[发明专利]具有改进循环的循环流化床反应器

说明书

发明领域

本发明涉及具有改进循环方式的循环流化床反应器。更特别地涉及具有改进循环和降低结垢特征的流化焦化反应器。

发明背景

循环流化床(CFB)反应器是可用于进行多种多相化学反应的熟知设备。在该类反应器中，使流体(气体或液体)以足够高的速度通过粒状固体材料以使固体悬浮并导致它似乎是流体一样行为。流化借助通过反应器基底的分配器(管道网、喷雾器或其它装置)注入的流化气体如空气、蒸汽或反应物气体保持。CFB反应器现在用于许多工业应用，其中有石油重油的催化裂化、烯烃聚合、煤气化及水和废物处理。一个主要应用是循环流化床燃烧器领域，其中使煤或其它高硫燃料在石灰石的存在下燃烧以减少SO_x排放；氮氧化物的排放也因为床中获得的相对较低温度而减少。另一应用是称为流化焦化的流化床焦化方法及其变型Flexicoking^TM，两者均由Exxon Research and Engineering Company开发。

流化床焦化是石油精炼方法，其中将重石油进料，通常来自分馏的不可蒸馏残余物(残油)通过在升高的反应温度，通常约480-590℃(约900-1100℉)下热分解(焦化)而转化成较轻的更有用的产物。该方法在具有含有热焦炭颗粒的大反应容器的装置中进行，所述热焦炭颗粒保持在所需反应温度下的流化条件下，蒸气在容器的底部注入，其中焦炭颗粒的平均运动方向是向下通过床。将重油进料加热至可泵送温度，与雾化蒸汽混合，并通过在数个连续水平下排列于反应器中的多个进料喷嘴供入。将蒸汽在反应器底部注入汽提段中，当它们从以上反应器的主要部件下降时在汽提器中向上通过焦炭颗粒。一部分进料液体涂覆流化床中的焦炭颗粒，并随后分解成固体焦炭层和较轻产物，所述较轻产物作为气体或蒸发液体放出。焦化(热裂化)反应的轻质烃产物蒸发，与流化蒸汽混合并向上通过流化床进入在焦炭颗粒的密相流化床以上的稀相区中。在焦化反应中形成的该蒸发烃产物的混合物以约1-2米/秒(约3-6英尺/秒)的表观速度连续向上流过具有蒸汽的稀相，夹带一些焦炭的细固体颗粒。大多数夹带颗粒在一个或多个旋风分离器中通过离心力与气相分离并通过重力通过旋风器浸入管返回密相流化床中。来自反应器的蒸汽和烃蒸气的混合物随后从旋风器气体出口排入位于反应段以上正压室(plenum)中并通过隔壁与它分离的的洗涤段中。它在洗涤段中通过与洗涤段中的洗涤器挡板上方下行的液体接触而骤冷。泵送回路使冷凝的液体循环至外部冷却器中并返回洗涤段的顶排以提供冷却用于将液体产物的最重馏分骤冷和冷凝。该重馏分通常通过供回流化床反应区中而全部循环。

未立即蒸发的进料组分涂覆反应器中的焦炭颗粒并随后分解成固体焦炭层和较轻产物，所述较轻产物作为气体或蒸发液体放出。在进料与流化床接触期间，一些焦炭颗粒可能变得不均匀或太重地涂有进料并在与其它焦炭颗粒碰撞期间可能粘在一起。这些较重焦炭颗粒不能通过注入汽提段底部的蒸汽有效地流化使得它们随后从反应器段向下进入汽提段中，在那里它们粘附并建立于汽提段中的挡板上，主要是挡板的最上排上。惯例地，汽提段具有多个折流板，从其形状来看通常称为“挡板”，其形状为在汽提器体上的数个叠合排或列中纵向延伸的反向槽型材的形式。焦炭在其向下通过汽提器期间经过这些挡板并暴露于蒸汽下，所述蒸汽从容器底部的喷雾器进入且当沿着汽提器向上移动时再分配。主要由碳与较少量氢气、硫、氮气和痕量钒、镍、铁和衍生自进料的其它元素组成的来自反应器的固体焦炭通过汽提器并从反应容器出来至燃烧器中，它在那里在流化床中与空气部分燃烧以使它的温度从约480℃上升至700℃(约900℉至1300℉)，其后热焦炭颗粒再循环至流化床反应区中以提供用于焦化反应的热和充当焦炭形成的核。

也是由Exxon Research and Engineering Company开发的Flexicoking^TM方法事实上是在包含反应器和燃烧器的装置中操作的流化焦化方法，其中燃烧器在该方法的变型中也称为加热器，所述装置如上所述还包含气化器，所述气化器用于通过与空气/蒸汽混合物反应以形成低热值燃料气体而将焦炭产物气化。在这种情况下，加热器用贫氧环境操作。含有夹带焦炭颗粒的气化器产物气体返回加热器中以提供一部分反应器热需求。从气化器送入加热器中的焦炭返回料流提供热需求的其余部分。离开加热器的热焦炭气体用于产生高压蒸汽，然后将其加工以清洗。将焦炭产物连续地从反应器中取出。鉴于Flexicoking方法与流化焦化方法之间的相似性，术语“流化焦化”在本说明书中用于指并包括流化焦化和Flexicoking，需要区分时除外。