一種固定流化床反應器及其應用的製作方法

2023-12-06 08:49:31 1

一種固定流化床反應器及其應用的製作方法
【專利摘要】本發明公開一種固定流化床反應器及其應用，該反應器包括頂部密封結構和反應器主體，與該反應器連通的出口管（8）和進料管（1），所述反應器主體自上而下包括：沉降段（Ⅰ）、第一反應段（Ⅱ-1）、第二反應段（Ⅱ-2）和第三反應段（Ⅱ-3）以及油劑初始接觸段（Ⅲ），沉降段（Ⅰ）下端的橫截面積與第一反應段（Ⅱ-1）上端的橫截面積相等，第一反應段（Ⅱ-1）下端的橫截面積與第二反應段（Ⅱ-2）上端的橫截面積相等，第二反應段（Ⅱ-2）下端的橫截面積與第三反應段（Ⅱ-3）上端的橫截面積相等，第三反應段（Ⅱ-3）下端的橫截面積與油劑初始接觸段（Ⅲ）上端的橫截面積相等。本發明提供的固定流化床反應器在應用於如石腦油等輕質油品的催化裂化時具有床層線速穩定、油劑接觸充分等優點，而有利於改善產物分布。
【專利說明】一種固定流化床反應器及其應用

【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種固定流化床反應器及其應用。

【背景技術】
[0002] 催化裂解是在催化劑存在的條件下對石油烴進行裂解以生產低碳烯烴的技術，由 於原料來源廣、烯烴產品結構易調整、能耗低以及二氧化碳排放少等優點，近年來，催化裂 解技術取得了較快的發展。特別針對輕質油品如石腦油催化裂解技術是優化利用石腦油資 源，提高煉廠經濟效益的重要技術，圍繞該技術的工藝開發、催化劑的研製，或是不同原料 油、催化劑的篩選評價，都離不開實驗室小型評價裝置。
[0003] 目前，應用於催化裂解的實驗裝置主要有循環流化床、固定流化床和固定床，固定 流化床裝置因其結構簡單、操作彈性好、床層等溫、傳熱效率高等優點被廣泛應用於催化裂 解實驗研究，而固定流化床反應器是該類型實驗裝置的核心設備。
[0004] 現有技術中，常用的固定流化床反應器的結構如圖1所示。該反應器自上而下由 法蘭盤、柱狀的沉降段、圓錐狀的反應段構成。此外，在該反應器內部設有進料管線、熱電偶 套管、反應油氣過濾管等構件。由圖1可以看出，進料管線、熱電偶套管、過濾管均通過法蘭 盤固定在反應器頂部，且其進料管線自上而下地沿中心軸線插入反應器中，其插入深度一 般為反應器垂直高度的1/2以上。儘管該反應器具有結構簡單、操作彈性好等特點，但由於 受到進料方式的限制，原料油的實際預熱溫度往往偏離試驗所要求的預熱溫度，而接近於 反應器內部溫度，導致過度熱裂化使得幹氣和焦炭的產量增大。此外，原料油的霧化效果也 不夠理想，尤其是當原料油中538°C以上餾分含量較高時，試驗得到的焦炭產率遠大於工業 生產數據，試驗數據的可比性將受到影響。
[0005] US6069012公開了一種改進的固定流化床反應器，其結構如圖2所示。該反應器的 沉降段和反應段均呈圓柱狀，固定流化床反應器可以通過調節進料噴嘴高度實現對反應時 間的調整。此外，反應器底部增設流化氣體噴嘴以改善催化劑的流化狀態。由於受床層線 速的限制，該反應器只適於在常規的催化裂化反應條件下進行試驗。
[0006] 此外，CN2512495Y、CN201042664Y、CN202438304U 等專利技術均是在圖 1 所 示的常規的固定流化床反應器構型的基礎上作了部分改進，以適應不同的工藝。例如， CN201042664Y採用類似的進料系統，同時採用錐型反應器，並增設了分布板，在一定程度上 改善了在高溫高線速下流化質量下降的缺點。
[0007] 又如，CN201064712Y公開了一種用於實驗研究的固定流化床反應器，其結構如圖 3所示。該反應器自上而下包括沉降段I、反應段II和油劑初始接觸段III，該反應器主要 對沉降段的構型作了改進，所述沉降段自上而下由圓臺狀的沉降段I a和圓柱狀的沉降段 I b組成，可縮短反應中間產物在催化劑稀相段的共存時間，有效地縮短了小分子烯烴之 間的縮聚反應。
[0008] 綜上所述，現有技術的固定流化床反應器主要針對重質油的常規催化裂化和催化 裂解，由於如石腦油等輕質油品的催化裂化反應具有反應溫度高、劑油比大、油氣線速高、 多產氣體等特點，而採用上述的固定流化床反應器進行催化裂解時，在高溫反應條件下床 層內催化劑分布不均勻，油劑接觸不充分，而會影響最終的產物分布，因而現有技術的固定 流化床反應器並不適用於如石腦油等輕質油品的催化裂解反應溫度高、劑油比大、油氣線 速高、多產氣體等特殊的反應需求。


【發明內容】

[0009] 為了解決上述問題，本發明提供了一種新的固定流化床反應器及其應用。
[0010] 為了實現上述目的，本發明提供了一種固定流化床反應器，所述固定流化床反應 器包括以可拆卸的方式密封連接的頂部密封結構和反應器主體，與該反應器連通的出口管 8和進料管1，所述反應器主體自上而下包括：沉降段I、反應段II和油劑初始接觸段III，其 中，所述反應段II自上而下包括第一反應段II -1、第二反應段II -2和第三反應段II -3,沉 降段I下端的橫截面積與第一反應段II -1上端的橫截面積相等，第一反應段II -1下端的 橫截面積與第二反應段II -2上端的橫截面積相等，第二反應段II -2下端的橫截面積與第 三反應段II -3上端的橫截面積相等，第三反應段II -3下端的橫截面積與油劑初始接觸段 III上端的橫截面積相等，且所述第一反應段II -1的橫截面積自上而下逐漸增大，第二反應 段II -2和第三反應段II -3的橫截面積自上而下均逐漸縮小。
[0011] 本發明還提供了所述固定流化床反應器在用於輕質油品，特別是石腦油催化裂解 中的應用。
[0012] 本發明提供的固定流化床反應器通過對反應段II的構型進行改進，使得該反應器 在應用於如石腦油等輕質油品的催化裂化時顯現出床層線速穩定、油劑接觸充分等特點， 而有利於改善產物分布，提高目標產物的收率。
[0013] 本發明的其他特徵和優點將在隨後的【具體實施方式】部分予以詳細說明。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0014] 附圖是用來提供對本發明的進一步理解，並且構成說明書的一部分，與下面的具 體實施方式一起用於解釋本發明，但並不構成對本發明的限制。在附圖中：
[0015] 圖1是一種常用的固定流化床反應器的結構示意圖；
[0016] 圖2是US6069012公開的一種固定流化床反應器的結構示意圖；
[0017] 圖3是CN201064712Y公開的一種固定流化床反應器的結構示意圖；
[0018] 圖4是本發明的一種【具體實施方式】的固定流化床反應器的結構示意圖。
[0019] 附圖標記說明
[0020] 1-進料管；2-分布板；3-熱電偶測溫管；4-過濾管；5-下法蘭盤；
[0021] 6-密封墊；7-過濾管密封座；8-出口管；9-上法蘭盤；10-螺栓；
[0022] I -沉降段；II -反應段（II -1第一反應段，II -2第二反應段，II -3第三反應段)； III -油劑初始接觸段；
[0023] α-第一反應段II -1的圓臺夾角；
[0024] 第二反應段II _2的圓臺夾角；
[0025] γ-第三反應段II _3的圓臺夾角。

【具體實施方式】
[0026] 以下對本發明的【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 實施方式僅用於說明和解釋本發明，並不用於限制本發明。
[0027] 在本發明中，在未作相反說明的情況下，反應器頂部指的是反應器高度方向上的 頂部的下表面，優選指的是上法蘭盤5的下表面。反應器的底部指的是反應器高度方向上 的油劑初始接觸段III下端表面。開孔率指的是分布板2 (篩孔板）上的篩孔的總面積與篩 孔板的面積的比值。
[0028] 上部、下部指反應器的高度方向上的上部或者下部，以反應器高度的1/2處為基 準，低於此位置的則為下部，高於此位置的則為上部。
[0029] 按照本發明，如圖4所示，所述固定流化床反應器包括以可拆卸的方式密封連接 的頂部密封結構和反應器主體，與該反應器連通的出口管8和進料管1，所述反應器主體自 上而下包括：沉降段I、反應段II和油劑初始接觸段III，其中，所述反應段II自上而下包括 第一反應段II -1、第二反應段II -2和第三反應段II -3,沉降段I下端的橫截面積與第一反 應段II -1上端的橫截面積相等，第一反應段II -1下端的橫截面積與第二反應段II -2上端 的橫截面積相等，第二反應段II -2下端的橫截面積與第三反應段II -3上端的橫截面積相 等，第三反應段II -3下端的橫截面積與油劑初始接觸段III上端的橫截面積相等，且所述第 一反應段II -1的橫截面積自上而下逐漸增大，第二反應段II -2和第三反應段II -3的橫截 面積自上而下均逐漸縮小。
[0030] 其中，所述"密閉地穿過反應器的頂部"指的是：熱電偶測溫管3從反應器的頂部 進入反應器，且熱電偶測溫管3的管壁與反應器頂部連接處密封，以防止反應器內的物料 從熱電偶測溫管3與反應器頂部連接處洩漏出反應器。下述其他處所述"密閉地穿過"均 可參考該解釋。
[0031] 本發明通過對反應段II的結構進行改進，將反應段II設計為由三段構成(所述反 應段II自上而下包括第一反應段II -1、第二反應段II -2和第三反應段II -3)，即為沿著進 料方向反應段II的橫截面積先逐漸擴大然後逐漸縮小的形狀，從而使得所述固定床反應器 能夠特別適用於加工以飽和烴為主要組成的輕質油品特別是石腦油的催化裂解反應。主要 表現在：
[0032] ( 1)採用沿著進料方向反應段II的橫截面積先逐漸擴大然後逐漸縮小，可以避免 輕質油品與催化劑接觸反應後，由於體積迅速膨脹帶來的床層線速過快增長的問題，維持 了床層線速和操作的穩定性；
[0033] (2)第三反應段II-3自下而上的擴徑設計有助於在該段形成均一的催化劑流化 床層，減少了因催化劑線速度較大而在反應段底部稀相區的形成，改善了油劑接觸狀態；
[0034] (3)第一反應段II-1自下而上的縮徑設計減少了被夾帶到沉降段的催化劑的比 例，在一定程度上減少了沉降段反應油氣二次反應的發生，提高了目標產物的選擇性；優 選，第一反應段II -1採用由下向上橫截面直徑逐漸減小的圓臺形狀的設計，有助於縮短反 應油氣在沉降段的停留時間，提高目標產物的產率。
[0035] 根據本發明，為了避免本發明所述固定流化床反應器內沉降段I與反應段II之間 存在死角，優選，沉降段I下端(沉降段I底部)的橫截面積不小於第一反應段II -1上端(第 一反應段II -1頂部）的橫截面積，更優選沉降段I下端(沉降段I底部）的橫截面積與第一 反應段II -1上端(第一反應段II -1頂部）的橫截面積相等；第一反應段II -1下端(第一反 應段II -1底部)的橫截面積不小於第二反應段II -2上端(第二反應段II -2頂部)的橫截面 積，更優選，第一反應段II -1下端(第一反應段II -1底部）的橫截面積與第二反應段II -2 上端(第二反應段II -2頂部）的橫截面積相等；第二反應段II -2下端(第二反應段II -2底 部）的橫截面積不小於第三反應段II -3上端(第三反應段II -3頂部）的橫截面積，更優選， 第二反應段II -2下端(第二反應段II -2底部)的橫截面積與第三反應段II -3上端(第三反 應段II -3頂部）的橫截面積相等；第三反應段II -3下端(第三反應段II -3底部）的橫截面 積不小於油劑初始接觸段III上端(油劑初始接觸段III頂部）的橫截面積，更優選，第三反應 段II -3下端(第三反應段II -3底部）的橫截面積與油劑初始接觸段III上端(油劑初始接觸 段III頂部）的橫截面積相等，由此催化劑可以在本發明的固定流化床反應器內很好地流化 和沉降。
[0036] 本發明中，滿足前述要求的固定流化床反應器均可實現本發明的目的，針對本發 明，優選所述第一反應段II -1、第二反應段II -2和第三反應段II -3均為圓臺形狀。
[0037] 根據本發明，為了進一步增強催化劑在本發明所述固定流化床反應器內的均勻 分布和氣固流態化質量，優選情況下，所述圓臺形狀的第一反應段II -1的夾角α不小於 15°，優選不小於30°。所述圓臺形狀的第二反應段II-2的夾角β不超過10°，優選不 超過7°。所述圓臺形狀的第三反應段II -3的夾角γ不超過45°，優選不超過40°。為 了進一步達到控制過度熱裂解、減少焦炭及幹氣產率的目的，優選，所述第三反應段II -3 的夾角Υ大於所述第二反應段II -2的夾角β，進一步優選，所述圓臺形狀的第三反應段 II -3的夾角Υ為24-45°，最優選為30-40°。
[0038] 本發明中，所述圓臺的夾角指的是與圓臺的中心軸線平行的線與圓臺的母線之間 的夾角。
[0039] 按照本發明，為了使催化劑在本發明所述固定流化床反應器內的分布更均勻以更 好地實現本發明的發明目的，進一步優選情況下，第一反應段II -1的高與該反應段上端的 橫截面的直徑比為1:2-10,更優選為1:5-10 ;第二反應段II -2的高與該反應段上端的橫截 面的直徑比為1.34-5:1，優選為1.5-3:1 ;第三反應段II -3的高與該反應段上端的橫截面 的直徑比為1:1-5,優選為1:1-3。
[0040] 按照本發明，對所述進料管1在反應器上的安裝位置無特殊要求，現有技術的各 種安裝位置均可實現本發明的發明目的，例如可以安裝在本發明所述固定流化床反應器的 頂部(如可以密閉地穿過所述反應器的頂部與反應器主體連通)，也可以安裝在所述固定流 化床反應器的側壁。針對本發明，優選情況下，如圖4所示，所述進料管1與油劑初始接觸 段III的底部埠連通。將進料管1設計在與油劑初始接觸段III的底部埠連通，採用下進 料的方式，油氣經預熱後直接進入反應器與催化劑接觸，可以較準確地控制進料溫度，同時 減少了油氣在高溫下的熱裂解反應，降低了產物中幹氣與焦炭的含量，改善產物分布。
[0041] 本發明對所述出口管8在反應器上的安裝位置無特殊要求，現有技術的各種安裝 位置均可實現本發明的發明目的，例如，可以安裝在本發明所述固定流化床反應器的頂部 (如可以穿過反應器主體的頂部與反應器主體連通)，也可以安裝在本發明所述固定流化床 反應器的側壁。針對本發明，為了有效抑制小分子烯烴在催化作用下的縮聚、降低沉降段的 高度，優選，所述出口管8密閉地穿過反應器的頂部（S卩，上法蘭盤9)插入沉降段I的頂部， 更優選所述出口管8密閉地穿過反應器的頂部垂直插入沉降段I的頂部。
[0042] 根據本發明，優選所述出口管8有多個，且多個該出口管8在反應器主體上均勻分 布。
[0043] 根據本發明，優選在所述出口管8的至少位於反應器主體內的一端安裝有過濾管 4,如此通過過濾管4將催化劑過濾下來，而反應油氣繼續通過出口管8排出固定流化床反 應器外。其中，所述過濾管4的安裝和固定方式可以採用本領域技術人員公知的方法進行， 按照本發明的一種【具體實施方式】，如圖4所示，所述過濾管4包括反應器主體內的位於出口 管8端部的底部結構和設置在該部分出口管8的外圓周壁上的管部結構，且所述過濾管4 的管部結構沿著出口管8的長度方向向上延伸，並高於上法蘭盤9 (S卩，穿過該反應器的頂 部暴露在所述反應器主體的外部)，更優選，所述高於上法蘭盤9的部分過濾管4的管部結 構通過過濾管密封座7密封並固定在反應器的頂部。為了適用於石腦油催化裂解較高溫度 的操作條件，優選情況下，所述過濾管4選用耐溫性能好、使用壽命長、耐急冷急熱性好、不 易炸裂的剛玉材質製成。
[0044] 按照本發明，為了較準確地測定反應溫度，所述固定流化床反應器還包括熱電偶 測溫管3,本發明對所述熱電偶測溫管3在反應器上的安裝位置無特殊要求，現有技術的各 種安裝位置均可實現本發明的發明目的，例如，可以穿過反應器的頂部插入所述反應段Π 內，用於測量反應器內的溫度。針對本發明，為了便於安裝並能夠更好地監測反應溫度，所 述熱電偶測溫管3密閉地穿過所述固定流化床反應器的頂部垂直插入所述反應器主體內， 並延伸至所述反應器主體內的第三反應段II -3的底部。優選情況下，所述熱電偶測溫管3 沿著所述反應器的中心軸線插入所述反應器主體內。對於所述熱電偶測溫管3在反應器主 體內的插入深度，為本領域此類反應器的慣常設計，在此不再贅述。
[0045] 按照本發明，為了進一步增強催化劑在本發明所述固定流化床反應器內的均勻分 布和流化狀態，優選情況下，如圖4所示，所述固定流化床反應器還包括分布板2,該分布板 2固定在所述熱電偶測溫管3的下端。如此流化介質可以通過所述流化介質分布板2均勻 地在反應器主體內與催化劑逆流接觸，從而大大增強了催化劑在本發明所述固定流化床反 應器內的流化狀態。進一步優選情況下，所述分布板2為篩孔板，且垂直於所述固定流化床 反應器的中心軸線的方向，所述篩孔板上的開孔均勻分布，優選，所述篩孔板為圓形，所述 篩孔板的直徑與其所在高度的反應器橫截面的內徑之比為〇. 3-0. 9:1，開孔率為5-50%，孔 直徑為0. 2_3mm。
[0046] 按照本發明，如圖4所示，所述頂部密封結構為法蘭盤密封結構，所述法蘭盤密封 結構包括上法蘭盤9和下法蘭盤5,且所述反應器頂部為上法蘭盤9。並通過上法蘭盤9和 下法蘭盤5使反應器的頂部與反應器主體密封，並使得用於排出反應後油氣的出口管8、用 於測溫的熱電偶測溫管3均固定於上法蘭盤9、並密閉地穿過上法蘭盤9插入反應器內部。 [0047] 按照本發明，採用法蘭盤密封的方式為本領域技術人員所公知，且上法蘭盤、下法 蘭盤的形式和材質均採用本領域此類反應器的慣常設計。針對於本發明，採用法蘭盤密封 方式的裝置構造簡單，且拆卸改造方便。本領域技術人員公知的是，可以通常採用焊接或螺 栓連接等方式將上法蘭盤9和下法蘭盤5固定，從使反應器主體的頂部密封。
[0048] 按照本發明的一種【具體實施方式】，優選情況下，如圖4所示，為了便於所述固定流 化床反應器的構建，所述下法蘭盤5安裝在反應器主體的頂部開口的周壁上，所述上法蘭 盤9蓋在反應器主體的頂部，並通過螺栓10使上法蘭盤9與下法蘭盤5螺栓連接。此外， 通常情況下，為了使上法蘭盤9和下法蘭盤5通過螺栓10連接的更緊密，並可以起到緩衝 作用，在上法蘭盤9與下法蘭盤5之間還設置有密封墊6。
[0049] 更優選，為了利於反應器主體更好地密封，所述下法蘭盤5與反應器主體為一體 的。
[0050] 本發明的改進主要在於反應段II的結構，因此，對於所述固定流化床反應器的沉 降段I的結構(包括形狀(優選為圓柱形狀)、高度等)，油劑初始接觸段III的結構(包括形狀 (優選為倒圓錐形狀)、高度等)均可以採用本領域此類反應器的慣常設計。例如，一般而言， 現有技術常用的固定流化床反應器的沉降段I為圓臺形狀或圓柱形狀，同樣本發明所述沉 降段I可以為圓臺形狀或圓柱狀，油劑初始接觸段III可以為圓臺形狀或倒圓錐形狀，具體 可以根據需要進行選擇。
[0051] 針對本發明，優選情況下，如圖4所示，本發明所述沉降段I為圓柱形狀，所述沉 降段I的徑高比為〇. 4-0. 5:1，所述沉降段I的高度為反應器頂部距離反應器底部的垂直 距離的32-37% ;所述反應段II的高度為反應器頂部距離反應器底部的垂直距離的54-58% ; 所述油劑初始接觸段III為倒圓錐狀，錐角為20-40°，所述油劑初始階段III的高與該油劑初 始階段III上端的橫截面的直徑比為1. 23-2. 35:1，優選為1. 38-1. 86:1，所述油劑初始接觸 段III的高度為反應器頂部距離反應器底部的垂直距離的5-14%。選擇沉降段為圓柱形狀、油 劑初始接觸段為倒圓錐形狀的優點在於：能縮短反應中間產物在沉降段I的停留時間，抑 制小分子烯烴的縮聚反應，初始接觸段油氣和催化劑迅速混合、良好接觸提高實驗結果的 準確性。
[0052] 其中，錐角指圓錐軸截面的兩條母線之間的夾角。
[0053] 下面參照圖4,對本發明的一種優選實施方式的固定流化床反應器的工作過程進 行詳細地描述。
[0054] 作為一種優選的實施方式，本發明提供的固定流化床反應器的結構如圖4所示， 所述固定流化床反應器包括以可拆卸的方式密封連接的頂部密封結構和反應器主體，所述 反應器主體自上而下包括：沉降段I、反應段II和油劑初始接觸段III，所述反應段II自上而 下包括第一反應段II -1、第二反應段II -2和第三反應段II -3,沉降段I下端的橫截面積 與第一反應段II -1上端的橫截面積相等，第一反應段II -1下端的橫截面積與第二反應段 II -2上端的橫截面積相等，第二反應段II -2下端的橫截面積與第三反應段II -3上端的橫 截面積相等，第三反應段II -3下端的橫截面積與油劑初始接觸段III上端的橫截面積相等， 且第一反應段II -1、第二反應段II -2和第三反應段II -3均為圓臺形狀。所述圓臺形狀的 第一反應段II -1的夾角α不小於15°，所述圓臺形狀的第二反應段II -2的夾角β不超 過10°，所述圓臺形狀的第三反應段II -3的夾角Υ不超過45°，且所述第三反應段II -3 的夾角Υ大於所述第二反應段II -2的夾角β。沉降段I為圓柱形狀，油劑初始接觸段III 為倒圓錐形狀。
[0055] 所述反應器的頂部密封結構為法蘭盤密封結構，所述法蘭盤密封結構包括上法蘭 盤9和下法蘭盤5,且所述反應器頂部為上法蘭盤9。所述下法蘭盤5安裝在反應器主體的 頂部開口的周壁上，所述上法蘭盤9蓋在反應器主體的頂部，並通過螺栓10使上法蘭盤9 與下法蘭盤5螺栓連接，且上法蘭盤9與下法蘭盤5之間設置有密封墊6。所述反應器還 包括熱電偶測溫管3、出口管8和過濾管4,其中，所述熱電偶測溫管3密閉地穿過所述固定 流化床反應器的頂部（即，上法蘭盤9)垂直插入(沿中心軸線的方向)所述反應器主體內，並 延伸至所述反應器主體內的第三反應段II -3的底部。所述固定流化床反應器還包括分布 板2,該分布板2固定在所述熱電偶測溫管3的下端(垂直於所述固定流化床反應器的中心 軸線的方向）。三個出口管8密閉地穿過所述固定流化床反應器的頂部（S卩，上法蘭盤9)垂 直插入沉降段I的頂部，與該反應器連通。在所述出口管8位於反應器主體內的一端分別 安裝有三個過濾管4,三個過濾管4分別包括反應器主體內的位於出口管8端部的底部結構 和設置在該部分出口管8的外圓周壁上的管部結構，且部分過濾管4的管部結構沿著出口 管8的長度方向向上延伸，並高於上法蘭盤9 (S卩，穿過該反應器的頂部暴露在所述反應器 主體的外部)，所述高於上法蘭盤9的部分過濾管4的管部結構通過過濾管密封座7密封並 固定在反應器的頂部。進料管1與油劑初始接觸段III的底部埠連通。
[0056] 催化劑經進料管1，在負壓的作用下引入該固定流化床反應器中，流化介質(可以 是選自空氣、水蒸氣、氮氣或氦氣的一種或幾種的混合氣)也通過進料管1進入反應器，用以 流化反應器內的催化劑。預熱後的烴油原料經進料管1注入已達到指定溫度的催化劑床層 中，與催化劑進行接觸，並在指定的操作條件下進行催化裂化反應。
[0057] 為了改善催化劑的流動狀態，流化氣體和催化劑的混合物經分布板2對其流動方 向和速度進行調整，以便在反應段內形成均勻的催化劑密相床層。在原料油氣自下而上的 運動過程中，經過反應段11-1，氣體線速度降低，與催化劑充分混合；在反應段II-2形成 均勻混合的密相區，以保證原料油氣催化裂解反應所需的接觸時間；催化劑顆粒在反應段 Π -3的作用下形成返混，有利於氣固均勻混合，部分催化劑被夾帶至沉降段，隨著流化氣體 線速的降低，其中大部分催化劑顆粒返回反應段II中，而流化氣體經過濾器4過濾後經出 口管8排出，排出的氣流經後續產品回收系統進行收集、計量。
[0058] 反應後的催化劑可用汽提介質(例如水蒸氣、氮氣或氦氣）進行汽提，汽提介質和 所起提出的反應油氣也經過過濾管4過濾後經出口管8排出。之後，由進料管1引入氧氣、 空氣和含有氧氣的混合氣體進行催化劑燒焦再生操作。催化劑燒焦再生結束後，可循環上 述步驟的反應。
[0059] 以下通過實施例對發明作進一步的詳細說明。
[0060] 實施例1
[0061] 本實施例用於說明本發明提供的固定流化床反應器及其應用。
[0062] 按照圖4所示的反應器構型製備固定流化床反應器，所述反應段II自上而下包括 第一反應段II -1、第二反應段II -2和第三反應段II -3,沉降段I下端的橫截面積與第一反 應段II -1上端的橫截面積相等，第一反應段II -1下端的橫截面積與第二反應段II -2上端 的橫截面積相等，第二反應段II -2下端的橫截面積與第三反應段II -3上端的橫截面積相 等，第三反應段II -3下端的橫截面積與油劑初始接觸段III上端的橫截面積相等，且所述第 一反應段II -1的橫截面積自上而下逐漸增大，第二反應段II -2和第三反應段II -3的橫截 面積自上而下均逐漸縮小。
[0063] 所述第一反應段II -1、第二反應段II -2和第三反應段II -3均為圓臺形狀，其中， 所述圓臺形狀的第一反應段II-1的夾角α為30° ;所述圓臺形狀的第二反應段II-2的夾 角β為5° ;所述圓臺形狀的第三反應段II -3的夾角γ為40° ;且所述第三反應段II -3 的夾角Y大於所述第二反應段II -2的夾角β。第一反應段II -1的高與該反應段上端的 橫截面的直徑比為1:5 ;第二反應段II -2的高與該反應段上端的橫截面的直徑比為2. 3:1 ; 第三反應段II -3的高與該反應段上端的橫截面的直徑比為0. 38:1。
[0064] 所述沉降段I為圓柱形狀，所述沉降段I的徑高比為0. 4:1，所述油劑初始接觸段 III為倒圓錐形狀，所述油劑初始接觸段III的錐角為25°，所述油劑初始階段III的高與該油 劑初始階段III上端的橫截面的直徑比為1. 83:1。所述沉降段I的高度為反應器頂部距離反 應器底部的垂直距離的32% ;所述反應段II的高度為反應器頂部距離反應器底部的垂直距 離的54% ;所述油劑初始接觸段III的高度為反應器頂部距離反應器底部的垂直距離的14%。
[0065] 所述進料管1與油劑初始接觸段III的底部埠連通。
[0066] 所述熱電偶測溫管3密閉地穿過所述固定流化床反應器的頂部（S卩，上法蘭盤9) 垂直插入(沿著所述反應器的中心軸線方向）所述反應器主體內，並延伸至所述反應器主體 內的第三反應段II -3的底部；所述固定流化床反應器還包括分布板2,該分布板2固定在 所述熱電偶測溫管3的下端，所述分布板2為圓形的篩孔板，且垂直於所述固定流化床反應 器的中心軸線，所述篩孔板的直徑與其所在高度的反應器橫截面的內徑之比為0. 3:1，開孔 率為5%，孔直徑為0· 2mm。
[0067] 三個出口管8密閉地穿過所述固定流化床反應器的頂部（S卩，上法蘭盤9)垂直插 入沉降段I的頂部，與該反應器連通。在所述出口管8位於反應器主體內的一端分別安裝 有三個過濾管4,三個過濾管4分別包括反應器主體內的位於出口管8端部的底部結構和 設置在該部分出口管8的外圓周壁上的管部結構，且部分過濾管4的管部結構沿著出口管 8的長度方向向上延伸，並高於上法蘭盤9 (S卩，穿過該反應器的頂部暴露在所述反應器主 體的外部)，所述高於上法蘭盤9的部分過濾管4的管部結構通過過濾管密封座7密封並固 定在反應器的頂部。
[0068] 採用本實施例所述固定流化床反應器，並參照小型固定流化床裝置（FFB)的實驗 方法進行試驗。
[0069] 原料採用直餾石腦油，原料性質如表1所示；催化劑採用催化裂解催化劑，商品牌 號是CEP-1，催化劑性質如表2所示。
[0070] 石腦油原料經預熱後，由進料泵注入到裝有CEP-ι催化劑的上述固定流化床反應 器內，使反應器在表3所示的條件下進行石腦油原料的催化裂解反應。氣體產物通過在線 色譜分析其組成，液體產物通過離線色譜儀進行模擬蒸餾並分析，沉積了焦炭的催化劑經 在線燒焦，通過C0 2在線分析儀測量煙氣中C02的含量，得出焦炭產量，分析結果如表3所 /_J、1 〇
[0071] 對比例1
[0072] 本對比例採用實驗室常規使用的小型固定流化床裝置（FFB)為反應設備。
[0073] 石腦油原料經預熱後，由進料泵注入到裝有CEP-1催化劑的實驗室常規的所述固 定流化床反應器內，使反應器在表3所示的條件下進行石腦油原料的催化裂解反應。氣體 產物通過在線色譜分析其組成，液體產物通過離線色譜儀進行模擬蒸餾並分析，沉積了焦 炭的催化劑經在線燒焦，通過C02在線分析儀測量煙氣中C0 2的含量，得出焦炭產量，分析結 果如表3所示。
[0074]表 1

【權利要求】
1. 一種固定流化床反應器，所述固定流化床反應器包括以可拆卸的方式密封連接的頂 部密封結構和反應器主體，與該反應器連通的出口管（8)和進料管（1)，所述反應器主體自 上而下包括：沉降段（I )、反應段（II)和油劑初始接觸段(III)，其特徵在於，所述反應段（Π ) 自上而下包括第一反應段（II -1)、第二反應段（II -2)和第三反應段（II -3)，沉降段（I )下 端的橫截面積與第一反應段（II -1)上端的橫截面積相等，第一反應段（II -1)下端的橫截 面積與第二反應段（II -2)上端的橫截面積相等，第二反應段（II -2)下端的橫截面積與第 三反應段（II -3)上端的橫截面積相等，第三反應段（II -3)下端的橫截面積與油劑初始接 觸段(III)上端的橫截面積相等，且所述第一反應段（II -1)的橫截面積自上而下逐漸增大， 第二反應段（II -2)和第三反應段（II -3)的橫截面積自上而下均逐漸縮小。
2. 根據權利要求1所述的反應器，其中，所述第一反應段（II -1)、第二反應段（II -2) 和第三反應段（II -3)均為圓臺形狀。
3. 根據權利要求2所述的反應器，其中，所述圓臺形狀的第一反應段（II -1)的夾角 (α )不小於15°，優選不小於30°。
4. 根據權利要求2所述的反應器，其中，所述圓臺形狀的第二反應段（II -2)的夾角 (β)不超過10°，優選不超過7°。
5. 根據權利要求2所述的反應器，其中，所述圓臺形狀的第三反應段（II -3)的夾角 (Υ)不超過45°，優選不超過40°。
6. 根據權利要求4或5所述的反應器，其中，所述第三反應段（II -3)的夾角（γ )大於 所述第二反應段（II -2)的夾角（β)。
7. 根據權利要求2或3所述的反應器，其中，第一反應段（II -1)的高與該反應段上端 的橫截面的直徑比為1:2-10,優選為1:5-10。
8. 根據權利要求2或4所述的反應器，其中，第二反應段（II -2)的高與該反應段上端 的橫截面的直徑比為1.34-5:1，優選為1.5-3:1。
9. 根據權利要求2或5所述的反應器，其中，第三反應段（II -3)的高與該反應段上端 的橫截面的直徑比為1:1-5,優選為1:1-3。
10. 根據權利要求1所述的反應器，其中，所述進料管（1)與油劑初始接觸段(III)的底 部埠連通。
11. 根據權利要求1-10中任意一項所述的反應器，其中，所述固定流化床反應器還包 括熱電偶測溫管（3)，所述熱電偶測溫管（3)密閉地穿過所述固定流化床反應器的頂部垂 直插入所述反應器主體內，並延伸至所述反應器主體內的第三反應段（II -3)的底部；所述 固定流化床反應器還包括分布板（2)，該分布板（2)固定在所述熱電偶測溫管（3)的下端。
12. 根據權利要求11所述的反應器，其中，所述分布板（2)為篩孔板，且垂直於所述固 定流化床反應器的中心軸線，所述篩孔板的直徑與其所在高度的反應器橫截面的內徑之比 為0. 3-0. 9:1，開孔率為5-50%，孔直徑為0. 2-3mm。
13. 根據權利要求11所述的反應器，其中，所述熱電偶測溫管（3)沿著所述反應器的中 心軸線插入所述反應器主體內。
14. 根據權利要求1所述的反應器，其中，所述出口管（8)密閉地穿過反應器的頂部插 入沉降段（I)的頂部。
15. 根據權利要求14所述的反應器，其中，所述出口管（8)有多個，且多個該出口管（8) 均勻分布。
16. 根據權利要求1、14或15所述的反應器，其中，在所述出口管（8)的至少位於反應 器主體內的一端安裝有過濾管（4 )。
17. 根據權利要求1所述的反應器，其中，所述頂部密封結構為法蘭盤密封結構，所述 法蘭盤密封結構包括上法蘭盤（9 )和下法蘭盤（5 )，且所述反應器頂部為上法蘭盤（9 )。
18. 根據權利要求17所述的反應器，其中，所述下法蘭盤（5)安裝在反應器主體的頂部 開口的周壁上，所述上法蘭盤（9)蓋在反應器主體的頂部，並通過螺栓（10)使上法蘭盤（9) 與下法蘭盤（5)螺栓連接，且上法蘭盤（9)與下法蘭盤（5)之間設置有密封墊（6)。
19. 根據權利要求18所述的反應器，其中，所述下法蘭盤（5)與反應器主體為一體的。
20. 權利要求1-19中任意一項所述的固定流化床反應器在用於輕質油品，優選為石腦 油催化裂解中的應用。
【文檔編號】C10G11/18GK104056581SQ201310086190
【公開日】2014年9月24日 申請日期:2013年3月18日 優先權日:2013年3月18日
【發明者】任世宏, 毛安國, 魏曉麗 申請人:中國石油化工股份有限公司, 中國石油化工股份有限公司石油化工科學研究院