CN201529519U

CN201529519U - 一种沸腾床反应器

Info

Publication number: CN201529519U
Application number: CN2009202197979U
Authority: CN
Inventors: 刘建锟; 杨涛; 贾永忠; 胡长禄; 韩庆和
Original assignee: China Petroleum and Chemical Corp; Sinopec Fushun Research Institute of Petroleum and Petrochemicals
Current assignee: China Petroleum and Chemical Corp; Sinopec Fushun Research Institute of Petroleum and Petrochemicals
Priority date: 2009-10-21
Filing date: 2009-10-21
Publication date: 2010-07-21
Anticipated expiration: 2019-10-21

Abstract

本实用新型公开了一种沸腾床反应器，包括反应器壳体、相分离器和循环管路；所述的反应器壳体由上往下依次包括扩大段、过渡段和直筒段；所述相分离器位于扩大段内，相分离器包括外筒和内筒，所述的内筒和外筒上下两端开口，分别由上端的直筒段和连接的锥形扩散段构成，外筒的上端开口和下端开口位置分别高于内筒的上端开口和下端开口，内筒的下端开口直径小于外筒的下端开口直径。本实用新型反应器结构简单、反应器空间利用率高，工艺操作平稳、灵活性高，可以用于各种重油的沸腾床加氢处理过程。

Description

一种沸腾床反应器

技术领域

本实用新型涉及一种沸腾床反应器，具体地说是用于不同种类液体和气体物质并流向上与固体颗粒接触情况下进行化学反应的一种三相沸腾床加氢反应器。

背景技术

沸腾床反应器是气、液、固三相流化床，可以处理高金属、高沥青质含量的重、劣质原料油，具有压力降小、温度分布均匀、可保持整个运转周期内催化剂活性恒定、可在运转中加入新鲜催化剂和取出废催化剂等特点。

US Re 25,770中描述了典型的沸腾床工艺，但该工艺方法在实际应用中存在以下不足：反应器内催化剂藏量较少，反应器空间利用率低；循环油泵维护保养费用较高，而且一旦循环油泵工作失常及损坏，就会造成催化剂下沉聚集，结果迫使装置被迫停工；反应器内液体产品在非催化加氢条件下停留时间过长，在高温下很容易进行二次热裂解反应结焦而降低产品质量。

中国专利CN02109404.7介绍了一种新型的沸腾床反应器，和典型的沸腾床反应器相比，具有结构简单、操作容易和反应器利用率高等特点。但由于使用粒径为0.1～0.2mm的微球催化剂，催化剂容易随反应油气带出反应器。要保证此种沸腾床反应器的正常稳定操作，关键是要求合理设计反应器的内部结构，使之与上部的高效的三相分离器相配合，将反应油气携带的催化剂分离出来，避免催化剂从反应器中带出造成损失和对下游装置造成影响。该专利介绍的三相分离器的下料口和反应器出口位置操作弹性小，被三相分离器分离下来的催化剂会黏附在催化剂下料口并且下料口处容易有串气现象发生，影响三相分离器的分离效果，并且带出的催化剂容易堵塞下游装置，不利于装置的长周期运转。但是这属于传统的密相流化床，且有着明显的缺点，相间返混程度较大，传热、传质推动力下降，造成转化率很难提高。特别是在轻油收率要求高，势必转化率也相应的提高，而相间返混程度较大，转化率偏低。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本实用新型提供一种可长期稳定操作的新型沸腾床反应器。该反应器结构简单，操作容易，操作弹性大，能够满足长周期稳定运转的需要。

本实用新型沸腾床反应器的具体结构为：

一种沸腾床反应器，包括反应器壳体、相分离器和循环管路；所述的反应器壳体由上往下依次包括扩大段和直筒段；所述相分离器位于扩大段和过渡段内，相分离器包括外筒和内筒，所述的内筒和外筒上下两端开口，分别由上端的直筒段和连接的锥形扩散段构成，外筒的上端开口和下端开口位置分别高于内筒的上端开口和下端开口，内筒的下端开口直径小于外筒的下端开口直径；所述的循环管路上端开口位于反应器的液体产品出口下方，下端开口位于分布器上方。

在反应器底部设有原料入口和气液分布器。在反应器扩大段顶部设有气体出口，扩大段上部壳壁设有液体排出口，分别用于将相分离出的气体和液体导出。反应器主体段外部设有供循环物料经过的管线、控制阀等。

所述相分离器的内筒(本申请中凡提及内筒均指由内筒直筒段及扩散段构成的整体，提及外筒亦如此)构成相分离器的中心管，内筒与外筒之间的环状空间组成三相分离器的折流区，外筒与反应器内壁之间的环状空间为该相分离器的澄清液体产品收集区；所述内筒的下端开口为物流导入口，内筒的扩散段开口与反应器扩大段内壁构成的圆环状开口为该相分离器的催化剂下料口，分离出的固体微粒催化剂在此处沿着反应器壳壁重新返回到催化剂床层中。

所述的相分离器各组成部件的具体尺寸比例及相对位置，均可以由本领域设计人员根据所使用的催化剂尺寸、反应器处理量、反应条件及分离效果等具体要求通过计算或者简单的试验予以确定。

所述反应器壳体由上往下依次包括扩大段、过渡段和直筒段。扩大段的直径为直筒段直径的1.2～2倍，扩大段的直径与高之比为0.3～2.0∶1。过渡段与直筒段交点处的切线与反应器轴线形成的夹角(夹角起始于轴线，终止于交点处的切线)称为扩大角，该扩大角为锐角，最好为45～60度。

所述的循环管路上端开口位于反应器的液体产品出口下方，下端开口位于分布器上方。所述循环管路上设置有控制阀与缓冲区。相分离后的液体产物一部分由产品排出管路进入下游进行处理，还有一部分液体沿着循环管路返回到反应器中，并在在反应器底部流入的反应物流的携带下，一起带动催化剂产生沸腾状态。在液体出口处所述循环管路与反应器扩大段的夹角度为10～90度，所述循环管路下段在返回反应器主体段处循环物料经过的管线与反应器主体段的角度为10～90度。为减少物料对管线材质的磨蚀，在两支循环物料经过的管线连接处为弧形连接。

所述的扩大段为设置于反应器上端的环形扩大结构。所述扩大段的直径(指内径)为直筒段直径(指内径)的1.2～2倍，最好为1.4～1.6倍。扩大段的直径与高之比为0.3～2。过渡段与直筒段交点处的切线与反应器轴线形成的夹角(夹角起始于轴线，终止于交点处的切线)称为扩大角，该扩大角为锐角，最好为45～60度。直筒段的径高比范围在0.01～0.1之间。

所述的气体排出口一般位于反应器顶部中心处。所述的液体排出口一般设置在反应器扩大段壳壁的上部，其位置应介于相分离器外筒的上端开口与下端开口之间。

所述相分离器的上部通常应设置一定的缓冲空间，相分离后的气体产物于此富集并从气体排出口排出反应器。

本实用新型的沸腾床反应器通常还包括至少一个从所述反应器排出催化剂的部件，和至少一个往所述反应器补充新鲜催化剂的部件。所述补充新鲜催化剂的部件通常设置于所述反应器的顶部，而排出催化剂的部件通常位于所述反应器底部附近。例如在反应器壳体顶部设置催化剂添加管，而在底部设置催化剂排出管。反应器上部的催化剂加入管，其投影位置介于三相分离器的外筒与内筒之间，这样加入的新鲜催化剂可以随着此处的物流向下进入催化剂床层。所述的催化剂置换系统及使用方法，可以是任何适用的设备或方法，例如可参照美国专利US3398085或US4398852所述的方法进行。

为了使反应原料在反应器中与催化剂均匀接触，在所述反应器的底部还设置分布器，分布器可以选用任何可以使气体或液体物流均匀分布的结构，例如可采用泡帽结构。

在本实用新型沸腾床反应器中，循环物料的位置，也可以根据颗粒的自然沉降，实现液固的进一步分离。这样带出的少量催化剂颗粒可以随着循环物料返回至反应器主体区域。可以避免因带出的催化剂的无法处理。

本实用新型的沸腾床反应器，因为循环管路的存在，物料的循环增加了催化剂流化的动力，可以更好地促进催化剂的流化和沸腾。通常，经过循环管路的循环物料的量与新鲜进料量之比为0.03～0.15，具体视原料和产品要求而定。

本实用新型的沸腾床反应器中，催化剂的体积用量为反应器体积的10％～70％，优选30％～50％，具体根据原料性质确定。

与现有技术相比，本实用新型沸腾床反应器采用三相循环流化床结构，具有传质能力强、相含率和固体颗粒循环量可以分别控制、产品转化率可以调整、控制相间返混程度等优点。本实用型反应器结构简单、反应器空间利用率高，工艺操作平稳、灵活性高，可以用于各种重油的沸腾床加氢处理过程。

附图说明

图1是本实用新型的沸腾床反应器示意图。

其中：1-原料入口，2-气液分布器，3-反应器直筒段，4-反应器扩大段，5-内筒，6-外筒，7-催化剂床层，8-扩大区域，9-催化剂加入管，10-气体排出口，11-相分离器，12-液体出口，13-下料口，14-催化剂排放管，15-控制阀，16-循环物料缓冲区，17-过渡段，18-循环管路。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例进一步对本实用新型进行描述。

结合图1，本实用新型沸腾床反应器的具体结构为：沸腾床反应器包括反应器壳体、相分离器11和循环管路18。所述反应器壳体由上端的扩大段4、过渡段17和直筒段3构成，扩大段4的直径为直筒段3直径的1.2～2倍，优选1.4～1.6倍。所述相分离器11位于扩大段4内，通过支耳焊接固定于壳壁上，相分离器11由外筒6和内筒5构成，外筒6和内筒5分别由直筒段和锥形扩散段构成，所述外筒6的上端开口和下端开口高于内筒5的上端开口和下端开口，外筒6下端开口直径大于内筒5下端开口直径。所述的循环管路18上设置有两个控制阀15和一个缓冲区16。

本实用新型沸腾床反应器的工作原理为：液体原料与气体混合物从反应器底部原料入口1经气液分布板2进入反应器内，进入含催化剂颗粒的催化剂床层7，反应器内催化剂装量至少为反应器容积的20％，通常为40％～70％，最好为50％～60％。液体和气体线速度应足以使反应器内催化剂颗粒进行随机运动并使催化剂床层保持一定膨胀率，其膨胀后体积通常比其静态体积大20％-70％。在反应区内气体及液体原料完成所需化学反应。反应后油气夹带部分催化剂颗粒进入设在反应器内上部相分离器11，进行气液固三相分离。分离过程具体说明如下：物流首先经过分离器中心管下部圆锥型开口进入三相分离器内筒5构成的中心管，当该物流上升到达中心管顶部开口时，气泡因其浮力作用在从液体中逸出并聚集于反应器上部，由气体排出口10排出反应器，液固相进入分离器外筒6与扩大段4之间的环状空间，折流向下的液体一小部分进入扩大段4与外筒6之间的环状空间，构成向上的产品液速，由于该液速远低于使固体颗粒沸腾的临界速度，故折流向下的固体颗粒不至于进入清液层中。大量的循环液继续向下，将迫使催化剂经相分离器11下料口间隙返回反应区；又因循环液在下料口截面产生了很大的向下液速，故其下部贴近反应器边壁的气泡无法上串，保证了清液层没有气泡搅动，使液体产品由液体出口12导出反应器，得到充分分离。

相分离后的液体产物一部分由液体出口12进入下游进行处理，还有一部分液体沿着循环管路18先进入所述循环管路上的缓冲区16，在这里可以形成液体的缓冲稳定区域，避免液体过快或过慢对反应系统的影响和波动。然后液体沿着循环管路18返回到反应器中，并在反应器底部流入的反应物流的携带下，一起带动催化剂产生沸腾状态。在液体出口处所述循环管路与反应器扩大段的夹角度为10～90度，所述循环管路下段在返回反应器主体段处循环物料经过的管线与反应器主体段的角度为10～90度。为减少物料对管线材质的磨蚀，在两支循环物料经过的管线连接处为弧形连接。

如果需要置换反应器内的催化剂，可由反应器上部所设催化剂添加管9加入催化剂，由底部所设催化剂排出管14卸出催化剂。

Claims

1.一种沸腾床反应器，包括反应器壳体、相分离器和循环管路；所述的反应器壳体由上往下依次包括扩大段和直筒段；所述相分离器位于扩大段和过渡段内，相分离器包括外筒和内筒，所述的内筒和外筒上下两端开口，分别由上端的直筒段和连接的锥形扩散段构成，外筒的上端开口和下端开口位置分别高于内筒的上端开口和下端开口，内筒的下端开口直径小于外筒的下端开口直径；所述的循环管路位于反应器外部。

2.按照权利要求1所述的反应器，其特征在于，所述的循环管路上端开口位于反应器的液体产品出口下方，下端开口位于分布器上方。

3.按照权利要求1所述的反应器，其特征在于，所述扩大段的扩大角为锐角。

4.按照权利要求1所述的反应器，其特征在于，所述扩大段的直径为直筒段直径的1.2～2倍。

5.按照权利要求1所述的反应器，其特征在于，所述扩大段的扩大角为45～60度。

6.按照权利要求1所述的反应器，其特征在于，所述扩大段的直径为直筒段直径的1.4～1.6倍。

7.按照权利要求1所述的反应器，其特征在于，在液体出口处所述循环管路与反应器扩大段的夹角度为10～90度，所述循环管路下段在返回反应器主体段处循环物料经过的管线与反应器主体段的角度为10～90度。

8.按照权利要求1所述的反应器，其特征在于，所述的循环管路上设置有控制阀与缓冲区。

9.按照权利要求1所述的反应器，其特征在于，经过循环管路的循环物料的量与新鲜进料量之比为0.03～0.15。

10.按照权利要求1所述的反应器，其特征在于，在反应器底部设有原料入口和气液分布器，在反应器扩大段顶部设有气体出口，扩大段上部壳壁设有液体排出口。