專利名稱：：一種新型沸騰床反應(yīng)器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一種氣液固三相沸騰床反應(yīng)器，具體地說是用于不同種類液體和氣體物質(zhì)在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(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)。USRe25,770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(guó)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0.10.2mm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)容針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本發(fā)明提供一種可長(zhǎng)期穩(wěn)定操作的新型沸騰床反應(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)明提供的沸騰床加氫反應(yīng)器包括垂直于地面的圓筒型反應(yīng)器殼體、殼體內(nèi)中上部的導(dǎo)向結(jié)構(gòu)和位于殼體內(nèi)上部的三相分離器，所述的導(dǎo)向結(jié)構(gòu)為設(shè)置于反應(yīng)器內(nèi)壁的環(huán)形凸起結(jié)構(gòu)，其沿反應(yīng)器軸線的縱截面為梯形或弓形。本發(fā)明新型沸騰床反應(yīng)器的具體結(jié)構(gòu)為在所述反應(yīng)器殼體的底部設(shè)有原料入口和氣液分布器。在反應(yīng)器殼體頂部設(shè)有氣體出口，上部殼壁設(shè)有液體排出口，用于將反應(yīng)生成的氣體和液體導(dǎo)出。所述的三相分離器設(shè)置于殼體內(nèi)上部空間內(nèi)，包括內(nèi)徑不同的兩個(gè)同心圓筒內(nèi)筒和外筒。所述的內(nèi)筒和外筒的上下兩端全部開口，外筒的上端開口高于內(nèi)筒的上端開口，而外筒的下端開口也應(yīng)高于內(nèi)筒的下端開口。所述內(nèi)筒的下部為一錐形擴(kuò)散段，該擴(kuò)散段的開口(即內(nèi)筒的下端開口)直徑小于反應(yīng)器的內(nèi)徑；所述外筒的下部同樣為一錐形擴(kuò)散段，該擴(kuò)散段的開口(即外筒的下端開口)直徑也應(yīng)小于反應(yīng)器的內(nèi)徑。所述三相分離器的內(nèi)筒構(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筒，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)筒的下端開口為物流導(dǎo)入口，內(nèi)筒的下端開口與反應(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從此處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，或者可以參照本申請(qǐng)人之前申請(qǐng)的專利CN02109404.7予以確定。所述的導(dǎo)向結(jié)構(gòu)位于反應(yīng)器內(nèi)中上部，緊鄰上部的三相分離器。導(dǎo)向結(jié)構(gòu)為設(shè)置于反應(yīng)器殼體內(nèi)壁的環(huán)形凸起結(jié)構(gòu)，其沿反應(yīng)器軸線的縱截面為梯形或弓形。緊鄰三相分離器的梯形腰線或弓形與反應(yīng)器壁交點(diǎn)處的切線與反應(yīng)器內(nèi)壁形成的夾角稱為覆蓋角，該覆蓋角應(yīng)為銳角，最好小于60度；與之相對(duì)的一側(cè)，即遠(yuǎn)離三相分離器的梯形的腰線或弓形與反應(yīng)器壁交點(diǎn)處的切線與反應(yīng)器內(nèi)壁形成的夾角稱為摩擦角，該摩擦角亦為銳角，最好小于60度。所述導(dǎo)向結(jié)構(gòu)圍成的導(dǎo)向口的直徑介于三相分離器的外筒直徑和內(nèi)筒直徑之間。這里所述的內(nèi)筒直徑和外筒直徑均是指內(nèi)筒圓筒段和外筒圓筒段的直徑。所述的氣體排出口一般位于在反應(yīng)器頂部中心處。為了將分離出的澄清液體排出反應(yīng)器，液體排出口一般設(shè)置在反應(yīng)器殼壁的上部，其位置應(yīng)介于外筒的上端開口與下端開口之間。所述三相分離器的上部還應(yīng)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。一般說來，反應(yīng)器的徑高比范圍在0.010.1之間。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，而所述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。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(guó)專利US3398085或US4398852所述的方法進(jìn)行。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)在所述圓筒型反應(yīng)器殼體內(nèi)的底部設(shè)置分布板，分布板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)。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明沸騰床加氫反應(yīng)器的優(yōu)點(diǎn)是(1)反應(yīng)器物料出口與三相分離器和導(dǎo)向結(jié)構(gòu)有機(jī)的結(jié)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(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)增加了導(dǎo)向結(jié)構(gòu)，可以適當(dāng)降低反應(yīng)產(chǎn)物導(dǎo)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，防止縮合結(jié)焦反應(yīng)的發(fā)生。(3)增加了導(dǎo)向結(jié)構(gòu)，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。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。圖2為本發(fā)明反應(yīng)器的斷面俯視圖，其中A-A為導(dǎo)向結(jié)構(gòu)的俯視圖。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l，本發(fā)明反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)特征和工作原理如下反應(yīng)原料混合后由進(jìn)料口l進(jìn)入反應(yīng)器，經(jīng)氣液分布器2后均勻的通過催化劑床層7，反應(yīng)器殼體3內(nèi)的催化劑裝量至少為反應(yīng)器容積的35%，通常為40%70%，最好為50%60%。在氣液物流的攜帶作用下，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通過導(dǎo)向結(jié)構(gòu)4圍成的導(dǎo)向口8進(jìn)入三相分離器11，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IO排出反應(yīng)器，分離下來的催化劑經(jīng)下料口13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12排出反應(yīng)器。為了及時(shí)將失活的催化劑排出反應(yīng)器和補(bǔ)充新鮮催化劑，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14可以將部分失活催化劑排出反應(yīng)系統(tǒng)。導(dǎo)向結(jié)構(gòu)4沿反應(yīng)器軸線的縱截面為梯形，覆蓋角和摩擦角均為銳角，最好均小于60度。當(dāng)然導(dǎo)向結(jié)構(gòu)4沿反應(yīng)器軸線的縱截面也可以為弓形或者其他適宜的形狀。三相分離器11是由內(nèi)徑不同的同心圓筒內(nèi)筒5、外筒6連同反應(yīng)器殼體3的內(nèi)壁共同構(gòu)成。內(nèi)筒5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3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3內(nèi)壁構(gòu)成的環(huán)狀開口為催化劑下料口。為了使折流筒內(nèi)流體流速加快，改善分離效果，外筒擴(kuò)散段錐形頂角一般比內(nèi)筒擴(kuò)散段錐形頂角至少小20度，最好是小4080度。以下結(jié)合實(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)，中型冷模裝置的尺寸為反應(yīng)器殼體的內(nèi)徑460mm，反應(yīng)器殼體的高度二3000mm，殼體有效容積60L，分離器高度二380mm，分離器中心管圓柱部分直徑二92mm，內(nèi)筒下部錐形開口的底部直徑444mm，內(nèi)筒下部錐體部分的高度41mm，外筒圓柱部分直徑-128mm，其錐形部分開口的底部直徑二138mm，錐形部分的高度二64mm，外筒上部開口高于內(nèi)筒上部開口，外筒下部錐形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38mm，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200mm，液體產(chǎn)品管中心距反應(yīng)器頂部切線的垂直距離是338mm。環(huán)形導(dǎo)向結(jié)構(gòu)的覆蓋角為20°，摩擦角為28。，導(dǎo)向口直徑為100mm。選用航空煤油作為液體介質(zhì)，進(jìn)油量為40100L/hr;氣相選用氮?dú)?，進(jìn)氣量為2~3Nm3/hr。固相選用粒徑為0.10.2mm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l。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。即在增加了導(dǎo)向結(jié)構(gòu)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l相同，試驗(yàn)條件及結(jié)果見表2。比較例-1該實(shí)施例為對(duì)比實(shí)施例，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)未設(shè)有導(dǎo)向結(jié)構(gòu)。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l60L冷模裝置進(jìn)油量、進(jìn)氣量與催化劑帶出量的關(guān)系<table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table>表260L中型熱模裝置1000小時(shí)試驗(yàn)結(jié)果<table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table>催化劑裝量，L催化劑帶出量，^Lg/g301.9303.權(quán)利要求1、一種新型沸騰床反應(yīng)器，包括圓筒型反應(yīng)器殼體和設(shè)置于殼體內(nèi)上部空間內(nèi)的三相分離器，其特征在于，在所述的三相分離器下部相鄰處設(shè)置有一導(dǎo)向結(jié)構(gòu)，所述的導(dǎo)向結(jié)構(gòu)為設(shè)置于反應(yīng)器內(nèi)壁的環(huán)形凸起結(jié)構(gòu)，導(dǎo)向結(jié)構(gòu)沿反應(yīng)器軸線的縱截面為梯形或弓形。2、根據(jù)權(quán)利要求1所述的沸騰床反應(yīng)器，其特征在于，緊鄰三相分離器的梯形腰線或弓形與反應(yīng)器內(nèi)壁交點(diǎn)處的切線與反應(yīng)器內(nèi)壁形成的覆蓋角為銳角，與覆蓋角相對(duì)一側(cè)的摩擦角為銳角。3、根據(jù)權(quán)利要求2所述的沸騰床反應(yīng)器，其特征在于，所述的覆蓋角和摩擦角均小于60度。4、根據(jù)權(quán)利要求1所述的沸騰床反應(yīng)器，其特征在于，所述的導(dǎo)向結(jié)構(gòu)圍成的導(dǎo)向口的直徑介于三相分離器的外筒直徑和內(nèi)筒直徑之間。5、根據(jù)權(quán)利要求1所述的沸騰床反應(yīng)器，其特征在于，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□。6、根據(jù)權(quán)利要求5所述的沸騰床反應(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。7、根據(jù)權(quán)利要求5所述的沸騰床反應(yīng)器，其特征在于，所述內(nèi)筒的下端為一錐形擴(kuò)散段，該擴(kuò)散段的開口直徑小于反應(yīng)器的內(nèi)徑；所述外筒的下端同樣為一錐形擴(kuò)散段，該擴(kuò)散段的開口直徑小于反應(yīng)器的內(nèi)徑。8、根據(jù)權(quán)利要求1所述的沸騰床反應(yīng)器，其特征在于，所述的反應(yīng)器殼壁上設(shè)置有液體排出口，其位置介于外筒的上端開口與下端開口之間。9、根據(jù)權(quán)利要求1所述的沸騰床反應(yīng)器，其特征在于，在所述的三相分離器上部設(shè)置有一緩沖空間，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。10、根據(jù)權(quán)利要求7所述的沸騰床反應(yīng)器，其特征在于，所述外筒擴(kuò)散段的錐形頂角比內(nèi)筒擴(kuò)散段的錐形頂角至少小20度。11、根據(jù)權(quán)利要求10所述的沸騰床反應(yīng)器，其特征在于，所屬的外筒擴(kuò)散段的錐形頂角比內(nèi)筒擴(kuò)散段的錐形頂角小4080度。全文摘要本發(fā)明公開了一種新型沸騰床加氫反應(yīng)器。本發(fā)明的沸騰床加氫反應(yīng)器包括垂直于地面的圓筒型反應(yīng)器殼體、殼體內(nèi)上部的三相分離器和反應(yīng)器中上部的導(dǎo)向結(jié)構(gòu)。所述的導(dǎo)向結(jié)構(gòu)為設(shè)置于反應(yīng)器內(nèi)壁的環(huán)形凸起結(jié)構(gòu)，導(dǎo)向結(jié)構(gòu)沿反應(yīng)器軸線的縱截面為梯形或弓形。導(dǎo)向結(jié)構(gòu)的設(shè)置及與三相分離器的有機(jī)結(jié)合，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，能夠大大減少催化劑的帶出量。本發(fā)明沸騰床反應(yīng)器可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)，具有催化劑藏量大和反應(yīng)器利用率高等特點(diǎn)。文檔編號(hào)C10G45/02GK101376092SQ200710012680公開日2009年3月4日申請(qǐng)日期2007年8月27日優(yōu)先權(quán)日2007年8月27日發(fā)明者劉建錕,濤楊,胡長(zhǎng)祿,葛海龍,蔣立敬,麗賈申請(qǐng)人:中國(guó)石油化工股份有限公司;中國(guó)石油化工股份有限公司撫順石油化工研究院