专利名称：一种用于重油悬浮床加氢裂化工艺的环流反应器的制作方法
技术领域：
本实用新型属于一种石油加工反应设备，它可以用于气体、液体和固体三相同时存在的反应过程。特别适用于使用低浓度、高分散催化剂的重油(常压渣油、减压渣油、稠原油)悬浮床加氢裂化过程。
目前世界上悬浮床加氢工艺所用的反应器，多为物料下进上出的上流式反应器，有的反应器的底部还添加了临时排焦口，这些反应器通常适用于催化剂用量较大(约3～10％)的过程，如Canmet工艺，或者是固体颗粒达到百分之几十的煤粉和重油共炼以及液化工艺。在重油的悬浮床加氢裂化过程中，重油在裂化成轻烃、轻油的同时，会有焦生成。在有大量催化剂或煤粉颗粒存在的情况下，反应过程中生成的焦会附着在催化剂或煤粉颗粒上，并随其一起排出反应器外，即使有部分暂时不能被排出，由于大量催化剂和固体颗粒的存在，它们也不会相互聚集成大的焦块，最终还会随物料一起排出反应器外。但在使用低浓度(如催化剂的金属量小于0.5％)、高分散催化剂(金属盐类溶液、有机金属化合物、或它们的混合物分散在重油中)的重油悬浮床加氢裂化过程中，即使反应生成的焦量不很大(如1％)，焦的量相对于催化剂的量已经是大量，由于生成的焦粒是比较粘稠的，若不能及时排出反应器外，在反应器中的高温环境中，沉积在反应器底部的焦粒，就会跟高分散的催化剂颗粒一起聚结成块，最终将无法排出反应器，而将反应器堵塞。
为了能将生成的焦排出反应器外，可以提高反应器内液体物料的线速度，以便将焦举升到反应器上部的出口。而提高液体线速度的方法，通常采用循环泵的方法。这种利用循环泵将液体物料从反应器上部抽出，然后打入反应器下部，来提高液体线速度的方法，仍然存在着问题。由于在反应过程中需要通过氢气分布器将氢气与原料油混合，而且混合得越完全反应效果越好。在用循环泵从反应器的顶部将物料打入底部时，需要将氢气和油分离，物料中含有的气体越少，则循环泵越容易提高泵速。而原料油与氢气混合得越完全，在反应器顶部气体与油分离就越困难。这就限制了循环泵通常只能将反应器中液体的线速度提高到3cm/s左右。若想通过提高泵的转速来进一步提高液体的流速，就会由于从顶部吸入的物料中气体含量的增加，产生气阻而使泵无法正常运转。即使在这样的液速下，反应器中的物料也存在着密度差，即反应过程中生成的焦在反应器底部较多，在顶部较少。而物料又是从反应器顶部排出的，这样沉积的焦在反应器中停滞一段时间后，就会结成大块而堵塞反应器。另一个问题是无法保证循环泵能在高温、高压下连续长周期运转，一旦循环泵出现故障，生成的焦将迅速沉积到反应器的底部。
要解决上述问题可以从两个途径入手一是采用物料从反应器底部排出，这样不管生成的焦是否向底部沉降，都能排出；二是改变物料循环方式。由于反应过程中存在着局部放热现象，而且不宜用注冷氢的方法来消除，物料循环必须保留，传统的环流反应器，就是从改变物料循环方式考虑，依靠环流筒的作用，而不用循环泵，提高液体在反应器中的线速度，进而提高液体对固体颗粒的举升能力，将焦举升到反应器顶部出口。但传统的环流反应器通常只有一个内环流筒，即使有多个，环流筒的长短不变、内径也是相同。在传统的环流反应器中，由于环流速度快，反应器上下部分的液体流动速度一样，新鲜物料进入反应器后迅速与已经反应过的物料混合均匀，整个反应器内物料组成基本一致。这样，从反应器中排出的物料中，既有反应过的物料，又有刚刚进入反应器的新鲜原料。在反应器中循环的物料中，还有反应过很长时间而没有被排出的物料，使得反应生成的气体和焦增多，这种情况对反应过程造成不利的影响。
本实用新型的目的是要提供一种不同于传统环流反应器的新型环流反应器，消除反应器内的局部热效应，使物料保持返混，温度均一，提高反应器内的平均气体含率，降低液体对固体颗粒的举升能力，以使焦能够尽快地向反应器底部沉降，通过反应器底部的排料口排出。
本实用新型的目的是这样实现的，在反应器的壳体内装有上下两个环流筒，比较而言，上环流筒较长，内径较大；下环流筒较短，内径较小，用环流筒支撑结构把上下环流筒固定在反应器内，在环流筒外壁与反应器之间装有测温热偶套管。在下环流筒的内外侧各安装一个环形的氢气分布器。相比较，内径较小的氢气分布器开孔率较高，安装位置较低；内径较大的氢气分布器开孔率较低，安装位置较高，且是两个半环通过法兰连接成一个整环。反应器的上部有内构件装入口，口的直径不小于上环流筒的外径。通过测量和控制反应器内的液位，反应后的物料从反应器底部的出料口排出。
本实用新型采用上大下小环流筒结构，它可以增强气体和液体的接触时间；让反应器中的物料(气体、液体和固体)处于返混状态，消除反应过程中反应器内的局部过热。同时，将反应过程中产生的固体颗粒和在反应过程中长大的固体颗粒，有选择的、迅速地排出反应器，不致于在反应器中聚结成大块的固体。由于采用了两段环流，而且反应器上下部分的液体流速不同，下部分的液体流速较慢。新鲜物料进入反应器后迅速进入上段，并与已经反应过的物料混合均匀，大部分物料是在上段进行环流。上段环流中新鲜物料较多，下段环流中反应过的物料较多。从反应器中排出的物料中，新鲜原料的成分减少。这种情况对反应过程的影响结果是反应生成的气体和焦减少，转化率提高。
以下结合附图来详细描述本实用新型的具体结构及工作过程。
图1是依据本实用新型所设计的环流反应器的结构示意图。
图2是依据本实用新型所设计的反应器在工作过程中含有催化剂和焦颗粒的液体物料的流向示意图。
图3是依据本实用新型所设计的反应器在工作过程中氢气的流向示意图。
在反应器的壳体3内装有上下两个环流筒6和7，比较而言，上环流筒6较长，内径较大；下环流筒7较短，内径较小，用环流筒支撑件4把上下环流筒固定在反应器内，在环流筒外壁与反应器之间装有测温热偶套管5。在下环流筒的内外侧各安装一个环形的氢气分布器9和8。相比较，内径较小的氢气分布器9开孔率较高，安装位置较低；内径较大的氢气分布器8开孔率较低，安装位置较高，且是两个半环连接成一个整环。反应器的上部有内构件装入口，口的直径不小于上环流筒的外径。反应器的顶部是上盖2和气体出口1。通过测量和控制反应器内的液位，反应后的物料从反应器底部的出料口13排出。
经过加热的原料(含有高度分散催化剂和少量硫化剂)和部分氢气，通过重油进料口12和10进入到反应器内的下环流筒7内，然后迅速进入上环流筒6内，进而在上环流筒的内外所形成的环流中反复流动，并发生加氢裂化反应。环流中的固体颗粒在下环流筒的拦截下，较难返回到上环流筒内外的环流中。少部分反应后的物料进入下环流筒的外侧。
经过加热的氢气通过氢气进料口14，经氢气入口内连接管11进入到反应器内下环流筒内外的两个氢气分布器9和8，大部分氢气通过下环流筒内的氢气分布器9进入下环流筒7内，然后进入上环流筒6内，到达顶部后，部分被流动的液体携带到上环流筒的外侧。小部分氢气通过下环流筒外的氢气分布器8，分布在环流筒外的液体中，以缓解该部分液体贫氢的矛盾，同时，该部分氢气有降低环流筒外液体流速的作用，可以降低液体对固体颗粒的举升力，加速固体颗粒的沉降。除了部分溶解在原料油中并参加反应外，其余氢气从反应器上部的气体出口1排出反应器。
被下环流筒拦截的固体颗粒和少部分反应后的物料进入下环流筒的外侧，在下环流筒外的氢气分布器分布的氢气的作用下，继续反应并降低流速，从反应器底部的出料口排出。其中有部分被携带进入下环流筒内，这部分中含有的固体颗粒的浓度，低于从出料口13排出的物料中的颗粒浓度。
依据本实用新型所设计的反应器与其它反应器不同点在于(1)与传统的上流式反应器相比，本实用新型所涉及的反应器在保持物料处于全返混状态、消除反应器内的局部热效应方面，不是采用循环泵的方式，而是在反应器内添加环流筒，采用环流的方法。
(2)为了降低环流的液体对固体颗粒的举升能力，使大的固体颗粒能迅速被排出反应器外，而不至于长时间滞留在反应器中结成大块，环流筒与反应器底部的缝隙较大。
(3)传统的环流反应器通常只有一个内环流筒，即使有多个，其环流筒的长短不变、内径也是相同的。本实用新型所提供的反应器壳体内有上下两个环流筒，上环流筒较长，内径较大；下环流筒较短，内径较小。上环流筒内径和高度较大，可以保证平均气含率较高。下环流筒内径和高度较小，可以降低反应器底部的液体流动速度，使固体颗粒迅速沉降。
(4)与传统的环流反应器相比，使用环流筒的目的不同。传统的环流反应器追求的是较高的环流液体速度，这也是它的突出特点。依靠较高的环流液体速度，传统的环流反应器可以使物料保持返混，温度均一。同时，较高的环流液体速度可以将催化剂颗粒和反应生成的焦携带出反应器，但在实际应用中反应器的底部还是容易沉积焦，沉积到一定程度后影响环流速度，甚至堵塞环流筒外的空间。由于反应器内环流液体速度较高，气体在反应器内停留时间小，气体的含率就较小，气体的利用率就较低。另外，传统的环流反应器需要较高的气体流速。
本实用新型所提供的反应器使用环流筒是为了消除反应器的局部热效应，使物料保持返混，温度均一。反应器工作时要尽可能降低液体流动速度，加速催化剂颗粒和焦向反应器底部沉降，通过反应器底部的排料口排出。由于反应器内环流液体速度较小，气体在反应器内停留时间长，气体的含率就较高，气体的利用率就较高。另外，本环流反应器可以不使用高的气体流速。
(5)相同反应条件下，原料在本实用新型所提供的环流反应器中的转化率高。新鲜原料从下环流筒的下口进入后，被携带到上环流筒内，大部分是在上环流筒的内外形成环流，在反应器底部排出的物料中，未完全反应的新鲜料的比例减少，故转化率提高。
(6)氢气分布的不同。除了少部分氢气在炉前注入，来提高原料油在炉管中的速度外，大部分氢气是通过两个环形的氢气分布器进入反应器的。即，采用氢气和原料油分别进入反应器的方式，而不是氢气和油混合进料。这样可以减少分布器上结焦的可能。
(7)使用循环泵的传统的上流式反应器和传统的环流反应器内表观液体流速为3cm/s和20cm/s左右。本实用新型所涉及的反应器，对反应器液体的表观流速没有要求，只要保证反应器内温度均一，可以选用较低的流速。
权利要求1.一种用于重油悬浮床加氢裂化的环流反应器，其特征是，在反应器内装有上大下小的两个环流筒(6、7)，上环流筒(6)比下环流筒(7)长；在下环流筒(7)内底部安装一个开孔率较高的环形氢气分布器(9)，在下环流筒(7)的外侧安装一个开孔率较低的环形氢气分布器(8)，外侧的氢气分布器(8)安装位置比内部的氢气分布器(9)高，更靠近上环流筒(6)。
专利摘要本实用新型公开了一种适用于重油悬浮床加氢裂化工艺的环流反应器。该反应器采用上下两个环流筒，上环流筒的内径和高度大于下环流筒的内径和高度。下环流筒内外各有一个环形氢气分布器。内氢气分布器的开孔率较高，外氢气分布器的开孔率较低。该反应器为全返混式，反应温度均匀，平均气含率较高，对反应过程有利。本反应器独有的氢气分布和固体颗粒沉降环境，有利于环流筒内外物料的加氢反应，有利于减少固体颗粒在反应器中的滞留时间。试验表明，该反应器有较高的轻油收率和较低的气体及焦收率，没有焦炭沉积，可以长周期运转，而且结构简单造价较低。
文档编号B01J8/24GK2538416SQ01233568
公开日2003年3月5日 申请日期2001年8月20日 优先权日2001年8月20日
发明者周家顺, 邓文安, 刘 东, 梁世昌, 阙国和 申请人:石油大学(华东)