CN103769014B

CN103769014B - 一种沸腾床反应器

Info

Publication number: CN103769014B
Application number: CN201410035912.2A
Authority: CN
Inventors: 舒歌平; 吴秀章; 张继明; 张传江; 陈茂山; 刘东明; 段晓军; 安亮; 杨东; 刘建平; 刘永; 贾振斌
Original assignee: China Shenhua Coal to Liquid Chemical Co Ltd; Shenhua Group Corp Ltd; Ordos Coal to Liquid Branch of China Shenhua Coal to Liquid Chemical Co Ltd
Current assignee: China Shenhua Coal to Liquid Chemical Co Ltd; Shenhua Group Corp Ltd; Ordos Coal to Liquid Branch of China Shenhua Coal to Liquid Chemical Co Ltd
Priority date: 2014-01-24
Filing date: 2014-01-24
Publication date: 2016-07-20
Anticipated expiration: 2034-01-24
Also published as: CN103769014A

Abstract

本发明公开了一种沸腾床反应器，包括反应器壳体和循环单元，其中，所述循环单元设置在所述反应器壳体的外部，在所述反应器壳体的顶部设有连接至所述循环单元的物料出口，在所述反应器壳体的底部设有与所述循环单元相连通的物料入口；所述循环单元包括分离器和循环泵；所述分离器用于将来自所述反应器壳体顶部的反应物料分离成气相和液相，所述循环泵用于将所述分离器分离得到的部分液相物料送回所述反应器壳体内；本发明增加反应器的有效体积，提高了操作灵活性与稳定性；同时，在循环单元中设有分离装置，使循环泵进料中固体颗粒含量减少，降低了对循环泵的磨损，从而增加了循环泵的使用寿命。

Description

一种沸腾床反应器

技术领域

本发明涉及沸腾床反应器，尤其涉及一种可以使物料进行体外循环的沸腾床反应器。

背景技术

沸腾床反应器是一种利用气体或液体通过颗粒状固体催化剂床层而使催化剂处于悬浮运动状态，并进行气、液、固三相反应的反应器。沸腾床反应器可以处理高金属、高沥青质含量的重、劣质原料油，具有空速大、床层压降小、温度分布均匀、传质和传热效果好、装置操作灵活等优点。此外，在运转过程中可在线添加新鲜催化剂和卸出失活催化剂，使整个运转周期中催化剂的活性维持在较高水平，且运转周期较长。

USRe25770中描述了典型的沸腾床工艺，在沸腾床反应器中设置内循环杯进行气液分离，同时提高液体的转化率。但该工艺方法在实际应用中存在以下不足：由于反应器内构件较多，催化剂装填量量较少，反应器空间利用率低；循环泵设置在反应器内部，使泵的维护保养费用较高，且一旦循环泵工作异常或损坏，就会造成催化剂下沉聚集，造成装置被迫停工。

CN02109674.0公开了一种串级式沸腾床渣油加氢方法和设备，在一个两段以上的串级沸腾床反应器内使用多种催化剂组合的方式进行渣油加氢反应。沸腾床反应器内设有带浮阀结构的进料分布板和由导流构件、挡流构件、气液隔离板和破沫器构成的三相分离部件。该反应器内使用了大量内构件，一方面造成结构复杂、设备成本高，另一方面造成反应器内空间利用率低，致使反应器规模增大、操作不稳定。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供一种沸腾床反应器，以解决现有的沸腾床反应器的内部结构复杂，且反应器内空间利用率低的问题。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种沸腾床反应器，包括反应器壳体和循环单元，所述循环单元设置在所述反应器壳体的外部，在所述反应器壳体的顶部设有连接至所述循环单元的物料出口，在所述反应器壳体的底部设有与所述循环单元相连通的物料入口；所述循环单元包括分离器和循环泵；所述分离器用于将来自所述反应器壳体顶部的反应物料分离成气相和液相，所述循环泵用于将所述分离器分离得到的部分液相物料送回所述反应器壳体内。

根据本发明的反应器，优选地，所述反应器壳体的下部设有分布器，用于对进入所述反应器壳体内的物料进行均匀分布；所述反应器壳体还设有至少一条催化剂加剂管线和至少一条催化剂卸剂管线。

根据本发明的反应器，优选地，所述催化剂加剂管线的出口端位于所述分布器上方靠近所述分布器的位置，所述催化剂卸剂管线的入口端位于所述反应器壳体内的中上部；进一步优选地，所述催化剂加剂管线的出口端与所述分布器的高度差不大于所述反应器壳体高度的1/10，所述催化剂卸剂管线的入口端与所述催化剂加剂管线的出口端的高度差不小于所述反应器壳体高度的1/3；更进一步优选地，所述催化剂加剂管线的出口端与所述分布器的高度差不大于所述反应器壳体高度的1/20，所述催化剂卸剂管线的入口端与所述催化剂加剂管线的出口端的高度差不小于所述反应器壳体高度的1/2-2/3。

根据本发明的反应器，优选地，所述沸腾床反应器仅设有一条催化剂加剂管线和一条催化剂卸剂管线，所述催化剂加剂管线和催化剂卸剂管线穿过所述反应器壳体的底部延伸进入所述反应器壳体内。

根据本发明的反应器，优选地，所述催化剂加剂管线的出口端朝向所述分布器设置。

根据本发明的反应器，优选地，所述分离器为卧式罐状分离器，在所述分离器内分别设有从其底部向上延伸的第一挡板和第二挡板，从而将所述分离器分为位于所述第一挡板与第二挡板之间的中间部分、位于所述第一档板一侧的第一部分以及位于所述第二挡板一侧的第二部分；所述第一部分的底部通过管线连接至所述循环泵，所述中间部分的顶部通过管线与所述反应器壳体的物料出口相连，所述第二部分的底部通过管线连接至下一处理单元，并且所述分离器的顶部还设有气相出口管线。

根据本发明的反应器，优选地，所述第一挡板的垂直高度以及第二挡板的垂直高度为所述分离器垂直高度的1/2-4/5；所述第一部分的宽度以及第二部分的宽度均小于所述中间部分的宽度，所述第一部分的宽度为所述第二部分的宽度的0.9-1.1倍。进一步优选地，所述第一挡板的垂直高度以及第二挡板的垂直高度为所述分离器的垂直高度的2/3-4/5；所述第一部分的宽度以及第二部分的宽度为所述中间部分的宽度的1/3-2/3，以使所述中间部分具有更好的催化剂截留效果。

根据本发明的反应器，优选地，在所述反应器壳体内的顶部物料出口处设有一级或多级旋分器。

与现有技术相比，本发明的沸腾床反应器具有以下优点：

（1）本发明在沸腾床反应器外部设置物料的循环单元，这样可以减少反应器内构件的数量，使反应器的有效体积增大10%以上，同时降低了反应器内部结焦的可能性，进而提高操作灵活性与稳定性；

（2）本发明将所述催化剂加剂管线的催化剂出口设置在所述分布器上方靠近所述分布器的位置，将所述催化剂卸剂管线的催化剂进口设置在所述反应器壳体内的中上部，从而延长新加入的催化剂在反应器内部的停留时间；同时部分催化剂在使用过程中相互磨损或破碎，形成较小颗粒的催化剂，导致催化活性也相应地降低或失活，较小颗粒的催化剂在流化床内易向上运动，因此将所述催化剂卸剂管线的催化剂进口设置在反应器内的中上部可保证将磨损后活性相对较低的催化剂卸出，以保证反应器内的催化剂的活性稳定并且催化剂可以得到有效利用；另外，本发明将所述催化剂加剂管线的催化剂出口朝向所述分布器设置，以使进入所述反应器壳体内的新鲜催化剂与经所述分布器进入的流体逆流接触，从而在所述流体的带动下分布得更为均匀；

（3）本发明中分离器采用卧式罐状设计，且其罐状壳体内设有挡板，可以有效防止催化剂粉末及其他固体颗粒进入循环泵，从而降低了对循环泵***的磨损，延长了使用寿命；

（4）本发明在反应器内的顶部出口处设置一级或多级旋分器，有效防止了催化剂颗粒从反应器中带出。

附图说明

图1为本发明的沸腾床反应器的一种实施方式的示意图。

具体实施方式

以下将结合附图对本发明进行进一步说明。

如图1所示，本发明的沸腾床反应器包括反应器壳体1和循环单元30。所述循环单元30设置在所述反应器壳体1的外部，包括分离器2和循环泵3。其中，所述分离器2用于将来自所述反应器壳体1顶部的反应物料分离成气相和液相，所述循环泵3用于将所述分离器2分离得到的部分液相物料送回所述反应器壳体1的底部，以维持所述反应器壳体1内反应物料的正常流动。具体地，在所述反应器壳体1的顶部设有连接至所述循环单元30的物料出口，使所述反应器壳体1内的物料可以经管线送至所述循环单元30；在所述反应器壳体1的底部设有与所述循环单元30相连通的物料入口，使物料可以从所述循环单元30回流至所述反应器壳体1内。

在如图1所示的实施例中，所述分离器2为卧式罐状的分离器，当然所述分离器2也可以是其它适合的形状。在所述分离器2内分别设有从其底部向上延伸的第一挡板21和第二挡板22，从而将所述分离器2分为上部连通的三部分（即第一、第二挡板21、22并不延伸至所述分离器2的顶部）：位于所述第一挡板21与第二挡板22之间的中间部分23、位于所述第一档板21一侧的第一部分24以及位于所述第二挡板22一侧的第二部分25。所述第一部分24的底部通过管线连接至所述循环泵3。所述中间部分23的顶部通过管线与所述反应器壳体1的物料出口相连。所述第二部分25的底部通过管线连接至下一处理单元，以分离出产物。同时所述分离器2的顶部还设有气相出口管线26。

由于所述分离器2具备上述结构特点，来自反应器壳体1的物料进入分离器2后，气相物料自气相出口管线26离开，夹带有固体催化剂的液相物料首先落入中间部分23，然后分别通过第一挡板21、第二档板22溢流进入所述第一部分24和第二部分25。此时，催化剂颗粒大部分沉积在所述中间部分23。

为了使所述中间部分23对催化剂有更佳的截留效果，优选地，将所述第一挡板21、第二挡板22的垂直高度设为所述分离器2垂直高度的1/2-4/5，进一步优选为所述分离器2垂直高度的2/3-4/5；所述第一部分24的宽度以及第二部分25的宽度均小于所述中间部分23的宽度（即第一挡板21与第二挡板22之间的距离），并且所述第一部分24的宽度与第二部分25的宽度基本相同，比如所述第一部分24的宽度与所述第二部分25的宽度的比值为0.9-1.1。优选地，所述第一部分24的宽度以及第二部分25的宽度为所述中间部分23的宽度的1/2-2/3。

优选地，所述反应器壳体1内接近壳体顶部的位置还设有一级或多级旋分器5，反应器顶部汇集的反应物流经旋风器5分离出大部分夹带的催化剂颗粒后，通过物流出口输送至所述循环单元30。

所述反应器壳体1的下部设有分布器4，所述分布器4可以选用任何可以使气体或液体物流均匀分布的结构，例如可以采用泡帽结构、微孔板结构、浮阀式结构等。

所述沸腾床反应器还设有至少一条催化剂加剂管线6和至少一条催化剂卸剂管线7。所述催化剂加剂管线6的出口端位于所述分布器4上方靠近所述分布器4的位置，比如所述加剂管线6的出口端与所述分布器4之间的垂直距离小于所述反应器壳体1高度的1/10，优选为1/20；所述催化剂卸剂管线7的入口端设置于所述反应器壳体1内的中上部。这样使得所述催化剂加剂管线6的出口端与所述催化剂卸剂管线7的入口端之间可以保持一段较大的高度差，比如不小于所述反应器壳体1高度的1/3，优选为所述反应器壳体1高度的1/3-2/3。进一步优选地，所述催化剂加剂管线6的出口端朝向所述分布器4设置。在如图1所示的实施例中，所述沸腾床反应器仅设有一条催化剂加剂管线6和一条催化剂卸剂管线7，所述催化剂加剂管线6和催化剂卸剂管线7穿过所述反应器壳体1的底部延伸进入所述反应器壳体1之内。此时，所述催化剂加剂管线6的出口端可以采用U形弯头设计，以使所述出口端朝向所述分布器4。在实际工业设计过程中，如有需要也可以设计多个催化剂加剂管线和催化剂卸剂管线。

在位于所述分布器4下方的反应器壳体1上设有原料进口，为所述沸腾床反应器提供反应原料，比如原料油与氢气的混合物。

以下对本发明的沸腾床反应器的运行过程进行说明。

反应原料混合后由原料进口进入沸腾床反应器，经过所述分布器4均匀分布后与所述分布器4上方的催化剂接触反应；反应后的物料经所述旋分器5分离出大部分催化剂颗粒后，进入所述分离器2。在所述分离器2中，物料被进一步分离为气相物料和液相物料，气相物料经气相出口管线26离开所述分离器2，液相物料首先流入所述中间部分，使得液相物料中的催化剂颗粒被所述中间部分23进一步截留。从所述中间部分23溢流至所述第一部分24的液相物料通过循环泵3经物料进口返回所述反应器壳体1内，以维持所述反应器壳体1内正常的物料流动。从所述中间部分23溢流至所述第二部分25的液相物料被送往下一处理单元，比如在下一单元中进一步分离出目标产物。

催化剂自催化剂加剂管线6进入所述反应器壳体1内，在所述分布器4的上方与反应原料混合物接触进行催化加氢反应。同时由于物料的流动，部分催化剂会相互碰撞、破碎，形成的活性较低的催化剂细颗粒经催化剂卸剂管线7排出。

本发明的沸腾床反应器可用于液体与气体混合物同固体颗粒物质接触进行的反应，特别是油品的催化加氢反应。适用于本发明的油品包括但不限于常压渣油、减压渣油、稠原油、煤焦油和煤液化重油等。例如，利用本发明的沸腾床反应器进行煤液化油的催化加氢反应，其反应条件为：反应压力6～20MPa，反应温度280～430℃,液时空速0.5～3h^-1，氢油比200～900V/V。

以下结合具体实施例进一步对本发明中的沸腾床反应器进行说明。

实施例

利用本发明的沸腾床反应器进行煤液化油加氢试验。所述反应器壳体高35m，包括中间直筒段以及上、下椭圆封头，其直筒段高31m，直径4.5m；所述分布器采用微孔板结构，催化剂加剂管线的出口端距分布器0.1m，催化剂卸剂管线的入口端距分布器20m；所述热高压分离器的结构如图1所示，直径（高）5m，第一、第二挡板高3m，中间部分宽5m，第一、第二部分宽2m。

试验所采用的加氢催化剂为以氧化铝为载体的加氢催化剂，其生产厂家为北京三聚环保新材料股份有限公司，牌号为FFT-1B。反应器壳体中分布器以上为反应器的有效体积，催化剂在反应器内的填充体积为反应器有效体积的60%。试验中，催化剂的卸出量及补充量均为1吨/天。

原料油性质见表1，实验条件见表2，离开所述热高压分离器的产物性质见表3。

表1

分析项目	分析结果
		密度（20℃）,g/cm³	0.9729
O,m%	1.44
		S,μg/g	144
N,μg/g	3113
		供氢指数,mg-Hnβ/g-solvent	17.9
馏程（ASTM D-86），℃
		初馏点	123

10％/30％	227/279
		50％/70％	309/353
90％/FBP（最终沸点）	408/508

表2

工艺参数	数值
		反应压力，MPa(a)	13.0
反应温度，℃	380
		液时空速，h^-1	1.5
氢油比，v/v	300
		循环液体/原料油进料(体积流量之比)	3

表3

分析项目	分析结果
		密度（20℃）,g/cm³	0.9495
O,m%	0.51
		S,μg/g	7.0
N,μg/g	575
		供氢指数,mg-Hnβ/g-solvent	22.59
馏程（ASTM D-86），℃
		初馏点	101
10％/30％	207/258
		50％/70％	289/3275 -->
90％/FBP	380/494

对比例

与实施例的区别在于，所述催化剂加剂管线的出口端以及催化剂卸剂管线的入口端均距分布器0.1m，其余反应条件相同。试验时，催化剂的卸出量及补充量均为1.2吨/天。离开所述热高压分离器的产物性质见表4。

表4

分析项目	分析结果
		密度（20℃）,g/cm³	0.9634
O,m%	0.51
		S,μg/g	27.3
N,μg/g	739
		供氢指数,mg-Hnβ/g-solvent	19.26
馏程（ASTM D-86），℃
		初馏点	106
10％/30％	222/275
		50％/70％	305/333
90％/FBP	388/498

从实验结果可以看出，与对比例相比，采用实施例中的沸腾床反应器进行加氢反应时，在催化剂的消耗平均每天减少0.2吨时，还可以得到更佳的催化加氢效果。

Claims

1.一种沸腾床反应器，其特征在于，包括反应器壳体和循环单元，所述循环单元设置在所述反应器壳体的外部，在所述反应器壳体的顶部设有连接至所述循环单元的物料出口，在所述反应器壳体的底部设有与所述循环单元相连通的物料入口；所述循环单元包括分离器和循环泵；所述分离器用于将来自所述反应器壳体顶部的反应物料分离成气相和液相，所述循环泵用于将所述分离器分离得到的部分液相物料送回所述反应器壳体内；

所述反应器壳体的下部设有分布器，用于对进入所述反应器壳体内的物料进行均匀分布；所述反应器壳体还设有至少一条催化剂加剂管线和至少一条催化剂卸剂管线；

所述催化剂加剂管线的出口端位于所述分布器上方靠近所述分布器的位置，所述催化剂卸剂管线的入口端位于所述反应器壳体内的中上部。

2.如权利要求1所述的反应器，其特征在于，所述沸腾床反应器仅设有一条催化剂加剂管线和一条催化剂卸剂管线，所述催化剂加剂管线和催化剂卸剂管线穿过所述反应器壳体的底部延伸进入所述反应器壳体内。

3.如权利要求1所述的反应器，其特征在于，所述催化剂加剂管线的出口端与所述分布器的高度差不大于所述反应器壳体高度的1/10，所述催化剂卸剂管线的入口端与所述催化剂加剂管线的出口端的高度差不小于所述反应器壳体高度的1/3。

4.如权利要求3所述的反应器，其特征在于，所述催化剂加剂管线的出口端朝向所述分布器设置。

5.如权利要求1或4所述的反应器，其特征在于，所述分离器为卧式罐状分离器，在所述分离器内分别设有从其底部向上延伸的第一挡板和第二挡板，从而将所述分离器分为位于所述第一挡板与第二挡板之间的中间部分、位于所述第一档板一侧的第一部分以及位于所述第二挡板一侧的第二部分；所述第一部分的底部通过管线连接至所述循环泵，所述中间部分的顶部通过管线与所述反应器壳体的物料出口相连，所述第二部分的底部通过管线连接至下一处理单元，并且所述分离器的顶部还设有气相出口管线。

6.如权利要求5所述的反应器，其特征在于，所述第一挡板的垂直高度以及第二挡板的垂直高度为所述分离器垂直高度的1/2-4/5；所述第一部分的宽度以及第二部分的宽度均小于所述中间部分的宽度，所述第一部分的宽度为所述第二部分的宽度的0.9-1.1倍。

7.如权利要求6所述的反应器，其特征在于，所述第一挡板的垂直高度以及第二挡板的垂直高度为所述分离器的垂直高度的2/3-4/5；所述第一部分的宽度以及第二部分的宽度为所述中间部分的宽度的1/3-2/3。

8.如权利要求1、2、3、4、6和7中任一项所述的反应器，其特征在于，在所述反应器壳体内的物料出口处设有一级或多级旋分器。