CN104549063A

CN104549063A - 一种沸腾床反应器

Info

Publication number: CN104549063A
Application number: CN201310476409.6A
Authority: CN
Inventors: 邓中活; 戴立顺; 牛传峰; 刘涛; 邵志才; 董凯; 施瑢; 杨清河
Original assignee: Sinopec Research Institute of Petroleum Processing; China Petroleum and Chemical Corp
Current assignee: Sinopec Research Institute of Petroleum Processing; China Petroleum and Chemical Corp
Priority date: 2013-10-12
Filing date: 2013-10-12
Publication date: 2015-04-29
Anticipated expiration: 2033-10-12
Also published as: CN104549063B

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、三相分离部件、内管和气液分布器，所述壳体的内部从上至下依次为三相分离区、沸腾区和环流区，所述三相分离部件设置于所述三相分离区，所述内管设置于所述环流区，所述气液分布器设置于所述内管的底部，其中，所述三相分离部件包括沿周向形成的锥形挡板和设置于该锥形挡板上方的中空回转体，所述锥形挡板上设置有通孔，所述通孔到所述壳体的纵向中心轴线的最小距离大于所述中空回转体的内侧到所述壳体的纵向中心轴线的最小距离，所述中空回转体的上部为倒锥台形，下部为锥台形。本发明所述的沸腾床反应器可以获得较优的反应效果。

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，涉及一种气液固三相内环流式沸腾床反应器。

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。

现有的工业化沸腾床加氢技术包括H-oil工艺和LC-Fining工艺等。典型的沸腾床工艺过程如下：油气混合后从沸腾床反应器下部进入反应器，经气液分布器后向上流动，带动反应器内的固体催化剂呈流化“沸腾”状态；沸腾床反应器上部设置有三相分离器，分离气体和固体后的物流部分排出反应器，部分从三相分离器进入循环下降管，再经循环泵打回沸腾床反应器下部。现有的沸腾床加氢工艺存在着以下不足：（1）催化剂沸腾料面比静止料面高30-50%，且沸腾后的料面和三相分离器间还需要有一定的空间，所以反应器内催化剂藏量较低，反应器空间利用率低；（2）三相分离器分离固体的效率低，需要使用复杂的料面监控仪监视催化剂料面；（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。

沸腾床反应器改进的方向包括：提高反应器的空间利用率，降低工艺的复杂性，降低能耗和提高反应器的操作弹性等。CN1448212A提出了一种新型的沸腾床反应器，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，而其三相分离器使用典型的扩大缩小结构，靠重力沉降分离固体，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。

典型的沸腾床反应器通过循环下降管和循环油泵实现油品在反应器内的循环，而气升式环流反应器通过结构设计将反应器分为上升管和下降管，上升管和下降管在顶部和底部连接形成循环通道。根据上升管和下降管结构位置的不同，气升式环流反应器可以分为外环流式和内环流式两种。在稳定操作时，气升式环流反应器的上升管和下降管之中存在气含率差，该气含率差为液体或液固的循环流动提供动力。因此，气升式环流反应器与经典的沸腾床反应器相比，具有能耗低和操作简单等优点。因此，将气升式环流反应器与沸腾床反应器结合，可以将气升式环流反应器的优点发挥出来，设计出更优秀的沸腾床反应器。

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，但该反应器的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，同时外环流反应器的结构在实际生产中对材料的要求会较高。

值得注意的是环流反应器较多的应用在气液体系和气液浆体系，如费托合成、悬浮床加氢和废水处理等过程。由于固体粒径过小以及环流反应器内物流速度较快，这些过程的液固分离通常不是用传统的三相分离器完成的，而是采用过滤或者蒸馏等方式完成的。虽然沸腾床反应器采用的催化剂通常是毫米级的，但将环流引入沸腾床反应器后，由于环流速度较快，三相分离器的效率和操作弹性变得更加重要。

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、三相分离部件、内管和气液分布器，所述壳体的内部从上至下依次为三相分离区、沸腾区和环流区，所述三相分离部件设置于所述三相分离区，所述内管设置于所述环流区，所述气液分布器设置于所述内管的底部，其中，所述三相分离部件包括沿周向形成的锥形挡板和设置于该锥形挡板上方的中空回转体，所述锥形挡板上设置有通孔，所述通孔到所述壳体的纵向中心轴线的最小距离大于所述中空回转体的内侧到所述壳体的纵向中心轴线的最小距离，所述中空回转体的上部为倒锥台形，下部为锥台形，所述三相分离部件的四周与所述壳体的内壁分离，并且对应于所述中空回转体的壳体的侧壁上设置有液体排出口。

在本发明的所述沸腾床反应器中，通过在壳体内设置内管，并且使气液分布器位于所述内管的底部，使反应器内形成环流区，物料在反应器内环流区的循环完全可以由入口物料的动能以及上升管（即所述内管）和下降管（即由所述内管和所述壳体构成的环形管）中物料的密度差来共同推动，从而可以取消能耗大的循环泵；此外，通过在环流区上部设置沸腾区作为环流区和三相分离区之间的缓冲，可以最大程度地降低环流区高速度的物流对三相分离区的冲击，同时通过优化三相分离部件，提高了三相分离的效率和弹性，从而可以取消操作复杂的料面监控仪。上述几个方面的改进使得沸腾床反应器在反应过程中更加节能，并且操作更加简便。

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是根据本发明的沸腾床反应器的结构示意图；

图2是根据本发明的一种优选实施方式的沸腾床反应器的结构示意图；

图3是根据本发明的另一种优选实施方式的沸腾床反应器的结构示意图；

图4是图3所示的沸腾床反应器的参数示意图；

图5是根据本发明的另一种优选实施方式的沸腾床反应器的结构示意图；

图6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 内管

4 气液分布器 5 催化剂入口 6 催化剂排出管

7 进料口 8 排气口 9 液体排出口

10 喷嘴 20 锥台形挡板 21 锥形挡板

22 中空回转体 24 气体分离管 25 通孔

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1-5所示，根据本发明的所述沸腾床反应器包括壳体1、三相分离部件2、内管3和气液分布器4，所述壳体1的内部从上至下依次为三相分离区、沸腾区和环流区，所述三相分离部件2设置于所述三相分离区，所述内管3设置于所述环流区，所述气液分布器4设置于所述内管3的底部，其中，所述三相分离部件2包括沿周向形成的锥形挡板21和设置于该锥形挡板21上方的中空回转体22，所述锥形挡板21上设置有通孔25，所述通孔25到所述壳体1的纵向中心轴线的最小距离大于所述中空回转体22的内侧到所述壳体1的纵向中心轴线的最小距离，所述中空回转体22的上部为倒锥台形，下部为锥台形，所述三相分离部件2的四周与所述壳体1的内壁分离，并且对应于所述中空回转体22的壳体1的侧壁上设置有液体排出口9。

在本发明中，所述壳体1可以任选自常规沸腾床反应器的壳体，例如，所述壳体1可以为直筒形壳体。所述壳体1的尺寸没有特别的限定，可以根据实际生产需要而确定。

在本发明中，所述三相分离区是指从所述三相分离部件2的底部到所述壳体1的顶部之间的区域，所述环流区是指从所述内管3的顶部到所述壳体1的底部之间的区域，所述沸腾区是指从所述三相分离部件2的底部到所述内管3的顶部之间的区域。沿着所述壳体1的轴向，所述三相分离区的高度可以为所述壳体1总高度的5-20%，优选为7-15%；所述沸腾区的高度与所述环流区的高度之比为0.1-4：1，优选为0.1-1：1。

在本发明中，所述内管3的上端开口和下端开口均与壳体1连通。设置所述内管3主要是为了在所述壳体1内形成环流区，因此，所述内管3的尺寸没有特别的限定，只要能够实现在所述壳体1内形成环流区即可。优选情况下，在所述环流区内，所述内管3的直径（d₂）与所述壳体1的直径（d₁）之比为0.55-0.84：1。所述内管3的高度（h₂）与所述环流区与所述沸腾区的高度之和（h₂+h₃）之比可以为0.2-0.9：1，优选为0.5-0.9：1。在这里，当所述内管3为多个时，所述内管3的高度（h₂）是指最下方的内管的底部到最上方的内管的顶部的距离。

在优选情况下，如图2和4所示，在所述环流区内，从上至下依次设置有多个内管3，也即所述内管3为多段。在该优选实施方式中，通过设置多段内管可以在所述环流区内形成多个环流，因而在反应过程中可以在环流区内形成多个反应段，从而更有利于反应的进行。具体地，所述内管3的个数可以为2-5个，优选为2-3个。

在一种优选实施方式中，如图2和4所示，在所述环流区内，所述壳体1的侧壁上设置有至少一个喷嘴10，该喷嘴10的开口向下，也即在所述壳体1与所述内管3之间的环形管上设置有至少一个开口向下的喷嘴10。在该优选实施方式中，在反应过程中，通过喷嘴10喷入富氢气体不仅可以增加环流的动能，而且还可以起到补充氢气以避免由于非临氢气氛的热裂解反应而产生的结焦的作用。进一步优选地，所述喷嘴10设置在内管3的上端。当所述内管3为多个时，优选在每个内管3的上端均设置喷嘴。

所述喷嘴可以为本领域常规使用的气体喷嘴，一般地，采用的气体喷嘴应该具有防止回流的设置。所述喷嘴优选呈旋转对称分布，一般每组喷嘴至少为4个，根据反应器直径的大小，所述喷嘴也可以以同心圆的方式呈多排分布。所述喷嘴可以为反应器提供额外的气体和动能，也可以补充注入新的氢气。优选地，通过喷嘴注入的气体量占总气体量的5-40体积%。

当所述内管3为多段时，各段内管3的内径优选为相同。更优选地，相邻两段内管3之间的距离与所述内管3的直径之比为0.2-2：1，进一步优选为0.3-1.0：1。

在本发明中，如图1-5所示，所述壳体1的底部通常还设置有进料口7，待反应的气液混合物通过所述进料口7并经过所述气液分布器4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8，用于将经过所述三相分离部件2分离出的气体排出反应器。

在本发明中，如图1-5所示，为了增加反应器的稳定性，所述气液分布器4的出口优选位于所述内管3的下端开口以上，也即气液分布器4的出口完全位于所述内管3的内部。在这种情况下，通过所述气液分布器4注入的气液混合物可以全部进入所述内管3的内部（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下降管之间形成环流，所述下降管指的是由所述内管3和所述壳体1构成的环形管。

所述气液分布器4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6所示，所述气液分布器4的开口可以设置在内环。

在本发明中，所述三相分离部件2主要是用于将经过所述环流区和所述沸腾区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8和液体排出口9排出。在所述三相分离部件2中，设置所述锥形挡板21主要是为了避免固体催化剂直接通过液体排出口9排出，因为所述沸腾床反应器在反应过程中内管3正上方的物流的流速较快，如果没有挡板阻挡，这部分夹带固体催化剂颗粒的物流就会直接冲过三相分离器2而通过液体排出口9排出。在所述三相分离部件2中，之所以使所述锥形挡板21上的通孔25到所述壳体1的纵向中心轴线的最小距离大于所述中空回转体22的内侧到所述壳体1的纵向中心轴线的最小距离，也是为了避免来自内管3的带固体催化剂颗粒的物流直接冲过三相分离器2而通过液体排出口9排出。

所述锥形挡板21可以为圆锥形、方锥形或三角锥形。优选地，所述锥形挡板21为圆锥形。当所述锥形挡板21为圆锥形时，所述锥形挡板21的大开口直径（d₆）与所述壳体1的内径（d₁）之比可以为0.8-0.97：1，所述锥形挡板21的母线与所述壳体1的轴线的夹角（β）可以为30-85℃。

所述锥形挡板21上的通孔25可以为多个，并且所述通孔25的总开口面积可以为所述壳体1的径向截面积的5-40%。

优选地，所述通孔25到所述壳体1的纵向中心轴线的最小距离（d₇/2）大于所述壳体1的半径（d₁/2）的40%，更优选为所述壳体1的半径（d₁/2）的45-75%。

在本发明中，所述中空回转体22可以由上部的倒锥台形挡板和下部的锥台形挡板构成（也即倒锥台形挡板的小开口与锥台形挡板的小开口直接连接），也可以是将上部的倒锥台形挡板与下部的锥台形挡板通过过渡连接部件连接而成的结构。上部的倒锥台形挡板和下部的锥台形挡板各自可以为圆锥台形或方锥台形。优选情况下，所述中空回转体22由上部的倒圆锥台形挡板和下部的圆锥台形挡板构成。在该优选情况下，下部的圆锥台形挡板的小开口直径（d₉）与所述壳体1的内径（d₁）之比可以为0.4-0.7：1，下部的圆锥台形挡板的大开口直径（d₈）与所述壳体1的内径（d₁）之比可以为0.8-0.97：1，且下部的圆锥台形挡板的母线与所述壳体1的轴线的夹角（ω）可以为30-85℃；上部的倒圆锥台形挡板的小开口直径与下部的圆锥台形挡板的小开口直径相等，且上部的倒圆锥台形挡板的大开口直径（d₁₀）与所述壳体1的内径（d₁）之比可以为0.8-0.97：1，且上部的圆锥台形挡板的母线与所述壳体1的轴线的夹角（φ）可以为30-85℃。

在一种优选实施方式中，所述三相分离部件2还包括设置于所述锥形挡板21下方的锥台形挡板20。通过设置所述锥台形挡板20，可以进一步缓冲来自下方的环流区和沸腾区的物流。更优选地，所述通孔25到所述壳体1的纵向中心轴线的最小距离（d₇/2）大于所述锥台形挡板20的顶部到所述壳体1的纵向中心轴线的最小距离（d₅/2）。所述锥台形挡板20可以为圆锥台形或方锥台形，优选为圆锥台形。当所述锥台形挡板20为圆锥台形时，所述锥台形挡板20的小开口直径（d₅）与所述壳体1的内径（d₁）之比可以为0.4-0.7：1，所述锥台形挡板20的大开口直径（d₃）与所述壳体1的内径（d₁）之比可以为0.8-0.97：1，所述锥台形挡板20的母线与所述壳体1的轴线的夹角（α）可以为30-85℃。

在一种优选实施方式中，所述三相分离部件2还包括气体分离管24，所述气体分离管24的下端开口位于所述锥形挡板21上，上端开口位于所述中空回转体22的上方。

在另一种优选实施方式中，所述三相分离部件2还包括气体分离管24，所述气体分离管24的下端开口位于所述锥台形挡板20上，上端开口位于所述中空回转体22的上方。

所述气体分离管24可以为一根或多根，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24为多根时，所述气体分离管24可以呈旋转对称分布，也可以呈若干圈分布，而且所述气体分离管24的下端开口的总面积可以为所述壳体1的径向截面积的2-50%。优选地，所述气体分离管24到所述壳体1的纵向中心轴线的最小距离大于所述通孔25到所述壳体1的纵向中心轴线的最小距离。更优选地，所述气体分离管24到所述壳体1的纵向中心轴线的最小距离（d₄/2）为所述壳体1的半径（d₁/2）的60-90%。

在所述沸腾床反应器中，所述中空回转体22的外侧与所述壳体1的内壁之间构成液体收集区。

在所述沸腾床反应器中，所述锥形挡板21、所述中空回转体22、所述内管3和所述锥台形挡板20与所述壳体1优选为同轴设置。

在所述沸腾床反应器中，液体排出口9设置在对应于所述中空回转体22的壳体1的侧壁上，也即所述液体排出口9设置于所述液体收集区对应的壳体1的侧壁上。优选地，所述液体排出口9到所述中空回转体22的上端的距离与所述液体排出口9到所述中空回转体22的下端的距离之比为1：0.8-10，优选为1：1-5。

在所述沸腾床反应器中，优选地，在所述沸腾区对应的壳体1的侧壁上设置有催化剂入口5。所述催化剂入口5到所述三相分离部件2的下端的距离与所述催化剂入口5到所述内管3的上端的距离之比可以为1：1-100，优选为1：2-20。

在所述沸腾床反应器中，所述壳体1的底部设置有催化剂排出管6，以实现在线更换催化剂。

在本发明的所述沸腾床反应器中，沸腾区物流的统计平均速度具有中间高边壁低的特点，所以沸腾区中心的物流速度较快，夹带的固体浓度也较高。如图1和2所示，当所述三相分离部件2不包括锥形挡板21下方的锥台形挡板20时，在所述沸腾床反应器的运行过程中，经过所述环流区和所述沸腾区反应后的气液固混合物直接冲向所述锥形挡板21，中心处速度较快和固体浓度较高的物流碰到所述锥形挡板21顶部的内壁时，物流方向随内壁的方向发生改变，即由向上转为向边壁和向下，方向改变后的物流向上夹带固体的能力明显变弱，因此，所述锥形挡板21中心部分的作用在于依靠改变物流方向来分离大部分固体；来自通孔25正下方的物流速度相对较小，其夹带的固体浓度也较低，这部分物流和部分改变方向后的中心区物流从通孔25进入由所述锥形挡板21与位于所述中空回转体22下部的锥台形挡板构成的区域（称为“气液固分离区”）内，由于空间迅速扩大，液体速度迅速下降，无法再向上夹带固体，同时由于位于所述中空回转体22下部的锥台形挡板内壁的限制，物流方向也发生改变，大部分液体则夹带着固体和小部分气体开始折流向下，而小部分液体和大部分气体通过所述中空回转体22的小开口进入上部空间；其中折流向下的物流大部分从所述锥形挡板21和所述壳体1之间的空隙返回所述沸腾区，部分液体从位于所述中空回转体22下部的锥台形挡板与所述壳体1之间的空隙进入由所述中空回转体22的外壁与所述壳体1的内壁构成的液体收集区，由于所述气液固分离区的向上的液速远小于使固体流化的临界液速，所以不会有固体催化剂进入所述液体收集区；通过中空回转体22的小开口进入上部空间的物流会因为截面积迅速扩大而导致液速迅速降低，气体从液体表面逸出，可见这部分空间（称为“气液分离区”）主要完成气液分离过程。值得注意的是，即使由于操作波动的原因进入所述气液分离区的物流夹带有部分固体，也会因为液体速度的迅速降低而返回所述气液固分离区，而不会从所述气液分离区的上部带出而影响所述液体收集区。如图3和4所示，当所述三相分离部件2包括锥形挡板21下方的锥台形挡板20时，三相物流在三相分离区的分离过程与上述实施方式的过程类似，其区别在于：上述实施方式的过程中所有的物流都直接冲向所述锥形挡板21，而本实施方式的过程中非中心区域的物流冲向位于所述锥形挡板21下方的锥台形挡板20，并发生折流。

与现有技术相比，本发明所述的沸腾床反应器的特征在于包括至少一个强环流区和一个沸腾区。所述环流区包括中间上升管（即内管3）和环隙下降管，由于大部分新鲜气体通过气液分布器进入中间上升管中，小部分新鲜气体通过气体喷嘴打入环隙下降管中后也会循环回中间上升管中，中间上升管和环隙下降管中存在密度差，因此三相物流在环流区形成强环流。由于中间上升管至少设置一段，反应器内也至少存在一段强环流区。强环流区物料的线速度较快，部分三相物料从中间上升管顶部进入沸腾区，由于沸腾区没有中间上升管的限制，因此物流在沸腾区的分布趋向于均匀，但中心与边壁处还是会存在一定的差别，因此整体上物料在沸腾区会存在一个弱环流。强环流区和弱环流区的存在客观上使反应器形成了多段的反应区域，增加了液体在反应器内的停留时间，提高了反应效率。值得注意的是，强环流区的存在也会导致部分气体的停留时间过长，气体的氢含量特别是环隙下降管中气体的氢含量降低，从而降低了反应效率。在环隙下降管中设置的气体喷嘴可以起到提高环隙下降管中气体的氢含量的作用，另外通过调节气体喷嘴的气体流量也可以调节反应器中的气体分布，提高反应效率。

与现有技术相比，本发明所述的沸腾床反应器的优点是：

（1）沸腾床反应器至少设置有一个环流区，物料在反应器环流区的循环由入口物料的动能以及上升管和下降管的密度差来共同推动，能耗降低。取消了操作复杂的循环泵和料面监控仪，操作简单。与同样取消循环泵的其他技术相比，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）三相分离器使用挡流和扩大缩小相结合的分离结构，大大减少了催化剂带出量，提高了三相分离器的操作弹性。

（3）沸腾床反应器设置有至少一个环流区和一个沸腾区，沸腾区可以降低环流区物流对三相分离区的冲击，同时形成了多段反应区域，增加了液体在反应器内的停留时间，提高了反应效率。

（4）所述沸腾床反应器在运行过程中，除了所述气液分离区、所述液体收集区以及所述壳体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，大大减少了非临氢环境下的热裂解反应的发生。

（5）在优选的实施方式中，在环隙下降管中设置了气体喷嘴，一方面可以提高环隙下降管中气体的氢含量，提高反应效率；另一方面可以通过调节气体喷嘴中的气量比例来调节上升管和下降管的密度差，从而可以根据需要适应不同的催化剂粒径范围和催化剂浓度，提高了反应器的操作弹性。

以下结合具体的实施例进一步对本发明所述的沸腾床反应器的结构特征和使用效果进行说明。

以下实施例中使用的沸腾床反应器为如图3所示结构的反应器，具体地，该沸腾床反应器的主体结构为壳体1，壳体1内从上至下依次为三相分离区、沸腾区和环流区，三相分离区设置有三相分离部件2，环流区设置有内管3，内管3的底部设置有气液分布器4，所述三相分离区的高度（即从三相分离部件2的底部到顶部的距离）为所述壳体1总高度（h₁）的5-20%，所述沸腾区的高度（h₃）与所述环流区的高度（h₂）之比为0.1-4：1；所述内管3的上端开口和下端开口均与壳体1连通，所述内管3的直径（d₂）与所述壳体1的直径（d₁）之比为0.55-0.84：1；所述气液分布器4的开口位于所述内管3的下端开口的上方；所述三相分离部件2包括沿周向形成的锥形挡板21、设置于该锥形挡板21下方的锥台形挡板20、设置于该锥形挡板21上方的中空回转体22、以及沿着所述壳体1的纵向中心轴线对称分布的多个气体分离管24，所述锥形挡板21上设置有沿着所述壳体1的纵向中心轴线对称分布的多个通孔25，所述通孔25到所述壳体1的纵向中心轴线的最小距离大于所述中空回转体22的内侧到所述壳体1的纵向中心轴线的最小距离，所述中空回转体22的上部为倒锥台形，下部为锥台形，所述三相分离部件2的四周与所述壳体1的内壁分离，并且对应于所述中空回转体22的壳体1的侧壁上设置有液体排出口9；所述气体分离管24的下端开口位于所述锥台形挡板20上，上端开口位于所述中空回转体22的上方；所述壳体1、所述内管3、所述锥形挡板21、所述锥台形挡板20和所述中空回转体22同轴设置。

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	3600
d₂/mm	300	h₂/mm	2400
				d₃/mm	380	h₃/mm	600
d₄/mm	340	α/°	45
				d₅/mm	240	β/°	45
d₆/mm	380	ω/°	45
				d₇/mm	260	φ/°	45
d₈/mm	380	气体分离管的总开口面积/mm²	12000
				d₉/mm	240	通孔的总开口面积/mm²	20000
d₁₀/mm	380

采用上述沸腾床反应器进行冷模实验，其中，固相催化剂选用粒径为0.2-0.3 mm的球形催化剂，催化剂填装量为反应器有效容积的60%。液相使用直馏煤油，体积空速为0.25-3.0h-1。气相使用氮气，气油体积比为20-150。在条件变化范围内的实验结果表明，固相催化剂的带出量极低，最大为2.0μg/g。同时，实验中可以观察到，反应器的下降管中也有充足的循环气体，固相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	3000
d₂/mm	240	h₂/mm	1500
				d₃/mm	280	h₃/mm	900
d₄/mm	260	α/°	60
				d₅/mm	150	β/°	60
d₆/mm	285	ω/°	60
				d₇/mm	170	φ/°	60

d₈/mm	285	气体分离管的总开口面积/mm²	8000
				d₉/mm	160	通孔的总开口面积/mm²	15000
d₁₀/mm	290

采用上述沸腾床反应器进行冷模实验，其中，固相催化剂选用粒径为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50%。液相使用直馏煤油，体积空速为0.25-3.0h^-1。气相使用氮气，气油体积比为20-150。在条件变化范围内的实验结果表明，固相催化剂的带出量极低，最大为1.7μg/g。同时，实验中可以观察到，反应器的下降管中也有充足的循环气体，固相催化剂的流化状态良好。

从实施例1-2的结果可以看出，在较大的催化剂粒径和较大的进料量变化范围内，本发明的沸腾床反应器都可以支持高浓度的催化剂，且催化剂的带出量极低，这表明本发明的沸腾床反应器表现优秀，可以满足工业生产的需要。

以下实施例3-5和对比例1用于说明本发明的沸腾床反应器的实际使用效果。

实施例3-5和对比例1

实施例3-5使用按实施例1的比例制作的中型热态反应器，对比例1使用CN1448212A所述的沸腾床反应器。实施例3-5和对比例1使用相同的沸腾床催化剂和渣油原料，催化剂的物化性质如表3所示，渣油原料的性质如表4所示。实施例3-5和对比例1的工艺条件及试验结果如表5所示。

表3：沸腾床催化剂的主要物化性质

表4：渣油原料性质

性质	数值
		密度(20℃)/(g/cm³)	1.029
残炭/重量%	19.61
		硫含量/重量%	4.53
氮含量/重量%	0.23
		（Ni+V）含量/(μg/g)	275.8
沥青质（C₇不容物）/重量%	6.5

表5：工艺评价条件和评价结果

由表5的数据可以看出，本发明所述的内环流式沸腾床反应器可以获得较优的反应效果。

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

1.一种沸腾床反应器，其特征在于，该沸腾床反应器包括壳体（1）、三相分离部件（2）、内管（3）和气液分布器（4），所述壳体（1）的内部从上至下依次为三相分离区、沸腾区和环流区，所述三相分离部件（2）设置于所述三相分离区，所述内管（3）设置于所述环流区，所述气液分布器（4）设置于所述内管（3）的底部，其中，所述三相分离部件（2）包括沿周向形成的锥形挡板（21）和设置于该锥形挡板（21）上方的中空回转体（22），所述锥形挡板（21）上设置有通孔（25），所述通孔（25）到所述壳体（1）的纵向中心轴线的最小距离大于所述中空回转体（22）的内侧到所述壳体（1）的纵向中心轴线的最小距离，所述中空回转体（22）的上部为倒锥台形，下部为锥台形，所述三相分离部件（2）的四周与所述壳体（1）的内壁分离，并且对应于所述中空回转体（22）的壳体（1）的侧壁上设置有液体排出口（9）。

2.根据权利要求1所述的沸腾床反应器，其中，所述壳体（1）为直筒形。

3.根据权利要求1或2所述的沸腾床反应器，其中，沿着所述壳体（1）的轴向，所述三相分离区的高度为所述壳体1总高度的5-20%，所述沸腾区的高度与所述环流区的高度之比为0.1-4：1。

4.根据权利要求1-3中任意一项所述的沸腾床反应器，其中，在所述环流区内，从上至下依次设置有多个内管（3）。

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，在所述环流区内，所述壳体（1）的侧壁上设置有至少一个喷嘴（10），该喷嘴（10）的开口向下。

6.根据权利要求1-5中任意一项所述的沸腾床反应器，其中，在所述环流区内，所述内管（3）的直径与所述壳体（1）的直径之比为0.55-0.84：1。

7.根据权利要求1-3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）还包括设置于所述锥形挡板（21）下方的锥台形挡板（20）。

8.根据权利要求7所述的沸腾床反应器，其中，所述通孔（25）到所述壳体（1）的纵向中心轴线的最小距离大于所述锥台形挡板（20）的顶部到所述壳体（1）的纵向中心轴线的最小距离。

9.根据权利要求1-3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）还包括气体分离管（24），所述气体分离管（24）的下端开口位于所述锥形挡板（21）上，上端开口位于所述中空回转体（22）的上方。

10.根据权利要求7或8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（24），所述气体分离管（24）的下端开口位于所述锥台形挡板（20）上，上端开口位于所述中空回转体（22）的上方。

11.根据权利要求9或10所述的沸腾床反应器，其中，所述气体分离管（24）到所述壳体（1）的纵向中心轴线的最小距离大于所述通孔（25）到所述壳体（1）的纵向中心轴线的最小距离。

12.根据权利要求1-11中任意一项所述的沸腾床反应器，其中，所述通孔（25）为多个，并且所述通孔（25）的总开口面积为所述壳体（1）的径向截面积的5-40%。

13.根据权利要求1-12中任意一项所述的沸腾床反应器，其中，所述锥形挡板（21）、所述中空回转体（22）和所述内管（3）与所述壳体（1）同轴设置。

14.根据权利要求1-13中任意一项所述的沸腾床反应器，其中，对应于所述沸腾区的所述壳体的侧壁上设置有催化剂入口（5），所述壳体（1）的底部设置有催化剂排出管（6），所述壳体（1）的顶部设置有排气口（8）。