CN105879784A - 用于木焦油沸腾床加氢反应器的进油分布管 - Google Patents

Abstract

本发明公开了用于木焦油沸腾床加氢反应器的进油分布管。进油分布管包括进油管(1)和设于其外部的保护油套管(2)，两者之间形成保护油通道(3)。进油管由进油管圆管段(11)和锥管段(12)组成，保护油套管由保护油套管圆管段(21)和文丘里管段(22)组成。文丘里管段的出口作为进油分布管的出口，锥管段伸入至文丘里管段内。本发明的第一种进油分布管水平设置，文丘里管段的出口位于反应器中部区域。第二种进油分布管的进油管分为水平管段和垂直管段，锥管段位于垂直管段上；保护油套管分为水平管段和垂直管段，文丘里管段位于垂直管段上；进油分布管的垂直管段位于反应器的中部区域。本发明用于向沸腾床加氢反应器内输送木焦油。

Description

用于木焦油沸腾床加氢反应器的进油分布管

技术领域

本发明涉及木焦油沸腾床加氢反应器的构件，具体来说是涉及一种用于木焦油沸腾床加氢反应器的进油分布管。

背景技术

生物质热裂解技术可以将生物质(例如木质原料、农作物废料)转化为液态的生物质焦油(木焦油)，产率可达65w％～70w％(w％表示重量百分数)。木焦油的组成复杂、水分含量高、具有高腐蚀性、热值较低，且不稳定、易缩聚，难与石油类产品(如汽油、柴油等)互溶。从上世纪九十年代末开始，世界各国陆续开始进行了木焦油提炼燃油的技术研究，其中木焦油沸腾床加氢裂化被认为是最具有发展潜力的技术之一。由于木焦油在高温、缺乏催化剂和氢气的情况下会发生剧烈的聚合反应而产生严重的结焦，现有的木焦油沸腾床加氢反应器采用底部进料，会出现反应器底部结焦堵塞，甚至损坏。

中国专利CN103920430A介绍了一种用于木焦油加工的沸腾床反应器，采用木焦油在反应器下部、分配盘上方侧壁进油的方式，可以避免木焦油在分配盘下方高温结焦的问题。所设的进油分布管中的进油管在反应器侧壁的外部设有冷却水套，以降低木焦油的温度、避免温度过高增强聚合反应。木焦油入口设置于反应器侧壁下部且位于分配盘的上方，靠近反应器侧壁内表面，且没有设置冷却水套保护；这会造成如下两个问题：(1)木焦油进入反应器后，受自下而上流动的气液固混合物流的影响，折流后沿反应器侧壁的内表面向上流动；反应器侧壁内表面的温度较高且其附近区域缺少催化剂和氢气，使木焦油不能与催化剂和氢气充分地接触发生反应，易在木焦油入口上方的反应器侧壁内表面上发生严重的聚合结焦。(2)木焦油入口处易发生结焦。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于木焦油沸腾床加氢反应器的进油分布管，以解决现有的进油分布管所存在的易使木焦油发生结焦的问题。

为解决上述问题，本发明采用的技术方案是：

第一种用于木焦油沸腾床加氢反应器的进油分布管，出口位于反应器分配盘的上方，进油分布管水平设置，包括进油管和设于其外部的冷却介质套管，其特征在于：进油管由进油管圆管段和锥管段组成，冷却介质套管为保护油套管，由保护油套管圆管段和文丘里管段组成，文丘里管段的出口作为进油分布管的出口，锥管段伸入至文丘里管段内，进油管与保护油套管之间形成保护油通道，进油分布管穿过木焦油沸腾床加氢反应器的侧壁，文丘里管段的出口位于木焦油沸腾床加氢反应器的中部区域。

第二种用于木焦油沸腾床加氢反应器的进油分布管，出口位于反应器分配盘的上方，进油分布管包括进油管和设于其外部的冷却介质套管，其特征在于：进油管由进油管圆管段和锥管段组成，分为水平管段和垂直管段，锥管段位于垂直管段上，冷却介质套管为保护油套管，由保护油套管圆管段和文丘里管段组成，分为水平管段和垂直管段，文丘里管段位于垂直管段上，文丘里管段的出口作为进油分布管的出口，锥管段伸入至文丘里管段内，进油管与保护油套管之间形成保护油通道，进油管的水平管段和保护油套管的水平管段组成进油分布管的水平管段，进油管的垂直管段和保护油套管的垂直管段组成进油分布管的垂直管段，进油分布管的水平管段穿过木焦油沸腾床加氢反应器的侧壁进入反应器内，垂直管段位于木焦油沸腾床加氢反应器的中部区域。

本发明用于向沸腾床加氢反应器内输送木焦油。采用本发明，具有如下的有益效果：(1)作为进油分布管出口的文丘里管段的出口位于木焦油沸腾床加氢反应器的中部区域，因此进油分布管可以将木焦油输送到上述区域，使木焦油不会沿反应器侧壁的内表面向上流动并发生结焦。上述区域有着足量的催化剂和氢气；进入到上述区域的木焦油均匀快速地与反应器内的三相沸腾床床层浆液混合，能够与催化剂和氢气充分地接触发生反应，避免发生聚合结焦。(2)保护油通道通入保护油后形成保护油层，用于取热与隔热，可以避免高温反应器器壁和反应器内的高温床层浆液通过辐射、对流、热传导的方式将热量传递到进油管，充分保证进油管内的木焦油保持较低的温度、防止升温结焦，并使木焦油以较低的温度进入到三相沸腾床层中。在进油分布管位于反应器内的部分，进油管也可受到保护油层的保护，能够防止木焦油升温结焦。进油管中的木焦油由锥管段出口流出后以及由文丘里管段的出口流出后、保护油通道中的保护油由保护油通道出口以及由文丘里管段的出口流出后(文丘里管段的出口相当于CN103920430A所述的生物质焦油入口即木焦油入口)，保护油流位于木焦油流的外侧，可以避免木焦油在锥管段出口和文丘里管段出口处吸热及升温结焦；另一方面，木焦油流不能冲破其外侧的保护油流，对于第一种进油分布管，可以进一步防止木焦油向上折流至反应器侧壁的内表面并发生结焦。(3)进油管的锥管段对流经的木焦油具有加速作用，保护油套管的文丘里管段对锥管段内的木焦油具有抽吸作用。加速和抽吸相结合，增加了木焦油流速，不利于其吸热升温；并且对于第一种进油分布管来说，流速增加进一步使木焦油由文丘里管段的出口流出后在反应器的径向上远离反应器侧壁的内表面且不易折流至该内表面。(4)由于文丘里效应，由文丘里管段的出口流出的木焦油和保护油的扩散范围广，木焦油能够快速地扩散到三相沸腾床层中。流出的木焦油和保护油还可将高温床层浆液排挤到周围区域，减少浆液对文丘里管段的出口以及在该处的木焦油的热传递，有利于避免文丘里管段的出口处发生结焦。(5)本发明的第二种进油分布管，进油管锥管段的出口和文丘里管段的出口向下，进油分布管向下分布木焦油，有益之处是：木焦油与自下而上流动的浆液对撞，有利于木焦油与浆液充分快速地接触与混合。并且在进入反应器的氢气与循环油断流时可以增加浆液回流的阻力、减缓浆液的逆流，避免催化剂沉积到进油分布管内部。

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。附图和具体实施方式并不限制本发明要求保护的范围。

附图说明

图1是本发明的第一种用于木焦油沸腾床加氢反应器的进油分布管设置在木焦油沸腾床加氢反应器上的示意图，进油分布管设置1根。

图2是本发明的第二种用于木焦油沸腾床加氢反应器的进油分布管设置在木焦油沸腾床加氢反应器上的示意图，进油分布管设置1根。

图1和图2均是在木焦油沸腾床加氢反应器轴向方向上的示意图。图1和图2中，相同附图标记表示相同的技术特征。

具体实施方式

参见图1，本发明的第一种用于木焦油沸腾床加氢反应器的进油分布管(简称为进油分布管)，出口位于反应器分配盘51的上方。反应器分配盘51安装于木焦油沸腾床加氢反应器(简称为反应器)5的下部，由分配板和多个泡罩式分布器组成。反应器5还设有氢气与循环油管53、预分配器52、催化剂卸料管54，并设有催化剂进料管、气体出口管、液体出口管等(图略)。

进油分布管水平设置，包括进油管1和设于其外部的冷却介质套管。进油管1由进油管圆管段11和锥管段12组成。冷却介质套管为保护油套管2，由保护油套管圆管段21和文丘里管段22组成。文丘里管段22分为收缩段、喉颈和扩大段，文丘里管段22的出口(扩大段的出口)作为进油分布管的出口。锥管段12伸入至文丘里管段22的收缩段内，锥管段12的出口位于文丘里管段22的喉颈处。进油管1与保护油套管2之间形成保护油通道3，保护油通道3的出口位于文丘里管段22的喉颈处。进油分布管穿过反应器5的侧壁，文丘里管段22的出口位于反应器5的中部区域(指反应器5径向的中部区域)。在进油分布管位于反应器5外部的管段上，保护油套管圆管段21上设有保护油入口管23，保护油入口管23与保护油通道3相通；保护油套管圆管段21的端部与进油管圆管段11之间设有封闭板4。

进油管1和保护油套管2一般同轴设置。进油管圆管段11和保护油套管圆管段21的横截面形状为圆形，锥管段12的形状为截头圆锥面形。进油管圆管段11、保护油套管圆管段21、锥管段12和文丘里管段22的壁厚一般均为4～15mm。进油管圆管段11的直径(本发明提到的直径均为内直径)一般为20～200mm。锥管段12的锥角α一般为10～30度，长度b一般为100～300mm。保护油套管圆管段21的直径一般为进油管圆管段11直径的1.2～2倍。文丘里管段22的喉颈直径一般为进油管圆管段11直径的1～1.2倍，出口直径D一般为保护油套管圆管段21直径的1.05～1.2倍，长度a一般为锥管段12长度b的2～2.2倍；文丘里管段22的出口与反应器5轴心线之间的距离d一般为反应器5直径C的1/6～1/4。

本发明进油分布管各部件的材质，一般均采用抗氢抗氯腐蚀的高温不锈钢；各部件之间的连接，一般均采用焊接连接。这可使进油分布管安全可靠、不易失效，适合在高温高压的腐蚀环境中长周期使用。

反应器分配盘51中，泡罩式分布器的轴向核心影响区域高度一般为200～500mm(自分配板的上表面计算)。这个区域主要受泡罩式分布器出口的气液初始流动状态的影响，流型比较紊乱；扰流和旋流较多，还存在上下回流，不利于木焦油快速扩散分布到三相沸腾床层中。因此，本发明将文丘里管段22出口的底端至反应器分配盘51中分配板上表面的距离s定为600～1000mm。

如图1所示，在反应器5的直径C小于3m(米)时，通常只设置1根进油分布管。

在反应器5的直径C大于3m时，可以围绕反应器5的轴心线均匀设置2根以上的进油分布管(最好是设置2～4根)。木焦油分为与进油分布管的根数相同的股数，分别从各根进油分布管进入反应器5(图略)。

图2所示本发明的第二种进油分布管，出口位于反应器分配盘51的上方。进油分布管包括进油管1和设于其外部的冷却介质套管。进油管1由进油管圆管段11和锥管段12组成，分为水平管段和垂直管段；锥管段12位于垂直管段上，出口向下。冷却介质套管为保护油套管2，由保护油套管圆管段21和文丘里管段22组成，分为水平管段和垂直管段；文丘里管段22位于垂直管段上，出口向下，作为进油分布管的出口。锥管段12伸入至文丘里管段22的收缩段内，锥管段12的出口位于文丘里管段22的喉颈处。进油管1与保护油套管2之间形成保护油通道3，保护油通道3的出口位于文丘里管段22的喉颈处。进油管1的水平管段和保护油套管2的水平管段组成进油分布管的水平管段，进油管1的垂直管段和保护油套管2的垂直管段组成进油分布管的垂直管段。进油分布管的水平管段穿过反应器5的侧壁进入反应器内，垂直管段位于反应器5的中部区域。在进油分布管的水平管段位于反应器5外部的管段上，保护油套管圆管段21上设有保护油入口管23，保护油入口管23与保护油通道3相通；保护油套管圆管段21的端部与进油管圆管段11之间设有封闭板4。

图2所示第二种进油分布管其它未说明的部件形状和设置方式、主要结构尺寸(进油管圆管段11的直径，锥管段12的锥角α、长度b，保护油套管圆管段21的直径，文丘里管段22的喉颈直径、出口直径D、长度a)，与图1所示的进油分布管相同。文丘里管段22的出口至反应器分配盘51中分配板上表面的距离t定为600～1000mm。

如图2所示，在反应器5的直径C小于3m时，通常只设置1根进油分布管；进油分布管的垂直管段位于反应器5的轴心线上。

在反应器5的直径C大于3m时，可以围绕反应器5的轴心线设置2根以上的进油分布管(最好是设置2～4根)。各根进油分布管垂直管段的轴心线与反应器5轴心线之间的距离一般为反应器5直径C的1/6～1/4。木焦油分为与进油分布管的根数相同的股数，分别从各根进油分布管进入反应器5(图略)。

参见图1，对于本发明的第一种进油分布管，在反应器5的操作过程中，氢气与循环油7经氢气与循环油管53、预分配器52、反应器分配盘51进入反应器分配盘51上方的床层浆液中；木焦油61(温度一般为40～60℃)进入进油管1并在进油管1内流动，由进油管1锥管段12的出口水平流出，从文丘里管段22的喉颈处进入文丘里管段22的扩大段。同时，保护油62(温度一般为40～60℃)经保护油入口管23进入保护油通道3并在保护油通道3内流动，由保护油通道3的出口流出后(温度一般控制在70℃以下)也从文丘里管段22的喉颈处进入文丘里管段22的扩大段。文丘里管段22扩大段内的木焦油和保护油最后由文丘里管段22的出口在水平方向上扩散流出，进入反应器分配盘11上方的床层浆液中；其中，木焦油与催化剂和氢气接触发生反应，而保护油不发生反应。对于高温反应器器壁和高温床层浆液的热量，由于保护油62的取热与隔热作用，可以保证木焦油在文丘里管段22出口处的温度在80℃以下。在文丘里管段22的出口处，木焦油和保护油的平均流速一般为0.01～0.5m/s。

保护油62一般使用碳5～碳8的轻油，例如木焦油沸腾床加氢反应器5的循环油(经过换热冷却后使用)。与木焦油不同，保护油不存在升温结焦问题。保护油62以及氢气与循环油7、木焦油61均连续进料。

参见图2，在反应器5的操作过程中，木焦油61和保护油62在本发明第二种进油分布管中流动的路径、温度以及在文丘里管段22出口处的平均流速等，与在图1所示第一种进油分布管中的基本相同。主要的不同之处是，进油管1内的木焦油由锥管段12的出口向下流出，文丘里管段22扩大段内的木焦油和保护油由文丘里管段22的出口向下扩散流出。

Claims (10)

1.一种用于木焦油沸腾床加氢反应器的进油分布管，出口位于反应器分配盘(51)的上方，进油分布管水平设置，包括进油管(1)和设于其外部的冷却介质套管，其特征在于：进油管(1)由进油管圆管段(11)和锥管段(12)组成，冷却介质套管为保护油套管(2)，由保护油套管圆管段(21)和文丘里管段(22)组成，文丘里管段(22)的出口作为进油分布管的出口，锥管段(12)伸入至文丘里管段(22)内，进油管(1)与保护油套管(2)之间形成保护油通道(3)，进油分布管穿过木焦油沸腾床加氢反应器(5)的侧壁，文丘里管段(22)的出口位于木焦油沸腾床加氢反应器(5)的中部区域。

2.根据权利要求1所述的进油分布管，其特征在于：进油管圆管段(11)的直径为20～200mm，锥管段(12)的锥角α为10～30度，长度b为100～300mm，保护油套管圆管段(21)的直径为进油管圆管段(11)直径的1.2～2倍，文丘里管段(22)的喉颈直径为进油管圆管段(11)直径的1～1.2倍，出口直径D为保护油套管圆管段(21)直径的1.05～1.2倍，长度a为锥管段(12)长度b的2～2.2倍，文丘里管段(22)的出口与木焦油沸腾床加氢反应器(5)轴心线之间的距离d为木焦油沸腾床加氢反应器(5)直径C的1/6～1/4。

3.根据权利要求1或2所述的进油分布管，其特征在于：文丘里管段(22)出口的底端至反应器分配盘(51)中分配板上表面的距离s为600～1000mm。

4.根据权利要求1或2所述的进油分布管，其特征在于：进油分布管设置1根。

5.根据权利要求1或2所述的进油分布管，其特征在于：进油分布管围绕木焦油沸腾床加氢反应器(5)的轴心线设置2根以上。

6.一种用于木焦油沸腾床加氢反应器的进油分布管，出口位于反应器分配盘(51)的上方，进油分布管包括进油管(1)和设于其外部的冷却介质套管，其特征在于：进油管(1)由进油管圆管段(11)和锥管段(12)组成，分为水平管段和垂直管段，锥管段(12)位于垂直管段上，冷却介质套管为保护油套管(2)，由保护油套管圆管段(21)和文丘里管段(22)组成，分为水平管段和垂直管段，文丘里管段(22)位于垂直管段上，文丘里管段(22)的出口作为进油分布管的出口，锥管段(12)伸入至文丘里管段(22)内，进油管(1)与保护油套管(2)之间形成保护油通道(3)，进油管(1)的水平管段和保护油套管(2)的水平管段组成进油分布管的水平管段，进油管(1)的垂直管段和保护油套管(2)的垂直管段组成进油分布管的垂直管段，进油分布管的水平管段穿过木焦油沸腾床加氢反应器(5)的侧壁进入反应器内，垂直管段位于木焦油沸腾床加氢反应器(5)的中部区域。

7.根据权利要求6所述的进油分布管，其特征在于：进油管圆管段(11)的直径为20～200mm，锥管段(12)的锥角α为10～30度，长度b为100～300mm，保护油套管圆管段(21)的直径为进油管圆管段(11)直径的1.2～2倍，文丘里管段(22)的喉颈直径为进油管圆管段(11)直径的1～1.2倍，出口直径D为保护油套管圆管段(21)直径的1.05～1.2倍，长度a为锥管段(12)长度b的2～2.2倍。

8.根据权利要求6或7所述的进油分布管，其特征在于：文丘里管段(22)的出口至反应器分配盘(51)中分配板上表面的距离t为600～1000毫米。

9.根据权利要求6或7所述的进油分布管，其特征在于：进油分布管设置1根，其垂直管段位于木焦油沸腾床加氢反应器(5)的轴心线上。

10.根据权利要求6或7所述的进油分布管，其特征在于：进油分布管围绕木焦油沸腾床加氢反应器(5)的轴心线设置2根以上，各根进油分布管垂直管段的轴心线与木焦油沸腾床加氢反应器(5)轴心线之间的距离一般为木焦油沸腾床加氢反应器(5)直径C的1/6～1/4。