CN107519826B - 一种悬浮床反应器及利用该反应器实现液相自循环的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种悬浮床反应器及利用该反应器实现液相自循环的方法，该反应器包括反应器壳体及设置在壳体内的液相循环管和入口射流分布器，该入口射流分布器包括设置于靠近液流入口处的壳体内侧壁上的环形凸台和设置于液流入口上方的导流体，该导流体的外径最大处与环形凸台的内径最小处相对设置以使导流体与环形凸台之间形成的进液通道的口径最小。本发明的悬浮床反应器利用进口物料本身的压力能及液相循环管内外的密度差所产生的压力能，形成了反应器内的液相自循环，不仅能提高液相线速以利于排焦，还可降低反应器的轴向温差，并能将反应放热用于加热入口进料。同时本发明的反应器内不存在流动死区，还可有效减少甚至避免产生结焦。

Description

一种悬浮床反应器及利用该反应器实现液相自循环的方法

技术领域

本发明涉及煤化工和石油化工技术领域，尤其涉及一种悬浮床反应器及利用该反应器实现液相自循环的方法。

背景技术

加氢是一种重要的可实现劣质、重质原料轻质化的技术工艺，通过加氢处理，劣质、重质油品可以完成脱硫、脱氮、脱金属、脱残炭和脱胶质沥青质等反应过程。在目前的工业化生产中，加氢处理工艺常使用的反应器是下流式固定床反应器，即滴流床反应器，催化剂在开工前一次性加入到反应器内，但由于重质油品如减压渣油、煤焦油、重质原油、催化油浆等的杂质含量高，容易造成固定床反应器内催化剂的中毒或堵塞，致使装置无法长周期正常运行。

上流式的悬浮床反应器因其催化剂是随油品连续加入和排出反应器，克服了催化剂易于堵塞的问题，有利于延长反应器的运行时间，故而已成为处理重油的较佳选择。在利用悬浮床对重油进行加氢的反应过程中，重油在裂化为轻烃和轻油的同时，还会有焦生成，若不能及时将焦粒排出反应器，那么在悬浮床的高温环境中，沉积于反应器底部的焦粒便会与催化剂颗粒聚结成块，长此以往也将造成反应器的堵塞。

为此，可通过提高反应器内液体物料线速度的方式来达到排焦的目的，例如中国专利文献CN200949094Y公开了一种悬浮床加氢反应器，在该反应器筒体内设置有内构件，筒形内构件的顶端密封，底端敞开，筒形内构件通过气液分布板固定在反应器内，在筒形内构件侧壁的不同高度位置上设置有开口，由此可以增大液体流动的线速度，减小轴向和径向上的温度梯度。但与此同时，该技术还声称能够降低液体在反应器内的返混，然而，本领域技术人员公知的是，降低反应器内的液相返混和减小轴向温度梯度是相互矛盾的，原因在于，悬浮床加氢反应是放热反应，在没有冷氢注入的情况下，反应所放出的热量绝大部分被反应器内的液相所吸收，使得在反应器轴向上存在温差，反应器顶部温度会高于底部温度，而为了降低反应器的轴向温差，则需要将反应器顶部的高温液相与底部的低温液相混合，也即是增大反应器内的返混。另外，上述技术中还存在较多流动死区，比如气液分布板上未开孔区域、内筒边缘部位，这些流动死区在高温、缺氢的情况下也非常容易发生结焦反应。鉴于此，如何有效解决现有的悬浮床反应器所存在的结焦及难以排焦的问题，是本领域亟待解决的一大技术难题。

发明内容

本发明解决的技术问题在于克服现有的悬浮床反应器所存在的结焦及难以排焦的缺陷，进而提供一种通过促进反应器内液相自循环达到减少结焦及易于排焦目的的悬浮床反应器及利用该反应器实现液相自循环的方法。

为此，本发明实现上述目的的技术方案为：

一种能实现液相自循环的悬浮床反应器，包括：

竖直设置的反应器壳体，在所述反应器壳体的底部设置液流入口，在所述反应器壳体的顶部设置液流出口；

两端开口的液相循环管，设置于所述反应器壳体的内部，所述液相循环管的上端延伸至所述反应器壳体的顶部，所述液相循环管的下端接近于所述液流入口；

入口射流分布器，设置于所述反应器壳体的内部，所述入口射流分布器包括：

环形凸台，设置于所述反应器壳体的靠近所述液流入口处的内侧壁上，所述环形凸台的内径沿反应器轴向先减小后增大；

导流体，设置于所述液流入口的上方，所述导流体为外径沿其轴线方向先增大后减小的回转体，所述导流体的最大外径大于所述液相循环管的直径；所述导流体和所述环形凸台之间形成进液通道，所述导流体的外径最大处与所述环形凸台的内径最小处相对设置以使所述进液通道的口径最小。

所述导流体通过若干支架固定于所述反应器壳体的侧壁和/或底壁上。

所述环形凸台沿所述反应器壳体轴向的纵截面为侧置梯形，所述侧置梯形的腰线与所述反应器壳体的侧壁所形成的夹角为15～75°。

所述环形凸台沿所述反应器壳体轴向的纵截面为弓形，所述弓形与所述反应器壳体的交点处的切线与所述反应器壳体的侧壁所形成的夹角为15～75°。

所述导流体与所述环形凸台间的最小距离与所述反应器壳体的直径之比为(0.01～0.2)：1。

所述液相循环管的直径与所述反应器壳体的直径之比为(0.05～0.3)：1。

所述反应器壳体的直径自设置有所述环形凸台处起至所述反应器壳体的底部逐渐减小。

在所述液相循环管的下端连接设置有扩散管，所述扩散管的最大直径不大于所述导流体的最大外径，所述扩散管的侧壁与所述导流体之间形成回液通道，所述回液通道的口径沿所述扩散管的直径增大方向而逐渐变小。

在所述反应器壳体的顶部可以设置冷油注入口，所述冷油注入口位于所述液相循环管的正上方。

在所述反应器壳体的侧壁上还设置有若干个冷氢进口。

一种基于上述悬浮床反应器实现反应器内液相自循环的方法，包括如下步骤：

重质液体物料由所述液流入口进入所述悬浮床反应器内；

所述重质液体物料自所述进液通道进入所述液相循环管外的空腔内，在催化剂和氢气存在的条件下，部分所述重质液体物料发生加氢反应转化为轻质液体物料；

所述轻质液体物料向所述悬浮床反应器顶部运动并进入所述液相循环管中，在所述液相循环管内所述轻质液体物料向下流动并流出所述液相循环管而进入所述空腔中，由此实现所述悬浮床反应器内的液相自循环。

本发明的上述技术方案具有如下优点：

1、本发明所述的能实现液相自循环的悬浮床反应器，通过在其壳体的靠近液流入口处的内侧壁上设置环形凸台，并使环形凸台的内径沿反应器轴向先减小后增大，同时还在液流入口的上方设置一个外径沿其轴线方向先增大后减小的回转体作为导流体，且导流体的外径最大处与环形凸台的内径最小处相对设置以使所述进液通道的口径最小，这样导流体与环形凸台便共同构成一个可使反应器进料的流通面积自下而上先逐渐减小再逐渐扩大的结构，即为本发明的入口射流分布器，进入反应器的液体物料(比如分散有催化剂的重油)在经过入口射流分布器时流速得到了进一步提高，使得本发明的悬浮床反应器内的流体具有尽可能大的线速度；并且本发明还在反应器壳体内设置直径小于导流体最大外径的液相循环管，其与入口射流分布器的配合可将液体物料均匀分配到液相循环管外的空间内，使得液体物料能够与氢充分接触并发生反应，本发明的悬浮床反应器内由于不存在流动死区，因而可有效减少甚至避免产生结焦。

随着加氢反应的不断进行，重质原料被裂化成密度较小的轻质组分，其会与氢气一同向上运动并到达反应器的顶部，一部分轻质组分则经由液相循环管的上端开口而进入液相循环管内，在重力的作用下这部分轻质组分在液相循环管内自上而下流动，在接近液相循环管的下端出口时被导流体均匀分配至液相循环管下端的外部空间，达到与反应器底部重质原料充分混合的目的，从而加大了反应器内部物料的返混，使得在本发明的悬浮床反应器内形成了持续的液相循环，不仅有利于提高反应器内的液相线速以利于排焦，而且还可降低反应器的轴向温差，将反应放热用于加热入口进料，以降低反应器液流入口的原料温度。

综上可知，本发明所述的悬浮床反应器之所以能够实现液相自循环的原因在于，循环动力主要由以下两方面提供：(1)入口射流分布器的存在可以将进口物料的压力能转化为循环动能；(2)液相循环管的内部与其外部之间由于气含率差异所导致的密度差，也即是，液相循环管内流体的密度大于液相循环管外气液混相的密度，该密度差的存在有效促进了反应器内液相的自循环。

2、本发明所述的能实现液相自循环的悬浮床反应器，通过在液相循环管的下端设置扩散管，并使扩散管的侧壁与导流体之间形成回液通道，且扩散管的最大直径不大于导流体的最大外径，如此可将来自液相循环管的流体直接导流至入口射流分布器的压力最低的部位，从而避免在液相循环管外壁和导流体表面形成局部旋流而影响反应器内的大循环。

3、本发明所述的能实现液相自循环的悬浮床反应器，通过在反应器壳体的顶部设置冷油注入口，且冷油注入口位于液相循环管的正上方，这样可以将适量冷油注入至液相循环管内，从而进一步加大了液相循环管的内部与其外部之间液流的密度差，不仅有利于避免液相循环管内高温物料的结焦，还有效增大了液相循环率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明所述的能实现液相自循环的悬浮床反应器的一种实施方案的结构示意图；

图2为图1的俯视图；

图3为本发明所述的能实现液相自循环的悬浮床反应器的另一种实施方案的结构示意图。

其中，附图标记如下所示：

1-反应器壳体；2-液流入口；3-液相循环管；4-环形凸台；5-导流体；6-进液通道；7-扩散管；8-回液通道。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，或通过中间媒介间接相连，也可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。

实施例1

如图1所示，本实施例所述的能实现液相自循环的悬浮床反应器包括反应器壳体1、及设置于反应器壳体1内的液相循环管3和入口射流分布器，其中：

反应器壳体1竖直于水平方向设置，在所述反应器壳体1的底部设置液流入口2，在所述反应器壳体的顶部设置液流出口；液相循环管3的两端均开口，所述液相循环管3的上端延伸至所述反应器壳体1的顶部，下端接近于所述液流入口2；入口射流分布器包括环形凸台4和导流体5，其中，环形凸台4设置于所述反应器壳体1的靠近所述液流入口2处的内侧壁上，所述环形凸台4的内径沿反应器轴向先减小后增大；导流体5设置于所述液流入口2的上方，所述导流体5为一个外径沿其轴线方向先增大后减小的回转体，所述导流体5的最大外径大于所述液相循环管3的直径；所述导流体5和所述环形凸台4之间形成进液通道6，所述导流体5的外径最大处与所述环形凸台4的内径最小处相对设置以使所述进液通道6的口径最小。

本实施例所述的悬浮床反应器由于设置了入口射流分布器，使得进入反应器的液体物料(比如分散有催化剂的重油)的流速得到了进一步提高，从而确保了反应器内的流体具有尽可能大的线速度，并且通过入口射流分布器与液相循环管的配合作用，可将液体物料均匀分配到液相循环管外的空间内，使得液体物料能够与氢充分接触并发生反应，本发明的悬浮床反应器内由于不存在流动死区，因而可有效减少甚至避免产生结焦；另外随着加氢反应的不断进行，重质原料被裂化成密度较小的轻质组分，其会与氢气一同向上运动并到达反应器的顶部，一部分轻质组分则经由液相循环管的上端开口而进入液相循环管内，在重力的作用下这部分轻质组分在液相循环管内自上而下流动，在接近液相循环管的下端出口时被导流体均匀分配至液相循环管下端的外部空间，达到与反应器底部重质原料充分混合的目的，从而加大了反应器内部物料的返混，可见，本发明的悬浮床反应器正是利用进口物料本身的压力能及液相循环管内外的密度差所产生的压力能，形成了反应器内持续的液相自循环，这样不仅有利于提高反应器内的液相线速以利于排焦，而且还可降低反应器的轴向温差，将反应放热用于加热入口进料，以降低反应器液流入口的原料温度。

作为优选的实施方式，本实施例中，所述导流体5通过若干支架固定于所述反应器壳体1的底壁上，当然也可以根据实际需求而固定在反应器壳体1的侧壁上。为确保原料能够快速进入反应器内以发生加氢反应，如图2所示，在本实施例中，所述导流体5与所述环形凸台4间的最小距离与所述反应器壳体1的直径之比为0.1：1，所述液相循环管3的直径与所述反应器壳体1的直径之比为0.2：1；但并不仅限于上述比值，事实上可根据实际情况进行设置，例如在其它实施方式中，所述导流体5与所述环形凸台4间的最小距离与所述反应器壳体1的直径之比为(0.01～0.2)：1，所述液相循环管3的直径与所述反应器壳体1的直径之比为(0.05～0.3)：1。

作为可选择的实施方式，如图1所示，本实施例中的所述环形凸台4沿所述反应器壳体1轴向的纵截面为侧置梯形，所述侧置梯形的腰线与所述反应器壳体1的侧壁所形成的夹角为45°，在其它实施例中该夹角可以在15～75°之间。在另一实施例中，所述环形凸台4沿所述反应器壳体1轴向的纵截面为弓形，所述弓形与所述反应器壳体1的交点处的切线与所述反应器壳体1的侧壁所形成的夹角为15～75°，优选为45°。

为尽可能地增大原料在反应器内的流速，在本实施例中，如图3所示，所述反应器壳体1的直径自设置有所述环形凸台4处起至所述反应器壳体1的底部逐渐减小，呈圆锥状，液流入口2则设置于该圆锥体的顶点处。

作为一种变型的实施方式，本实施例中的悬浮床反应器进一步在所述液相循环管3的下端连接设置扩散管7，所述扩散管7的最大直径小于所述导流体5的最大外径，所述扩散管7的侧壁与所述导流体5之间形成回液通道8，如此可将来自液相循环管的流体直接导流至入口射流分布器的压力最低的部位，从而避免在液相循环管外壁和导流体表面形成局部旋流而影响反应器内的大循环。优选地，所述回液通道8的口径沿所述扩散管7的直径增大方向而逐渐变小。

为了进一步加大液相循环管的内部与其外部之间液流的密度差，本实施例中的悬浮床反应器还在所述反应器壳体1的顶部设置冷油注入口，所述冷油注入口位于所述液相循环管3的正上方，通过将适量冷油注入至液相循环管内，不仅有利于避免液相循环管内高温物料的结焦，还有效增大了液相循环率。

作为另一种变型的实施方式，本实施例进一步在所述反应器壳体1的侧壁上设置若干个冷氢进口，以促进加氢反应的发生并确保反应完全，从而有助于提高原料的加氢效率。

一种基于上述悬浮床反应器实现反应器内液相自循环的方法，包括如下步骤：

重质液体物料由所述液流入口2进入所述悬浮床反应器内；

所述重质液体物料自所述进液通道6进入所述液相循环管3外的空腔内，在催化剂和氢气存在的条件下，部分所述重质液体物料发生加氢反应转化为轻质液体物料；

所述轻质液体物料向所述悬浮床反应器顶部运动并进入所述液相循环管3中，在所述液相循环管3内所述轻质液体物料向下流动并流出所述液相循环管3而进入所述空腔中，由此实现所述悬浮床反应器内的液相自循环。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (11)

1.一种能实现液相自循环的悬浮床反应器，包括：

竖直设置的反应器壳体(1)，在所述反应器壳体(1)的底部设置液流入口(2)，在所述反应器壳体的顶部设置液流出口；

其特征在于，还包括：

两端开口的液相循环管(3)，设置于所述反应器壳体(1)的内部，所述液相循环管(3)的上端延伸至所述反应器壳体(1)的顶部，所述液相循环管的下端接近于所述液流入口(2)；

入口射流分布器，设置于所述反应器壳体(1)的内部，所述入口射流分布器包括：

环形凸台(4)，设置于所述反应器壳体(1)的靠近所述液流入口(2)处的内侧壁上，所述环形凸台(4)的内径沿反应器轴向先减小后增大；

导流体(5)，设置于所述液流入口(2)的上方，所述导流体(5)为外径沿其轴线方向先增大后减小的回转体，所述导流体(5)的最大外径大于所述液相循环管(3)的直径；所述导流体(5)和所述环形凸台(4)之间形成进液通道(6)，所述导流体(5)的外径最大处与所述环形凸台(4)的内径最小处相对设置以使所述进液通道(6)的口径最小。

2.根据权利要求1所述的悬浮床反应器，其特征在于，所述导流体(5)通过若干支架固定于所述反应器壳体(1)的侧壁和/或底壁上。

3.根据权利要求1所述的悬浮床反应器，其特征在于，所述环形凸台(4)沿所述反应器壳体(1)轴向的纵截面为侧置梯形，所述侧置梯形的腰线与所述反应器壳体(1)的侧壁所形成的夹角为15～75°；或者

所述环形凸台(4)沿所述反应器壳体(1)轴向的纵截面为弓形，所述弓形与所述反应器壳体(1)的交点处的切线与所述反应器壳体(1)的侧壁所形成的夹角为15～75°。

4.根据权利要求1-3任一项所述的悬浮床反应器，其特征在于，所述导流体(5)与所述环形凸台(4)间的最小距离与所述反应器壳体(1)的直径之比为(0.01～0.2)：1。

5.根据权利要求1所述的悬浮床反应器，其特征在于，所述液相循环管(3)的直径与所述反应器壳体(1)的直径之比为(0.05～0.3)：1。

6.根据权利要求1所述的悬浮床反应器，其特征在于，所述反应器壳体(1)的直径自设置有所述环形凸台(4)处起至所述反应器壳体(1)的底部逐渐减小。

7.根据权利要求1、2、3、5或6所述的悬浮床反应器，其特征在于，在所述液相循环管(3)的下端连接设置有扩散管(7)，所述扩散管(7)的最大直径不大于所述导流体(5)的最大外径，所述扩散管(7)的侧壁与所述导流体(5)之间形成回液通道(8)，所述回液通道(8)的口径沿所述扩散管(7)的直径增大方向而逐渐变小。

8.根据权利要求4所述的悬浮床反应器，其特征在于，在所述液相循环管(3)的下端连接设置有扩散管(7)，所述扩散管(7)的最大直径不大于所述导流体(5)的最大外径，所述扩散管(7)的侧壁与所述导流体(5)之间形成回液通道(8)，所述回液通道(8)的口径沿所述扩散管(7)的直径增大方向而逐渐变小。

9.根据权利要求1、2、3、5、6或8所述的悬浮床反应器，其特征在于，在所述反应器壳体(1)的顶部设置冷油注入口，所述冷油注入口位于所述液相循环管(3)的正上方。

10.根据权利要求1、2、3、5、6或8所述的悬浮床反应器，其特征在于，在所述反应器壳体(1)的侧壁上还设置有若干个冷氢进口。

11.一种基于权利要求1-10任一项所述的悬浮床反应器实现反应器内液相自循环的方法，其特征在于，包括如下步骤：

重质液体物料由所述液流入口(2)进入所述悬浮床反应器内；

所述重质液体物料自所述进液通道(6)进入所述液相循环管(3)外的空腔内，在催化剂和氢气存在的条件下，所述重质液体物料发生加氢反应转化为轻质液体物料；

所述轻质液体物料向所述悬浮床反应器顶部运动并进入所述液相循环管(3)中，在所述液相循环管(3)内所述轻质液体物料向下流动并流出所述液相循环管(3)而进入所述空腔中，由此实现所述悬浮床反应器内的液相自循环。

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