[发明专利]一种试验用固定流化床反应器

说明书

技术领域

本发明属于石油化工技术领域，主要涉及一种用于试验研究的固定流化床反应器。

背景技术

催化裂化工艺是将重油转化为汽、柴油和液化气等轻质产品的一种重油轻质化工艺，具有原料适应性强、目标产品收率高、经济效益好等特点，是国内外炼油行业核心的二次加工工艺之一。催化裂解工艺是在催化裂化工艺基础上开发的烯烃生产新技术，沿用了催化裂化的成熟工艺，利用高温、大剂油比、短停留时间和专用催化剂，生产以乙烯和丙烯为主的气体产品，已成为实现炼化一体化和提升炼油行业经济效益的重要手段。无论是催化裂化工艺，还是催化裂解工艺，新型催化剂的研制与评价、原料的筛选以及工艺条件的优化始终离不开试验装置。而此类试验装置的核心部分是反应器，主要分为固定床反应器、固定流化床反应器和循环流化床反应器等。其中，固定流化床反应器以其结构简单、造价低、热效率高、床层等温、操作和维修费用低等优点，在催化裂化和催化裂解的新型催化剂开发及工艺研究中取得了广泛的应用。

现有的试验用固定流化床反应器主要分为以下三种型式：第一类为直桶形反应器，如美国专利USP6,069,012所公开的固定流化床反应器。其结构简单，易于加工，低线速时催化剂流化较好，但在高线速时，催化剂床层会发生剧烈的湍动和节涌，造成床层温度波动，压力失稳，因此，该类反应器只适用于反应温度较低的常规催化裂化反应，而不适用于高温、大剂油比、高线速的催化裂解反应。第二类为上部圆柱形、下部倒圆锥形的反应器。如实用新型专利CN 2512495Y和实用新型专利CN 201042664Y所公开的固定流化床反应器。这类反应器结构比较简单，底部倒锥形设计有利于油气与催化剂的按触和混合，能够避免反应器内死床的发生，特别在底部设置了气体分布板，并在反应器中设置了隔栅板后，能够较好地解决高线速时催化剂的湍动和节涌，对于稳定床层的压力和温度起到了很好的作用。但这两个专利的共同技术缺陷有二：一是反应器中隔栅板均为开孔的平板结构，在催化剂流化过程中易在隔栅板未开孔部分的上表面积存，使部分催化剂不能与原料接触反应，影响了试验数据的准确性和卸剂的干净程度；二是反应油气出口温度高，其中的不饱和组分易在过滤器外表面聚合结焦，堵塞过滤器的微孔道，造成反应器压力上升，直接影响试验的准确度和安全性。此外，前者的催化剂加入剂口和卸剂口为反应器顶部的同一个口，卸剂时依靠气流从反应器吹出，存在卸剂不净的问题；后者的进料采用了内油外汽的套管式进料方式，虽然内管中的原料油温度较为稳定，但是外管中的水蒸汽(或雾化气)温度和体积仍会随反应器的温度变化而变化，影响原油料的雾化效果和试验结果的准确度。第三类为多段异径反应器。如实用新型专利CN 201064712Y、CN 2855524Y和CN 201143427Y所公开的固定流化床反应器。这类反应器主要用于高温、大剂油比和高线速的催化裂解反应。CN201064712Y所述的固定流化床反应器是CN 2512495Y的改进型，所不同的是将后者沉降段上部由圆柱状改为圆台状，以提高反应油气在上部高温部位的线速，缩短反应中间产物在催化剂稀相段的共存时间，有效地抑制小分子烯烃之间的缩聚反应，但是，该反应器存在卸剂不净、催化剂在隔栅板上表面积存以及反应油气在过滤器外表面结焦的问题。CN 2855524Y和CN 201143427Y采用形状和结构相同的反应器形式，从下到上依次为集气段、反应密相段、反应稀相段和扩大段，并在集气室顶部设置了气体分布板，这种结构可以使进料气体分布均匀，避免反应过程中催化剂的沟流、湍流现象发生，改善反应条件。二者的不同之处是，CN 201143427Y的反应器顶部向内设置了再生溶液喷雾头，以达到控制稀相段温度和为催化剂补铝的目的。但是这两个专利存在的共性缺点是：催化剂加入口和卸剂口为反应器顶部的同一个口，反应后的催化剂不易卸干净；进料口位于分布板的下方，且靠近分布板，原料油喷到高温分布板的下表面易产生粘附现象近而造成结焦，影响原料油与催化剂充分接触。此外，CN201143427Y通过位于反应器顶部的再生溶液喷雾头向反应器内喷入0.1mol/L的氯化铝溶液，易造成高温催化剂颗粒热崩，对催化剂的性能产生较大的影响。

综上所述，现有的几种典型的固定流化床反应器，在进料口与卸剂口的位置布置、隔栅板的形式、进料温度和状态维持以及抑制反应油气过滤器结焦等方面或多或少地存在一定的局限性。

发明内容