一种生物质热解液沸腾床反应器的三相分离器及其应用制造技术

本发明专利技术公开了一种生物质热解液沸腾床反应器的三相分离器及其应用。所述三相分离器主要由反应器的承压壳体、液固旋流分离器和倒锥形挡板同轴设置而成；液固旋流分离器设于承压壳体上部，其周围围绕着承压壳体内壁面，倒锥形挡板设于液固旋流分离器下方，液固旋流分离器上设有单独的气相出口和单独的液相出口。该三相分离器适合用于生物质热解液为原料油的加氢脱氧沸腾床反应器中分离气相、液相及催化剂所组成的三相混合物，具有三相分离效率高且迅速、操作弹性大、三相分离空间小、反应器利用率高的优点。

A Three-Phase Separator for Biomass Pyrolysis Fluidized Bed Reactor and Its Application

【技术实现步骤摘要】
一种生物质热解液沸腾床反应器的三相分离器及其应用
本专利技术涉及一种沸腾床反应器，具体说涉及一种生物质热解液沸腾床反应器的三相分离器及其应用。
技术介绍
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热解液。但所生产的生物质热热解液具有高腐蚀性、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。中国专利技术专利CN101831328B公开了一种绿色燃油的制备方法，可以将生物质热解液通过一系列的加氢脱氧、加氢裂化的操作，获得汽油和柴油等的绿色燃油。由于生物质热解液易结焦以及生物质热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，中国专利技术专利CN101831328B公开了对于生物质热解液的加氢脱氧过程可以使用沸腾床反应器。对于生物质热解液的沸腾床加氢脱氧工艺过程，中国专利技术专利CN103920430A公开了一种对生物质焦油(即生物质热解液)加氢脱氧的沸腾床加氢反应器，针对生物质热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。由于生物质热解液的溶氢能力差、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热解液不能快速分散而发生催化加氢反应，易造成反应器入口局部生物质热解液浓度过高引起的反应器入口结焦问题。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工艺流程过长和高压设备增加。因此，针对生物质热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。目前，国内外工业化的沸腾床加氢反应器技术可以依照反应器内催化剂流化的状态分为两种：(1)膨胀床状态，即气液两相填充催化剂颗粒之间的间隙，使得催化剂床层膨胀至一定高度，在反应床层上部可以明显观察到液固两相的界面，以“H-Oil”和“LC-Fining”技术及其衍生技术为代表；(2)另一种为催化剂全混流循环状态，即在气液两相的动量传递下，催化剂颗粒膨胀反应床层顶部，在反应床层中没有明显的液固两相的界面，以中石化“STRONG”技术为代表。对上述两种不同的沸腾床状态，使得相应的沸腾床加氢反应器顶部内置的分离器结构是完全不同的。膨胀床状态下，控制催化剂床层膨胀至一定高度，在膨胀的催化剂床层上方为不含固体的的气液混合物；实际上，这种膨胀床状态的沸腾床反应器的顶部所需要解决的是气液两相的分离。全混流状态下，并不控制催化剂床层的膨胀高度，催化剂可以流化至反应器的料面高度，整个反应床层都是气液固三相混合物，因此在反应器顶部所需要解决的是气液固三相的分离。膨胀床状态的沸腾床加氢反应器技术，无论是“H-Oil”、“LC-Fining”技术及其衍生技术，均发展自美国专利USRE.25,770；后续的改进专利如HRI公司的美国专利US3,197,288和US4,221,653，Texaco公司的美国专利US4,886,644和US4,971,678，Acomo公司的美国专利US4,911,893和US4,950,459A，Shell公司的美国专利US7,449,155。美国专利USRE.25,770及其上述的后续改进专利，公开内容中的反应床层的沸腾状态均为膨胀床状态，对于反应器顶部分离的技术方案均是通过控制循环油流量，主动控制沸腾床反应器中催化剂床层膨胀高度，在催化剂床层膨胀高度以上为催化剂颗粒的沉降区以获得不含固体颗粒的气液两相，在反应器顶部采用循环杯或是装有气液旋流分离器的循环杯，实现反应器顶部的气液分离、引出澄清的液相产品作为循环油或者产品。由于对于催化剂的分离均通过重力沉降实现，因此对于催化剂体系的选择和反应器的操作均有特定的要求：(1)催化剂尺寸较大，具备较好的沉降性能，如美国专利USRE.25,770说明书第1列第66行中建议的催化剂尺寸为“平均直径至少大约1/32英寸(即0.8mm)，最常用的范围是1/16～1/4英寸(即1.6mm～6.35mm)”；工业装置多为直径1mm，长度2mm的条索形催化剂颗粒；(2)主动控制催化剂床层膨胀高度，如美国专利USRE.25,770的说明书第10列第18行的权利要求11中公开“所述静止床层膨胀至少10％，且不超过50％；使得所述催化剂颗粒可在膨胀后的床层中自由运动，且不从催化剂床层带出催化剂”；美国专利US25,770的后续改进专利技术，虽然催化剂床层的膨胀比例可以提高，但是仍旧必须控制催化剂床层的膨胀高度，不超过100％，留出催化剂沉降的空间。上述膨胀床状态的沸腾床反应器的分离技术方案中涉及的设计要求，使得国外的沸腾床加氢反应器技术存在以下几点技术局限：(1)催化剂尺寸大，增大了催化剂传质阻力大；(2)催化剂藏量较低(一般不超过反应器容积的50％)，降低了反应器的处理能力；(3)沉降分离空间大，降低了反应器空间利用率低；(4)分离停留时间长，增加了液相产品在非催化加氢条件下长时间停留引起二次热裂解结焦的风险。因此在加工油品日益重质化、劣质化以及更追求集约型装置规模效益的现实条件下，膨胀床状态的沸腾床反应器的技术局限性日益突出。尤其是针对易于结焦的生物质热解液的沸腾床加氢脱氧，由于分离停留时间长，易造成反应器结焦，装置无法长周期运行。全混流状态的沸腾床加氢反应器技术，国内以中石化“STRONG”技术为代表，代表性专利为中国专利技术专利CN1448212A。其反应器顶部的分离技术方案为：在反应器顶部设置有三层或多层同心套筒结构形式的三相分离器，通过折流沉降的方法实现催化剂截留在反应器内、反应气体和液体移出反应器的目的。由于两个同心的内筒和外筒安装在反应器壳体顶部，增加了催化剂在反应器内的活动空间，使得反应器具有催化剂藏量高、反应器利用率高的优点。随后在中国专利技术专利CN1448212A的基础上，中国专利技术专利CN101376092公开了在同心套筒结构形式的三相分离器下端设置截面形状为梯形或者弓形的导向结构，中国专利技术专利CN101721961A公开了在同心套筒结构形式的三相分离器下方增加菱形导流锥内件，中国专利技术专利CN101618305公开了一种在反应器顶部设置过渡段和扩大段，中国专利技术专利CN101721960A通过将同心的内筒和外筒设计为上部为倒置锥形和下部为正置锥形，来优化重力沉降的分离条件；上述这些对中国专利技术专利CN1448212A的持续改进，仍然没有摆脱中国专利技术专利CN1448212A的技术思路，都是通过内筒实施气体脱出，而后利用内筒和外筒之间的环隙通道以及外筒和反应器壳体之间的环隙通道对脱气催化剂浆料实施重力沉降从而实现催化剂和油品的分离。因此，这些环隙通道的横截面积设计必须满足环隙通道中的液体线速度小于催化剂颗粒的沉降速度，才能达到重力沉降的效果。从催化剂流化的操作条件考虑，要求反应器的横截面上的液体线速度必须大于颗粒的沉降速度。所述的同心的内筒和外筒均安装在反应器内顶部，其同反应器壳体三者形成的环隙通道面积也一本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种生物质热解液沸腾床反应器的三相分离器，其特征在于：包括同轴设置的反应器的承压壳体、液固旋流分离器和倒锥形挡板；液固旋流分离器设于承压壳体上部，其周围围绕着承压壳体内壁面，倒锥形挡板设于液固旋流分离器下方，液固旋流分离器上设有单独的气相出口和单独的液相出口。

【技术特征摘要】
1.一种生物质热解液沸腾床反应器的三相分离器，其特征在于：包括同轴设置的反应器的承压壳体、液固旋流分离器和倒锥形挡板；液固旋流分离器设于承压壳体上部，其周围围绕着承压壳体内壁面，倒锥形挡板设于液固旋流分离器下方，液固旋流分离器上设有单独的气相出口和单独的液相出口。2.根据权利要求1所述的三相分离器，其特征在于：所述液固旋流分离器自上而下依次由升气管、集气罩、溢流管、液相引出管、柱段、旋流导流结构、锥段、降液管和止逆锥同轴设置而成；升气管、集气罩、溢流管和液相引出管由上至下依次相连；柱段、锥段和降液管由上至下依次相连；柱段套于溢流管外围，旋流导流结构设于柱段内壁上，止逆锥设于降液管下方；液相引出管与溢流管垂直设置，彼此连通。3.根据权利要求1所述的三相分离器，其特征在于：所述承压壳体为等径圆筒形容器或上部直径为下部直径1～2倍的上部扩径的圆筒形容器。4.根据权利要求2所述的三相分离器，其特征在于：所述柱段为圆柱形筒体，所述锥段为倒圆锥形筒体。5.根据权利要求1所述的三相分离器，其特征在于：所述倒锥形挡板为单层、两层或多层覆盖的挡板。6.根据权利要求2所述的三相分离器，其特征在于：所述旋流导流结构由设于柱段内壁上的多个旋流叶片组成或由柱段内壁上加工出的呈内螺纹状的一个螺旋通道、两个螺旋通道或多个螺旋通道构成。7.根据权利要求2所述的三相分离器，其特征在于：所述液相引出管为单个。8.根据权利要求2所述的三相分离器，其特征在于：所述液相引出管为两个或多个，沿溢流管周向均匀水平布置。9.根据权利要求7或8所述的三相分离器，其特征在于：所述液相引出管一端与溢流管连通，另一端从承压壳体侧壁上的出口伸出并固定于侧壁上。10.根据权利要求2所述的三相分离器，其特征在于：所述柱段直径为承压壳体直径的10～90％，柱段高度为承压壳体切线高度的2.5～10％。11.根据权利要求2所述的三相分离器，其特征在于：所述锥段的母线同水平面的夹角为20～80°。12.根据权利要求11所述的三相分离器，其特征在于：所述锥段的母线同水平面的夹角为20～60°。13.根据权利要求12所述的三相分离器，其特征在于：所述锥段的母线同水...

【专利技术属性】
技术研发人员：王尧，李剑平，汪华林，李立权，袁远平，陈崇刚，赵颖，李俊杰，晁君瑞，郑旭晖，
申请(专利权)人：河南百优福生物能源有限公司，中石化洛阳工程有限公司，华东理工大学，
类型：发明
国别省市：河南,41