一種再生催化劑冷卻方法及其設(shè)備的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種再生催化劑冷卻方法及其設(shè)備，采用低線速操作，其表觀氣速的范圍為0.005～0.7m/s，設(shè)置至少一個流化風(fēng)分布器，主要的流化風(fēng)由此分布器進(jìn)入所述的催化劑冷卻器密相床層，所述的催化劑冷卻器的取熱負(fù)荷和/或冷催化劑的溫度通過調(diào)節(jié)所述的流化風(fēng)量進(jìn)行控制。本發(fā)明的方法及其設(shè)備應(yīng)用范圍廣，可廣泛用于各種流化催化裂化過程包括重油催化裂化、蠟油催化裂化、輕烴催化轉(zhuǎn)化等，或者用于其它氣固流態(tài)化反應(yīng)燒焦過程包括渣油預(yù)處理、甲醇制烯烴、甲醇制芳烴、流化焦化、靈活焦化等。
【專利說明】
一種再生催化劑冷卻方法及其設(shè)備
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及一種催化劑冷卻方法及冷卻器，屬于石油加工、化工等技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]由于氣固流化床反應(yīng)器容易控制反應(yīng)溫度及避免床層出現(xiàn)熱點、具有更好的傳熱及傳質(zhì)特性、可以方便地實現(xiàn)大量固體顆粒的連續(xù)輸送，因此在石油加工、煤化工、化工合成等領(lǐng)域的非均相氣固反應(yīng)過程中得到了廣泛應(yīng)用。在一些放熱的氣固流化床反應(yīng)器中，常設(shè)置有取熱器，用以從反應(yīng)器中取熱，以滿足系統(tǒng)熱平衡以及控制反應(yīng)溫度的需要。
[0003]隨著原油質(zhì)量的劣質(zhì)化及重質(zhì)化趨勢的日益加劇，催化裂化的渣油摻煉比的不斷提高。重油催化裂化因原料重，殘?zhí)恐蹈撸菇固慨a(chǎn)率上升，熱量多于系統(tǒng)所需熱量，造成熱量過剩。因此，重油催化裂化裝置必須安裝取熱設(shè)施，從系統(tǒng)中取出過剩熱量，才能夠維持兩器熱量平衡?，F(xiàn)有重油催化裂化過程中取出系統(tǒng)過剩熱量的催化劑冷卻器種類很多。
[0004]中國專利CN101590IB所述的氣控內(nèi)循環(huán)式外取熱器，中國專利CN1023078C所述的氣控外循環(huán)式外取熱器，均由殼體、套管式換熱管束、流化風(fēng)管、冷催化劑返回管等組成，取熱量和催化劑循環(huán)量均由輸送風(fēng)和流化風(fēng)流量控制。
[0005]中國專利CN 1288932A、CN1288933A公開了一種再生催化劑輸送管路取熱新技術(shù)，在保證足夠高的再生器溫度和良好的再生效果的前提下，降低進(jìn)入反應(yīng)器的再生劑的溫度，提高原料油預(yù)熱溫度，改善原料霧化效果，提高劑油比，改善產(chǎn)品分布，提高液體牧率。
[0006]現(xiàn)有的催化劑冷卻器雖能滿足工藝過程的取熱要求，但也存在以下缺點:1、調(diào)節(jié)范圍小，在低負(fù)荷區(qū)域(取熱負(fù)荷35%以下)操作困難；2、流化不穩(wěn)定，取熱管磨損嚴(yán)重，使用壽命短；3、控制回路多，輸送風(fēng)和流化風(fēng)兩路控制風(fēng)量，操作復(fù)雜；4、在催化劑進(jìn)口處氣體和催化劑容易分層，導(dǎo)致流化不好，使催化劑進(jìn)口管溫降較大，降低取熱效率；5、維持催化劑循環(huán)的輸送風(fēng)量較大，能耗較高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的目的是提供一種再生催化劑冷卻方法及其設(shè)備(即再生催化劑冷卻器)，以解決現(xiàn)有技術(shù)所存在的調(diào)節(jié)范圍小、取熱管易于損壞、增壓風(fēng)用量高、能耗較高等問題。
[0008]具體技術(shù)方案詳述于下:
[0009]一種再生催化劑冷卻方法，來自再生器的熱催化劑進(jìn)入催化劑冷卻器，向下流動通過密相流化床，與換熱管管壁接觸冷卻后，冷催化劑從催化劑冷卻器底部流出；同時，密相流化床的流化介質(zhì)通過至少一個流化介質(zhì)分布器引入，向上流動經(jīng)過密相流化床，與熱催化劑顆粒從再生器帶來的氣體一起返回至再生器；所述的催化劑冷卻器為低線速操作，其表觀氣速(流化介質(zhì)流量與設(shè)備的空塔橫截面之比)的范圍為0.005?0.7m/s (優(yōu)選
0.01 ?0.3m/s，最佳 0.05 ?0.15m/s)。
[0010]所述的催化劑冷卻器的取熱負(fù)荷和/或冷卻后的催化劑的溫度通過調(diào)節(jié)所述的流化介質(zhì)流量和/或離開所述的催化劑冷卻器的冷催化劑的流量和/或其它參數(shù)進(jìn)行控制。
[0011]所述的催化劑冷卻器可以設(shè)置在再生器內(nèi)部或外部。所述的催化劑冷卻器設(shè)有一個、兩個或多個催化劑出口，分別用于輸送冷再生催化劑循環(huán)至再生器和/或一個、兩個或多個提升管反應(yīng)器或/和流化床反應(yīng)器的各反應(yīng)區(qū)。
[0012]所述的催化劑冷卻器設(shè)置或不設(shè)脫氣(平衡)管，實現(xiàn)對外取熱器內(nèi)部大氣泡的捕集和輸送，改善冷卻器內(nèi)部催化劑的徑向密度分布。
[0013]所述的流化介質(zhì)可以是空氣、蒸汽或其它氣體或者是它們的混合物，取熱介質(zhì)可以是水、蒸汽、空氣或其它氣體、各種油品等或者是它們的混合物。所述的提升(輸送)介質(zhì)可以是空氣、蒸汽或其它氣體或者是它們的混合物。
[0014]本發(fā)明還提供所述的再生催化劑冷卻方法使用的催化劑冷卻設(shè)備，它大體上是設(shè)置有垂直換熱管束的流化床，流化床自下而上主要設(shè)置有催化劑出口 1、流化介質(zhì)分布器
2、換熱管3、密相流化床4、脫氣平衡口 5和催化劑進(jìn)口 6 ;其中多根換熱管3垂直分布組成換熱管束，從流化床頂部一直延伸至流化床下部，浸沒在密相流化床4中。
[0015]本發(fā)明的再生催化劑冷卻方法及其設(shè)備應(yīng)用廣泛，可用于各種流化催化裂化過程包括重油催化裂化、蠟油催化裂化、輕烴(液化石油氣、碳四、碳五、汽油等)催化轉(zhuǎn)化等，也可用于其它氣固流態(tài)化反應(yīng)燒焦過程包括渣油預(yù)處理、甲醇制烯烴(ΜΤ0、ΜΤΡ)、甲醇制芳烴、流化焦化、靈活焦化等。所述的進(jìn)入催化劑冷卻器的再生催化劑可以是任何碳含量的再生催化劑或不完全再生催化劑，或者是任何碳含量的待生催化劑、接觸劑或焦粒等。
[0016]催化劑冷卻器為成熟工業(yè)設(shè)備，本發(fā)明的方法可采用各種結(jié)構(gòu)形式(如上流式、下流式等)，催化劑輸送通道也可采用各種具體連接結(jié)構(gòu)(如內(nèi)循環(huán)管、Y型、U型外輸送(循環(huán))管等)，設(shè)置或不設(shè)脫氣(平衡)管，取熱管的規(guī)格和數(shù)量及結(jié)構(gòu)和連接形式等，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員對其具體結(jié)構(gòu)、連接型式、操作和控制過程非常清楚，不構(gòu)成對本發(fā)明構(gòu)思的任何【具體實施方式】的限制。
[0017]采用本發(fā)明，具有如下的有益效果:
[0018]I)采用低速密相流化床操作，可以提高循環(huán)系統(tǒng)的推動力，克服循環(huán)量增大引起的系統(tǒng)阻力增加，減少了輸送氣體的用量。
[0019]2)循環(huán)催化劑密度的提高，減少了循環(huán)催化劑夾帶的空氣量，從而降低了干氣中的氮?dú)獾确菬N類氣體含量，提高了干氣的熱值，降低富氣壓縮機(jī)的功率消耗約10%。
[0020]3)流化風(fēng)用量降低約80%，增壓風(fēng)總用量降低約50%，增壓機(jī)的功率消耗降低約50%。
[0021]4)采用低速密相床操作，外取熱器殼程線速很低(0.01?0.03m/s)，催化劑顆粒對取熱管束的磨蝕很小，有利于延長取熱器的使用壽命。
[0022]5)低線速的流化床與較高線速的流化床相比，流化更穩(wěn)定，局部死床和氣體偏流等不正常流化現(xiàn)象發(fā)生的幾率大大降低。低線速流化床的床層內(nèi)流化質(zhì)量明顯改善，消除了取熱管振動、局部磨損加劇引起的設(shè)備損壞，延長了設(shè)備使用壽命。
[0023]6)取熱負(fù)荷的調(diào)節(jié)范圍大，在取熱負(fù)荷為O?100%的范圍內(nèi)可靈活調(diào)節(jié)。
[0024]7)可設(shè)置脫氣管，可以實現(xiàn)對外取熱器內(nèi)部大氣泡的捕集和輸送，改善器內(nèi)催化劑的徑向密度分布，強(qiáng)化了催化劑與取熱管(換熱管)的接觸，提高了換熱效率:
[0025]8)高溫催化劑(熱催化劑)與經(jīng)過冷卻的低溫催化劑(冷催化劑)均保持較好的低速均勻流化狀態(tài)，因此，減少了氣體與催化劑的分層，降低了高溫催化劑在催化劑進(jìn)出管內(nèi)的溫降，提高了外取熱器內(nèi)催化劑的溫度，有利于提高取熱效率。
【附圖說明】
[0026]圖1為本發(fā)明的再生催化劑冷卻器的一種典型實施方案。
[0027]圖中:1-催化劑出口，2-流化氣體分布器，3-換熱管，4-密相流化床，5-脫氣平衡口，6-催化劑進(jìn)口。
【具體實施方式】
[0028]下面結(jié)合附圖進(jìn)一步說明本發(fā)明所提供的一種再生催化劑冷卻器的實施方法，但本發(fā)明并不因此而受到任何限制。
[0029]實施例
[0030]圖1給出了本發(fā)明的一種典型實施形式。如圖1所示，該冷卻器實際上是一個設(shè)置有多根垂直換熱管束的流化床，包括催化劑出口 1、流化風(fēng)分布器2、換熱管3、密相流化床4、脫氣平衡口 5、催化劑進(jìn)口 6等主要結(jié)構(gòu)。換熱管3從冷卻器頂部一直延伸至冷卻器下部，浸沒在密相流化床4中。
[0031]熱催化劑顆粒C從催化劑進(jìn)口 6進(jìn)入，向下流動通過密相流化床4，與換熱管3管壁接觸冷卻后，冷催化劑D從底部的催化劑出口 I流出。密相流化床4的流化氣體A從底部的氣體分布器2引入，向上流動經(jīng)過密相流化床4，與脫出的氣體(熱催化劑顆粒C從再生器夾帶來的氣體)一起通過脫氣平衡口 5，返回至再生器。
[0032]另外，為增加傳熱面積，縮小冷卻器的尺寸，可以在換熱管3上焊接傳熱強(qiáng)化元件(如翅片或釘頭傳熱強(qiáng)化元件等，圖中未標(biāo)示)，以強(qiáng)化傳熱效果，提高換熱效率。
[0033]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)不同的是:
[0034]I)密相流化床4的流化風(fēng)線速較低，表觀操作線速的范圍為優(yōu)選0.01?0.3m/s，最佳0.05?0.15m/So所述的催化劑為再生催化劑時，由于要進(jìn)入提升管反應(yīng)器，因此對冷再生催化劑溫度要求更為均勻，控制更為嚴(yán)格。
[0035]2)所述的冷再生催化劑溫度和/或所述的催化劑冷卻器的取熱負(fù)荷通過調(diào)節(jié)所述的流化風(fēng)流量和/或離開所述的催化劑冷卻器的冷催化劑的流量和/或其它參數(shù)進(jìn)行控制。
[0036]對比例
[0037]采用現(xiàn)有技術(shù)的氣控式外取熱器(對比例)也采用圖1所示的結(jié)構(gòu)，并采用較高的流化風(fēng)線速，表觀操作線速通常為0.5m/So所述的催化劑冷卻器的取熱負(fù)荷主要調(diào)節(jié)提升風(fēng)的流量進(jìn)而調(diào)節(jié)離開所述的催化劑冷卻器的冷催化劑的流量進(jìn)行控制。
[0038]現(xiàn)有技術(shù)的外取熱器密相床層高度一般很高，通常在5?1m的范圍內(nèi)，由于床層總壓降較高，操作線速較高時，床層內(nèi)氣體被壓縮很容易引起局部死床和氣體偏流等不正常流化現(xiàn)象。
[0039]這些不正常流化現(xiàn)象將導(dǎo)致床層流化質(zhì)量下降和傳熱效果惡化，其結(jié)果是設(shè)備振動大、使用壽命縮短、取熱負(fù)荷達(dá)不到設(shè)計要求等。如果取熱器中出現(xiàn)局部死床，還有可能造成取熱器中不同取熱管的取熱負(fù)荷不同，不同取熱管的熱膨脹不一致可能導(dǎo)致設(shè)備損壞，嚴(yán)重時甚至出現(xiàn)局部取熱管干燒損壞的事故。
[0040]另外，氣體的偏流還有可能造成局部取熱管磨損加劇，縮短其使用壽命。
[0041]冷模實驗研究和工業(yè)運(yùn)行結(jié)果表明，本發(fā)明的低線速流化床與現(xiàn)有技術(shù)較高線速的流化床相比，流化更穩(wěn)定，不會發(fā)生局部死床和氣體偏流等非正常流化現(xiàn)象。因此低線速流化床的床層內(nèi)流化質(zhì)量明顯改善，消除了取熱管振動、局部磨損加劇引起的設(shè)備損壞，延長了設(shè)備使用壽命。
[0042]本發(fā)明的與對比例所示的現(xiàn)有技術(shù)(氣控式外取熱器)相比，具有以下技術(shù)效果:
[0043]I)流化風(fēng)用量降低約80%，增壓風(fēng)總用量降低約50%，增壓機(jī)的功率消耗降低約50%。
[0044]2)循環(huán)催化劑夾帶的空氣量減少約35%，富氣壓縮機(jī)的功率消耗降低約10%。
[0045]3)干氣中的氮?dú)獾确菬N類氣體含量約35%，提高了 FCC干氣的熱值。
【主權(quán)項】
1.一種再生催化劑冷卻方法，其特征在于:所述的再生催化劑冷卻器為低線速操作，其表觀氣速的范圍為0.005?0.7m/s，設(shè)置至少一個流化介質(zhì)分布器，流化介質(zhì)由此分布器進(jìn)入所述的催化劑冷卻器密相床層。2.按照權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于:所述的表觀氣速的范圍為0.01?0.3m/So3.按照權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于:所述的表觀氣速的范圍為0.05?0.15m/So4.按照權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于:所述的催化劑冷卻器設(shè)置在再生器內(nèi)部或外部；所述的催化劑冷卻器設(shè)有一個、兩個或多個催化劑出口，分別用于輸送冷催化劑至再生器和/或輸送冷催化劑至一個、兩個或多個提升管反應(yīng)器或/和流化床反應(yīng)器的各反應(yīng)區(qū)。5.按照權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于:所述的催化劑冷卻器的取熱負(fù)荷和/或冷催化劑的溫度通過調(diào)節(jié)所述的流化介質(zhì)的流量和/或調(diào)節(jié)離開所述的催化劑冷卻器的冷催化劑的流量和/或其它參數(shù)進(jìn)行控制。6.按照權(quán)利要求1-5所述的任意一種方法，其特征在于:所述的再生催化劑冷卻方法用于各種流化催化裂化過程包括重油催化裂化、蠟油催化裂化、輕烴催化轉(zhuǎn)化，或者用于其它氣固流態(tài)化反應(yīng)燒焦過程包括渣油預(yù)處理、甲醇制烯烴、甲醇制芳烴、流化焦化、靈活焦化；所述的進(jìn)入再生催化劑冷卻設(shè)備的再生催化劑是任何碳含量的再生催化劑或不完全再生催化劑，或者是任何碳含量的待生催化劑、接觸劑或焦粒。7.—種再生催化劑冷卻設(shè)備，其特征在于:按照權(quán)利要求1-6所述的任意一種方法實施的設(shè)備。
【文檔編號】C10G11/18GK105820831SQ201510004622
【公開日】2016年8月3日
【申請日】2015年1月6日
【發(fā)明人】李群柱, 李莉
【申請人】李群柱