專利名稱：沸騰床反應器的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種氣液固三相沸騰床反應器，具體地說是用于液體和氣體物質并流
向上與固體顆粒接觸情況下進行化學或物理反應的一種改進的三相沸騰床反應器。
背景技術：
重油沸騰床加氫反應器屬于氣、液、固三相流化床反應器，可以處理高金屬、高瀝
青質含量的重、劣質原料油，具有壓力降小、溫度分布均勻、可保持整個運轉周期反應器內
催化劑活性均一、可在運轉中加入新鮮催化劑和取出廢催化劑等特點。
US Re 25， 770中描述了典型的沸騰床工藝，采用循環油泵的操作方式，但該工藝
方法在實際應用中存在以下不足反應器內催化劑藏量較少，反應器空間利用率低；循環
油泵維護保養費用較高，而且一旦循環油泵工作失常及損壞，就會造成催化劑下沉聚集，結
果迫使裝置被迫停工；反應器內液體產品在非催化加氫條件下停留時間過長，在高溫下很
容易進行二次熱裂解反應結焦而降低產品質量。 CN02109404. 7介紹了一種新型的沸騰床反應器，和典型的沸騰床反應器相比，具
有結構簡單、操作容易和反應器利用率高等特點。但由于使用粒徑為0. 1 0. 2mm的微球催
化劑，催化劑容易隨反應油氣帶出反應器。要保證此種沸騰床反應器的正常穩定操作，關鍵
是要求合理設計反應器的內部結構，使之與上部的高效的三相分離器相配合，將反應油氣
攜帶的催化劑分離出來，避免催化劑從反應器中帶出造成損失和對下游裝置造成影響。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
催化劑會粘附在催化劑下料口并且下料口處，易發生氣相串流現象，影響三相分離器的分
離效果，并且帶出的催化劑容易堵塞下游裝置，不利于裝置的長周期運轉。 同時，沸騰床反應器中，物料流速在徑向上分布不均，在中心區域，流速較高；在邊
壁區域，流速較低，甚至有向下流動的可能。流速差異隨著反應器直徑的增大而增大，這就
可能導致氣泡聚并，大氣泡的形成，氣相與液相之間接觸不充分，流化效果較差。
發明內容
針對現有技術存在的問題，本發明提供一種可長期穩定操作的新型沸騰床反應 器。該反應器結構簡單，操作容易，操作彈性大，能夠滿足長周期穩定運轉的需要。
本發明提供的沸騰床反應器包括反應器殼體和三相分離器，所述的三相分離器設 置在反應器殼體內上部，三相分離器為包括內筒和外筒的套筒結構。所述內筒和外筒的上 下兩端均為開口結構，內筒和外筒均由相連的上段和下段組成，內筒和外筒的上段均為倒 置的錐臺形結構，內筒和外筒的下段均為正置的錐臺形結構，外筒的上端開口高于內筒的 上端開口 ，外筒的下端開口高于內筒的下端開口 。 本發明沸騰床反應器中，三相分離器外筒上段錐臺面與水平面夾角(垂直切面上 的夾角，記為夾角P)為35 70度，三相分離器內筒上段錐臺面與水平面夾角(垂直切面 上的夾角，記為夾角Q)為40 80度，優選P〈Q。
本發明沸騰床反應器中，所述反應器殼體可以為直筒式反應器，優選是由上至下
包括擴大段和直筒段的反應器。反應器殼體包括擴大段時，所述的三相分離器設置在擴大
段內，擴大段與直筒段采用倒置錐臺形結構連接，三相分離器內筒和外筒形成的套筒下端
開口正對于反應器殼體擴大段和直筒段連接處的倒置錐臺形斜面處。擴大段與直筒段連接
的倒置錐臺結構與直筒段延長線夾角(稱擴大角)為銳角，擴大角優選為45 60度。擴
大段直徑(指內徑)為直筒段直徑(指內徑)的1.2 2倍，最好為1.4 1.6倍。擴大
段的直徑與高之比為0. 3 2。直筒段的徑高比范圍在0. 01 0. 1之間。 本發明沸騰床反應器中，可以在反應器殼體內三相分離器之下任意位置設置物料
分布器，物料分布器的數量根據反應器的高度具體確定，一般為1 3個即可。物料分布器
為設置若干圓孔的平板結構。 本發明沸騰床反應器中，所述三相分離器的內筒構成分離器的中心管，內筒與外 筒之間的環狀空間組成三相分離器的折流區，外筒與反應器內壁之間的環狀空間為該三相 分離器的澄清液體產品收集區；所述內筒的下段開口為物流導入口，內筒的下段開口與反 應器內壁構成的圓環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位置，均可以由本領域設計 人員根據所使用的催化劑尺寸、反應器處理量、反應條件及分離效果等具體要求通過計算 或者簡單的試驗予以具體確定。 所述的氣體排出口一般位于反應器頂部中心處。所述的液體排出口一般設置在反 應器擴大段殼壁的上部，其位置應介于三相分離器外筒的上端開口與下端開口之間。
所述三相分離器的上部通常應設置一定的緩沖空間，相分離后的氣體產物于此富 集并從氣體排出口排出反應器。 所述沸騰床反應器中部設有物料分布器，物料分布器為帶有一定開孔率的圓形分 布平板，分布平板面積占反應器截面積的30 % 80%，開孔率為0. 2 0. 6，分布平板直徑 小于反應器直徑，因中心區域流速最快，一般中心區域的開孔直徑小于遠離中心區域的開 孔直徑。物料分布器的加入促進連續相和分散相的分布，抑制大氣泡的形成和聚并，改善 流化質量，使得流體徑向速度分布更加均勻，同時對強烈的湍流進行干擾，提高傳質傳熱效 率。 與現有技術相比，本發明的沸騰床反應器的優點是 (1)反應器物料出口與三相分離器和擴大段結構有機的結合在一起，更增加了三 相分離器的操作彈性，確保三相分離器對催化劑的高效分離，大大減少了催化劑的帶出量， 避免催化劑的大量帶出。 (2)增加了擴大段結構，可以適當降低反應產物導出口的位置，減少了在催化劑濃 度較低的高溫區液體物流的循環量，防止縮合結焦反應的發生。
(3)增加了擴大段結構，可以適當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，同時可以有效的防止氣體從下料口上串，影響分離效果。
(4)增加了擴大段結構，增強了三相分離器的操作彈性和效果，可以根據需要靈活 裝填不同粒徑范圍的催化劑，增強了對不同催化劑的適應性。
(5)隨著澄清液體產品收集區到液相出口距離的縮短，流速加快，縮短了產物的停留時間，使產物能夠迅速的離開反應器，減小了結焦的可能性。
(6)催化劑下料口區域的擴大，增加了催化劑在液相的沉降時間，更好的促進分離
出的固體微粒催化劑在此處沿著反應器殼壁重新返回到催化劑床層中。
(7)所述沸騰床反應器中部設有內構件(物料分布器)，為帶有一定開孔率的圓形
二次分布平板，分布平板面積占反應器截面積的0. 3 0. 8，開孔率為0. 2 0. 6，直徑小于
反應器直徑，促進連續相和分散相的分布，抑制大氣泡的形成和聚并，改善流化質量，使得
流體徑向速度分布更加均勻，同時對強烈的湍流進行干擾，提高傳質傳熱效率。
圖1為本發明反應器的一種實施方案的結構示意圖。
圖2為圖1反應器帶物料分布器的A-A向視圖。
具體實施例方式本發明沸騰床反應器一種具體結為在反應器底部設有原料入口和氣液分布器。
反應器中部設有物料分布器，促進連續相和分散相的分布，改善流化質量，使得流體徑向速
度分布更加均勻，同時對強烈的湍流進行干擾，提高傳質速率。在反應器擴大段頂部設有氣
體出口 ，擴大段上部殼壁設有液體排出口 ，分別用于將分離出的氣體和液體導出。 本發明的沸騰床反應器通常還包括至少一個從所述反應器排出催化劑的部件，和
至少一個往所述反應器補充新鮮催化劑的部件。所述補充新鮮催化劑的部件通常設置于所
述反應器頂部的位置，而排出催化劑的部件通常位于所述反應器底部附近。例如在反應器
殼體頂部設置催化劑添加管，而在底部設置催化劑排出管。反應器上部的催化劑添加管，其
投影位置介于三相分離器的外筒與內筒之間的套筒位置，這樣加入的新鮮催化劑可以隨著
此處的物流向下進入催化劑床層。所述的催化劑置換系統及使用方法，可以是任何適用的
設備或方法，例如可參照自由公知技術US3398085或US4398852所述的方法進行。 為了使反應原料在反應器中與催化劑均勻接觸， 一般還應在所述反應器殼體內的
底部設置氣液分布器，氣液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構，
例如可采用泡帽結構。 采用帶有此擴大段結構的沸騰床反應器內，可以裝填不同粒徑的催化劑顆粒，如 其中可以裝填寬范圍粒徑的催化劑，如0. lmm 0. 5mm ;也可以裝填窄范圍粒徑的催化劑， 如0. 4mm 0. 5mm。 為進一步闡述本發明的具體特征，將結合附圖加以說明。結合附圖l，本發明反應 器的結構特征和工作原理如下 反應原料混合后由進料口 l進入反應器，經過氣液分布器2后均勻的通過催化 劑床層7，反應器直筒段3內的催化劑裝量至少為反應器有效容積的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體積大20% 70%。在反應器中間設置物料分布器15。在反應 區內氣體及液體原料進行加氫反應，反應后的油氣夾帶部分催化劑顆粒通過擴大段4所圍 成的擴大區域8進入三相分離器11，進行氣液固三相分離氣體首先被分離出來，通過氣體 排出口 IO排出反應器，分離下來的催化劑經下料口 13返回反應區，而基本不含催化劑顆粒的澄清液體物流通過液體排出口 12排出反應器。為了及時補充新鮮催化劑和將失活的催化劑排出反應器，可以通過反應器上部的催化劑添加管9往反應系統中補充新鮮的催化劑，而通過反應器下部的排放管14可以將部分失活催化劑排出反應系統。擴大段4的下端可以是一個倒置的錐臺筒體結構，當然也可以是其它適宜的幾何形狀。
三相分離器11是由內筒5、外筒6構成。內筒5構成該三相分離器的中心管，內筒5與外筒6之間的環狀空間組成該三相分離器的折流筒，外筒6與反應器擴大段4殼體內壁之間的環狀空間為澄清液體產品收集區，上述中心管下端開口為物流導入口，該開口與反應器擴大段4殼體內壁構成的環狀開口為催化劑下料口 。為了使折流筒內流體流速加快，改善分離效果，外筒下段錐形頂角一般比內筒下段錐形頂角至少小20度，最好是小40 80度。 以下結合具體實施例進一步對本發明反應器的結構及使用效果進行描述。
實施例-1 根據本發明所述沸騰床加氫反應器的結構，進行了三相分離器沸騰床中型反應器冷模試驗，冷模中型裝置的尺寸為反應器殼體直筒段的內徑=160mm，反應器殼體直筒段的高度=3000mm，殼體有效容積60L。三相分離器高度=500mm，分離器內筒最小直徑處直徑=135mm，內筒下部錐形開口的直徑=190mm，內筒下部錐體部分的高度=35mm，外筒最小直徑部分直徑=160咖，外筒下段開口直徑=285咖，外筒下段高度=30mm，外筒上部開口高于內筒上部開口 ，外筒下部錐形開口的底部位置高于內筒下部錐形開口的底部位置，兩者的高度差=25mm，角P為45度，角Q為55度。分離器外筒上部開口與反應器殼體頂部切線的垂直距離是200mm。擴大角為45度，擴大段直徑為300mm。選用航空煤油作為液體介質，進油量為30 180L/hr ;氣相選用氮氣，進氣量為0. 5 3. 6NmVhr。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器有效容積的50%。試驗結果見表1。 從試驗結果看出，在催化劑堆積藏量高達50%的情況下，進料量在相當寬的范圍
內變化，催化劑帶出量均極低，三相流化均勻，效果較好。
實施例-2 在冷模試驗基礎上，在60L中型裝置上進行了孤島常壓渣油加氫脫金屬試驗。其中反應器的尺寸與實施例1相同，試驗條件及結果見表2。
比較例-1 反應器的基本結構同實施例l，不同之處在于反應器內三相分離器外筒和內筒的上段均為圓柱筒結構。反應條件和試驗原料同實施例2，其中具體試驗條件及結果見表2。
表160L冷模裝置進油量、進氣量與催化劑帶出量的關系
序號進油量 L/hr進氣量 Nm7hr床層膨脹率 V%催化劑帶出量
1451.2201-0
2602.0301.3
31022.0631.9
6902.2532.1
7753.0422.3 表260L中型熱模裝置1000小時試驗結果
項目實施例2比較例1
原料油孤島常渣孤島常渣
反應溫度，r445445
壓力，MPa1515
氫油比，v/v700700
液時體積空速，h"2.02.0
催化劑粒徑，隱0.088 0.3080.088 0.308
催化劑裝量，L3030
催化劑帶出量，pg/g1.21.4 實施例-3 操作條件與實施例-1相同，沸騰床反應器直筒段中部設有物料分布器，物料分布 器為帶有一定開孔率的圓形二次分布平板，分布平板面積占反應器截面積的0.6，開孔率 為0. 5，直徑小于反應器直徑，促進連續相和分散相的分布，抑制大氣泡的形成和聚并，改善 流化質量，使得流體徑向速度分布更加均勻，同時對強烈的湍流進行干擾，提高傳質傳熱效 率，使過程得到強化。可以看出，有內構件時傳質速率增加，更好的提高流化質量。 [0047] 表3有無內構件對比結果
有物料分布器無物料分布器
傳質速率基準基準*0.80
權利要求
一種沸騰床反應器，包括反應器殼體和三相分離器，所述的三相分離器設置在反應器殼體內上部，三相分離器為包括內筒和外筒的套筒結構，所述三相分離器的內筒和外筒的上下兩端均為開口結構，內筒和外筒均由相連的上段和下段組成，其特征在于內筒和外筒的上段均為倒置的錐臺形結構，內筒和外筒的下段均為正置的錐臺形結構，外筒的上端開口高于內筒的上端開口，外筒的下端開口高于內筒的下端開口。
2. 按照權利要求1所述的反應器，其特征在于三相分離器外筒上段錐臺面與水平面夾角為35 70度，三相分離器內筒上段錐臺面與水平面夾角為40 80度。
3. 按照權利要求2所述的反應器，其特征在于三相分離器外筒上段錐臺面與水平面夾角小于內筒上段錐臺面與水平面夾角。
4. 按照權利要求1所述的反應器，其特征在于所述反應器殼體為直筒式反應器。
5. 按照權利要求1所述的反應器，其特征在于所述反應器殼體為由上至下包括擴大段和直筒段的反應器結構。
6. 按照權利要求5所述的反應器，其特征在于反應器殼體包括擴大段，所述的三相分離器設置在擴大段內，擴大段與直筒段采用倒置錐臺形結構連接，三相分離器內筒和外筒形成的套筒下端開口正對于反應器殼體擴大段和直筒段連接處的倒置錐臺形斜面處。
7. 按照權利要求6所述的反應器，其特征在于擴大段與直筒段連接的倒置錐臺結構與直筒段延長線夾角為銳角，擴大段直徑為直筒段直徑的1. 2 2倍，擴大段的直徑與高之比為0. 3 2，直筒段的徑高比范圍在0. 01 0. 1之間。
8. 按照權利要求1所述的反應器，其特征在于在反應器殼體內三相分離器之下任意位置設置物料分布器。
9. 按照權利要求8所述的反應器，其特征在于物料分布器為具有適宜開孔率的圓形分布平板，分布平板面積占反應器截面積的30 % 80%，開孔率為0. 2 0. 6。
10. 按照權利要求l所述的反應器，其特征在于沸騰床反應器的氣體排出口位于反應器頂部，液體排出口設置在反應器介于三相分離器外筒的上端開口與下端開口之間。
全文摘要
本發明公開了一種沸騰床反應器，包括反應器殼體和三相分離器，三相分離器設置在反應器殼體內上部，三相分離器為包括內筒和外筒的套筒結構，內筒和外筒的上下兩端均為開口結構，內筒和外筒均由相連的上段和下段組成，內筒和外筒的上段均為倒置的錐臺形結構，內筒和外筒的下段均為正置的錐臺形結構。本發明通過設計新型三相分離器結構，可以進一步提高分離效果，減少催化劑帶出量，增加三相分離器的操作彈性。該反應器主要適用于不同種類液體和氣體物質在與固體顆粒接觸情況下進行的化學反應，具有催化劑藏量大，反應器利用率高、結構簡單和操作容易等優點。
文檔編號B01J8/22GK101721960SQ20081022841
公開日2010年6月9日 申請日期2008年10月29日 優先權日2008年10月29日
發明者劉建錕, 楊濤, 胡長祿, 蔣立敬, 賈麗, 陳濤 申請人: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