專利名稱：一種沸騰床反應器的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種沸騰床反應器，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行化學反應的一種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、高瀝青質(zhì)含量的重、劣質(zhì) 原料油，具有壓力降小、溫度分布均勻、可保持整個運轉(zhuǎn)周期內(nèi)催化劑活性恒定、可在運轉(zhuǎn) 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(nèi)催化劑藏量較少，反應器空間利用率低；循環(huán)油泵維護保養(yǎng)費用較高，而且 一旦循環(huán)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(nèi)液體產(chǎn)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(chǎn)品質(zhì)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(wěn)定操作，關鍵是要求合理設計反應器的內(nèi)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(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，不利于裝置的長周期運轉(zhuǎn)。但 是這屬于傳統(tǒng)的密相流化床，且有著明顯的缺點，相間返混程度較大，傳熱、傳質(zhì)推動力下 降，造成轉(zhuǎn)化率很難提高。特別是在輕油收率要求高，勢必轉(zhuǎn)化率也相應的提高，而相間返 混程度較大，轉(zhuǎn)化率偏低。

發(fā)明內(nèi)容針對現(xiàn)有技術存在的問題，本實用新型提供一種可長期穩(wěn)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(wěn)定運轉(zhuǎn)的需要。 本實用新型沸騰床反應器的具體結構為 —種沸騰床反應器，包括反應器殼體、相分離器和循環(huán)管路；所述的反應器殼體由 上往下依次包括擴大段和直筒段；所述相分離器位于擴大段和過渡段內(nèi)，相分離器包括外 筒和內(nèi)筒，所述的內(nèi)筒和外筒上下兩端開口 ，分別由上端的直筒段和連接的錐形擴散段構 成，外筒的上端開口和下端開口位置分別高于內(nèi)筒的上端開口和下端開口，內(nèi)筒的下端開 口直徑小于外筒的下端開口直徑；所述的循環(huán)管路上端開口位于反應器的液體產(chǎn)品出口下 方，下端開口位于分布器上方。 在反應器底部設有原料入口和氣液分布器。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，分別用于將相分離出的氣體和液體導出。反應器主體段 外部設有供循環(huán)物料經(jīng)過的管線、控制閥等。 所述相分離器的內(nèi)筒(本申請中凡提及內(nèi)筒均指由內(nèi)筒直筒段及擴散段構成的 整體，提及外筒亦如此)構成相分離器的中心管，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)，外筒與反應器內(nèi)壁之間的環(huán)狀空間為該相分離器的澄清液體產(chǎn)品收集區(qū)； 所述內(nèi)筒的下端開口為物流導入口，內(nèi)筒的擴散段開口與反應器擴大段內(nèi)壁構成的圓環(huán)狀 開口為該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(jù)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。 所述反應器殼體由上往下依次包括擴大段、過渡段和直筒段。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。過渡段與直筒段交點處 的切線與反應器軸線形成的夾角(夾角起始于軸線，終止于交點處的切線)稱為擴大角，該 擴大角為銳角，最好為45 60度。 所述的循環(huán)管路上端開口位于反應器的液體產(chǎn)品出口下方，下端開口位于分布器 上方。所述循環(huán)管路上設置有控制閥與緩沖區(qū)。相分離后的液體產(chǎn)物一部分由產(chǎn)品排出管 路進入下游進行處理，還有一部分液體沿著循環(huán)管路返回到反應器中，并在在反應器底部 流入的反應物流的攜帶下，一起帶動催化劑產(chǎn)生沸騰狀態(tài)。在液體出口處所述循環(huán)管路與 反應器擴大段的夾角度為10 90度，所述循環(huán)管路下段在返回反應器主體段處循環(huán)物料 經(jīng)過的管線與反應器主體段的角度為10 90度。為減少物料對管線材質(zhì)的磨蝕，在兩支 循環(huán)物料經(jīng)過的管線連接處為弧形連接。 所述的擴大段為設置于反應器上端的環(huán)形擴大結構。所述擴大段的直徑(指內(nèi) 徑)為直筒段直徑(指內(nèi)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。過渡段與直筒段交點處的切線與反應器軸線形成的夾角(夾角起始于軸線， 終止于交點處的切線)稱為擴大角，該擴大角為銳角，最好為45 60度。直筒段的徑高比 范圍在0. 01 0. 1之間。 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，其位置應介于相分離器外筒的上端開口與下端開口之間。 所述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(chǎn)物于此富集 并從氣體排出口排出反應器。 本實用新型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 置于所述反應器的頂部，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(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備或方 法，例如可參照美國專利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，在所述反應器的底部還設置分布器，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。 在本實用新型沸騰床反應器中，循環(huán)物料的位置，也可以根據(jù)顆粒的自然沉降，實 現(xiàn)液固的進一步分離。這樣帶出的少量催化劑顆?？梢噪S著循環(huán)物料返回至反應器主體區(qū) 域?？梢员苊庖驇С龅拇呋瘎┑臒o法處理。 本實用新型的沸騰床反應器，因為循環(huán)管路的存在，物料的循環(huán)增加了催化劑流 化的動力，可以更好地促進催化劑的流化和沸騰。通常，經(jīng)過循環(huán)管路的循環(huán)物料的量與新 鮮進料量之比為0. 03 0. 15，具體視原料和產(chǎn)品要求而定。 本實用新型的沸騰床反應器中，催化劑的體積用量為反應器體積的10% 70%， 優(yōu)選30 % 50 % ，具體根據(jù)原料性質(zhì)確定。 與現(xiàn)有技術相比，本實用新型沸騰床反應器采用三相循環(huán)流化床結構，具有傳質(zhì) 能力強、相含率和固體顆粒循環(huán)量可以分別控制、產(chǎn)品轉(zhuǎn)化率可以調(diào)整、控制相間返混程度 等優(yōu)點。本實用型反應器結構簡單、反應器空間利用率高，工藝操作平穩(wěn)、靈活性高，可以用 于各種重油的沸騰床加氫處理過程。

圖1是本實用新型的沸騰床反應器示意圖。 其中1-原料入口，2-氣液分布器，3-反應器直筒段，4-反應器擴大段，5-內(nèi)筒， 6-外筒，7-催化劑床層，8-擴大區(qū)域，9-催化劑加入管，10-氣體排出口 ， 11-相分離器， 12-液體出口 ， 13-下料口 ， 14-催化劑排放管，15-控制閥，16-循環(huán)物料緩沖區(qū)，17-過渡 段，18-循環(huán)管路。
具體實施方式
以下結合附圖和具體實施例進一步對本實用新型進行描述。 結合圖l，本實用新型沸騰床反應器的具體結構為沸騰床反應器包括反應器殼 體、相分離器11和循環(huán)管路18。所述反應器殼體由上端的擴大段4、過渡段17和直筒段3 構成，擴大段4的直徑為直筒段3直徑的1. 2 2倍，優(yōu)選1. 4 1. 6倍。所述相分離器11 位于擴大段4內(nèi)，通過支耳焊接固定于殼壁上，相分離器11由外筒6和內(nèi)筒5構成，外筒6 和內(nèi)筒5分別由直筒段和錐形擴散段構成，所述外筒6的上端開口和下端開口高于內(nèi)筒5 的上端開口和下端開口，外筒6下端開口直徑大于內(nèi)筒5下端開口直徑。所述的循環(huán)管路 18上設置有兩個控制閥15和一個緩沖區(qū)16。 本實用新型沸騰床反應器的工作原理為液體原料與氣體混合物從反應器底部原 料入口 1經(jīng)氣液分布板2進入反應器內(nèi)，進入含催化劑顆粒的催化劑床層7，反應器內(nèi)催化 劑裝量至少為反應器容積的20%，通常為40% 70%，最好為50% 60%。液體和氣體 線速度應足以使反應器內(nèi)催化劑顆粒進行隨機運動并使催化劑床層保持一定膨脹率，其膨 脹后體積通常比其靜態(tài)體積大20% -70%。在反應區(qū)內(nèi)氣體及液體原料完成所需化學反 應。反應后油氣夾帶部分催化劑顆粒進入設在反應器內(nèi)上部相分離器ll，進行氣液固三相 分離。分離過程具體說明如下物流首先經(jīng)過分離器中心管下部圓錐型開口進入三相分離 器內(nèi)筒5構成的中心管，當該物流上升到達中心管頂部開口時，氣泡因其浮力作用在從液 體中逸出并聚集于反應器上部，由氣體排出口 10排出反應器，液固相進入分離器外筒6與擴大段4之間的環(huán)狀空間，折流向下的液體一小部分進入擴大段4與外筒6之間的環(huán)狀空 間，構成向上的產(chǎn)品液速，由于該液速遠低于使固體顆粒沸騰的臨界速度，故折流向下的固 體顆粒不至于進入清液層中。大量的循環(huán)液繼續(xù)向下，將迫使催化劑經(jīng)相分離器11下料 口間隙返回反應區(qū)；又因循環(huán)液在下料口截面產(chǎn)生了很大的向下液速，故其下部貼近反應 器邊壁的氣泡無法上串，保證了清液層沒有氣泡攪動，使液體產(chǎn)品由液體出口 12導出反應 器，得到充分分離。 相分離后的液體產(chǎn)物一部分由液體出口 12進入下游進行處理，還有一部分液體 沿著循環(huán)管路18先進入所述循環(huán)管路上的緩沖區(qū)16，在這里可以形成液體的緩沖穩(wěn)定區(qū) 域，避免液體過快或過慢對反應系統(tǒng)的影響和波動。然后液體沿著循環(huán)管路18返回到反應 器中，并在反應器底部流入的反應物流的攜帶下，一起帶動催化劑產(chǎn)生沸騰狀態(tài)。在液體出 口處所述循環(huán)管路與反應器擴大段的夾角度為10 90度，所述循環(huán)管路下段在返回反應 器主體段處循環(huán)物料經(jīng)過的管線與反應器主體段的角度為10 90度。為減少物料對管線 材質(zhì)的磨蝕，在兩支循環(huán)物料經(jīng)過的管線連接處為弧形連接。 如果需要置換反應器內(nèi)的催化劑，可由反應器上部所設催化劑添加管9加入催化 劑，由底部所設催化劑排出管14卸出催化劑。
權利要求一種沸騰床反應器，包括反應器殼體、相分離器和循環(huán)管路；所述的反應器殼體由上往下依次包括擴大段和直筒段；所述相分離器位于擴大段和過渡段內(nèi)，相分離器包括外筒和內(nèi)筒，所述的內(nèi)筒和外筒上下兩端開口，分別由上端的直筒段和連接的錐形擴散段構成，外筒的上端開口和下端開口位置分別高于內(nèi)筒的上端開口和下端開口，內(nèi)筒的下端開口直徑小于外筒的下端開口直徑；所述的循環(huán)管路位于反應器外部。
2. 按照權利要求1所述的反應器，其特征在于，所述的循環(huán)管路上端開口位于反應器 的液體產(chǎn)品出口下方，下端開口位于分布器上方。
3. 按照權利要求1所述的反應器，其特征在于，所述擴大段的擴大角為銳角。
4. 按照權利要求l所述的反應器，其特征在于，所述擴大段的直徑為直筒段直徑的 1. 2 2倍。
5. 按照權利要求1所述的反應器，其特征在于，所述擴大段的擴大角為45 60度。
6. 按照權利要求l所述的反應器，其特征在于，所述擴大段的直徑為直筒段直徑的 1. 4 1. 6倍。
7. 按照權利要求1所述的反應器，其特征在于，在液體出口處所述循環(huán)管路與反應器 擴大段的夾角度為10 90度，所述循環(huán)管路下段在返回反應器主體段處循環(huán)物料經(jīng)過的 管線與反應器主體段的角度為10 90度。
8. 按照權利要求1所述的反應器，其特征在于，所述的循環(huán)管路上設置有控制閥與緩 沖區(qū)。
9. 按照權利要求1所述的反應器，其特征在于，經(jīng)過循環(huán)管路的循環(huán)物料的量與新鮮 進料量之比為0. 03 0. 15。
10. 按照權利要求1所述的反應器，其特征在于，在反應器底部設有原料入口和氣液分 布器，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 。
專利摘要本實用新型公開了一種沸騰床反應器，包括反應器殼體、相分離器和循環(huán)管路；所述的反應器殼體由上往下依次包括擴大段、過渡段和直筒段；所述相分離器位于擴大段內(nèi)，相分離器包括外筒和內(nèi)筒，所述的內(nèi)筒和外筒上下兩端開口，分別由上端的直筒段和連接的錐形擴散段構成，外筒的上端開口和下端開口位置分別高于內(nèi)筒的上端開口和下端開口，內(nèi)筒的下端開口直徑小于外筒的下端開口直徑。本實用新型反應器結構簡單、反應器空間利用率高，工藝操作平穩(wěn)、靈活性高，可以用于各種重油的沸騰床加氫處理過程。
文檔編號B01J8/22GK201529519SQ20092021979
公開日2010年7月21日 申請日期2009年10月21日 優(yōu)先權日2009年10月21日
發(fā)明者劉建錕, 楊濤, 胡長祿, 賈永忠, 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