专利名称：一种沸腾床反应器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种改进的沸腾床反应器。该反应器主要适用于不同种类液体和气体物质在与固体颗粒接触情况下进行的化学反应。
2、背景技术沸腾床加氢裂化工艺被公认为是一种高转化率加工过程。该过程可以在不停工条件下更换催化剂，完成连续运转。而且原料油适用范围大，转化率较高。US.pat.No.RE 25,770中描述了典型的沸腾床工艺烃类液体与氢气混合后从反应器下部进入反应器，经流体分布板后向上移动并通过催化剂床层。催化剂随上升气液混合物呈随机运动，催化剂床层膨胀程度由反应进料与循环液体流速控制，催化剂主体部分始终保持在一特定平面下，离开催化剂主体的油气进入反应生成油的澄清液体层进行气液分离，部分液体经反应器内装配的垂直下行导管由循环油泵吸到反应器底部后喷出进行再循环。为催化剂床层膨胀运动提供动力，剩余液体作为产品与气相共同由反应器上部排出。目前工业应用沸腾床反应器及工艺方法在实际应用中存在以下不足1、反应器内催化剂藏量较少，通常为反应器容积的35％左右，反应器空间利用率低，造成设备投资大，而生产效率低。2、反应器内均设液体内外循环导管进一步占用了反应器内有效使用空间，降低了反应器催化剂藏量，降低反应效率；3、循环油泵维护保养费用较高，而且一旦循环油泵工作失常及损坏，就会使流体流动模式改变从而破坏床层稳定性，结果迫使装置被迫停工；4、反应器内液体产品在非催化加氢条件下停留时间过长，在高温下很容易进行二次热裂解反应结焦而降低产品质量。
3、发明内容本发明的目的是克服上述装置的缺点，提出一种改进的沸腾床反应器，该反应器操作容易，结构简单。当反应器内使用的催化剂粒径较小且藏量很高时，能够在催化剂床层充分流化的前提下，减少催化剂带出量。
本发明提供的沸腾床反应器包括垂直于地面的圆筒型反应器壳体和位于所述壳体内上部的相分离器，在所述圆筒型反应器壳体的底部设有原料入口，在壳体上侧设有一个产品出口；所述的相分离器是由内径不同的两个同心圆筒连同所述反应器壳体的内壁共同构成，内筒直径应小于外筒直径，内筒及外筒的上下全部开口，其中外筒的上部开口要高于内筒的上部开口，外筒的上部开口水平位置应低于其所垂直对应的反应器壳体顶部的水平位置，所述内筒的下部开口是底部放大的无顶圆锥型开口，且内筒底部所设圆锥型开口的底部直径应小于所述反应器壳体的内径，所述内筒下部所设圆锥型开口底部的水平位置应低于所述外筒下部所设开口底部的水平位置。
上述分离器的外筒的下部开口也可以是底部放大的无顶圆锥型开口，且该圆锥型开口的底部直径也应小于所述反应器壳体的内径。
上述沸腾床反应器壳体上侧所设的产品出口可用于将反应所生成的气体和液体产品导出，此时本发明反应器壳体中的相分离器实际上是两相分离器，即其主要功能是将处理得到的气、液产品与固体催化剂或吸附剂等分离，所述气、液产品导出反应器后，可以根据需要再进行分离。为了节省设备投资，可在所述壳体顶部再设一个产品出口，此时壳体上侧所设的产品出口可专用于导出反应所生成的液体产品，壳体顶部产品出口可专用于导出气体产品，此时本发明反应器壳体中的相分离器实际上是就是三相分离器。
所述反应器壳体顶部产品出口管一般可设置在反应器上部封头中心处，反应器壳体上侧产品出口管的管中心距三相分离器的外筒上部开口所处平面的高度一般至少应为分离器高度的10％，更适宜为20％-50％。本发明此处及以下所述相分离器高度是指相分离器的外筒上部开口平面至内筒下部放大的圆锥型开口底部水平位置的垂直距离，所述反应器壳体高度是指所述反应器壳体顶部封头及底部封头的水平切线之间的距离。一般说来，反应器壳体的径高比的范围可以在0.01-0.1之间。
为了使反应原料在反应器中与催化剂均匀接触，一般还应在所述圆筒型反应器壳体内的底部设有分布板，分布板可以选用任何可以使气体或液体物流均匀分布的结构，例如可采用泡帽结构。
为了在反应过程中或反应结束后方便地置换催化剂，可在所述反应器壳体上设置催化剂在线置换辅助设备，例如可在反应器壳体顶部设置催化剂添加管，底部设置催化剂排出管。所述催化剂置换系统及使用方法，可以是任何是任何适用的设备或方法，例如可参照美国专利US4571326所述方法进行。
本发明所述相分离器最好是能满足如下要求相分离器高度一般至少占反应器高度的5％，通常为5％-35％，最好为7％-25％。
所述相分离器的外筒上部开口平面距反应器上部封头水平切线距离一般至少应为分离器高度的10％，最好为15％-25％。
所述外筒及内筒下部所设的底部放大的圆锥形开口的高度至少应为分离器高度的10％，最好为15％-75％。此处所指圆锥形开口的高度是指内筒或外筒与圆锥形开口交接处的水平位置与所述圆锥形开口底部的水平位置高度之差。
本发明所述相分离器的内筒构成该相分离器的中心管，内筒与外筒之间的环状空间组成该相分离器的折流筒，外筒与反应器内壁之间的环状空间为该相分离器的澄清液体产品收集区，所述内筒下部设置的底部放大的圆锥型开口为物流导入口，所述内筒下部所设的底部放大的圆锥型开口的底部与反应器内壁构成的环状开口为该相分离器催化剂下料口。
所述内筒的截面积至少占反应器截面积的20％，更适宜为25％-35％。
所述相分离器的内筒与外筒之间的环形截面积至少占反应器壳体内截面积的20％，更适宜为25％-35％。
所述相分离器的外筒和反应器壳体内壁构成的环形截面积至少占反应器壳体截面积的30％，更适宜为35％-45％。
所述相分离器中内筒下部所设的底部放大的圆锥型开口底部与所述反应反应器壳体内壁构成的环形截面积至少占反应器壳体截面积的5％，更适宜为7％-18％。所述相分离器中外筒下部所设的底部放大的圆锥型开口底部与所述反应反应器壳体内壁构成的环形截面积至少占反应器壳体截面积的5％，更适宜为7％-18％。
所述外筒上部开口所处平面与内筒上部开口所处平面的垂直距离至少占分离器高度的20％，更适宜为25％-45％。
所述相分离器的外筒下部放大的无顶圆锥型开口的顶角至少为1度，更适宜为1-10度。所述三相分离器的内筒下部放大的无顶圆锥型开口的顶角至少为20度，更适宜为30-120度。为了使折流筒内流体流速加快，改善分离效果，两无顶圆锥型开口的顶角一般可使外筒下部放大的无顶圆锥型开口的顶角比内筒下部放大的无顶圆锥型开口的顶角至少小20度，最好是小40-80度。两无顶圆锥型与对应的内筒或外筒交接处可以处于同一水平面上，也可以不处于同一水平面上。但外筒下部无顶圆锥形开口的底部水平位置所处的高度应高于内筒下部无顶圆锥形开口的底部水平位置，一般可使两者底部水平位置高度差至少占分离器高度的5％，最好是占分离器高度的6％-15％。
与现有技术相比，本发明的优点是(1)只在反应器内顶部装有相分离器对气体，液体和固体进行有效分离，增大了催化剂在反应器内活动范围，进而提高反应器内催化剂藏量，因此提高反应效率以及反应器利用率。(2)取消了内外循环泵以及液体循环导管，取消了料面监控仪，因此结构简单，操作容易。(3)由于反应器内催化剂藏量的增加，催化剂流化程度好，因此会减少催化剂的排出次数及数量，从而获得更大的经济效益。
图1为本发明含相分离器的反应器正面图。
为了进一步阐述本发明的具体特征，将结合附图1加以说明。
具体实施方式
由图1可知，圆柱形反应器壳体2按其长轴垂直于地面放置，反应器截面为圆形。尽管图-1只是示意图用于表示反应器的各种特征，但从中可以理解反应器的制造方式和制造反应器的材料应适合液体或液固悬浮物、气体和固体颗粒在不同条件下的化学反应。反应器2底部安装一适当的入口导管1用于液体和气体原料混合后进入。气体产品外出导管4位于反应器壳体2上部椭圆型封头顶部，液体产品排出导管5位于反应器壳体2上侧部。另外，在反应器壳体2的顶部还设有催化剂装填导管9，底部还设有催化剂卸出导管10。在反应器壳体内的下部设有泡帽型液体分布板3，上部设有气液固三相分离器8。相分离器8由内径不同的两个同心圆筒内筒6及外筒7连同反应器壳体2的内壁共同构成，外筒7圆柱部分的截面积大于内筒6圆柱部分的截面积，但小于反应器壳体2圆柱部分的截面积。外筒7上部开口所处水平面要高于内筒6上部开口所处水平面。内筒6及外筒7下部分别设有放大的圆锥型开口，其中外筒7下设的圆锥形开口的锥角低于内筒6下设圆锥形开口的锥角，且内筒6下部所设圆锥形底部所处水平位置低于外筒7下部所设圆锥形底部所处水平位置，其中内筒6下部所设圆锥形底部截面积小于反应器壳体2的截面积，大于外筒2下部所设圆锥形底部的截面积。内筒6构成该三相分离器8的中心管，内筒6与外筒7之间的环状空间组成该三相分离器的折流筒，外筒7与反应器2内壁之间的环状空间为该三相分离器的澄清液体产品收集区，上述中心管下部放大的圆锥型开口为物流导入口，该圆锥型底部开口处与反应器壳体2内壁构成的环状开口为该三相分离器催化剂下料口。
下面结合该图所示沸腾床反应器，简单介绍该反应器的工作原理。液体原料与气体混合物从反应器底部原料入口管1进入反应器壳体2内，经泡帽分布板3进入含催化剂颗粒的反应区，反应器壳体2内催化剂装量至少为反应器容积的35％，通常为40％-70％，最好为50％-60％。液体和气体线速度应足以使反应器内催化剂颗粒进行随机运动并使催化剂床层保持一定膨胀率，其膨胀后体积通常比其静态体积大20％-70％。在反应区内气体及液体原料完成所需化学反应。反应后油气夹带部分催化剂颗粒进入设在反应器内上部相分离器8，进行气液固三相分离。分离过程具体说明如下物流首先经过分离器中心管下部圆锥型开口进入三相分离器内筒6构成的中心管，当该物流上升到达中心管顶部开口时，气泡因其浮力作用在从液体中逸出并聚集于反应器壳体2上部，由气体产品导管4排出反应器，液固相进入分离器内筒6与外筒7之间的环状空间，折流向下的液体一小部分进入分离器外筒7与反应器壳体2内壁之间的环状空间，构成向上的产品液速，由于该液速远低于使固体颗粒沸腾的临界速度，故折流向下的固体颗粒不至于进入清液层中。大量的循环液继续向下，将迫使催化剂经相分离器8下料口间隙返回反应区；又因循环液在下料口截面产生了很大的向下液速，故其下部贴近反应器边壁的气泡无法上串，保证了清液层没有气泡搅动，使液体产品由液体产品导管5导出反应器壳体2，得到充分分离。如果需要置换反应器壳体2内的催化剂，可由反应器壳体2上部所设催化剂添加管9加入催化剂，底部所所设催化剂排出管10卸出催化剂。
从本发明反应器的结构和工作方式可以看出，本发明沸腾床反应器中的反应区与分离区物流没有明显界面，从反应区向上流动的气液固三相混合物通过中心管放大的圆锥型开口进入改进的三相分离器8分离后，气体上升至相分离器8的上部空间，部分液体作为产品混同催化剂回流至反应区，完成液体内循环，其余液体作为液体物流排出反应器。气体与液体物流可以在反应器壳体2上部分别排除，气体经由反应器壳体2顶部的产品出口4导出，液体经由反应器壳体2上侧的产品出口5导出。
以下结合实施例进一步对本发明反应器的结构及使用效果进行描述。
实施例-1
根据本发明所述三相分离器尺寸的选择，进行了三相分离器沸腾床中型反应器冷模试验，中型冷模装置的尺寸为反应器壳体的内径＝160mm，反应器壳体的高度＝3000mm，壳体有效容积55升，分离器高度＝380mm，分离器中心管圆柱部分直径＝92mm，内筒下部锥形开口的底部直径＝144mm，内筒下部锥体部分的高度＝41mm，外筒圆柱部分直径＝128mm，其锥形部分开口的底部直径＝138mm，锥形部分的高度＝64mm，分离器内筒与外筒上部开口位置的高度差＝138mm，外筒上部开口高于内筒上部开口，外筒下部锥形开口的底部位置高于内筒下部锥形开口的底部位置，两者的高度差＝38mm，分离器外筒上部开口与反应器壳体顶部切线的垂直距离是200mm，液体产品管中心距反应器顶部切线的垂直距离是338mm。选用轻汽油作为液体介质，油量为80升/小时；气相选用氮气，进气量为1.5Nm3/小时。固相选用0.1-0.2毫米微球催化剂，催化剂堆积藏量为反应器有效容积的54％。试验结果见表-1。从试验结果看出，在催化剂堆积藏量高达54％的情况下，进料量在相当宽的范围内变化，催化剂带出量均极低，三相流化均匀，由压差法测得顶端催化剂浓度高达400-500Kg/m3，这不仅说明床层的均匀性，也说明本发明三相分离器具有很高的工作效率。
表-1进油量，进气量与催化剂带出量关系表
实施例-2在冷模试验基础上，分别在2立升小型及55立升中型反应器两种热装置上进行了孤岛常压渣油加氢脱硫试验。其中中型反应器的尺寸与实施例1相同。小型反应器的尺寸为反应器壳体的内径＝40mm，反应器壳体的高度＝2000mm，壳体有效容积2升，分离器高度＝120mm，分离器中心管圆柱部分直径＝23mm，内筒下部锥形开口的底部直径＝36mm，内筒下部锥体部分的高度＝10mm，外筒圆柱部分直径＝32mm，其锥形部分开口的底部直径＝34mm，锥形部分的高度＝13mm，分离器内筒与外筒上部开口位置的高度差＝10mm，外筒上部开口高于内筒上部开口，外筒下部锥形开口的底部位置高于内筒下部锥形开口的底部位置，两者的高度差＝12mm，分离器外筒上部开口与反应器壳体顶部切线的垂直距离是19mm，液体产品管中心距反应器顶部切线的垂直距离是29mm。试验条件及结果见表-2。
表-权利要求
1.一种沸腾床反应器，包括垂直于地面圆筒型反应器壳体(2)和位于所述壳体(2)内上部的相分离器(8)，在所述圆筒型反应器壳体(2)底部设有原料入口(1)，在壳体(2)上侧设有一个产品出口(5)；其特征在于所述的相分离器(8)是由内径不同的两个同心圆筒内筒(6)及外筒(7)连同所述反应器壳体(2)的内壁共同构成，内筒(6)圆柱部分直径应小于外筒(7)圆柱部分的直径，内筒(6)及外筒(7)的上下全部开口，其中外筒(7)的上部开口要高于内筒(6)的上部开口，所述外筒(7)的上部开口水平位置应低于其所垂直对应的反应器壳体(2)顶部的水平位置，所述内筒(6)的下部开口是底部放大的无顶圆锥型开口，且其所述内筒(6)下部所设圆锥型开口的底部直径应小于所述壳体(2)的内径，所述内筒(6)下部所设圆锥型开口底部的水平位置应低于所述外筒(7)下部开口底部的水平位置。
2.按照权利要求1所述沸腾床反应器，其特征在于所述外筒(7)的下部开口是底部放大的无顶圆锥型开口，且所述外筒(7)底部所设圆锥型开口的底部直径应小于所述壳体(2)的内径。
3.按照权利要求1所述沸腾床反应器，其特征在于所述反应器壳体(2)的顶部还设有一个产品出口(4)。
4.按照权利要求1所述沸腾床反应器，其特征在于所述反应器壳体(2)内底部还设有可以使进料流体均匀分布的分布板(3)。
5.按照权利要求1所述沸腾床反应器，其特征在于所述反应器壳体(2)顶部还设有催化剂添加管(9)，底部还设有催化剂排出管(10)。
6.按照权利要求1所述沸腾床反应器，其特征在于所述相分离器(8)的高度至少占反应器壳体(2)高度的5％。
7.按照权利要求1所述沸腾床反应器，其特征在于所述内筒(6)下部所设的底部放大的圆锥形开口的高度至少应为相分离器(8)高度的10％。
8.按照权利要求1所述沸腾床反应器，其特征在于所述外筒(7)上部开口平面距反应器壳体(2)上部封头水平切线距离至少为相分离器(8)高度的10％。
9.按照权利要求1所述沸腾床反应器，其特征在于所述内筒(6)下部所设无顶圆锥型底部的水平位置低于外筒(7)下部开口底部所处的水平位置，其高度差至少占所述相分离器(8)高度的5％。
10.按照权利要求1所述沸腾床反应器，其特征在于所述外筒(7)的上部开口所处平面与内筒(6)上部开口所处平面的垂直距离至少占所述相分离器(8)高度的20％。
全文摘要
本发明公开了一种改进的沸腾床反应器，包括垂直于地面的圆筒型反应器壳体2和位于所述壳体2内上部的相分离器8，在所述圆筒型反应器壳体2底部设有原料入口1，在壳体2上侧设有一个产品出口5；所用的相分离器8是由内径不同的两个同心圆筒内筒6及外筒7连同所述反应器壳体2的内壁共同构成，其中同心圆筒内筒6的下部开口是底部放大的无顶圆锥型开口。该反应器主要适用于不同种类液体和气体物质在与固体颗粒接触情况下进行的化学反应，具有催化剂藏量大，反应器利用率高，结构简单，操作容易等优点。
文档编号B01J8/24GK1448212SQ0210940
公开日2003年10月15日 申请日期2002年4月4日 优先权日2002年4月4日
发明者佟欣, 韩照明, 胡长禄, 韩保平, 彭派, 张刘军 申请人:中国石油化工股份有限公司, 中国石油化工股份有限公司抚顺石油化工研究院