本發(fā)明涉及石油及化工設備領域，具體地，涉及一種顆粒物床層支撐結構和具有該支撐結構的軸徑向催化反應器。

背景技術：

對于反應器的催化劑床層支撐結構，一般分為兩種，即平面支撐格柵和圓筒形支撐格柵。這兩種支撐結構分別對應著軸向固定床反應器和徑向反應器。平面格柵和圓筒形格柵即有各個的適用范圍，也各有優(yōu)缺點。

1)催化劑床層的平面格柵支撐結構，如圖1所示，一般用于軸向固定床反應器。該類反應器的催化劑床層呈水平的餅狀布置，流體沿軸向自上而下流經床層，床層同外界無熱交換。該種反應器的結構簡單，工藝設計、計算和設備制造比較簡便，因此應用的最早，目前應用也最為普遍。但該種反應器也有一些缺點：催化劑床層的床層一般比較厚，反應物流經床層的阻力大，為減小阻力必須使用大顆粒催化劑；因為其壓降大，所以對催化劑的強度有較高要求，防止催化劑顆粒受到高速氣流沖擊而粉化。由于床層較厚，軸向反應器床層內的溫降變化梯度大。

2)催化劑床層的圓筒形格柵支撐結構，如圖2所示，一般用于徑向反應器。該類反應器是一種氣體流動方向與設備軸向相垂直的反應器，圓筒形格柵豎直布置，催化劑床層位于豎向的環(huán)形空間內，大都用于氣-固催化反應，也時也用于非催化反應，反應流體沿徑向流過床層，可采用離心流動或向心流動，床層同外界無熱交換。徑向反應器與軸向反應器相比，流體流動的距離較短,流通截面積較大,流體的壓力降較小。在某些應用中，壓降是一個控制工藝流程的關鍵參數(shù)，這不僅可以提高產量，還可節(jié)省更多能量。徑 向流反應器的催化劑床層的流通截面不受直徑制約，并可使用小顆粒觸媒，可提高工藝流體與催化劑床層的接觸效率，從而可大幅減小容器的尺寸。例如，在相同的容器直徑下，徑向反應器可遠大于軸向反應器的流量，用戶既可節(jié)省容器制造成本又可節(jié)省設備操作成本。

但是，徑向反應器的結構較軸向反應器在工藝設計和設備制造方面更為復雜。徑向反應器對于氣體分布裝置的性能要求也非常高；由于氣體流速隨流通截面的變化而改變，如果氣體分布器的設計不夠理想，則氣流分布不均勻，催化劑的利用便不充分。此外，徑向反應器需要利用內筒、外筒或者扇形筒之類的結構來形成環(huán)形間距，使催化劑限制在環(huán)形間距內。這樣，內筒、扇形筒的凸面會承受來自催化劑的壓力，即承受外壓，在外壓作用下對內筒、扇形筒的穩(wěn)定性、剛度要求更高，容易造成失穩(wěn)。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的一個目的是提供一種適用于反應器、干燥器和凈化器的顆粒物床層支撐結構，該支撐結構能夠增大顆粒物床層的入口流通面積

為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種顆粒物床層支撐結構，包括沿豎直方向間隔設置的支撐格柵和壓緊格柵，所述支撐格柵位于所述壓緊格柵的下方，顆粒物床層設置在所述支撐格柵和壓緊格柵之間，其中，所述支撐格柵和壓緊格柵呈同軸設置且向上漸縮的兩個錐臺筒形，所述顆粒物床層為催化劑床層、干燥劑床層和吸附劑床層中的一種。

優(yōu)選地，所述支撐格柵包括中心支撐格柵和周圍支撐格柵，所述壓緊格柵包括中心壓緊格柵和周圍壓緊格柵，所述周圍支撐格柵和周圍壓緊格柵分別呈向上漸縮的筒形，所述中心支撐格柵的周緣連接于所述周圍支撐格柵的小徑端口邊緣，所述中心壓緊格柵的周緣連接于所述周圍壓緊格柵的小徑端口邊緣。

優(yōu)選地，所述中心支撐格柵和中心壓緊格柵均包括第一絲網和設置在該第一絲網四周的邊框，所述周圍支撐格柵和周圍壓緊格柵均由多個扇面形的分塊格柵拼裝而成，每個分塊格柵包括第二絲網、設置在該第二絲網兩側邊緣的側邊框、設置在該第二絲網上下邊緣的上邊框和下邊框，相鄰兩個分塊格柵的側邊框通過緊固件連接，每個分塊格柵的上邊框通過緊固件連接于所述中心支撐格柵或所述中心壓緊格柵的所述邊框。

優(yōu)選地，所述第一絲網和第二絲網均為平面一側朝向所述顆粒物床層的V形絲網。

優(yōu)選地，所述支撐格柵的錐面與水平面之間的夾角以及所述壓緊格柵的錐面與水平面之間的夾角均在15°至60°之間。

優(yōu)選地，所述支撐格柵的錐面與水平面之間的夾角和所述壓緊格柵的錐面與水平面之間的夾角相等。

優(yōu)選地，所述支撐格柵的錐面與水平面之間的夾角和所述壓緊格柵的錐面與水平面之間的夾角不相等。

本發(fā)明的另一目的是提供一種軸徑向反應器，該反應器能夠實現(xiàn)反應氣流在催化劑床層內呈軸徑向的二維流動。

為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種軸徑向反應器，包括殼體、進口管、進口分布器和出口管，所述進口管設置在所述殼體的頂部，所述進口分布器連接于所述進口管，所述出口管設置在所述殼體的底部，其中，所述殼體的內部設置有根據(jù)本發(fā)明的支撐結構，所述顆粒物床層為催化劑床層。

優(yōu)選地，所述殼體的內壁上設置有沿該殼體的圓周方向延伸的兩個支撐圈，所述壓緊格柵支撐在位于上方的一個支撐圈上，所述支撐格柵支撐在位于下方的一個支撐圈上。

優(yōu)選地，每個分塊格柵的所述下邊框通過緊固件連接于所述支撐圈。

在本發(fā)明的固定床反應器中，支撐格柵和壓緊格柵呈同軸設置且向上漸 縮的兩個錐臺筒形，這種結構能夠增大催化劑床層的入口流通面積，使反應流體在催化劑床層內建立軸徑向的二維流動，降低反應流體的流速，減輕對入口催化劑的沖刷，使催化劑不易粉化，從而允許采用強度更低、顆粒更小的催化劑，利于提高空速，提高催化劑的利用率，提高了反應器的產能。

本發(fā)明的其他特征和優(yōu)點將在隨后的具體實施方式部分予以詳細說明。

附圖說明

附圖是用來提供對本發(fā)明的進一步理解，并且構成說明書的一部分，與下面的具體實施方式一起用于解釋本發(fā)明，但并不構成對本發(fā)明的限制。在附圖中：

圖1是現(xiàn)有技術的催化劑床層平面格柵支撐結構的主視圖；

圖2是現(xiàn)有技術的催化劑床層圓筒形格柵支撐結構的主視圖；

圖3是本發(fā)明的顆粒物床層支撐結構的一種實施方式的主視圖；

圖4是圖3中的支撐格柵或壓緊格柵俯視圖；

圖5是圖4中的中心支撐格柵或中心壓緊格柵的示意圖；

圖6是圖4中的分塊格柵的示意圖；

圖7是沿圖4中的A-A線截取的剖視圖；

圖8是本發(fā)明的顆粒物床層支撐結構的另一種實施方式的主視圖；

圖9是圖8中的支撐格柵或壓緊格柵的俯視圖；

圖10是圖9中的中心支撐格柵或中心壓緊格柵的示意圖；

圖11是圖9中的分塊格柵的示意圖；

圖12是本發(fā)明的軸徑向反應器的主視圖。

各附圖中的箭頭表示反應流體的流動方向。

具體實施方式

以下結合附圖對本發(fā)明的具體實施方式進行詳細說明。應當理解的是，此處所描述的具體實施方式僅用于說明和解釋本發(fā)明，并不用于限制本發(fā)明。

如圖3和圖8所示，根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供一種適用于立式反應器、立式干燥器或立式凈化器的顆粒物床層支撐結構，該支撐結構包括沿豎直方向間隔設置的支撐格柵1和壓緊格柵2，支撐格柵1位于壓緊格柵2的下方，顆粒物床層3設置在支撐格柵1和壓緊格柵2之間，支撐格柵1和壓緊格柵2呈同軸設置且向上漸縮的兩個錐臺筒形。這里所使用的方位詞“上、下”是指顆粒物床層支撐結構在正常安裝狀態(tài)下的上、下。需要說明的是，這里所說的“錐臺筒形“不僅包括嚴格意義上的圓錐臺筒形(如圖3所示)，也包括棱錐臺筒形(如圖8所示)。

容易理解的是，在立式反應器中，顆粒物床層3為催化劑床層；在立式干燥器中，顆粒物床層3為干燥劑床層；在立式凈化器中，顆粒物床層3為吸附劑床層。與立式反應器類似，在立式干燥器和立式凈化器中，氣體也是從殼體頂部流入，然后流經設置在殼體內的顆粒物床層，最后從殼體底部流出。

通過上述技術方案，能夠增大顆粒物床層的入口流通面積，以使氣體流速降低，減輕對入口顆粒物的沖刷，使之不易粉化，床層入口流速降低后允許采用強度更低、顆粒更小的顆粒物，提高顆粒物的利用率，同時能夠使床層的壓降變小，節(jié)省能量。

具體地，支撐格柵1的錐面與水平面之間的夾角(即錐面升角)α₁以及壓緊格柵2的錐面與水平面之間的夾角α₂可以均在15°至60°之間。

兩個格柵的錐面升角可以相等或不等。當兩個格柵的錐面升角相等時，兩格柵之間的間距為定值，等于顆粒物床層的厚度。當兩個格柵的錐面升角不等時，兩格柵之間的間距為變值，顆粒物床層的厚度不均勻。

支撐格柵1和壓緊格柵2可以分別形成為一體結構。如圖4和圖9所示， 為了方便加工，優(yōu)選地，支撐格柵1包括中心支撐格柵11和周圍支撐格柵12，壓緊格柵2包括中心壓緊格柵21和周圍壓緊格柵22，周圍支撐格柵12和周圍壓緊格柵22分別呈向上漸縮的筒形，中心支撐格柵11的周緣連接于周圍支撐格柵12的小徑端口邊緣，中心壓緊格柵21的周緣連接于周圍壓緊格柵22的小徑端口邊緣。

在這種實施方式中，周圍支撐格柵12和周圍壓緊格柵22可以分別一體成型。如圖4至圖6、圖9至圖11所示，為了方便加工和安裝，優(yōu)選地，周圍支撐格柵12和周圍壓緊格柵22均由多個扇面形的分塊格柵9拼裝而成，每個分塊格柵9包括第二絲網91、設置在該第二絲網91兩側邊緣的側邊框92、設置在該第二絲網91上下邊緣的上邊框93和下邊框94，中心支撐格柵11和中心壓緊格柵21均包括第一絲網101和設置在該第一絲網101四周的邊框102，相鄰兩個分塊格柵9的側邊框92通過緊固件連接，每個分塊格柵9的上邊框93通過緊固件連接于中心支撐格柵11或中心壓緊格柵21的邊框102。

第一絲網101和第二絲網91可以為任意類型的絲網。作為一種實施方式，如圖7所示，第一絲網101和第二絲網91可以均為V形絲網，并且該V形絲網的平面一側都朝向顆粒物床層3。V形絲網的網絲由擠壓或軋制而成，網絲的截面呈V形，平整的一面朝向顆粒物，以對顆粒物形成支撐，防止劃傷顆粒物。

如圖12所示，根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供一種軸徑向反應器，包括殼體4、進口管5、進口分布器7和出口管6，進口管5設置在殼體4的頂部，進口分布器7連接于進口管5，出口管6設置在殼體4的底部，殼體4的內部設置有根據(jù)本發(fā)明的支撐結構，并且支撐結構中的顆粒物床層3為催化劑床層。

為了便于將兩個格柵安裝在殼體內部，優(yōu)選地，殼體4的內壁上設置有 沿該殼體4的圓周方向延伸的兩個支撐圈8，壓緊格柵2支撐在位于上方的一個支撐圈8上，支撐格柵1支撐在位于下方的一個支撐圈8上。

在周圍支撐格柵12和周圍壓緊格柵22分別由多個分塊格柵9拼裝而成的情況下，可以將分塊格柵9的下邊框94通過緊固件連接于支撐圈8。

根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施方式的軸徑向反應器具有如下效果：

(1)增大催化劑床層的入口流通面積。相對于同等直徑的軸向反應器，本發(fā)明中支撐格柵和壓緊格柵采用錐臺筒形結構，格柵表面積得到明顯增加。床層的入口流通面積與格柵升角的正割函數(shù)成正比。

(2)催化劑床層入口流通面積增加后，反應流體的流速降低，減輕對床層入口催化劑的沖刷，使之不易粉化。床層入口流速降低后允許采用強度更低、顆粒更小的催化劑，利于提高空速，提高催化劑的利用率，提高了反應器的產能。反應流體的流速降低后，床層的壓降變小，節(jié)省了能量。相對于傳統(tǒng)的軸式反應器，若用同等的催化劑裝填量，本發(fā)明可以明顯降低催化劑床層厚度，使反應物在催化劑床層中的行程縮短；對于存在催化放熱反應的情況，降低床層厚度可以降低副反應發(fā)生的幾率。

(3)相對于傳統(tǒng)的軸式反應器，在同等處理量要求下，使用本發(fā)明的反應器的直徑可明顯縮小，縮小的程度與支撐、壓緊格柵錐面的升角相關。反應器直徑的縮小對于節(jié)省設備造價和制造難度具有重要意義。

(4)相對于傳統(tǒng)的徑向反應器，本發(fā)明的結構簡單，工藝設計、內件的制造和安裝更為簡便。此外，整個床層支撐格柵上沒有不開孔的無效區(qū)、取消了徑向流反應器床層頂部的無效密封區(qū)域。

(5)支撐格柵、壓緊格柵屬于一種結構新穎的自支撐結構。圓錐形的支撐結構使格柵的受力更為合理，各分塊格柵之間相互支撐，力流傳遞更加科學，這可明顯降低格柵的尺寸和材料消耗量。由于力學結構合理，所以本發(fā)明中反應器的催化劑格柵不需要支撐梁。

(6)在本發(fā)明的反應器中，反應流體可在催化劑床層內建立軸徑向的二維流動，床層阻力低，催化劑利用率高，反應速率及反應器的生產能力均得以增加。本發(fā)明兼具軸向流反應器和徑向流反應器的優(yōu)點，并在一定程度上克服了傳統(tǒng)反應器的缺點，尤其適用于有大處理量、低壓力降要求的工藝過程，如催化反應過程。

以上結合附圖詳細描述了本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，但是，本發(fā)明并不限于上述實施方式中的具體細節(jié)，在本發(fā)明的技術構思范圍內，可以對本發(fā)明的技術方案進行多種簡單變型，這些簡單變型均屬于本發(fā)明的保護范圍。

另外需要說明的是，在上述具體實施方式中所描述的各個具體技術特征，在不矛盾的情況下，可以通過任何合適的方式進行組合。為了避免不必要的重復，本發(fā)明對各種可能的組合方式不再另行說明。

此外，本發(fā)明的各種不同的實施方式之間也可以進行任意組合，只要其不違背本發(fā)明的思想，其同樣應當視為本發(fā)明所公開的內容。