一種固定流化床反應器及其應用的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開一種固定流化床反應器及其應用，該反應器包括頂部密封結(jié)構(gòu)和反應器主體，與該反應器連通的出口管（8）和進料管（1），所述反應器主體自上而下包括：沉降段（Ⅰ）、第一反應段（Ⅱ-1）、第二反應段（Ⅱ-2）和第三反應段（Ⅱ-3）以及油劑初始接觸段（Ⅲ），沉降段（Ⅰ）下端的橫截面積與第一反應段（Ⅱ-1）上端的橫截面積相等，第一反應段（Ⅱ-1）下端的橫截面積與第二反應段（Ⅱ-2）上端的橫截面積相等，第二反應段（Ⅱ-2）下端的橫截面積與第三反應段（Ⅱ-3）上端的橫截面積相等，第三反應段（Ⅱ-3）下端的橫截面積與油劑初始接觸段（Ⅲ）上端的橫截面積相等。本發(fā)明提供的固定流化床反應器在應用于如石腦油等輕質(zhì)油品的催化裂化時具有床層線速穩(wěn)定、油劑接觸充分等優(yōu)點，而有利于改善產(chǎn)物分布。
【專利說明】一種固定流化床反應器及其應用

【技術(shù)領域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種固定流化床反應器及其應用。

【背景技術(shù)】
[0002] 催化裂解是在催化劑存在的條件下對石油烴進行裂解以生產(chǎn)低碳烯烴的技術(shù)，由 于原料來源廣、烯烴產(chǎn)品結(jié)構(gòu)易調(diào)整、能耗低以及二氧化碳排放少等優(yōu)點，近年來，催化裂 解技術(shù)取得了較快的發(fā)展。特別針對輕質(zhì)油品如石腦油催化裂解技術(shù)是優(yōu)化利用石腦油資 源，提高煉廠經(jīng)濟效益的重要技術(shù)，圍繞該技術(shù)的工藝開發(fā)、催化劑的研制，或是不同原料 油、催化劑的篩選評價，都離不開實驗室小型評價裝置。
[0003] 目前，應用于催化裂解的實驗裝置主要有循環(huán)流化床、固定流化床和固定床，固定 流化床裝置因其結(jié)構(gòu)簡單、操作彈性好、床層等溫、傳熱效率高等優(yōu)點被廣泛應用于催化裂 解實驗研究，而固定流化床反應器是該類型實驗裝置的核心設備。
[0004] 現(xiàn)有技術(shù)中，常用的固定流化床反應器的結(jié)構(gòu)如圖1所示。該反應器自上而下由 法蘭盤、柱狀的沉降段、圓錐狀的反應段構(gòu)成。此外，在該反應器內(nèi)部設有進料管線、熱電偶 套管、反應油氣過濾管等構(gòu)件。由圖1可以看出，進料管線、熱電偶套管、過濾管均通過法蘭 盤固定在反應器頂部，且其進料管線自上而下地沿中心軸線插入反應器中，其插入深度一 般為反應器垂直高度的1/2以上。盡管該反應器具有結(jié)構(gòu)簡單、操作彈性好等特點，但由于 受到進料方式的限制，原料油的實際預熱溫度往往偏離試驗所要求的預熱溫度，而接近于 反應器內(nèi)部溫度，導致過度熱裂化使得干氣和焦炭的產(chǎn)量增大。此外，原料油的霧化效果也 不夠理想，尤其是當原料油中538°C以上餾分含量較高時，試驗得到的焦炭產(chǎn)率遠大于工業(yè) 生產(chǎn)數(shù)據(jù)，試驗數(shù)據(jù)的可比性將受到影響。
[0005] US6069012公開了一種改進的固定流化床反應器，其結(jié)構(gòu)如圖2所示。該反應器的 沉降段和反應段均呈圓柱狀，固定流化床反應器可以通過調(diào)節(jié)進料噴嘴高度實現(xiàn)對反應時 間的調(diào)整。此外，反應器底部增設流化氣體噴嘴以改善催化劑的流化狀態(tài)。由于受床層線 速的限制，該反應器只適于在常規(guī)的催化裂化反應條件下進行試驗。
[0006] 此外，CN2512495Y、CN201042664Y、CN202438304U 等專利技術(shù)均是在圖 1 所 示的常規(guī)的固定流化床反應器構(gòu)型的基礎上作了部分改進，以適應不同的工藝。例如， CN201042664Y采用類似的進料系統(tǒng)，同時采用錐型反應器，并增設了分布板，在一定程度上 改善了在高溫高線速下流化質(zhì)量下降的缺點。
[0007] 又如，CN201064712Y公開了一種用于實驗研究的固定流化床反應器，其結(jié)構(gòu)如圖 3所示。該反應器自上而下包括沉降段I、反應段II和油劑初始接觸段III，該反應器主要 對沉降段的構(gòu)型作了改進，所述沉降段自上而下由圓臺狀的沉降段I a和圓柱狀的沉降段 I b組成，可縮短反應中間產(chǎn)物在催化劑稀相段的共存時間，有效地縮短了小分子烯烴之 間的縮聚反應。
[0008] 綜上所述，現(xiàn)有技術(shù)的固定流化床反應器主要針對重質(zhì)油的常規(guī)催化裂化和催化 裂解，由于如石腦油等輕質(zhì)油品的催化裂化反應具有反應溫度高、劑油比大、油氣線速高、 多產(chǎn)氣體等特點，而采用上述的固定流化床反應器進行催化裂解時，在高溫反應條件下床 層內(nèi)催化劑分布不均勻，油劑接觸不充分，而會影響最終的產(chǎn)物分布，因而現(xiàn)有技術(shù)的固定 流化床反應器并不適用于如石腦油等輕質(zhì)油品的催化裂解反應溫度高、劑油比大、油氣線 速高、多產(chǎn)氣體等特殊的反應需求。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0009] 為了解決上述問題，本發(fā)明提供了一種新的固定流化床反應器及其應用。
[0010] 為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種固定流化床反應器，所述固定流化床反應 器包括以可拆卸的方式密封連接的頂部密封結(jié)構(gòu)和反應器主體，與該反應器連通的出口管 8和進料管1，所述反應器主體自上而下包括：沉降段I、反應段II和油劑初始接觸段III，其 中，所述反應段II自上而下包括第一反應段II -1、第二反應段II -2和第三反應段II -3,沉 降段I下端的橫截面積與第一反應段II -1上端的橫截面積相等，第一反應段II -1下端的 橫截面積與第二反應段II -2上端的橫截面積相等，第二反應段II -2下端的橫截面積與第 三反應段II -3上端的橫截面積相等，第三反應段II -3下端的橫截面積與油劑初始接觸段 III上端的橫截面積相等，且所述第一反應段II -1的橫截面積自上而下逐漸增大，第二反應 段II -2和第三反應段II -3的橫截面積自上而下均逐漸縮小。
[0011] 本發(fā)明還提供了所述固定流化床反應器在用于輕質(zhì)油品，特別是石腦油催化裂解 中的應用。
[0012] 本發(fā)明提供的固定流化床反應器通過對反應段II的構(gòu)型進行改進，使得該反應器 在應用于如石腦油等輕質(zhì)油品的催化裂化時顯現(xiàn)出床層線速穩(wěn)定、油劑接觸充分等特點， 而有利于改善產(chǎn)物分布，提高目標產(chǎn)物的收率。
[0013] 本發(fā)明的其他特征和優(yōu)點將在隨后的【具體實施方式】部分予以詳細說明。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0014] 附圖是用來提供對本發(fā)明的進一步理解，并且構(gòu)成說明書的一部分，與下面的具 體實施方式一起用于解釋本發(fā)明，但并不構(gòu)成對本發(fā)明的限制。在附圖中：
[0015] 圖1是一種常用的固定流化床反應器的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0016] 圖2是US6069012公開的一種固定流化床反應器的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0017] 圖3是CN201064712Y公開的一種固定流化床反應器的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0018] 圖4是本發(fā)明的一種【具體實施方式】的固定流化床反應器的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0019] 附圖標記說明
[0020] 1-進料管；2-分布板；3-熱電偶測溫管；4-過濾管；5-下法蘭盤；
[0021] 6-密封墊；7-過濾管密封座；8-出口管；9-上法蘭盤；10-螺栓；
[0022] I -沉降段；II -反應段（II -1第一反應段，II -2第二反應段，II -3第三反應段)； III -油劑初始接觸段；
[0023] α-第一反應段II -1的圓臺夾角；
[0024] 第二反應段II _2的圓臺夾角；
[0025] γ-第三反應段II _3的圓臺夾角。

【具體實施方式】
[0026] 以下對本發(fā)明的【具體實施方式】進行詳細說明。應當理解的是，此處所描述的具體 實施方式僅用于說明和解釋本發(fā)明，并不用于限制本發(fā)明。
[0027] 在本發(fā)明中，在未作相反說明的情況下，反應器頂部指的是反應器高度方向上的 頂部的下表面，優(yōu)選指的是上法蘭盤5的下表面。反應器的底部指的是反應器高度方向上 的油劑初始接觸段III下端表面。開孔率指的是分布板2 (篩孔板）上的篩孔的總面積與篩 孔板的面積的比值。
[0028] 上部、下部指反應器的高度方向上的上部或者下部，以反應器高度的1/2處為基 準，低于此位置的則為下部，高于此位置的則為上部。
[0029] 按照本發(fā)明，如圖4所示，所述固定流化床反應器包括以可拆卸的方式密封連接 的頂部密封結(jié)構(gòu)和反應器主體，與該反應器連通的出口管8和進料管1，所述反應器主體自 上而下包括：沉降段I、反應段II和油劑初始接觸段III，其中，所述反應段II自上而下包括 第一反應段II -1、第二反應段II -2和第三反應段II -3,沉降段I下端的橫截面積與第一反 應段II -1上端的橫截面積相等，第一反應段II -1下端的橫截面積與第二反應段II -2上端 的橫截面積相等，第二反應段II -2下端的橫截面積與第三反應段II -3上端的橫截面積相 等，第三反應段II -3下端的橫截面積與油劑初始接觸段III上端的橫截面積相等，且所述第 一反應段II -1的橫截面積自上而下逐漸增大，第二反應段II -2和第三反應段II -3的橫截 面積自上而下均逐漸縮小。
[0030] 其中，所述"密閉地穿過反應器的頂部"指的是：熱電偶測溫管3從反應器的頂部 進入反應器，且熱電偶測溫管3的管壁與反應器頂部連接處密封，以防止反應器內(nèi)的物料 從熱電偶測溫管3與反應器頂部連接處泄漏出反應器。下述其他處所述"密閉地穿過"均 可參考該解釋。
[0031] 本發(fā)明通過對反應段II的結(jié)構(gòu)進行改進，將反應段II設計為由三段構(gòu)成(所述反 應段II自上而下包括第一反應段II -1、第二反應段II -2和第三反應段II -3)，即為沿著進 料方向反應段II的橫截面積先逐漸擴大然后逐漸縮小的形狀，從而使得所述固定床反應器 能夠特別適用于加工以飽和烴為主要組成的輕質(zhì)油品特別是石腦油的催化裂解反應。主要 表現(xiàn)在：
[0032] ( 1)采用沿著進料方向反應段II的橫截面積先逐漸擴大然后逐漸縮小，可以避免 輕質(zhì)油品與催化劑接觸反應后，由于體積迅速膨脹帶來的床層線速過快增長的問題，維持 了床層線速和操作的穩(wěn)定性；
[0033] (2)第三反應段II-3自下而上的擴徑設計有助于在該段形成均一的催化劑流化 床層，減少了因催化劑線速度較大而在反應段底部稀相區(qū)的形成，改善了油劑接觸狀態(tài)；
[0034] (3)第一反應段II-1自下而上的縮徑設計減少了被夾帶到沉降段的催化劑的比 例，在一定程度上減少了沉降段反應油氣二次反應的發(fā)生，提高了目標產(chǎn)物的選擇性；優(yōu) 選，第一反應段II -1采用由下向上橫截面直徑逐漸減小的圓臺形狀的設計，有助于縮短反 應油氣在沉降段的停留時間，提高目標產(chǎn)物的產(chǎn)率。
[0035] 根據(jù)本發(fā)明，為了避免本發(fā)明所述固定流化床反應器內(nèi)沉降段I與反應段II之間 存在死角，優(yōu)選，沉降段I下端(沉降段I底部)的橫截面積不小于第一反應段II -1上端(第 一反應段II -1頂部）的橫截面積，更優(yōu)選沉降段I下端(沉降段I底部）的橫截面積與第一 反應段II -1上端(第一反應段II -1頂部）的橫截面積相等；第一反應段II -1下端(第一反 應段II -1底部)的橫截面積不小于第二反應段II -2上端(第二反應段II -2頂部)的橫截面 積，更優(yōu)選，第一反應段II -1下端(第一反應段II -1底部）的橫截面積與第二反應段II -2 上端(第二反應段II -2頂部）的橫截面積相等；第二反應段II -2下端(第二反應段II -2底 部）的橫截面積不小于第三反應段II -3上端(第三反應段II -3頂部）的橫截面積，更優(yōu)選， 第二反應段II -2下端(第二反應段II -2底部)的橫截面積與第三反應段II -3上端(第三反 應段II -3頂部）的橫截面積相等；第三反應段II -3下端(第三反應段II -3底部）的橫截面 積不小于油劑初始接觸段III上端(油劑初始接觸段III頂部）的橫截面積，更優(yōu)選，第三反應 段II -3下端(第三反應段II -3底部）的橫截面積與油劑初始接觸段III上端(油劑初始接觸 段III頂部）的橫截面積相等，由此催化劑可以在本發(fā)明的固定流化床反應器內(nèi)很好地流化 和沉降。
[0036] 本發(fā)明中，滿足前述要求的固定流化床反應器均可實現(xiàn)本發(fā)明的目的，針對本發(fā) 明，優(yōu)選所述第一反應段II -1、第二反應段II -2和第三反應段II -3均為圓臺形狀。
[0037] 根據(jù)本發(fā)明，為了進一步增強催化劑在本發(fā)明所述固定流化床反應器內(nèi)的均勻 分布和氣固流態(tài)化質(zhì)量，優(yōu)選情況下，所述圓臺形狀的第一反應段II -1的夾角α不小于 15°，優(yōu)選不小于30°。所述圓臺形狀的第二反應段II-2的夾角β不超過10°，優(yōu)選不 超過7°。所述圓臺形狀的第三反應段II -3的夾角γ不超過45°，優(yōu)選不超過40°。為 了進一步達到控制過度熱裂解、減少焦炭及干氣產(chǎn)率的目的，優(yōu)選，所述第三反應段II -3 的夾角Υ大于所述第二反應段II -2的夾角β，進一步優(yōu)選，所述圓臺形狀的第三反應段 II -3的夾角Υ為24-45°，最優(yōu)選為30-40°。
[0038] 本發(fā)明中，所述圓臺的夾角指的是與圓臺的中心軸線平行的線與圓臺的母線之間 的夾角。
[0039] 按照本發(fā)明，為了使催化劑在本發(fā)明所述固定流化床反應器內(nèi)的分布更均勻以更 好地實現(xiàn)本發(fā)明的發(fā)明目的，進一步優(yōu)選情況下，第一反應段II -1的高與該反應段上端的 橫截面的直徑比為1:2-10,更優(yōu)選為1:5-10 ;第二反應段II -2的高與該反應段上端的橫截 面的直徑比為1.34-5:1，優(yōu)選為1.5-3:1 ;第三反應段II -3的高與該反應段上端的橫截面 的直徑比為1:1-5,優(yōu)選為1:1-3。
[0040] 按照本發(fā)明，對所述進料管1在反應器上的安裝位置無特殊要求，現(xiàn)有技術(shù)的各 種安裝位置均可實現(xiàn)本發(fā)明的發(fā)明目的，例如可以安裝在本發(fā)明所述固定流化床反應器的 頂部(如可以密閉地穿過所述反應器的頂部與反應器主體連通)，也可以安裝在所述固定流 化床反應器的側(cè)壁。針對本發(fā)明，優(yōu)選情況下，如圖4所示，所述進料管1與油劑初始接觸 段III的底部端口連通。將進料管1設計在與油劑初始接觸段III的底部端口連通，采用下進 料的方式，油氣經(jīng)預熱后直接進入反應器與催化劑接觸，可以較準確地控制進料溫度，同時 減少了油氣在高溫下的熱裂解反應，降低了產(chǎn)物中干氣與焦炭的含量，改善產(chǎn)物分布。
[0041] 本發(fā)明對所述出口管8在反應器上的安裝位置無特殊要求，現(xiàn)有技術(shù)的各種安裝 位置均可實現(xiàn)本發(fā)明的發(fā)明目的，例如，可以安裝在本發(fā)明所述固定流化床反應器的頂部 (如可以穿過反應器主體的頂部與反應器主體連通)，也可以安裝在本發(fā)明所述固定流化床 反應器的側(cè)壁。針對本發(fā)明，為了有效抑制小分子烯烴在催化作用下的縮聚、降低沉降段的 高度，優(yōu)選，所述出口管8密閉地穿過反應器的頂部（S卩，上法蘭盤9)插入沉降段I的頂部， 更優(yōu)選所述出口管8密閉地穿過反應器的頂部垂直插入沉降段I的頂部。
[0042] 根據(jù)本發(fā)明，優(yōu)選所述出口管8有多個，且多個該出口管8在反應器主體上均勻分 布。
[0043] 根據(jù)本發(fā)明，優(yōu)選在所述出口管8的至少位于反應器主體內(nèi)的一端安裝有過濾管 4,如此通過過濾管4將催化劑過濾下來，而反應油氣繼續(xù)通過出口管8排出固定流化床反 應器外。其中，所述過濾管4的安裝和固定方式可以采用本領域技術(shù)人員公知的方法進行， 按照本發(fā)明的一種【具體實施方式】，如圖4所示，所述過濾管4包括反應器主體內(nèi)的位于出口 管8端部的底部結(jié)構(gòu)和設置在該部分出口管8的外圓周壁上的管部結(jié)構(gòu)，且所述過濾管4 的管部結(jié)構(gòu)沿著出口管8的長度方向向上延伸，并高于上法蘭盤9 (S卩，穿過該反應器的頂 部暴露在所述反應器主體的外部)，更優(yōu)選，所述高于上法蘭盤9的部分過濾管4的管部結(jié) 構(gòu)通過過濾管密封座7密封并固定在反應器的頂部。為了適用于石腦油催化裂解較高溫度 的操作條件，優(yōu)選情況下，所述過濾管4選用耐溫性能好、使用壽命長、耐急冷急熱性好、不 易炸裂的剛玉材質(zhì)制成。
[0044] 按照本發(fā)明，為了較準確地測定反應溫度，所述固定流化床反應器還包括熱電偶 測溫管3,本發(fā)明對所述熱電偶測溫管3在反應器上的安裝位置無特殊要求，現(xiàn)有技術(shù)的各 種安裝位置均可實現(xiàn)本發(fā)明的發(fā)明目的，例如，可以穿過反應器的頂部插入所述反應段Π 內(nèi)，用于測量反應器內(nèi)的溫度。針對本發(fā)明，為了便于安裝并能夠更好地監(jiān)測反應溫度，所 述熱電偶測溫管3密閉地穿過所述固定流化床反應器的頂部垂直插入所述反應器主體內(nèi)， 并延伸至所述反應器主體內(nèi)的第三反應段II -3的底部。優(yōu)選情況下，所述熱電偶測溫管3 沿著所述反應器的中心軸線插入所述反應器主體內(nèi)。對于所述熱電偶測溫管3在反應器主 體內(nèi)的插入深度，為本領域此類反應器的慣常設計，在此不再贅述。
[0045] 按照本發(fā)明，為了進一步增強催化劑在本發(fā)明所述固定流化床反應器內(nèi)的均勻分 布和流化狀態(tài)，優(yōu)選情況下，如圖4所示，所述固定流化床反應器還包括分布板2,該分布板 2固定在所述熱電偶測溫管3的下端。如此流化介質(zhì)可以通過所述流化介質(zhì)分布板2均勻 地在反應器主體內(nèi)與催化劑逆流接觸，從而大大增強了催化劑在本發(fā)明所述固定流化床反 應器內(nèi)的流化狀態(tài)。進一步優(yōu)選情況下，所述分布板2為篩孔板，且垂直于所述固定流化床 反應器的中心軸線的方向，所述篩孔板上的開孔均勻分布，優(yōu)選，所述篩孔板為圓形，所述 篩孔板的直徑與其所在高度的反應器橫截面的內(nèi)徑之比為〇. 3-0. 9:1，開孔率為5-50%，孔 直徑為0. 2_3mm。
[0046] 按照本發(fā)明，如圖4所示，所述頂部密封結(jié)構(gòu)為法蘭盤密封結(jié)構(gòu)，所述法蘭盤密封 結(jié)構(gòu)包括上法蘭盤9和下法蘭盤5,且所述反應器頂部為上法蘭盤9。并通過上法蘭盤9和 下法蘭盤5使反應器的頂部與反應器主體密封，并使得用于排出反應后油氣的出口管8、用 于測溫的熱電偶測溫管3均固定于上法蘭盤9、并密閉地穿過上法蘭盤9插入反應器內(nèi)部。 [0047] 按照本發(fā)明，采用法蘭盤密封的方式為本領域技術(shù)人員所公知，且上法蘭盤、下法 蘭盤的形式和材質(zhì)均采用本領域此類反應器的慣常設計。針對于本發(fā)明，采用法蘭盤密封 方式的裝置構(gòu)造簡單，且拆卸改造方便。本領域技術(shù)人員公知的是，可以通常采用焊接或螺 栓連接等方式將上法蘭盤9和下法蘭盤5固定，從使反應器主體的頂部密封。
[0048] 按照本發(fā)明的一種【具體實施方式】，優(yōu)選情況下，如圖4所示，為了便于所述固定流 化床反應器的構(gòu)建，所述下法蘭盤5安裝在反應器主體的頂部開口的周壁上，所述上法蘭 盤9蓋在反應器主體的頂部，并通過螺栓10使上法蘭盤9與下法蘭盤5螺栓連接。此外， 通常情況下，為了使上法蘭盤9和下法蘭盤5通過螺栓10連接的更緊密，并可以起到緩沖 作用，在上法蘭盤9與下法蘭盤5之間還設置有密封墊6。
[0049] 更優(yōu)選，為了利于反應器主體更好地密封，所述下法蘭盤5與反應器主體為一體 的。
[0050] 本發(fā)明的改進主要在于反應段II的結(jié)構(gòu)，因此，對于所述固定流化床反應器的沉 降段I的結(jié)構(gòu)(包括形狀(優(yōu)選為圓柱形狀)、高度等)，油劑初始接觸段III的結(jié)構(gòu)(包括形狀 (優(yōu)選為倒圓錐形狀)、高度等)均可以采用本領域此類反應器的慣常設計。例如，一般而言， 現(xiàn)有技術(shù)常用的固定流化床反應器的沉降段I為圓臺形狀或圓柱形狀，同樣本發(fā)明所述沉 降段I可以為圓臺形狀或圓柱狀，油劑初始接觸段III可以為圓臺形狀或倒圓錐形狀，具體 可以根據(jù)需要進行選擇。
[0051] 針對本發(fā)明，優(yōu)選情況下，如圖4所示，本發(fā)明所述沉降段I為圓柱形狀，所述沉 降段I的徑高比為〇. 4-0. 5:1，所述沉降段I的高度為反應器頂部距離反應器底部的垂直 距離的32-37% ;所述反應段II的高度為反應器頂部距離反應器底部的垂直距離的54-58% ; 所述油劑初始接觸段III為倒圓錐狀，錐角為20-40°，所述油劑初始階段III的高與該油劑初 始階段III上端的橫截面的直徑比為1. 23-2. 35:1，優(yōu)選為1. 38-1. 86:1，所述油劑初始接觸 段III的高度為反應器頂部距離反應器底部的垂直距離的5-14%。選擇沉降段為圓柱形狀、油 劑初始接觸段為倒圓錐形狀的優(yōu)點在于：能縮短反應中間產(chǎn)物在沉降段I的停留時間，抑 制小分子烯烴的縮聚反應，初始接觸段油氣和催化劑迅速混合、良好接觸提高實驗結(jié)果的 準確性。
[0052] 其中，錐角指圓錐軸截面的兩條母線之間的夾角。
[0053] 下面參照圖4,對本發(fā)明的一種優(yōu)選實施方式的固定流化床反應器的工作過程進 行詳細地描述。
[0054] 作為一種優(yōu)選的實施方式，本發(fā)明提供的固定流化床反應器的結(jié)構(gòu)如圖4所示， 所述固定流化床反應器包括以可拆卸的方式密封連接的頂部密封結(jié)構(gòu)和反應器主體，所述 反應器主體自上而下包括：沉降段I、反應段II和油劑初始接觸段III，所述反應段II自上而 下包括第一反應段II -1、第二反應段II -2和第三反應段II -3,沉降段I下端的橫截面積 與第一反應段II -1上端的橫截面積相等，第一反應段II -1下端的橫截面積與第二反應段 II -2上端的橫截面積相等，第二反應段II -2下端的橫截面積與第三反應段II -3上端的橫 截面積相等，第三反應段II -3下端的橫截面積與油劑初始接觸段III上端的橫截面積相等， 且第一反應段II -1、第二反應段II -2和第三反應段II -3均為圓臺形狀。所述圓臺形狀的 第一反應段II -1的夾角α不小于15°，所述圓臺形狀的第二反應段II -2的夾角β不超 過10°，所述圓臺形狀的第三反應段II -3的夾角Υ不超過45°，且所述第三反應段II -3 的夾角Υ大于所述第二反應段II -2的夾角β。沉降段I為圓柱形狀，油劑初始接觸段III 為倒圓錐形狀。
[0055] 所述反應器的頂部密封結(jié)構(gòu)為法蘭盤密封結(jié)構(gòu)，所述法蘭盤密封結(jié)構(gòu)包括上法蘭 盤9和下法蘭盤5,且所述反應器頂部為上法蘭盤9。所述下法蘭盤5安裝在反應器主體的 頂部開口的周壁上，所述上法蘭盤9蓋在反應器主體的頂部，并通過螺栓10使上法蘭盤9 與下法蘭盤5螺栓連接，且上法蘭盤9與下法蘭盤5之間設置有密封墊6。所述反應器還 包括熱電偶測溫管3、出口管8和過濾管4,其中，所述熱電偶測溫管3密閉地穿過所述固定 流化床反應器的頂部（即，上法蘭盤9)垂直插入(沿中心軸線的方向)所述反應器主體內(nèi)，并 延伸至所述反應器主體內(nèi)的第三反應段II -3的底部。所述固定流化床反應器還包括分布 板2,該分布板2固定在所述熱電偶測溫管3的下端(垂直于所述固定流化床反應器的中心 軸線的方向）。三個出口管8密閉地穿過所述固定流化床反應器的頂部（S卩，上法蘭盤9)垂 直插入沉降段I的頂部，與該反應器連通。在所述出口管8位于反應器主體內(nèi)的一端分別 安裝有三個過濾管4,三個過濾管4分別包括反應器主體內(nèi)的位于出口管8端部的底部結(jié)構(gòu) 和設置在該部分出口管8的外圓周壁上的管部結(jié)構(gòu)，且部分過濾管4的管部結(jié)構(gòu)沿著出口 管8的長度方向向上延伸，并高于上法蘭盤9 (S卩，穿過該反應器的頂部暴露在所述反應器 主體的外部)，所述高于上法蘭盤9的部分過濾管4的管部結(jié)構(gòu)通過過濾管密封座7密封并 固定在反應器的頂部。進料管1與油劑初始接觸段III的底部端口連通。
[0056] 催化劑經(jīng)進料管1，在負壓的作用下引入該固定流化床反應器中，流化介質(zhì)(可以 是選自空氣、水蒸氣、氮氣或氦氣的一種或幾種的混合氣)也通過進料管1進入反應器，用以 流化反應器內(nèi)的催化劑。預熱后的烴油原料經(jīng)進料管1注入已達到指定溫度的催化劑床層 中，與催化劑進行接觸，并在指定的操作條件下進行催化裂化反應。
[0057] 為了改善催化劑的流動狀態(tài)，流化氣體和催化劑的混合物經(jīng)分布板2對其流動方 向和速度進行調(diào)整，以便在反應段內(nèi)形成均勻的催化劑密相床層。在原料油氣自下而上的 運動過程中，經(jīng)過反應段11-1，氣體線速度降低，與催化劑充分混合；在反應段II-2形成 均勻混合的密相區(qū)，以保證原料油氣催化裂解反應所需的接觸時間；催化劑顆粒在反應段 Π -3的作用下形成返混，有利于氣固均勻混合，部分催化劑被夾帶至沉降段，隨著流化氣體 線速的降低，其中大部分催化劑顆粒返回反應段II中，而流化氣體經(jīng)過濾器4過濾后經(jīng)出 口管8排出，排出的氣流經(jīng)后續(xù)產(chǎn)品回收系統(tǒng)進行收集、計量。
[0058] 反應后的催化劑可用汽提介質(zhì)(例如水蒸氣、氮氣或氦氣）進行汽提，汽提介質(zhì)和 所起提出的反應油氣也經(jīng)過過濾管4過濾后經(jīng)出口管8排出。之后，由進料管1引入氧氣、 空氣和含有氧氣的混合氣體進行催化劑燒焦再生操作。催化劑燒焦再生結(jié)束后，可循環(huán)上 述步驟的反應。
[0059] 以下通過實施例對發(fā)明作進一步的詳細說明。
[0060] 實施例1
[0061] 本實施例用于說明本發(fā)明提供的固定流化床反應器及其應用。
[0062] 按照圖4所示的反應器構(gòu)型制備固定流化床反應器，所述反應段II自上而下包括 第一反應段II -1、第二反應段II -2和第三反應段II -3,沉降段I下端的橫截面積與第一反 應段II -1上端的橫截面積相等，第一反應段II -1下端的橫截面積與第二反應段II -2上端 的橫截面積相等，第二反應段II -2下端的橫截面積與第三反應段II -3上端的橫截面積相 等，第三反應段II -3下端的橫截面積與油劑初始接觸段III上端的橫截面積相等，且所述第 一反應段II -1的橫截面積自上而下逐漸增大，第二反應段II -2和第三反應段II -3的橫截 面積自上而下均逐漸縮小。
[0063] 所述第一反應段II -1、第二反應段II -2和第三反應段II -3均為圓臺形狀，其中， 所述圓臺形狀的第一反應段II-1的夾角α為30° ;所述圓臺形狀的第二反應段II-2的夾 角β為5° ;所述圓臺形狀的第三反應段II -3的夾角γ為40° ;且所述第三反應段II -3 的夾角Y大于所述第二反應段II -2的夾角β。第一反應段II -1的高與該反應段上端的 橫截面的直徑比為1:5 ;第二反應段II -2的高與該反應段上端的橫截面的直徑比為2. 3:1 ; 第三反應段II -3的高與該反應段上端的橫截面的直徑比為0. 38:1。
[0064] 所述沉降段I為圓柱形狀，所述沉降段I的徑高比為0. 4:1，所述油劑初始接觸段 III為倒圓錐形狀，所述油劑初始接觸段III的錐角為25°，所述油劑初始階段III的高與該油 劑初始階段III上端的橫截面的直徑比為1. 83:1。所述沉降段I的高度為反應器頂部距離反 應器底部的垂直距離的32% ;所述反應段II的高度為反應器頂部距離反應器底部的垂直距 離的54% ;所述油劑初始接觸段III的高度為反應器頂部距離反應器底部的垂直距離的14%。
[0065] 所述進料管1與油劑初始接觸段III的底部端口連通。
[0066] 所述熱電偶測溫管3密閉地穿過所述固定流化床反應器的頂部（S卩，上法蘭盤9) 垂直插入(沿著所述反應器的中心軸線方向）所述反應器主體內(nèi)，并延伸至所述反應器主體 內(nèi)的第三反應段II -3的底部；所述固定流化床反應器還包括分布板2,該分布板2固定在 所述熱電偶測溫管3的下端，所述分布板2為圓形的篩孔板，且垂直于所述固定流化床反應 器的中心軸線，所述篩孔板的直徑與其所在高度的反應器橫截面的內(nèi)徑之比為0. 3:1，開孔 率為5%，孔直徑為0· 2mm。
[0067] 三個出口管8密閉地穿過所述固定流化床反應器的頂部（S卩，上法蘭盤9)垂直插 入沉降段I的頂部，與該反應器連通。在所述出口管8位于反應器主體內(nèi)的一端分別安裝 有三個過濾管4,三個過濾管4分別包括反應器主體內(nèi)的位于出口管8端部的底部結(jié)構(gòu)和 設置在該部分出口管8的外圓周壁上的管部結(jié)構(gòu)，且部分過濾管4的管部結(jié)構(gòu)沿著出口管 8的長度方向向上延伸，并高于上法蘭盤9 (S卩，穿過該反應器的頂部暴露在所述反應器主 體的外部)，所述高于上法蘭盤9的部分過濾管4的管部結(jié)構(gòu)通過過濾管密封座7密封并固 定在反應器的頂部。
[0068] 采用本實施例所述固定流化床反應器，并參照小型固定流化床裝置（FFB)的實驗 方法進行試驗。
[0069] 原料采用直餾石腦油，原料性質(zhì)如表1所示；催化劑采用催化裂解催化劑，商品牌 號是CEP-1，催化劑性質(zhì)如表2所示。
[0070] 石腦油原料經(jīng)預熱后，由進料泵注入到裝有CEP-ι催化劑的上述固定流化床反應 器內(nèi)，使反應器在表3所示的條件下進行石腦油原料的催化裂解反應。氣體產(chǎn)物通過在線 色譜分析其組成，液體產(chǎn)物通過離線色譜儀進行模擬蒸餾并分析，沉積了焦炭的催化劑經(jīng) 在線燒焦，通過C0 2在線分析儀測量煙氣中C02的含量，得出焦炭產(chǎn)量，分析結(jié)果如表3所 /_J、1 〇
[0071] 對比例1
[0072] 本對比例采用實驗室常規(guī)使用的小型固定流化床裝置（FFB)為反應設備。
[0073] 石腦油原料經(jīng)預熱后，由進料泵注入到裝有CEP-1催化劑的實驗室常規(guī)的所述固 定流化床反應器內(nèi)，使反應器在表3所示的條件下進行石腦油原料的催化裂解反應。氣體 產(chǎn)物通過在線色譜分析其組成，液體產(chǎn)物通過離線色譜儀進行模擬蒸餾并分析，沉積了焦 炭的催化劑經(jīng)在線燒焦，通過C02在線分析儀測量煙氣中C0 2的含量，得出焦炭產(chǎn)量，分析結(jié) 果如表3所示。
[0074]表 1

【權(quán)利要求】
1. 一種固定流化床反應器，所述固定流化床反應器包括以可拆卸的方式密封連接的頂 部密封結(jié)構(gòu)和反應器主體，與該反應器連通的出口管（8)和進料管（1)，所述反應器主體自 上而下包括：沉降段（I )、反應段（II)和油劑初始接觸段(III)，其特征在于，所述反應段（Π ) 自上而下包括第一反應段（II -1)、第二反應段（II -2)和第三反應段（II -3)，沉降段（I )下 端的橫截面積與第一反應段（II -1)上端的橫截面積相等，第一反應段（II -1)下端的橫截 面積與第二反應段（II -2)上端的橫截面積相等，第二反應段（II -2)下端的橫截面積與第 三反應段（II -3)上端的橫截面積相等，第三反應段（II -3)下端的橫截面積與油劑初始接 觸段(III)上端的橫截面積相等，且所述第一反應段（II -1)的橫截面積自上而下逐漸增大， 第二反應段（II -2)和第三反應段（II -3)的橫截面積自上而下均逐漸縮小。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的反應器，其中，所述第一反應段（II -1)、第二反應段（II -2) 和第三反應段（II -3)均為圓臺形狀。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的反應器，其中，所述圓臺形狀的第一反應段（II -1)的夾角 (α )不小于15°，優(yōu)選不小于30°。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的反應器，其中，所述圓臺形狀的第二反應段（II -2)的夾角 (β)不超過10°，優(yōu)選不超過7°。
5. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的反應器，其中，所述圓臺形狀的第三反應段（II -3)的夾角 (Υ)不超過45°，優(yōu)選不超過40°。
6. 根據(jù)權(quán)利要求4或5所述的反應器，其中，所述第三反應段（II -3)的夾角（γ )大于 所述第二反應段（II -2)的夾角（β)。
7. 根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的反應器，其中，第一反應段（II -1)的高與該反應段上端 的橫截面的直徑比為1:2-10,優(yōu)選為1:5-10。
8. 根據(jù)權(quán)利要求2或4所述的反應器，其中，第二反應段（II -2)的高與該反應段上端 的橫截面的直徑比為1.34-5:1，優(yōu)選為1.5-3:1。
9. 根據(jù)權(quán)利要求2或5所述的反應器，其中，第三反應段（II -3)的高與該反應段上端 的橫截面的直徑比為1:1-5,優(yōu)選為1:1-3。
10. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的反應器，其中，所述進料管（1)與油劑初始接觸段(III)的底 部端口連通。
11. 根據(jù)權(quán)利要求1-10中任意一項所述的反應器，其中，所述固定流化床反應器還包 括熱電偶測溫管（3)，所述熱電偶測溫管（3)密閉地穿過所述固定流化床反應器的頂部垂 直插入所述反應器主體內(nèi)，并延伸至所述反應器主體內(nèi)的第三反應段（II -3)的底部；所述 固定流化床反應器還包括分布板（2)，該分布板（2)固定在所述熱電偶測溫管（3)的下端。
12. 根據(jù)權(quán)利要求11所述的反應器，其中，所述分布板（2)為篩孔板，且垂直于所述固 定流化床反應器的中心軸線，所述篩孔板的直徑與其所在高度的反應器橫截面的內(nèi)徑之比 為0. 3-0. 9:1，開孔率為5-50%，孔直徑為0. 2-3mm。
13. 根據(jù)權(quán)利要求11所述的反應器，其中，所述熱電偶測溫管（3)沿著所述反應器的中 心軸線插入所述反應器主體內(nèi)。
14. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的反應器，其中，所述出口管（8)密閉地穿過反應器的頂部插 入沉降段（I)的頂部。
15. 根據(jù)權(quán)利要求14所述的反應器，其中，所述出口管（8)有多個，且多個該出口管（8) 均勻分布。
16. 根據(jù)權(quán)利要求1、14或15所述的反應器，其中，在所述出口管（8)的至少位于反應 器主體內(nèi)的一端安裝有過濾管（4 )。
17. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的反應器，其中，所述頂部密封結(jié)構(gòu)為法蘭盤密封結(jié)構(gòu)，所述 法蘭盤密封結(jié)構(gòu)包括上法蘭盤（9 )和下法蘭盤（5 )，且所述反應器頂部為上法蘭盤（9 )。
18. 根據(jù)權(quán)利要求17所述的反應器，其中，所述下法蘭盤（5)安裝在反應器主體的頂部 開口的周壁上，所述上法蘭盤（9)蓋在反應器主體的頂部，并通過螺栓（10)使上法蘭盤（9) 與下法蘭盤（5)螺栓連接，且上法蘭盤（9)與下法蘭盤（5)之間設置有密封墊（6)。
19. 根據(jù)權(quán)利要求18所述的反應器，其中，所述下法蘭盤（5)與反應器主體為一體的。
20. 權(quán)利要求1-19中任意一項所述的固定流化床反應器在用于輕質(zhì)油品，優(yōu)選為石腦 油催化裂解中的應用。
【文檔編號】C10G11/18GK104056581SQ201310086190
【公開日】2014年9月24日 申請日期:2013年3月18日 優(yōu)先權(quán)日:2013年3月18日
【發(fā)明者】任世宏, 毛安國, 魏曉麗 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石油化工科學研究院