CN104923132B - 一种气液进料内循环浆态床环流反应器 - Google Patents

Abstract

一种气液进料调控内循环浆态床环流反应器，包括反应器筒体、中心下降管、气室、气体喷射孔、液室、液体喷射孔、集液器、导流板、分布挡板、气体分布器、一级进气管、二级进气管、进液管、排渣口、轴流旋分器、反应物出口等；反应器筒体轴向设置中心下降管，下降管上部连接集液器，中部周边设置环形液室，下部周边设置环形气室，气室内中心下降管边壁上设置斜向下的喷射孔，液室的进液口与进液管相连，气室的进气口与二级进气管相连；中心下降管出口正对分布挡板；分布挡板下设置的气体分布器与一级进气管连接；反应器筒体底部设置排渣口；中心下降管顶部设置集液器，反应器筒体上部依次设置导流板和轴流旋分器；反应器筒体顶部设置反应物出口。

Description

一种气液进料内循环浆态床环流反应器

1.技术领域

本发明提供一种气液进料调控内循环浆态床环流反应器，涉及化工领域的生物油、煤焦油或石油液相催化加氢反应过程。

2.背景技术

将生物油、煤焦油或石油进行催化加氢精制是目前提高油品品质和附加值的常用方法之一。液相加氢是利用液体高温高压溶氢特性，通过液体大量循环携带氢气实现高效加氢反应，避免使用氢气循环压缩机以及反应后液体和氢气的高低压分离器，简化了工艺流程，高压设备数量减少70％以上，大幅度降低了加氢能耗和投资，是未来油品加氢工艺的发展方向。目前常用的油品液相加氢反应器有强制外循环的固定床反应器和沸腾床反应器以及正在开发的浆态床环流反应器。固定床反应器优点是结构简单,大颗粒催化剂装填简单、磨损小，催化剂床活性逐层降低，高活性周期长，易于操作，但由于反应器内部存在死角或滞留区从而导致催化剂颗粒容易结焦，大颗粒催化剂与气液体有效接触面积小导致加氢效率低和液体循环量大以及催化剂更换困难。沸腾床反应器为了消除固定床反应器的缺陷，采用粉末催化剂和流态化技术，使气液固接触充分混合均匀、加氢效率高，反应器内基本不存在死角或滞留区，结焦现象减轻，催化剂更换方便。强制外循环的固定床反应器和沸腾床反应器通过在反应器外设置液体循环泵和氢气溶解混合器，强制液体物料循环和携氢，大大增加氢气和液体物料在氢气溶解混合器内的混合溶解速度和程度，大幅度提高加氢效率、避免了氢气循环和使用高能耗的氢气循环压缩机，但这要求循环泵要承受高温、高压、气-液-固三相物料和氢蚀等苛刻条件，循环泵的价格昂贵且长时间的运转风险较大，成为制约油品液相加氢技术应用和推广的瓶颈。

浆态床环流反应器是在沸腾床反应器的基础上开发的另一种高效多相反应器，利用流体循环区内外的密度差实现液体物料的内循环，避免使用外循环泵强制物料循环，既适合处理量大的高粘度油品物料,又有利于气—液—固之间的非均相反应，同时还具有结构简单、造价低、能够长周期运行等优点，是进行油品催化加氢的理想反应器。目前最常见的是环形区下降循环的环流反应器，处理量越大的反应器直径约大，环形区的流通面积所占比例越大，液体循环速度大大降低，滞留时间加长；加之油品接触的器壁表面积增大，油品结焦几率大大增加，这也是目前重油悬浮床加氢工业化应用的主要瓶颈。中心管下降循环的环流反应器，从结构上克服了环形区下降循环的缺陷，适合作为大处理量的浆态床反应器，但与强制循环沸腾床反应器相比，现有中心下降管液体流速偏低导致液体循环倍率低，不能满足液相加氢大循环量的要求，加之氢气分散、混合和溶解性能较差，加氢转化效率有待提高。因此急需开发高液体循环倍率和氢气混溶性能优良的新型环流反应器，满足油品液相加氢的循环需要，增大气-液-固三相的接触面积和湍动强度，提高固体流化分布的均匀性，强化传质传热，提高加氢反应效率，避免结焦和提高反应器处理能力。

3.发明内容

本发明的目的是为了克服现有强制循环悬浮床反应器和浆态床环流反应器的不足而发明的一种适合大型化的气液进料调控内循环浆态床环流反应器。通过在中心下降管中部设置多个液体高速喷射孔、下部设置多个气体高速喷射孔，新鲜进料和氢气经环形液室和气室稳压均流后高速喷出，抽吸液体强制循环，强化氢气与油品的混合和溶解，进一步提高溶氢量、携氢量和液体循环倍率，高速循环消除下降循环区结焦现象；气体分为两级进料，利用进料比例实现循环液体倍率调控，提高液相加氢效率。

本发明的技术方案：

一种气液进料调控内循环浆态床环流反应器，包括反应器筒体、中心下降管、气室、气体喷射孔、液室、液体喷射孔、集液器、导流板、分布挡板、气体分布器、一级进气管、二级进气管、进液管、排渣口、轴流旋分器、反应物出口等；反应器筒体轴向中间设置中心下降管，中心下降管上部连接锥形液体收集器；中心下降管中部周边与其同轴的环形液室连接，液室内的中心下降管边壁上设置有两排或多排斜向下的液体喷射孔，液室的进液口与反应器筒体的进液管相连；中心下降管下部周边连接与其同轴的环形气室，气室内的中心下降管边壁上设置有两排或多排斜向下的气体喷射孔，气室的进气口与反应器筒体的二级进气管相连；中心下降管出口正对分布挡板；分布挡板下设置的气体分布器与反应器筒体的一级进气管连接；反应器筒体底部设置排渣口；中心下降管顶部设置集液器，反应器筒体上部依次设置导流板和轴流旋分器，集液器与导流板之间的环形通道面积大于反应器筒体与中心下降管的环形面积；反应器筒体顶部设置反应物出口。

4.附图说明

附图是发明的设备结构图。其中：图1是一种气液进料调控内循环浆态床环流反应器的整体图；图2是环形液室俯视图；图3是环形液室剖视图；图4是环形气室俯视图；图5是环形气室剖视图。

附图标记说明如下：

1、反应器筒体；2、中心下降管；3、液室；4、液体喷射孔；5、气室；6、气体喷射孔；7、集液器；8、导流板；9、分布挡板；10、气体分布器；11、一级进气管；12、二级进气管；13、进液管；14、排渣口；15、反应物出口；16、轴流旋分器。

5.具体实施方式

下面结合附图对本发明作详细的介绍：一种气液进料调控内循环浆态床环流反应器，包括反应器筒体(1)、中心下降管(2)、液室(3)、液体喷射孔(4)、气室(5)、气体喷射孔(6)、集液器(7)、导流板(8)、分布挡板(9)、气体分布器(10)、一级进气管(11)、二级进气管(12)、进液管(13)、排渣口(14)、反应物出口(15)、轴流旋分器(16)等；反应器筒体(1)轴向中间设置中心下降管(2)，中心下降管(2)上部连接锥形集液器(5)；中心下降管(2)中部周边与其同轴的环形液室(3)连接，液室(3)内的中心下降管(2)边壁上设置有两排或多排斜向下的液体喷射孔(4)，液室(3)的进液口与反应器筒体(1)的进液管(13)相连；中心下降管(2)下部周边与其同轴的环形气室(5)连接，气室(5)内的中心下降管(2)边壁上设置有两排或多排斜向下的气体喷射孔(6)，气室(5)的进气口与反应器筒体(1)的二级进气管(12)相连；中心下降管(2)出口正对分布挡板(9)；分布挡板(9)下设置的气体分布器(10)与反应器筒体(1)的一级进气管连接(11)；反应器筒体(1)底部设置排渣口(14)；中心下降管(2)顶部设置集液器(7)，反应器筒体(1)上部依次设置导流板(8)和轴流旋分器(16)，集液器(7)与导流板(8)之间的环形通道面积大于反应器筒体(1)与中心下降管(2)的环形面积；反应器筒体(1)顶部设置反应物出口(15)。

集液器(7)的夹角为0-180°，优选60-120°。

液体喷射孔(4)在中心下降管(2)的周边均布，与中心下降管(2)轴向方向呈10-45°；液体喷射孔(4)的开孔率为中心下降管(2)横截面积的1％-2％；液体喷射孔(4)的孔径为2-5mm。

气体喷射孔(6)在中心下降管(2)的周边均布，与中心下降管(2)轴向方向呈10-80°，优选10-45°；气体喷射孔(6)的开孔率为中心下降管(2)横截面积的50-100％，优选1％-10％；气体喷射孔(6)的孔径为1-10mm，优选3-6mm。

分布挡板(9)的锥角为0-180°，优选90-150°。

分布挡板(9)与中心下降管(2)下部的垂直距离与中心下降管(2)直径的比大于0.5，优选1-1.5。

反应器筒体(1)与中心下降管(2)的直径比为1.5-3，优选1.8-2.5。

导流板(8)下边沿直径为反应器筒体(1)直径的1/3-2/3。

集液器(7)上边沿直径比导流板(8)下边沿直径大0-400mm。

集液器(7)上边沿与导流板下边沿(8)之间的垂直距离与导流板直径的比大于0.5，优选1-1.5。

具体技术路线为：新鲜煤焦油、生物油或石油原料油自进液管(13)进入环形液室(3)，经过液室(3)内的液体喷射孔(4)高速喷入中心下降管(2)，在液体进料的抽吸作用下，含催化剂的反应油品自反应器筒体(1)与中心下降管(2)之间的环隙流入集液器(7)并在中心下降管(2)内快速向下运动，形成强制循环；氢气分两股进入反应器筒体(1)，一股自一级进气管(11)经气体分布器(10)均匀分散后与反应油品和催化剂接触，进行鼓泡传质反应；另一股自二级进气管(12)经气室(5)通过斜向下的气体喷射孔(6)高速喷入中心下降管(2)，在氢气气流的抽吸作用下，含催化剂的反应油品再次加速向下运动；自中心下降管(2)喷出的沫状流在分布挡板(9)的导流下向周边分散，然后折返进入反应器筒体(1)与中心下降管(2)之间的环隙向上运动，含催化剂的反应油品一部分流入集液器(7)向下运动形成快速循环，另一部分在导流板(8)和轴流旋分器(16)的作用下沉降催化剂后自反应物出口(15)排出；在反应器筒体(1)底部设置排渣口(14)用于停工检修排液或不定期排催化剂。

本发明所提供的一种气体调控内循环浆态床环流反应器，具有以下特点：

(1)通过在中心下降管中部设置多个液体高速喷射孔、下部设置多个气体高速喷射孔，抽吸液体强制循环，强化氢气与油品的混合和溶解，提高液体在反应器内的循环倍率和溶氢量，消除下降循环区结焦，延长气-液-固三相接触时间，提高反应效率，且无需油品外循环，省去了价格昂贵的外循环泵，大大降低了反应器长周期运行的风险。

(2)气体分为两级进料，利用进料比例实现循环液体倍率调控，提高液相加氢效率，适合于加氢装置大型化。

特别说明，气体调控内循环浆态床环流反应器不仅可以用于油品液相加氢反应过程，也可以用于其他化工反应过程和污水处理。

Claims (8)

1.一种气液进料调控内循环浆态床环流反应器，包括反应器筒体、中心下降管、气室、气体喷射孔、液室、液体喷射孔、集液器、导流板、分布挡板、气体分布器、一级进气管、二级进气管、进液管、排渣口、轴流旋分器、反应物出口，其特征在于反应器筒体轴向中间设置中心下降管，中心下降管上部连接锥形集液器；中心下降管中部周边与其同轴的环形液室连接，液室内的中心下降管边壁上设置有两排或多排斜向下的液体喷射孔，液室的进液口与反应器筒体的进液管相连；中心下降管下部周边连接与其同轴的环形气室，气室内的中心下降管边壁上设置有两排或多排斜向下的气体喷射孔，气室的进气口与反应器筒体的二级进气管相连；中心下降管出口正对分布挡板；分布挡板下设置的气体分布器与反应器筒体的一级进气管连接；反应器筒体底部设置排渣口；反应器筒体上部依次设置导流板和轴流旋分器，集液器上边沿与导流板下边沿之间的垂直距离与导流板下边沿直径的比为1-1.5；反应器筒体顶部设置反应物出口。

2.根据权利要求1所述的一种气液进料调控内循环浆态床环流反应器，其特征在于集液器的夹角为60-120°。

3.根据权利要求1所述的一种气液进料调控内循环浆态床环流反应器，其特征在于液体喷射孔在中心下降管的周边均布，与中心下降管轴向方向呈10-45°；液体喷射孔的开孔率为中心下降管横截面积的1％-2％；气体喷射孔的孔径为2-5mm。

4.根据权利要求1所述的一种气液进料调控内循环浆态床环流反应器，其特征在于气体喷射孔在中心下降管的周边均布，与中心下降管轴向方向呈10-45°；气体喷射孔的开孔率为中心下降管横截面积的1％-10％；气体喷射孔的孔径为3-6mm。

5.根据权利要求1所述的一种气液进料调控内循环浆态床环流反应器，其特征在于分布挡板的锥角为90-150°；分布挡板与中心下降管下部的垂直距离与中心下降管直径的比为1-1.5。

6.根据权利要求1所述的一种气液进料调控内循环浆态床环流反应器，其特征在于反应器筒体与中心下降管的直径比为1.8-2.5。

7.根据权利要求1所述的一种气液进料调控内循环浆态床环流反应器，其特征在于导流板下边沿直径为反应器筒体直径的1/3-2/3。

8.根据权利要求1所述的一种气液进料调控内循环浆态床环流反应器，其特征在于集液器上边沿直径比导流板下边沿直径大0-400mm。