專利名稱：三相沸騰床反應(yīng)器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種新型三相沸騰床反應(yīng)器，具體地說是用于不同種類液體和氣體物質(zhì)并流向上與固體顆粒接觸情況下進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)的一種改進(jìn)的三相沸騰床加氫反應(yīng)器。
背景技術(shù)：
沸騰床反應(yīng)器是氣、液、固三相流化床，可以處理高金屬、高浙青質(zhì)含量的重、劣質(zhì)原料油，具有壓力降小、溫度分布均勻、可保持整個(gè)運(yùn)轉(zhuǎn)周期內(nèi)催化劑活性恒定、可在運(yùn)轉(zhuǎn)中加入新鮮催化劑和取出廢催化劑等特點(diǎn)。US Re 25，770中描述了典型的沸騰床工藝，但該工藝方法在實(shí)際應(yīng)用中存在以下不足反應(yīng)器內(nèi)催化劑藏量較少，反應(yīng)器空間利用率低；循環(huán)油泵維護(hù)保養(yǎng)費(fèi)用較高，而且一旦循環(huán)油泵工作失常及損壞，就會(huì)造成催化劑下沉聚集，結(jié)果迫使裝置被迫停工；反應(yīng)器內(nèi)液體產(chǎn)品在非催化加氫條件下停留時(shí)間過長(zhǎng)，在高溫下很容易進(jìn)行二次熱裂解反應(yīng)結(jié)焦而降低產(chǎn)品質(zhì)量。中國專利CN02109404. 7介紹了一種新型的沸騰床反應(yīng)器，和典型的沸騰床反應(yīng)器相比，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作容易和反應(yīng)器利用率高等特點(diǎn)。但由于使用粒徑為0. 1 0. 2mm的微球催化劑，催化劑容易隨反應(yīng)油氣帶出反應(yīng)器。要保證此種沸騰床反應(yīng)器的正常穩(wěn)定操作，關(guān)鍵是要求合理設(shè)計(jì)反應(yīng)器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，使之與上部的高效的三相分離器相配合，將反應(yīng)油氣攜帶的催化劑分離出來，避免催化劑從反應(yīng)器中帶出造成損失和對(duì)下游裝置造成影響。該專利介紹的三相分離器的下料口和反應(yīng)器出口位置操作彈性小，被三相分離器分離下來的催化劑會(huì)黏附在催化劑下料口并且下料口處容易有串氣現(xiàn)象發(fā)生，影響三相分離器的分離效果，并且?guī)С龅拇呋瘎┤菀锥氯掠窝b置，不利于裝置的長(zhǎng)周期運(yùn)轉(zhuǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種可長(zhǎng)期穩(wěn)定操作的沸騰床反應(yīng)器。該反應(yīng)器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作容易，操作彈性大，能夠滿足長(zhǎng)周期穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)的需要。本發(fā)明提供的三相沸騰床反應(yīng)器，包括反應(yīng)器殼體和三相分離器，所述三相分離器位于反應(yīng)器殼體內(nèi)的上部，包括內(nèi)徑不同的兩個(gè)同心圓筒內(nèi)筒和外筒，內(nèi)筒和外筒的上下兩端全部開口，分別包括直筒段和擴(kuò)散段，其特征在于，所述三相分離器的內(nèi)筒直筒段的直徑為反應(yīng)器殼體直徑的0. 6 0. 9倍。本發(fā)明沸騰床反應(yīng)器的具體結(jié)構(gòu)包括在反應(yīng)器底部設(shè)有原料入口和氣液分布器，在反應(yīng)器頂部設(shè)有氣體出口，頂部殼壁設(shè)有液體排出口，分別用于將相分離后的氣體和液體導(dǎo)出。氣體可以和液體一起進(jìn)入高溫高壓分離器，也可以單獨(dú)進(jìn)入低溫高壓分離器。所述的三相分離器包括內(nèi)徑不同的兩個(gè)同心圓筒內(nèi)筒和外筒。所述內(nèi)筒和外筒的上下兩端全部開口，內(nèi)筒和外筒的上段均為直筒段，與之相連的下段為圓臺(tái)擴(kuò)散段，外筒的上端開口和下端開口分別高于內(nèi)筒的上端開口和下端開口。內(nèi)筒的下端開口直徑(即擴(kuò)散段的開口直徑)小于反應(yīng)器的內(nèi)徑；外筒的下端開口直徑(即擴(kuò)散段的開口直徑)也應(yīng)小于反應(yīng)器的內(nèi)徑。由于沸騰床反應(yīng)器內(nèi)部存在著徑向上的橫向旋流，擾動(dòng)了正常的流體運(yùn)動(dòng)，故需要設(shè)置合適的內(nèi)構(gòu)件來減緩或抑制橫向旋流運(yùn)動(dòng)。所以，所述的反應(yīng)器殼體內(nèi)還進(jìn)一步包括能夠抑制橫向旋流的內(nèi)構(gòu)件即在不同的徑向位置上均勻設(shè)置多個(gè)傾斜的擋板，擋板與水平面所夾的銳角為40 80度，優(yōu)選為45 70度。擋板的個(gè)數(shù)為2 20個(gè)，優(yōu)選4 12個(gè)。每個(gè)擋板的垂直高度可以是反應(yīng)器殼體高度的 10%，優(yōu)選4% 8%。擋板的最低點(diǎn)距離反應(yīng)器殼體殼壁的距離為反應(yīng)器半徑的0. 1 0. 8倍，優(yōu)選0. 3 0. 6倍。根據(jù)本發(fā)明的三相沸騰床反應(yīng)器，所述的三相分離器的內(nèi)筒(本申請(qǐng)中凡提及內(nèi)筒均指由內(nèi)筒直筒段構(gòu)成的整體，提及外筒亦如此)構(gòu)成分離器的中心管，內(nèi)筒與外筒之間的環(huán)狀空間組成三相分離器的折流區(qū)，外筒與反應(yīng)器內(nèi)壁之間的環(huán)狀空間為該三相分離器的澄清液體產(chǎn)品收集區(qū)；所述內(nèi)筒的擴(kuò)散段開口為物流導(dǎo)入口，內(nèi)筒的擴(kuò)散段開口與反應(yīng)器內(nèi)壁構(gòu)成的圓環(huán)狀開口為該三相分離器的催化劑下料口，分離出的固體微粒催化劑在此處沿著反應(yīng)器殼壁重新返回到催化劑床層中。所述的三相分離器各組成部件的具體尺寸比例及相對(duì)位置，均可以由本領(lǐng)域設(shè)計(jì)人員根據(jù)所使用的催化劑尺寸、反應(yīng)器處理量、反應(yīng)條件及分離效果等具體要求通過計(jì)算或者簡(jiǎn)單的試驗(yàn)予以確定。所述的氣體排出口一般位于反應(yīng)器頂部中心處。所述的液體排出口一般設(shè)置在反應(yīng)器頂部殼壁的上部，其位置應(yīng)介于三相分離器外筒的上端開口與下端開口之間。在所述三相分離器的上方設(shè)置一定的緩沖空間，相分離后的氣體產(chǎn)物于此富集并從氣體排出口排出反應(yīng)器。本發(fā)明的沸騰床反應(yīng)器通常還包括至少一個(gè)從所述反應(yīng)器排出催化劑的部件，和至少一個(gè)往所述反應(yīng)器補(bǔ)充新鮮催化劑的部件。所述補(bǔ)充新鮮催化劑的部件通常設(shè)置于所述反應(yīng)器頂部的位置，而排出催化劑的部件通常位于所述反應(yīng)器底部附近。例如在反應(yīng)器殼體頂部設(shè)置催化劑添加管，而在底部設(shè)置催化劑排出管。反應(yīng)器上部的催化劑加入管，其投影位置介于三相分離器的外筒與內(nèi)筒之間，這樣加入的新鮮催化劑可以隨著此處的物流向下進(jìn)入催化劑床層。所述的催化劑置換系統(tǒng)及使用方法，可以是任何適用的設(shè)備或方法， 例如可參照美國專利US3398085或US4398852所述的方法進(jìn)行。也可以將其它工藝或反應(yīng)器卸出的未失活的催化劑加入到本方明的沸騰床反應(yīng)器中。為了使反應(yīng)原料在反應(yīng)器中與催化劑均勻接觸，一般還應(yīng)在所述反應(yīng)器殼體內(nèi)的底部設(shè)置分布器，分布器可以選用任何可以使氣體或液體物流均勻分布的結(jié)構(gòu)，例如可采用泡帽結(jié)構(gòu)、微孔板式、浮閥式等。在本發(fā)明的一種實(shí)施方式中，所述的反應(yīng)器殼體由上往下包括擴(kuò)大段和直筒段， 所述的三相分離器設(shè)置于擴(kuò)大段內(nèi)，所述擴(kuò)大段的直徑為直筒段直徑的1. 2 2倍，擴(kuò)大段的直徑與高之比為0.3 2.0 1。在這種實(shí)施方式中，所述的反應(yīng)器殼體直徑是指反應(yīng)器殼體直筒段的直徑。在這種方式中，所述三相分離器內(nèi)筒直筒段的直徑為反應(yīng)器殼體直徑的0. 6 0. 9倍。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的新型三相沸騰床反應(yīng)器的優(yōu)點(diǎn)是(1)利用沸騰床反應(yīng)器內(nèi)液體沿徑向位置的速度分布規(guī)律，根據(jù)正、負(fù)速度的分界點(diǎn)合理對(duì)內(nèi)筒進(jìn)行設(shè)置，增加了三相分離器的操作彈性，確保三相分離器對(duì)催化劑的高效分離，大大減少了催化劑的帶出量，避免催化劑的大量帶出。(2)采用本發(fā)明的沸騰床反應(yīng)器中，在沸騰床反應(yīng)器內(nèi)部設(shè)置的內(nèi)構(gòu)件擋板可以減緩或抑制橫向旋流運(yùn)動(dòng)。(3)采用本發(fā)明的沸騰床反應(yīng)器中，可以適當(dāng)降低液體排出口的位置，減少了在催化劑濃度較低的高溫區(qū)液體物流的循環(huán)量，可以有效防止縮合結(jié)焦反應(yīng)的發(fā)生。(4)采用本發(fā)明的沸騰床反應(yīng)器中，可以適當(dāng)放大三相分離器下料口的尺寸，有利于分離出的催化劑順利返回催化劑床層，同時(shí)可以有效的防止氣體從下料口上串，影響分離效果。(5)本發(fā)明的沸騰床反應(yīng)器，增強(qiáng)了三相分離器的操作彈性和效果，可以根據(jù)需要靈活裝填不同粒徑范圍的催化劑，也可以進(jìn)行不同催化劑的級(jí)配，增強(qiáng)了對(duì)不同催化劑的適應(yīng)性。


圖1為本發(fā)明反應(yīng)器的一種實(shí)施方案的結(jié)構(gòu)示意圖。1-進(jìn)料口 ；2-氣液分布器；3-反應(yīng)器殼體直筒段；4-三相分離器區(qū)域；5-內(nèi)筒； 6-外筒；7-催化劑床層；8-液體排出口 ；9-催化劑加入管；10-氣體排出口 ；11-催化劑排放管；12-擋板。
具體實(shí)施例方式為進(jìn)一步闡述本發(fā)明的具體特征，將結(jié)合附圖加以說明。結(jié)合附圖對(duì)三相沸騰床反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)進(jìn)行描述。如圖1所示本發(fā)明的三相沸騰床反應(yīng)器包括反應(yīng)器殼體和三相分離器4。反應(yīng)器殼體由上往下包括反應(yīng)器殼體擴(kuò)大段和反應(yīng)器殼體直筒段3。三相分離器4設(shè)置在反應(yīng)器殼體擴(kuò)大段內(nèi)部，所述的三相分離器4 包括內(nèi)徑不同的兩個(gè)同心圓筒內(nèi)筒5和外筒6。所述內(nèi)筒5和外筒6的上下兩端全部開口，內(nèi)筒5和外筒6的上段均為直筒段，與之相連的下段為圓臺(tái)擴(kuò)散段。所述內(nèi)筒5的直筒段直徑為反應(yīng)器殼體直筒段3直徑的0. 6 0. 9倍。外筒6的上端開口和下端開口分別高于內(nèi)筒5的上端開口和下端開口。內(nèi)筒5的下端開口直徑(即擴(kuò)散段的開口直徑)小于反應(yīng)器的內(nèi)徑；外筒6的下端開口直徑(即擴(kuò)散段的開口直徑)也應(yīng)小于反應(yīng)器的內(nèi)徑。內(nèi)筒5的直筒段與擴(kuò)散段形成的夾角B為鈍角，最好為120度至150度。外筒6 的直筒段與擴(kuò)散段形成的夾角C為鈍角，最好為110度至160度。三相分離器區(qū)域4是由內(nèi)筒5、外筒6連同反應(yīng)器的殼體內(nèi)壁共同構(gòu)成。內(nèi)筒5的直筒段構(gòu)成該三相分離器的中心管，內(nèi)筒5與外筒6之間的環(huán)狀空間組成該三相分離器的折流筒，外筒6與反應(yīng)器殼體內(nèi)壁之間的環(huán)狀空間為澄清液體產(chǎn)品收集區(qū)，上述中心管下端擴(kuò)散段的開口為物流導(dǎo)入口，該擴(kuò)散段的開口與反應(yīng)器殼體內(nèi)壁構(gòu)成的環(huán)狀開口為催化劑下料口。在反應(yīng)器殼體內(nèi)不同的徑向位置上設(shè)置多個(gè)傾斜的擋板12，來減緩或抑制橫向旋流運(yùn)動(dòng)。擋板與水平面所夾的銳角為40 80度，優(yōu)選為45 70度。擋板12的個(gè)數(shù)為 2 20個(gè)，優(yōu)選4 12個(gè)。每個(gè)擋板12的垂直高度可以是反應(yīng)器殼體高度的1^-10%,優(yōu)選4% 8%。擋板12的最低點(diǎn)距離反應(yīng)器殼體殼壁的距離為反應(yīng)器半徑的0. 1 0. 8 倍，優(yōu)選0.3 0.6倍。在反應(yīng)器底部設(shè)有進(jìn)料口 1和氣液分布器。在反應(yīng)器頂部設(shè)有氣體出口 10，頂部殼壁設(shè)有液體排出口 8，分別用于將相分離后的氣體和液體導(dǎo)出。氣體可以和液體一起進(jìn)入高溫高壓分離器，也可以單獨(dú)進(jìn)入低溫高壓分離器。結(jié)合附圖1，本發(fā)明三相沸騰床反應(yīng)器的工作原理如下反應(yīng)原料混合后由進(jìn)料口 1進(jìn)入反應(yīng)器，經(jīng)過氣液分布器2后均勻的通過催化劑床層7，反應(yīng)器3內(nèi)的催化劑裝量至少為反應(yīng)器有效容積的20%，通常為40% 70%，最好為50% 60%。在氣液相并流上行的作用下，催化劑床層膨脹到一定的高度，其膨脹后體積通常比其靜態(tài)體積大20 % 70 %。在反應(yīng)區(qū)內(nèi)氣體及液體原料進(jìn)行加氫反應(yīng)，反應(yīng)后的油氣夾帶部分催化劑顆粒進(jìn)入三相分離器區(qū)域4，進(jìn)行氣液固三相分離氣體首先被分離出來，通過氣體排出口 10排出反應(yīng)器，分離下來的催化劑經(jīng)下料口返回反應(yīng)區(qū)，而基本不含催化劑顆粒的澄清液體物流通過液體排出口 8排出反應(yīng)器。為了及時(shí)補(bǔ)充新鮮催化劑和將失活的催化劑排出反應(yīng)器，可以通過反應(yīng)器上部的催化劑加入管9往反應(yīng)系統(tǒng)中補(bǔ)充新鮮的催化劑，而通過反應(yīng)器下部的排放管11可以將部分失活催化劑排出反應(yīng)系統(tǒng)。以下結(jié)合具體實(shí)施例進(jìn)一步對(duì)本發(fā)明反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)及使用效果進(jìn)行描述。實(shí)施例1根據(jù)本發(fā)明所述沸騰床加氫反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)，進(jìn)行了三相分離器沸騰床中型反應(yīng)器冷模試驗(yàn)，冷模中型裝置的尺寸為反應(yīng)器殼體直筒段的內(nèi)徑=160mm，反應(yīng)器殼體直筒段的高度=3000mm，殼體有效容積60L，分離器高度=500mm，反應(yīng)器殼體擴(kuò)大段的內(nèi)徑= 285mm，擴(kuò)大段的高度=450mm，分離器內(nèi)筒直筒段直徑=125mm，內(nèi)筒下部擴(kuò)散段的直徑= 183mm,內(nèi)筒下部圓臺(tái)部分?jǐn)U散段的高度=40mm，外筒直筒段直徑=170mm，其下部擴(kuò)散段開口的直徑=246mm,圓臺(tái)部分?jǐn)U散段的高度=38mm,外筒上端開口高于內(nèi)筒上端開口，外筒下部圓臺(tái)開口的底部位置高于內(nèi)筒下部錐形開口的底部位置，兩者的高度差=22mm，分離器外筒上部開口與反應(yīng)器殼體頂部切線的垂直距離是45mm，液體產(chǎn)品管中心距反應(yīng)器頂部切線的垂直距離是80mm。擋板12的最低點(diǎn)距離反應(yīng)器殼體殼壁=80mm。選用航空煤油作為液體介質(zhì)，進(jìn)油量為30 180L/hr ；氣相選用氮?dú)?，進(jìn)氣量為 0. 5 3. 6Nm3/hr0固相選用粒徑為0. 1 0. 2mm的微球催化劑，催化劑堆積藏量為反應(yīng)器有效容積的50%。試驗(yàn)結(jié)果見表1。從試驗(yàn)結(jié)果看出，在催化劑堆積藏量高達(dá)50%的情況下，進(jìn)料量在相當(dāng)寬的范圍內(nèi)變化，催化劑帶出量均極低，三相流化均勻，效果較好。即利用沸騰床反應(yīng)器內(nèi)液體沿徑向位置的速度分布規(guī)律，根據(jù)正、負(fù)速度的分界點(diǎn)合理對(duì)內(nèi)筒進(jìn)行設(shè)置后，進(jìn)一步改善了三相分離器的分離效果，大大降低了催化劑的帶出量。實(shí)施例2在冷模試驗(yàn)基礎(chǔ)上，在60L中型裝置上進(jìn)行了孤島常壓渣油加氫脫金屬試驗(yàn)。其中反應(yīng)器的尺寸與實(shí)施例1相同，試驗(yàn)條件及結(jié)果見表2。比較例1反應(yīng)器的基本結(jié)構(gòu)同實(shí)施例1，不同之處在于反應(yīng)器內(nèi)未按照沸騰床反應(yīng)器內(nèi)液體沿徑向位置的速度分布規(guī)律對(duì)內(nèi)筒進(jìn)行設(shè)置。反應(yīng)條件和試驗(yàn)原料同實(shí)施例2，其中具體試驗(yàn)條件及結(jié)果見表2。表1 60L冷模裝置進(jìn)油量、進(jìn)氣量與催化劑帶出量的關(guān)系
權(quán)利要求
1.一種三相沸騰床反應(yīng)器，所述反應(yīng)器包括反應(yīng)器殼體和三相分離器，所述三相分離器位于反應(yīng)器殼體內(nèi)的上部，包括內(nèi)徑不同的兩個(gè)同心圓筒內(nèi)筒和外筒，內(nèi)筒和外筒的上下兩端全部開口，分別包括直筒段和擴(kuò)散段，其特征在于，所述三相分離器的內(nèi)筒直筒段的直徑為反應(yīng)器殼體直徑的0. 6 0. 9倍。
2.按照權(quán)利要求1所述的反應(yīng)器，其特征在于，所述外筒的上端開口和下端開口分別高于內(nèi)筒的上端開口和下端開口。
3.按照權(quán)利要求1所述的反應(yīng)器，其特征在于，在所述反應(yīng)器殼體內(nèi)部不同的徑向位置上設(shè)置傾斜的擋板，擋板與水平面所夾的銳角為40 80度。
4.按照權(quán)利要求3所述的反應(yīng)器，其特征在于，所述的擋板與水平面所夾的銳角為 45 70度。
5.按照權(quán)利要求3或4所述的反應(yīng)器，其特征在于，所述擋板的個(gè)數(shù)為2 20個(gè)。
6.按照權(quán)利要求3所述的反應(yīng)器，其特征在于，所述擋板的垂直高度為反應(yīng)器殼體高度的 10%，擋板的最低點(diǎn)距離反應(yīng)器殼體殼壁的距離為反應(yīng)器半徑的0. 1 0. 8倍。
7.按照權(quán)利要求1所述的反應(yīng)器，其特征在于，所述的反應(yīng)器殼體由上往下包括擴(kuò)大段和直筒段，所述的三相分離器設(shè)置于擴(kuò)大段內(nèi)，所述擴(kuò)大段的直徑為直筒段直徑的 1.2 2倍，擴(kuò)大段的直徑與高之比為0.3 2.0 1。
8.按照權(quán)利要求7所述的反應(yīng)器，其特征在于，所述的反應(yīng)器殼體直徑是指反應(yīng)器殼體直筒段的直徑，所述三相分離器內(nèi)筒直筒段的直徑為反應(yīng)器殼體直徑的0. 6 0. 9倍。
9.按照權(quán)利要求1所述的反應(yīng)器，其特征在于，在所述三相分離器的上方設(shè)置緩沖空間。
10.按照權(quán)利要求1所述的反應(yīng)器，其特征在于，所述的沸騰床反應(yīng)器包括至少一個(gè)從所述反應(yīng)器排出催化劑的部件，和至少一個(gè)往所述反應(yīng)器補(bǔ)充新鮮催化劑的部件。
11.按照權(quán)利要求1所述的反應(yīng)器，其特征在于，所述反應(yīng)器的殼體內(nèi)底部設(shè)置分布器，分布器為泡帽結(jié)構(gòu)、微孔板式或浮閥式。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種三相沸騰床反應(yīng)器。所述反應(yīng)器包括反應(yīng)器殼體和三相分離器，所述三相分離器位于反應(yīng)器殼體內(nèi)的上部，包括內(nèi)徑不同的兩個(gè)同心圓筒內(nèi)筒和外筒，內(nèi)筒和外筒的上下兩端全部開口，分別包括直筒段和擴(kuò)散段，其特征在于，所述三相分離器的內(nèi)筒直筒段的直徑為反應(yīng)器殼體直徑的0.6～0.9倍。本發(fā)明通過分析沸騰床反應(yīng)器內(nèi)液體沿徑向位置的速度分布規(guī)律，合理設(shè)置三相分離器的結(jié)構(gòu)，從而增加了三相分離器的操作彈性，確保三相分離器的高效分離。本發(fā)明反應(yīng)器主要適用于不同種類液體和氣體物質(zhì)在與固體顆粒接觸情況下進(jìn)行的化學(xué)反應(yīng)，具有催化劑藏量大，反應(yīng)器利用率高、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單和操作容易等優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)B01J8/24GK102463077SQ20101053901
公開日2012年5月23日 申請(qǐng)日期2010年11月5日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月5日
發(fā)明者劉建錕, 方向晨, 楊濤, 王剛, 蔣立敬, 陳濤, 韓慶和 申請(qǐng)人:中國石油化工股份有限公司, 中國石油化工股份有限公司撫順石油化工研究院