CN100337735C - 一种再生催化剂烟气汽提器 - Google Patents
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Abstract
一种再生催化剂烟气汽提器，其结构如下：再生催化剂导入管(1)和汽提介质导出管(7)分别设置于该烟气汽提器的上部，而再生斜管(5)设置于该烟气汽提器的底部；汽提器底部隔板(9)与汽提器筒体及催化剂出口管(10)固定连接；汽提介质分布器(4)位于底部隔板(9)的上方，内套筒(6b)设置于汽提介质分布器(4)的上方，而设置于内套筒(6b)内部的内套筒(6a)的上端较内套筒(6b)的上端低，且其下端穿过汽提介质分布器(4)和底部隔板(9)形成催化剂出口管(10)；设置于催化剂出口管(10)内部的汽提介质分布器(3)位于取热管的下方；取热管(8)的取热介质导入端和导出端设置于该烟气汽提器外部，其余部分位于烟气汽提器内部。该汽提器具有汽提和冷却的双重功效。
Description
技术领域
本发明属于石油烃催化转化设备，更具体地说，是一种脱除再生催化剂所夹带烟气的汽提器。
背景技术
在催化裂化装置中，随着催化剂的循环流动，会有部分烟气被再生催化剂携带到提升管反应器中。据文献报道，这部分烟气约占催化剂循环量的1～3％。这部分烟气经提升管、沉降器后，最后伴随干气进入富气压缩机，使富气压缩机的负荷增大，影响装置的处理能力及能耗，所以应该在再生催化剂进入提升管反应器之前将这部分烟气脱除。
在炼油厂催化裂化装置(FCC)中，尤其是在重油催化裂化(RFCC)中，近年来随着掺渣比不断增加，原料油越来越重，在裂化反应中的升焦量也不断增加，这些焦炭燃烧，会在再生器中产生大量的热量。由于催化裂化反再系统是热平衡操作的，即再生产生的热量要补偿原料裂化反应所吸收的热量，如果再生过程产生过剩热量，将破坏反再系统热平衡，因此必须采取措施取走一部分热量，以保证工艺操作的平稳进行。设置外取热器就是一种通用的做法，它不仅可以取走装置中的过剩热量，而且可以利用这部分热量，产生蒸汽，从而成为装置一项重要的节能措施。外取热器由于取热量大，操作灵便，工业应用十分广泛。
CN1154400A中提出采用调温脱气罐对再生催化剂进行处理，调温脱气罐所用的汽提介质为催化干气。由于其主要目的是为了改变催化剂进入反应器的温度，所以调温脱气罐内的构件为垂直取热管。此种结构无法控制气泡的长大，因而会导致气固接触变差，汽提效率不高，而且干气的竞争吸附能力不强，置换效率不够高，要达到相同的汽提后再生催化剂含烟气量，消耗的干气量较多，并且在使用过程中干气与再生烟气混在一起，干气被稀释了，无法进一步利用，经济效益不够好。
CN1311060A提出了一种带有中心脱气管的挡板式再生催化剂烟气汽提结构，该结构中心设置了一根脱气管，可以使部分已脱附的烟气提前从脱气管中排出，同时在挡板上开孔，使水蒸汽和催化剂形成逆流和错流接触，以提高其传质效率。但这种结构也存在着操作弹性差和安装不便的问题。中心脱气管为了防止催化剂进入，一般采用具有微孔结构的陶瓷介质，要达到一定的排气量，陶瓷管不仅要占很大的体积，而且需要经常反吹，操作和控制比较复杂。另外在装置安装和运行过程中，陶瓷管易破裂，必须采用其他的强化措施。
CN2455355Y提出了一种气固环流再生催化剂烟气汽提器。该结构采取一定方法使内外环中具有不同的流化表观线速，从而使内外环间流化床具有不同的密度，由此产生了催化剂内外环之间的环流流动。通过环流实现了催化剂和新鲜汽提蒸汽的多次接触，可获得较高的汽提效率，而且该型汽提器结构也比较简单，尺寸比较紧凑。
USP 5,260,034中披露了一种具有多个环形套筒的汽提器结构，在该型汽提器中，多个不同半径的环形挡板将汽提器分成体积不等的多个环形小室，其体积由内向外依次减小，在汽提器下部布置多个汽提分布器，使催化剂依次从内向外经过各个环形室，最终离开汽提器，通过这种方式实现了多级汽提。这种结构的缺点在于结构复杂，特别不适合用于催化剂循环量比较大的工况。
CN2515637Y中披露了一种具有钉头传热管的催化裂化外取热器。在该型外取热器中，钉头传热管置于圆柱形壳体之内，每一根钉头传热管为一封闭式结构，由给水管和带钉头的蒸汽套管组成，构成一个具有独立水汽回路的传热元件。钉头传热管的一端固定在封头上，另一端定位在壳体内，可自由伸缩。这种新型的外取热器不仅具有较高的传热效率，而且具有良好的耐磨性和可靠性。
USP5,209,287中介绍了类似管壳换热器型式的外取热器，其传热管较细，水和蒸汽走管程，沿管壁纵向下流，下部设有流化风将催化剂流化。这种外取热器结构紧凑，传热面积大。缺点是传热管管壁较薄，很容易被催化剂磨穿，一旦一根传热管磨穿，整台外取热器失效，而且更换十分困难。
CN1045644A中介绍了一种单元管组联箱式外取热器，它由壳体和若干传热单元管组组成，传热管的直径略大，每个单元管组包括多根传热管，由上联箱和下联箱汇集在一起，然后从上部引出壳体。这种外取热器特点是催化剂流化状态良好，每个单元管组各有阀门控制，可自行开启和关闭，一个单元管组出了故障，不影响整台取热器的使用。缺点是上联箱、下联箱之间的传热管在高温下容易发生永久性的扭曲而影响其使用寿命。
尽管在烟气汽提和催化剂冷却方面已经有很多专利技术，但具有催化剂冷却功能的催化裂化再生剂烟气汽提器尚未见报道。
发明内容
本发明的目的是提供一种兼有催化剂冷却功能的催化裂化再生剂烟气汽提器，不仅使再生剂尽可能地脱除其所夹带的烟气，而且还可以降低外取热器的取热负荷。
本发明所提供的烟气汽提器主要包括以下构件：再生催化剂导入管1、烟气汽提器筒体2、汽提介质分布器3和4、再生斜管5、直径不同的内套筒6a和6b、汽提介质导出管7、取热管8、底部隔板9和催化剂出口管10；其中，再生催化剂导入管1和汽提介质导出管7分别设置于该烟气汽提器的上部，而再生斜管5设置于该烟气汽提器的底部；汽提器底部隔板9与汽提器筒体及催化剂出口管10固定连接；汽提介质分布器4位于底部隔板9的上方，内套筒6b设置于汽提介质分布器4的上方，而设置于内套筒6b内部的内套筒6a的上端较内套筒6b的上端低，且其下端穿过汽提介质分布器4和底部隔板9形成催化剂出口管10；设置于催化剂出口管10内部的汽提介质分布器3位于取热管的下方；取热管8的取热介质导入端和导出端设置于该烟气汽提器外部，其余部分位于烟气汽提器内部。
与现有技术相比，本发明的有益效果主要体现在以下方面：
1.FCC装置采用本发明所述的催化剂冷却功能的催化裂化再生剂烟气汽提器，不仅可解决再生剂夹带烟气的问题，而且由于本发明具有催化剂冷却的功能，因此可在一定程度上降低外取热器的取热负荷。
2.利用本发明所提供的具有催化剂冷却功能的再生剂汽提器、通过合理的工艺计算，在FCC反再系统的设计过程中可以取消常规的外取热器，替代以本发明所提供的汽提器，使该汽提器同时达到汽提再生剂和取出过剩热量的双重作用。
3.本发明通过采用直径不同的两个内套筒，使催化剂在汽提器内迂回流动，从而实现了水蒸汽和催化剂的多次接触，起到了多段汽提的作用，大大提高了汽提效率；同时，在催化剂的迂回流动中也实现了与取热管中流动的取热介质的热交换，使取热管内流动的水变成水蒸汽。
4.在FCC过程中，采用本发明可降低再生剂汽提器的操作温度，避免催化剂在高温下的水热失活。
5.本发明所提供设备烟气汽提效果好，且取热灵活、操作可靠。
附图说明
图1是本发明所提供烟气汽提器的结构示意图。
图2为图1所示汽提器沿A-A向的剖面图。
图3是本发明所述取热管的结构示意图。
图4是CN2515637Y所披露的钉头取热管的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图进一步说明本发明所提供的再生剂烟气汽提器，但本发明并不因此而受到任何限制。
如图1所示，与再生器相连的再生催化剂导入管1位于该汽提器的上部，并与汽提器的筒体2固定连接。汽提介质导出管7也位于该汽提器的上部，并与汽提器的筒体2固定连接。再生催化剂导入管1和汽提介质导出管7最好位于该汽提器的上部两侧。
再生斜管5位于该烟气汽提器的底部，它与烟气汽提器固定连接并相连通，使汽提后的催化剂得以通过该再生斜管输送至反应部分循环使用。
汽提器的底部设置隔板9，该底部隔板与汽提器筒体及催化剂出口管10固定连接，使烟气汽提器内完成汽提和换热过程的催化剂只能通过催化剂出口管10输出，然后经再生斜管5输送至反应部分循环使用。
汽提介质分布器4位于底部隔板9的上方，该汽提介质分布器不可直接设置在底部隔板上，需按照通常的设计要求留有一定的用于安装和检修的空间。内套筒6b设置于汽提介质分布器4的上方，其下端至汽提介质分布器4上端面的垂直距离建议不小于5厘米，优选不小于10厘米。而设置于内套筒6b内部的内套筒6a的上端较内套筒6b的上端低。设置于汽提器内部的内套筒6b和内套筒6a，二者上端的高度差最好不小于10厘米，优选不小于20厘米。内套筒6b和内套筒6a的高度应与该汽提器内催化剂床层的高度相当。内套筒6b和内套筒6a最好同轴设置，且内套筒6b和内套筒6a最好设计为圆形筒体，但其它形状的筒体，例如，六边形、八边形或十二边形的筒体等，也可以达到本发明所述的效果。内套筒6a的下端穿过汽提介质分布器4和底部隔板9后，即为催化剂出口管10。汽提介质分布器3设置于催化剂出口管10内部，但位于设置于内套筒6a内部的取热管的下方。
本发明通过在汽提器内设置上述内套筒6a和6b将汽提器内的有效汽提空间划分为如图1和图2所示的I、II和III三个区，使进入汽提器内的催化剂依次流经这三个区。具体的催化剂流动方式参见该烟气汽提器工作流程部分。本发明所述有效汽提空间是指烟气汽提器内位于底部隔板以上的催化剂床层所占有的汽提空间。
图2是图1所示汽提器的A-A向剖面图，其中，所示取热管8垂直且均匀地设置于汽提器中。内套筒6a和6b将该汽提器划分为如图所示的I、II和III三个区。对于所述三个区的有效横截面积之比，本发明优选I∶II∶III＝0.3-3∶0.3-3∶1，进一步优选I∶II∶III＝0.4-2.5∶0.4-2.5∶1。
本发明所述取热管8的取热介质导入和导出端设置于该烟气汽提器顶部，而取热管的其余部分位于烟气汽提器内部。所述取热管优选垂直且均匀地设置于汽提器中。取热管的数量可以是一根，也可以是多根，例如，3-40根，需根据装置的催化剂流量、取热负荷以及可利用的空间的大小等因素来确定。所述取热管最好形成独立的取热介质循环回路；取热管可以采用如图3所示的结构，也可以采用其它改进型的取热管，如CN2515637Y中所披露的钉头取热管，参见图4。
其中，图3所示为一种可形成独立的取热介质循环回路的取热管示意图，液态的取热介质经入口管1a进入，沿取热管的环形通道3a向下流动，在流动的过程中通过管壁间接地吸收汽提器内的高温再生催化剂所携带的热量，并逐渐由液态转变为气态。流动至取热管底部的取热介质改变流动方向，通过设置于取热管内部的中心管4a向上流动，最后经出口管2a引出。
图4为CN2515637Y中所披露的钉头取热管，其与图3的不同之处在于：取热管外侧固定了许多钉头状的强化换热元件5a，以增大传热面积、提高传热效率。
本发明所提供的烟气汽提器的工作流程如下：经导入管1进入该汽提器中的再生催化剂自上而下地流动，首先进入如图所示的I区。汽提介质经汽提介质分布器3和4尽可能均匀地分布于该汽提器内，催化剂在流动的过程中与汽提介质，如蒸汽或干气充分接触。流动至汽提器底部的催化剂在汽提介质和底部隔板的共同作用下改变流动方向，转而向上流动、进入II区。催化剂在II区内自下而上地流动，至II区顶部，经内筒体6a上端溢流进入III区。进入III区的催化剂在重力和来自汽提介质分布器3的汽提介质的共同作用下转而向下流动，并最终通过催化剂出口管10和再生斜管5排出。
催化剂在上述迂回流动的过程中，与设置于汽提器内的取热器8接触，使催化剂所携带的热量通过取热管的管壁传送给取热管内流动的取热介质。取热介质，例如，水，最好是经过必要处理的软化水，经取热管8的取热介质入口注入取热管中，通过取热管的管壁吸收该汽提器中的热量，使取热介质由液态转变为气态；气态的取热介质由取热管的顶部取热介质出口引出。本发明所述的每一个取热管最好形成单独的控制回路，以便当其中一个取热管出现故障时不影响其它取热管的工作。
通过使再生催化剂按照上述方式迂回流动，并在流动过程中与汽提介质充分接触，将再生催化剂所夹带的烟气尽可能地脱除。汽提介质及所汽提出的再生烟气在该汽提器的顶部汇集，并通过汽提介质导出管7引出。
在本发明所述汽提器中，当采用蒸汽作为汽提介质时，其汽提蒸汽的消耗量优选1-10kg/吨催化剂；汽提线速优选0.05-0.5m/s；该汽提器中催化剂质量流率优选10-120kg.(m2.s)-1，其催化剂平均停留时间优选0.2-4min。
下面的实施例将对本发明所提供的方法予以进一步的说明，但本发明并不因此而受到任何限制。
实施例
该实施例说明：在FCC装置上采用本发明所述烟气汽提器后所带来的有益效果。
在处理能力为100×104吨/年的重油催化裂化装置进行改造，增设本发明所述烟气汽提器。该烟气汽提器直径为2400mm，高5650mm。该汽提器的结构如图1所示，其中，I、II和III三个区的有效横截面积之比1.5∶2∶1，内套筒6b的下端至汽提介质分布器4上端面的垂直距离10厘米，内套筒6b和内套筒6a，二者上端的高度差为20厘米。该汽提器中共设置钉头取热管20根，取热管长度5.1m，单管传热面积为5.6m2，总传热面积为112m2，热负荷为1.56×107W。采用蒸汽作为汽提介质，汽提蒸汽的线速0.2m/s。经过工业应用试验，再生器密相床层温度由705℃下降到698℃，而干气中非烃气体含量从原来的18％降低到1.68％。
Claims (10)
1、一种再生催化剂烟气汽提器，其特征在于该烟气汽提器主要包括以下构件：再生催化剂导入管(1)、烟气汽提器筒体(2)、第一汽提介质分布器(3)和第二汽提介质分布器(4)、再生斜管(5)、直径不同的第一内套筒(6a)和第二内套筒(6b)、汽提介质导出管(7)、取热管(8)、底部隔板(9)和催化剂出口管(10)；其中，再生催化剂导入管(1)和汽提介质导出管(7)分别设置于该烟气汽提器的上部，而再生斜管(5)设置于该烟气汽提器的底部；汽提器底部隔板(9)与汽提器筒体及催化剂出口管(10)固定连接；第二汽提介质分布器(4)位于底部隔板(9)的上方，第二内套筒(6b)设置于第二汽提介质分布器(4)的上方，而设置于第二内套筒(6b)内部的第一内套筒(6a)的上端较第二内套筒(6b)的上端低，且其下端穿过第二汽提介质分布器(4)和底部隔板(9)形成催化剂出口管(10)；设置于催化剂出口管(10)内部的第一汽提介质分布器(3)位于取热管的下方；取热管(8)的取热介质导入端和导出端设置于该烟气汽提器外部，其余部分位于烟气汽提器内部。
2、按照权利要求1的烟气汽提器，其特征在于所述再生催化剂导入管(1)和汽提介质导出管(7)位于该汽提器的上部两侧。
3、按照权利要求1的烟气汽提器，其特征在于所述第二内套筒(6b)的下端至第二汽提介质分布器(4)上端面的垂直距离不小于5厘米。
4、按照权利要求1的烟气汽提器，其特征在于所述第二内套筒(6b)和第一内套筒(6a)二者上端的高度差不小于10厘米。
5、按照权利要求1的烟气汽提器，其特征在于所述第二内套筒(6b)和第一内套筒(6a)同轴设置，且它们均为圆形筒体。
6、按照权利要求1的烟气汽提器，其特征在于所述汽提器中设置3-40根取热管，所述取热管垂直且均匀地分布于汽提器中。
7、按照权利要求6的烟气汽提器，其特征在于所述取热管为钉头取热管。
8、按照权利要求1的烟气汽提器，其特征在于所述第一内套筒(6a)和第二内套筒(6b)将该汽提器内的有效汽提空间划分为I、II和III三个区，且所述三个区的有效横截面积之比为I∶II∶III＝0.3-3∶0.3-3∶1。
9、按照权利要求8的烟气汽提器，其特征在于所述三个区的有效横截面积之比为I∶II∶III＝0.4-2.5∶0.4-2.5∶1。
10、按照权利要求1的烟气汽提器，其特征在于所述取热管为各自具有单独循环回路的取热管。
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| US5260034A (en) * | 1992-04-24 | 1993-11-09 | Shell Oil Company | Stage catalyst concentric annular stripper |
| CN2455355Y (zh) * | 2000-11-10 | 2001-10-24 | 石油大学(北京) | 一种高效再生催化剂汽提设备 |
| CN2515637Y (zh) * | 2001-11-28 | 2002-10-09 | 中国石化工程建设公司 | 一种外取热器 |
-
2004
- 2004-10-22 CN CNB2004100838903A patent/CN100337735C/zh not_active Expired - Lifetime
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| CN1762567A (zh) | 2006-04-26 |
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