CN101376092A - 一种新型沸腾床反应器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种新型沸腾床加氢反应器。本发明的沸腾床加氢反应器包括垂直于地面的圆筒型反应器壳体、壳体内上部的三相分离器和反应器中上部的导向结构。所述的导向结构为设置于反应器内壁的环形凸起结构，导向结构沿反应器轴线的纵截面为梯形或弓形。导向结构的设置及与三相分离器的有机结合，增加了三相分离器的操作弹性，确保三相分离器的高效分离，能够大大减少催化剂的带出量。本发明沸腾床反应器可适用于不同种类液体和气体物质在与固体颗粒接触情况下进行的化学反应，具有催化剂藏量大和反应器利用率高等特点。

Description

一种新型沸腾床反应器

技术领域

本发明涉及一种气液固三相沸腾床反应器，具体地说是用于不同种类液体和气体物质在与固体颗粒接触情况下进行化学反应的一种改进的三相沸腾床加氢反应器。

背景技术

沸腾床反应器是气、液、固三相流化床，可以处理高金属、高沥青质含量的重、劣质原料油，具有压力降小、温度分布均匀、可保持整个运转周期内催化剂活性恒定、可在运转中加入新鲜催化剂和取出废催化剂等特点。

US Re 25,770中描述了典型的沸腾床工艺，但该工艺方法在实际应用中存在以下不足：反应器内催化剂藏量较少，反应器空间利用率低；循环油泵维护保养费用较高，而且一旦循环油泵工作失常及损坏，就会造成催化剂下沉聚集，结果迫使装置被迫停工；反应器内液体产品在非催化加氢条件下停留时间过长，在高温下很容易进行二次热裂解反应结焦而降低产品质量。

中国专利CN02109404.7介绍了一种新型的沸腾床反应器，和典型的沸腾床反应器相比，具有结构简单、操作容易和反应器利用率高等特点。但由于使用粒径为0.1～0.2mm的微球催化剂，催化剂容易随反应油气带出反应器。要保证此种沸腾床反应器的正常稳定操作，关键是要求合理设计反应器的内部结构，使之与上部的高效的三相分离器相配合，将反应油气携带的催化剂分离出来，避免催化剂从反应器中带出造成损失和对下游装置造成影响。该专利介绍的三相分离器的下料口和反应器出口位置操作弹性小，被三相分离器分离下来的催化剂会黏附在催化剂下料口并且下料口处容易有串气现象发生，影响三相分离器的分离效果，并且带出的催化剂容易堵塞下游装置，不利于装置的长周期运转。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供一种可长期稳定操作的新型沸腾床反应器。该反应器结构简单，操作容易，操作弹性大，能够满足长周期稳定运转的需要。

本发明提供的沸腾床加氢反应器包括垂直于地面的圆筒型反应器壳体、壳体内中上部的导向结构和位于壳体内上部的三相分离器，所述的导向结构为设置于反应器内壁的环形凸起结构，其沿反应器轴线的纵截面为梯形或弓形。

本发明新型沸腾床反应器的具体结构为：

在所述反应器壳体的底部设有原料入口和气液分布器。在反应器壳体顶部设有气体出口，上部壳壁设有液体排出口，用于将反应生成的气体和液体导出。所述的三相分离器设置于壳体内上部空间内，包括内径不同的两个同心圆筒：内筒和外筒。所述的内筒和外筒的上下两端全部开口，外筒的上端开口高于内筒的上端开口，而外筒的下端开口也应高于内筒的下端开口。所述内筒的下部为一锥形扩散段，该扩散段的开口(即内筒的下端开口)直径小于反应器的内径；所述外筒的下部同样为一锥形扩散段，该扩散段的开口(即外筒的下端开口)直径也应小于反应器的内径。

所述三相分离器的内筒构成分离器的中心管，内筒与外筒之间的环状空间组成三相分离器的折流筒，外筒与反应器内壁之间的环状空间为该三相分离器的澄清液体产品收集区，所述内筒的下端开口为物流导入口，内筒的下端开口与反应器内壁构成的圆环状开口为该三相分离器的催化剂下料口，分离出的固体微粒催化剂从此处重新返回到催化剂床层中。

所述的三相分离器各组成部件的具体尺寸及相对位置，均可以由本领域设计人员根据所使用的催化剂尺寸、反应器处理量、反应条件及分离效果等具体要求通过计算或者简单的试验予以确定，或者可以参照本申请人之前申请的专利CN02109404.7予以确定。

所述的导向结构位于反应器内中上部，紧邻上部的三相分离器。导向结构为设置于反应器壳体内壁的环形凸起结构，其沿反应器轴线的纵截面为梯形或弓形。紧邻三相分离器的梯形腰线或弓形与反应器壁交点处的切线与反应器内壁形成的夹角称为覆盖角，该覆盖角应为锐角，最好小于60度；与之相对的一侧，即远离三相分离器的梯形的腰线或弓形与反应器壁交点处的切线与反应器内壁形成的夹角称为摩擦角，该摩擦角亦为锐角，最好小于60度。所述导向结构围成的导向口的直径介于三相分离器的外筒直径和内筒直径之间。这里所述的内筒直径和外筒直径均是指内筒圆筒段和外筒圆筒段的直径。

所述的气体排出口一般位于在反应器顶部中心处。

为了将分离出的澄清液体排出反应器，液体排出口一般设置在反应器壳壁的上部，其位置应介于外筒的上端开口与下端开口之间。

所述三相分离器的上部还应设置一定的缓冲空间，相分离后的气体产物于此富集并从气体排出口排出反应器。

一般说来，反应器的径高比范围在0.01～0.1之间。

本发明的沸腾床反应器通常还包括至少一个从所述反应器排出催化剂的部件，和至少一个往所述反应器补充新鲜催化剂的部件。所述补充新鲜催化剂的部件通常设置于所述反应器顶部的位置，而所述排出催化剂的部件通常位于所述反应器底部附近。例如在反应器壳体顶部设置催化剂添加管，而在底部设置催化剂排出管。所述的催化剂置换系统及使用方法，可以是任何适用的设备或方法，例如可参照美国专利US3398085或US4398852所述的方法进行。

为了使反应原料在反应器中与催化剂均匀接触，一般还应在所述圆筒型反应器壳体内的底部设置分布板，分布板可以选用任何可以使气体或液体物流均匀分布的结构，例如可采用泡帽结构。

与现有技术相比，本发明沸腾床加氢反应器的优点是：

(1)反应器物料出口与三相分离器和导向结构有机的结合在一起，更增加了三相分离器的操作弹性，确保三相分离器对催化剂的高效分离，大大减少了催化剂的带出量，避免催化剂的大量带出。

(2)增加了导向结构，可以适当降低反应产物导出口的位置，减少了在催化剂浓度较低的高温区液体物流的循环量，防止缩合结焦反应的发生。

(3)增加了导向结构，可以适当放大三相分离器下料口的尺寸，有利于分离出的催化剂顺利返回催化剂床层，同时可以有效的防止气体从下料口上串，影响分离效果。

附图说明

图1为本发明反应器的一种实施方案的结构示意图。

图2为本发明反应器的断面俯视图，其中A-A为导向结构的俯视图。

具体实施方式

为进一步阐述本发明的具体特征，将结合附图加以说明。结合附图1，本发明反应器的结构特征和工作原理如下：

反应原料混合后由进料口1进入反应器，经气液分布器2后均匀的通过催化剂床层7，反应器壳体3内的催化剂装量至少为反应器容积的35％，通常为40％～70％，最好为50％～60％。在气液物流的携带作用下，催化剂床层膨胀到一定的高度，其膨胀后体积通常比其静态体积大20％～70％。在反应区内气体及液体原料进行加氢反应，反应后的油气夹带部分催化剂颗粒通过导向结构4围成的导向口8进入三相分离器11，进行气液固三相分离：气体首先被分离出来，通过气体排出口10排出反应器，分离下来的催化剂经下料口13返回反应区，而基本不含催化剂颗粒的澄清液体物流通过液体排出口12排出反应器。为了及时将失活的催化剂排出反应器和补充新鲜催化剂，可以通过反应器上部的催化剂加入管9往反应系统中补充新鲜的催化剂，而通过反应器下部的排放管14可以将部分失活催化剂排出反应系统。

导向结构4沿反应器轴线的纵截面为梯形，覆盖角和摩擦角均为锐角，最好均小于60度。当然导向结构4沿反应器轴线的纵截面也可以为弓形或者其他适宜的形状。

三相分离器11是由内径不同的同心圆筒内筒5、外筒6连同反应器壳体3的内壁共同构成。内筒5构成该三相分离器的中心管，内筒5与外筒6之间的环状空间组成该三相分离器的折流筒，外筒6与反应器壳体3内壁之间的环状空间为澄清液体产品收集区，上述中心管下端扩散段的开口为物流导入口，该扩散段的开口与反应器壳体3内壁构成的环状开口为催化剂下料口。为了使折流筒内流体流速加快，改善分离效果，外筒扩散段锥形顶角一般比内筒扩散段锥形顶角至少小20度，最好是小40～80度。

以下结合实施例进一步对本发明反应器的结构及使用效果进行描述。

实施例-1

根据本发明所述沸腾床加氢反应器的结构，进行了三相分离器沸腾床中型反应器冷模试验，中型冷模装置的尺寸为：反应器壳体的内径＝160mm，反应器壳体的高度＝3000mm，壳体有效容积60L，分离器高度＝380mm，分离器中心管圆柱部分直径＝92mm，内筒下部锥形开口的底部直径＝144mm，内筒下部锥体部分的高度＝41mm，外筒圆柱部分直径＝128mm，其锥形部分开口的底部直径＝138mm，锥形部分的高度＝64mm，外筒上部开口高于内筒上部开口，外筒下部锥形开口的底部位置高于内筒下部锥形开口的底部位置，两者的高度差＝38mm，分离器外筒上部开口与反应器壳体顶部切线的垂直距离是200mm，液体产品管中心距反应器顶部切线的垂直距离是338mm。环形导向结构的覆盖角为20°，摩擦角为28°，导向口直径为100mm。选用航空煤油作为液体介质，进油量为40～100L/hr；气相选用氮气，进气量为2～3Nm³/hr。固相选用粒径为0.1～0.2mm的微球催化剂，催化剂堆积藏量为反应器有效容积的50％。试验结果见表1。

从试验结果看出，在催化剂堆积藏量高达50％的情况下，进料量在相当宽的范围内变化，催化剂带出量均极低，三相流化均匀。即在增加了导向结构后，进一步改善了三相分离器的分离效果，大大降低了催化剂的带出量。

实施例-2

在冷模试验基础上，在60L中型装置上进行了孤岛常压渣油加氢脱金属试验。其中反应器的尺寸与实施例1相同，试验条件及结果见表2。

比较例-1

该实施例为对比实施例，反应器的基本结构同实施例1，不同之处在于反应器内未设有导向结构。反应条件和试验原料同实施例2，其中具体试验条件及结果见表2。

表1 60L冷模装置进油量、进气量与催化剂带出量的关系

表2 60L中型热模装置1000小时试验结果

Claims (11)

1、一种新型沸腾床反应器，包括圆筒型反应器壳体和设置于壳体内上部空间内的三相分离器，其特征在于，在所述的三相分离器下部相邻处设置有一导向结构，所述的导向结构为设置于反应器内壁的环形凸起结构，导向结构沿反应器轴线的纵截面为梯形或弓形。

2、根据权利要求1所述的沸腾床反应器，其特征在于，紧邻三相分离器的梯形腰线或弓形与反应器内壁交点处的切线与反应器内壁形成的覆盖角为锐角，与覆盖角相对一侧的摩擦角为锐角。

3、根据权利要求2所述的沸腾床反应器，其特征在于，所述的覆盖角和摩擦角均小于60度。

4、根据权利要求1所述的沸腾床反应器，其特征在于，所述的导向结构围成的导向口的直径介于三相分离器的外筒直径和内筒直径之间。

5、根据权利要求1所述的沸腾床反应器，其特征在于，所述的三相分离器包括内径不同的两个同心圆筒内筒和外筒，所述内筒和外筒的上下两端全部开口。

6、根据权利要求5所述的沸腾床反应器，其特征在于，所述外筒的上端开口和下端开口分别高于内筒的上端开口和下端开口。

7、根据权利要求5所述的沸腾床反应器，其特征在于，所述内筒的下端为一锥形扩散段，该扩散段的开口直径小于反应器的内径；所述外筒的下端同样为一锥形扩散段，该扩散段的开口直径小于反应器的内径。

8、根据权利要求1所述的沸腾床反应器，其特征在于，所述的反应器壳壁上设置有液体排出口，其位置介于外筒的上端开口与下端开口之间。

9、根据权利要求1所述的沸腾床反应器，其特征在于，在所述的三相分离器上部设置有一缓冲空间，相分离后的气体产物于此富集并从气体排出口排出反应器。

10、根据权利要求7所述的沸腾床反应器，其特征在于，所述外筒扩散段的锥形顶角比内筒扩散段的锥形顶角至少小20度。

11、根据权利要求10所述的沸腾床反应器，其特征在于，所属的外筒扩散段的锥形顶角比内筒扩散段的锥形顶角小40～80度。

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