專利名稱：三相沸騰床反應器的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種新型三相沸騰床反應器，具體地說是用于不同種類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反應的一種改進的三相沸騰床加氫反應器。
背景技術：
沸騰床反應器是氣、液、固三相流化床，可以處理高金屬、高浙青質含量的重、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內催化劑活性恒定、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，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。中國專利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黏附在催化劑下料口并且下料口處容易有串氣現象發生，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。
發明內容
本發明要解決的技術問題是提供一種可長期穩定操作的沸騰床反應器。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。本發明提供的三相沸騰床反應器，包括反應器殼體和三相分離器，所述三相分離器位于反應器殼體內的上部，包括內徑不同的兩個同心圓筒內筒和外筒，內筒和外筒的上下兩端全部開口，分別包括直筒段和擴散段，其特征在于，所述三相分離器的內筒直筒段的直徑為反應器殼體直徑的0. 6 0. 9倍。本發明沸騰床反應器的具體結構包括在反應器底部設有原料入口和氣液分布器，在反應器頂部設有氣體出口，頂部殼壁設有液體排出口，分別用于將相分離后的氣體和液體導出。氣體可以和液體一起進入高溫高壓分離器，也可以單獨進入低溫高壓分離器。所述的三相分離器包括內徑不同的兩個同心圓筒內筒和外筒。所述內筒和外筒的上下兩端全部開口，內筒和外筒的上段均為直筒段，與之相連的下段為圓臺擴散段，外筒的上端開口和下端開口分別高于內筒的上端開口和下端開口。內筒的下端開口直徑(即擴散段的開口直徑)小于反應器的內徑；外筒的下端開口直徑(即擴散段的開口直徑)也應小于反應器的內徑。由于沸騰床反應器內部存在著徑向上的橫向旋流，擾動了正常的流體運動，故需要設置合適的內構件來減緩或抑制橫向旋流運動。所以，所述的反應器殼體內還進一步包括能夠抑制橫向旋流的內構件即在不同的徑向位置上均勻設置多個傾斜的擋板，擋板與水平面所夾的銳角為40 80度，優選為45 70度。擋板的個數為2 20個，優選4 12個。每個擋板的垂直高度可以是反應器殼體高度的 10%，優選4% 8%。擋板的最低點距離反應器殼體殼壁的距離為反應器半徑的0. 1 0. 8倍，優選0. 3 0. 6倍。根據本發明的三相沸騰床反應器，所述的三相分離器的內筒(本申請中凡提及內筒均指由內筒直筒段構成的整體，提及外筒亦如此)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；所述內筒的擴散段開口為物流導入口，內筒的擴散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頂部殼壁的上部，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。在所述三相分離器的上方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。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加入管，其投影位置介于三相分離器的外筒與內筒之間，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， 例如可參照美國專利US3398085或US4398852所述的方法進行。也可以將其它工藝或反應器卸出的未失活的催化劑加入到本方明的沸騰床反應器中。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構，例如可采用泡帽結構、微孔板式、浮閥式等。在本發明的一種實施方式中，所述的反應器殼體由上往下包括擴大段和直筒段， 所述的三相分離器設置于擴大段內，所述擴大段的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 2.0 1。在這種實施方式中，所述的反應器殼體直徑是指反應器殼體直筒段的直徑。在這種方式中，所述三相分離器內筒直筒段的直徑為反應器殼體直徑的0. 6 0. 9倍。與現有技術相比，本發明的新型三相沸騰床反應器的優點是(1)利用沸騰床反應器內液體沿徑向位置的速度分布規律，根據正、負速度的分界點合理對內筒進行設置，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)采用本發明的沸騰床反應器中，在沸騰床反應器內部設置的內構件擋板可以減緩或抑制橫向旋流運動。(3)采用本發明的沸騰床反應器中，可以適當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液體物流的循環量，可以有效防止縮合結焦反應的發生。(4)采用本發明的沸騰床反應器中，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。(5)本發明的沸騰床反應器，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，也可以進行不同催化劑的級配，增強了對不同催化劑的適應性。
圖1為本發明反應器的一種實施方案的結構示意圖。1-進料口 ；2-氣液分布器；3-反應器殼體直筒段；4-三相分離器區域；5-內筒； 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。
具體實施例方式為進一步闡述本發明的具體特征，將結合附圖加以說明。結合附圖對三相沸騰床反應器的結構進行描述。如圖1所示本發明的三相沸騰床反應器包括反應器殼體和三相分離器4。反應器殼體由上往下包括反應器殼體擴大段和反應器殼體直筒段3。三相分離器4設置在反應器殼體擴大段內部，所述的三相分離器4 包括內徑不同的兩個同心圓筒內筒5和外筒6。所述內筒5和外筒6的上下兩端全部開口，內筒5和外筒6的上段均為直筒段，與之相連的下段為圓臺擴散段。所述內筒5的直筒段直徑為反應器殼體直筒段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筒5的上端開口和下端開口。內筒5的下端開口直徑(即擴散段的開口直徑)小于反應器的內徑；外筒6的下端開口直徑(即擴散段的開口直徑)也應小于反應器的內徑。內筒5的直筒段與擴散段形成的夾角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。三相分離器區域4是由內筒5、外筒6連同反應器的殼體內壁共同構成。內筒5的直筒段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，上述中心管下端擴散段的開口為物流導入口，該擴散段的開口與反應器殼體內壁構成的環狀開口為催化劑下料口。在反應器殼體內不同的徑向位置上設置多個傾斜的擋板12，來減緩或抑制橫向旋流運動。擋板與水平面所夾的銳角為40 80度，優選為45 70度。擋板12的個數為 2 20個，優選4 12個。每個擋板12的垂直高度可以是反應器殼體高度的1^-10%,優選4% 8%。擋板12的最低點距離反應器殼體殼壁的距離為反應器半徑的0. 1 0. 8 倍，優選0.3 0.6倍。在反應器底部設有進料口 1和氣液分布器。在反應器頂部設有氣體出口 10，頂部殼壁設有液體排出口 8，分別用于將相分離后的氣體和液體導出。氣體可以和液體一起進入高溫高壓分離器，也可以單獨進入低溫高壓分離器。結合附圖1，本發明三相沸騰床反應器的工作原理如下反應原料混合后由進料口 1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進入三相分離器區域4，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 10排出反應器，分離下來的催化劑經下料口返回反應區，而基本不含催化劑顆粒的澄清液體物流通過液體排出口 8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加入管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11可以將部分失活催化劑排出反應系統。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，分離器高度=500mm，反應器殼體擴大段的內徑= 285mm，擴大段的高度=450mm，分離器內筒直筒段直徑=125mm，內筒下部擴散段的直徑= 183mm,內筒下部圓臺部分擴散段的高度=40mm，外筒直筒段直徑=170mm，其下部擴散段開口的直徑=246mm,圓臺部分擴散段的高度=38mm,外筒上端開口高于內筒上端開口，外筒下部圓臺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=22mm，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45mm，液體產品管中心距反應器頂部切線的垂直距離是80mm。擋板12的最低點距離反應器殼體殼壁=80mm。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. 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。即利用沸騰床反應器內液體沿徑向位置的速度分布規律，根據正、負速度的分界點合理對內筒進行設置后，進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1，不同之處在于反應器內未按照沸騰床反應器內液體沿徑向位置的速度分布規律對內筒進行設置。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1 60L冷模裝置進油量、進氣量與催化劑帶出量的關系
權利要求
1.一種三相沸騰床反應器，所述反應器包括反應器殼體和三相分離器，所述三相分離器位于反應器殼體內的上部，包括內徑不同的兩個同心圓筒內筒和外筒，內筒和外筒的上下兩端全部開口，分別包括直筒段和擴散段，其特征在于，所述三相分離器的內筒直筒段的直徑為反應器殼體直徑的0. 6 0. 9倍。
2.按照權利要求1所述的反應器，其特征在于，所述外筒的上端開口和下端開口分別高于內筒的上端開口和下端開口。
3.按照權利要求1所述的反應器，其特征在于，在所述反應器殼體內部不同的徑向位置上設置傾斜的擋板，擋板與水平面所夾的銳角為40 80度。
4.按照權利要求3所述的反應器，其特征在于，所述的擋板與水平面所夾的銳角為 45 70度。
5.按照權利要求3或4所述的反應器，其特征在于，所述擋板的個數為2 20個。
6.按照權利要求3所述的反應器，其特征在于，所述擋板的垂直高度為反應器殼體高度的 10%，擋板的最低點距離反應器殼體殼壁的距離為反應器半徑的0. 1 0. 8倍。
7.按照權利要求1所述的反應器，其特征在于，所述的反應器殼體由上往下包括擴大段和直筒段，所述的三相分離器設置于擴大段內，所述擴大段的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 2.0 1。
8.按照權利要求7所述的反應器，其特征在于，所述的反應器殼體直徑是指反應器殼體直筒段的直徑，所述三相分離器內筒直筒段的直徑為反應器殼體直徑的0. 6 0. 9倍。
9.按照權利要求1所述的反應器，其特征在于，在所述三相分離器的上方設置緩沖空間。
10.按照權利要求1所述的反應器，其特征在于，所述的沸騰床反應器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。
11.按照權利要求1所述的反應器，其特征在于，所述反應器的殼體內底部設置分布器，分布器為泡帽結構、微孔板式或浮閥式。
全文摘要
本發明公開了一種三相沸騰床反應器。所述反應器包括反應器殼體和三相分離器，所述三相分離器位于反應器殼體內的上部，包括內徑不同的兩個同心圓筒內筒和外筒，內筒和外筒的上下兩端全部開口，分別包括直筒段和擴散段，其特征在于，所述三相分離器的內筒直筒段的直徑為反應器殼體直徑的0.6～0.9倍。本發明通過分析沸騰床反應器內液體沿徑向位置的速度分布規律，合理設置三相分離器的結構，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。本發明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B01J8/24GK102463077SQ20101053901
公開日2012年5月23日 申請日期2010年11月5日 優先權日2010年11月5日
發明者劉建錕, 方向晨, 楊濤, 王剛, 蔣立敬, 陳濤, 韓慶和 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