專利名稱：一種雙層流化床反應(yīng)器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及化工設(shè)備領(lǐng)域，涉及一種雙層流化床反應(yīng)器。
背景技術(shù)：
流化床是利用流體通過顆粒狀固體床層，流體流過床層的阻力大于床層顆粒的重量時(shí)，固體顆粒處于懸浮運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，可以像流體一樣可以流動(dòng)起來的床層形式。與其對應(yīng)的反應(yīng)器就是流化床反應(yīng)器。結(jié)構(gòu)形式上流化床反應(yīng)器有循環(huán)流化床反應(yīng)器和固定流化床反應(yīng)器。循環(huán)流化床有固體物料連續(xù)進(jìn)料和出料，用在固相加工和催化劑易失活的反應(yīng)過程。固定流化床無固體物料連續(xù)進(jìn)料和出料，固體顆粒長時(shí)間內(nèi)不發(fā)生明顯變化。 與固定床反應(yīng)器相比，流化床反應(yīng)器中的顆粒與流體一樣能自由地流動(dòng)，有以下主要優(yōu)點(diǎn)床層具有高效的傳熱性能，床層內(nèi)部溫度均勻，易于控制，特別適用于強(qiáng)放熱反應(yīng)體系；可實(shí)現(xiàn)催化劑的連續(xù)反應(yīng)和再生循環(huán)操作，適用于催化劑失活較快的反應(yīng)；通過分離體系可以實(shí)現(xiàn)固體物料的連續(xù)輸入和輸出?；谝陨蟽?yōu)點(diǎn)，流化床反應(yīng)器在石油化工領(lǐng)域有較快的發(fā)展，特別是石油催化裂化方面有較成熟的應(yīng)用。由于流態(tài)化技術(shù)的特性，流化床反應(yīng)過程受到的影響因素很多。催化劑的物理性能、反應(yīng)停留時(shí)間分布、兩相分離、氣體分布等都影響到流化床穩(wěn)定運(yùn)行?？梢酝ㄟ^對流化床反應(yīng)器進(jìn)行改進(jìn)，如加入大孔分布板形成雙層或多層反應(yīng)器，設(shè)計(jì)分布效果更好的氣體分布器和高效的旋風(fēng)分離裝置等提高流化床的反應(yīng)性能，擴(kuò)大流化床反應(yīng)器的應(yīng)用范圍。專利CN200610113710. 0利用多段流化床反應(yīng)器制備氯乙烯，在流化床的不用軸向高度處設(shè)置帶孔氣體分布板，將流化床分隔成兩個(gè)或多個(gè)催化劑堆積區(qū)，以提高氯乙烯的選擇性。專利ZL200610114092. I利用多級(jí)流化床反應(yīng)器由丙烯氧化制備丙烯酸，采用分布效果更佳的氣體分布器和活性較好的催化劑，增強(qiáng)氣固的接觸效果，丙烯轉(zhuǎn)化率較好。專利CN200920234619. 3利用雙層流化床制取氫氣，通過中間布風(fēng)板將反應(yīng)器分成上下兩層，夕卜側(cè)由溢流管連接。以上雙層或多層流化床反應(yīng)器通過在反應(yīng)器中加入氣體分布板實(shí)現(xiàn)雙層或多層結(jié)構(gòu)，但這種結(jié)構(gòu)對控制上層催化劑藏量，穩(wěn)定催化劑流化狀態(tài)存在缺陷，并且反應(yīng)器結(jié)構(gòu)復(fù)雜，不能根據(jù)反應(yīng)情況對反應(yīng)器實(shí)現(xiàn)單層雙層或多層反應(yīng)器的切換。

實(shí)用新型內(nèi)容針對現(xiàn)有技術(shù)中的問題，本實(shí)用新型提供了一種雙層流化床反應(yīng)器，解決現(xiàn)有技術(shù)中不能根據(jù)反應(yīng)情況對反應(yīng)器實(shí)現(xiàn)單層雙層或多層反應(yīng)器的切換的問題。本實(shí)用新型是通過如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的一種雙層流化床反應(yīng)器，包括反應(yīng)器殼體，所述反應(yīng)器殼體由反應(yīng)段和擴(kuò)大段兩部分組成，所述反應(yīng)段包括反應(yīng)器上層和反應(yīng)器下層，反應(yīng)器下層由氣體入口連接的氣體分布器以及氣體分布器上面的下層密相區(qū)和下層稀相區(qū)組成；反應(yīng)器上層由大孔分布板以及大孔分布板之上的上層密相區(qū)和上層稀相區(qū)組成；反應(yīng)器上層和反應(yīng)器下層各有一個(gè)催化劑入口，上層入口管道和下層入口管道與之相連，A 口總管道分別連接上層入口管道和下層入口管道，上層入口管道設(shè)有上層閥門，下層入口管道設(shè)有下層閥門；上層密相區(qū)和下層密相區(qū)通過外部溢流管連接，所述外部溢流管上安裝有調(diào)節(jié)閥門；所述擴(kuò)大段的氣體出口連接旋風(fēng)分離器或過濾器。所述擴(kuò)大段的氣體出口連接旋風(fēng)分離器或過濾器，分離氣固兩相，將較細(xì)顆粒分離下來，防止隨氣相帶出反應(yīng)器。所述上層閥門、下層閥門和調(diào)節(jié)閥門為滑閥或調(diào)節(jié)閥，可以通過自動(dòng)或手動(dòng)實(shí)現(xiàn)對管道中催化劑流通量的控制和調(diào)節(jié)。所述氣體分布器位于反應(yīng)器底部，為泡帽式分布器、管式分布器、多孔板式分布器和浮閥式分布器中的任何一種。所述大孔分布板的開孔率為1%_10%，開孔數(shù)量為20-50個(gè)。所述旋風(fēng)分離器與反應(yīng)器殼體的頂端連接，旋風(fēng)分離器的出口即為反應(yīng)器的出口，旋風(fēng)分離器采用一級(jí)或多級(jí)結(jié)構(gòu)形式。在入口總管道、反應(yīng)器下層和上層每個(gè)均裝有壓力變送器、壓差變送器和熱電偶。所述反應(yīng)器感應(yīng)器材料為碳鋼或不銹鋼，并添加耐磨襯里。一種雙層流化床反應(yīng)器的操作方法，氣相通過氣體入口進(jìn)入反應(yīng)器，將催化劑從管道通入，調(diào)節(jié)管道和溢流管上的閥門，催化劑為造粒成型后的圓球形催化劑，催化劑的平均粒徑為60-150 u m,并且具有一定的耐磨性能，以減少催化劑的跑損。催化劑的活性成分為Y型或SAP0-34分子篩或負(fù)載型催化劑，催化劑在循環(huán)流化床的循環(huán)量為催化劑總藏量的0. 1-3倍。所述氣相入口可以是氮?dú)獾榷栊詺怏w，空氣或經(jīng)氣化后反應(yīng)物等，以及他們部分的混合物，反應(yīng)器中氣速為0. 01-2. 0m/so反應(yīng)器的各個(gè)結(jié)構(gòu)位置設(shè)置壓力溫度測量儀表，操作溫度為室溫-600°C，反應(yīng)壓力為 OMPa-O. 4MPa。催化劑通過兩個(gè)管道入口，分別進(jìn)入到流化床反應(yīng)器中部帶孔擋板的上層和下層，當(dāng)啟用下層入口時(shí)，催化劑進(jìn)入到反應(yīng)器的下層密相區(qū)，反應(yīng)器操作在普通的單層流化床形式下；當(dāng)啟用上層入口時(shí)，催化劑流入到上層密相區(qū)，即操作在雙層流化床形式下；當(dāng)兩個(gè)入口同時(shí)操作調(diào)節(jié)時(shí)，能夠?qū)Υ呋瘎┐矊臃€(wěn)定起到作用。與現(xiàn)有設(shè)備和技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點(diǎn)(I)反應(yīng)器設(shè)有上下兩層兩個(gè)催化劑入口，反應(yīng)器可以在普通的單層流化床形式下操作，在不改變反應(yīng)器結(jié)構(gòu)的條件下，也可以在雙層流化床形式下操作，是一種可以靈活轉(zhuǎn)換的流化床操作方式。(2)兩個(gè)催化劑入口和外部溢流管提高了流化床的操作穩(wěn)定性，增強(qiáng)兩層催化劑的平衡狀態(tài)。在一定范圍內(nèi)改變氣速，而密相高度及其壓降不會(huì)發(fā)生明顯變化，提高了流化床操作的調(diào)節(jié)能力。(3)由于在流化床內(nèi)部設(shè)置橫向大孔分布器，就在軸向高度上存在兩個(gè)或多個(gè)密相區(qū)。由于多個(gè)密相的存在，為需要溫度分布或濃度分布的過程創(chuàng)造了條件。并且由于限制了氣體的軸向返混，使氣體的流動(dòng)更接近于平推流形式，有利于提高轉(zhuǎn)化率。(4)兩個(gè)入口的形式設(shè)計(jì)簡單，制備方便，投資較少，安裝容易，改造方便。
圖I是本實(shí)用新型雙層流化床反應(yīng)器的流程示意圖。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合具體實(shí)施例對本實(shí)用新型作進(jìn)一步的說明。本實(shí)用新型的主要結(jié)構(gòu)及操作流程如下。(a)催化劑由入口管道I進(jìn)入，分成兩路管道，上層入口管道5連接反應(yīng)器上層，上層入口管道5上有上層閥門2V101，控制管道流量和開關(guān)；下層入口管道6連接反應(yīng)器下層，下層入口管道6上有下層閥門3V102，控制管道流量和開關(guān)。當(dāng)下層入口管道6上閥門3V102打開時(shí)，催化劑堆積到氣體分布器(9)上端。 (b)氣相通過氣體入口 8進(jìn)入反應(yīng)器，再通過氣體分布器9均勻分布后，吹起催化齊U，催化劑處于流化狀態(tài)。(c )當(dāng)上層閥門2V101關(guān)閉時(shí)，下層閥門3V102開啟時(shí)，反應(yīng)器屬于單層流化床，反應(yīng)器只有下層分為催化劑密相區(qū)10和稀相區(qū)11。從入口進(jìn)入的催化劑直接流動(dòng)到下層密相區(qū)位置，當(dāng)大孔分布板12上有部分催化劑時(shí)，會(huì)通過調(diào)節(jié)閥門4V103，控制催化劑流回到下層密相區(qū)。(d)當(dāng)上層閥門2V101開啟時(shí)，下層閥門3V102關(guān)閉時(shí)，從入口進(jìn)入的催化劑直接流動(dòng)到大孔分布板上的密相區(qū)13，形成上層的密相區(qū)13和稀相區(qū)14，通過調(diào)節(jié)外部溢流管7上的調(diào)節(jié)閥門4V103對氣體流量進(jìn)行調(diào)節(jié)，控制催化劑流在上下層的藏量穩(wěn)定。(e)氣體夾帶部分催化劑進(jìn)入與反應(yīng)段17上端連接的擴(kuò)大段15，在擴(kuò)大段氣速降低，催化劑大部分沉降返回反應(yīng)段中，在擴(kuò)大段的氣體出口 18連接旋風(fēng)分離器16或過濾器，部分較細(xì)顆粒催化劑隨氣體進(jìn)入旋風(fēng)分離器16。(f)旋風(fēng)分離器分離氣固兩相，將較細(xì)顆粒分離出來，防止隨氣相帶出反應(yīng)器。(g)分析反應(yīng)器出口氣相組成及固含。實(shí)施例I采用帶有兩個(gè)催化劑入口的雙層流化床冷態(tài)模型，反應(yīng)裝置在常溫常壓下操作，氣相采用空氣，催化劑為催化裂化催化劑，平均顆粒大小為84pm。流化床反應(yīng)器直徑約0. 7m，擴(kuò)大段直徑I. 2m，入口斜管、外部溢流管的直徑都為80mm。反應(yīng)段直筒加擴(kuò)大段總高12. 5m，上下兩層密相高度均為3m，上稀相段高度為5m (包括擴(kuò)大段)，下稀相段高度I. 5m。反應(yīng)器催化劑藏量I. 5t。反應(yīng)器材質(zhì)為碳鋼，壁厚6_。在催化劑入口的兩個(gè)管路上和外部溢流管設(shè)有三個(gè)單動(dòng)滑閥控制壓力平衡及催化劑流動(dòng)。在擴(kuò)大段出口裝有高效三級(jí)旋風(fēng)，用以分離催化劑。氣相入口裝有氣體分布器。反應(yīng)器中部安裝大孔分布板，開孔數(shù)量為36個(gè)，開孔率為5%。操作流程如下。催化劑從再生器由入口管道進(jìn)入，管道上有閥門V102打開，催化劑堆積到氣體分布器上端?？諝馔ㄟ^氣體入口進(jìn)入反應(yīng)器，空氣流量為1500 Nm3/h，再通過氣體分布器均勻分布后，帶起催化劑，催化劑處于流化狀態(tài)。當(dāng)VlOl開啟，V102關(guān)閉時(shí)，從入口進(jìn)入的催化劑直接流動(dòng)到大孔分布板上的密相區(qū)，形成上層的密相區(qū)，通過調(diào)節(jié)閥門V103和氣體流量，控制催化劑流在上下層的藏量穩(wěn)定。流化穩(wěn)定后，反應(yīng)器處于雙層床操作狀態(tài)。催化劑藏量通過壓差變送器測量，上層催化劑藏量為7KPa，下層催化劑藏量為15 KPa，控制閥門VlOl的開度，催化劑循環(huán)量在I. 5t/h。檢測反應(yīng)器出口催化劑濃度為 150mg/ m3。實(shí)施例2采用帶有兩個(gè)催化劑入口的雙層流化床冷態(tài)模型，反應(yīng)裝置在常溫常壓下操作，氣相采用空氣，催化劑為甲醇制烯烴催化劑，平均顆粒大小為87 Pm。流化床反應(yīng)器直徑約0. 7m，擴(kuò)大段直徑I. 2m，入口斜管、外部溢流管的直徑都為80mm。反應(yīng)段直筒加擴(kuò)大段總高12. 5m，上下兩層密相高度均為3m，上稀相段高度為5m (包括擴(kuò)大段)，下稀相段高度I. 5m。反應(yīng)器催化劑藏量I. 3t。反應(yīng)器材質(zhì)為碳鋼，壁厚6_。在催化劑入口的兩個(gè)管路上和外部溢流管設(shè)有三個(gè)單動(dòng)滑閥控制壓力平衡及催化劑流動(dòng)。在擴(kuò)大段出口裝有高效三級(jí)旋風(fēng)，用以分離催化劑。氣相入口裝有氣體分布器。反應(yīng)器中部安裝大孔分布板，開孔數(shù)量為36個(gè)，開孔率為5%。操作流程如下。催化劑從再生器由入口管道進(jìn)入，管道上有閥門V102打開，催化劑堆積到氣體分布器上端。空氣通過氣體入口進(jìn)入反應(yīng)器，空氣流量為1300 Nm3/ h，再通過氣體分布器均勻分布后，帶起催化劑，催化劑處于流化狀態(tài)。VlOl關(guān)閉時(shí)，V102開啟，反應(yīng)器屬于單層流化床，反應(yīng)器只有下層催化劑密相區(qū)。從入口進(jìn)入的催化劑直接流動(dòng)到下層密相區(qū)位置，當(dāng)大孔分布板上有部分催化劑時(shí)，會(huì)通過調(diào)節(jié)閥門V103，控制催化劑流回到下層密相區(qū)。流化穩(wěn)定后，反應(yīng)器處于單層床操作狀態(tài)。催化劑藏量通過壓差變送器測量，催化劑藏量為22KPa，控制閥門VlOl的開度，催化劑循環(huán)量在I. 2t/h。檢測反應(yīng)器出口催化劑濃度為130mg/ m3。實(shí)施例3采用帶有兩個(gè)催化劑入口的雙層流化床熱態(tài)反應(yīng)器，反應(yīng)裝置在常溫常壓下操作，氣相采用氣化后工業(yè)甲醇，催化劑為甲醇制烯烴催化劑，平均顆粒大小為87pm。流化床反應(yīng)器直徑約0. 35m，擴(kuò)大段直徑0. 55m，入口斜管、外部溢流管的直徑都為20mm。反應(yīng)段直筒加擴(kuò)大段總高2.0m，反應(yīng)器催化劑藏量150kg。反應(yīng)器材質(zhì)為碳鋼，壁厚4mm。在催化劑入口的兩個(gè)管路上和外部溢流管設(shè)有三個(gè)自動(dòng)調(diào)節(jié)閥控制壓力平衡及催化劑流動(dòng)。在擴(kuò)大段出口裝有過濾器，用以分離催化劑。氣相入口裝有氣體分布器。反應(yīng)器中部安裝大孔分布板，開孔數(shù)量為36個(gè)，開孔率為10%。操作流程如下。催化劑從再生器由入口管道進(jìn)入，管道上有閥門V102打開，催化劑堆積到氣體分布器上端。氣體通過氣體入口進(jìn)入反應(yīng)器，氣體流量為30 Nm3/h，再通過氣體分布器均勻分布后，帶起催化劑，催化劑處于流化狀態(tài)。VlOl關(guān)閉時(shí)，V102開啟，反應(yīng)器屬于單層流化床，反應(yīng)器只有下層催化劑密相區(qū)。從入口進(jìn)入的催化劑直接流動(dòng)到下層密相區(qū)位置，當(dāng)大孔分布板上有部分催化劑時(shí)，會(huì)通過調(diào)節(jié)閥門V103，控制催化劑流回到下層密相區(qū)。流化穩(wěn)定后，反應(yīng)器處于單層床操作狀態(tài)。催化劑藏量通過壓差變送器測量，催化劑藏量為lOKPa，控制閥門VlOl的開度，催化劑循環(huán)量在50kg/h。檢測反應(yīng)器出口催化劑濃度為IlOmg/ m3，甲醇轉(zhuǎn)化率97%。開啟V101，關(guān)閉V102時(shí)，從入口進(jìn)入的催化劑直接流動(dòng)到大孔分布板上的密相區(qū)，通過調(diào)節(jié)閥門V103和氣體流量，控制催化劑流在上下層的藏量穩(wěn)定。流化穩(wěn)定后，反應(yīng)器處于雙層床操作狀態(tài)。上層催化劑藏量為4KPa，下層催化劑藏量為6 KPa，控制閥門VlOl的開度，催化劑循環(huán)量在50kg/h。檢測反應(yīng)器出口催化劑濃度為IlOmg/ m3，甲醇轉(zhuǎn)化率98%。
權(quán)利要求1.一種雙層流化床反應(yīng)器，包括反應(yīng)器殼體，其特征在于，所述反應(yīng)器殼體由反應(yīng)段(17)和擴(kuò)大段(15)兩部分組成，所述反應(yīng)段(17)包括反應(yīng)器上層和反應(yīng)器下層，反應(yīng)器下層由氣體入口(8)連接的氣體分布器(9)以及氣體分布器(9)上面的下層密相區(qū)(10)和下層稀相區(qū)(11)組成；反應(yīng)器上層由大孔分布板(12)以及大孔分布板(12)之上的上層密相區(qū)(13)和上層稀相區(qū)(14)組成；反應(yīng)器上層和反應(yīng)器下層各有一個(gè)催化劑入口，上層入口管道(5)和下層入口管道(6)與之相連，入口總管道(I)分別連接上層入口管道(5)和下層入口管道(6)，上層入口管道(5)設(shè)有上層閥門(2)，下層入口管道(6)設(shè)有下層閥門(3);上層密相區(qū)(13)和下層密相區(qū)(10)通過外部溢流管(7)連接，所述外部溢流管(7)上安裝有調(diào)節(jié)閥門(4);所述擴(kuò)大段的氣體出口(18)連接旋風(fēng)分離器(16)或過濾器。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述雙層流化床反應(yīng)器，其特征在于，所述上層閥門(2)、下層閥門(3)和調(diào)節(jié)閥門(4)為滑閥或調(diào)節(jié)閥。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述雙層流化床反應(yīng)器，其特征在于，所述氣體分布器(9)位于反應(yīng)器底部，為泡帽式分布器、管式分布器、多孔板式分布器和浮閥式分布器中的任何一種。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述雙層流化床反應(yīng)器，其特征在于，所述大孔分布板(12)的開孔率為1%-10%，開孔數(shù)量為20-50個(gè)。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述雙層流化床反應(yīng)器，其特征在于，所述旋風(fēng)分離器(16)與反應(yīng)器殼體的頂端連接，旋風(fēng)分離器(16)的出口即為反應(yīng)器的出口，旋風(fēng)分離器(16)采用一級(jí)或多級(jí)結(jié)構(gòu)形式。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述雙層流化床反應(yīng)器，其特征在于，在入口總管道、反應(yīng)器下層和上層分別每個(gè)均裝有壓力變送器、壓差變送器和熱電偶。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述雙層流化床反應(yīng)器，其特征在于，所述反應(yīng)器感應(yīng)器材料為碳鋼或不銹鋼，并添加耐磨襯里。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種雙層流化床反應(yīng)器，包括反應(yīng)段和擴(kuò)大段兩部分，所述反應(yīng)段由帶孔擋板分為上下雙層結(jié)構(gòu)，反應(yīng)器下層與氣體分布器連接，反應(yīng)器上層與擴(kuò)大段連接，上下兩層間有帶閥門的外部溢流管連接。反應(yīng)器上層和反應(yīng)器下層各有一個(gè)催化劑入口，由一條管道分支為兩條管道分別連接兩個(gè)入口，管道上設(shè)有閥門。當(dāng)啟用下層入口時(shí)，反應(yīng)器操作在普通的單層流化床形式下；啟用上層入口時(shí)作在雙層流化床形式下，并對催化劑床層穩(wěn)定起到調(diào)節(jié)作用，是一種更為靈活的可轉(zhuǎn)換的雙層流化床形式。
文檔編號(hào)B01J8/26GK202460598SQ20112057311
公開日2012年10月3日 申請日期2011年12月31日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月31日
發(fā)明者周明生, 孫世謙, 左宜贊, 張蒙, 王海國, 袁學(xué)民, 錢震 申請人:中國天辰工程有限公司, 天津天辰綠色能源工程技術(shù)研發(fā)有限公司