CN103769007B - 一种沸腾床反应器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种沸腾床反应器，该沸腾床反应器包括壳体和三相分离部件，所述壳体自上而下依次包括扩大段、过渡段和直筒段，三相分离部件设置在扩大段和过渡段内，扩大段的侧壁上设置有液体排出口，其中，沸腾床反应器还包括设置在直筒段内的内管和气液分布器，内管的上端开口和下端开口与直筒段连通，并且内管的上端开口位于直筒段的上端开口以下；气液分布器位于由内管和直筒段构成的环形区域的底部。在本发明的沸腾床反应器中，物料的循环完全可以由入口物料的动能和反应器内不同区域内物料的密度差来推动，使得整个工艺比较节能；而且反应器的利用效率较高，在重油加氢裂解过程中可以大大减少非临氢环境下的热裂解反应的发生。

Description

一种沸腾床反应器

技术领域

本发明涉及一种沸腾床反应器，具体地，涉及一种环隙上升式内环流沸腾床反应器。

背景技术

沸腾床加氢反应器是气液固三相流化床反应器，这类反应器具有以下优点：可加工高金属含量、高残炭值的重、劣质原料；反应器温度易控且均匀，压降低且恒定；可在线加入和取出催化剂，因此催化剂性能可以在整个操作周期保持恒定；可达到较高的转化率和较长的操作周期。

已有的工业化沸腾床加氢技术包括H-Oil工艺和LC-Fining工艺等，这两种工艺的沸腾床反应器内设置有循环杯进行气液分离，分离出的油品经循环下降管和循环泵进行循环。现有的沸腾床加氢工艺存在着以下不足：（1）工艺操作复杂，需要使用复杂的料面监控仪和循环油泵，系统稳定性差，循环油泵发生故障时催化剂会因无法流化而向反应器底部沉降，造成装置被迫停工；（2）反应器内催化剂藏量较低，反应器空间利用率低；（3）能耗大，固体催化剂的流化靠循环油泵打入大量的循环油来实现；（4）循环下降管中氢气很少，为非临氢环境，液体在高温下会发生二次裂解反应结焦而降低产品质量。

目前，沸腾床反应器的改进方向主要包括：降低工艺的复杂性，提高反应器的空间利用率，降低能耗和提高反应器的操作弹性等。例如，CN1448212A公开了一种沸腾床反应器，该沸腾床反应器取消了复杂的料面监控仪和循环油泵，因此具有结构简单、操作容易等特点。但由于该反应器使用粒径为0.1-0.2mm的固体催化剂，因此操作弹性较小，催化剂容易带出反应器，影响系统的操作稳定性。CN201529519U公开了一种外环流式的沸腾床反应器，催化剂可以更好地流化，然而，该反应器在运行过程中循环下降管中几乎没有氢气存在，液体在高温下会发生二次裂解反应结焦而降低产品质量；而且，这种外环流反应器的结构在实际生产中对材料的要求比较高。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有的沸腾床反应器存在的上述缺陷，提供一种新的沸腾床反应器。

本发明提供了一种沸腾床反应器，该沸腾床反应器包括壳体和三相分离部件，所述壳体自上而下依次包括扩大段、过渡段和直筒段，所述三相分离部件设置在所述扩大段和所述过渡段内，所述扩大段的侧壁上设置有液体排出口，其中，所述沸腾床反应器还包括设置在所述直筒段内的内管和气液分布器，所述内管的上端开口和下端开口与所述直筒段连通，并且所述内管的上端开口位于所述直筒段的上端开口以下；所述气液分布器位于由所述内管和所述直筒段构成的环形区域的底部。

优选地，所述气液分布器的出口位于所述直筒段的下端开口以上。

优选地，所述内管的直径与所述直筒段的直径之比为0.55-0.84：1。在本发明中，“直径”通常是指内径。

优选地，所述三相分离部件将所述扩大段和所述过渡段的内部空间分成第一分离区、第二分离区、缓冲区和液体收集区，所述第一分离区和所述第二分离区位于所述内管的上方，所述缓冲区和所述液体收集区位于所述第一分离区和所述第二分离区的四周，所述液体收集区位于所述缓冲区的上方，所述第一分离区的顶部与所述第二分离区的底部连通，所述第二分离区与所述缓冲区通过回流孔连通，所述缓冲区的上部与所述液体收集区连通，所述缓冲区的下部与所述直筒段连通，所述液体排出口位于所述液体收集区。

更优选地，所述三相分离部件包括小空心圆台、中空心圆台、大空心圆台和圆筒，在竖直方向上，所述中空心圆台和大空心圆台位于所述小空心圆台和所述圆筒之间，并且所述圆筒在上方，所述小空心圆台在下方；所述小空心圆台和所述大空心圆台的大开口朝下，所述中空心圆台的大开口朝上，所述小空心圆台的小开口和所述中空心圆台的小开口重合，所述中空心圆台的大开口、所述大空心圆台的小开口和所述圆筒的下端开口重合，所述小空心圆台和所述大空心圆台的下端与所述壳体的内壁之间具有间隙，其中，所述小空心圆台的内壁与所述直筒段的上端开口构成所述第一分离区；所述中空心圆台的内壁和所述圆筒的内壁构成所述第二分离区；所述小空心圆台的外壁、所述中空心圆台的外壁、所述大空心圆台的内壁和所述壳体的内壁构成所述缓冲区；所述大空心圆台的外壁、所述圆筒的外壁和所述壳体的内壁构成所述液体收集区。在本发明中，对于小空心圆台、中空心圆台和大空心圆台，其中的“小”、“中”和“大”是相对而的概念，主要是根据空心圆台的大开口的直径的大小而定的，在所述小空心圆台、所述中空心圆台和所述大空心圆台三者之间，所述小空心圆台的大开口的直径最小，所述大空心圆台的大开口直径最大，而所述中空心圆台的大开口的直径处于所述小空心圆台和所述大空心圆台二者之间。空心圆台的大开口和小开口中的“大”和“小”也是相对的概念，空心圆台的大开口是指空心圆台的开口直径较大的一端，空心圆台的小开口是指空心圆台的开口直径较小的一端。

进一步优选地，所述圆筒的上端开口位于所述扩大段的上端开口的下方，所述圆筒的下端开口位于所述扩大段的下端开口的上方。

进一步优选地，所述三相分离部件还包括气体分离管，所述气体分离管的下端开口位于所述小空心圆台的侧壁上，上端开口位于所述圆筒的上方。

更进一步优选地，所述气体分离管的下端开口位于由所述内管和所述直筒段构成的环形区域的正上方。

更进一步优选地，所述气体分离管为多根，且所述气体分离管的下端开口的总面积为由所述内管和所述直筒段构成的环形区域的横截面积的5-50%。

更进一步优选地，所述回流孔设置于所述中空心圆台的侧壁上，所述回流孔为多个，并且所述回流孔的总开口面积为所述中空心圆台的大开口面积的1-20%。

更进一步优选地，所述小空心圆台的小开口直径与大开口直径之比为0.25-0.5：1，所述小空心圆台的大开口直径与所述直筒段的直径之比为0.9-1.1：1，所述小空心圆台的母线与轴线的夹角为30-85°。

更进一步优选地，所述中空心圆台的大开口直径与所述直筒段的直径之比为1.1-1.9：1，所述中空心圆台（22）的母线与轴线的夹角为30-85°。

更进一步优选地，所述大空心圆台的大开口直径与所述直筒段的直径之比为1.15-1.95：1，所述大空心圆台的母线与轴线的夹角为15-85°。

更优选地，所述壳体的顶部设置有催化剂加入管，所述壳体的底部设置有催化剂排出管。

在本发明的所述沸腾床反应器中，通过在壳体的直筒段内设置内管，并且使气液分布器位于由所述内管和所述直筒段构成的环形区域的底部，使得物料在反应器内的循环完全可以由入口物料的动能以及上升管（即由所述内管和所述直筒段构成的环形管）和下降管（即所述内管）中物料的密度差来共同推动，从而可以取消操作复杂的循环泵和料面监控仪，使得整个工艺更加节能，并且操作更加简单。

而且，在本发明的所述沸腾床反应器的运行过程中，下降管内是气液固三相共存的状态，因而在下降管中仍然可以进行反应，从而大大提高了反应器的利用效率；并且还保证了下降管的临氢气氛，因而大大减少了非临氢环境下的热裂解反应的发生，从而可以避免由于非临氢气氛的热裂解反应而产生的结焦。

本发明的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

附图说明

附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1是根据本发明的优选实施方式的沸腾床反应器的结构示意图；

图2是根据本发明的优选实施方式的沸腾床反应器的参数示意图；

图3是气液分布器的一种实施方式的结构示意图。

附图标记说明

1壳体2三相分离部件3扩大段

4过渡段5直筒段6内管

7气液分布器8回流孔9催化剂加入管

10催化剂排出管11进料口12排气口

21小空心圆台22中空心圆台23大空心圆台

24圆筒25气体分离管31液体排出口

2-1第一分离区2-2第二分离区2-3缓冲区

2-4液体收集区

具体实施方式

以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。

在本发明中，在未作相反说明的情况下，使用的方位词如“上、下”通常是指参考附图所示的上、下；“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内、外。

如图1和2所示，根据本发明的所述沸腾床反应器包括壳体1和三相分离部件2，所述壳体1自上而下依次包括扩大段3、过渡段4和直筒段5，所述三相分离部件2设置在所述扩大段3和所述过渡段4内，所述扩大段3的侧壁上设置有液体排出口31，其中，所述沸腾床反应器还包括设置在所述直筒段5内的内管6和气液分布器7，所述内管6的上端开口和下端开口与所述直筒段5连通，并且所述内管6的上端开口位于所述直筒段5的上端开口以下；所述气液分布器7位于由所述内管6和所述直筒段5构成的环形区域的底部。

在本发明中，所述壳体1可以为常规沸腾床反应器的壳体。在所述壳体1中，所述扩大段3是指直径相对于所述直筒段5较大的段，所述扩大段3通常大体上是直筒状的。所述直筒段5的直径小于所述扩大段3。作为所述过渡段4，其下端开口与所述直筒段5的上端开口重合，其上端开口与所述扩大段3的下端开口重合，也即所述过渡段4的下端开口的直径与所述直筒段5的直径基本相等，所述过渡段4的上端开口的直径与所述扩大段3的直径基本相等。

所述壳体的尺寸没有特别的限定，可以根据实际生产需要而确定。在优选情况下，所述扩大段3的直径（d₈）为所述直筒段5的直径（d₁）的1.2-2倍，优选为1.4-1.8倍；所述扩大段3和所述过渡段4的高度之和（h₃+h₄）与所述扩大段3的直径（d₈）之比为0.5-3：1，优选为0.8-1.5：1。所述过渡段4为空心圆台形状，并且其大开口朝上，其母线与轴线的夹角（α）可以为30-75°，优选为45-60°。所述直筒段5的高度（h₁）与直径（d₁）之比可以为4-16：1，优选为6-12：1。

在本发明中，设置所述内管6主要是为了在所述直筒段5内形成环流，因此，所述内管6的尺寸没有特别的限定，只要能够实现在所述直筒段5内形成环流即可。优选情况下，所述内管6的直径（d₂）与所述直筒段5的直径（d₁）之比为0.55-0.84：1。所述内管6的高度（h₂）与所述直筒段5的高度（h₁）之比可以为0.8-0.98：1，优选为0.9-0.95：1。

在本发明中，如图1和2所示，所述壳体1的底部通常还设置有进料口11，待反应的气液混合物通过所述进料口11并经过所述气液分布器7进入所述沸腾床反应器中。所述壳体1的顶部通常还设置有排气口12，用于将经过所述三相分布部件2分离出的气体排出反应器。

在本发明中，如图1和2所示，为了增加反应器的稳定性，所述气液分布器7的出口优选位于所述直筒段5的下端开口以上。更优选地，所述气液分布器7的出口位于所述直筒段5的下端开口的上方，也即气液分布器7的出口完全位于由所述内管6和所述直筒段5构成的环形区域的内部。在这种情况下，通过所述气液分布器7注入的气液混合物可以全部进入由所述内管6和所述直筒段5构成的环形区域（也称为上升管），并且在该上升管内向上流动，从而有利于在所述上升管和所述内管6之间形成环流。

所述气液分布器7可以为各种常规的能够使气体和液体分布均匀的结构，例如可以为环形泡帽结构。具体地，如图3所示，所述气液分布器7的开口可以设置在外环。

在本发明的所述沸腾床反应器中，所述三相分离部件2主要是用于将经过所述直筒段5反应后的物料进行气固液三相分离，以将反应产生的气体和液体分离出来并分别通过排气口12和液体排出口31排出。在优选情况下，为了减少通过液体排出口31带出的催化剂的量，并且进一步促使所述上升管和所述内管6之间顺利地形成环流，如图1和2所示，所述三相分离部件2将所述扩大段3和所述过渡段4的内部空间分成第一分离区2-1、第二分离区2-2、缓冲区2-3和液体收集区2-4，所述第一分离区2-1和所述第二分离区2-2位于所述内管6的上方，所述缓冲区2-3和所述液体收集区2-4位于所述第一分离区2-1和所述第二分离区2-2的四周，所述液体收集区2-4位于所述缓冲区2-3的上方，所述第一分离区2-1的顶部与所述第二分离区2-2的底部连通，所述第二分离区2-2与所述缓冲区2-3通过回流孔8连通，所述缓冲区2-3的上部与所述液体收集区2-4连通，所述缓冲区2-3的下部与所述直筒段5连通，所述液体排出口31位于所述液体收集区2-4。

为了实现将将所述扩大段3和所述过渡段4的内部空间分成第一分离区2-1、第二分离区2-2、缓冲区2-3和液体收集区2-4，所述三相分离部件2的结构优选如下：所述三相分离部件2包括小空心圆台21、中空心圆台22、大空心圆台23和圆筒24，在竖直方向上，所述中空心圆台22和大空心圆台23位于所述小空心圆台21和所述圆筒24之间，并且所述圆筒24在上方，所述小空心圆台21在下方；所述小空心圆台21和所述大空心圆台23的大开口朝下，所述中空心圆台22的大开口朝上，所述小空心圆台21的小开口和所述中空心圆台22的小开口重合，所述中空心圆台22的大开口、所述大空心圆台22的小开口和所述圆筒24的下端开口重合，所述小空心圆台21和所述大空心圆台23的下端与所述壳体1的内壁之间具有间隙，其中，所述小空心圆台21的内壁与所述直筒段5的上端开口构成所述第一分离区2-1；所述中空心圆台22的内壁和所述圆筒24的内壁构成所述第二分离区2-2；所述小空心圆台21的外壁、所述中空心圆台22的外壁、所述大空心圆台23的内壁和所述壳体1的内壁构成所述缓冲区2-3；所述大空心圆台23的外壁、所述圆筒24的外壁和所述壳体1的内壁构成所述液体收集区2-4。

当所述三相分离部件2具有上述优选结构时，在所述沸腾床反应器的运行过程中，经过所述上升管反应后的气液固混合物进入由所述小空心圆台21的内壁与所述直筒段5的上端开口构成的所述第一分离区2-1，由于气液固混合物流遇到突然扩大的结构，该物流向上的速度减小，部分气体分离出来，部分液体则夹带着大部分固体和部分气体开始折流向下，进入所述内管6中；部分液体夹带着小部分固体和部分气体漫过所述第一分离区2-1，进入由所述中空心圆台22的内壁和所述圆筒24的内壁构成的所述第二分离区2-2，由于空间迅速扩大，液体速度迅速下降，无法再夹带固体，因此固体不会夹带至回流孔8流至缓冲区2-3；缓冲区2-3的部分液体从上部开口流至所述液体收集区2-4，部分液体从下部开口返回至所述上升管；由于缓冲区空间较大，此处液速远小于使固体流化的临界液速，因此即使液速发生波动而将小部分催化剂固体从回流孔夹带至所述缓冲区2-3，催化剂固体也会从缓冲区2-3的下部开口流出，而不会影响所述液体收集区2-4。而且，进入所述第一分离区2-1和所述第二分离区2-3的物流为气液固三相的混合物；并且经过所述三相分离部件2分离出来并向下流入所述内管6中的物流也是气液固三相的混合物，因此，在整个所述沸腾床反应器中，除了所述缓冲区2-3、所述液体收集区2-4以及所述壳体1的顶部的气体富集区之外，其余部位的物流都是以气液固三相的混合物的形式存在的，因而都能够发生催化反应。因此，当所述三相分离部件2具有上述优选结构时，基本上可以避免催化剂固体通过液体排出口31带出，而且还可以进一步提高沸腾床反应器的利用效率，同时大大减少非临氢环境下的热裂解反应的发生。

当所述三相分离部件2具有上述优选结构时，优选地，所述内管6、所述小空心圆台21、所述中空心圆台22、所述大空心圆台23和所述圆筒24均与所述壳体1同轴设置。

进一步优选地，所述圆筒24的上端开口位于所述扩大段3的上端开口的下方，所述圆筒24的下端开口位于所述扩大段3的下端开口的上方。在这种情况下，所述缓冲区2-3具有相对较大的空间，从而可以进步避免夹带至所述缓冲区2-3中的催化剂固体在所述缓冲区2-3中发生流化，进而避免催化剂固体带出反应器。更进一步优选地，所述圆筒24的高度（h₅）与所述扩大段3的高度（h₄）之比优选为0.5-0.9：1。

当所述圆筒24的上端开口位于所述扩大段3的上端开口的下方时，进一步优选地，所述圆筒24的上端开口位于所述液体排出口31的上方，以确保所述液体收集区2-4中的液体不会溢过所述圆筒24进入所述第二分离区2-2。更优选地，所述圆筒24的下端开口位于所述液体排出口31的下方。更进一步优选地，所述液体排出口31靠近所述扩大段3的上部，最优选地，所述液体排出口31的中心轴线到所述扩大段3的下端开口的最小距离占所述扩大段3的高度（h₄）的60-90%。

进一步优选地，所述三相分离部件2还包括气体分离管25，所述气体分离管25的下端开口位于所述小空心圆台21的侧壁上，上端开口位于所述圆筒24的上方。在这种情况下，所述第一分区2-1中分离出的气体可以直接通过所述气体分离管25进入所述壳体1的顶部的气体富集区，并随后通过壳体1的顶部的排气口排出。更进一步优选地，所述气体分离管25的下端开口位于由所述内管6和所述直筒段5构成的环形区域的正上方，也即所述气体分离管25的下端开口位于所述上升管的正上方。

所述气体分离管25可以为一根或多跟，优选为多根如至少4根，具体地例如可以为4-20根。当所述气体分离管25为多根时，所述气体分离管25可以呈旋转对称分布，也可以呈若干圈分布。在优选情况下，所述气体分离管25的下端开口的总面积为由所述内管6和所述直筒段5构成的环形区域的横截面积（0.25π(d₁ ²-d₂ ²)）的5-50%。

当所述三相分离部件2具有上述优选结构时，所述回流孔8设置于所述中空心圆台22的侧壁上。所述回流孔8可以为一个或多个，优选为多个如至少4个，具体地例如可以为4-50个。当所述回流孔8为多个时，所述回流孔8可以呈旋转对称分布，也可以呈若干圈分布。在优选情况下，所述回流孔8的总开口面积为所述中空心圆台22的大开口面积（0.25πd₇ ²）的1-20%。当所述回流孔8呈圈形分布时，由所述回流孔8形成的圈的直径（d₆）与所述中空心圆台22的大开口直径（d₇）之比可以为0.5-0.95：1，优选为0.7-0.95：1。

当所述三相分离部件2具有上述优选结构时，所述小空心圆台21的小开口直径（d₄）与大开口直径（d₃）之比优选为0.25-0.5：1，所述小空心圆台21的大开口直径（d₃）与所述直筒段5的直径（d₁）之比优选为0.9-1.1：1，所述小空心圆台21的母线与轴线的夹角（β）优选为30-85°。

当所述三相分离部件2具有上述优选结构时，所述中空心圆台22的大开口直径（d₇）与所述直筒段5的直径（d₁）之比优选为1.1-1.9：1，所述中空心圆台22的母线与轴线的夹角（γ）优选为30-85°。

当所述三相分离部件2具有上述优选结构时，所述大空心圆台23的大开口直径（d₅）与所述直筒段5的直径（d₁）之比优选为1.15-1.95：1，所述大空心圆台23的母线与轴线的夹角（θ）优选为15-85°。

在本发明的所述沸腾床反应器中，优选还设置有在线更换催化剂的系统，以实现固体催化剂在线加入和取出功能。所述更换催化剂的系统可以选用任何合适的设备和方法，例如可以参照US4398852中公开的设备和方法。在一种实施方式中，为了实现在线更换催化剂，可以在所述壳体1的顶部设置催化剂加入管9，在所述壳体1的底部设置催化剂排出管10。在这种情况下，可以通过反应器顶部的催化剂加入管9加入新鲜的固体催化剂，并且可以通过反应器底部的催化剂排出管10排出失活的固体催化剂。所述催化剂加入管9伸入所述壳体1内的深度没有特别的限定，优选情况下，所述催化剂加入管9的出口位于所述扩大段3的下端开口的上方，并且所述催化剂加入管9的出口到所述扩大段3的下端开口的最小距离为所述扩大段3的高度（h₄）的40-95%，优选为60-90%。

在一种较优选的实施方式中，如图1和2所示，所述沸腾床反应器包括：壳体1和三相分离部件2，所述壳体1自上而下依次包括扩大段3、过渡段4和直筒段5，所述三相分离部件2设置在所述扩大段3和所述过渡段4内，其中，所述沸腾床反应器还包括设置在所述直筒段5内的内管6和气液分布器7，所述内管6的上端开口和下端开口与所述直筒段5连通，并且所述内管6的上端开口位于所述直筒段5的上端开口以下；所述气液分布器7位于由所述内管6和所述直筒段5构成的环形区域的底部；

所述三相分离部件2包括小空心圆台21、中空心圆台22、大空心圆台23、圆筒24和气体分离管25，在竖直方向上，所述中空心圆台22和大空心圆台23位于所述小空心圆台21和所述圆筒24之间，并且所述圆筒24在上方，所述小空心圆台21在下方；所述小空心圆台21和所述大空心圆台23的大开口朝下，所述中空心圆台22的大开口朝上，所述小空心圆台21的小开口和所述中空心圆台22的小开口重合，所述中空心圆台22的大开口、所述大空心圆台22的小开口和所述圆筒24的下端开口重合，所述小空心圆台21和所述大空心圆台23的下端与所述壳体1的内壁之间具有间隙，其中，所述小空心圆台21的内壁与所述直筒段5的上端开口构成所述第一分离区2-1；所述中空心圆台22的内壁和所述圆筒24的内壁构成所述第二分离区2-2；所述小空心圆台21的外壁、所述中空心圆台22的外壁、所述大空心圆台23的内壁和所述壳体1的内壁构成所述缓冲区2-3；所述大空心圆台23的外壁、所述圆筒24的外壁和所述壳体1的内壁构成所述液体收集区2-4；

所述气体分离管25的下端开口位于所述小空心圆台21的侧壁上，上端开口位于所述圆筒24的上方；

所述圆筒24的上端开口位于所述扩大段3的上端开口的下方，所述圆筒24的下端开口位于所述扩大段3的下端开口的上方；

所述中空心圆台22的侧壁上设置有回流孔8；

所述扩大段3的侧壁上设置有液体排出口31，而且所述液体排出口31位于所述圆筒24的上端开口的下方，并位于所述圆筒24的下端开口的上方。

对于上述优选的沸腾床反应器，其运行过程可以包括：

待反应的气液混合原料由进料口11进入反应器，经过环形的气液分布器7后与内管6循环来的气液固混合物流一起进入上升管（即由内管6和直筒段5构成的环形区域）内，并在上升管3内并流向上流动。所述上升管和所述内管6为反应区，两者的催化剂装填总量至少为反应器有效容积的20%，通常为40%-70%，优选范围为50%-60%。在反应器稳定操作时，催化剂在上升管和内管6形成环流。上升管内的气液混合原料在固体催化剂的催化下进行催化反应，反应后的气液固混合物从上升管的顶部进入三相分离部件2进行气液固三相分离。气液固混合物流首先进入所述第一分离区2-1，由于物流遇到突然扩大的结构，物流向上的速度减小，部分气体通过气体分离管25进入反应器顶部，部分液体则夹带着大部分固体催化剂和部分气体开始折流向下，进入反应器的内管6中。部分液体夹带着小部分固体催化剂和部分气体漫过小空心圆台21进入所述第二分离区2-2，由于空间迅速扩大，液体速度迅速下降，无法再夹带固体催化剂，因此固体催化剂不会夹带至回流孔8而是在中空心圆台底部形成平衡的沸腾状态，而大部分气体由于浮力的作用逸出并在反应器顶部富集，与来自所述气体分离管25的气体汇合并形成气体富集区，随后经排气口12排出反应器；分离了固体和气体后的液体从回流孔8流至缓冲区2-3，缓冲区2-3的部分液体从上部开口流至液体收集区2-4，部分液体从下部开口返回至上升管。由于缓冲区2-3的空间较大，此处液速远小于使固体催化剂流化的临界液速，所以即使液速发生波动而将小部分固体催化剂从回流孔8夹带至缓冲区2-3，固体催化剂也会从缓冲区的下部开口流出，而不会影响液体收集区2-4。经过三相分离部件2分离后的气液固三相的混合物流在内管6内向下流动，并继续进行催化反应，到反应器入口区后与气液分布器7送入反应器的气液混合原料一起再进入上升管中循环。新鲜的固体催化剂通过壳体1顶部的催化剂加入管9加入，而失活的固体催化剂通过壳体1底部的催化剂排出管10排出，从而实现催化剂在线更换。

从本发明的所述沸腾床反应器的结构特征和运行过程可以看出，固体催化剂在入口物料的动能和反应器内密度差的推动下在反应器内循环流化，能耗较低。而且，当所述三相分离部件2具有上述较优选的结构时，该反应器的双层结构的三相分离部件同时保证了固体催化剂的流化状态和三相分离的效果。首先，由于第一分离区2-1所设的扩径比不大，液速在这个区域还较大，能将部分气体再夹带到内管6中去，这既保证了上升管和下降管（即内管6）中具有气含率差，即上升管和下降管中有密度差，可以为物料的循环流动提供动力，还能保证下降管的临氢气氛，使下降管中也可以发生充分的催化反应。其次，第二分离区2-2的存在使得三相分离部件的操作弹性大大增大，该分离区可以将第一分离区2-1没有分离完全的物料再次进行分离。最后，缓冲区2-3的存在使流速较大的物料无法对液体收集区2-4造成冲击，从而能够减少甚至避免催化剂固体带出反应器。

由此可见，上述优选实施方式的所述沸腾床反应器具有以下优点：

（1）采用内环流式沸腾床反应器，物料在反应器内的循环由入口物料的动能以及上升管和下降管（即内管6）的密度差来共同推动，降低了能耗。取消了操作复杂的循环泵和料面监控仪，操作简单。而且，与同样取消循环泵的其他已有沸腾床反应器相比，在相同的能耗下该反应器能够支持更高的催化剂浓度，提高了反应器的利用效率。

（2）三相分离部件使用两层分离结构，并与反应器扩大段和反应器物料出口（即排气口12和液体排出口31）有机地结合在一起，提高了三相分离部件的操作弹性，同时确保了沸腾床内环流所需的分离效果：一方面大大减少了催化剂带出量，另一方面还能让部分气体循环到下降管（即内管6），保证了下降管区域的反应效率。

（3）在沸腾床反应器中，除了反应器顶部的气体富集区、缓冲区2-3和液体收集区2-4之外，反应器内的其他地方都是气液固三相共存的状态，大大提高了反应器的利用效率，同时大大减少了非临氢环境下的热裂解反应的发生。

（4）在沸腾床反应器中，上升管和下降管（即内管6）的密度差可以作为调节手段来增加反应器的操作弹性，可以根据需要灵活调节催化剂粒径范围和催化剂浓度，增强了对不同催化剂的适应性。适用于本发明的所述沸腾床反应器的催化剂颗粒的粒径可以为0.1-1mm，优选为0.2-0.6mm。

以下通过实施例对本发明作进一步说明。

以下实施例中使用的沸腾床反应器为上述较优选的实施方式中的沸腾床反应器。

实施例1

本实施例中使用的沸腾床反应器的具体尺寸如下表1所示。

表1

代号	数值	代号	数值
				d1/mm	400	h1/mm	3200
d2/mm	280	h2/mm	3000
				d3/mm	440	h3/mm	160
d4/mm	200	h4/mm	600
				d5/mm	660	h5/mm	500
d6/mm	560	α/°	45
				d7/mm	620	β/°	60
d8/mm	720	γ/°	70
				气体分离管的总开口面积/mm2	16000	θ/°	30
回流孔的总开口面积/mm2	10000

固体催化剂选用粒径为0.2-0.3mm的球形催化剂。催化剂填装量为反应器有效容积的55%。液相使用直馏煤油，体积空速为0.25-3h^-1。气相使用氮气，气油体积比为20-150。

对通过液体排出口31排出的液体进行检测得知，固体催化剂的带出量为2.4μg/g，可见催化剂的带出量是极低的。

而且，通过观察发现，内管6中也有充足的循环气体，固体催化剂的流化状态良好。

实施例2

本实施例中使用的沸腾床反应器的具体尺寸如下表2所示。

表2

代号	数值	代号	数值
				d1/mm	300	h1/mm	3600
d2/mm	200	h2/mm	3400
				d3/mm	320	h3/mm	87
d4/mm	150	h4/mm	500
				d5/mm	570	h5/mm	350
d6/mm	500	α/°	60
				d7/mm	550	β/°	70
d8/mm	600	γ/°	80
				气体分离管的总开口面积/mm2	10000	θ/°	45
回流孔的总开口面积/mm2	12000

固体催化剂选用粒径为0.5-0.6mm的球形催化剂。催化剂填装量为反应器有效容积的45%。液相使用直馏煤油，体积空速为0.25-3h^-1。气相使用氮气，气油体积比为20-150。

对通过液体排出口31排出的液体进行检测得知，固体催化剂的带出量为1.8μg/g，可见催化剂的带出量是极低的。

而且，通过观察发现，内管6中也有充足的循环气体，固体催化剂的流化状态良好。

由上述实施例1和2可以看出，在较大的催化剂粒径和进料量变化范围内，本发明的所述沸腾床反应器都可以支持高浓度的催化剂，催化剂流化状态良好，且催化剂的带出量较低，可以满足工业生产的需求。

以上结合附图详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。

此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。

Claims (15)

1.一种沸腾床反应器，该沸腾床反应器包括壳体(1)和三相分离部件(2)，所述壳体(1)自上而下依次包括扩大段(3)、过渡段(4)和直筒段(5)，所述三相分离部件(2)设置在所述扩大段(3)和所述过渡段(4)内，所述扩大段(3)的侧壁上设置有液体排出口(31)，其特征在于，所述沸腾床反应器还包括设置在所述直筒段(5)内的内管(6)和气液分布器(7)，所述内管(6)的上端开口和下端开口与所述直筒段(5)连通，并且所述内管(6)的上端开口位于所述直筒段(5)的上端开口以下；所述气液分布器(7)位于由所述内管(6)和所述直筒段(5)构成的环形区域的底部。

2.根据权利要求1所述的沸腾床反应器，其中，所述气液分布器(7)的出口位于所述直筒段(5)的下端开口以上。

3.根据权利要求1所述的沸腾床反应器，其中，所述内管(6)的直径与所述直筒段(5)的直径之比为0.55-0.84：1。

4.根据权利要求1所述的沸腾床反应器，其中，所述内管(6)的高度与所述直筒段(5)的高度之比为0.8-0.98：1。

5.根据权利要求1-4中任意一项所述的沸腾床反应器，其中，所述三相分离部件(2)将所述扩大段(3)和所述过渡段(4)的内部空间分成第一分离区(2-1)、第二分离区(2-2)、缓冲区(2-3)和液体收集区(2-4)，所述第一分离区(2-1)和所述第二分离区(2-2)位于所述内管(6)的上方，所述缓冲区(2-3)和所述液体收集区(2-4)位于所述第一分离区(2-1)和所述第二分离区(2-2)的四周，所述液体收集区(2-4)位于所述缓冲区(2-3)的上方，所述第一分离区(2-1)的顶部与所述第二分离区(2-2)的底部连通，所述第二分离区(2-2)与所述缓冲区(2-3)通过回流孔(8)连通，所述缓冲区(2-3)的上部与所述液体收集区(2-4)连通，所述缓冲区(2-3)的下部与所述直筒段(5)连通，所述液体排出口(31)位于所述液体收集区(2-4)。

6.根据权利要求5所述的沸腾床反应器，其中，所述三相分离部件(2)包括小空心圆台(21)、中空心圆台(22)、大空心圆台(23)和圆筒(24)，在竖直方向上，所述中空心圆台(22)和大空心圆台(23)位于所述小空心圆台(21)和所述圆筒(24)之间，并且所述圆筒(24)在上方，所述小空心圆台(21)在下方；所述小空心圆台(21)和所述大空心圆台(23)的大开口朝下，所述中空心圆台(22)的大开口朝上，所述小空心圆台(21)的小开口和所述中空心圆台(22)的小开口重合，所述中空心圆台(22)的大开口、所述大空心圆台(23)的小开口和所述圆筒(24)的下端开口重合，所述小空心圆台(21)和所述大空心圆台(23)的下端与所述壳体(1)的内壁之间具有间隙，其中，所述小空心圆台(21)的内壁与所述直筒段(5)的上端开口构成所述第一分离区(2-1)；所述中空心圆台(22)的内壁和所述圆筒(24)的内壁构成所述第二分离区(2-2)；所述小空心圆台(21)的外壁、所述中空心圆台(22)的外壁、所述大空心圆台(23)的内壁和所述壳体(1)的内壁构成所述缓冲区(2-3)；所述大空心圆台(23)的外壁、所述圆筒(24)的外壁和所述壳体(1)的内壁构成所述液体收集区(2-4)。

7.根据权利要求6所述的沸腾床反应器，其中，所述圆筒(24)的上端开口位于所述扩大段(3)的上端开口的下方，所述圆筒(24)的下端开口位于所述扩大段(3)的下端开口的上方。

8.根据权利要求6所述的沸腾床反应器，其中，所述三相分离部件(2)还包括气体分离管(25)，所述气体分离管(25)的下端开口位于所述小空心圆台(21)的侧壁上，上端开口位于所述圆筒(24)的上方。

9.根据权利要求8所述的沸腾床反应器，其中，所述气体分离管(25)的下端开口位于由所述内管(6)和所述直筒段(5)构成的环形区域的正上方。

10.根据权利要求8或9所述的沸腾床反应器，其中，所述气体分离管(25)为多根，且所述气体分离管(25)的下端开口的总面积为由所述内管(6)和所述直筒段(5)构成的环形区域的横截面积的5-50％。

11.根据权利要求6所述的沸腾床反应器，其中，所述回流孔(8)设置于所述中空心圆台(22)的侧壁上，所述回流孔(8)为多个，并且所述回流孔(8)的总开口面积为所述中空心圆台(22)的大开口面积的1-20％。

12.根据权利要求6所述的沸腾床反应器，其中，所述小空心圆台(21)的小开口直径与大开口直径之比为0.25-0.5：1，所述小空心圆台(21)的大开口直径与所述直筒段(5)的直径之比为0.9-1.1：1，所述小空心圆台(21)的母线与轴线的夹角为30-85°。

13.根据权利要求6所述的沸腾床反应器，其中，所述中空心圆台(22)的大开口直径与所述直筒段(5)的直径之比为1.1-1.9：1，所述中空心圆台(22)的母线与轴线的夹角为30-85°。

14.根据权利要求6所述的沸腾床反应器，其中，所述大空心圆台(23)的大开口直径与所述直筒段(5)的直径之比为1.15-1.95：1，所述大空心圆台(23)的母线与轴线的夹角为15-85°。

15.根据权利要求1-4中任意一项所述的沸腾床反应器，其中，所述壳体(1)的顶部设置有催化剂加入管(9)，所述壳体(1)的底部设置有催化剂排出管(10)。