一種用於試驗研究的固定流化床反應器的製作方法

2023-12-06 08:45:36 1

專利名稱：一種用於試驗研究的固定流化床反應器的製作方法
技術領域：
本實用新型屬於在不存在氫的情況下，石油烴的催化裂化設備，更具體地 說，是一種用於試驗研究的固定流化床反應器。
背景技術：
通過催化裂化生產小分子烯烴是煉油化工一體化過程中重要的技術手段， 也是煉油廠提高效益的重要技術途徑。然而，圍繞此類技術不管是工業開發， 還是催化劑的研製，或者是不同原料油、催化劑的篩選評價，都離不開試驗裝
置。催化裂化試驗常用的裝置主要包括輕油微反、重油微反、固定流化床、 中型提升管裝置等。其中，固定流化床裝置是最常用的試驗裝置，而固定流化 床反應器是該種類型試驗裝置的核心設備。
現有技術中，常用的固定流化床反應器的結構如圖1所示。該種反應器自 上而下地分別由法蘭盤、圓柱狀的沉降段、圓錐狀的反應段構成。此外，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，這些構件均通過 法蘭盤固定在反應器頂部。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。該類反應器具有結構簡單、操作 彈性好等特點，但由於受到自上而下到反應器床層內再上返的進料模式影響， 原料的實際預熱溫度往往偏離試驗所設定地預熱溫度，而接近反應器內部溫 度。此外，原料霧化效果不夠理想，尤其是原料油中538。C以上餾分含量較高 時，試驗得到的焦炭產率遠高於工業生產數據，試驗數據的可比性受到影響。 而且該種類型固定流化床反應器進行多產小分子烯烴催化裂化試驗研究，由於 該工藝條件往往是反應重時空速較低，即油氣反應時間較長，加上反應中間產 物在反應器上部較大的圓柱狀地沉降段存在因停留時間過長會發生後續非選擇 性反應從而影響小分子烯烴生成，影響實驗結果的準確度。
USP6，069，012公開了一種改進地固定流化床反應器，其結構如圖2所
示。該反應器的結構改進主要體現在以下兩個方面U)採用了可改變噴嘴 高度的進料套管，該套管的內管用於輸送原料油，而夾套用來輸送流化氣體； (2)在反應器底部位置增設流化氣體噴嘴。上述結構方面的改進，使得該固
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，在 反應器底部位置增設流化氣體噴嘴可改善催化劑的流化狀態，但當反應器床層
線速大於或等於18. 2cm/sec時，催化劑床層會發生劇烈地湍流和騰湧，催化 劑被提升到反應器頂部，偏離反應器的恆溫段，使反應溫度不能得到有效地控 制。由於上述床層線速的限制，該反應器只適用於在常規催化裂化反應條件下 進行試驗，而不能適應於高溫、大劑油比、多產小分子烯烴的反應要求。
CN2512495公開了一種用於催化裂化試驗研究的固定流化床反應器，如圖 3所示。該反應器自上而下分為沉降段、反應段和油劑初始接觸段。該固定流 化床反應器內增設流化介質分布板和篩孔板，這些改進措施進一步改善催化劑 的流化狀態，同時原料油自下而上進料方式提高對原料預熱溫度控制能力，對 重質烴油催化裂化及苛刻的反應條件適應性有所提高。但是，由於該反應上部 仍採用空間較大的圓柱狀的沉降段，試驗過程中存在反應油氣在該段停留時間 過長易發生後續非選擇性反應，影響小分子烯烴生成，從而影響實驗結果的準 確性。 發明內容
在的缺陷，提供一種新的用於試驗研究的固定流化床反應器。
本實用新型提供一種用於試驗研究的固定流化床反應器，該反應器自上而 下包括沉降段、反應段和油劑初始接觸段三部分，其特徵在於，所述的沉降 段自上而下包括沉降段Ia和沉降段Ib兩個部分，沉降段Ia呈圓臺狀，其最 大直徑端與呈圓柱狀的沉降段Ib相連接，其中，沉降段Ia的高與其上端直徑 的比值為1-10: 1，沉降段Ib的高徑比值為1 ~ 10: 1。
按照本發明提供的實用新型，其中所述的沉降段Ia的高與其上端直徑的 比值優選為1-6: 1,沉降段Ib的高徑比值優選為1~5: 1。進一步優選所述 沉降段Ib的高度為固定流化床反應器沉降段高度的1/5-4/5，更為優選所述 沉降段Ib的高度為固定流化床反應器沉降段高度的1/3 ~ 1/2。
按照本發明提供的實用新型，所述反應段和油劑初始接觸段的設計均為本 領域此類反應器的慣常設計。例如，CN2512495公開的一種用於催化裂化試驗 研究的固定流化床反應器中，對反應段和油劑初始接觸段的結構進行描述，這
裡一併作為本實用新型內容的一部分引用。
按照本發明提供的實用新型，所述用於試驗研究的固定流化床反應器還包 括現有技術中可以使所述反應器優化操作的各種反應器內部和外部所需的構
件。例如，在CN2512495公開的一種用於催化裂化試驗研究的固定流化床反應 器中所描述的，在油劑初始接觸段的下部設置流化介質分布板；進料噴嘴垂直 穿過分布板的中心，並與固定在反應底部的烴油、霧化氣管線相連；進料噴嘴 的上端與分布板上側的垂直距離與分布板直徑的比值為0~ 0. 6: 1，進料噴嘴 選自直管、文丘裡管或喉管中的一種，若採用直管噴嘴，其出口處最好採用喇 叭口式設計，上擴角為10~60° ;熱電偶套管在反應器內的插入深度為反應 器總高的50~90°/。，優選75~85%,篩孔板水平固定在熱電偶套管的下端，篩 孔板的直徑與其所在高度的反應器橫切面的內徑之比為0. 4~0. ": 1，該篩 孔板上均勻開孔，孔徑為0.2-3mm，開孔率為25~85%;反應器頂部為上、下 法蘭盤，以及位於法蘭盤之間的密封墊片，其中，下法蘭盤是焊接在反應器沉 降段的上部的，它與上法蘭盤通過螺栓緊密地固定在一起，反應器的頂部除採 用法蘭密封外，螺紋密封、卡套密封等其它靜密封形式也可適用與本實用新型 所提供的反應器；用於催化劑加劑、卸劑管線、反應產品油氣導出管線以及熱 電偶套管均固定於上法蘭盤，產品油氣導出管線穿過上法蘭盤，與固定在上法 蘭盤下側的過濾器相連，過濾器可採用陶瓷或粉末冶金材料燒結製成等均適用
於本實用新型，這裡一併作為本實用新型內容的一部分引入。
與現有技術相比，本實用新型提供的固定流化床反應器的沉降段部分採用 呈圓臺狀設計，使反應油氣，尤其是在多產小分子烯烴體系中物流在反應器上 部高溫部位的線速度加快，縮短反應中間產物在催化劑稀相段的共存時間，有 效抑制小分子烯烴之間的縮聚反應，從而使試驗的準確性提高。

圖1是目前國內常用的固定流化床反應器的結構示意圖。 圖2是USP6069012提供的固定流化床反應器的結構示意圖。 圖3是CN2512495提供的固定流化床反應器的結構示意圖。 圖4是本實用新型提供的固定流化床反應器的結構示意圖。
具體實施方式
作為一種優選的實施方式，本實用新型提供的所述反應器的結構如圖4 所示，按照圖4所示的反應器結構，反應器4的頂部為上、下法蘭盤9和7以 及位於法蘭盤之間的密封墊片8。中，下法蘭盤是焊接在反應器沉降段上部 的，它與上法蘭盤通過螺栓12緊密地固定在一起。該反應器自上而下分為沉 降段Ia、沉降段Ib、反應段II和油劑初始接觸段m。反應器內自下而上還包 括進料噴嘴l、流化介質噴嘴2、流化介質分布板3、篩孔板5和熱電偶套管 6，其中流化介質分布板3置於油劑初始接觸段下部並水平固定在反應器器壁 上，其上沿與反應器底部的垂直距離小於進料噴嘴的垂直高度；進料噴嘴l垂 直穿過分布板的中心，並與固定在反應底部的烴油、霧化氣管線相連；熱電偶 套管6沿反應器中心軸線自上而下垂直插入反應器內，篩孔板5水平固定在熱 電偶套管的下端。
催化劑經管線11引入反應器中，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)通過噴嘴2引入流化介質集氣室14,然 後經流化介質分布板3進入反應器來流化反應器內的催化劑；預熱後的烴油原 料經噴嘴1注入已達到指定溫度的催化劑床層中，與催化劑充分接觸，並在指 定的操作條件下進行催化裂化反應；篩孔板5具有調整流化氣體和催化劑的混 合物的流動方向和速度功能，以保證在反應段內形成均勻的催化劑密相床層； 在流化氣體自下而上的運動過程中，部分催化劑顆粒被夾帶至沉降段Ib,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，而流化氣繼 續上行進入沉降段Ia,隨具有圓臺結構的沉降段Ia直徑的縮小，流化氣的線 速提高，使其快速經過過濾器13和反應油氣導出管IO排出，排出的氣流可直 接放空或由後續產品回收系統收集、計量。
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 提介質和所汽提出的反應油氣也經過過濾器13和反應油氣導出管IO排出，排 出的氣流可直接放空或由後續產品回收系統收集、計量。之後，由噴嘴l和噴 嘴2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。
權利要求1、一種用於試驗研究的固定流化床反應器，該反應器自上而下包括沉降段、反應段和油劑初始接觸段三部分，其特徵在於，所述的沉降段自上而下包括沉降段Ia和沉降段Ib兩部分，沉降段Ia呈圓臺狀，其最大直徑端與呈圓柱狀的沉降段Ib相連接，其中，沉降段Ia的高與其上端直徑的比值為1-10∶1，沉降段Ib的高徑比值為1～10∶1。
2、 按照權利要求1所述反應器，其特徵在於，所述的沉降段Ia的高與 其上端直徑的比值為1-6: 1，沉降段Ib的高徑比值為1~5: 1。
3、 按照權利要求1或2所述反應器，其特徵在於，所述沉降段Ib的高度 為固定流化床反應器沉降段高度的1/5-4/5。
4、 按照權利要求3所述反應器，其特徵在於，所述沉降段Ib的高度為固 定流化床反應器沉降段高度的1/3 ~ 1/2。
專利摘要一種用於試驗研究的固定流化床反應器，該反應器自上而下包括沉降段、反應段和油劑初始接觸段三部分，其特徵在於，所述的沉降段自上而下包括沉降段Ia和沉降段Ib兩部分，沉降段Ia呈圓臺狀，其最大直徑端與呈圓柱狀的沉降段Ib相連接，其中，沉降段Ia的高與其上端直徑的比值為1-10∶1，沉降段Ib的高徑比值為1～10∶1。與現有技術相比，本實用新型提供反應器的沉降段部分採用呈圓臺狀設計，使反應油氣，尤其是在多產小分子烯烴體系中物流在反應器上部高溫部位的線速度加快，縮短反應中間產物在催化劑稀相段的共存時間，有效抑制小分子烯烴之間的縮聚反應，提高試驗的準確性。
文檔編號B01J8/24GK201064712SQ20072016945
公開日2008年5月28日 申請日期2007年6月27日 優先權日2007年6月27日
發明者琰 崔, 張春城, 張瑞馳, 徐子峰, 東 李, 毛安國, 謝朝鋼, 馬建國, 高永燦 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