而不會不必要地增加壓降。

本發(fā)明的實施方案的動力學顆粒分離器包括允許在加速室中的流動的橫截面的靈活性的機械設備。有幾種方法可以實現這一目的。在一個實施方案中，加速室可以由較小加速室的簇產生?？梢酝ㄟ^打開一定比例的加速室(未示出)來調整總的加速度橫截面。因此，可以改變迷宮中氣體的速度。利用這種技術，可以在現場定制設備的性能，以確保塵垢捕集(scale-catching)性能與設備上壓降之間的最佳平衡。

取決于篩分壁和減速室的設計，如果進入動力學分離器的顆粒太粗糙，這些元件可能影響操作性能?？梢酝ㄟ^本領域已知的方法在動力學分離器的上游方便地收集這些顆粒。

在圖1所示的一個實施方案中，可以通過沉降在初始動力學顆粒分離器08中來進行粗顆粒的分離。在該實施方案中，氣體通過打孔的入口擴散器07被引入。入口擴散器以特殊方式設計，使得氣體流動流相對于托盤形動力學顆粒分離器沿平行方向流動。此外，氣體以低速流動，以使粗顆粒沉降在顆粒沉降段02下面的儲存空間中。氣體通過下降管(downcomer)轉移煙道09流向動力學顆粒分離器。這些的形狀可以類似于本領域中常規(guī)使用的煙道，或者類似于半月形，如在本實施方案中。下降管的形狀由流體動力學方面的考慮和其他約束決定。例如，如果現有的反應器用本發(fā)明的顆粒分離器進行改裝，則托盤的總高度pf可能被限制。

用于本文描述的目的的入口擴散器特別針對流體動力學方面的考慮設計，使得確保正確的速度分布。此外，設計需要考慮顆粒的存在以及顆粒在入口擴散器本身內沉降和堆積的可能性。

根據目前的知識，影響進一步加工的顆粒的尺寸為小于1至高達1000微米，密度為700至4000kg/m³，并且形狀從球形變化至薄片和針狀。

在圖2和圖6中，動力學顆粒分離器被示為兩個簇，托盤包括多個單個部分，每個部分包括加速通道、層疊結構、分流段、顆粒減速段、收集室和氣體出口通道13。圖5中示出了這些簇/托盤之一的更詳細的視圖。

實施例

1)在第一實施例中，本發(fā)明作為石腦油加氫反應器中的動力學顆粒分離器進行。目標空氣動力學截止直徑為5微米，密度為2000kg/m³，塵垢捕集器的最大壓降為2000帕?？烧{節(jié)的加速室數量允許將這些要求減小至30微米的空氣動力學截止直徑和2000kg/m³的密度。動力學顆粒分離器以托盤形狀創(chuàng)建在支撐梁上或自支撐結構上，從而最小化確保機械強度所需的空間，這有利于用于顆粒收集的體積，并且其通過支撐環(huán)安裝在反應器內部。

2)在第二實施例中，本發(fā)明再次在具有與第一實施例相似的工藝特性的氫化處理反應器中進行。然而，本發(fā)明被并入入口分配器中并且懸掛在頂上。

3)在第三實施例中，本發(fā)明通過整合終端速度分離和動量碰撞的原理來進行。當引導至反應器的顆粒具有粗糙組成(其尺寸與可能阻礙氣體通過迷宮的迷宮管道相當)時，該實施方案是特別受關注的。

4)在第四實施方案中，本發(fā)明作為用于將硫氧化成硫氧化物的反應器上的托盤或入口分配器進行，例如在流化催化裂化過程中在催化劑的再生器下游所使用。目標空氣動力學截止直徑為0.5微米，密度為700kg/m³?？梢苿拥捻斣试S將這些要求減小至2微米的空氣動力學截止直徑和1300kg/m³的密度。