CN103409159A - 一种直流式短接触旋流反应器 - Google Patents

Abstract

一种直流式短接触旋流反应器，属于气固相短时接触催化反应设备。其特征在于：所述导向叶片（7）安装在筒体（8）内部，导向叶片（7）中心位置设有与筒体（8）同轴的整流锥（6），导向叶片（7）与整流锥（6）将筒体（8）分成上部的混合区（5）和下部的反应/分离区（9）两部分；混合区（5）的上端设有入口锥段（4），入口锥段（4）的顶部圆周均匀安装多支催化剂进料管（2），入口锥段（4）的圆锥面安装多支新鲜原料引入装置（3），入口锥段（4）顶部下方设置一个防焦蒸汽分布器（14）。该直流式短接触旋流反应器气固停留时间短、轴向返混少、催化剂与气体产物能实时分离。

Description

一种直流式短接触旋流反应器

技术领域

一种直流式短接触旋流反应器，属于气固相短时接触催化反应设备，特别适用于重质、劣质油加工用催化裂化工艺。

背景技术

传统催化裂化反应器装置的一般形式：油气在提升管内反应形成气固混合物，经提升管末端出口快分结构快速分离，再经旋风分离器进入油气集气室，然后经转油线引入分馏塔。近些年来，为了适应重质原油、渣油特点，许多石油公司及研究机构对催化裂化提升管反应器进行了一系列的改进，主要包括：进料段预提升技术、重油进料喷嘴技术、分段进料技术、提升管反应终止技术、提升管末端快速分离技术、待生催化剂高效汽提技术、高效再生技术等，有关催化裂化的各种新技术、新设备和新型催化剂的不断出现，不同程度地促进了催化裂化技术的发展。但是，由于提升管反应器本身问题，存在轴向返混较大、气固分布不均匀、催化剂由于积炭而活性和选择性迅速下降、提升管中后部不利的二次反应严重、有价值的中间产物收率和选择性不高、汽油烯烃含量较高以及反应器末端和后续沉降器结焦等缺点。

随着原油的重质化和劣质化加剧，基于目前催化裂化装置的实际情况，作为催化裂化反应过程的核心一传统提升管反应器而言，渣油催化裂化很难再取得突破性的进展。开发出一种适合于现有提升管的改造、投资小、能最大程度地实现剂油短时接触的新型催化裂化技术，将是今后渣油催化裂化领域中的一个重要发展方向。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种气固停留时间短、轴向返混少、催化剂与气体产物能实时分离的直流式旋流反应器。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：该直流式短接触旋流反应器，包括导向叶片、筒体以及伸入筒体内部的催化剂进料管和新鲜原料引入装置，其特征在于：所述导向叶片安装在筒体内部，导向叶片中心位置设有与筒体同轴的整流锥，导向叶片与整流锥将筒体分成上部的混合区和下部的反应/分离区两部分；

混合区的上端设有入口锥段，入口锥段的顶部圆周均匀安装多支催化剂进料管，入口锥段的圆锥面安装多支新鲜原料引入装置，入口锥段顶部下方设置一个防焦蒸汽分布器，防焦蒸汽分布器向混合区内输送一定量的水蒸汽，以防止入口锥段顶部油气长时间停留而结焦。

反应/分离区下端设有导尘锥，导尘锥下端设有密相卸料口，反应/分离区中设有排气管，排气管一端插入反应/分离区中，另一端伸出导尘锥侧壁。

催化剂在混合区内与侧向进入的新鲜原料雾化蒸汽错流接触，混合并迅速传质传热；催化剂在反应区内实现反应和分离同步进行，边反应边分离。

所述的入口锥段的顶部中心位置安装一支回炼油引入装置，回炼油引入装置伸入入口锥段内部。新鲜原料引入装置和回炼油入装置的长度足以使原料实现充分雾化。

所述的催化剂进料管与新鲜原料引入装置数量相等，布置方式都采取圆周均匀布置，即在同一截面内按相同的旋转方向均匀的布置。

优选的，催化剂进料管与新鲜原料引入装置数目均为四个或六个。

所述的新鲜原料引入装置与入口锥段的连接方式为直插式，新鲜原料引入装置端口插入入口锥段的圆锥面，新鲜原料引入装置的中心轴线与水平方向成0~60°夹角。

所述的催化剂进料管插入入口锥段的顶端，其轴线与竖直方向成0~45°夹角。

所述的入口锥段的锥角α=30~120°。

所述的筒体直径为D，混合区长度L₁=1~5D，反应/分离区长度L₂=1~4L₁。混合区为旋流反应器提供了原料和催化剂的混合空间，混合区的长度L₁可使催化剂在进入导向叶片的流道时分布的更加均匀，反应/分离区是本反应器主要反应和分离空间。

所述的导向叶片与外圈的筒体及内圈的整流锥之间均为无缝装配。导向叶片的数量可以根据需要进行调节，导向叶片将催化剂和原料油蒸汽的轴向运动变成螺旋运动，湍流度提高，接触效率提高。

所述的导尘锥的锥角γ=5~90°。

所述的排气管为45°、60°或90°的弯管，排气管的直径d=0.2~0.8D，排气管插入筒体的深度为反应/分离区长度L₂的0.1~0.7倍。排气管穿过导尘锥，有利于将反应生成的小分子油气及时引出。

与现有技术相比，该直流式短接触旋流反应器具有的有益效果是：

1、混合区的上端设有入口锥段，入口锥段的顶部圆周均匀安装多支催化剂进料管，入口锥段的圆锥面安装多支新鲜原料引入装置，新鲜原料引入装置与入口锥段的连接方式为直插式，入口锥段的设计有效避免了因局部流动滞止区（或说流动死区、局部循环涡流区）的存在而导致回炼油、催化剂和新鲜原料混合不均的现场，同时降低了因停留时间过长导致提前反应或局部结焦的可能性；入口锥段的设计有利于三股物流快速、均匀混合，并尽快输送至下部反应区，从而实现催化剂和油气反应和分离的同步进行。

2、催化剂和油气反应和分离的同步进行，边反应边分离，大大减小了催化剂与油气的接触时间和油气的停留时间，对于抑制二次反应和结焦十分有利。

3、该直流式短接触旋流反应器内设置了导向叶片，经导向叶片的导流作用形成旋转流场后，在离心力的作用下，催化剂主要分布于反应器的边壁附近，反应生成的小分子油气逐渐移动到分离管的中心部分，未经反应的大分子油气则居于催化剂与小分子油气之间的环形空间内，随着小分子油气体积的膨胀迫使大分子油气向催化剂所在的边壁处移动，一方面阻止了小分子油气与催化剂接触，另一方面也提高了大分子油气与催化剂的接触效率，提高了汽、柴油等中间产物的产率。

4、在导向叶片中间设置有整流锥，整流锥可以稳定反应器中心旋流区，使反应器内部流动保持轴对称旋转流动，避免由于中心旋流摆动而导致中心流动不稳定、湍动涡流区多，从而导致反应器内部会出现过度反应的现象。

5、在反应/分离区下部设置有导尘锥和排气管，可以使液相物料、气相反应产物以及催化剂按同一方向运移，可显著减少多相之间的返混问题，避免过度和不均匀反应；同时设备压力降消耗（能耗）更低，节约了能源。

附图说明

图1是该直流式短接触旋流反应器的剖视图。

图2是实施例1的原料引入装置和催化剂进料管的布置图。

图3是实施例2的原料引入装置和催化剂进料管的布置图。

图4是该直流式短接触旋流反应器的排气管布置的局部视图。

其中：1、回炼油引入装置  2、催化剂进料管  3、新鲜原料引入装置  4、入口锥段  5、混合区  6、整流锥  7、导向叶片   8、筒体  9、反应/分离区  10、排气管  11、导尘锥  12、密相卸料口  13、新鲜原料  14、防焦蒸汽分布器  15、催化剂  16、劣质原料。   

具体实施方式

图1、2、4是该直流式短接触旋流反应器的最佳实施例，下面结合附图1~4对本发明做进一步说明。

实施例1

参照附图1、2、4：该直流式短接触旋流反应器包括入口锥段4、整流锥6、导向叶片7、筒体8、排气管10、导尘锥11。入口锥段4的锥角α=30~120°，在入口锥段4顶部安装着多支催化剂进料管2，在入口锥段4的圆锥侧面安装着同样数量的新鲜原料引入装置3。新鲜原料引入装置3和催化剂进料管2的数量均为4个，其布置方式均采取圆周均匀布置，即在同一截面内按相同的旋转方向均匀布置，新鲜原料引入装置3与入口锥段4的连接方式是直插式，其轴线与水平方向夹角β=0~60°。

在入口锥段4的顶部中心位置安装着一支回炼油引入装置1。

新鲜原料引入装置3和回炼油引入装置1都保证有足够的长度，以提供原料充分雾化所需要的自由空间。

在入口锥段4顶部下方设置一个防焦蒸汽分布器14，防焦蒸汽分布器14向混合区5内输送一定量的水蒸汽，以防止入口锥段4顶部油气长时间停留而结焦。

整流锥6和导向叶片7将筒体8分成混合区5和反应/分离区9两大部分，筒体直径为D，混合区5为旋流反应器提供了原料和催化剂的混合空间，混合区长度L₁=1~5D，足够长度的混合区5，可使催化剂在进入导向叶片7的流道时分布的更加均匀。反应/分离区9是该直流式短接触旋流反应器主要反应和分离空间，反应/分离区9长度L₂=1~4L₁。

整流锥6的流线型设计可防止催化剂的沉积，避免生焦。导向叶片7的数量可以根据需要进行调节，导向叶片7将催化剂和原料油蒸汽的轴向运动变成螺旋运动，湍流度提高，接触效率提高。整流锥6和筒体8同轴安装，导向叶片7安装在筒体8与整流锥6之间的环形空间，且与两个面都是无缝装配。

排气管10放置在反应/分离区9中心下部并穿过放置在筒体8下方的导尘锥11，排气管10为45°或60°或90°弯管。排气管10直径d=0.2~0.8D，插入筒体8的深度h=0.1~0.7 L₂。

反应/分离区9壁面的失活催化剂在重力和下降气流作用下顺筒体8壁面下落至导尘锥11，导尘锥11的锥角γ=5~90°，导尘锥11是收集催化剂的重要部件。

导尘锥11下端是密相卸料口12，反应后失活的催化剂通过这个密相卸料口12进入待生斜管。

实施例2

参照附图3：该直流式短接触旋流反应器的新鲜原料引入装置3和催化剂进料管2的数量均为6个，其布置方式也采取圆周均匀布置，其余设置也与实施例1相同。

工作原理如下：工作时，新鲜原料引入装置3上端与进料喷嘴相连，进料喷嘴喷出催化剂15使催化剂15从催化剂进料管2进入混合区5，与从新鲜原料引入装置3进入混合区5的新鲜原料13错流接触，由于动量交换以及气固顺重力场的作用，催化剂和油气开始下行运动，这样可以达到三个目的，一是可以使新鲜原料雾化蒸汽和催化剂在混合区5内实现初步的传质传热；二是气固顺重力场，轴向返混少；三是可以使催化剂在进入导向叶片7的流道时分布的更加均匀。从入口锥段4顶部中心的回炼油引入装置1进入该直流式短接触旋流反应器的劣质原料16在新鲜催化剂与原料油碰撞之后与催化剂接触，进入导向叶片7流道。催化剂、原料以及回炼油经过导向叶片7后，变成高速的螺旋运动，湍流度大大提高，接触效率提高。反应生成的小分子油气逐渐移动到该直流式短接触旋流反应器的中心部分并最终通过底部的排气管10引出反应器。催化剂主要分布于反应器的边壁附近，而未参加反应在的大分子油气和雾化油滴则主要分布于催化剂与小分子油气之间的环形空间内。随着反应的进行，小分子油气的体积迅速膨胀，迫使未参加反应的原料向催化剂所在的边壁处移动，提高催化剂与催化裂化原料的接触效率。反应后失活的催化剂在重力和下降气流作用下顺壁面下落至导尘锥11，最终由密相卸料口12进入待生斜管。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例。但是凡是未脱离本发明技术方案内容,依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (9)

1.一种直流式短接触旋流反应器，包括导向叶片（7）、筒体（8）以及伸入筒体（8）内部的催化剂进料管（2）和新鲜原料引入装置（3），其特征在于：所述导向叶片（7）安装在筒体（8）内部，导向叶片（7）中心位置设有与筒体（8）同轴的整流锥（6），导向叶片（7）与整流锥（6）将筒体（8）分成上部的混合区（5）和下部的反应/分离区（9）两部分；

混合区（5）的上端设有入口锥段（4），入口锥段（4）的顶部圆周均匀安装多支催化剂进料管（2），入口锥段（4）的圆锥面安装多支新鲜原料引入装置（3），入口锥段（4）顶部下方设置一个防焦蒸汽分布器（14）；

反应/分离区（9）下端设有导尘锥（11），导尘锥（11）下端设有密相卸料口（12），反应/分离区（9）中设有排气管（10），排气管（10）一端插入反应/分离区（9）中，另一端伸出导尘锥（11）侧壁。

2.根据权利要求1所述的一种直流式短接触旋流反应器，其特征在于：所述的催化剂进料管（2）与新鲜原料引入装置（3）数量相等，布置方式都采取圆周均匀布置。

3.根据权利要求1或2所述的一种直流式短接触旋流反应器，其特征在于：所述的新鲜原料引入装置（3）与入口锥段（4）的连接方式为直插式，新鲜原料引入装置（3）端口插入入口锥段（4）的圆锥面，新鲜原料引入装置（3）的中心轴线与水平方向成0~60°夹角。

4.根据权利要求1或2所述的一种直流式短接触旋流反应器，其特征在于：所述的催化剂进料管（2）插入入口锥段（4）的顶端，其轴线与竖直方向成0~45°夹角。

5.根据权利要求1所述的一种直流式短接触旋流反应器，其特征在于：所述的入口锥段（4）的锥角α=30~120°。

6.根据权利要求1所述的一种直流式短接触旋流反应器，其特征在于：所述的筒体（8）直径为D，混合区（5）长度L₁=1~5D，反应/分离区（9）长度L₂=1~4L₁。

7.根据权利要求1所述的一种直流式短接触旋流反应器，其特征在于：所述的导向叶片（7）与外圈的筒体（8）及内圈的整流锥（6）之间均为无缝装配。

8.根据权利要求1所述的一种直流式短接触旋流反应器，其特征在于：所述的导尘锥（11）的锥角γ=5~90°。

9.根据权利要求1所述的一种直流式短接触旋流反应器，其特征在于：所述的排气管（10）为45°、60°或90°的弯管，排气管（10）的直径d=0.2~0.8D，排气管（10）插入筒体的深度为反应/分离区（9）长度L₂的0.1~0.7倍。

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