[发明专利]一种生物质热解液沸腾床反应器的旋流垫层进料器及其应用

说明书

本发明公开了一种生物质热解液沸腾床反应器的旋流垫层进料器，主要由生物质热解液轴向引入管、环隙造旋腔、供氢剂造旋引入管、旋流垫层管和伞状混合喷射锥组成；生物质热解液轴向引入管右端伸入旋流垫层管内，生物质热解液轴向引入管外壁与旋流垫层管内壁之间的环隙形成环隙造旋腔，环隙造旋腔与供氢剂造旋引入管连通，旋流垫层管右端与伞状混合喷射锥连通。该进料器能防止生物质热解液入口处的快速升温，使物料进入反应器后快速分散，及时与氢气、催化剂结合，有效避免结焦。

技术领域

本发明涉及一种生物质热解液沸腾床反应器的进料器，具体说涉及一种生物质热解液沸腾床反应器的旋流垫层进料器及其应用。

背景技术

现有的生物质热裂解技术可以将低品位的生物质能(如秸秆、木材、农作物废弃物)转化为液态的生物质热裂解液。但所生产的生物质热裂解液具有高腐蚀性、氧含量高、不稳定、热值较低、易结焦的特点，并不能达到替代石油使用的目的。中国发明专利CN101831328 B公开了一种绿色燃油的制备方法，可以将生物质裂解液通过一系列的加氢脫氧、加氢裂化的操作，获得汽油和柴油等的绿色燃油。由于生物质裂解液易结焦以及生物质裂解液加氢催化剂的易失活性，传统的固定床和移动床由于床层易于堵塞无法适用。因此，中国发明专利CN 101831328 B公开了对于生物质裂解液的加氢脫氧过程可以使用沸腾床反应器。

对于生物质裂解液的沸腾床加氢脫氧工艺过程，中国发明专利CN 103920430 A公开了一种对生物质焦油(即生物质热解液)加氢脫氧的沸腾床加氢反应器，针对生物质裂解液易结焦的特性将生物质焦油入口设置于所述反应器壳体的侧壁，同时在生物质焦油入口设置冷却水水套用于生物质焦油入口的降温；而对沸腾床加氢反应器出口的催化剂分离问题，采用了控制催化剂床层膨胀高度和反应器外设置气液分离器的手段实现三相分离器。但是，由于生物质裂解液的溶氢能力差、同反应器中的循环油互溶性能差，导致进入反应器的生物质裂解液不能快速分散，发生催化加氢反应，易造成反应器入口局部生物质裂解液浓度高引起反应器入口结焦的问题。同时，采用控制催化剂床层膨胀高度、重力沉降分离催化剂的分离手段，由于分离性能的局限，不得不牺牲更多的反应器内部的空间用于催化剂的沉降；更甚的是，采用器外气液分离造成系统高压设备的增加。因此，针对生物质裂解液的沸腾床加氢工艺过程中，急需一种合适的沸腾床加氢反应器技术。

当前加氢路线和脱炭路线是我国炼油工业采用的重油加工的两大类工艺，加氢工艺主要包括沸腾床加氢、固定床加氢、悬浮床加氢、移动床加氢等；脱碳工艺主要包括减粘裂化、延迟焦化、重油催化裂化等。无论采用加氢工艺还是脱碳工艺，都面临生焦和结焦问题，而生焦和结焦问题是严重制约重油深度加工的关键因素。根据反应的性质不同可将结焦分为以下四种形式：

1)气相炭：对于气相中形成的炭机理，一般认为在焦炭的形成过程中由于某些自由基的缩聚反应或者加成反应形成高聚物。

2)焦油：焦油是在反应过程中通过凝缩聚合生成的高分子芳烃化合物，主要是一些多环芳烃，还包括一些杂环化合物，焦油中不但含油液体物质而且还有一定的固体物质。

3)催化焦炭：催化焦炭是能促进炭生成的表面上的产生，催化焦炭的生成对催化剂的活性的影响比气相炭和焦油的影响要大得多。催化焦炭能在金属物，金属氧化物及硫化物表面上生成。

4)非催化焦炭：它是气相生成的烟灰及焦油的另一种形式，是在没有催化剂活性的表面上生焦的过程。无论是随着原料油的加入还是由气相反应生成的中间物，都会在任何表面凝聚，非催化表面收集凝固的焦油和烟炭，促进这些物质发生进一步的缩聚，产生非催化反应。

结焦过程是一系列化学反应和物理变化的综合结果，对于侧壁进料的反应器而言，雾化了的原料油进入反应器后，在催化剂和反应器流化状态的共同作用下，在反应器内壁和原料油射流之间形成一个负压区，负压对原料油本身和催化剂产生引射回流作用，使二者停留时间过长，在管内壁形成结焦，焦块一旦形成，将越积越大，甚至需要停产清焦。目前，防止结焦的方法主要有调整工艺参数、结构参数、添加抑制剂等方法。