一種三相沸騰床反應器的製作方法

2023-06-04 03:15:16 1

專利名稱：：一種三相沸騰床反應器的製作方法
技術領域：
：本發明涉及一種新型氣液固三相沸騰床反應器，具體地說是用於不同種類液體和氣體物質並流向上與固體顆粒接觸情況下進行化學反應的一種改進的三相沸騰床加氫反應器。
背景技術：
：重油沸騰床加氫反應器屬於氣、液、固三相流化床反應器，可以處理高金屬、高瀝青質含量的重、劣質原料油，具有壓力降小、溫度分布均勻、可保持整個運轉周期反應器內催化劑活性均一、可在運轉中加入新鮮催化劑和取出廢催化劑等特點。USRe25，770中描述了典型的沸騰床工藝，採用循環油泵的操作方式，但該工藝方法在實際應用中存在以下不足反應器內催化劑藏量較少，反應器空間利用率低；循環油泵維護保養費用較高，而且一旦循環油泵工作失常及損壞，就會造成催化劑下沉聚集，結果迫使裝置被迫停工；反應器內液體產品在非催化加氫條件下停留時間過長，在高溫下很容易進行二次熱裂解反應結焦而降低產品質量。CN02109404.7介紹了一種新型的沸騰床反應器，和典型的沸騰床反應器相比，具有結構簡單、操作容易和反應器利用率高等特點。但由於使用粒徑為0.10.2mm的微球催化劑，催化劑容易隨反應油氣帶出反應器。要保證此種沸騰床反應器的正常穩定操作，關鍵是要求合理設計反應器的內部結構，使之與上部的高效的三相分離器相配合，將反應油氣攜帶的催化劑分離出來，避免催化劑從反應器中帶出造成損失和對下遊裝置造成影響。該專利介紹的三相分離器的下料口和反應器出口位置操作彈性小，被三相分離器分離下來的催化劑會粘附在催化劑下料口並且下料口處，易發生氣相串流現象，影響三相分離器的分離效果，並且帶出的催化劑容易堵塞下遊裝置，不利於裝置的長周期運轉。同時，沸騰床反應器中，物料流速在徑向上分布不均，在中心區域，流速較高；在邊壁區域，流速較低，甚至有向下流動的可能。流速差異隨著反應器直徑的增大而增大，這就可能導致氣泡聚並，大氣泡的形成，氣相與液相之間接觸不充分，流化效果較差。
發明內容針對現有技術存在的問題，本發明提供一種可長期穩定操作的新型沸騰床反應器。該反應器結構簡單，操作容易，操作彈性大，能夠滿足長周期穩定運轉的需要。本發明三相沸騰床反應器包括反應器殼體和三相分離器，所述反應器殼體由上往下包括擴大段和直筒段，三相分離器設置在擴大段內，在反應器殼體直筒段的上部設置導向口，導向口為環形通道結構，導向口外側與反應器殼體直筒段內壁緊密連接，導向口內徑為反應器殼體直筒段內徑的50%95%，優選為60%85%。本發明沸騰床反應器中，導向口高度佔反應器直筒段高度的0.1%20%，優選0.2%10%。導向口最好設置在反應器直筒段的靠近擴大段的位置，導向口為環形通道結構，導向口最好上端和下端為錐形擴散結構，中段為直筒形通道結構(導向口的直徑指導向口直筒形通道部分的直徑)，即導向口的縱向剖面最好為梯形，梯形兩個平行邊的長邊靠近反應器殼體。本發明沸騰床反應器中，反應器殼體擴大段的直徑為直筒段直徑的1.22倍，擴大段的直徑與高之比為o.3:i2.o:i。本發明沸騰床反應器中，所述的三相分離器設於擴大段內，三相分離器為包括內徑不同的兩個同心圓筒的套筒結構內筒和外筒。所述內筒和外筒的上下兩端全部開口，內筒和外筒的均包括上段和下段，內筒和外筒的上段均為直筒段，內筒和外筒的下段均為錐形擴散段，外筒的上端開口高於內筒的上端開口，外筒的下端開口高於內筒的下端開口。本發明沸騰床反應器中，在反應器底部設有原料入口和氣液分布器。在反應器擴大段頂部設有氣體出口，擴大段上部殼壁設有液體排出口，液體排出口的位置處於三相分離器外筒上端開口和下端開口之間，分別用於將相分離出的氣體和液體導出。本發明沸騰床反應器中，所述三相分離器的內筒(本申請中凡提及內筒均指由內筒上段的直筒段及下段的錐形擴散段構成的整體，提及外筒亦如此)構成三相分離器的中心管，內筒與外筒之間的環狀空間組成三相分離器的折流區，外筒與反應器內壁之間的環狀空間為澄清液體產品收集區，所述內筒的擴散段開口為物流導入口。三相分離器各組成部件的具體尺寸比例及相對位置，均可以由本領域設計人員根據所使用的催化劑尺寸、反應器處理量、反應條件及分離效果等具體要求通過計算或者簡單的試驗予以確定。本發明沸騰床反應器中，反應器殼體擴大段與直筒段採用倒置錐臺形結構連接。擴大段與直筒段連接的倒置錐臺結構與直筒段延長線夾角(稱擴大角)為銳角，擴大角優選為4560度。擴大段直徑(指內徑)為直筒段直徑(指內徑)的1.22倍，最好為i.4i.6倍。擴大段的直徑與高之比為o.3:12:i。直筒段的徑高比範圍在o.oi:io.i:i之間。本發明沸騰床反應器三相分離器的上部通常應設置一定的緩衝空間，相分離後的氣體產物於此富集並從氣體排出口排出反應器。本發明的沸騰床反應器通常還包括至少一個從所述反應器排出催化劑的部件，和至少一個往所述反應器補充新鮮催化劑的部件。所述補充新鮮催化劑的部件通常設置於所述反應器頂部的位置，而排出催化劑的部件通常位於所述反應器底部附近。例如在反應器殼體頂部設置催化劑添加管，而在底部設置催化劑排出管。反應器上部的催化劑加入管，其投影位置介於三相分離器的外筒與內筒之間，這樣加入的新鮮催化劑可以隨著此處的物流向下進入催化劑床層。所述的催化劑置換系統及使用方法，可以是任何適用的設備或方法，例如可參照自由公知技術如US3398085或US4398852所述的方法進行。為了使反應原料在反應器中與催化劑均勻接觸，一般還應在所述反應器殼體內的底部設置分布器，分布器可以選用任何可以使氣體或液體物流均勻分布的結構，例如可採用泡帽結構。最好採用高效多級排列泡帽分布器。設置的泡帽分布器為開孔率一般為0.1%10%。本發明沸騰床反應器中，反應器殼體直筒段中部可以設置內構件，促進連續相和分散相的分布，對大氣泡進行破碎，改善流化質量，使得流體徑向速度分布更加均勻，同時對強烈的湍流進行幹擾，提高傳質速率。所述內構件可以是錐形結構或圓柱體結構，在反應器中可以設置28個，水平截面積(總計)佔反應器水平截面積的O.1%20%，排列方式可以是上下排列、左右排列，也可以是正三角形、方形和其他排列方式。所述內構件可以對流體進行導向，促進連續相和分散相的分布，抑制大氣泡的形成和聚並。本發明沸騰床反應器可以裝填不同粒徑的催化劑顆粒，如其中可以裝填寬範圍粒徑的催化劑，如0.lmm1.0mm;也可以裝填窄範圍粒徑的催化劑，如0.4mm0.5mm。與現有技術相比，本發明的沸騰床反應器的優點是(1)在反應器殼體適宜位置設置導向口，三相分離器、導向口和擴大段結構有機的結合在一起，提高了三相分離器的操作彈性，確保了三相分離器對催化劑的高效分離，大大減少了催化劑的帶出量，避免催化劑的大量帶出。(2)增加了擴大段結構，可以適當降低反應產物導出口的位置，減少了在催化劑濃度較低的高溫區液體物流的循環量，防止縮合結焦反應的發生。(3)增加了擴大段結構，可以適當放大三相分離器下料口的尺寸，有利於分離出的催化劑順利返回催化劑床層，同時可以有效的防止氣體從下料口上串，影響分離效果。增強了三相分離器的操作彈性和效果，可以根據需要靈活裝填不同粒徑範圍的催化劑，增強了對不同催化劑的適應性。可以適當降低反應產物導出口的位置，減少了在催化劑濃度較低的高溫區液體物流的循環量，防止縮合結焦反應的發生。(4)增加了導向口，使得向上的流體直接進入分離器區域，增強了三相分離器的分離效果，同時分離後的固相又很好地順著導向口滑落回反應器主體區。(5)設置適宜的內構件，可以對流體進行導向，促進連續相和分散相的分布，抑制大氣泡的形成和聚並，改善流化質量，使得流體徑向速度分布更加均勻，同時對強烈的湍流進行幹擾，提高傳質傳熱效率。圖1為本發明反應器的一種實施方案的結構示意圖。具體實施例方式為進一步闡述本發明的具體特徵，將結合附圖加以說明。結合附圖l，本發明反應器的結構特徵和工作原理如下反應原料混合後由進料口1進入反應器，經過氣液分布器2後均勻的通過催化劑床層7，反應器內可以設置內構件16。反應器直筒段3內的催化劑裝量至少為反應器有效容積的20%，通常為40%70%，最好為50%60%。在氣液相併流上行的作用下，催化劑床層膨脹到一定的高度，其膨脹後體積通常比其靜態體積大20%70%。在反應區內氣體及液體原料進行加氫反應，反應後的油氣夾帶部分催化劑顆粒通過導向口15的導向作用後再通過擴大段4所圍成的擴大區域8進入三相分離器11，進行氣液固三相分離氣體首先被分離出來，通過氣體排出口IO排出反應器，分離下來的催化劑經下料口13返回反應區，而基本不含催化劑顆粒的澄清液體物流通過液體排出口12排出反應器。為了及時補充新鮮催化劑和將失活的催化劑排出反應器，可以通過反應器上部的催化劑加入管9往反應系統中補充新鮮的催化劑，而通過反應器下部的排放管14可以將部分失活催化劑排出反應系統。擴大段4的下端可以是一個倒置的敞口圓臺，當然也可以是其它適宜的幾何形狀。擴大段角為銳角，最好為45度至60度。三相分離器11是由內筒5、外筒6構成，連同反應器擴大段4的殼體內壁共同發揮氣、液、固的分離作用。內筒5的直筒段構成該三相分離器的中心管，內筒5與外筒6之間的環狀空間組成該三相分離器的折流筒，外筒6與反應器擴大段4殼體內壁之間的環狀空間為澄清液體產品收集區，上述中心管下端擴散段的開口為物流導入口，該擴散段的開口與反應器擴大段4殼體內壁構成的環狀開口為催化劑下料口。為了使折流筒內流體流速加快，改善分離效果，外筒擴散段錐形頂角一般比內筒擴散段錐形頂角至少小20度，最好是小4080度。以下結合具體實施例進一步對本發明反應器的結構及使用效果進行描述。實施例-1根據本發明所述沸騰床加氫反應器的結構，進行了三相分離器沸騰床中型反應器冷模試驗，冷模中型裝置的尺寸為反應器直筒段殼體的內徑(直徑，下同)=160mm，導向口內徑為120mm，高度80mm，反應器殼體的高度=3000mm(其中反應器殼體直筒段高度為2100mm)，殼體有效容積60L，分離器高度二500mm，分離器中心管圓柱部分直徑=135mm，內筒下部錐形開口的底部直徑=190咖，內筒下部錐體部分的高度=35mm，外筒圓柱部分直徑=160咖，其錐形部分開口的底部直徑=285咖，錐形部分的高度=30mm，外筒上部開口高於內筒上部開口，外筒下部錐形開口的底部位置高於內筒下部錐形開口的底部位置，兩者的高度差=25mm，分離器外筒上部開口與反應器殼體頂部切線的垂直距離是200mm，液體產品管中心距反應器頂部切線的垂直距離是120mm。擴大段部分直徑為300mm，擴大角為45度。操作時選用航空煤油作為液體介質，進油量為30180L/hr;氣相選用氮氣，進氣量為0.53.6NmVhr。固相選用粒徑為0.10.2mm的微球催化劑，催化劑堆積藏量為反應器有效容積的50%。試驗結果見表l。從試驗結果看出，在催化劑堆積藏量高達50%的情況下，進料量在相當寬的範圍內變化，催化劑帶出量均極低，三相流化均勻，效果較好。即在增加了擴大段結構後，進一步改善了三相分離器的分離效果，大大降低了催化劑的帶出量。實施例-2在冷模試驗基礎上，在60L中型裝置上進行了孤島常壓渣油加氫脫金屬試驗。其中反應器的尺寸與實施例1相同，試驗條件及結果見表2。比較例-1反應器的基本結構同實施例1，不同之處在於反應器內未設置導流口結構。反應條件和試驗原料同實施例2，其中具體試驗條件及結果見表2。表160L冷模裝置進油量、進氣量與催化劑帶出量的關係tableseeoriginaldocumentpage7表260L中型熱模裝置1000小時試驗結果tableseeoriginaldocumentpage7權利要求一種三相沸騰床反應器，包括反應器殼體和三相分離器，其特徵在於所述反應器殼體由上至下包括擴大段和直筒段，三相分離器設置在擴大段內，在反應器殼體直筒段的上部設置導向口，導向口為環形通道結構，導向口外側與反應器殼體直筒段內壁緊密連接，導向口內徑為反應器殼體直筒段內徑的50％～95％。2.按照權利要求1所述的反應器，其特徵在於所述的導向口內徑為反應器殼體直筒段內徑的60%85%。3.按照權利要求1所述的反應器，其特徵在於導向口高度佔反應器直筒段高度的0.1%20%。4.按照權利要求1所述的反應器，其特徵在於導向口高度佔反應器直筒段高度的0.2%10%。5.按照權利要求1所述的反應器，其特徵在於反應器殼體擴大段的直徑為直筒段直徑的1.22倍，擴大段的直徑與高之比為0.3:12.0:1。6.按照權利要求1所述的反應器，其特徵在於三相分離器為包括內徑不同的兩個同心圓筒的套筒結構內筒和外筒，所述內筒和外筒的上下兩端全部開口，內筒和外筒的均包括上段和下段，內筒和外筒的上段均為直筒段，內筒和外筒的下段均為錐形擴散段，外筒的上端開口高於內筒的上端開口，外筒的下端開口高於內筒的下端開口。7.按照權利要求1所述的反應器，其特徵在於在反應器底部設有原料入口和氣液分布器，在反應器擴大段頂部設有氣體出口，擴大段上部殼壁設有液體排出口，液體排出口的位置處於三相分離器外筒上端開口和下端開口之間。8.按照權利要求1所述的反應器，其特徵在於反應器殼體擴大段與直筒段採用倒置錐臺形結構連接，擴大段與直筒段連接的倒置錐臺結構與直筒段延長線夾角為銳角。9.按照權利要求1所述的反應器，其特徵在於沸騰床反應器包括至少一個從所述反應器排出催化劑的部件，和至少一個往所述反應器補充新鮮催化劑的部件，所述補充新鮮催化劑的部件設置於所述反應器頂部，而排出催化劑的部件位於所述反應器底部。10.按照權利要求1所述的反應器，其特徵在於在反應器殼體直筒段中部設置內構件，內構件是錐形結構或圓柱體結構，在反應器中設置28個，水平截面積佔反應器水平截面積的0.1%20%。全文摘要本發明公開了一種三相沸騰床反應器，包括反應器殼體和三相分離器，反應器殼體由上至下包括擴大段和直筒段，三相分離器設置在擴大段內，在反應器殼體直筒段的上部設置導向口，導向口為環形通道結構，導向口外側與反應器殼體直筒段內壁緊密連接，導向口內徑為反應器殼體直筒段內徑的50％～95％。本發明沸騰床反應器將擴大段、導向口和三相分離器的有機結合，增加了反應器的操作彈性，確保三相分離器的高效分離。該反應器主要適用於不同種類液體和氣體物質在與固體顆粒接觸情況下進行的化學反應，具有催化劑藏量大，反應器利用率高、結構簡單和操作容易等優點。文檔編號B01J8/22GK101721962SQ20081022841公開日2010年6月9日申請日期2008年10月29日優先權日2008年10月29日發明者劉建錕,楊濤,胡長祿,蔣立敬,賈麗,賈永忠申請人:中國石油化工股份有限公司;中國石油化工股份有限公司撫順石油化工研究院