CN105879793A - 一种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。进油分布管(9)包括进油管(1)和设于其外部的冷却水套管，由水平管段和垂直管段组成，垂直管段位于木焦油沸腾床加氢反应器(10)的中部区域。冷却水套管包括内套管(2)和外套管(3)；内套管与进油管之间形成第一冷却水通道(6)，与外套管之间形成第二冷却水通道(7)。在进油分布管的垂直管段，进油管的底端与外套管的底端之间设有扩口管(8)，作为进油分布管的出口。第一冷却水通道和第二冷却水通道的底部相连通。本发明用于向沸腾床加氢反应器内输送木焦油。

Description

一种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：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，进油分布管包括进油管和设于其外部的冷却水套管，其特征在于：进油分布管由水平管段和垂直管段组成，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，在进油分布管水平管段位于木焦油沸腾床加氢反应器内部和外部的管段以及垂直管段中，均在进油管的外部设置所述的冷却水套管，冷却水套管包括内套管和外套管，内套管与进油管之间形成第一冷却水通道，与外套管之间形成第二冷却水通道，在进油分布管的垂直管段，进油管的底端与外套管的底端之间设有扩口管，作为进油分布管的出口，第一冷却水通道和第二冷却水通道的底部相连通。

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)可以将木焦油输送到木焦油沸腾床加氢反应器的中部区域，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)进油管外部有两层冷却水通道(第一冷却水通道和第二冷却水通道)，通入冷却水后形成两层冷却水层，用于隔热与取热，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，冷却效果好、可靠性高；能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，进油管以及作为进油分布管出口的扩口管(相当于CN103920430A所述的生物质焦油入口即木焦油入口)，可分别受到两层冷却水层以及第一冷却水通道和第二冷却水通道底部下方冷却水层的保护，能够防止木焦油升温结焦。(3)本发明以扩口管作为进油分布管的出口、向下分布木焦油，有益之处是：①扩口管使木焦油的扩散范围广，木焦油能够快速地扩散到三相沸腾床层中。并且由于扩口效应，流出的木焦油可将高温床层浆液排挤到周围区域，减少浆液对扩口管以及扩口管内木焦油的热传递；这有利于避免扩口管处发生结焦。②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。③在进入反应器的氢气与循环油断流时，由于扩口管位于进油分布管垂直管段的底部，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是木焦油沸腾床加氢反应器设置4根本发明进油分布管的示意图。

图1是在木焦油沸腾床加氢反应器轴向方向上的示意图，图2是在木焦油沸腾床加氢反应器水平横截面方向上的俯视示意图。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，本发明用于木焦油沸腾床加氢反应器的进油分布管9(简称为进油分布管)，出口位于反应器分配盘11的上方。反应器分配盘11安装于木焦油沸腾床加氢反应器(简称为反应器)10的下部，由分配板和多个泡罩式分布器组成。反应器10还设有氢气与循环油管12、预分配器13、催化剂卸料管14，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9包括进油管1和设于其外部的冷却水套管。进油分布管9由水平管段和垂直管段组成，水平管段穿过反应器10的侧壁进入反应器内，垂直管段位于反应器10的中部区域(指反应器10径向的中部区域)。在进油分布管9水平管段位于反应器10内部和外部的管段以及垂直管段中，均在进油管1的外部设置所述的冷却水套管。冷却水套管包括内套管2和外套管3；内套管2与进油管1之间形成第一冷却水通道6，与外套管3之间形成第二冷却水通道7；第一冷却水通道6位于内层，第二冷却水通道7位于外层。在进油分布管9的垂直管段，进油管1的底端与外套管3的底端之间设有扩口管8，作为进油分布管9的出口，供木焦油向下流出。第一冷却水通道6和第二冷却水通道7的底部相连通。在进油分布管9的水平管段位于反应器10外部的管段上，内套管2上设有冷却水入口管4、与第一冷却水通道6相连通，内套管2的端部与进油管1之间设有封闭板；外套管3上设有冷却水出口管5、与第二冷却水通道7相连通，外套管3的端部与内套管2之间设有封闭板。

进油管1、内套管2和外套管3一般为横截面呈圆形的管、同轴设置，壁厚一般均为4～15毫米。扩口管8的母线可为圆弧线(如图1所示)，也可为直线(图略)。扩口管8一般与进油管1的垂直管段同轴设置，其直径自上而下逐渐增大。进油管1的直径(本发明提到的直径均为内直径)一般为20～100毫米，第一冷却水通道6和第二冷却水通道7的宽度a一般均为10～50毫米。

本发明进油分布管9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9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11中，泡罩式分布器的轴向核心影响区域高度一般为200～500毫米(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，本发明将扩口管8的底端至反应器分配盘11中分配板上表面的距离t定为600～1000毫米。

如图1所示，在反应器10的直径D小于3米时，通常只设置1根进油分布管9；进油分布管9的垂直管段位于反应器10的轴心线上。

如图2所示，在反应器10的直径D大于3米时，可以围绕反应器10的轴心线均匀设置2根以上的进油分布管9(最好是设置2～4根)。各根进油分布管9垂直管段的轴心线与反应器10轴心线之间的距离s一般为反应器10直径D的1/6～1/4。图2所示，反应器10设置了4根进油分布管9；木焦油16分为与进油分布管9的根数相同的股数(图2所示是4股)，分别从各根进油分布管9进入反应器10。

参见图1，在反应器10的操作过程中，氢气与循环油15经氢气与循环油管12、预分配器13、反应器分配盘11连续进入反应器分配盘11上方的床层浆液中；木焦油16(温度一般为40～60℃)连续进入进油管1并在进油管1内流动，最后由扩口管8向下流出，也进入反应器分配盘11上方的床层浆液中，与催化剂和氢气接触发生反应。同时，冷却水(温度一般为30～50℃)经冷却水入口管4连续进入第一冷却水通道6并在第一冷却水通道6内流动，再由第一冷却水通道6的底部进入第二冷却水通道7的底部，在第二冷却水通道7内流动，最后由冷却水出口管5排出(温度一般控制在70℃以下)。冷却水在第一冷却水通道6和第二冷却水通道7内流动的过程中，可以吸收并取走高温反应器器壁和高温床层浆液的热量，形成的冷却水层可以隔热；这就能够保证木焦油在扩口管8处的温度在80℃以下。

Claims (5)

1.一种用于木焦油沸腾床加氢反应器的进油分布管(9)，出口位于反应器分配盘(11)的上方，进油分布管(9)包括进油管(1)和设于其外部的冷却水套管，其特征在于：进油分布管(9)由水平管段和垂直管段组成，水平管段穿过木焦油沸腾床加氢反应器(10)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(10)的中部区域，在进油分布管(9)水平管段位于木焦油沸腾床加氢反应器(10)内部和外部的管段以及垂直管段中，均在进油管(1)的外部设置所述的冷却水套管，冷却水套管包括内套管(2)和外套管(3)，内套管(2)与进油管(1)之间形成第一冷却水通道(6)，与外套管(3)之间形成第二冷却水通道(7)，在进油分布管(9)的垂直管段，进油管(1)的底端与外套管(3)的底端之间设有扩口管(8)，作为进油分布管(9)的出口，第一冷却水通道(6)和第二冷却水通道(7)的底部相连通。

2.根据权利要求1所述的进油分布管(9)，其特征在于：进油管(1)的直径为20～100毫米，第一冷却水通道(6)和第二冷却水通道(7)的宽度a均为10～50毫米。

3.根据权利要求1或2所述的进油分布管(9)，其特征在于：扩口管(8)的底端至反应器分配盘(11)中分配板上表面的距离t为600～1000毫米。

4.根据权利要求1或2所述的进油分布管(9)，其特征在于：进油分布管(9)设置1根，其垂直管段位于木焦油沸腾床加氢反应器(10)的轴心线上。

5.根据权利要求1或2所述的进油分布管(9)，其特征在于：进油分布管(9)围绕木焦油沸腾床加氢反应器(10)的轴心线设置2根以上，各根进油分布管(9)垂直管段的轴心线与木焦油沸腾床加氢反应器(10)轴心线之间的距离s一般为木焦油沸腾床加氢反应器(10)直径D的1/6～1/4。