专利名称：气固并流折叠式快速流化床反应装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种新型的气固并流折叠式快速流化床反应装置，属化工设备技术领域。
提升管反应器由于其单位设备容积生产能力大，气固两相接触效率高，气固相间传热、传质速度快，热量移入移出能力强等优点，在工业中应用广泛，如石油的催化裂化，催化裂解，顺酐合成，煤的清洁燃烧和气化，氧化铝焙烧，气固输送等等。但是，由于气固并流逆重力场流动，提升管中存在着明显的轴、径向流动的整体不均匀性和局部不均匀性轴向上催化剂浓度底部高、上部低；径向上催化剂浓度中心高、边壁低；而气体的径向分布中心明显高于边壁，这就造成气固两相不合理的停留时间分布。同时由于催化剂颗粒的大量返混，造成催化裂化过程中裂化过度、结炭量增加，气固返混也制约了轻油收率的进一步的提高等一系列问题。提升管工艺存在的缺点难于满足高温超快速气固反应的要求，因此，国内外各大石油公司把注意力转向了气固并流下行流化床(简称下行床)反应器新工艺的开发和研究上。下行床反应器由于气固顺重力场运动，有效地消除了催化剂的轴向返混，颗粒浓度及速度的径向分布较提升管得到明显改善，气固两相接触均匀，可实现高温超短接触操作，因此成为21世纪有可能替代提升管反应器工艺的新型反应器。由于下行床适于快速反应的特点，下行床入口结构的设计非常重要。在入口处原料油的雾化以及两相的初始分布和接触直接影响下行床反应器的转化率和选择性。因此下行床反应器的成功工业化很强地依赖于入口结构的设计。
本发明的目的是设计一种气固并流折叠式快速流化床反应装置，改进已有技术的结构，将已有技术中的提升管反应器和下行床反应器相结合，避免下行床对入口结构的设计的过度敏感以及充分利用提升管催化剂含率高，传热、传质、混合效率高和下行床气固停留时间分布均匀的优势。本发明设计的提升管与下行床的联合反应装置，可以适应不同裂解原料和不同裂解工艺生产不同裂解深度的产品要求。
本发明设计的气固并流折叠式快速流化床反应装置，包括再生器，提升管反应器、下行管反应器、气固分离器和汽提器。所述的再生器，下部设有进气装置，上部设有气固快速分离器，顶部设有旋风分离器，再生器的上部和下部之间有催化剂外循环管连通，再生器通过连接管与提升管反应器的下部的进料口相连通，再生器下部与汽提器下部的颗粒流量调节阀相连通。提升管反应器下部设有颗粒进料口和气体进口，边壁设有气体原料进料口，提升管内同心安装有下行管反应器，下行管反应器的顶部设有进料口，下行管反应器的下部从提升管反应器的下部伸出，并与气固快速分离器相接。气固快速分离器的下部为下料管，该下料管伸入其下部的汽提器中；所述的汽提器的上部设有旋风分离器，下部设有颗粒流量调节阀和气体进气装置，气固快速分离器与汽提器之间有外连通管相连。
上述气固并流折叠式快速流化床反应装置中，其下行管反应器的上部结构有四种不同的形式，第一种形式为上部侧壁开有淹流管，该淹流管的直径与长度之比为1∶1～5与反应器壁的夹角为10～50°，顶部的进料口通过提升管反应器伸向反应装置内。
第二种形式为下行管反应器的顶部为敞口，提升管反应器的顶部设有内陷式圆形封头，如苹果底形；提升管反应器的两侧开有多层或单层进料口。
第三种形式为下行管反应器的顶部均布有多个溢流管，该溢流管直径与长度之比为1∶1～10，顶部的进料口通过提升管反应器顶伸向反应装置内。
第四种形式为下行管反应器的顶部开有进料口，该进料口通过提升管反应器伸向反应装置内。下行管反应器的侧壁开有淹流管，该淹流管直径与长度之比为1∶1～5，角度为10～50°，提升管反应器的顶部设有内陷式圆形封头，即苹果底形。提升管反应器的两侧开有进料口。本发明设计的反应器具有几个明显的特点1、综合利用了提升管和下行床反应器的特点，设计结构紧凑，实用性强。
2、反应器系统的可调性强，操作弹性大。反应器的喷嘴位置可根据对反应时间要求进行调整，也就是气体物料在不同气固流型(并流上行和并流下行)的停留时间分配可调。
3、提升管部分喷嘴位置的选择可以保证整个反应器系统具有优于传统提升管的效率。因为一方面环隙提升管操作改善了提升管中的流动，另一方面，初步反应的原料组分和催化剂颗粒在转入下行床后，气固两相接触均匀性明显改善，气体与颗粒的停留时间合理，避免了过裂化等现象的出现，提高了选择性。
4、提升管与下行床连接处，结构设计多样，可采用多种气固相分布器结构。如图2到图5所示。
5、提升管与下行床反应器的有效耦合，削弱了下行床反应器对入口结构的强依赖性，使得整个系统的可靠性大大提高。
本发明的反应装置可适合的工艺可以包括反应温度在500°以下，重质油改性；反应温度在600°左右，改性催化裂化；反应温度在650°，多产C4或C3，C2；反应温度在650°～750°，催化裂解出C3，C2以及接触裂解产C3，C2。
无机物的处理如气相还原炼铁新工艺过程等。
图1为本发明的设备结构示意图。
图2～5是本发明的四个不同的实施例。
下面结合附图所做的详细描述，可以更清楚地了解本发明上面的简要描述及进一步的目的、特征和优点。
图1～图5中，各编号说明如下1是再生器进气装置；2是中间进气口；3是再生器；4是催化剂外循环管；5是气固快速分离器；6是旋风分离器；7是气体压力控制阀；8是进料口；9是提升管反应器；10是进料口；11是下行管反应器；12是连接管；13是颗粒进料口；14是进气口；15是气固快速分离器；16是气体压力控制阀；17是外连接管；18是旋风分离器；19是下料腿；20是汽提器；21是蒸汽入口；22是颗粒流量调节阀；23是连接管；24是溢流管；25是淹流管。
如图1所示为一种气固并流折叠式快速流化床反应装置，再生器3，提升管反应器9、下行管反应器11、气固分离器5、6、15、18和汽提器20。所述的再生器3，下部设有进气装置1，上部设有气固快速分离器5，顶部设有旋风分离器6，再生器3的上部和下部之间有催化剂外循环管连通4，再生器3通过连接管与提升管反应器9的下部的进料口13相连通，再生器3下部与汽提器下部的颗粒流量调节阀22相连通；所述的提升管反应器9下部设有颗粒进料口13和气体进口14，边壁设有气体原料进料口10，提升管内同心安装有下行管反应器11，下行管反应器11的上部设有进料口8，下行管反应器11的下部从提升管反应器9的下部伸出，并与气固快速分离器15相接；所述的下行管反应器11的气固快速分离器15的下部为下料管19，该下料管19伸入其下部的汽提器20中；所述的汽提器20的上部设有旋风分离器18，下部设有颗粒流量调节阀22和气体进气装置21，气固快速分离器15与汽提器20之间有外连通管相连。
其工艺流程为再生风由再生器进气装置1进入再生器3，将经过汽提的催化剂颗粒在再生器3中再生，再生管3中间不同的轴向位置设有单层或多层中间进气口2，以补给烧焦空气。再生器3的顶部设有再生器气固快速分离装置5。经过快分的催化剂颗粒再经过再生器气固旋风分离器6，进一步气固分离后，颗粒在再生器3的顶部扩大部分的底部形成颗粒床，依靠压差流入提升管9和下行床11的联合反应器。催化剂外循环管4是为再生器开车时用。顶部的再生器气体压力控制阀7用以调节整个系统的压力平衡。进入提升管反应器9底部的催化剂颗粒在流化干气的作用下提升，提升管反应器9油喷嘴10的位置可根据反应工艺确定，可设在较高的位置，也可以设在较低的位置，增加了反应器的操作弹性。由于提升段采用圆管的环形截面，因此其径向流动结构的不均匀程度相对于圆形截面的提升管要有明显改善，这会一定程度上改善提升管的两相反应的转化率与选择性。经过初步反应，气体与颗粒在下行床11中继续反应，颗粒进入下行床11可以采用不同的进料结构，如采取边壁淹流管25分布方式，或者下行床顶部溢流方式。当反应工艺要求高温超短接触裂解时，反应可以全部在下行段11内进行，这时喷油口8设在下行床的顶部，可采取单喷嘴或多喷嘴结构。经过提升管反应器9的初期反应，油品与催化剂颗粒在下行床11中继续反应，由于下行床11中气固接触均匀，气固两相的停留时间合理，因此不会出现过裂化等现象。经过下行管反应器11的气固两相在下行床11底部的气固快速分离器15中分离，气体产物收集，颗粒分离后进入汽提器20，将催化剂吸附的有机物吹出，经过汽提器20的旋风分离器18分离，汽提器20顶部的气体压力控制阀13用来调节整个系统的压力平衡。汽提器20底部的颗粒流量调节阀22用于调节系统的颗粒循环量。颗粒经过连接管23进入再生器3进行再生。根据不同工艺要求，各喷嘴可以联合使用，也可以分别单独使用。该装置可用于重质油改性，新型催化裂化反应，新型催化裂解反应(多产乙烯、丙烯或碳四组分)以及催化裂解或接触裂解生产乙烯、丙烯。同时，也可被用于无机物的处理如气相还原炼铁新工艺过程等等。
下面图2到图5为本发明的四个实施例。
如图2所示为本发明反应器系统顶部入口结构的实施例之一。其中的下行管反应器11上部侧壁开有淹流管25，该淹流管25的径长比为1∶1～1∶5，与反应器11壁的夹角为10-50°，顶部的进料口8通过提升管反应器9伸向反应装置内。该实施例适用于喷嘴设置在下行床11入口处，以下行床为反应器的主要部分的情况。下行床11入口喷油嘴8，可分几个喷嘴喷入下行床11。在下行床11入口边壁四周做很多淹流孔道25，提升管9提升的催化剂颗粒和反应气体可以溢流形式从顶部流入下行床，也可以通过这些淹流孔道25进入下行床11。
如图3所示为本发明反应器系统顶部入口结构的实施例之一。下行管反应器11的顶部为敞口；所述的提升管反应器9的顶部设有内陷式圆形封头(苹果底形封头或耐磨内衬)，有利于气固相导流；所述的提升管反应器9的两侧开有单层或多层进料口10。这时喷嘴10设置在提升管9边壁，下行床11入口处不设置原料喷嘴的情况，反应过程将历经提升段9和下行段11两个过程。提升管9和下行床11顶部的内陷式圆形封头，帮助气体和颗粒均匀分布在下行床11的入口。
如图4所示为本发明反应器系统顶部入口结构的实施例之一。下行管反应器11的顶部均布有多个溢流管24，该溢流管24径长比为1∶1～1∶10，顶部的进料口8通过提升管反应器9伸向反应装置外。提升管9中的气体和颗粒通过溢流管24均布后进入下行管反应器11，下行床11入口喷嘴8，可分几个喷嘴喷入下行床11。
如图5所示为本发明反应器系统顶部入口结构的实施例之一。下行管反应器11的顶部开有进料口8，该进料口8通过提升管反应器9伸向反应装置外。下行管反应器11的侧壁开有淹流管25，该淹流管径长比为1∶1～1∶5，角度为10-50°；所述的提升管反应器9的顶部设有内陷式圆形封头(苹果底形封头)，有利于气固相导流；所述的提升管反应器9的两侧开有单层或多层进料口10。提升管反应器9顶部的一圈环形半圆结构是为了帮助颗粒均匀分布在下行床反应器11的入口。同时气体和颗粒还可以通过淹流管25流入下行管反应器11。提升管9和下行床11的联合反应器的气体进料可以从提升管侧壁进料口10或下行床11顶部进料口8喷入反应器，进料量和进料位置均可调。
权利要求
1.一种气固并流折叠式快速流化床反应装置，包括再生器，该再生器的下部设有进气装置，上部设有气固快速分离器，顶部设有旋风分离器，再生器的上部和下部之间有催化剂外循环管连通，其特征在于还包括提升管反应器、下行管反应器、气固分离器和汽提器；所述的再生器通过连接管与提升管反应器的下部的进料口相连通，再生器下部与汽提器下部的颗粒流量调节阀相连通；所述的提升管反应器下部设有颗粒进料口和气体进口，边壁设有气体原料进料口，提升管内同心安装有下行管反应器，下行管反应器的顶部设有进料口，下行管反应器的下部从提升管反应器的下部伸出，并与气固快速分离器相接；所述的气固快速分离器的下部为下料管，该下料管伸入其下部的汽提器中；所述的汽提器的上部设有旋风分离器，下部设有颗粒流量调节阀和气体进气装置，气固快速分离器与汽提器之间有外连通管相连。
2.如权利要求1所述的气固并流折叠式快速流化床反应装置，其特征在于其中所述的下行管反应器上部侧壁开有淹流管，该淹流管的直径与长度之比为1∶1～5，淹流管中心线与反应器壁的夹角为10～50°，顶部的进料口通过提升管反应器伸向反应装置内。
3.如权利要求1所述的气固并流折叠式快速流化床反应装置，其特征在于其中所述的下行管反应器的顶部为敞口，所述的提升管反应器的顶部设有内陷式圆形封头；所述的提升管反应器的两侧开有进料口。
4.如权利要求1所述的气固并流折叠式快速流化床反应装置，其特征在于其中所述的下行管反应器的顶部均布有多个溢流管，该溢流管直径与长度之比为1∶1～10，顶部的进料口通过提升管反应器顶伸向反应装置内。
5.如权利要求1所述的气固并流折叠式快速流化床反应装置，其特征在于其中所述的下行管反应器的顶部开有进料口，该进料口通过提升管反应器伸向反应装置内，下行管反应器的侧壁开有淹流管，该淹流管直径与长度之比为1∶1～5，溢流管中心线与反应器壁的夹角为10～50°；所述的提升管反应器的顶部设有内陷式圆形封头；所述的提升管反应器的两侧开有进料口。
全文摘要
本发明设计的气固并流折叠式快速流化床反应装置,包括再生器,提升管反应器、下行管反应器、气固分离器和汽提器。提升管反应器的提升管内同心安装有下行管反应器,气固快速分离器与汽提器之间有外连通管相连。本发明的装置综合利用了提升管和下行床反应器的特点,设计结构紧凑,实用性强,操作弹性大,气固两相接触均匀性明显改善,气体与颗粒的停留时间合理,避免了过裂化等现象的出现,提高了选择性。
文档编号B01J8/24GK1265937SQ0010082
公开日2000年9月13日 申请日期2000年2月15日 优先权日2000年2月15日
发明者金涌, 魏飞, 程易, 汪展文, 王金福 申请人:清华大学