CN104056581B - 一种固定流化床反应器及其应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种固定流化床反应器及其应用，该反应器包括顶部密封结构和反应器主体，与该反应器连通的出口管（8）和进料管（1），所述反应器主体自上而下包括：沉降段（Ⅰ）、第一反应段（Ⅱ-1）、第二反应段（Ⅱ-2）和第三反应段（Ⅱ-3）以及油剂初始接触段（Ⅲ），沉降段（Ⅰ）下端的横截面积与第一反应段（Ⅱ-1）上端的横截面积相等，第一反应段（Ⅱ-1）下端的横截面积与第二反应段（Ⅱ-2）上端的横截面积相等，第二反应段（Ⅱ-2）下端的横截面积与第三反应段（Ⅱ-3）上端的横截面积相等，第三反应段（Ⅱ-3）下端的横截面积与油剂初始接触段（Ⅲ）上端的横截面积相等。本发明提供的固定流化床反应器在应用于如石脑油等轻质油品的催化裂化时具有床层线速稳定、油剂接触充分等优点，而有利于改善产物分布。

Description

一种固定流化床反应器及其应用

技术领域

本发明涉及一种固定流化床反应器及其应用。

背景技术

催化裂解是在催化剂存在的条件下对石油烃进行裂解以生产低碳烯烃的技术，由于原料来源广、烯烃产品结构易调整、能耗低以及二氧化碳排放少等优点，近年来，催化裂解技术取得了较快的发展。特别针对轻质油品如石脑油催化裂解技术是优化利用石脑油资源，提高炼厂经济效益的重要技术，围绕该技术的工艺开发、催化剂的研制，或是不同原料油、催化剂的筛选评价，都离不开实验室小型评价装置。

目前，应用于催化裂解的实验装置主要有循环流化床、固定流化床和固定床，固定流化床装置因其结构简单、操作弹性好、床层等温、传热效率高等优点被广泛应用于催化裂解实验研究，而固定流化床反应器是该类型实验装置的核心设备。

现有技术中，常用的固定流化床反应器的结构如图1所示。该反应器自上而下由法兰盘、柱状的沉降段、圆锥状的反应段构成。此外，在该反应器内部设有进料管线、热电偶套管、反应油气过滤管等构件。由图1可以看出，进料管线、热电偶套管、过滤管均通过法兰盘固定在反应器顶部，且其进料管线自上而下地沿中心轴线插入反应器中，其插入深度一般为反应器垂直高度的1/2以上。尽管该反应器具有结构简单、操作弹性好等特点，但由于受到进料方式的限制，原料油的实际预热温度往往偏离试验所要求的预热温度，而接近于反应器内部温度，导致过度热裂化使得干气和焦炭的产量增大。此外，原料油的雾化效果也不够理想，尤其是当原料油中538℃以上馏分含量较高时，试验得到的焦炭产率远大于工业生产数据，试验数据的可比性将受到影响。

US6069012公开了一种改进的固定流化床反应器，其结构如图2所示。该反应器的沉降段和反应段均呈圆柱状，固定流化床反应器可以通过调节进料喷嘴高度实现对反应时间的调整。此外，反应器底部增设流化气体喷嘴以改善催化剂的流化状态。由于受床层线速的限制，该反应器只适于在常规的催化裂化反应条件下进行试验。

此外，CN2512495Y、CN201042664Y、CN202438304U等专利技术均是在图1所示的常规的固定流化床反应器构型的基础上作了部分改进，以适应不同的工艺。例如，CN201042664Y采用类似的进料系统，同时采用锥型反应器，并增设了分布板，在一定程度上改善了在高温高线速下流化质量下降的缺点。

又如，CN201064712Y公开了一种用于实验研究的固定流化床反应器，其结构如图3所示。该反应器自上而下包括沉降段Ｉ、反应段Ⅱ和油剂初始接触段Ⅲ，该反应器主要对沉降段的构型作了改进，所述沉降段自上而下由圆台状的沉降段Ｉa和圆柱状的沉降段Ｉb组成，可缩短反应中间产物在催化剂稀相段的共存时间，有效地缩短了小分子烯烃之间的缩聚反应。

综上所述，现有技术的固定流化床反应器主要针对重质油的常规催化裂化和催化裂解，由于如石脑油等轻质油品的催化裂化反应具有反应温度高、剂油比大、油气线速高、多产气体等特点，而采用上述的固定流化床反应器进行催化裂解时，在高温反应条件下床层内催化剂分布不均匀，油剂接触不充分，而会影响最终的产物分布，因而现有技术的固定流化床反应器并不适用于如石脑油等轻质油品的催化裂解反应温度高、剂油比大、油气线速高、多产气体等特殊的反应需求。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供了一种新的固定流化床反应器及其应用。

为了实现上述目的，本发明提供了一种固定流化床反应器，所述固定流化床反应器包括以可拆卸的方式密封连接的顶部密封结构和反应器主体，与该反应器连通的出口管8和进料管1，所述反应器主体自上而下包括：沉降段Ⅰ、反应段Ⅱ和油剂初始接触段Ⅲ，其中，所述反应段Ⅱ自上而下包括第一反应段Ⅱ-1、第二反应段Ⅱ-2和第三反应段Ⅱ-3，沉降段Ⅰ下端的横截面积与第一反应段Ⅱ-1上端的横截面积相等，第一反应段Ⅱ-1下端的横截面积与第二反应段Ⅱ-2上端的横截面积相等，第二反应段Ⅱ-2下端的横截面积与第三反应段Ⅱ-3上端的横截面积相等，第三反应段Ⅱ-3下端的横截面积与油剂初始接触段Ⅲ上端的横截面积相等，且所述第一反应段Ⅱ-1的横截面积自上而下逐渐增大，第二反应段Ⅱ-2和第三反应段Ⅱ-3的横截面积自上而下均逐渐缩小。

本发明还提供了所述固定流化床反应器在用于轻质油品，特别是石脑油催化裂解中的应用。

本发明提供的固定流化床反应器通过对反应段Ⅱ的构型进行改进，使得该反应器在应用于如石脑油等轻质油品的催化裂化时显现出床层线速稳定、油剂接触充分等特点，而有利于改善产物分布，提高目标产物的收率。

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是一种常用的固定流化床反应器的结构示意图；

图2是US6069012公开的一种固定流化床反应器的结构示意图；

图3是CN201064712Y公开的一种固定流化床反应器的结构示意图；

图4是本发明的一种具体实施方式的固定流化床反应器的结构示意图。

附图标记说明

1-进料管；2-分布板；3-热电偶测温管；4-过滤管；5-下法兰盘；

6-密封垫；7-过滤管密封座；8-出口管；9-上法兰盘；10-螺栓；

Ⅰ-沉降段；Ⅱ-反应段（Ⅱ-1第一反应段，Ⅱ-2第二反应段，Ⅱ-3第三反应段）；Ⅲ-油剂初始接触段；

α-第一反应段Ⅱ-1的圆台夹角；

β-第二反应段Ⅱ-2的圆台夹角；

γ-第三反应段Ⅱ-3的圆台夹角。

具体实施方式

以下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，反应器顶部指的是反应器高度方向上的顶部的下表面，优选指的是上法兰盘5的下表面。反应器的底部指的是反应器高度方向上的油剂初始接触段Ⅲ下端表面。开孔率指的是分布板2（筛孔板）上的筛孔的总面积与筛孔板的面积的比值。

上部、下部指反应器的高度方向上的上部或者下部，以反应器高度的1/2处为基准，低于此位置的则为下部，高于此位置的则为上部。

按照本发明，如图4所示，所述固定流化床反应器包括以可拆卸的方式密封连接的顶部密封结构和反应器主体，与该反应器连通的出口管8和进料管1，所述反应器主体自上而下包括：沉降段Ⅰ、反应段Ⅱ和油剂初始接触段Ⅲ，其中，所述反应段Ⅱ自上而下包括第一反应段Ⅱ-1、第二反应段Ⅱ-2和第三反应段Ⅱ-3，沉降段Ⅰ下端的横截面积与第一反应段Ⅱ-1上端的横截面积相等，第一反应段Ⅱ-1下端的横截面积与第二反应段Ⅱ-2上端的横截面积相等，第二反应段Ⅱ-2下端的横截面积与第三反应段Ⅱ-3上端的横截面积相等，第三反应段Ⅱ-3下端的横截面积与油剂初始接触段Ⅲ上端的横截面积相等，且所述第一反应段Ⅱ-1的横截面积自上而下逐渐增大，第二反应段Ⅱ-2和第三反应段Ⅱ-3的横截面积自上而下均逐渐缩小。

其中，所述“密闭地穿过反应器的顶部”指的是：热电偶测温管3从反应器的顶部进入反应器，且热电偶测温管3的管壁与反应器顶部连接处密封，以防止反应器内的物料从热电偶测温管3与反应器顶部连接处泄漏出反应器。下述其他处所述“密闭地穿过”均可参考该解释。

本发明通过对反应段Ⅱ的结构进行改进，将反应段Ⅱ设计为由三段构成（所述反应段Ⅱ自上而下包括第一反应段Ⅱ-1、第二反应段Ⅱ-2和第三反应段Ⅱ-3），即为沿着进料方向反应段Ⅱ的横截面积先逐渐扩大然后逐渐缩小的形状，从而使得所述固定床反应器能够特别适用于加工以饱和烃为主要组成的轻质油品特别是石脑油的催化裂解反应。主要表现在：

（1）采用沿着进料方向反应段Ⅱ的横截面积先逐渐扩大然后逐渐缩小，可以避免轻质油品与催化剂接触反应后，由于体积迅速膨胀带来的床层线速过快增长的问题，维持了床层线速和操作的稳定性；

（2）第三反应段II-3自下而上的扩径设计有助于在该段形成均一的催化剂流化床层，减少了因催化剂线速度较大而在反应段底部稀相区的形成，改善了油剂接触状态；

（3）第一反应段II-1自下而上的缩径设计减少了被夹带到沉降段的催化剂的比例，在一定程度上减少了沉降段反应油气二次反应的发生，提高了目标产物的选择性；优选，第一反应段Ⅱ-1采用由下向上横截面直径逐渐减小的圆台形状的设计，有助于缩短反应油气在沉降段的停留时间，提高目标产物的产率。

根据本发明，为了避免本发明所述固定流化床反应器内沉降段Ⅰ与反应段Ⅱ之间存在死角，优选，沉降段Ⅰ下端（沉降段Ⅰ底部）的横截面积不小于第一反应段Ⅱ-1上端（第一反应段Ⅱ-1顶部）的横截面积，更优选沉降段Ⅰ下端（沉降段Ⅰ底部）的横截面积与第一反应段Ⅱ-1上端（第一反应段Ⅱ-1顶部）的横截面积相等；第一反应段Ⅱ-1下端（第一反应段Ⅱ-1底部）的横截面积不小于第二反应段Ⅱ-2上端（第二反应段Ⅱ-2顶部）的横截面积，更优选，第一反应段Ⅱ-1下端（第一反应段Ⅱ-1底部）的横截面积与第二反应段Ⅱ-2上端（第二反应段Ⅱ-2顶部）的横截面积相等；第二反应段Ⅱ-2下端（第二反应段Ⅱ-2底部）的横截面积不小于第三反应段Ⅱ-3上端（第三反应段Ⅱ-3顶部）的横截面积，更优选，第二反应段Ⅱ-2下端（第二反应段Ⅱ-2底部）的横截面积与第三反应段Ⅱ-3上端（第三反应段Ⅱ-3顶部）的横截面积相等；第三反应段Ⅱ-3下端（第三反应段Ⅱ-3底部）的横截面积不小于油剂初始接触段Ⅲ上端（油剂初始接触段Ⅲ顶部）的横截面积，更优选，第三反应段Ⅱ-3下端（第三反应段Ⅱ-3底部）的横截面积与油剂初始接触段Ⅲ上端（油剂初始接触段Ⅲ顶部）的横截面积相等，由此催化剂可以在本发明的固定流化床反应器内很好地流化和沉降。

本发明中，满足前述要求的固定流化床反应器均可实现本发明的目的，针对本发明，优选所述第一反应段Ⅱ-1、第二反应段Ⅱ-2和第三反应段Ⅱ-3均为圆台形状。

根据本发明，为了进一步增强催化剂在本发明所述固定流化床反应器内的均匀分布和气固流态化质量，优选情况下，所述圆台形状的第一反应段Ⅱ-1的夹角α不小于15°，优选不小于30°。所述圆台形状的第二反应段Ⅱ-2的夹角β不超过10°，优选不超过7°。所述圆台形状的第三反应段Ⅱ-3的夹角γ不超过45°，优选不超过40°。为了进一步达到控制过度热裂解、减少焦炭及干气产率的目的，优选，所述第三反应段Ⅱ-3的夹角γ大于所述第二反应段Ⅱ-2的夹角β，进一步优选，所述圆台形状的第三反应段Ⅱ-3的夹角γ为24-45°，最优选为30-40°。

本发明中，所述圆台的夹角指的是与圆台的中心轴线平行的线与圆台的母线之间的夹角。

按照本发明，为了使催化剂在本发明所述固定流化床反应器内的分布更均匀以更好地实现本发明的发明目的，进一步优选情况下，第一反应段Ⅱ-1的高与该反应段上端的横截面的直径比为1:2-10，更优选为1:5-10；第二反应段Ⅱ-2的高与该反应段上端的横截面的直径比为1.34-5:1，优选为1.5-3:1；第三反应段Ⅱ-3的高与该反应段上端的横截面的直径比为1:1-5，优选为1:1-3。

按照本发明，对所述进料管1在反应器上的安装位置无特殊要求，现有技术的各种安装位置均可实现本发明的发明目的，例如可以安装在本发明所述固定流化床反应器的顶部（如可以密闭地穿过所述反应器的顶部与反应器主体连通），也可以安装在所述固定流化床反应器的侧壁。针对本发明，优选情况下，如图4所示，所述进料管1与油剂初始接触段Ⅲ的底部端口连通。将进料管1设计在与油剂初始接触段Ⅲ的底部端口连通，采用下进料的方式，油气经预热后直接进入反应器与催化剂接触，可以较准确地控制进料温度，同时减少了油气在高温下的热裂解反应，降低了产物中干气与焦炭的含量，改善产物分布。

本发明对所述出口管8在反应器上的安装位置无特殊要求，现有技术的各种安装位置均可实现本发明的发明目的，例如，可以安装在本发明所述固定流化床反应器的顶部（如可以穿过反应器主体的顶部与反应器主体连通），也可以安装在本发明所述固定流化床反应器的侧壁。针对本发明，为了有效抑制小分子烯烃在催化作用下的缩聚、降低沉降段的高度，优选，所述出口管8密闭地穿过反应器的顶部（即，上法兰盘9）插入沉降段Ⅰ的顶部，更优选所述出口管8密闭地穿过反应器的顶部垂直插入沉降段Ⅰ的顶部。

根据本发明，优选所述出口管8有多个，且多个该出口管8在反应器主体上均匀分布。

根据本发明，优选在所述出口管8的至少位于反应器主体内的一端安装有过滤管4，如此通过过滤管4将催化剂过滤下来，而反应油气继续通过出口管8排出固定流化床反应器外。其中，所述过滤管4的安装和固定方式可以采用本领域技术人员公知的方法进行，按照本发明的一种具体实施方式，如图4所示，所述过滤管4包括反应器主体内的位于出口管8端部的底部结构和设置在该部分出口管8的外圆周壁上的管部结构，且所述过滤管4的管部结构沿着出口管8的长度方向向上延伸，并高于上法兰盘9（即，穿过该反应器的顶部暴露在所述反应器主体的外部），更优选，所述高于上法兰盘9的部分过滤管4的管部结构通过过滤管密封座7密封并固定在反应器的顶部。为了适用于石脑油催化裂解较高温度的操作条件，优选情况下，所述过滤管4选用耐温性能好、使用寿命长、耐急冷急热性好、不易炸裂的刚玉材质制成。

按照本发明，为了较准确地测定反应温度，所述固定流化床反应器还包括热电偶测温管3，本发明对所述热电偶测温管3在反应器上的安装位置无特殊要求，现有技术的各种安装位置均可实现本发明的发明目的，例如，可以穿过反应器的顶部插入所述反应段Ⅱ内，用于测量反应器内的温度。针对本发明，为了便于安装并能够更好地监测反应温度，所述热电偶测温管3密闭地穿过所述固定流化床反应器的顶部垂直插入所述反应器主体内，并延伸至所述反应器主体内的第三反应段Ⅱ-3的底部。优选情况下，所述热电偶测温管3沿着所述反应器的中心轴线插入所述反应器主体内。对于所述热电偶测温管3在反应器主体内的插入深度，为本领域此类反应器的惯常设计，在此不再赘述。

按照本发明，为了进一步增强催化剂在本发明所述固定流化床反应器内的均匀分布和流化状态，优选情况下，如图4所示，所述固定流化床反应器还包括分布板2，该分布板2固定在所述热电偶测温管3的下端。如此流化介质可以通过所述流化介质分布板2均匀地在反应器主体内与催化剂逆流接触，从而大大增强了催化剂在本发明所述固定流化床反应器内的流化状态。进一步优选情况下，所述分布板2为筛孔板，且垂直于所述固定流化床反应器的中心轴线的方向，所述筛孔板上的开孔均匀分布，优选，所述筛孔板为圆形，所述筛孔板的直径与其所在高度的反应器横截面的内径之比为0.3-0.9:1，开孔率为5-50%，孔直径为0.2-3mm。

按照本发明，如图4所示，所述顶部密封结构为法兰盘密封结构，所述法兰盘密封结构包括上法兰盘9和下法兰盘5，且所述反应器顶部为上法兰盘9。并通过上法兰盘9和下法兰盘5使反应器的顶部与反应器主体密封，并使得用于排出反应后油气的出口管8、用于测温的热电偶测温管3均固定于上法兰盘9、并密闭地穿过上法兰盘9插入反应器内部。

按照本发明，采用法兰盘密封的方式为本领域技术人员所公知，且上法兰盘、下法兰盘的形式和材质均采用本领域此类反应器的惯常设计。针对于本发明，采用法兰盘密封方式的装置构造简单，且拆卸改造方便。本领域技术人员公知的是，可以通常采用焊接或螺栓连接等方式将上法兰盘9和下法兰盘5固定，从使反应器主体的顶部密封。

按照本发明的一种具体实施方式，优选情况下，如图4所示，为了便于所述固定流化床反应器的构建，所述下法兰盘5安装在反应器主体的顶部开口的周壁上，所述上法兰盘9盖在反应器主体的顶部，并通过螺栓10使上法兰盘9与下法兰盘5螺栓连接。此外，通常情况下，为了使上法兰盘9和下法兰盘5通过螺栓10连接的更紧密，并可以起到缓冲作用，在上法兰盘9与下法兰盘5之间还设置有密封垫6。

更优选，为了利于反应器主体更好地密封，所述下法兰盘5与反应器主体为一体的。

本发明的改进主要在于反应段Ⅱ的结构，因此，对于所述固定流化床反应器的沉降段Ⅰ的结构（包括形状（优选为圆柱形状）、高度等），油剂初始接触段Ⅲ的结构（包括形状（优选为倒圆锥形状）、高度等）均可以采用本领域此类反应器的惯常设计。例如，一般而言，现有技术常用的固定流化床反应器的沉降段Ⅰ为圆台形状或圆柱形状，同样本发明所述沉降段Ⅰ可以为圆台形状或圆柱状，油剂初始接触段Ⅲ可以为圆台形状或倒圆锥形状，具体可以根据需要进行选择。

针对本发明，优选情况下，如图4所示，本发明所述沉降段Ⅰ为圆柱形状，所述沉降段Ⅰ的径高比为0.4-0.5:1，所述沉降段Ⅰ的高度为反应器顶部距离反应器底部的垂直距离的32-37%；所述反应段Ⅱ的高度为反应器顶部距离反应器底部的垂直距离的54-58%；所述油剂初始接触段Ⅲ为倒圆锥状，锥角为20-40°，所述油剂初始阶段Ⅲ的高与该油剂初始阶段Ⅲ上端的横截面的直径比为1.23-2.35:1，优选为1.38-1.86:1，所述油剂初始接触段Ⅲ的高度为反应器顶部距离反应器底部的垂直距离的5-14%。选择沉降段为圆柱形状、油剂初始接触段为倒圆锥形状的优点在于：能缩短反应中间产物在沉降段Ⅰ的停留时间，抑制小分子烯烃的缩聚反应，初始接触段油气和催化剂迅速混合、良好接触提高实验结果的准确性。

其中，锥角指圆锥轴截面的两条母线之间的夹角。

下面参照图4，对本发明的一种优选实施方式的固定流化床反应器的工作过程进行详细地描述。

作为一种优选的实施方式，本发明提供的固定流化床反应器的结构如图4所示，所述固定流化床反应器包括以可拆卸的方式密封连接的顶部密封结构和反应器主体，所述反应器主体自上而下包括：沉降段Ⅰ、反应段Ⅱ和油剂初始接触段Ⅲ，所述反应段Ⅱ自上而下包括第一反应段Ⅱ-1、第二反应段Ⅱ-2和第三反应段Ⅱ-3，沉降段Ⅰ下端的横截面积与第一反应段Ⅱ-1上端的横截面积相等，第一反应段Ⅱ-1下端的横截面积与第二反应段Ⅱ-2上端的横截面积相等，第二反应段Ⅱ-2下端的横截面积与第三反应段Ⅱ-3上端的横截面积相等，第三反应段Ⅱ-3下端的横截面积与油剂初始接触段Ⅲ上端的横截面积相等，且第一反应段Ⅱ-1、第二反应段Ⅱ-2和第三反应段Ⅱ-3均为圆台形状。所述圆台形状的第一反应段Ⅱ-1的夹角α不小于15°，所述圆台形状的第二反应段Ⅱ-2的夹角β不超过10°，所述圆台形状的第三反应段Ⅱ-3的夹角γ不超过45°，且所述第三反应段Ⅱ-3的夹角γ大于所述第二反应段Ⅱ-2的夹角β。沉降段Ⅰ为圆柱形状，油剂初始接触段Ⅲ为倒圆锥形状。

所述反应器的顶部密封结构为法兰盘密封结构，所述法兰盘密封结构包括上法兰盘9和下法兰盘5，且所述反应器顶部为上法兰盘9。所述下法兰盘5安装在反应器主体的顶部开口的周壁上，所述上法兰盘9盖在反应器主体的顶部，并通过螺栓10使上法兰盘9与下法兰盘5螺栓连接，且上法兰盘9与下法兰盘5之间设置有密封垫6。所述反应器还包括热电偶测温管3、出口管8和过滤管4，其中，所述热电偶测温管3密闭地穿过所述固定流化床反应器的顶部（即，上法兰盘9）垂直插入（沿中心轴线的方向）所述反应器主体内，并延伸至所述反应器主体内的第三反应段Ⅱ-3的底部。所述固定流化床反应器还包括分布板2，该分布板2固定在所述热电偶测温管3的下端（垂直于所述固定流化床反应器的中心轴线的方向）。三个出口管8密闭地穿过所述固定流化床反应器的顶部（即，上法兰盘9）垂直插入沉降段Ⅰ的顶部，与该反应器连通。在所述出口管8位于反应器主体内的一端分别安装有三个过滤管4，三个过滤管4分别包括反应器主体内的位于出口管8端部的底部结构和设置在该部分出口管8的外圆周壁上的管部结构，且部分过滤管4的管部结构沿着出口管8的长度方向向上延伸，并高于上法兰盘9（即，穿过该反应器的顶部暴露在所述反应器主体的外部），所述高于上法兰盘9的部分过滤管4的管部结构通过过滤管密封座7密封并固定在反应器的顶部。进料管1与油剂初始接触段Ⅲ的底部端口连通。

催化剂经进料管1，在负压的作用下引入该固定流化床反应器中，流化介质（可以是选自空气、水蒸气、氮气或氦气的一种或几种的混合气）也通过进料管1进入反应器，用以流化反应器内的催化剂。预热后的烃油原料经进料管1注入已达到指定温度的催化剂床层中，与催化剂进行接触，并在指定的操作条件下进行催化裂化反应。

为了改善催化剂的流动状态，流化气体和催化剂的混合物经分布板2对其流动方向和速度进行调整，以便在反应段内形成均匀的催化剂密相床层。在原料油气自下而上的运动过程中，经过反应段II-1，气体线速度降低，与催化剂充分混合；在反应段II-2形成均匀混合的密相区，以保证原料油气催化裂解反应所需的接触时间；催化剂颗粒在反应段II-3的作用下形成返混，有利于气固均匀混合，部分催化剂被夹带至沉降段，随着流化气体线速的降低，其中大部分催化剂颗粒返回反应段II中，而流化气体经过滤器4过滤后经出口管8排出，排出的气流经后续产品回收系统进行收集、计量。

反应后的催化剂可用汽提介质（例如水蒸气、氮气或氦气）进行汽提，汽提介质和所起提出的反应油气也经过过滤管4过滤后经出口管8排出。之后，由进料管1引入氧气、空气和含有氧气的混合气体进行催化剂烧焦再生操作。催化剂烧焦再生结束后，可循环上述步骤的反应。

以下通过实施例对发明作进一步的详细说明。

实施例1

本实施例用于说明本发明提供的固定流化床反应器及其应用。

按照图4所示的反应器构型制备固定流化床反应器，所述反应段Ⅱ自上而下包括第一反应段Ⅱ-1、第二反应段Ⅱ-2和第三反应段Ⅱ-3，沉降段Ⅰ下端的横截面积与第一反应段Ⅱ-1上端的横截面积相等，第一反应段Ⅱ-1下端的横截面积与第二反应段Ⅱ-2上端的横截面积相等，第二反应段Ⅱ-2下端的横截面积与第三反应段Ⅱ-3上端的横截面积相等，第三反应段Ⅱ-3下端的横截面积与油剂初始接触段Ⅲ上端的横截面积相等，且所述第一反应段Ⅱ-1的横截面积自上而下逐渐增大，第二反应段Ⅱ-2和第三反应段Ⅱ-3的横截面积自上而下均逐渐缩小。

所述第一反应段Ⅱ-1、第二反应段Ⅱ-2和第三反应段Ⅱ-3均为圆台形状，其中，所述圆台形状的第一反应段Ⅱ-1的夹角α为30°；所述圆台形状的第二反应段Ⅱ-2的夹角β为5°；所述圆台形状的第三反应段Ⅱ-3的夹角γ为40°；且所述第三反应段Ⅱ-3的夹角γ大于所述第二反应段Ⅱ-2的夹角β。第一反应段Ⅱ-1的高与该反应段上端的横截面的直径比为1:5；第二反应段Ⅱ-2的高与该反应段上端的横截面的直径比为2.3:1；第三反应段Ⅱ-3的高与该反应段上端的横截面的直径比为0.38:1。

所述沉降段Ⅰ为圆柱形状，所述沉降段Ⅰ的径高比为0.4:1，所述油剂初始接触段Ⅲ为倒圆锥形状，所述油剂初始接触段Ⅲ的锥角为25°，所述油剂初始阶段Ⅲ的高与该油剂初始阶段Ⅲ上端的横截面的直径比为1.83:1。所述沉降段Ⅰ的高度为反应器顶部距离反应器底部的垂直距离的32%；所述反应段Ⅱ的高度为反应器顶部距离反应器底部的垂直距离的54%；所述油剂初始接触段Ⅲ的高度为反应器顶部距离反应器底部的垂直距离的14%。

所述进料管1与油剂初始接触段Ⅲ的底部端口连通。

所述热电偶测温管3密闭地穿过所述固定流化床反应器的顶部（即，上法兰盘9）垂直插入（沿着所述反应器的中心轴线方向）所述反应器主体内，并延伸至所述反应器主体内的第三反应段Ⅱ-3的底部；所述固定流化床反应器还包括分布板2，该分布板2固定在所述热电偶测温管3的下端，所述分布板2为圆形的筛孔板，且垂直于所述固定流化床反应器的中心轴线，所述筛孔板的直径与其所在高度的反应器横截面的内径之比为0.3:1，开孔率为5%，孔直径为0.2mm。

三个出口管8密闭地穿过所述固定流化床反应器的顶部（即，上法兰盘9）垂直插入沉降段Ⅰ的顶部，与该反应器连通。在所述出口管8位于反应器主体内的一端分别安装有三个过滤管4，三个过滤管4分别包括反应器主体内的位于出口管8端部的底部结构和设置在该部分出口管8的外圆周壁上的管部结构，且部分过滤管4的管部结构沿着出口管8的长度方向向上延伸，并高于上法兰盘9（即，穿过该反应器的顶部暴露在所述反应器主体的外部），所述高于上法兰盘9的部分过滤管4的管部结构通过过滤管密封座7密封并固定在反应器的顶部。

采用本实施例所述固定流化床反应器，并参照小型固定流化床装置（FFB）的实验方法进行试验。

原料采用直馏石脑油，原料性质如表1所示；催化剂采用催化裂解催化剂，商品牌号是CEP-1，催化剂性质如表2所示。

石脑油原料经预热后，由进料泵注入到装有CEP-1催化剂的上述固定流化床反应器内，使反应器在表3所示的条件下进行石脑油原料的催化裂解反应。气体产物通过在线色谱分析其组成，液体产物通过离线色谱仪进行模拟蒸馏并分析，沉积了焦炭的催化剂经在线烧焦，通过CO₂在线分析仪测量烟气中CO₂的含量，得出焦炭产量，分析结果如表3所示。

对比例1

本对比例采用实验室常规使用的小型固定流化床装置（FFB）为反应设备。

石脑油原料经预热后，由进料泵注入到装有CEP-1催化剂的实验室常规的所述固定流化床反应器内，使反应器在表3所示的条件下进行石脑油原料的催化裂解反应。气体产物通过在线色谱分析其组成，液体产物通过离线色谱仪进行模拟蒸馏并分析，沉积了焦炭的催化剂经在线烧焦，通过CO₂在线分析仪测量烟气中CO₂的含量，得出焦炭产量，分析结果如表3所示。

表1

表2

表3

由上表3的结果可知，在相同的操作条件下进行石脑油原料的催化裂解反应，实施例1的产品分布明显优于对比例1，具体表现在：实施例1的干气和焦炭的产量明显低于对比例1，实施例1的双烯收率为30.37%，相对于对比例1提高了6.51个百分点，其中丙烯增长显著。

实施例2

本实施例用于说明本发明提供的固定流化床反应器及其应用。

根据实施例1的方法，采用本实施所述固定流化床反应器，对原料性质如表1所示的直馏石脑油在催化剂性质如表2所示的催化剂的作用下进行催化裂化反应，并对反应产物进行分析，操作条件以及产物分析结果如表4所示。

所不同的是，该实施例所用的固定流化床反应器的各段尺寸参数不同，该实施例采用的固定流化床反应器的第一反应段Ⅱ-1、第二反应段Ⅱ-2和第三反应段Ⅱ-3均为圆台形状，其中，所述圆台形状的第一反应段Ⅱ-1的夹角α为62°；所述圆台形状的第二反应段Ⅱ-2的夹角β为7°；所述圆台形状的第三反应段Ⅱ-3的夹角γ为30°；且所述第三反应段Ⅱ-3的夹角γ大于所述第二反应段Ⅱ-2的夹角β。第一反应段Ⅱ-1的高与该反应段上端的横截面的直径比为1:8.1；第二反应段Ⅱ-2的高与该反应段上端的横截面的直径比为1.9:1；第三反应段Ⅱ-3的高与该反应段上端的横截面的直径比为0.38:1。

所述沉降段Ⅰ为圆柱形状，所述沉降段Ⅰ的径高比为0.5:1，所述油剂初始接触段Ⅲ为倒圆锥形状，所述油剂初始接触段Ⅲ的锥角为40°，所述油剂初始阶段Ⅲ的高与该油剂初始阶段Ⅲ上端的横截面的直径比为1.2:1。所述沉降段Ⅰ的高度为反应器顶部距离反应器底部的垂直距离的37%；所述反应段Ⅱ的高度为反应器顶部距离反应器底部的垂直距离的58%；所述油剂初始接触段Ⅲ的高度为反应器顶部距离反应器底部的垂直距离的5%。

所述进料管1与油剂初始接触段Ⅲ的底部端口连通。

所述热电偶测温管3密闭地穿过所述固定流化床反应器的顶部（即，上法兰盘9）垂直插入（沿着所述反应器的中心轴线方向）所述反应器主体内，并延伸至所述反应器主体内的第三反应段Ⅱ-3的底部；所述固定流化床反应器还包括分布板2，该分布板2固定在所述热电偶测温管3的下端，所述分布板2为圆形的筛孔板，且垂直于所述固定流化床反应器的中心轴线，所述筛孔板的直径与其所在高度的反应器横截面的内径之比为0.9:1，开孔率为50%，孔直径为3mm。

对比例2

本对比例采用实验室常规使用的小型固定流化床装置（FFB）为反应设备。

石脑油原料经预热后，由进料泵注入到装有CEP-1催化剂的实验室常规的所述固定流化床反应器内，使反应器在表4所示的条件下进行石脑油原料的催化裂解反应。气体产物通过在线色谱分析其组成，液体产物通过离线色谱仪进行模拟蒸馏并分析，沉积了焦炭的催化剂经在线烧焦，通过CO₂在线分析仪测量烟气中CO₂的含量，得出焦炭产量，分析结果如表4所示。

表4

由上表4的结果可知，在相同的操作条件下进行石脑油原料的催化裂解反应，实施例2的产品分布明显优于对比例2，具体表现在：实施例2的干气和焦炭的产量明显低于对比例2，实施例2的双烯收率为28.76%，相对于对比例1提高了9.17个百分点，其中丙烯增长显著。

由此可见，采用本发明的对反应段的构型进行改进的固定流化床反应器，通过改变反应器内的油剂与催化剂的接触与流动控制催化剂与原料油气、催化剂与产物的接触时间、通过进料方式的改变控制进料温度、通过流态化质量的提高改变传质与传热效果，而由此很好地改善了产品分布。而这些优点在常规的固定流化床反应器中是无法实现的。

以上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 (27)

1.一种固定流化床反应器，所述固定流化床反应器包括以可拆卸的方式密封连接的顶部密封结构和反应器主体，与该反应器连通的出口管(8)和进料管(1)，所述反应器主体自上而下包括：沉降段(Ⅰ)、反应段(Ⅱ)和油剂初始接触段(Ⅲ)，其特征在于，所述反应段(Ⅱ)自上而下包括第一反应段(Ⅱ-1)、第二反应段(Ⅱ-2)和第三反应段(Ⅱ-3)，沉降段(Ⅰ)下端的横截面积与第一反应段(Ⅱ-1)上端的横截面积相等，第一反应段(Ⅱ-1)下端的横截面积与第二反应段(Ⅱ-2)上端的横截面积相等，第二反应段(Ⅱ-2)下端的横截面积与第三反应段(Ⅱ-3)上端的横截面积相等，第三反应段(Ⅱ-3)下端的横截面积与油剂初始接触段(Ⅲ)上端的横截面积相等，且所述第一反应段(Ⅱ-1)的横截面积自上而下逐渐增大，第二反应段(Ⅱ-2)和第三反应段(Ⅱ-3)的横截面积自上而下均逐渐缩小。

2.根据权利要求1所述的反应器，其中，所述第一反应段(Ⅱ-1)、第二反应段(Ⅱ-2)和第三反应段(Ⅱ-3)均为圆台形状。

3.根据权利要求2所述的反应器，其中，所述圆台形状的第一反应段(Ⅱ-1)的夹角(α)不小于15°。

4.根据权利要求3所述的反应器，其中，所述圆台形状的第一反应段(Ⅱ-1)的夹角(α)不小于30°。

5.根据权利要求2所述的反应器，其中，所述圆台形状的第二反应段(Ⅱ-2)的夹角(β)不超过10°。

6.根据权利要求5所述的反应器，其中，所述圆台形状的第二反应段(Ⅱ-2)的夹角(β)不超过7°。

7.根据权利要求2所述的反应器，其中，所述圆台形状的第三反应段(Ⅱ-3)的夹角(γ)不超过45°。

8.根据权利要求7所述的反应器，其中，所述圆台形状的第三反应段(Ⅱ-3)的夹角(γ)不超过40°。

9.根据权利要求5-8中任意一项所述的反应器，其中，所述第三反应段(Ⅱ-3)的夹角(γ)大于所述第二反应段(Ⅱ-2)的夹角(β)。

10.根据权利要求2或3所述的反应器，其中，第一反应段(Ⅱ-1)的高与该反应段上端的横截面的直径比为1:2-10。

11.根据权利要求10所述的反应器，其中，第一反应段(Ⅱ-1)的高与该反应段上端的横截面的直径比为1:5-10。

12.根据权利要求2或5所述的反应器，其中，第二反应段(Ⅱ-2)的高与该反应段上端的横截面的直径比为1.34-5:1。

13.根据权利要求12所述的反应器，其中，第二反应段(Ⅱ-2)的高与该反应段上端的横截面的直径比为1.5-3:1。

14.根据权利要求2或7所述的反应器，其中，第三反应段(Ⅱ-3)的高与该反应段上端的横截面的直径比为1:1-5。

15.根据权利要求14所述的反应器，其中，第三反应段(Ⅱ-3)的高与该反应段上端的横截面的直径比为1:1-3。

16.根据权利要求1所述的反应器，其中，所述进料管(1)与油剂初始接触段(Ⅲ)的底部端口连通。

17.根据权利要求1-8中任意一项所述的反应器，其中，所述固定流化床反应器还包括热电偶测温管(3)，所述热电偶测温管(3)密闭地穿过所述固定流化床反应器的顶部垂直插入所述反应器主体内，并延伸至所述反应器主体内的第三反应段(Ⅱ-3)的底部；所述固定流化床反应器还包括分布板(2)，该分布板(2)固定在所述热电偶测温管(3)的下端。

18.根据权利要求17所述的反应器，其中，所述分布板(2)为筛孔板，且垂直于所述固定流化床反应器的中心轴线，所述筛孔板的直径与其所在高度的反应器横截面的内径之比为0.3-0.9:1，开孔率为5-50％，孔直径为0.2-3mm。

19.根据权利要求17所述的反应器，其中，所述热电偶测温管(3)沿着所述反应器的中心轴线插入所述反应器主体内。

20.根据权利要求1所述的反应器，其中，所述出口管(8)密闭地穿过反应器的顶部插入沉降段(Ⅰ)的顶部。

21.根据权利要求20所述的反应器，其中，所述出口管(8)有多个，且多个该出口管(8)均匀分布。

22.根据权利要求1、20或21所述的反应器，其中，在所述出口管(8)的至少位于反应器主体内的一端安装有过滤管(4)。

23.根据权利要求1所述的反应器，其中，所述顶部密封结构为法兰盘密封结构，所述法兰盘密封结构包括上法兰盘(9)和下法兰盘(5)，且所述反应器顶部为上法兰盘(9)。

24.根据权利要求23所述的反应器，其中，所述下法兰盘(5)安装在反应器主体的顶部开口的周壁上，所述上法兰盘(9)盖在反应器主体的顶部，并通过螺栓(10)使上法兰盘(9)与下法兰盘(5)螺栓连接，且上法兰盘(9)与下法兰盘(5)之间设置有密封垫(6)。

25.根据权利要求24所述的反应器，其中，所述下法兰盘(5)与反应器主体为一体的。

26.权利要求1-25中任意一项所述的固定流化床反应器在用于轻质油品催化裂解中的应用。

27.权利要求1-25中任意一项所述的固定流化床反应器在用于石脑油催化裂解中的应用。