专利名称：提升管反应器的制作方法
技术领域：
本发明是关于一种提升管反应器，具体是关于一种通过设置抗滑落内 构件以消除反应中固体颗粒沿提升管径向在边壁浓、中间稀的"环核"结 构现象的提升管反应器。
背景技术：
提升管反应器是炼油化工过程最重要的工艺之一——尤其是催化裂化 过程的核心部件。传统的提升管反应器通常具有圆筒状的提升管，其工作 过程为预提升蒸汽和再生器过来的催化剂从提升管的下部进入，由预提 升蒸汽驱动向上运动，通过进料段喷入雾化的原料油，原料油气化后与催 化剂一起向上流动，进入主反应区。经过一段距离后，喷射进料产生的涡 旋基本消失，但由于壁面效应产生的边界层，使壁面附近的气速降低，直 至壁面上气速为零。只有当气速大于催化剂固体颗粒的终端沉降速度时， 催化剂才能向上运动；当壁面附近气速小于催化剂固体颗粒在重力场中的 终端沉降速度时，该处固体颗粒因没有足够的推动力而向下滑落，边壁处 的固体颗粒的浓度变大，中心部位的固体颗粒向外补充流动，从而形成固 体颗粒沿提升管直径方向在边壁浓、在中间稀的"环核"结构。此时固体 颗粒浓度沿径向的分布是中间小，边壁大，浓度差可以达到4-5倍。在边壁 附近固体颗粒及其夹带的油气停留时间变长，此处的反应物会过度反应(例 如过度裂化)，从而对反应的目标产物的收率有不利影响。目前对这一现象业界正在积极寻找解决办法，例如在提升管预提升段 加渐縮或渐扩结构，但这种结构只能在所述预提升段的附近起一定作用，有的即使在这一段也没有明显作用。还有的提出了下行式的提升管，在这 种提升管中,物流的运动方向与重力的方向一致，所以这种提升管可以比较 有效地解决催化剂的滑落问题，产生较为均匀的平推流，但是从环核结构 产生的机理而言，下行式的提升管也不能完全消除环核结构，并且，下行 式提升管的工业应用的困难很大，原因在于它与整个催化装置的反-再系统 的设计和布置是不相适应的，若要进行工业应用，需要对装置实施较大改 动，投资巨大，并且更换之后还会引起一系列的其它问题，工厂已有操作 程序和操作经验有些不再适用，新的操作程序和操作经验的建立需要很长 时间和较大的成本。目前国内外尚无有效的解决提升管中固体颗粒沿提升管直径上在边壁 浓、在中间稀的"环核"结构分布现象的方法。发明内容本发明所要解决的技术问题主要是针对现有的提升管反应器用于反应 时固体颗粒沿提升管边壁的滑落从而导致该固体颗粒沿提升管径向出现中 间稀边壁浓的"环核"分布现象，提供一种能够抗滑落的提升管反应器， 以基本消除反应中固体颗粒沿提升管边壁的滑落，避免"环核"分布现象 产生。为解决上述问题，本发明提供了一种提升管反应器，该反应器的提升 管内壁设置有抗滑落内构件，所述抗滑落内构件包括沿提升管内壁周向设 置的凸棱，且该凸棱在提升管高度方向为至少一个。这里所述的"凸棱"是指在提升管内壁沿周向形成，并向内凸出具有 一定厚度的凸起结构，同时该凸棱沿提升管轴线的高度方向(纵向)还具 有一定高度。应用本发明的提升管反应器实现各种催化反应，通过在提升管内设置 这种内构件，当反应物流在提升管内流动时，靠近提升管内壁边界的物流在运动过程中将受到抗滑落内构件的作用而被推向离边壁较远、气速较高 的靠近提升管中心的区域，而固体颗粒也会被高速气流携带加快运动，降 低了壁面附近固体颗粒的浓度，提高了固体颗粒(例如催化剂)在反应物 流中的分散度，从而，可有效消除反应中固体颗粒沿提升管边壁的滑落， 避免固体颗粒沿提升管直径产生中间稀、边壁浓的"环核"分布，从而在 提升管中产生较为均匀的平推流结构。由于具有显著的"抗滑落"效果， 本发明中的提升管也称为"抗滑落提升管"。所以，对于所述抗滑落内构件的设置，应能对反应物流产生有效的阻 挡和导流作用，具体地说，本发明中的所述凸棱可为至少一段且长度小于 提升管内壁周长，或者所述凸棱沿提升管内壁周向设置形成封闭环；或者， 所述凸棱也可沿提升管内壁周向设置形成螺旋体。本发明的提升管反应器中，所述抗滑落内构件可以为沿提升管内壁周 向设置的由多段凸棱断续排列而成的不封闭的环或螺旋体。本发明中所述凸棱要求有一定的径向厚度和轴向高度，在其高度方向 (该高度方向通常与提升管高度方向一致)的截面形状(该截面形状是指 在凸棱任意部位实施垂直剖开看到的形状)可以基本上为梯形、矩形、三 角形、楔形、多边形、弧形或不规则形状。例如，弧形是指该截面形状凸 出提升管内壁的那部分的外形轮廓为具有一定弧度的曲线，其与提升管内 壁间围成的面积，可以是圆或椭圆的一部分。作为本发明的优选实施方案， 所述凸棱沿提升管轴向的截面形状基本上可为梯形、矩形或三角形，或者 是半圆形、半椭圆形。根据本发明的设计，构成抗滑落内构件的凸棱沿提升管高度方向可以 设置一个或多个，优选的设置为至少二个，上下相邻的二个凸棱间最小间距为提升管内径的0-30倍。g卩，上下相邻二个凸棱可以连续排列(间距基 本为O)，也可以以一定间隔排列，可以是等间隔或不等间隔排列。例如， 该抗滑落内构件可以是连续或间隔排列的多个封闭环(每个凸棱都封闭成环)；也可以是多个在提升管内壁沿周向呈一定弧度的凸棱，这些凸棱在 提升管高度方向分层顺序排列或交错排列，上下层间同样可以是连续排列 或间隔排列，每层可以只设一个凸棱，也可以分布多个凸棱。当凸棱为螺旋体设置时，可以是一个完整设置，也可以是一个以上螺 旋体的间断设置(在提升管高度方向上每隔一段距离设置一个螺旋体)。 每个螺旋体可以是由一整条凸棱构成，也可以是由多条凸棱断续排列而成， 而每个螺旋体中的各环间也可以设置成提升管内径的0-30倍间距。可以理解，当所述上下相邻的二个凸棱间的间距为0时，是指所述凸 棱在提升管高度方向上连续布置，这种情况下，所述凸棱的截面形状最好 应避免矩形(这种情况下，如果所述凸棱的截面形状为矩形，各凸棱将组 合成一具有平滑内壁的长筒状，相当于加厚了提升管的壁厚，并无法达到 "凸棱"的效果)。所述凸棱高度可以设置成靠近提升管内壁处大于远离 提升管内壁处。当所述凸棱在沿提升管高度方向间隔设置时，上下相邻两 个凸棱之间的间距可视提升管直径、长度及流化床的特性而定，根据本发 明的更优选的具体实施方案，所述上下相邻的二个凸棱间的间距可以为提 升管内径的0-30倍，优选为提升管内径的1-3倍。各凸棱沿提升管高度方 向的设置也可以呈不规则分布，即，上下相邻的凸棱之间的间距或各段凸 棱之间的距离可以不相等，具体可根据实际需要而定。根据本发明的具体实施方案，所述凸棱沿提升管径向的设置厚度可以 为提升管内径的0.001-0.35倍，优选可以为提升管内径的0.01-0.2倍。该厚 度设计应显著大于反应中的边界层的厚度，以利于将流经该凸棱(抗滑落 内构件)的物流被有效推出边界层而进入离边壁较远的区域，达到优良的 "抗滑落"效果。所述凸棱沿提升管轴线方向的最大高度可以为提升管内径的0.001-20 倍，优选可以为0.1-5倍。所述凸棱可以是其截面形状绕提升管轴线、沿提升管内壁规则或不规则旋转而成的旋转体螺旋状盘设而成的一段或多段。调整旋转方向，旋转 体中的每圈凸棱可以与提升管轴线基本垂直设置，也可与提升管轴线倾斜 一定角度设置。本发明的提升管反应器中，提升管内壁还可设置有衬里， 此时所述凸棱可在该衬里的预制时被成型而成。所述抗滑落内构件的凸棱 在具体制作时，可以是由耐磨衬里、或耐磨衬里和龟甲网成型而成，也可由耐磨衬里和龟甲网加钢结构而构成。对于无衬里的提升管，则可以由钢 或其它材料直接在提升管内壁上焊制所述形状的凸棱。本发明的提升管反应器，可以为上行或下行管式反应器。尤其可作为 上行管式反应器，可应用于油品的催化裂化工艺过程。本发明的提升管反应器，在具体应用中，所述提升管可以包括预提升 段、进料段、主反应区，而所述抗滑落内构件可以设置于提升管的主反应 区、预提升段和/或进料段，可以均匀分布，也可以不均匀分布。本发明所说的"提升管内径"是指以提升管内壁围成的区域相向面间的最大距离，当设置有衬里时，该内径以衬里的内壁为基准；由于凸棱可以有不同的截面形状，所述凸棱"厚度"是指自提升管内壁沿径向到凸棱 端缘的最大距离，所述凸棱高度也是指凸棱的上缘与下缘间的最大垂直距离；所述的轴向二相邻凸棱间的间距指上层凸棱的下缘与下层凸棱的上缘 间的最小垂直距离。由上述可以看出，本发明提供的提升管反应器，其包含了一种能够抗 滑落的简单易行且实用的提升管结构，利用具有本发明结构的提升管反应 器，将能够有效地消除反应中固体颗粒(例如催化剂)沿提升管边壁的 滑落，从而消除催化剂沿提升管直径上中间稀边壁浓的"环核"分布，产 生平推流结构，为提升管中的裂化反应创造最佳条件。而且这种新型提升 管制造容易，在工业应用中对装置改动很小，几乎不增加任何投资。具有 良好的工业实用性。
图1A和图1B为实施例一中的抗滑落提升管的结构示意图。图2为实施例一中的抗滑落提升管的局部放大结构示意图。图3A和图3B为实施例二中的抗滑落提升管的结构示意图。图4为实施例二中的抗滑落提升管的局部放大结构示意图。图5A、图5B、图5C为实施例三中的抗滑落提升管的结构示意图。其中，图5B是沿图5A中A-A高度处的提升管的横断面示意图，图5C是沿图5A中B-B高度处的提升管的横断面示意图。图6为实施例四中的抗滑落提升管的结构示意图。图7为实施例五中的抗滑落提升管的结构的横断面示意图。图中l一提升管外管，2—衬里，3—抗滑落内构件(凸棱)。
具体实施方式
下面列举具体实施例并结合附图对本发明所涉及的提升管反应器进行 详细说明实施例一请参见图1A和图1B所示，本实施例的提升管反应器中，提升管(抗 滑落提升管)由提升管外管1及内壁衬里2构成。内壁衬里2在预制时其 上成型有抗滑落内构件3，本实施例中的抗滑落内构件为在轴向排列的若干 环状凸棱3。环状凸棱3可以由耐磨衬里、或衬里和龟甲网成型构成，也可 由龟甲网和衬里加钢结构或其它耐磨材料构成。本实施例中，每个环状凸棱3在提升管内沿提升管内壁周向水平设置， 环状凸棱3可以在内壁连续布置，如图1A所示；也可以呈隔一段布置一个 或若干个的间隔布置，如图1B所示。上下相邻环状凸棱3之间的距离H 可以为提升管内径的0-30倍(当H=0时,各环状凸棱3沿提升管高度方向是 连续分布的)，优选为提升管内径的1-3倍；H的具体数值可以根据提升管内径D以及提升管中的物流情况来设计；上下相邻各环状凸棱3之间也可 以是不等距的。即，环状凸棱3沿提升管高度方向可以等距规则分布也可 以不规则分布，具体可根据实际需要而定。图2示意了本实施例中的凸棱3的放大后的结构，本实施例中的凸棱3 的截面形状为由直线边b、 c、 d、 e组成的多边形，其中的一个边e (图中 所示虚线e)为提升管内壁(确切地说是衬里内壁)，该截面形状可以是任 意梯形、矩形、不规则四边形或三角形(边c'的长度为O)。图中所示截面 形状的边b和边d沿水平方向的投影长度hl和h2可分别为提升管直径D 的0.001-0.35倍，优选可以为提升管内径的0.01-0.2倍，hl和h2可以相等 也可以不相等，hl、 h2中数值较大的定义为环状凸棱3沿提升管径向的厚 度h;图中所示截面形状的边b、边c和边d沿高度方向的投影长度al、 a2 和a3可分别为提升管直径D的0-10倍，且al+a2+a3 (al、 a2与a3数值之 和，该al、 a2与a3数值之和定义为环状凸棱沿提升管轴线方向的高度a) 为提升管内径的0.001-20倍，al、 a2和a3可以相等也可以互不相等。所 述截面形状的各边b、 c、 d、 e的长短可适当调整，图中所示hl、 h2、 al、 a2和a3各部分尺寸比例也可以任意调节。其中当a2=0时，所述截面形状 为三角形；当a2>0时，所述截面形状可以是不同比例的四边形(包括梯形)； 当al=a3=0时，所述截面形状为矩形(此种情况下，如果hl=h2且各环状 凸棱形状相同，显然上下相邻各环状凸棱3之间的间距H不应等于0)。当将本实施例的带有抗滑落内构件(环状凸棱)3的提升管用于原料油 的催化裂化反应时，预提升蒸汽和从再生器过来的催化剂可以从提升管的 下部进入，由预提升蒸汽驱动向上运动，通过进料段喷入雾化的原料油， 原料油气化后与催化剂一起向上流动，进入主反应区。如果提升管内壁(衬 里内壁)是平滑的圆筒面，未设置任何凸棱，上升物流经过一段距离后， 喷射进料产生的涡旋基本消失，而由于壁面效应产生的边界层，将使壁面 附近的气速降低，直至壁面上气速为零。但由于本实施例的提升管内壁内横向设置有作为抗滑落内构件的环状凸棱3，且该环状凸棱3的径向厚度h 要远远大于边界层的厚度，当带有固体颗粒的来流经过环状凸棱时，将会 被环状凸棱推出边界层而进入离边壁较远、气速较高的区域，固体颗粒被 高速气流携带向上运动，因而消除了边壁处催化剂颗粒的滑落，降低了壁 面附近催化剂的浓度。此外，在边壁附近即使有向下滑落的固体颗粒，经 过环状凸棱3时也被推出边界层而进入离边壁较远、气速较高的区域，因 而被高速气流携带向上运动。这样，彻底消除了提升管壁面附近的固体颗 粒的滑落，消除了壁面附近的催化剂浓度增大的现象，使壁面附近的催化 剂浓度与中心处的催化剂浓度趋于一致。同时，由于环状凸棱3的径向厚 度h比提升管的直径小很多，不会增大提升管内流动压差。环状凸棱3如图1A所示连续布置时，可以完全消除催化剂的滑落现象。 环状凸棱3如图1B所示间隔分布，此时提升管中的流体流经环状凸棱3时， 固体颗粒被推出边界层而进入中心速度较大的区域，向上运动，因而不会 滑落，由于惯性，离开环状凸棱后，固体颗粒还会继续向内运动一段距离， 同时向上运动；此后，由于扩散作用颗粒又向边壁处运动，由于在径向无 宏观动量，径向扩散运动速度比主流沿提升管轴向运动速度低2-3个数量 级，所以当颗粒重新运动到边壁时，在沿提升管轴线的方向已经运动了一 段较长的距离，在这个位置再设置一个环状凸棱3，则又可以将固体颗粒推 出近壁区域，进入气速较高区域而避免滑落；如此沿提升管高度方向只要 设置数目不多的环状凸棱3，就可以消除整个提升管的滑落现象。上下相邻 两个环状凸棱3之间沿提升管高度方向的设置距离H可根据具体的提升管 工艺、操作条件而设计。不论用连续布置环状凸棱3的方式或用不连续布置环状凸棱3的方式， 都可以基本消除固体颗粒(催化剂)沿整个提升管的滑落现象，从而消除提升管中的环核结构现象，使提升管各截面上催化剂浓度均匀分布，催化剂和 油气的停留时间趋于一致，对于反应时间的控制，避免过度裂化现象有利。实施例二请参见图3A和图3B所示，示意了本实施例中的抗滑落提升管的结构， 图4示意了该抗滑落提升管的局部放大结构。本实施例中的提升管反应器 中，所述凸棱3的截面形状为由直线边e (图中所示虚线e)和弧线边f组 成的弧形，弧线边f可以是圆形、椭圆形圆周的一部分或是任意的弧线形状。 关于凸棱3的厚度h、高度a、以及上下相邻凸棱的间距H和其他设计与实 施例一相同。实施例三图5A、图5B、图5C显示了抗滑落内构件(凸棱)3的另一种设置形 式，其中，图5A示意了本实施例的抗滑落提升管内所述凸棱在提升管高度 方向上的设置形式，图5B和图5C分别示意了本实施例的抗滑落提升管内 高度方向上相邻两层凸棱处的两个横断面。从图中可以看出，本实施例中 的内构件3为沿提升管周向间断设置的呈一定弧度的、截面基本上为三角 形的多段凸棱，在提升管的同一高度上由两段凸棱3围成不封闭的环，在 提升管高度方向上各层凸棱交错排列。同样可达到基本避免反应中提升管 内环核结构现象发生的效果。关于凸棱3的厚度h、高度a、以及上下相邻 凸棱的间距H和其他设计与实施例一相同。实施例四图6显示了本发明抗滑落提升管的另一种结构，本实施例的抗滑落提 升管的结构与实施例三相比，仅在于其抗滑落内构件(凸棱)3的截面基本 上为弧形，本实施例抗滑落提升管的其他设计与实施例三相同。实施例五图7显示了抗滑落内构件(凸棱)3的另一种设置形式，该图仅示意了 本实施例的抗滑落提升管的结构的一个横断面。可以看出，本实施例中的 凸棱3为沿提升管周向间断设置，在提升管的同一高度上是由三段凸棱3围成不封闭的环形内构件。本实施例中的凸棱可以在提升管高度方向分层顺序排列或交错排列。关于凸棱3的厚度h、高度a、以及上下相邻凸棱的 间距H和其他设计与实施例三相同。总之，本发明提出的抗滑落提升管，可以用于所有上行和下行的管式 反应器，提高其中各相混合的均匀程度，并使速度分布趋于均匀，强化反 应器的效果。
权利要求
1、一种提升管反应器，其特征在于，该反应器的提升管内壁设置有抗滑落内构件，所述抗滑落内构件包括沿提升管内壁周向设置的凸棱，且该凸棱在提升管高度方向为至少一个。
2、 根据权利要求1所述的提升管反应器，其中，所述凸棱为至少一段 且长度小于提升管内壁周长，或者所述凸棱沿提升管内壁周向设置形成封 闭环。
3、 根据权利要求1所述的提升管反应器，其中，所述凸棱沿提升管内 壁周向设置形成螺旋体。
4、 根据权利要求1所述的提升管反应器，其中，所述抗滑落内构件为 沿提升管内壁周向设置的由多段凸棱断续排列而成的不封闭的环或螺旋 体。
5、 根据权利要求1所述的提升管反应器，其中，所述凸棱在提升管高 度方向的截面形状基本上为梯形、矩形、三角形、楔形、多边形、弧形或 不规则形状。
6、 根据权利要求1所述的提升管反应器，其中，所述凸棱沿提升管径 向的设置厚度为提升管内径的0.001-0.35倍。
7、 根据权利要求1所述的提升管反应器，其中，所述凸棱沿提升管轴 线方向的最大高度为提升管内径的0.001-20倍。
8、 根据权利要求1或2所述的提升管反应器，其中，所述凸棱沿提升 管高度方向设置至少为二个，且上下相邻的二个凸棱间最小间距为提升管 内径的0-30倍。
9、 根据权利要求1所述的提升管反应器，其中，提升管内壁还设置有 衬里，所述凸棱在该衬里的预制时被成型而成。
10、 根据权利要求1所述的提升管反应器，其中，所述抗滑落内构件 设置于提升管的主反应区、预提升段和/或进料段。
11、 根据权利要求1所述的提升管反应器，该反应器为上行或下行提 升管式反应器。
全文摘要
本发明涉及一种提升管反应器，该反应器的提升管内壁设置有抗滑落内构件，所述抗滑落内构件包括沿提升管内壁周向设置的凸棱，且该凸棱在提升管高度方向为至少一个。通过该结构设计，将本发明的提升管反应器用于反应时，可以避免固体颗粒沿边壁的滑落，避免在提升管截面上固体颗粒的浓度分布中间稀、边壁附近浓度高的环核现象，在提升管内实现平推流，使固体颗粒浓度和停留时间趋于一致，有利于提升管反应器内反应的进行。
文档编号C10G9/14GK101270298SQ20081005568
公开日2008年9月24日 申请日期2008年1月7日 优先权日2008年1月7日
发明者徐春明, 羽 毛, 刚 王, 娟 王, 高金森 申请人:中国石油大学(北京)