CN108067169A - 沸腾床反应器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及沸腾床技术领域，具体涉及一种沸腾床反应器，包括反应器筒体，反应器筒体内部的上侧设置三相分离器，反应器筒体内部的下侧设置气液分配器，所述气液分配器包括物料分配管、上塔盘和下塔盘，上塔盘和下塔盘形成双层塔盘结构，上塔盘和下塔盘之间形成空隙，物料分配管贯穿上塔盘和下塔盘，物料分配管的上端口处设置帽罩，物料分配管位于上塔盘和下塔盘之间的部分设置管壁开孔，上塔盘和下塔盘之间还设置循环油反应器入口；本发明将三相分离器分离下来的固体催化剂在反应器径向中心区域沉降回流到反应器内，解决了高催化剂装填量时，催化剂沉降回流的阻力大问题，保证了三相分离器在高催化剂装填量时仍具有良好的分离效果。

Description

沸腾床反应器

技术领域

本发明涉及沸腾床技术领域，具体涉及一种沸腾床反应器。

背景技术

沸腾床加氢反应指原料油(主要为液相)、氢气(气相)在催化剂(固相)上进行加氢反应的过程，加氢反应主要发生加氢脱硫、加氢脱氮、加氢脱氧、加氢饱和、加氢裂化等。反应器在气、液、固三相的沸腾状态下操作，催化剂在从反应器底部进入的原料油和氢气的带动下，处于沸腾状态，与固定床反应器处于完全不同的流体状态。沸腾床加氢反应可以处理高金属、高沥青质含量的劣质原料油，反应具有压力降小、温度均匀、可以在线加排催化剂，以保持催化剂活性等特点。

沸腾床反应器的物料从反应器底部引入，在反应器内的下部一般设置气液分配器，将物料均匀分散。气液分本配器一般为盘式结构，在盘上设置物料通过的分配管，分配管顶部设置拦截催化剂颗粒的帽罩。由于沸腾床加工的原料一般为劣质重质原料，其特征是易于结焦，因此沸腾床反应器气液分配器上易于结焦堵塞，现有方法一般是对分配器的表面进行专门处理，使结焦物不易附着在气液分配器上。

目前存在两种主要类型的沸腾加氢技术，一类是采用油相循环的方式，如USRe25,770中描述的沸腾床工艺，此工艺在实际应用中的不足在于：为保持液固分离效果，反应器内催化剂用量不能太多，反应器利用率低，工业沸腾床反应器利用率一般只有40％左右，利用率一般指催化剂装填量占反应器容积(不计封头空间)的百分数，固定床反应器利用率一般90％以上；反应器有较大空间是液体物料在没有催化条件下的停留时间过长，此部位没有加氢反应，物料在高温下容易反应结焦。另一类是在反应器内设置三相分离器，在反应器内上部进行气-液-固分离，通过设置内置三相分离器，可以提高催化剂的用量，即提高反应器的利用空间，但在实际使用时，催化剂用量提高有限，如果催化剂用量增加，三相分离器的分离效果快速下降，实际上比第一类沸腾床反应器利用率略有提高；另一种改进方案是在三相分离器下部设置导向结构，利用导向结构，增加三相分离器的操作弹性，确保三相分离器的高效分离，减少催化剂的带出量，提高催化剂藏量，提高反应器利用率，但在使用时，仍需在三相分离器下部一定区设置催化剂稀相区，该区域催化剂量很少，基本不发生加氢反应，否则三相分离器的分离效果仍不能满足要求，而稀相区的存在，影响反应器利用率的进一步提升，也影响加氢反应效果，并且反应器规模放大后，催化剂装量更难以提高，难以达到实验装置的效果。后者虽然理论上不需循环油，但在开工、停工、操作异常时会造成催化剂难以达到稳定的沸腾状态，操作稳定性不足。因此，如何提高沸腾床加氢反应器的利用效率，提高反应效果，提高装置的稳定性，是本领域需要解决的技术问题。

另外，影响沸腾床反器内三相分离器分离效果的因素不仅在于三相分离器的结构、物料体系状态，还与地球自转有很大关系。沸腾床反器内气、液、固三相状态，气、液相整体处于向上流动状态，固体催化剂处于沸腾浮动状态。地球自转对上述物料状态具有一定的作用力，形成轻度的旋流作用，在工业较大反应器中，由于规模较大，这种旋流作用更为显现。其结果是催化剂在靠近反应器内壁的区域聚集，反应器径向中心区域更为稀疏。这种效应对现有三相分离器的分离效果产生了明显影响，即当催化剂装填量增加时，三相分离器分离出来的固体催化剂沉降回反应器中的阻力增加，被液体物料带出反应器的机会提高，使反应器带出催化剂量增大，影响反应效果。

发明内容

为了解决上述技术问题中的不足，本发明的目的在于：提供一种沸腾床反应器，可以有效解决气液分配器的结焦问题，可以进一步提高反应器的利用率,即提高反应器内催化剂藏量，可以进一步提升加氢反应效果，提高装置操作的稳定性。

本发明为解决其技术问题所采用的技术方案为：

所述沸腾床反应器，包括反应器筒体，反应器筒体的上端分别设置催化剂加入口和气体出口，反应器筒体的下端设置物料入口和催化剂排出口，反应器筒体内部的上侧设置三相分离器，反应器筒体内部的下侧设置气液分配器，所述气液分配器包括物料分配管、上塔盘和下塔盘，上塔盘和下塔盘形成双层塔盘结构，上塔盘和下塔盘之间形成空隙，物料分配管贯穿上塔盘和下塔盘，物料分配管的上端口处设置帽罩，物料分配管位于上塔盘和下塔盘之间的部分设置管壁开孔，上塔盘和下塔盘之间还设置循环油反应器入口。

优选地，三相分离器包括内筒和外筒，内筒设置在外筒的内部，二者同轴心设置，所述的内筒和外筒的上下两端全部开口，外筒的上端开口低于内筒的上端开口，外筒的下端开口低于内筒的下端开口。

优选地，三相分离器与气液分配器之间设置循环油系统，循环油系统包括循环油泵和循环油管路，循环油管路的入口设置在三相分离器的液相区，循环管路的出口与气液分配器上的循环油反应器入口连通。

优选地，外筒分为直筒段和收缩段，收缩段为锥台形。

优选地，外筒的下方设置导流体。

优选地，导流体为纺锤形导流体。

优选地，物料分配管与上塔盘以及下塔盘之间为密封连接，管壁开孔为环形开口。

优选地，每条物料分配管上设置的管壁开孔个数为3-7个，在物料分配管一周均匀设置。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

1、本发明将三相分离器分离下来的固体催化剂在反应器径向中心区域沉降回流到反应器内，解决了高催化剂装填量时，催化剂沉降回流的阻力大问题，保证了三相分离器在高催化剂装填量时仍具有良好的分离效果。

2、本发明可以进一步提高催化剂装填量比例，特别是大规模工业沸腾床反应器的催化剂装填比例，在提高反应器容积利用率的同时，减少或取消了催化剂稀相区，提升了加氢反应效果。

3、本发明新设计的三相分离器克服了地球自转引起的催化剂分布不均造成的影响反应效果的问题。

4、气液分配器结焦现象明显降低，不易在气液分配器上结焦，形成的保护层使新鲜原料不与气液分配器直接接触，有效避免了新鲜原料结焦物在气液分配器上附着，进而避免了气液分配器的堵塞。

附图说明

图1本发明的结构示意图；

图2本发明气液分配器的结构示意图。

图中：1、气体出口；2、液体出口；3、反应液体流出物分离系统；4、循环油泵；5、催化剂排出口；6、物料入口；7、反应器进料系统；8、气液分配器；9、反应器筒体；10、导流体；11、外筒；12、内筒；13、催化剂加入口；14、帽罩；15、上塔盘；16、循环油反应器入口；17、管壁开孔；18、物料分配管；19、下塔盘。

具体实施方式

下面结合附图对本发明实施例做进一步描述：

实施例1

如图1-2所示，本发明所述沸腾床反应器，包括反应器筒体9，反应器筒体9的上端分别设置催化剂加入口13和气体出口1，反应器筒体9的下端设置物料入口6和催化剂排出口5，反应器筒体9内部的上侧设置三相分离器，反应器筒体9内部的下侧设置气液分配器8，所述气液分配器8包括物料分配管18、上塔盘15和下塔盘19，上塔盘15和下塔盘19形成双层塔盘结构，气液分配器8的双层塔盘结构均紧密固定在反应器筒体9的内壁上，上塔盘15和下塔盘19之间形成空隙，物料分配管18贯穿上塔盘15和下塔盘19，物料分配管18的上端口处设置帽罩14，物料分配管18位于上塔盘15和下塔盘19之间的部分设置管壁开孔17，每条物料分配管18上设置的管壁开孔17个数为3-7个，优选6个，在物料分配管18一周均匀设置，上塔盘15和下塔盘19之间还设置循环油反应器入口16。

三相分离器分为气、液、固三个相区，三相分离器包括内筒12和外筒11，内筒12设置在外筒11的内部，二者同轴心设置，所述的内筒12和外筒11的上下两端全部开口，内筒12的液相区设置液体出口2，外筒11的上端开口低于内筒12的上端开口，外筒11的下端开口低于内筒12的下端开口，外筒11分为直筒段和收缩段，收缩段为锥台形，该收缩段的下端开口即外筒11的下端开口；内筒12的下端开口与外筒11收缩段之间设置适宜间隙，以便于物料通过，外筒11下端开口的下方设置导流体10，导流体10为纺锤形导流体10，纺锤形轴向横截面最大处直径一般为外筒11下端开口直径的1～3倍；所述三相分离器与反应器筒体9为同轴心设置，三相分离器的外筒11可以通过支撑结构固定在反应器筒体9内壁上，三相分离器的内筒12可以通过支撑结构固定在外筒11内壁上；气相区设置在三相分离器上部，气相空间高度为反应器筒体9(不包括反应器封头部分)的0～20％，优选为5％～10％。

三相分离器与气液分配器8之间设置循环油系统，循环油系统包括循环油泵4和循环油管路，循环油泵4设置在循环油管路上，提供动力，循环油管路的入口设置在三相分离器的液相区，循环管路的出口与气液分配器8上的循环油反应器入口16连通，气液分配器8将循环油从物料分配管18的管壁开孔17处引入，在物料分配管18内壁形成循环油的保护层。循环油是经过加氢反应的物料，结焦倾向明显降低，不易在分配器上结焦，形成的保护层使新鲜原料不与气液分配器8直接接触，有效避免了新鲜原料结焦物在分配器上附着，进而避免了分配器的堵塞。

其中，物料分配管18与上塔盘15以及下塔盘19之间为密封连接，管壁开孔17为环形开口，环形开口为环绕整个物料分配管18圆周的环形开口，也可以在物料分配管18圆周上设置部分的环形开口，此时，最好沿物料分配管18均匀设置。气液分配器8的具体参数可以根据反应器规模进行常规设计。

另外，本发明所述的沸腾床反应器可以根据需要设置其它构件，如反应器进料系统7、反应液体流出物分离系统3、温度检测系统、压力检测系统、流体流态检测系统、催化剂分布状态检测系统、物料再分配系统等一种或几种；沸腾床反应器可以根据需要设置配套装置，如原料泵、换热器、加热炉、分离器等。

本发明中，沸腾床加氢反应器内三相分离器的外筒11上部直筒段的直径一般为反应器筒体9内径的50％～90％，优选为75％～85％。内筒12与外筒11之间的环隙距离一般为外筒11相应位置半径的30％～70％，优选为40％～60％。内筒12上端与外筒11上端的高度差一般为外筒11半径的10％～50％，优选为20％～40％。内筒12的下端开口与外筒11收缩段之间的间隙一般为外筒11直筒段半径的5％～40％，优选为10％～30％。外筒11收缩段下端开口直径一般为外筒11直筒段直径的10％～50％，优选为15％～35％。外筒11下部锥台形收缩段的收缩角(直筒段与锥台形收缩段的锐角夹角)为20°～80°，优选30°～60°。外筒11上部直筒段的高度一般为0.4～3m，优选0.5～1m。

本发明沸腾床加氢方法，使用本发明的沸腾床加氢反应器，反应原料可以重质、劣质原料，如减压渣油、煤焦油、煤液化油、沥青油砂、页岩油等。催化剂一般为固体颗粒，颗粒直径(以等体积球形计)一般为0.6～2mm，催化剂一般以氧化铝为载体，以Mo、W、Ni、Co等至少一种为活性组分，同时可以添加相关助剂。催化剂在反应器筒体9内装量(以静止状态计)为反应器容积的50％～85％，优选为65％～80％，最优选为72％～78％。反应条件可以根据原料性质和反应深度要求确定，一般反应压力为5～25MPa、反应温度为200～500℃，氢气与原料油标准状态下体积比为300～2000，原料油与催化剂体积(静止状态)相比的体积空速为0.1～2h^-1。

本发明沸腾床加氢方法中，循环油系统将三相分离器液相区的物料循环至气液分配器8，循环量根据反应转化率、原料性质、催化剂性能等具体试验确定，一般为原料油量的10％～100％。

经试验，控制从三相分离器液的相区循环回反应器筒体9的循环油量为新鲜原料的30％，经3000小时长期试验，气液分配器8无明显结焦现象。

实施例2

在实施例1的基础上，三相分离器分离效果采用冷模进行模拟实验。冷模装置的尺寸为：反应器筒体9的内径200mm，反应器筒体9的高度3500mm，三相分离器高度400mm，三相分离器的外筒11上部直筒段的直径300mm，内筒12与外筒11之间的环隙距离为80mm，内筒12上端与外筒11上端的高度差为60mm，内筒12的下端开口与外筒11收缩段之间的间隙为60mm，外筒11收缩段下端开口直径为90mm，外筒11下部锥台形收缩段的收缩角(直筒段与锥台形收缩段的锐角夹角)35°。导流体10纺锤形轴向横截面最大处直径为150mm。以煤油作为液体，进油量为60～120L/hr；气相选用氮气，进气量为2～4Nm³/hr。固相选用粒径为0.7～0.8mm的氧化铝微球催化剂，催化剂藏量(以静止时计)为反应器有效容积(不计封头空间)的55％～80％。

试验结果见下表。

表1冷模装置试验结果

从冷模试验可以看出，本发明具有良好的固体分离效果，适用的操作区间较广。

以上所述，仅是本发明的较佳实施案例而已，并非是对本发明作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例。但是凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (8)

1.一种沸腾床反应器，包括反应器筒体(9)，反应器筒体(9)的上端分别设置催化剂加入口(13)和气体出口(1)，反应器筒体(9)的下端设置物料入口(6)和催化剂排出口(5)，反应器筒体(9)内部的上侧设置三相分离器，其特征在于，反应器筒体(9)内部的下侧设置气液分配器(8)，所述气液分配器(8)包括物料分配管(18)、上塔盘(15)和下塔盘(19)，上塔盘(15)和下塔盘(19)形成双层塔盘结构，上塔盘(15)和下塔盘(19)之间形成空隙，物料分配管(18)贯穿上塔盘(15)和下塔盘(19)，物料分配管(18)的上端口处设置帽罩(14)，物料分配管(18)位于上塔盘(15)和下塔盘(19)之间的部分设置管壁开孔(17)，上塔盘(15)和下塔盘(19)之间还设置循环油反应器入口(16)。

2.根据权利要求1所述的沸腾床反应器，其特征在于，三相分离器包括内筒(12)和外筒(11)，内筒(12)设置在外筒(11)的内部，二者同轴心设置，所述的内筒(12)和外筒(11)的上下两端全部开口，外筒(11)的上端开口低于内筒(12)的上端开口，外筒(11)的下端开口低于内筒(12)的下端开口。

3.根据权利要求1所述的沸腾床反应器，其特征在于，三相分离器与气液分配器(8)之间设置循环油系统，循环油系统包括循环油泵(4)和循环油管路，循环油管路的入口设置在三相分离器的液相区，循环管路的出口与气液分配器(8)上的循环油反应器入口(16)连通。

4.根据权利要求2所述的沸腾床反应器，其特征在于，外筒(11)分为直筒段和收缩段，收缩段为锥台形。

5.根据权利要求2或4所述的沸腾床反应器，其特征在于，外筒(11)的下方设置导流体(10)。

6.根据权利要求5所述的沸腾床反应器，其特征在于，导流体(10)为纺锤形导流体。

7.根据权利要求1所述的沸腾床反应器，其特征在于，物料分配管(18)与上塔盘(15)以及下塔盘(19)之间为密封连接，管壁开孔(17)为环形开口。

8.根据权利要求1或7所述的沸腾床反应器，其特征在于，每条物料分配管(18)上设置的管壁开孔(17)个数为3-7个，在物料分配管(18)一周均匀设置。