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申请/专利权人：北京石油化工工程研究院

摘要：本发明提出一种裂解气化反应器，涉及石油化工设备领域，该裂解气化反应器包括壳体，壳体呈柱状且具有中空的反应腔，壳体包括壳本体和设置在壳本体内壁上的隔热衬里，反应腔具有由上至下顺序设置的裂解段、调温段和气化段，裂解段上部的侧壁上设置有原料入口，裂解段的顶端设有气相出口；调温段的侧壁上设置有蒸汽入口；气化段的侧壁上设置有氧气入口，气化段的底端设置有固相出口。该裂解气化反应器能够有效缩短重油裂解气化的工艺流程。

主权项：1.一种裂解气化反应器，其特征在于，所述裂解气化反应器包括壳体，所述壳体呈柱状且具有中空的反应腔，所述壳体包括壳本体和设置在所述壳本体内壁上的隔热衬里，所述反应腔具有由上至下顺序设置的：裂解段，所述裂解段上部的侧壁上设置有原料入口，所述裂解段的顶端设有气相出口；调温段，所述调温段的侧壁上设置有蒸汽入口；气化段，所述气化段的侧壁上设置有氧气入口，所述气化段的底端设置有固相出口；所述隔热衬里包括隔热层、多个锚固钉和多个支撑圈，多个所述锚固钉均布在所述壳本体的内壁面上，多个所述支撑圈由上至下顺序间隔在所述壳本体的内壁上，所述隔热层由隔热材料浇筑而成，多个所述锚固钉和多个所述支撑圈均镶嵌在所述隔热层的内部；所述调温段的内径小于所述裂解段的内径和所述气化段的内径。

全文数据：一种裂解气化反应器技术领域本发明涉及石油化工设备领域，特别涉及用于重油加工的一种裂解气化反应器。背景技术石油炼制过程之一，是在热的作用下使重质油发生裂解反应，将大分子裂解为小分子的过程。热裂化原料通常为原油蒸馏过程得到的重质馏分油或渣油，或其他石油炼制过程副产的重油。热裂解反应是吸热反应，但是某些生成焦炭的缩合反应是放热反应。目前，重油热裂化加工后的产物可分为两类，一类是分子量小的轻质油，另一类则是焦炭。目前，轻质油的经济价值和市场需求都比较高，因此，对重油热裂化加工工艺及设备进行研究和改善，以提高轻质油的产量，减少焦炭的产量，是非常必要的。鉴于此，本发明人根据多年从事本领域和相关领域的生产设计经验，经过反复试验设计出一种裂解气化反应器，以期解决现有技术存在的问题。发明内容本发明的目的在于提供一种裂解气化反应器，能够有效缩短重油裂解气化的工艺流程。为达到上述目的，本发明提出一种裂解气化反应器，其中，所述裂解气化反应器包括壳体，所述壳体呈柱状且具有中空的反应腔，所述壳体包括壳本体和设置在所述壳本体内壁上的隔热衬里，所述反应腔具有由上至下顺序设置的：裂解段，所述裂解段上部的侧壁上设置有原料入口，所述裂解段的顶端设有气相出口；调温段，所述调温段的侧壁上设置有蒸汽入口；气化段，所述气化段的侧壁上设置有氧气入口，所述气化段的底端设置有固相出口。如上所述的裂解气化反应器，其中，所述隔热衬里包括隔热层、多个锚固钉和多个支撑圈，多个所述锚固钉均布在所述壳本体的内壁面上，多个所述支撑圈由上至下顺序间隔在所述壳本体的内壁上，所述隔热层由隔热材料浇筑而成，多个所述锚固钉和多个所述支撑圈均镶嵌在所述隔热层的内部。如上所述的裂解气化反应器，其中，所述隔热层为单层无龟甲网结构。如上所述的裂解气化反应器，其中，位于所述裂解段和所述调温段的所述隔热衬里的内壁上套设有金属衬筒。如上所述的裂解气化反应器，其中，所述调温段的内径小于所述裂解段的内径和所述气化段的内径。如上所述的裂解气化反应器，其中，所述裂解段内还设置有旋风分离器，所述旋风分离器包括分离器本体和输料管，所述分离器本体具有圆筒部和设置在所述圆筒部下方的圆锥部，所述圆筒部的顶端设置有与所述气相出口相连的接管，所述圆筒部的侧壁上开设有气固混合进料口，所述输料管连接在所述圆锥部的底端并向下延伸至所述调温段，所述输料管的底端开设有出料口。如上所述的裂解气化反应器，其中，所述圆筒部的内壁上和所述圆锥部的内壁上均设置有耐磨衬层，所述输料管的出料口处设置有翼伐。如上所述的裂解气化反应器，其中，所述裂解段内还设置有用于吸收所述裂解段内热能的多个换热组件，多个所述换热组件设置在所述分离器本体的下方。如上所述的裂解气化反应器，其中，所述换热组件包括两个管箱和并联连接在两个管箱之间的多根单程换热管，两个管箱分别连接有管程液输送管，所述输送管贯穿所述壳体的侧壁。如上所述的裂解气化反应器，其中，所述壳体上的所述原料入口、所述气相出口、所述蒸汽入口、所述氧气入口和所述固相出口均设置有带隔热衬里的外套管结构。与现有技术相比，本发明具有以下特点和优点：本发明提出的裂解气化反应器将热裂解过程和气化过程安排在一个反应器内，重油由裂解段上部进入反应腔，随后重油在裂解段下落，在下落过程中重油中的轻质组分挥发为油气，重质组分缩合形成焦炭；焦炭落入气化段后进行气化反应生成合成气，合成气向上流动，与下降的重油油滴进行热交换，为重油的热裂化提供热量，最终由气相出口排出，剩余的细小焦炭颗粒继续下落最后由固相出口排出。这样，本发明提出的裂解气化反应器能够将焦炭气化反应释放的热能提供给重油的热裂解反应，热能利用合理，减少了耗能；另外，本发明提出的裂解气化反应器将热裂解反应和焦炭的气化反应集合在一个反应器内进行，满足了高温短流程的特殊工艺操作要求，同时本发明提出的裂解气化反应器设备结构紧凑，还节省了设备投资。本发明提出的裂解气化反应器在裂解段和气化段之间还设置有调温段，通过调温段可以控制由气化段进入裂解段中的合成气的温度，防止裂解段内温度过高，保证裂解段内的温度为最适合重油热裂解反应的温度。本发明提出的裂解气化反应器其壳体设置有隔热衬里以形成冷壁结构，能满足高温反应器的操作要求，反应腔内的局部温度可达1200℃；同时，隔热衬里能够有效隔绝反应腔内的热量向外传递，使得壳本体实际的使用温度远低于反应腔内的温度，能够保证壳本体的壁温不超过其钢材的使用温度界限，同时也降低壳本体所选用的材料的耐高温的要求，即壳本体选择工程上常用的压力容器用材料即可满足使用要求。附图说明在此描述的附图仅用于解释目的，而不意图以任何方式来限制本发明公开的范围。另外，图中的各部件的形状和比例尺寸等仅为示意性的，用于帮助对本发明的理解，并不是具体限定本发明各部件的形状和比例尺寸。本领域的技术人员在本发明的教导下，可以根据具体情况选择各种可能的形状和比例尺寸来实施本发明。图1为本发明提出的裂解气化反应器的结构示意图；图2为图1中B-B向的剖视图；图3为本发明中隔热衬里的结构示意图；图4为本发明中外套管结构的示意图。附图标记说明：100、裂解气化反应器；10、壳体；11、壳本体；111、上封头；112、筒体；113、下封头；12、隔热衬里；121、隔热层；122、锚固钉；123、支撑圈；20、反应腔；21、裂解段；22、调温段；23、气化段；24、过渡段；31、原料入口；32、气相出口；33、蒸汽入口；34、氧气入口；35、固相出口；36、干气入口；40、旋风分离器；41、圆筒部；42、圆锥部；43、输料管；44、翼伐；45、吊挂；46、支撑结构；50、换热组件；51、管箱；52、换热管；53、管程液输送管；60、支撑组件；61、支撑梁；62、支撑台座；70、外套管结构；71、隔热衬里管；72、外套管；80、裙座。具体实施方式结合附图和本发明具体实施方式的描述，能够更加清楚地了解本发明的细节。但是，在此描述的本发明的具体实施方式，仅用于解释本发明的目的，而不能以任何方式理解成是对本发明的限制。在本发明的教导下，技术人员可以构想基于本发明的任意可能的变形，这些都应被视为属于本发明的范围。如图1至图4所示，本发明提出的裂解气化反应器100具有壳体10，壳体10呈柱状并具有中空的反应腔20，壳体10包括壳本体11和设置在壳本体11内壁上的隔热衬里12，反应腔20具有由上至下顺序设置的裂解段21、调温段22和气化段23；裂解段21上部的侧壁上设置有原料入口31，裂解段21的顶端设有气相出口32；调温段22的侧壁上设置有蒸汽入口33；气化段23的侧壁上设置有氧气入口34，气化段23的底端设置有固相出口35。本发明提出的裂解气化反应器100将热裂解过程和气化过程安排在一个反应器内，重油由裂解段21上部进入反应腔20，随后重油在裂解段下落，在下落过程中重油中的轻质组分挥发为油气，重质组分缩合形成焦炭；焦炭落入气化段23后进行气化反应生成合成气，合成气向上流动，与下降的重油油滴进行热交换，为重油的热裂化提供热量，最终由气相出口32排出，剩余的细小焦炭颗粒继续下落最后由固相出口35排出。这样，本发明提出的裂解气化反应器100能够将焦炭气化反应释放的热能提供给重油的热裂解反应，热能利用合理，减少了耗能；另外，本发明提出的裂解气化反应器100将热裂解反应和焦炭的气化反应集合在一个反应器内进行，满足了高温短流程的特殊工艺操作要求，同时本发明提出的裂解气化反应器100设备结构紧凑，还节省了设备投资。本发明提出的裂解气化反应器100在裂解段21和气化段23之间还设置有调温段22，通过调温段22可以控制由气化段23进入裂解段21中的合成气的温度，防止裂解段21内温度过高，保证裂解段21内的温度为最适合重油热裂解反应的温度。本发明提出的裂解气化反应器100其壳体10设置有隔热衬里12以形成冷壁结构，能满足高温反应器的操作要求，反应腔20内的局部温度可达1200℃；同时，隔热衬里12能够有效隔绝反应腔20内的热量向外传递，使得壳本体11实际的使用温度远低于反应腔20内的温度，能够保证壳本体11的壁温不超过其钢材的使用温度界限，同时也降低壳本体11所选用的材料的耐高温的要求，即壳本体11选择工程上常用的压力容器用材料即可满足使用要求。在本发明一个可选的例子中，隔热衬里12包括隔热层121、锚固钉122和支撑圈123，多个锚固钉122均布在壳本体11的内壁面上，锚固钉122呈V型具有底部和两个支撑部，锚固钉122的底部与壳本体11的内壁固定连接，在壳本体11的内壁上由上至下顺序间隔设置有多个支撑圈123，支撑圈123为水平设置的圆环板，支撑圈123的外缘与壳本体11的内壁固定连接，隔热层121由隔热材料浇筑而成，锚固钉122和支撑圈123均镶嵌在隔热层121的内部，这样，隔热层121通过锚固钉122固定在壳本体11上，支撑圈123也能对隔热层121起到竖向支撑作用，进而避免隔热层121的剥离和脱落。在本发明一个可选的例子中，隔热层121可选用工程上成熟的“髙铝隔热材料”和“耐高温水泥”类的混合浇筑料或异型砖，具体的配方及隔热层厚度，可根据设备的具体操作条件通过“传热计算”来确定。在一个可选的例子中，壳本体11为金属壳本体，锚固钉122和支撑圈123可选用隔热的Cr-Mo钢材料或不锈钢材料制成，锚固钉122和支撑圈123通过焊接固定连接在壳本体11的内壁上。在本发明一个可选的例子中，壳体10通过裙座80固定安装，裙座80的结构可以采用现有技术，在此不进行赘述。在本发明一个可选的例子中，隔热层121采用单层无龟甲网结构，即隔热层121内均匀填充有耐高温的金属纤维，以提高隔热层的抗剥离性。需要说明的是，单层无龟甲网结构是工程上的成熟技术，目前已得到广泛的应用。在本发明一个可选的例子中，在位于裂解段21和调温段22的隔热层121的内壁上还设置有金属衬筒，金属衬筒能够避免反应腔20内的物料与隔热层121直接接触，进而提高隔热层121的使用寿命。金属衬筒的材料可选择耐高温的金属材料，例如耐高温铬镍合金等。在本发明一个可选的例子中，调温段22的内径小于裂解段21的内径以及气化段23的内径，以增加合成气由气化段23内进入裂解段21所用的时间及流程，进而降低进入裂解段21内的合成气的温度，也就相应降低了裂解段21内的温度，使其更适合重油的热裂解反应。在本发明一个可选的例子中，调温段22的上端和下端分别通过过渡段24与裂解段21和气化段23连接。在本发明中，调温段22的侧壁上还设置有蒸汽入口33，饱和蒸汽不但能够降低合成气的温度，还能用于焦炭的气化反应。在一个可选的例子中，调温段22的侧壁上设置有两个蒸汽入口33，两个蒸汽入口33沿竖直方向间隔设置。在本发明一个可选的例子中，裂解段21的高度、调温段22的高度和气化段23的高度可根据工艺计算来确定在本发明一个可选的例子中，裂解段21内还设置有旋风分离器40，旋风分离器40位于裂解段21的顶部，旋风分离器40包括分离器本体和输料管料腿43，分离器本体具有圆筒部41和设置在圆筒部41下方的圆锥部42，圆筒部41的顶端设置有与气相出口32相连的接管，圆筒部41的侧壁上开设有气固混合进料口，输料管43连接在圆锥部42的底端并向下延伸至调温段22，输料管43的底端开设有出料口。旋风分离器40能够将合成气中携带的小颗粒焦炭分离出来，不但能够提高由气相出口32排出的气体的纯度，还能将分离得到的焦炭通过输料管43重新输回至气化段23使其继续进行气化反应，进而提高焦炭的气化率。在本发明一个可选的例子中，圆筒部41的内壁上和圆锥部42的内壁上均设置有耐磨衬层，以提高旋风分离器40的使用寿命，输料管43的出料口处设置有在翼伐44，以使焦炭能够通过固定的角度进入气化段23内形成一定固相料位。在本发明一个可选的例子中，圆筒部41和圆锥部42均有耐高温的钢板制成，输料管43采用耐高温的钢管。在本发明中，旋风分离器40通过耐高温的吊挂45设置在裂解段21内，吊挂45的一端与上封头111相连接，吊挂45的另一端与圆筒部相连接。圆锥部42和输料管43由多个径向支撑结构46固定在裂解段21内壁上，此径向支撑结构46能有效保证在高温下自由伸缩。在本发明一个可选的例子中，裂解段21内还设置有用于吸收热量的多个换热组件50，多个换热组件50设置在分离器本体圆锥部43的下方。换热组件50能够吸收裂解段21内的热量，进一步防止裂解段21内的反应温度过高，保证重油热裂解反应的顺利进行，同时，换热组件50还能有效利用裂解段21内的热量，用于加热石化生产中的其它原料。在一个可选的例子中，换热组件50包括两个管箱51和并联连接在两个管箱51之间的多根单程换热管52，两个管箱51分别连接有管程液输送管53，管程液输送管53贯穿壳体10的侧壁。与传统的换热器，相比，本发明中的换热组件50无常规的壳程筒体。在一个可选的例子中，管箱51、换热管52及管程液输送管53均有采用耐高温材料。当然，换热组件50也可以采用螺旋管式或其它形式，只要能利用裂解段21内的热量即可。在本发明一个可选的例子中，裂解段21内设置有多个换热单元，多个换热单元由上至下顺序设置，每个换热单元内均设置有四个换热组件50，四个换热组件50沿裂解段21的周向均布，四个换热组件50之间具有间隔，旋风分离器40的输料管43由换热组件50之间的间隔穿过。在本发明一个可选的例子中，换热组件50的管箱51通过支撑组件60固定在裂解段21内，支撑组件60具有多个支撑梁61，裂解段21的内壁上设置有内凸的支撑台座62，支撑梁61的两端搭接在对应的支撑台座62上。在本发明一个可选的例子中，壳体10上的原料入口31、气相出口32、蒸汽入口33、氧气入口34、固相出口35均设置有带隔热衬里的外套管结构70，具体的，该结构包括隔热衬里管71和外套管72，隔热衬里管71与壳体10的隔热衬里12相连接，外套管72套设在隔热衬里管71外并与壳本体11相连接，上述带隔热衬里的外套管结构70可以进一步保证壳体10与外界连接的部位也能承受反应腔20内的高温，进一步保证整个裂解气化反应器100的使用寿命。在本发明一个可选的例子中，换热组件50的管程液输送管53与壳体10的接口处也设置有外套管结构70。在本发明一个可选的例子中，气化段23的侧壁上还开设置有干气入口36，氧气入口34也可以用来输送饱和蒸汽。在一个可选的例子中，蒸汽入口33和氧气入口34处均安装有蒸汽喷嘴。在本发明一个可选的例子中，壳体10上可以设置有多个原料入口31，多个原料入口31沿壳体10的周向均布。在本发明一个可选的例子中，壳本体11包括由上至下顺序设置且密封连接的上封头111、筒体112和下封头113，上封头111、筒体112和下封头113的内壁上均覆盖有隔热衬里12。在一个可选的例子中，上封头111、筒体112和下封头113焊接连接。在本发明一个可选的例子中，裂解气化反应器100的局部最高设计温度1200℃，设计压力1.0MPa，换热组件40的管程设计压力6.0MPa，管程液介质可以为重油、石脑油、柴油、甲烷、氢气、氧气等，管箱51直径为φ3600mm。裂解气化反应器100的上封头111采用球封头，下封头112为折边锥封头；裂解气化反应器100壳本体11的金属的设计温度为300℃，全部由压力容器用钢板制成。在本发明一个可选的例子中，裂解气化反应器100的内件如旋风分离器40、换热组件40及耐高温吊挂45与支撑结构46等，需在上封头111与筒体112焊接之前安装完毕。针对上述各实施方式的详细解释，其目的仅在于对本发明进行解释，以便于能够更好地理解本发明，但是，这些描述不能以任何理由解释成是对本发明的限制，特别是，在不同的实施方式中描述的各个特征也可以相互任意组合，从而组成其他实施方式，除了有明确相反的描述，这些特征应被理解为能够应用于任何一个实施方式中，而并不仅局限于所描述的实施方式。

权利要求：1.一种裂解气化反应器，其特征在于，所述裂解气化反应器包括壳体，所述壳体呈柱状且具有中空的反应腔，所述壳体包括壳本体和设置在所述壳本体内壁上的隔热衬里，所述反应腔具有由上至下顺序设置的：裂解段，所述裂解段上部的侧壁上设置有原料入口，所述裂解段的顶端设有气相出口；调温段，所述调温段的侧壁上设置有蒸汽入口；气化段，所述气化段的侧壁上设置有氧气入口，所述气化段的底端设置有固相出口。2.如权利要求1所述的裂解气化反应器，其特征在于，所述隔热衬里包括隔热层、多个锚固钉和多个支撑圈，多个所述锚固钉均布在所述壳本体的内壁面上，多个所述支撑圈由上至下顺序间隔在所述壳本体的内壁上，所述隔热层由隔热材料浇筑而成，多个所述锚固钉和多个所述支撑圈均镶嵌在所述隔热层的内部。3.如权利要求2所述的裂解气化反应器，其特征在于，所述隔热层为单层无龟甲网结构。4.如权利要求2所述的裂解气化反应器，其特征在于，位于所述裂解段和所述调温段的所述隔热衬里的内壁上套设有金属衬筒。5.如权利要求1所述的裂解气化反应器，其特征在于，所述调温段的内径小于所述裂解段的内径和所述气化段的内径。6.如权利要求1所述的裂解气化反应器，其特征在于，所述裂解段内还设置有旋风分离器，所述旋风分离器包括分离器本体和输料管，所述分离器本体具有圆筒部和设置在所述圆筒部下方的圆锥部，所述圆筒部的顶端设置有与所述气相出口相连的接管，所述圆筒部的侧壁上开设有气固混合进料口，所述输料管连接在所述圆锥部的底端并向下延伸至所述调温段，所述输料管的底端开设有出料口。7.如权利要求6所述的裂解气化反应器，其特征在于，所述圆筒部的内壁上和所述圆锥部的内壁上均设置有耐磨衬层，所述输料管的出料口处设置有翼伐。8.如权利要求6所述的裂解气化反应器，其特征在于，所述裂解段内还设置有用于吸收所述裂解段内热能的多个换热组件，多个所述换热组件设置在所述分离器本体的下方。9.如权利要求8所述的裂解气化反应器，其特征在于，所述换热组件包括两个管箱和并联连接在两个管箱之间的多根单程换热管，两个管箱分别连接有管程液输送管，所述输送管贯穿所述壳体的侧壁。10.如权利要求1所述的裂解气化反应器，其特征在于，所述壳体上的所述原料入口、所述气相出口、所述蒸汽入口、所述氧气入口和所述固相出口均设置有带隔热衬里的外套管结构。

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