专利名称：一种双层流化床反应器的制作方法
技术领域：
本发明涉及化工设备领域，涉及一种双层流化床反应器。
技术背景
流化床是利用流体通过颗粒状固体床层，流体流过床层的阻力大于床层颗粒的重量时，固体颗粒处于悬浮运动状态，可以像流体一样可以流动起来的床层形式。与其对应的反应器就是流化床反应器。结构形式上流化床反应器有循环流化床反应器和固定流化床反应器。循环流化床有固体物料连续进料和出料，用在固相加工和催化剂易失活的反应过程。 固定流化床无固体物料连续进料和出料，固体颗粒长时间内不发生明显变化。
与固定床反应器相比，流化床反应器中的颗粒与流体一样能自由地流动，有以下主要优点床层具有高效的传热性能，床层内部温度均勻，易于控制，特别适用于强放热反应体系；可实现催化剂的连续反应和再生循环操作，适用于催化剂失活较快的反应；通过分离体系可以实现固体物料的连续输入和输出。基于以上优点，流化床反应器在石油化工领域有较快的发展，特别是石油催化裂化方面有较成熟的应用。
由于流态化技术的特性，流化床反应过程受到的影响因素很多。催化剂的物理性能、反应停留时间分布、两相分离、气体分布等都影响到流化床稳定运行。可以通过对流化床反应器进行改进，如加入大孔分布板形成双层或多层反应器，设计分布效果更好的气体分布器和高效的旋风分离装置等提高流化床的反应性能，扩大流化床反应器的应用范围。专利CN200610113710.0利用多段流化床反应器制备氯乙烯，在流化床的不用轴向高度处设置带孔气体分布板，将流化床分隔成两个或多个催化剂堆积区，以提高氯乙烯的选择性。专利ZL200610114092. 1利用多级流化床反应器由丙烯氧化制备丙烯酸，采用分布效果更佳的气体分布器和活性较好的催化剂，增强气固的接触效果，丙烯转化率较好。专利 CN200920234619. 3利用双层流化床制取氢气，通过中间布风板将反应器分成上下两层，外侧由溢流管连接。
以上双层或多层流化床反应器通过在反应器中加入气体分布板实现双层或多层结构，但这种结构对控制上层催化剂藏量，稳定催化剂流化状态存在缺陷，并且反应器结构复杂，不能根据反应情况对反应器实现单层双层或多层反应器的切换。发明内容
针对现有技术中的问题，本发明提供了一种双层流化床反应器，解决现有技术中不能根据反应情况对反应器实现单层双层或多层反应器的切换的问题。
本发明是通过如下技术方案实现的
一种双层流化床反应器，包括反应器壳体，所述反应器壳体由反应段和扩大段两部分组成，所述反应段包括反应器上层和反应器下层，反应器下层由气体入口连接的气体分布器以及气体分布器上面的下层密相区和下层稀相区组成；反应器上层由大孔分布板以及大孔分布板之上的上层密相区和上层稀相区组成；反应器上层和反应器下层各有一个催3化剂入口，由一条管道分支为两条管道分别连接两个催化剂入口，管道设有阀门；上层密相区和下层密相区通过外部溢流管连接，催化剂可通过外部溢流管实现催化剂从上层向下层的流动，实现两层催化剂藏量的平衡，溢流管中部安装有阀门可以对流通量进行调节。
所述扩大段的气体出口连接旋风分离器或过滤器，分离气固两相，将较细颗粒分离下来，防止随气相带出反应器。
所述管道和溢流管上的阀门为滑阀或调节阀，可以通过自动或手动实现对管道中催化剂流通量的控制和调节。
所述气体分布器位于反应器底部，为泡帽式分布器、管式分布器、多孔板式分布器和浮阀式分布器中的任何一种。
所述大孔分布板的开孔率为-10%，开孔数量为20-50个。
所述旋风分离器与反应器壳体的顶端连接，旋风分离器的出口即为反应器的出口，旋风分离器采用一级或多级结构形式。
在催化剂输送管道、反应器下层和上层装有压力变送器、压差变送器和热电偶。
所述反应器感应器材料为碳钢或不锈钢等，并添加耐磨衬里。
一种双层流化床反应器的操作方法，气相通过气体入口进入反应器，将催化剂从管道通入，调节管道和溢流管上的阀门，催化剂为造粒成型后的圆球形催化剂，催化剂的平均粒径为60-150 μ m,并且具有一定的耐磨性能，以减少催化剂的跑损。催化剂的活性成分为Y型或SAP0-34分子筛或负载型催化剂，催化剂在循环流化床的循环量为催化剂总藏量的0. 1-3倍。
所述气相入口可以是氮气等惰性气体，空气或经气化后反应物等，以及他们部分的混合物，反应器中气速为0. 01-2. Om/s。
反应器的各个结构位置设置压力温度测量仪表，操作温度为室温-600°C，反应压力为 OMPa-O. 4MPa。
催化剂通过两个管道入口，分别进入到流化床反应器中部带孔挡板的上层和下层，当启用下层入口时，催化剂进入到反应器的下层密相区，反应器操作在普通的单层流化床形式下；当启用上层入口时，催化剂流入到上层密相区，即操作在双层流化床形式下；当两个入口同时操作调节时，能够对催化剂床层稳定起到作用。
与现有设备和技术相比，具有以下优点
(1)反应器设有上下两层两个催化剂入口，反应器可以在普通的单层流化床形式下操作，在不改变反应器结构的条件下，也可以在双层流化床形式下操作，是一种可以灵活转换的流化床操作方式。
(2)两个催化剂入口和外部溢流管提高了流化床的操作稳定性，增强两层催化剂的平衡状态。在一定范围内改变气速，而密相高度及其压降不会发生明显变化，提高了流化床操作的调节能力。
(3)由于在流化床内部设置横向大孔分布器，就在轴向高度上存在两个或多个密相区。由于多个密相的存在，为需要温度分布或浓度分布的过程创造了条件。并且由于限制了气体的轴向返混，使气体的流动更接近于平推流形式，有利于提高转化率。
(4)两个入口的形式设计简单，制备方便，投资较少，安装容易，改造方便。
图1是本发明双层流化床反应器的流程示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步的说明。
本发明的主要结构及操作流程如下。
(a)催化剂由入口管道1进入，分成两路管道，管道5连接反应器上层，管道5上有阀门2V101，控制管道流量和开关；管道6连接反应器下层，管道6上有阀门3V102，控制管道流量和开关。当管道6上阀门3V102打开时，催化剂堆积到气体分布器(9)上端。
(b)气相通过气体入口 8进入反应器，再通过气体分布器9均勻分布后，吹起催化剂，催化剂处于流化状态。
(c)当阀门2V101关闭时，阀门3V102开启时，反应器属于单层流化床，反应器只有下层分为催化剂密相区10和稀相区11。从入口进入的催化剂直接流动到下层密相区位置，当大孔分布板12上有部分催化剂时，会通过调节阀门4V103，控制催化剂流回到下层密相区。
(d)当阀门2V101开启时，阀门3V102关闭时，从入口进入的催化剂直接流动到大孔分布板上的密相区13，形成上层的密相区13和稀相区14，通过调节外部溢流管7上的阀门4V103对气体流量进行调节，控制催化剂流在上下层的藏量稳定。
(e)气体夹带部分催化剂进入与反应段17上端连接的扩大段15，在扩大段气速降低，催化剂大部分沉降返回反应段中，在扩大段的气体出口 18连接旋风分离器16或过滤器，部分较细颗粒催化剂随气体进入旋风分离器16。
(f)旋风分离器分离气固两相，将较细颗粒分离出来，防止随气相带出反应器。
(g)分析反应器出口气相组成及固含。
实施例1
采用带有两个催化剂入口的双层流化床冷态模型，反应装置在常温常压下操作， 气相采用空气，催化剂为催化裂化催化剂，平均颗粒大小为84μπι。流化床反应器直径约 0. 7m，扩大段直径1. 2m，入口斜管、外部溢流管的直径都为80mm。反应段直筒加扩大段总高 12. 5m，上下两层密相高度均为3m，上稀相段高度为5m (包括扩大段)，下稀相段高度1. 5m。 反应器催化剂藏量1. 5t。反应器材质为碳钢，壁厚6mm。在催化剂入口的两个管路上和外部溢流管设有三个单动滑阀控制压力平衡及催化剂流动。在扩大段出口装有高效三级旋风， 用以分离催化剂。气相入口装有气体分布器。反应器中部安装大孔分布板，开孔数量为36 个，开孔率为5%。操作流程如下。催化剂从再生器由入口管道进入，管道上有阀门V102打开，催化剂堆积到气体分布器上端。空气通过气体入口进入反应器，空气流量为1500Nm3/h， 再通过气体分布器均勻分布后，带起催化剂，催化剂处于流化状态。当VlOl开启，V102关闭时，从入口进入的催化剂直接流动到大孔分布板上的密相区，形成上层的密相区，通过调节阀门V103和气体流量，控制催化剂流在上下层的藏量稳定。流化稳定后，反应器处于双层床操作状态。催化剂藏量通过压差变送器测量，上层催化剂藏量为7KPa，下层催化剂藏量为15KPa，控制阀门VlOl的开度，催化剂循环量在1. 5t/h。检测反应器出口催化剂浓度为 150mg/m3。
实施例2
采用带有两个催化剂入口的双层流化床冷态模型，反应装置在常温常压下操作， 气相采用空气，催化剂为甲醇制烯烃催化剂，平均颗粒大小为87 μ m。流化床反应器直径约 0. 7m，扩大段直径1. 2m，入口斜管、外部溢流管的直径都为80mm。反应段直筒加扩大段总高 12. 5m，上下两层密相高度均为3m，上稀相段高度为5m (包括扩大段)，下稀相段高度1. 5m。 反应器催化剂藏量1.3t。反应器材质为碳钢，壁厚6mm。在催化剂入口的两个管路上和外部溢流管设有三个单动滑阀控制压力平衡及催化剂流动。在扩大段出口装有高效三级旋风，用以分离催化剂。气相入口装有气体分布器。反应器中部安装大孔分布板，开孔数量为 36个，开孔率为5%。操作流程如下。催化剂从再生器由入口管道进入，管道上有阀门V102 打开，催化剂堆积到气体分布器上端。空气通过气体入口进入反应器，空气流量为1300Nm3/ h，再通过气体分布器均勻分布后，带起催化剂，催化剂处于流化状态。VlOl关闭时，V102开启，反应器属于单层流化床，反应器只有下层催化剂密相区。从入口进入的催化剂直接流动到下层密相区位置，当大孔分布板上有部分催化剂时，会通过调节阀门V103，控制催化剂流回到下层密相区。流化稳定后，反应器处于单层床操作状态。催化剂藏量通过压差变送器测量，催化剂藏量为22KPa，控制阀门VlOl的开度，催化剂循环量在1. 2t/h。检测反应器出口催化剂浓度为130mg/m3。
实施例3
采用带有两个催化剂入口的双层流化床热态反应器，反应装置在常温常压下操作，气相采用气化后工业甲醇，催化剂为甲醇制烯烃催化剂，平均颗粒大小为87μπι。流化床反应器直径约0. 35m，扩大段直径0. 55m，入口斜管、外部溢流管的直径都为20mm。反应段直筒加扩大段总高2.0m，反应器催化剂藏量150kg。反应器材质为碳钢，壁厚4mm。在催化剂入口的两个管路上和外部溢流管设有三个自动调节阀控制压力平衡及催化剂流动。在扩大段出口装有过滤器，用以分离催化剂。气相入口装有气体分布器。反应器中部安装大孔分布板，开孔数量为36个，开孔率为10%。操作流程如下。催化剂从再生器由入口管道进入，管道上有阀门V102打开，催化剂堆积到气体分布器上端。气体通过气体入口进入反应器，气体流量为30Nm3/h，再通过气体分布器均勻分布后，带起催化剂，催化剂处于流化状态。VlOl关闭时，V102开启，反应器属于单层流化床，反应器只有下层催化剂密相区。从入口进入的催化剂直接流动到下层密相区位置，当大孔分布板上有部分催化剂时，会通过调节阀门V103，控制催化剂流回到下层密相区。流化稳定后，反应器处于单层床操作状态。 催化剂藏量通过压差变送器测量，催化剂藏量为lOKPa，控制阀门VlOl的开度，催化剂循环量在50kg/h。检测反应器出口催化剂浓度为110mg/m3，甲醇转化率97%。开启V101，关闭V102时，从入口进入的催化剂直接流动到大孔分布板上的密相区，通过调节阀门V103和气体流量，控制催化剂流在上下层的藏量稳定。流化稳定后，反应器处于双层床操作状态。 上层催化剂藏量为4KPa，下层催化剂藏量为6KPa，控制阀门VlOl的开度，催化剂循环量在 50kg/h。检测反应器出口催化剂浓度为110mg/m3，甲醇转化率98%。
权利要求
1.一种双层流化床反应器，包括反应器壳体，其特征在于，所述反应器壳体由反应段 (17)和扩大段(15)两部分组成，所述反应段(17)包括反应器上层和反应器下层，反应器下层由气体入口(8)连接的气体分布器(9)以及气体分布器(9)上面的下层密相区(10) 和下层稀相区(11)组成；反应器上层由大孔分布板(1 以及大孔分布板(1 之上的上层密相区(1 和上层稀相区(14)组成；反应器上层和反应器下层各有一个催化剂入口，管道 (5)和(6)与之相连，管道(1)分别连接管道(5) (6)，管道(5)设有阀门⑵，管道(6)设有阀门( ；上层密相区(1 和下层密相区(10)通过外部溢流管(7)连接，所述外部溢流管 (7)上安装有阀门；所述扩大段的气体出口(18)连接旋风分离器(16)或过滤器。
2.根据权利要求1所述双层流化床反应器，其特征在于，所述管道(1)(5) (6)和外部溢流管(7)上的阀门为滑阀或调节阀。
3.根据权利要求1所述双层流化床反应器，其特征在于，所述气体分布器(9)位于反应器底部，为泡帽式分布器、管式分布器、多孔板式分布器和浮阀式分布器中的任何一种。
4.根据权利要求1所述双层流化床反应器，其特征在于，所述大孔分布板(12)的开孔率为_10%，开孔数量为20-50个。
5.根据权利要求1所述双层流化床反应器，其特征在于，所述旋风分离器(16)与反应器壳体的顶端连接，旋风分离器(16)的出口即为反应器的出口，旋风分离器(16)采用一级或多级结构形式。
6.根据权利要求1所述双层流化床反应器，其特征在于，在管道、反应器下层和上层装有压力变送器、压差变送器和热电偶。
7.根据权利要求1所述双层流化床反应器，其特征在于，所述反应器感应器材料为碳钢或不锈钢等，并添加耐磨衬里。
8.—种双层流化床反应器的操作方法，其特征在于，气相通过气体入口(8)进入反应器，将催化剂从管道(1)通入，调节管道( (6)和外部溢流管(7)上的阀门，催化剂为造粒成型后的圆球形催化剂，催化剂的平均粒径为60-150 μ m，并且具有一定的耐磨性能，催化剂的活性成分为Y型或SAP0-34分子筛或负载型催化剂，催化剂在循环流化床的循环量为催化剂总藏量的0. 1-3倍。
9.根据权利要求8所述双层流化床反应器的使用方法，其特征在于，所述气相入口(8) 可以是氮气等惰性气体，空气或经气化后反应物等，以及他们部分的混合物，反应器中气速为 0. 01-2. Om/s ο
10.根据权利要求8所述双层流化床反应器的使用方法，其特征在于，反应器的各个结构位置设置压力温度测量仪表，操作温度为室温-600°C，反应压力为OMPa-O. 4MPa。
全文摘要
本发明公开了一种双层流化床反应器，包括反应段和扩大段两部分，所述反应段由带孔挡板分为上下双层结构，反应器下层与气体分布器连接，反应器上层与扩大段连接，上下两层间有带阀门的外部溢流管连接。反应器上层和反应器下层各有一个催化剂入口，由一条管道分支为两条管道分别连接两个入口，即操，管道上设有阀门。当启用下层入口时，反应器操作在普通的单层流化床形式下；启用上层入口时作在双层流化床形式下，并对催化剂床层稳定起到调节作用，是一种更为灵活的可转换的双层流化床形式。
文档编号B01J8/28GK102513038SQ20111045991
公开日2012年6月27日 申请日期2011年12月31日 优先权日2011年12月31日
发明者周明生, 孙世谦, 左宜赞, 张蒙, 王海国, 袁学民, 钱震 申请人:中国天辰工程有限公司, 天津天辰绿色能源工程技术研发有限公司