CN102039106A

CN102039106A - 一种新型沸腾床反应器

Info

Publication number: CN102039106A
Application number: CN 200910204287
Authority: CN
Inventors: 贾丽; 葛海龙; 胡长禄
Original assignee: China Petroleum and Chemical Corp; Sinopec Fushun Research Institute of Petroleum and Petrochemicals
Current assignee: China Petroleum and Chemical Corp; Sinopec Fushun Research Institute of Petroleum and Petrochemicals
Priority date: 2009-10-21
Filing date: 2009-10-21
Publication date: 2011-05-04
Anticipated expiration: 2029-10-21
Also published as: CN102039106B

Abstract

本发明公开了一种新型的沸腾床加氢反应器。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、壳体内上部的相分离器及至少一个内循环区。所述的内循环区由圆形套筒和锥形扩散段及一个导向结构构成。在沸腾床反应器内增设内循环区可以在反应器内形成小的循环区间，有利于增强反应器内物流的返混效果，提高液体的加氢效果和转化深度。

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，在沸腾床反应器中设置内循环杯进行气液分离，同时提高液体的转化率。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，结果造成装置被迫停工；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和CN101376092A分别介绍了一种新型的沸腾床反应器，采用三相分离器及带有导向口的三相分离器进行气液固有效分离，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。但由于沸腾床反应器为全返混反应器，所以部分未来得及反应的进料将随着反应后物流流出反应器，所以原料转化率相对较低。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供一种新型的沸腾床加氢反应器。该反应器内增设内循环区，可以提高原料转化率。

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、位于壳体内上部的相分离器和至少一个内循环区；所述的内循环区由圆筒、锥形扩散段和导向结构构成，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。

本发明新型沸腾床加氢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，或者可以采用本领域中公开的常规技术，例如可以参照本申请人之前申请的专利CN02109404.7或CN101376092A。

所述的内循环区包括圆筒、锥形扩散段和相邻的导向结构。圆筒与锥形扩散段相连接，该锥形扩散段的下端开口直径小于反应器的内径，紧邻圆筒锥形扩散段的为一个导向结构，三者结合构成一个内循环区。根据反应器的高径比和转化深度的要求可以在反应器中设置一个或多个内循环区，优选设置2～3个内循环区，其中不同的内循环区的圆筒内径可以相同或不同。所述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。靠近相分离器一侧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，该覆盖角为锐角，最好小于60度；与之相对的一侧，即远离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相分离器的外筒和内筒直径之间。

根据本发明的沸腾床加氢反应器，在紧邻相分离器的下部也可以设置导向结构，所述导向结构位于反应器内中上部，位于相分离器与内循环区之间。所述导向结构与内循环区中的导向结构相类似。

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，其位置应介于相分离器外筒的上端开口与下端开口之间。

所述相分离器的上部通常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。

反应器的内循环区作用原理为：物流通过不同的反应器横截面积，流速发生变化。沸腾床反应器内的物流由气液固三相构成，即固态的催化剂，液态的反应物流，气态的氢气及生成的轻烃。当反应器内物流通过的横截面积发生变化时，气体和液体流速随之发生变化，则靠气液夹带的催化剂将发生快速提升或沉降现象，液相原料在沸腾床反应器中随着反应的进行生成部分轻组分，该组分会随着氢气一直向上通过反应器，而部分反应后的液体物流及未反应的原料将与催化剂的运动状态相类似，在反应器内横截面较小的圆筒区快速向上流动，在随之的横截面积瞬间扩大处将发生与主物流流动方向相反的逆流现象。

与现有技术相比，本发明沸腾床加氢反应器的优点是：

1、在沸腾床反应器中形成一个或多个循环区，可以形成多个沸腾的操作区间，使得整个沸腾床反应器操作更灵活。

2、循环区间的存在延长了反应后物流中液体组分在沸腾床反应器中的停留时间，有利于增加轻油收率。

3、由于沸腾床反应器为返混程度很高的反应器，所以通常反应器流出物中含有部分未转化的原料，设置多个小的循环区，可以使得原料多次循环转化，有利于提高转化率。

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(只设置一个内循环区)。

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％。进入反应区的气液物流在与催化剂进行接触反应，反应后的气液物流与未转化的原料及氢气沿着反应器的轴线携带着固体催化剂上升进入由导向结构4、圆筒14及锥形扩散段15构成的循环区，物流经导向结构4形成的导向口8和圆筒的锥形扩散段15汇集到圆筒14流体通道中，由于此时流体通道的横截面积减小，所以气液流速加快，流体通过圆筒顶部后，流体通道瞬间扩大，所以气液流体流速瞬间减小，其携带固体催化剂的能力降低，致使部分反应后的液体和未转化原料及固体催化剂沿着圆筒外壁与反应器内壁形成的通道向下流进入导向口与从反应器下部向上流的物流混合，从而形成小的循环区。由循环区上升的气相物流和部分液相物流及携带的催化剂进入紧邻相分离器的导向结构4围成的导向口8进入相分离器11，进行相分离：气体首先分离出来，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催化剂，而通过反应器下部的排放管16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。

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。

适用于本发明的沸腾床加氢反应器处理的原料包括常压渣油、减压渣油、脱沥青油、油砂沥青、稠原油、煤焦油及煤液化重油中的一种或几种。

本发明沸腾床加氢反应器的操作条件为：反应压力为6～30MPa，优选为10～18MPa；反应温度为350～500℃，优选为400～450℃；空速为0.1～5h^-1，优选为0.5～3h^-1；氢油体积比为400～2000，优选为600～1500。

根据本发明提供的沸腾床加氢反应器，所述反应器中使用的催化剂具有如下性质：催化剂颗粒直径为0.1～0.8mm，优选为0.1～0.4mm，催化剂含有VIB族和第VIII族活性加氢金属组分。载体为Al₂O₃，含有至少一种助剂，选自如下几种元素：B、Ca、F、Mg、P、Si、Ti等，助剂含量为0.5wt％～5.0wt％。催化剂孔容为0.6～1.2ml/g，孔径＜8nm的孔容小于0.03ml/g，一般为0.005～0.02ml/g。通常所述催化剂的平均孔径为15～30nm，孔径在15～30nm之间的孔容占总孔容的50％以上，一般为50％～70％。比表面为100～300m²/g，最好是120～240m²/g。

催化剂含VIB族金属氧化物(如MoO₃)1.0wt％～20.0wt％，最好为3.0wt％～15.0wt％，含第VIII族金属氧化物(如NiO或CoO)0.1wt％～8.0wt％，最好是0.5wt％～5.0wt％。催化剂磨耗≤0.1wt％。所述催化剂的制备可以参考CN200710010377.5中提供的方法。

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，进行了沸腾床反应器内设有一个小循环区的运转试验，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°，紧邻相分离器的导向口直径为100mm。构成循环区的导向口直径为100mm，圆筒内径为80mm，圆筒高度为100mm，锥形扩散段的底部直径为150mm，锥形扩散段的高度为45mm。

试验过程使用的微球形催化剂性质为：平均直径为0.6mm，以氧化铝为载体，催化剂含MoO₃为11.2wt％，含NiO为3.0wt％，含P为1.4wt％，孔容为0.67ml/g，比表面积为140m²/g，＜8nm孔容占总孔容的2.6％，15～30nm孔容占总孔容的65％。

原料性质为孤岛常渣，试验条件及结果见表1。

比较例1

该比较例中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置内循环区。反应条件和试验原料同实施例1，其中具体试验条件及结果见表1。

表1试验条件及试验结果

Claims

1.一种沸腾床加氢反应器，包括垂直于地面的圆筒型反应器壳体、位于壳体内上部的相分离器，其特征在于，在所述相分离器的下部设置至少一个内循环区，所述内循环区包括圆筒、锥形扩散段和导向结构，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所述的沸腾床加氢反应器，其特征在于，所述内循环区的个数为2～3个。

3.根据权利要求1所述的沸腾床加氢反应器，其特征在于，在所述的相分离器与内循环区之间设置导向结构，所述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。

4.根据权利要求1所述的沸腾床加氢反应器，其特征在于，所述导向结构的覆盖角为锐角，导向结构的摩擦角为锐角。

5.根据权利要求4所述的沸腾床加氢反应器，其特征在于，所述的覆盖角和摩擦角均小于60度。

6.根据权利要求1所述的沸腾床加氢反应器，其特征在于，所述的导向结构围成的导向口的直径介于相分离器的外筒和内筒直径之间。

7.根据权利要求1所述的沸腾床加氢反应器，其特征在于，所述的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，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。

8.根据权利要求1所述的沸腾床加氢反应器，其特征在于，在所述圆筒型反应器壳体内底部设置分布板。

9.根据权利要求2所述的沸腾床加氢反应器，其特征在于，不同的内循环区的圆筒内径相同或不同。