固定流化床反应器及其使用方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种固定流化床反应器，以及该固定流化床反应器的使用方法。
【背景技术】
[0002] 催化裂解技术由于原料来源广、烯烃产品结构易调整、能耗低以及二氧化碳排放 少等优点，催化裂解技术近年来取得了较快的发展。围绕该技术领域的工艺开发、催化剂的 研制，或是不同原料油、催化剂的筛选评价，都离不开实验室小型评价装置。目前，固定流化 床装置因其结构简单、操作弹性好、床层等温、传热效率高等优点广泛的应用于催化裂化实 验研究。
[0003] 固定流化床反应器是实验室小型固定流化床的核心设备，是实验操作中温度最高 的构件，在反应器内进行烃类的催化裂解反应以及烧焦过程。在催化裂解反应过程中丙烯、 丁二烯等不饱和烃在高温下经脱氢、异构化、环化、叠合和缩合等二次反应不可避免地会引 起结焦；由于反应器一般采用Fe-Cr-Ni合金材料制成，其中的Fe、Ni等金属粒子的催化效 应使裂解原料及裂解生成的烃类深度催化脱氢从而引发结焦，其中，催化裂解过程中的自 由基结焦形成焦炭的主要原因。结焦量过多直接导致产物分布不合理，产物中焦炭和干气 的收率，乙烯、丙烯等产量低，另外高结焦使反应器壁热阻增加、传热系数降低、壁温升高并 出现局部过热现象。
[0004] 内壁结焦的产生使器壁温度升高、氧分压降低，在持续的高温以及环境碳活度达 到一定值后，器壁表面稳定的Cr 203保护膜将与碳反应，失去膜的保护作用，引发渗碳现象。 渗碳层体积膨胀，热膨胀系数降低，使得器壁力学性能下降，产生裂纹，甚至发生断裂，特别 是在实验前后反应器快速升温和降温时应力骤变，更容易产生裂纹。渗碳造成器壁力学性 能下降、产生裂纹，缩短了反应器的使用寿命、影响实验的稳定性。
[0005] 结焦与渗碳是乙烯裂解和催化裂化/解工艺中普遍存在的问题，也形成了许多专 利技术针对在大型生产或中型试验过程中的结焦与渗碳。
[0006] CN101274873A公开了一种添加结焦抑制剂并强化乙烯裂解炉管传热的技术； CN102399571、CN102399572A公开了一种改善管炉材质，在炉管表面形成氧化物膜的技术； CN101880544A公开了一种在线涂层技术，在炉管表面沉积致密的涂层并加入结焦抑制剂的 专利技术。以上这些技术均在抑制结焦及渗碳方面有一定的作用，有的技术甚至已经工业 化，但是这些技术主要针对乙烯裂解，其实验装置、操作条件和工艺参数与实验室的催化裂 解完全不同，最重要的是催化裂解是在催化剂作用下的深度裂解反应，需要考虑催化剂对 抑制结焦和渗碳的影响。
[0007] CN1236827A公开了一种抑制结焦的保护方法，在此方法中，在清焦操作后用有机 硫化合物、有机磷化合物、有机锡化合物、有机磷硫化合物、有机硅化合物等预处理剂对裂 解炉管进行预处理，其中效果最好的是有机磷硫化合物。此专利申请只对裂解炉管进行处 理，主要抑制催化结焦，但自由基结焦是裂解过程中结焦的主要方面。
[0008] CN102041096A公开了一种通过对沉降段的构型和结构的改进抑制重油的催化沉 降器结焦的方法与装置。该技术主要针对催化裂化提升管的沉降器的结焦，与实验室的固 定流化床装置的差距较大，并且该技术仅针对沉降段的构型进行改进，并未从反应机理的 角度抑制结焦和渗碳的发生。
[0009] 综上所述，现有技术主要针对大型生产或中型试验的乙烯裂解和重质油的催化裂 化工艺中的结焦与渗碳，并不适用于实验室小型固定流化床反应器。
【发明内容】
[0010] 本发明的目的是针对实验室固定流化床反应器在进行烃类的催化裂解反应时的 高温碳气氛中器壁结焦严重，产物中焦炭、干气产率较高，以及由结焦引起的内部渗碳现 象，提出一种固定流化床反应器及其使用方法，使得在保证目标产物收率、不影响催化剂的 活性的情况下抑制器壁的结焦和渗碳，降低产物中焦炭和干气收率。
[0011] 为了实现上述目的，本发明提供了一种固定流化床反应器，该固定流化床反应器 包括顶部密封结构、反应器主体以及与所述反应器主体连通的出口管和进料管，所述反应 器主体自上而下包括沉降段、反应段和油剂初始接触段，其中，在所述沉降段底部设置有结 焦抑制剂注入部件，该结焦抑制剂注入部件包括沿着所述沉降段底部内壁的周向设置的锥 台形挡板、连接锥台形挡板的顶部和反应器主体的内壁的环形滤板以及结焦抑制剂注入 口，锥台形挡板、环形滤板和反应器主体的内壁之间形成空腔，且所述结焦抑制剂注入口与 该空腔连通。
[0012] 优选地，所述环形滤板水平设置。
[0013] 优选地，所述环形滤板的材质为耐高温、耐腐蚀的金属。
[0014] 优选地，所述锥台形挡板的高度为所述沉降段的高度的5-20%，更优选为7-15%。
[0015] 优选地，所述环形滤板的内径与外径之比为0. 5-0. 9,更优选为0. 7-0. 8。
[0016] 优选地，所述结焦抑制剂注入口的个数为1-6,更优选为2-4。
[0017] 本发明还提供了上述固定流化床反应器的使用方法，该方法包括：将烃类原料注 入所述固定流化床反应器中进行催化裂化反应，其中，在注入所述烃类原料之前和/或期 间，将液态的结焦抑制剂用载气通过所述结焦抑制剂注入口注入所述固定流化床反应器 中，所述结焦抑制剂为至少一种含硫化合物。
[0018] 在本发明中，结合实验室催化裂化反应机理、生焦的特点以及气固流态化接触状 态，对固定流化床反应器的构型进行了优化，并设计了独立的结焦抑制剂注入部件，使得采 用本发明的固定流化床反应器进行烃类原料催化裂化反应的过程中可以获得较好的抑制 结焦和渗碳的效果。具体地，本发明的固定流化床反应器及其使用方法的优点主要表现在 以下几个方面 ：
[0019] (1)结焦抑制剂中的含硫化合物可分解出HS ?自由基，一方面改变自由基结焦的 反应历程，抑制均相生焦；另一方面HS ?自由基参与反应生成的金属硫化物活性低，不会影 响催化裂化过程中的其他反应。
[0020] (2)从反应器沉降段的底部注入结焦抑制剂，一方面可抑制沉降段油气与催化剂 线速较低以及缩聚、缩合等二次反应主要发生在沉降段，易在沉降段，尤其是该段管壁易结 焦的问题；另一方面结焦抑制剂只与进入沉降段的催化剂接触，减少结焦抑制剂对催化剂 活性的影响；同时不影响反应段、油剂初始接触段的烃分压以及流化状态，避免了因加入结 焦抑制剂而对主反应带来的负面作用。
[0021] (3)结焦抑制剂进入注入口之后，通过与环形挡板固定连接的滤板进入反应器，一 方面可使结焦抑制剂沿器壁均匀的分布；另一方面，可降低进入沉降段的载有结焦抑制剂 气体的线速，不会因载气的注入而影响沉降效果。
[0022] (4)设计具有一定倾角的环形挡板（即锥台形挡板)，由反应器底部流化的催化剂 在挡板的作用下可部分返回反应段，并降低进入沉降段的油气及催化剂的线速，一方面可 以改善由于沉降段的高度有限以及进入沉降段的油气和催化剂线速较高，导致的产物与催 化剂接触时间较长，缩聚、缩合等二次反应发生引起的结焦的问题。另一方面可改善反应段 催化剂及油气的接触状态。
[0023] (5)载气与结焦抑制剂经过滤板进入反应器，一方面可以防止催化剂进入环形空 腔和注入口，堵塞注入口。另一方面可降低进入沉降段的气体线速，以免影响沉降效果。
[0024] 本发明的其他特征和优点将在随后的【具体实施方式】部分予以详细说明。
【附图说明】
[0025] 附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具 体实施方式一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。在附图中：
[0026] 图1是本发明所述的固定流化床反应器的结构示意图；
[0027] 图2是本发明所述的固定流化床反应器中的结焦抑制剂注入部件的结构示意图。
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