CN207929184U

CN207929184U - 一种沸腾床反应器

Info

Publication number: CN207929184U
Application number: CN201820188712.4U
Authority: CN
Inventors: 王小英
Original assignee: Shanghai Yingbao Energy Chemical Technology Co Ltd
Current assignee: Shanghai Jun Ming Chemical Engineering Design Co. Ltd.; Lanzhou LS Heavy Equipment Co Ltd
Priority date: 2018-02-02
Filing date: 2018-02-02
Publication date: 2018-10-02
Anticipated expiration: 2028-02-02

Abstract

本实用新型所述的一种沸腾床反应器，包括竖直的反应器壳体，反应器壳体内上部设置三相分离器，三相分离器包括内径不同的两个同心圆筒，即内筒和外筒，内筒上端密封盖板通过抽吸管路与反应器顶部气体出口连通，抽吸管路的管壁设置通孔，内筒上部侧壁设置液相物料出口至反应器壳体外。本实用新型在现有技术的基础上，进一步充分利用沸腾床反应器上部空间，初步实现物料分离功能，同时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。

Description

一种沸腾床反应器

技术领域

本实用新型属于沸腾床加氢技术领域，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。

现有沸腾床反应器的物料排出方式一般包括两种，一种是气液混合物从反应器顶部混合排出；一种是气相从反应器顶部排出，液相从上部低于顶部的液相排出口排出。第一种方式较为简单，但物料排出后需要使用高压分离设备进一步气液分离，第二种方式实际上是将反应器上部空间作为气液分离设备使用，但仅是简单的气液相分离，没有物料进一步分离功能。

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，此沸腾床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，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，使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。另一类是在沸腾床反应器内设置三相分离器，在沸腾床反应器内上部进行气-液-固分离，如CN02109404.7介绍的沸腾床反应器，按该方案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提高有限；CN200710012680.9对上述技术进行了进一步改进，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，难以达到理想的效果。

因此，如何提高沸腾床反应器的利用效率，提高反应效果，是本领域急需解决的技术问题。

实用新型内容

根据以上现有技术中的不足，本实用新型提供一种沸腾床反应器，进一步提高反应器的利用率(即提高反应器内催化剂藏量)，提升加氢反应效果，并充分利用沸腾床反应器上部空间，初步实现物料分离。

本实用新型所述的一种沸腾床反应器，包括竖直的反应器壳体，反应器壳体顶部设有气体出口和催化剂入口，底部设有物料入口和催化剂排出口，反应器壳体内下部设置分配盘，反应器壳体内上部设置三相分离器，三相分离器与反应器壳体顶部留有间隙，形成气相空间，间隙距离为反应器壳体的0～20％，优选为5％～10％；所述的三相分离器包括内径不同的两个同心圆筒：内筒和外筒，所述的外筒的上下两端全部开口，所述的内筒上端设有密封盖板，内筒下端开口，外筒的上端开口低于密封盖板，外筒的下端开口低于内筒的下端开口；外筒上部为直筒段，下部为一锥台形收缩段，锥台形收缩段的下端开口即外筒的下端开口；内筒的下端开口与外筒的下端开口之间设置间隙，以便于物料通过；所述的密封盖板通过抽吸管路与反应器壳体顶部的气体出口连通，抽吸管路的管壁设置若干通孔，内筒侧壁上部设置液体出口至反应器壳体外。

所述的抽吸管路的内径不大于反应器壳体顶部气体出口直径的150％，不小于反应器壳体顶部气体出口直径的50％；抽吸管路管壁通孔的总面积不大于抽吸管路的流通横截面积的150％，不小于抽吸管路流通横截面积的50％。

所述的反应器壳体外设有循环泵，液体出口与循环泵连通，循环泵又与物料入口连通，将排出的液体物料循环至物料入口然后进入反应器壳体内。

所述的内筒内部的底部设置旋流导板，将进入内筒的液体产生旋流作用，防止液体被气体带出。

所述的外筒上部直筒段的直径为反应器壳体内径的50％～90％；直筒段的高度为0.4～3m；内筒与外筒之间的环隙距离为外筒相应位置半径的30％～70％；内筒上端与外筒上端的高度差为外筒半径的10％～50％；内筒的下端开口与外筒收缩段之间的间隙为外筒直筒段半径的5％～40％；外筒收缩段下端开口直径为外筒直筒段直径的10％～50％；外筒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°。

所述的外筒上部直筒段的直径为反应器壳体内径的75％～85％；直筒段的高度为0.5～1m；内筒与外筒之间的环隙距离为外筒相应位置半径的40％～60％；内筒上端与外筒上端的高度差为外筒半径的20％～40％；内筒的下端开口与外筒收缩段之间的间隙为外筒直筒段半径的10％～30％；外筒收缩段下端开口直径为外筒直筒段直径的15％～35％；外筒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30°～60°。

所述的外筒收缩段下部设置直筒段，即外筒从上至下依次为直筒段-收缩段-直筒段结构。

所述的外筒下端开口的下方设置导流体，导流体呈上下两端小、中间大的纺锤形，防止反应器壳体内的流体从外筒下端开口进入三相分离器，导流体轴向横截面最大处直径为外筒下端开口直径的1～3倍，导流体与三相分离器外筒下端口之间设置适宜间隙。

本实用新型可以根据需要设置温度检测系统、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、催化剂在线加排系统等。

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。

本实用新型通过三相分离器、抽吸管路等结构，气相物料在反应器壳体顶部的气相空间进入抽吸管路时，流通截面积大大缩小，流速明显增加，使得三相分离器内筒的压力降低，促进内筒内液相的轻重组份分离，更多地将轻组分从气相中排出反应器，而重组分从液相出口排出后循环回反应器进行循环反应，强化了反应，提高了重组分的转化深度。配合旋流导板具有更突出的效果，旋流作用使得内筒中心区域的压力进一步降低，更有利于轻组分的分离。抽吸管路也会夹带一部分液相物料排出反应器，这不影响本实用新型目的实现，并且可以优化反应器内反应环境，此时可以采用液相排出物料全部循环的操作方式，避免了全部循环产生的反应器内反应环境恶化的积累效应。

另外，经过大量深入研究表明，影响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。反应器壳体内气、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更为聚集，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。为解决该问题，一般是在三相分离器下部设置催化剂的稀相区，以克服催化剂沉降回流的阻力，但该措施的结果是反应器利用率降低，反应效果受到影响。在本实用新型之前，本领域技术人员并没有认识到影响沸腾床反应器中三相分离器分离效果影响因素的全部内容，进而没有提出适宜的解决方案。

本实用新型在上述研究的基础上，针对地球自转对大型沸腾床反应器内物料流态的影响，重新设计了新型的沸腾床三相分离器，解决了现有技术的问题，获得了如下技术效果：

1、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、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、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问题。现有技术中，未考虑地球自转的旋流影响，催化剂在一定程度上分布不均，而现有三相分离器将分离下来的催化剂沉降至反应器内壁区域，加剧了这种分布不均，在影响三相分离器分离效果的同时，也影响反应效果。本实用新型方法解决了该不足。

4、气相物料在反应器壳体顶部的气相空间进入抽吸管路时，流通截面积大大缩小，流速明显增加，使得三相分离器内筒的压力降低，促进内筒内液相的轻重组份分离，更多地将轻组分从气相中排出反应器，而重组分从液相出口排出后循环回反应器进行循环反应，强化了反应，提高了重组分的转化深度。配合旋流导板具有更突出的效果，旋流作用使得内筒中心区域的压力进一步降低，更有利于轻组分的分离。

附图说明

图1是本实用新型的结构示意图。

其中：1、物料入口；2、分配盘；3、反应器壳体；4、导流体；5、外筒；6、内筒；7、密封盖板；8、催化剂入口；9、气体出口；10、液体出口；11、催化剂排出口；12、前级进料系统；13、旋流导板；14、循环泵；15、抽吸管路。

具体实施方式

下面结合实施例对本实用新型做进一步说明，但不构成对本实用新型的限制。

实施例1

反应器壳体3的内径200mm，反应器壳体3的高度3500mm，三相分离器高度400mm，三相分离器的外筒5上部直筒段的直径300mm，内筒6与外筒5之间的环隙距离为80mm，内筒6上端与外筒5上端的高度差为60mm，内筒6的下端开口与外筒5的收缩段之间的间隙为60mm，内筒6上端加密封盖板7，并设置抽吸管路15与反应器顶部气相出口连通，抽吸管路15直径为与反应器气相外排管路同直径(50mm)，抽吸管路15管壁通孔的总面积等于抽吸管路15横截面积。外筒5的收缩段下端开口直径为90mm，外筒5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4纺锤形轴向横截面最大处直径为150mm。进行冷模试验，以煤油作为液体，进油量为60～120L/hr；气相选用氮气，进气量为3～4Nm³/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％。结果见表1。

表1冷模试验结果

从冷模试验可以看出，本实用新型所述的一种沸腾床反应器具有良好的固体分离效果，适用的操作区间较广。

实施例2

实施例2结构如图1所示，与实施例1相比，在三相分离器内下部设置旋流导板13，液相采用煤焦油馏分油(馏程170～320℃)，在0.2MPa(表压)和200℃条件下进行试验，进油量80L/hr，进气量3Nm³/hr，催化剂藏量65V％，其它与实施例1相同，结果见表2。

比较例

与实施例2相比，内筒6上端开口，不设置抽吸管路15，不设置旋流导板13，其它与实施例2相同，结果见表1。

表1试验结果对比

从试验数据可以看出，本实用新型方法可以从气相中抽出更多的液相产物，并且抽出的液相产物的轻组分更多。

Claims

1.一种沸腾床反应器，包括竖直的反应器壳体(3)，反应器壳体(3)顶部设有气体出口(9)和催化剂入口(8)，底部设有物料入口(1)和催化剂排出口(11)，物料入口(1)与前级进料系统(12)相连，反应器壳体(3)内下部设置分配盘(2)，反应器壳体(3)内上部设置三相分离器，其特征在于：三相分离器与反应器壳体(3)顶部留有间隙，形成气相空间，间隙距离为反应器壳体(3)的0～20％；所述的三相分离器包括内径不同的两个同心圆筒：内筒(6)和外筒(5)，所述的外筒(5)的上下两端全部开口，所述的内筒(6)上端设有密封盖板(7)，内筒(6)下端开口，外筒(5)的上端开口低于密封盖板(7)，外筒(5)的下端开口低于内筒(6)的下端开口；外筒(5)上部为直筒段，下部为一锥台形收缩段，锥台形收缩段的下端开口即外筒(5)的下端开口；内筒(6)的下端开口与外筒(5)的下端开口之间设置间隙；所述的密封盖板(7)通过抽吸管路(15)与反应器壳体(3)顶部的气体出口(9)连通，抽吸管路(15)的管壁设置若干通孔，内筒(6)侧壁上部设置液体出口(10)至反应器壳体(3)外。

2.根据权利要求1所述的一种沸腾床反应器，其特征在于：所述的抽吸管路(15)的内径不大于反应器壳体(3)顶部气体出口(9)直径的150％，不小于反应器壳体(3)顶部气体出口(9)直径的50％；抽吸管路(15)管壁通孔的总面积不大于抽吸管路(15)的流通横截面积的150％，不小于抽吸管路(15)流通横截面积的50％。

3.根据权利要求1所述的一种沸腾床反应器，其特征在于：所述的反应器壳体(3)外设有循环泵(14)，液体出口(10)与循环泵(14)连通，循环泵(14)又与物料入口(1)连通。

4.根据权利要求1所述的一种沸腾床反应器，其特征在于：所述的内筒(6)内部的底部设置旋流导板(13)。

5.根据权利要求1所述的一种沸腾床反应器，其特征在于：外筒(5)上部直筒段的直径为反应器壳体(3)内径的50％～90％；直筒段的高度为0.4～3m；内筒(6)与外筒(5)之间的环隙距离为外筒(5)相应位置半径的30％～70％；内筒(6)上端与外筒(5)上端的高度差为外筒(5)半径的10％～50％；内筒(6)的下端开口与外筒(5)收缩段之间的间隙为外筒(5)直筒段半径的5％～40％；外筒(5)收缩段下端开口直径为外筒(5)直筒段直径的10％～50％；外筒(5)下部锥台形收缩段的收缩角为20°～80°。

6.根据权利要求1所述的一种沸腾床反应器，其特征在于：外筒(5)上部直筒段的直径为反应器壳体(3)内径的75％～85％；直筒段的高度为0.5～1m；内筒(6)与外筒(5)之间的环隙距离为外筒(5)相应位置半径的40％～60％；内筒(6)上端与外筒(5)上端的高度差为外筒(5)半径的20％～40％；内筒(6)的下端开口与外筒(5)收缩段之间的间隙为外筒(5)直筒段半径的10％～30％；外筒(5)收缩段下端开口直径为外筒(5)直筒段直径的15％～35％；外筒(5)下部锥台形收缩段的收缩角为30°～60°。

7.根据权利要求1所述的一种沸腾床反应器，其特征在于：外筒(5)收缩段下部设置直筒段。

8.根据权利要求1所述的一种沸腾床反应器，其特征在于：外筒(5)下端开口的下方设置导流体(4)，导流体(4)呈上下两端小、中间大的纺锤形，导流体(4)轴向横截面最大处直径为外筒(5)下端开口直径的1～3倍。