一种流化床反应器及器外过滤流化床反应装置制造方法
【专利摘要】一种流化床反应器及器外过滤流化床反应装置，该流化床反应器由下至上由反应段(17)、扩张段(14)和分离段(12)组成；所述的反应段(17)底部连通原料进口，反应段(17)上部连通催化剂接收器(16)，下部连通催化剂再生器(2)；所述的扩张段(14)内设置盘环挡板(13)，所述的分离段顶部设置气固混合物出口(11)；其中，所述的盘环挡板(13)为上小下大的圆筒形结构。本实用新型提供的流化床反应器及器外过滤流化床反应装置适用于采用低强度催化剂的流化床反应系统，能减少反应器顶部分离段的细粉浓度，降低过滤器反吹频率，延长过滤器烧结滤管寿命。
【专利说明】一种流化床反应器及器外过滤流化床反应装置
【技术领域】
[0001]本发明涉及化工设备领域，涉及一种流化床反应器及带器外过滤的流化床反应装置。
技术背景
[0002]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所受重力时，固体颗粒处于悬浮运动状态，可以像流体一样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。
[0003]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化，有以下主要优点:床层具有高效的传热性能，床层内温度均匀，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。
[0004]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。由于流化床反应器的颗粒尺寸较小，且呈一定的尺寸分布，为减少颗粒夹带，反应器顶部有直径显著大于反应段的分离段，反应段和分离段之间通过扩张段连接。但仍然会有部分颗粒被夹带反应器顶部，导致催化剂剂增加，并且还可能堵塞后续管路。对于催化裂化反应器，通过多级旋风分离器，使催化剂回到反应器，但对于一些强度较低的催化剂颗粒，旋风分离器磨损严重，会导致细粉增加，旋风分离器效率下降，大量细粉被带出，既增加了剂耗，也增加了旋风分离器的负荷，还可能堵塞后续管路。
[0005]流化床汽油脱硫所采用的催化剂，强度低，易磨损，不宜采用旋风分离器进行气固分离，故在反应器顶部采用烧结管过滤器进行气固分离，此法虽然可以有效实现气固分离，但催化剂细粉会堵塞烧结管小孔，导致阻力增加，故需每隔一定时间进行反吹，但细粉无法有效排出反应器，随时间延长，分离器的细粉密度增加，会加剧烧结管堵塞，增加反吹的频率，缩短烧结管寿命，并最终使装置停工，卸出催化剂，更换催化剂、更换烧结滤管。
实用新型内容
[0006]本实用新型要解决的技术问题是在现有技术的基础上，提供一种新的流化床反应器及带器外过滤的流化床反应装置。
[0007]一种流化床反应器，该流化床反应器由下至上由反应段17、扩张段14和分离段12组成；所述的反应段17底部连通原料进口，反应段17上部连通催化剂接收器16，下部连通催化剂还原器2 ;所述的扩张段14内设置盘环挡板13，所述的分离段12顶部设置气固混合物出口 11 ;其中，所述的盘环挡板13为上小下大的圆筒形结构。
[0008]一种器外过滤流化床反应装置，包括流化床反应器和沉降器8，所述的流化床反应器由下至上由反应段17、扩张段14和分离段12组成；所述的反应段17底部设置原料进口，反应段17上部连通催化剂接收器16，下部连通催化剂还原器2 ;所述的扩张段14内设置盘环挡板13，反应器设置反应产物出口 11 ;其中，所述的盘环挡板13为上小下大的圆筒形结构；所述的沉降器8内设置过滤滤芯9，过滤滤芯另一侧设置产品出口 10 ;所述的流化床反应器顶部经气固混合物出口连通沉降器上部，所述的沉降器底部经立管连通所述的流化床反应器的反应段17。
[0009]本实用新型提供的流化床反应器和器外过滤流化床反应装置的有益效果为:
[0010]本发明提供的流化床反应器适用于采用低强度催化剂的流化床反应系统，能减少反应器顶部分离段的细粉浓度，降低过滤器反吹频率，延长过滤器烧结滤管寿命，并且本实用新型提供的流化床反应器还可根据反应需要卸出适量的催化剂细粉。
【专利附图】
【附图说明】
[0011]附图1为本实用新型提供的器外过滤流化床反应装置的流程示意图。
[0012]其中:1-原料入口 ；2_还原器;3，5_阀；4-斜管；6_卸剂管；7-立管;8-沉降器;9-过滤滤芯；10-产品出口 ；11_反应物流出口 ；12_分离器；13-盘环挡板；14-扩张段；15-水平管；16_催化剂接收器；17_反应段。
【具体实施方式】
[0013]本实用新型提供的流化床反应器和器外过滤的流化床反应装置是这样具体实施的，在本实用新型的说明书中，提到的容器的“顶部”是指由上至下容器的0-10%的位置；容器的“上部”是指由上至下容器的O?50%的位置；容器的下部是指由上至下容器的50-100%的位置，容器的底部是指由上至下容器的90% -100%的位置。
[0014]一种流化床反应器，该流化床反应器由下至上由反应段17、扩张段14和分离段12组成；所述的反应段17底部连通原料进口，反应段17上部连通催化剂接收器16，下部连通催化剂还原器2 ;所述的扩张段14内设置盘环挡板13，所述的分离段顶部设置气固混合物出口 11 ;其中，所述的盘环挡板13为上小下大的圆筒形结构。
[0015]优选地，所述的反应段17和分离段12的高度比为(0.05?0.3):1。
[0016]优选地，所述的反应段17和分离段12的直径比为1: (I?3)。
[0017]优选地，所述的盘环挡板的下沿直径大于反应段的直径。
[0018]优选地，扩张段14侧壁与水平面的夹角大于颗粒的休止角，所述盘环挡板斜边与水平线的夹角大于颗粒休止角。所述休止角是指在重力场中，催化剂堆积体的自由表面牌平衡的极限状态时自由表面与水平面之间的角度。
[0019]一种器外过滤流化床反应装置，包括流化床反应器和沉降器，所述的流化床反应器由下至上由反应段17、扩张段14和分离段12组成；所述的反应段17底部设置原料进口1，反应段17上部连通催化剂接收器16，下部连通催化剂还原器2 ;所述的扩张段14内设置盘环挡板13，反应器设置气固混合物出口 11 ;其中，所述的盘环挡板为上小下大的圆筒形结构；所述的沉降器内设置过滤滤芯9，过滤滤芯9另一侧设置产品出口 10 ;所述的流化床反应器顶部经气固混合物出口连通沉降器上部，所述的沉降器底部经立管连通所述的流化床反应器的反应段。
[0020]优选地，所述的所述的沉降器底部的立管还连通卸剂管，所述的卸剂管上设置阀。
[0021]优选地，所述的反应段17和分离段12的高度比为(0.05?0.3):1。
[0022]优选地，所述的反应段17和分离段12的直径比为1: (I?3)。
[0023]优选地，所述的盘环挡板的下沿直径大于反应段的直径。
[0024]优选地，所述的扩张段侧壁与水平面的夹角大于颗粒的休止角，所述的盘环挡板的侧壁与水平面的夹角大于颗粒的休止角。
[0025]优选地，所述的过滤介质为多根下端封死的烧结管。所述的烧结管安装在所述的沉降器顶部的圆面内，所述的圆面的直径与沉降器的直径之比为0.3?0.9:1。
[0026]优选地，连接所述的立管与所述的反应段的管路上安装有滑阀或塞阀。
[0027]本实用新型提供的流化床反应器，从上至下依次为分离段、扩张段、反应段，在所述反应段中装有催化剂床层，在所述扩散段和分离段内装有盘环挡板，用于降低气体含尘量，盘环挡板为上小下大的圆筒形结构，没有上下两个底面，只有侧面，气固混合物自下而上运动过程中，流通面积缩小，气体被加速，其径向分布愈加明显，由于固体颗粒跟随性的原因，其与气体的速度差变大，所受指向侧壁的虚拟质量力变大，使颗粒有向边壁移动的趋势，与盘环挡板边壁相遇后沿边壁滑落，并重新回到反应段，气相夹带的催化剂量减少，降低了后续步骤中过滤器的负荷，可有效延长过滤器的寿命。优选地，所述的盘环挡板的下沿直径大于反应段直径，这样可以有效减少盘环挡板外侧气固通量，提高盘环挡板的气固分离效果。
[0028]在具体实施中，所述盘环挡板斜边与水平线的夹角大于催化剂休止角，所述休止角是指在重力场中，催化剂堆积体的自由表面牌平衡的极限状态时自由表面与水平面之间的角度。
[0029]分离段顶部有反应物流出口，气体和催化剂细粉的混合物以切向进入沉降器上部，沉降器顶部设置有自动反冲洗过滤器，所述自动反冲洗过滤器与所述沉降段顶部的反应器出口法兰配对设置，所述自动反冲洗过滤器上部设有气体出口，下降设有滤芯，所述滤芯表面形成厚度逐渐增大的滤饼导致压降升高，当压降升高至设定值或时间间隔达到设定值时，自动反冲洗过滤器将自动启动反冲洗程度，采用高压气体对滤芯实行脉冲反吹，使滤芯表面的滤饼破碎脱落，进而恢复过滤性能。
[0030]建议滤芯集中于沉降器顶部的中心部分，以避免气固混合物直接冲击过滤器，减少侧向冲出力，延长滤芯的使用寿命。并且由于气固混合物沿切向进入沉降器，还使沉降器具有一定的旋风分离器的效果，气体和催化剂细粉在沉降器内旋转，受离心力作用，催化剂颗粒向沉降器边壁移动，并沿边壁滑落至立管，提高气固分离效率，也可以降低滤芯的气固分离负荷，降低反吹频率。
[0031]沉降器下部有收缩段，收缩段底部连有立管，立管下端有方向相反的两根斜管，一根斜管与反应段的密相床层相连，另一根斜管上装有阀，用于卸出催化剂细粉。
[0032]与反应段下部相连的斜管上可以装有阀，阀前后有测压管线，测量并控制阀前后的压差，以防止催化剂倒流，气体携带催化剂经斜管、立管直接进入沉降器。测压管线有松动气，既可以防止细粉堵塞测压管线，还可以增加立管和斜管的颗粒流动性，使细粉更顺畅的进入反应段底部。
[0033]由于催化剂易磨损，随反应进行，催化剂中细粉的量增加，过滤器的负荷增加，并且反应段的膨胀床高变大，流化状态发生改变，对反应效果也有影响，因此需要卸出一定量的催化剂细粉，故在立管下方还有一根斜管，斜管上装有看出阀，当细粉量增加到一定值时，则可以打开斜管上的阀5卸出部分细粉。是否卸出细粉，及卸出细粉的量，可根据过滤器压降的变化及反吹频率进行判断。
[0034]反应段上部通过水平管与催化剂接收器相连；反应器下部通过斜管与催化剂还原器相连。反应原料自反应段底部进入，携带催化剂向上流动，催化剂经水平管进入接收器，然后进入后续的再生系统进行再生，再生后的催化剂返回还原器，将由于再生导致的氧化态活性组分还原为还原态，经斜管进入反应段，实现催化剂的循环再生过程。
[0035]以下参照附图，具体说明本实用新型提供的流化床反应器及器外过滤的流化床反应装置的结构和使用方法。
[0036]附图1为本实用新型提供的器外过滤的流化床反应装置的流程示意图，如图1可见，反应原料气经原料入口 I进入反应段17，携带催化剂向上运动进入扩张段14，扩张段上端扩大口的直径与反应段17的直径之比为1.1?3 ;经扩张段14后，气固混合物速度降低，部分大颗粒沉降返回反应段17 ;气体携带剩余固体继续向上运动进入分离段12，在分离段12中安装有盘环挡板13，盘环挡板为上小下大的圆筒形结构，经圆筒的收缩后，气体被加速，且径向分布更加显著，颗粒所受的虚拟质量力变大，颗粒向盘环挡板13的侧壁移动，并沿盘环挡板13的内壁滑落返回反应段17，气体携带剩余的小颗粒经气固混合物出口 11以切向进入沉降器8，在沉降器8内形成旋流，小颗粒受离心力的作用，部分颗粒沿沉降器边壁滑落至立管7，剩余的催化剂细粉和气体经滤芯9过滤后，气体经产品出口 10离开流化床反应装置，被过滤的催化剂细粉因静电及挤压的作用，形成催化剂颗粒聚团，落入立管7，受测压松动风的作用，催化剂颗粒聚团可以散开，不会堵塞立管7和连通沉降器和反应段的斜管4，经立管7和斜管4后，催化剂细粉回到反应段17的下部，完成细颗粒的反应器内循环。
[0037]反应段17上部通过水平管15与催化剂接收器16相连；且反应段催化剂藏量保证催化剂密相膨胀上料面高于水平管15的水平位置。反应段17下部通过斜管与催化剂还原器2相连。反应原料自反应段17底部进入，携带催化剂向上流动，催化剂经水平管进入接收器，然后进入后续的再生系统进行再生，再生后的催化剂返回催化剂还原器2，将由于再生导致的氧化态活性组分还原为还原态，经斜管进入反应段17，实现催化剂的外循环。
【权利要求】
1.一种流化床反应器，其特征在于，该流化床反应器由下至上由反应段(^)、扩张段(14)和分离段(12)组成；所述的反应段(17)底部连通原料进口，反应段(17)上部连通催化剂接收器(16),下部连通催化剂再生器⑵；所述的扩张段(14)内设置盘环挡板(13),所述的分离段顶部设置气固混合物出口(11)；其中，所述的盘环挡板(13)为上小下大的圆筒形结构。
2.按照权利要求1的流化床反应器，其特征在于，所述的反应段(17)和分离段(12)的高度比为(0.05?0.3):1。
3.按照权利要求1的流化床反应器，其特征在于，所述的反应段(17)和分离段(12)的直径比为1:(1?3)0
4.按照权利要求3的流化床反应器，其特征在于，所述的盘环挡板的下沿直径大于反应段的直径。
5.按照权利要求1的流化床反应器，其特征在于，扩张段(14)侧壁与水平面的夹角大于颗粒的休止角，所述的盘环挡板的侧壁与水平面的夹角大于颗粒的休止角。
6.一种器外过滤流化床反应装置，其特征在于，包括流化床反应器和沉降器，所述的流化床反应器由下至上由反应段(17)、扩张段(14)和分离段(12)组成；所述的反应段(17)底部设置原料进口(1),反应段(17)上部连通催化剂接收器(16),下部连通催化剂还原器(2)；所述的扩张段(14)内设置盘环挡板(13),所述的分离段顶部设置气固混合物出口(11)；其中，所述的盘环挡板为上小下大的圆筒形结构；所述的沉降器(8)内设置过滤滤芯(9),过滤滤芯另一侧设置产品出口(10)；所述的流化床反应器顶部经气固混合物出口连通沉降器上部，所述的沉降器底部经立管连通所述的流化床反应器的反应段(17)。
7.按照权利要求6的器外过滤流化床反应装置，其特征在于，所述的所述的沉降器底部的立管还连通卸剂管，所述的卸剂管上设置阀。
8.按照权利要求6的器外过滤流化床反应装置，其特征在于，所述的反应段(17)和分离段(12)的高度比为(0.05?0.3):1。
9.按照权利要求6的器外过滤流化床反应装置，其特征在于，所述的反应段(17)和分离段(12)的直径比为1:(1?3〉。
10.按照权利要求6的器外过滤流化床反应装置，其特征在于，扩张段(14)侧壁与水平面的夹角大于颗粒的休止角，所述的盘环挡板的侧壁与水平面的夹角大于颗粒的休止角。
11.按照其权利要求6的器外过滤流化床反应装置，其特征在于，所述的过滤滤芯(9)为多根下端封死的烧结管。
12.按照其权利要求11的器外过滤流化床反应装置，其特征在于，所述的烧结管安装在所述的沉降器顶部的圆面内，所述的圆面的直径与沉降器的直径之比为0.3?0.9:1。
13.按照其权利要求6的器外过滤流化床反应装置，其特征在于，连接所述的立管与所述的反应段的管路上安装有阀。
【文档编号】B01J4/00GK204208538SQ201420625977
【公开日】2015年3月18日 申请日期:2014年10月27日 优先权日:2014年10月27日
【发明者】张同旺, 侯栓弟, 武雪峰, 张久顺, 朱丙田, 毛安国, 张哲民, 刘凌涛, 田志鸿 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石油化工科学研究院