CN111203156B - 流化床反应器及反应系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种流化床反应器及反应系统，所述流化床反应器包括具有入口(11)和出口(12)的反应器主体(1)，所述反应器主体(1)包括设置有催化剂床的反应段(13)，所述催化剂床在从所述入口(11)注入的流体的作用下能够呈流化状态；所述流化床反应器还包括具有气液入口(21)和气液出口(22)且能够对进入的气体和液体进行混合并对所产生的气泡进行破碎的气泡发生器(2)，所述气泡发生器(2)的所述气液出口(22)与所述反应器主体(1)的所述入口(11)连接。本发明提供的流化床反应器及反应系统结构简单，操作容易，而且增强了气液反应物料与催化剂之间的混合程度，气液分布均匀，大大提高了相间传质效率。

Description

流化床反应器及反应系统

技术领域

本发明涉及石油化工领域，具体地，涉及一种流化床反应器及反应系统。

背景技术

石油烃类蒸汽裂解是制备丙烯等聚烯烃单体最重要的方法。丙烯生产过程中产生的炔烃和二烯烃是影响丙烯聚合反应的有害杂质，它们会抑制丙烯聚合催化剂的活性，增加催化剂的消耗，降低丙烯聚合物产品的性质，所以必须将其除去。工业上通常采用催化选择加氢法和溶剂吸收法除去裂解气中的炔烃和二烯烃。催化选择加氢法工艺流程简单，丙烯选择性高，副产物少，没有环境污染，是绿色化学工艺的首选方法，应用日益普遍。

CN106608805A公开了一种碳三馏分液相选择加氢的方法，选择加氢反应器包括位于中上部的选择加氢催化剂床层，位于选择加氢反应器中下部的预分离罐，位于选择加氢反应器底部的液相物流出口，位于中下部的气相物流出口和顶部出料口，其中，将从丙烯生产工艺的脱丙烷塔采出的含有丙炔和/或丙二烯的新鲜碳三馏分、循环碳三物流和氢气混合后从所述反应器顶部进料口进入，与所述选择加氢催化剂床层接触后，进入气液预分离罐进行分离。

CN107281981A公开了一种内构件以及含有这种内构件的流化床反应器，通过内构件中挡板将流化床反应器划分为上下串联的至少两个反应空间，挡板中每一个孔道连通与内构件相邻的两个反应空间。当与内构件相邻的第一反应空间中裹挟颗粒的气泡进入构建孔道时，孔道挤压破碎气泡，使气泡破碎后的气体均匀进入与内构件相邻的第二反应空间，并使气泡携带的大部分催化剂颗粒沉降回第一反应空间。

现行的碳三馏分液相选择加氢反应器采用较多的为气、液、固三相滴流床反应器，催化剂床层通常需要采用一段、二段或三段串联或并联排列，这种反应器结构复杂，不易操作。除此之外，由于加氢反应器内是一个气、液、固三相并存的反应体系，反应效率的高低取决于气、液、固三相的相间传质效率，反应器内易出现的气液分布不均匀以及返混现象，会使得气液相间传质效率下降。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术中的加氢反应器结构复杂、不易操作，且易出现气液分布不均匀、气液相间传质效率低等问题。

为了实现上述目的，本发明一方面提供一种流化床反应器，所述流化床反应器包括具有入口和出口的反应器主体，所述反应器主体包括设置有催化剂床的反应段，所述催化剂床在从所述入口注入的流体的作用下能够呈流化状态；

所述流化床反应器还包括具有气液入口和气液出口且能够对进入的气体和液体进行混合并对所产生的气泡进行破碎的气泡发生器，所述气泡发生器的所述气液出口与所述反应器主体的所述入口连接。

优选地，所述催化剂床的催化剂颗粒的粒径为10-25μm。

优选地，所述气泡发生器设置为能够产生的气泡的直径尺寸为10-50μm。

优选地，所述入口设置在所述反应器主体的下端，所述出口设置在所述反应器主体的上端。

优选地，所述反应器主体内设置有位于所述催化剂床下方的气体分布器。

优选地，所述反应器主体为筒状结构，所述筒状结构包括依次设置的具有所述入口的下封头、具有所述催化剂床的所述反应段、直径大于所述反应段的扩展段以及具有所述出口的上封头。

优选地，所述扩展段的直径为所述反应段的直径的1.2-2.5倍，优选为1.3-1.5倍。

优选地，所述筒状结构的直径为0.5-1.0m。

优选地，所述反应段内设置有至少一个沿所述反应器主体的轴向呈螺旋状延伸的扭曲片。

优选地，所述扭曲片的扭曲角度为90°-1080°，优选为120°-360°。

优选地，从所述扭曲片的一端朝向另一端贯穿形成有竖孔。

根据本发明的另一方面，还提供一种反应系统，所述反应系统包括如上所述的流化床反应器，所述流化床反应器设置有一个或者至少两个，至少两个所述流化床反应器并联设置。

本发明提供的流化床反应器及反应系统，结构简单，操作容易，而且本发明提供的流化床反应器及反应系统，通过气泡发生器使得气液反应物料的气泡尺寸较小，并且使得催化剂处于流化状态与气液反应物料一起运动而混合产生反应，增强了气液反应物料与催化剂之间的混合程度，气液分布均匀，可以大大提高相间传质效率。

附图说明

图1为根据本发明的一个实施方式中流化床反应器的结构示意图；

图2为反应器主体内扭曲片的结构示意图；

图3为从图2的A向看的结构示意图；

图4为包括有多个并联的流化床反应器的反应系统的结构示意图。

附图标记说明

1-反应器主体；11-入口；12-出口；13-反应段；14-扩展段；15-下封头；16-上封头；17-扭曲片；18-气体分布器；2-气泡发生器；21-气液入口；22-气液出口；3-液体输入管路；4-液体输入管路；5-反应产物输出管路。

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。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施方式及实施方式中的特征可以相互组合。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。另外，“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内、外。

本发明提供一种流化床反应器，如图1所示，该流化床反应器包括具有入口11和出口12的反应器主体1，所述反应器主体1包括设置有催化剂床的反应段13，所述催化剂床在从所述入口11注入的流体的作用下能够呈流化状态并与流体一起运动；

该流化床反应器还包括具有气液入口21和气液出口22且能够对进入的气体和液体进行混合并对所产生的气泡进行破碎的气泡发生器2，所述气泡发生器2的所述气液出口22与所述反应器主体1的所述入口11连接。

在应用于碳三馏分的加氢反应时，液体(碳三馏分液相)和气体(氢气)进入到气泡发生器2内，在气泡发生器2内混合并产生大量的微小气泡，然后，气液反应物料从气泡发生器2进入到反应器主体1的入口21内，进入到反应器主体1内的气液反应物料可使得催化剂床的催化剂处于流化状态，气液反应物料与处于流化状态的催化剂一起运动，同时发生加氢反应，然后反应产物从反应器主体1的出口12排出。在此需说明的，该流化床反应器是以碳三馏分加氢反应为例进行的说明，应该理解的是，该流化床反应器并不限于碳三馏分加氢反应，也适合用于其它合适物料的反应。

本发明提供的技术方案，通过气泡发生器2使得气液反应物料的气泡尺寸较小，并且使得催化剂处于流化状态与气液反应物料一起运动而混合产生反应，增强了气液反应物料与催化剂之间的混合程度，气液分布均匀，大大提高了相间传质效率。

优选地，所述催化剂床层的催化剂颗粒的粒径为10-25μm，利于催化剂在气液反应物料的作用下呈流化状态。

优选地，所述气泡发生器2设置为能够产生的气泡的直径尺寸为10-50μm。

下面根据具体实施方式进一步描述该流化床反应器的优选具体结构。

在本具体的实施方式中，如图1所示，所述反应器主体1为筒状结构，所述筒状结构包括依次设置的具有所述入口11的下封头15、具有催化剂床的反应段13、直径大于反应段13的扩展段14以及具有所述出口12的上封头16。

本实施方式中将入口11设置在反应器主体1的下端，出口12设置在反应器主体1的上端，这样从下方的入口11进入的气液反应物料可以向上推动催化剂颗粒运动，使得催化剂颗粒呈现流化状态，从而增强了气液反应物料与催化剂颗粒之间的接触，利于提高加氢反应效率。

当然，可以理解的是，入口11和出口12并不限于本实施方式中的设置方式，例如也可以将入口11设置在上端，而出口12设置在下端。

为使得气液分布更加均匀，在所述反应器主体1内设置有位于所述催化剂床下方的气体分布器18。气液反应物料进入到反应器主体1内后，经过气体分布器18后横向均匀分布，更利于与催化剂的充分接触。

另外，本实施方式中，所述反应段13内设置有至少一个沿所述反应器主体1的轴向呈螺旋状延伸的扭曲片17，扭曲片17的具体结构如图2所示。设置扭曲片17可以有利于强化反应段13内反应物料与催化剂颗粒之间的混合程度，促进传质过程的进行。

其中，在设置多个扭曲片17的情况下，优选地，可以在反应器主体1的轴向方向上间隔布置一层或者多层扭曲片17，每层扭曲片包括在径向方向上沿周向间隔布置的至少两个。如图1所示，六个扭曲片17在轴向上分三层布置，每层设置沿周向间隔布置的两个扭曲片。当然，并不限于该布置方式，其他的布置方式也可。

优选地，每个所述扭曲片17的扭曲角度为90°-1080°，更优选地，该扭曲角度为120°-360°。

另外，优选地，从所述扭曲片17的一端朝向另一端贯穿形成有竖孔171。该竖孔171从扭曲片的一端贯穿至另一端，因此，从扭曲片17的一端(如图2中的A向)看，该竖孔171呈圆孔状，如图3所示。设置竖孔171可以利于催化剂穿过扭曲片17运动，更利于催化剂的流化。

本实施方式中，反应器主体1内扩展段14的直径为反应段13的直径的1.2-2.5倍，更优选地为1.3-1.5倍。

催化剂颗粒在气液反应物料的带动下呈流化状态，跟随反应物料一起沿轴向上运动，跟随反应物料一起向上运动的催化剂颗粒进入到扩展段14内会发生沉降，重新返回到反应段13的区域，这样可以有效减少从出口12离开反应器的催化剂量，提高了催化剂的利用率。

本实施方式中，该反应器主体1的筒状结构的直径为0.5-1.0m(指反应段13和扩展段14的直径均处于该范围内)。该反应器主体1的结构的尺寸较小，可以有效抑制反应器内催化剂及流通返混现象的出现，使得反应器内流通的流动更加规则。除此之外，还有利于抑制气泡聚并现象的发生，增大气液相间接触面积，提高反应效率。

根据本发明的另一方面，还提供一种反应系统，该反应系统可以包括如上所述的流化床反应器，所述流化床反应器设置有多个或者并联设置的至少两个。可以根据具体的生产需求设置两个或多个流化床反应器并联操作，以满足产能。

具体的，如图4所示，多个流化床反应器并联设置，其中的多个气泡发生器2的气液进口21均连接至共同的主管路，主管路连接有液体输入管路3和气体输入管路4，多个反应器主体1的出口12均连通至共同的反应产物输出管路5上。

以上结合附图详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于此。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，包括各个具体技术特征以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。但这些简单变型和组合同样应当视为本发明所公开的内容，均属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种流化床反应器，其特征在于，所述流化床反应器包括具有入口（11）和出口（12）的反应器主体（1），所述反应器主体（1）包括设置有催化剂床的反应段（13），所述催化剂床在从所述入口（11）注入的流体的作用下能够呈流化状态，所述催化剂床的催化剂颗粒的粒径为10-25μm；

所述流化床反应器还包括具有气液入口（21）和气液出口（22）且能够对进入的气体和液体进行混合并对所产生的气泡进行破碎的气泡发生器（2），所述气泡发生器（2）的所述气液出口（22）与所述反应器主体（1）的所述入口（11）连接；

所述反应段（13）内设置有至少一个沿所述反应器主体（1）的轴向呈螺旋状延伸的扭曲片（17）；从所述扭曲片（17）的一端朝向另一端贯穿形成有竖孔（171）；

所述扭曲片（17）的扭曲角度为90°-1080°。

2.根据权利要求1所述的流化床反应器，其特征在于，所述气泡发生器（2）设置为能够产生的气泡的直径尺寸为10-50μm。

3.根据权利要求1所述的流化床反应器，其特征在于，所述入口（11）设置在所述反应器主体（1）的下端，所述出口（12）设置在所述反应器主体（1）的上端。

4.根据权利要求3所述的流化床反应器，其特征在于，所述反应器主体（1）内设置有位于所述催化剂床下方的气体分布器（18）。

5.根据权利要求3所述的流化床反应器，其特征在于，所述反应器主体（1）为筒状结构，所述筒状结构包括依次设置的具有所述入口（11）的下封头（15）、具有所述催化剂床的所述反应段（13）、直径大于所述反应段（13）的扩展段（14）以及具有所述出口（12）的上封头（16）。

6.根据权利要求5所述的流化床反应器，其特征在于，所述扩展段（14）的直径为所述反应段（13）的直径的1.2-2.5倍。

7.根据权利要求6所述的流化床反应器，其特征在于，所述扩展段（14）的直径为所述反应段（13）的直径的1.3-1.5倍。

8.根据权利要求5所述的流化床反应器，其特征在于，所述筒状结构的直径为0.5-1.0m。

9.根据权利要求1所述的流化床反应器，其特征在于，所述扭曲片（17）的扭曲角度为120°-360°。

10.一种反应系统，其特征在于，所述反应系统包括根据权利要求1-9中任意一项所述的流化床反应器，所述流化床反应器设置有一个或者并联设置的至少两个。

Images