CN1007784B - 流化颗粒再生和冷却同时进行的方法和装置 - Google Patents

Abstract

一种可燃物呈流化固体颗粒和控制生成热流化固体颗粒冷却(如FCC石油炼制中的催化剂)的同时燃烧之方法和设备。颗粒从第一密相流化床流向冷却室，在立式管壳换热器的壳程与管程循环的冷却介质进行冷却。冷却程度由换热器中的管子和颗粒间传热系数的改变来控制。该系数随送入换热器中流化床层的流化气量而变化。换热器处于冷却室的下部，完全低于颗粒进出口导管。因此维修时能移出换热器并由埋在未流化相当冷的催化剂从而保护它。流化气在下部燃烧区内保障燃烧作用。

Description

本发明所属的技术领域涉及与可燃物质燃烧有关的流化颗粒的冷却或从颗粒固体中除去可被除去的物质，颗粒固体为流化催化剂等，其上受沉积了焦炭等可燃烧或可除去物的沾污。

本发明对于被焦炭污染的流体裂化催化剂再生并同时使再生颗粒冷却的工艺过程最为有用，但本发明对于从可流态化的固体颗粒上烧去可燃物质或解吸掉可解吸物质，并且需要使生成的颗粒得到受控冷却的任何工艺过程都会是有用的。

流体催化裂化工艺过程（以下简称FCC）广泛地用于把诸如减压瓦斯油和其它比较重的油类原料转化成比较轻的和更有价值的产品。在FCC工艺中包含有烃类原料与粉碎得很细的或颗粒状的固体催化剂在反应区中相接触、当这种催化剂与气体或蒸汽混合时，其行为就象流体一样。这种催化剂物料具有促进裂化反应的能力，并在发生催化反应时，催化剂表面被裂化反应的副产物焦炭所覆盖。这种焦炭是由氢、碳和其它诸如硫等物质组成的。并且这种焦炭会影响FCC催化剂的催化活性。用于从FCC催化剂上除去焦炭的设备称为再生设备或再生器，通常都是装设在FCC装置之内。在再生器中，受焦炭污染的催化剂与含氧气体在一定条件下相接触以致焦炭被氧化，同时释放出相当大的热量。这种热量的一部分由过量再生用气和焦炭氧化的气体产物组成的废气带出再生器，其余的热量则留在装有经过再生的、即相对说来设有焦炭的催化剂再生器中。在高于大气压下操作的再生器， 通常装有回收能量的透平机。由再生器排出的废气在透平机中进行膨胀，膨胀时释放出的能量部分得到回收。

流化的催化剂从反应区到再生区，然后又到反应区，连续不断地进行循环。这种流化的催化剂，在提供催化作用的同时，也用作由一个区到另一个区进行传热的载热体。从反应区排出来的催化剂称为“失活催化剂”，也就是说，这些催化剂上面沉积有焦炭而部分地失去了活性。脱除了大部分焦炭的催化剂则称为“再生催化剂”。

在反应区中原料的转化率是由反应区中温度的调节、催化剂的活性和催化剂用量（即催化剂与油料的比率）来控制的。最常用的温度调节方法是调节催化剂由再生区到反应区的循环量同时加大催化剂与油料的比率。这也就是说，如果希望增加转化率，则可由增加从再生器到反应器的循环催化剂流量来达到。由于在正常操作条件下再生区中的温度要比反应区中的温度高得相当多，所以催化剂由较热的再生区到较冷的反应区的流量增加就会引起反应区温度增高。

FCC装置进料的化学性质和分子结构将会影响在失活催化剂上焦炭的含量。一般来说，分子量越高，康拉逊残碳值越高，庚烷不溶物越高以及碳氢比越高，则在失活催化剂上焦炭的含量也越高。同时，结合氮的含量高时，例如在用页岩得到油类时发现的情况那样，也会增加在失活催化剂上焦炭的含量。加工越来越重质的原料油，特别是加工脱沥青油类或直接加工来自原油蒸馏装置中的常压蒸馏残油（通常称为拔顶油）都会使上述几个因素中的全部或部分因素增高，因而会使在失活催化剂上的焦炭含量增加。

失活催化剂上焦炭的增加导致每一磅循环催化剂有较多数量的焦炭在再生器中烧掉。在常规的FCC装置中，热量是由废气流和主要由 热再生催化剂流带出再生器。在失活催化剂上焦炭含量的增加将会使反应器和再生器之间的温度差增加，并且增加再生催化剂的温度。因此这时为了保持相同的反应器温度，就需要减少催化剂的循环量。但是由于反应器与再生器之间较高的温度差而要求的这种较低的催化剂循环量将导致转化率的下降，从而为了使转化率维持在所希望的水平上，就必须在较高的反应器温度下进行操作。而这样做又将使产品结构发生改变。这种改变可能是希望的，也可能是不希望的，这取决于由这一工艺过程所要求得到的产品是什么。同时，FCC催化剂所能容忍的、不致对催化剂活性发生重大有害影响的温度也是有极限的。一般来说，采用通常可买到的新式FCC催化剂时，再生催化剂的温度一般都维持在1400°F（760℃）以下，因为在靠近1400°F（760℃）时其活性将会严重下降。

如果常规FCC装置的原料采用普通的拔顶油，例如从轻质阿拉伯原油得到的拔顶油，并且在轻质产品高转化率所要求的温度下，即在类似于粗柴油装料的温度下操作的话，则再生器将要在1500至1800°F（816至982℃）的温度下操作。对于这种催化剂来说，这一温度是过高的，这一温度也将需要很昂贵的结构材料和非常低的催化剂循环量。因此，当加工那些能产生过高的再生器温度的物料时，必须要有某种手段来从再生器移走热量，使得能有较低的再生器温度和在反应器与再生器之间能有较低的温度差。

一种移走热量的普通现有技术是在再生器内装设充满冷却剂的蛇管，这些蛇管与正在脱除焦炭的催化剂相接触。例如，麦德林（Medlin）等人的美国专利第2，819，915号、麦金内（Mckinney）的美国专利第3，990，992号以及维克尔斯（Vickers）的美国专利第 4，219，442号公开了采用带有安装在第二区中的冷却蛇管的双区再生器的流态化催化裂化工艺过程。因为这些蛇管的常用金属材料如果没有冷却剂来维持相对较冷而暴露在高的再生器温度（高达1350°F或732℃）中就会发生损坏，所以这些冷却蛇管必须经常充满着冷却剂，因而即使是在特别不希望移走热量的开工阶段，这些冷却蛇管也要从再生器移走热量。第二再生区也是为了在从系统中排出废气之前把催化剂分离出来，并可能含有密相催化剂（麦德林等人的专利和维克尔斯的专利），或含有稀相催化剂（麦金内的专利）。流过蛇管的冷却剂从再生器吸收热量，并从再生器移走这些热量。

这种现有技术也充满了FCC工艺的公开专利，这些工艺采用密相或稀相的再生流化催化剂热移出区或采用在再生器容器外部的远程换热器来冷却热的再生催化剂，催化剂再返回再生器使用。这些公开专利是在哈珀（Harper）的美国专利第2，970，117号、欧文斯（Owens）的美国专利第2，873，175号、麦金内（McKinney）的美国专利第2，862，798号、沃森（Watson）等人的美国专利第2，596，748号、杰尼（Jahnig）等人的美国专利第2，515，156号、伯杰（Berger）的美国专利第2，492，948号、沃森（Watson）的美国专利第2，506，123号和赫庭格尔（Hettinger）等人的美国专利第4，434，044号中公布的。至少上述美国专利之一（哈珀）公开了冷却催化剂返回再生器的流量可由再生器（密催化剂相）温度来控制。同时，注意到在杰尼等人的说明书中谈到催化剂的流态化是用空气通过冷却器进行的这一点是适当的。这些空气接着进入再生区。在伯杰的说明书中谈到催化剂的流态化也是用通到催化剂再生区的空气进行的。

在上述各种包含再生器热量移走技术的FCC工艺中的一个需要考虑的重要问题，是控制移走热量的方法。例如，在前面引用的维克尔斯的美国专利第4，219，442号中，这种方法包括控制冷却蛇管在密相再生催化剂流化床层中浸没程度的技术。在前面引用过的哈珀的美国专利第2，970，117号和赫庭格尔等人的美国专利第4，434，044号中，这种方法包括调节通过外部冷却器的再生催化剂流量的技术。上述第一种移走热量方法的缺点已在前面讨论过，即冷却蛇管对装置开车和催化剂分离的干扰问题。上述第二种移走热量的方法，即采用外部冷却器并改变催化剂通过冷却器的循环速率作为控制换热器热负荷的唯一手段的方法，牵涉到连续而显著地改变再生器中催化剂的装载量，但难于或不可能维持方便的稳态操作。

熟悉化学工程技术的人都知道，对流化系统而言，换热器表面的传热系数随横向流过这一表面的质量速度而改变。例如，可参看论文“流化床的传热：普遍化的密相关联方法”;A.I.Ch.E.Journal;1956，12月，第2卷，第4期，第482页至488页。在美国专利第4，364，849号中，维克尔斯等人对这一原理作了很好的应用，这一专利用实施例说明了一个“返混”催化剂冷却区。在洛马斯（Lomas）的美国专利第4，396，531号、维克尔斯的美国专利第4，425，301号和洛马斯等人的美国专利第4，434，245号中都采用流态化气体来控制“穿流”催化剂冷却区的传热。在这些专利说明书中谈到包括管壳式换热器在内的外部催化剂颗粒冷却器的热负荷是由控制进入冷却器的流化气体的流速和通过冷却器的热催化剂颗粒量来控制的。

本发明使得流态化颗粒冷却器的操作效率和操作弹性能够达到更 高的程度，特别是对装有远程冷却器的FCC再生器是这样，但与FCC工艺的现有技术不同，本发明不仅以基于包含传热系数与质量速度关系的原理的方式利用换热器来控制冷却速率，而且还使进一步利用流化气体成为可能。特别是，将用作流化气体的空气导入较低的燃烧区，以用于燃烧焦炭。

本发明的根本目标是提供一种装置，它不仅能通过控制流化气体和颗粒的流速来控制颗粒冷却器的热负荷，而且达到接着利用流化气体的目的。本发明的进一步目标是提供一种冷却FCC催化剂的设备，如在开工期间不需要这种冷却设备时，可以将其暂时与装置隔开而不至损坏换热管系。

在本发明中，换热蛇管安装在位置低于冷却区催化剂出口的催化剂冷却室的下部。因此，换热蛇管可通过切断流化气体的流动，使之被停滞不动的催化剂所覆盖。

因此，在本发明的一个实施方案中，本发明为燃烧存在于流化固体颗粒上的可燃物质的一种方法，该方法包括下列步骤：把第一股含氧燃烧气和所述流态化固体颗粒流导入温度维持在足以使所述可燃物质氧化的燃烧区中，并在该处氧化所述可燃物质以生成热的流化固体颗粒;利用流态化作用将固体颗粒由燃烧区向上送入位于燃烧区上方的第二区中，并在位于所述的第二区的底部的颗粒收集段内集聚密相床的热固体颗粒;通过一颗粒流动控制装置和一铅垂方向的第一颗粒输送导管，将一股固体颗粒流由所述的颗粒集中段向下输送至一返混颗粒冷却室的上端;采用整个放置在颗粒冷却室下部的换热器，来冷却位于颗粒冷却室下部的返混密相流态化颗粒床层中的颗粒;通过控制第二股含氧燃烧气流的向上流动，以一种受控方式，使所述的密相流 化颗粒床发生流化;将第二股燃烧气流从冷却室通过在换热器上方某处与冷却室连通的第二颗粒输送导管，送入燃烧区。

在另一个实施方案中，本发明为燃烧存在于流态化固体颗粒上的可燃物质的一种装置，该装置包括下列部分：一个立式燃烧室;一个紧接在所述燃烧室上方而且与之连通的分离室，在该分离室底部有一热流化颗粒集中段;一个至少包围着一台立式换热器的立式冷却室，该冷却室紧靠在燃烧室的下部，冷却室具有一个上部颗粒进口和一个下部颗粒出口，整个换热器位于颗粒出口之下;一个连接分离室的热颗粒收集段与冷却室颗粒进口的热颗粒垂直导管，以使热颗粒能由分离室向下流至冷却室;一个装在热颗粒导管内的颗粒流量限制器;一个自由通道，使冷却室颗粒出口与燃烧室连接、并为冷却颗粒和流化的燃烧气从换热器流至燃烧室提供了手段;一个连接于冷却室底部的流化用燃烧气进口导管，为流化气体通至换热器的管际空间提供了手段，并在冷却室内维持流态化催化剂床层;还有一个装在流态化用气进口导管上的流量控制阀。

图1为属于本发明的一个实施方案的FCC再生装置的立面示意图，图中示出了燃烧区1、分离区2和立式冷却区3。上述示意图是为了示意地说明本发明，而不是对本发明的限制。

图2为FCC再生装置的一个立面图，除了冷却区3不是象图1中那样立式布置而是卧式布置之外，其余结构都与图1相同。

本发明在工艺方面是由用于冷却流化颗粒固体的若干步骤组成。本发明的一个重要应用，将是用在从含有可燃物质的流化固体颗粒上烧掉可燃物质的工艺上，这一应用包括把含氧燃烧气和流态化固体颗粒导入温度维持在足以氧化可燃物质的燃烧区这一步骤。可燃物质在 燃烧区中将被氧化，而生成由本发明工艺进行冷却的热流化固体颗粒。燃烧区的操作可以使得颗粒以稀相存在，并使得热颗粒可输送至一分离区，在该分离区中热颗粒被收集并作为第一床层维持在那里，或者燃烧区也可以在颗粒成密相的状态下进行操作，并在燃烧区本身之内组成第一床层。

本发明的一个特别重要的实施方案，将包括下列步骤：使来自反应区、受焦炭污染的催化剂，在燃烧区内进行再生性燃烧，以形成热的废气和热的再生催化剂;分离和收集热的再生催化剂;使热的催化剂返混和连续循环、或使热的催化剂通过除热区亦即冷却区的办法，来冷却热的再生催化剂;以及使用至少是一部分冷却再生催化剂来控制燃烧区温度。正在再生的催化剂可应用于常规的FCC工艺过程中。但是，本发明除了处理对FCC工艺过程的常规装料之外，还在处理高沸点范围的残余燃料油的工艺中找到了特殊的用途。下面将采用RCC这一术语来描述常规FCC技术的这一发展。在这里采用的诸如“热再生催化剂”或“热颗粒”等术语指的是接近于离开燃烧区催化剂的正常温度，〔大约为1300至1450°F（704至788℃）〕的催化剂或颗粒。而相应的术语“冷再生催化剂”或“冷颗粒”等所指的颗粒，其温度为颗粒离开冷却区时所要求的温度，这一温度要比热再生催化剂的温度大约低50至200°F（28至111℃）。因此，冷再生催化剂可能的温度是从大约1100至1400°F（593至760℃）。

下面参考附图1来讨论属于本发明的再生工艺过程实施方案和有关设备的实施例。空气或它种含氧气体的再生用气（燃烧气）的主气流进入管道7，并与进入导管8的受焦炭污染的催化剂相混合。虽然 这两股流能够各自流入燃烧区1，但在图中这两股流是画成在混合导管11中一起流动的。受焦炭污染的催化剂和再生用气的混合物通过导管11和分布器13分布到燃烧区1内部的下部。受焦炭污染的催化剂通常含有大约0.1%至5%（重量）焦炭形式的碳。焦炭主要含碳，但是它也可含有大约5%至15%（重量）的氢以及硫和其它物质。再生用气和进入的催化剂以稀相从燃烧区1的下部向上流至其上部。在此处采用的“稀相”这一术语意味着催化剂/气体混合物低于30磅/英尺³（480公斤/米³），而“密相”意味着这种混合物等于或大于30磅/英尺³（480公斤/米³）。稀相条件经常是由大约2至10磅/英尺³（32至160公斤/米³）的催化剂/气体混合物组成。当催化剂/气体混合物在燃烧区1内上升时，焦炭燃烧被释放出来并被现在是相对地不含碳的催化剂，亦即由再生催化剂吸收。

上升的催化剂/气体流流经通道10并撞击在表面12上。这种撞击改变了这股流体的流动方向。在这一技术中，众所周知的是流态化颗粒流撞击某一表面而使流动转过某一角度时，能引起其中部分固体物质从颗粒流中分离出来。催化剂/气体流在表面12上的撞击会使几乎全部从燃烧区流入的热的再生催化剂从废气中分离出来并降落到分离区2的底部，分离区2包括一个流态化颗粒收集段的热颗粒集中室。分离区中的催化剂集中区域可以是象图中所示的那样，为一锥形环状接受器，也可以是适合于收集催化剂颗粒的任何其它形状。焦炭氧化的气态产品和过量的再生用气，即废气，以及热的再生催化剂的非常细小的未收集下来的部分都向上流经分离区2并经由进口14进入分离装置15。热的再生催化剂则通过导管33返回FCC反应器。

这些分离装置可以是象图中示意地表示的，为旋风分离器，也可以是任何其它种从气流中分离催化剂的有效装置。由废气中分离出的催化剂通过导管16和17降落至分离区2的底部。废气通过导管18排出分离区2。通过导管18可将废气导入辅助的能量回收系统。将气体/催化剂混合物向上流入一个相对地为密相的热量移出区的方案与前述方案比较，把分离区连接在燃烧区上方是有利的，在这种布置方案中，再生器旋风分离器的负荷有相当大的降低，这在实际上可消除在操作失误时FCC装置中催化剂大量损失的现象。

进一步参照图1，在本发明的一个实施方案中，作为第一密相流态化床层收集在分离区中的一部分催化剂，以密相的形式通过热催化剂循环导管4向下进入包含着许多铅垂换热管42的冷却区3。冷却区，或冷却室3是立式的，催化剂流入该室的下部，而换热介质经由管线9和9′通过换热管。优先选用的换热介质是水，当水通过换热管时，至少一部分水会由液相变为气相。换热器中的管束最好是“插入式”结构，在这种结构中，管束的一端是自由的，因而可使由于换热器部件在接触很高的再生催化剂温度和从该高温冷却下来时发生膨胀和收缩而引起的问题达到最小。发生的传热是由催化剂经管壁传到传热介质。

第二股较小的流化用燃烧气流，最好是空气，经由管线27通入冷却区3的底部，因而在冷却室内维持一个密相流态化催化剂冷却床层。控制阀20装在管线27上。导管4上的控制阀24调节通过导管4向下流入冷却区3的催化剂流量。一个辅助控制系统将包括下列装置：装置21，检测燃烧区1中某部位（例如图中所示的上部）的温度;温度控制装置22，它具有一个可调整的设定点，该设定点与 温度检测装置21相连，而且产生输出信号;装置23和23′是用来把输出信号分别发送到控制阀20和控制阀24去，从而使这些阀对燃烧区1上部的温度作出调整响应。温度控制装置22可以和模拟计算机或数字计算机结合起来，将有能力来选择流化用气流量与催化剂流量的最佳组合。对给定的系统而言，这种能力可以由熟悉工艺的人员建立或写成程序放入装置22中，而且也许可能根据由观察到的系统操作情况导出的经验关系来得到这种能力。

流化用气流入冷却区3的流量以及催化剂通过导管4和冷却区3的流量因而将得到调节。这样就通过影响床层的湍动程度和质量流量来调节换热管外表面周围流态化床层的质量速度。这样一来又调节了通过换热器表面的传热系数，从而调节了传热量。在冷却区3的流态化床层中产生的湍动程度和返混程度将保证来自导管4的热催化剂将不会发生“短路”通过冷却室3最上部和不经冷却就进入燃烧室1等情况。在冷却区内可以采用挡板来保证适当的初始混合。冷却过的催化剂将由冷却区3经由换热催化剂卸料导管5水平地流入燃烧室1的下部。用于使在冷却器中颗粒流化的燃烧气将象冷却催化剂一样经由同一导管横向流入燃烧区。

图1中示出了换热器3以及换热器3与分离区2和燃烧区1的连接方式优选实施方案的详情。换热器3的管际空间填满了密相流态化催化剂床层。催化剂由在收集室2底部的催化剂收集段流入导管4的入口，并经由导管4通过控制阀24流入换热器3。由于控制阀24将有效地拦阻催化剂和流化用气混合物沿导管4向上溢出，所以这一混合物将通过导管5排出换热器3。

本发明的一个重要特征是：在换热器3中使用的流化燃烧气将经 由导管5离开换热器3，进入燃烧区1。在燃烧区1中，这一气体将作为燃烧用气的附加来源。这是与前面谈到过的各专利截然不同的。在那些专利中，因为冷却区流化用气是送入分离区，所以在某种意义上这些气体是浪费了的，因为这样一来这些流化用气就不能用来再生燃烧区的催化剂。进入分离区的氧气还能在分离区内帮助燃烧。但是在正常条件下，并不希望在分离区内进行焦炭的燃烧。

在冷却室3中画出的管束，是属于插入式结构。在这种结构中，换热管42固定在换热器的底上，也即其“头”上，但不在其它任何位置固定。插入式管束中常用的管子形状为1英寸（2.54厘米）的管子，每根管子从进口管箱40处向上伸入到换热器壳体中，在一根端部封死的3英寸（7.62厘米）直径的套管内部。每根较细的管子插入较粗的管子中，使细管正好低于粗管封死的管端。某种液体，例如水，将送入细管中并将流入粗管，且当它向下流过粗管的环形空间时，就通过粗管管壁从热催化剂吸收热量，最后至少部分地汽化，而从换热器头部的出口管箱41排出换热器。图中所示的铅垂换热管也能用具有各种斜度的管子来代替。例如，象图2所示，换热管可以是水平的，也可以对水平成45°的倾角。

一个重要的结构特征，是本发明的冷却蛇管整个地装在冷却室内的下部，并且正好低于冷却颗粒的导出管与冷却室的连接点。这个连接点把冷却室分成上部和下部两部分。仅仅作为一个实施例，在图1的实施方案中，换热管上端至少应低于通向燃烧区的卸料导管大约2至3英尺（0.61至0.91米）。这是本发明的一个重要特性，因为这样做就使换热管能完全地被密集沉积的催化剂颗粒层覆盖住。这也就是说，通过终止或大大地减少进入冷却室底部的流化用气的流量， 可允许颗粒沉积在冷却室底部。这将导致有非流化的、不循环的催化剂处于冷却室底部并覆盖住冷却蛇管。因此冷却蛇管是与进入到冷却室上部的热催化剂颗粒隔开的。本发明的换热器管子因而得以保持足够低的温度，以防止它们在没有冷却剂流过这些管子时由于过热而发生损坏。因此在运转时可以不用换热器，不会使换热管遭受严重损坏。这在开工或处理含焦炭很少的物料，不需要用换热管时，很有用。在换热管被停滞的颗粒覆盖着时，也保护了换热管不受循环颗粒的磨损。本发明的这种用法，并不排斥在整个装置内部的其它位置上采用附加的换热蛇管。例如，其它先有技术的冷却蛇管可以装设在热催化剂循环导管内、燃烧室内或冷却室内的较高处。

图2示出了本发明的一种应用，在此应用中采用了结构经过修改的装置。图2中采用的部件，除了换热管束是卧式而不是如图1所示立式的外，其余均与图1中的相同。图2中也尽量采用与图1中相同的数字来标号。为了区别图1和图2中不同方位的相同设备，图2中的数字标号将在右上角加上“撇”号以资区别。图2与图1不同处还在于图1中所示的附加浸入管45，在图2的设备中则不存在。因此，在图2的设备中，从高位分离区流入低位燃烧区的全部催化剂必须通过热催化剂循环导管4。

现在专门对照图2来看，可以看到，除了未装浸入管45之外，燃烧区1和分离区2都与图1中所示的完全相同。热催化剂循环导管4和控制系统也都与图1中所示的完全相同。因此，图2中设备所有操作与图1中设备的操作是类似的，失活催化剂通过管线8进入，而与来自管线7的空气形成混合物，失活催化剂上的焦炭在燃烧室内燃烧，催化剂和生成的废气向上进入分离区2。再生催化剂则通过管线 33排出。

在这种实施方案中，通常都希望有一些催化剂通过导管4向下流入燃烧区。这是为了对燃烧区提供热催化剂，以保证在该区中有适当的温度。在前一种实施方案中，一些热催化剂可通过浸入管45进行流动。而在图2中，流到区1中的所有热催化剂的流速由阀24控制。热催化剂降入冷却区亦即室3中，室3被通向再生区的水平附件30部分地包围着。供给管线9′的冷却水进入水进口管箱40′并分配到各换热管42′中。冷却水通过这些插入式换热管的内管，而从中心管的开口端排出，并在换热管的外环形空间中转化为蒸汽。接着，蒸汽收集在管箱41′中，并通过管29′从本工艺过程中排出。换热管中生成的蒸汽，就从冷却室中流通的热催化剂中取走了热量。因此，由冷却室30经垂直挡板31上部溢流进入燃烧区的催化剂已得到冷却，并比由导管4降下的热催化剂的温度低。

冷却区的热量移出速率是由进入冷却区的流态化用气的流量来控制的。这是对调节流过循环导管4的热催化剂流量所可提供的控制的一种补充控制手段。空气是优选的流化气体，空气通过管线27′进入冷却区，其流量由阀20′控制。然后，空气经过三个导管25、26和27′分配在水平换热管42′下方的多个位置处。流化气体可用多种方式分布到在换热管下方的多个位置处。例如，流化气体可通过多于三个独立的导管引入冷却区，而每个导管又具有为此目的安装的四个或更多导管。另一种方法可通过与换热管下方的分布装置相连的单根导管，将流化气体送入冷却区。在本实施方案中，流化气体接着则将流入装在冷却区内的一个单层气体分布格栅或管子复合结构，并由格栅上的许多小孔中流出。也可设想对各个不同的流化气体入口 导管，分别提供流量控制装置，以使流过保持在冷却室内的密相催化剂床层的流化气体的流动，和由于流化而引起的催化剂混合作用，都进一步达到最佳化。催化剂的流态化作用使催化剂在换热管间循环。流态化作用也使冷却的催化剂与通过循环导管下来的热催化剂混合起来。下降催化剂料流的卸下也将使催化剂混合。

图2中的热催化剂循环导管4的底部是朝燃烧室倾斜的。这是为了把下降的催化剂导向位于档板31上方的溢流处即通道处，以使催化剂不会堵塞导管4与燃烧区之间的催化剂流道。必须注意使催化剂进入冷却区的入口位置与催化剂进入燃烧室的位置之间的距离不超过根据冷却区内未流化的催化剂的静止角决定的距离。

在不需要使用间接换热管42′从催化剂再生区移出热量的期间，就切断流态化用气的流动。这样就能使催化剂颗粒积聚在冷却区（室）下部之内。沉积的颗粒覆盖着换热管，从而保护了换热管，并使换热管不接触热催化剂。流过换热管的水流还可以继续流动，但在冷却区进行的热量移除将大大减少，因为换热管本身将由基本上是静止的催化剂床层所包围。因此，尽管对换热管附近的催化剂仍有局部的冷却作用，但这些冷却的催化剂将不与存在于冷却区内的或通过再生区进行循环的其余催化剂发生混合。

本发明中的颗粒冷却区（室）在此称为“返混”冷却器。这是与“穿流”颗粒冷却器相比而言的。象在这里采用的那样，返混冷却器这一术语指的是一种间接式换热器，在其中，利用通入该冷却器下部的，即至少低于大多数蛇管位置的流化气体，在铅垂方向将被冷却的颗粒进行翻腾或混合。颗粒流动用的所有导管都是设置在冷却室的上部。热量是借助在冷却室内流态化密相颗粒床层中运动的催化剂向下 传递的。在前面引用过的美国专利第4，364，849号中所示的催化剂冷却器就是返混冷却器。在通过催化剂冷却器的流动中，催化剂通常是向下单向地流过换热区。例如，美国专利第4，425，301号的冷却器就是一种穿流冷却器（图2所示为一向上流动的冷却器）。象在本说明书中所示的那样，可以采用流态化用气来调节穿流冷却器的传热。基本的一点是必须有足够数量的颗粒或催化剂保留在冷却室3中，以维持完全淹没换热管的密相流态化催化剂床层的深度。有许多种方法来达到这一目的，图中所示即为方法中的一种。

假设进入分离区的热催化剂的流量总是超过循环流量和热再生催化剂排出（通过导管33）流量的要求，并且假设操作将建立起来，因而实际上情况就是这样。在图1中示出了带有底部活瓣阀46和上部收集槽44的浸入管或竖立管45。收集槽的上边缘用作限制催化剂流入浸入管的溢流堰。不流过换热器3和导管33的那些催化剂将越过溢流堰并充入浸入管45。当填充在浸入管45中的催化剂的压头，作用在活瓣阀46上的力，超过了打开阀门46所需要的压力时，亦即克服了由保持阀门关闭的弹簧或配重所作用的力时，催化剂将由浸入管卸入燃烧室1中。活瓣阀和/或浸入管中催化剂的压头同时也起防止发生不希望出现的沿浸入管向上的反向流动的作用。因此，密相床层高度以及加在换热器3的催化剂压头，将保持在收集槽44顶部的高度上。

在需要保持最高燃烧区温度时，上述设计方案具有由FCC再生器移除热量的能力，与此同时，这一设计方案可使稳态操作维持在可接受的程度上，这对再生器的可控性和效率是有益的。因此始终可以得到外部催化剂冷却器或换热器的操作弹性和操作简易带来的好处。 特别是在开工时或在不需要冷却蛇管的正常操作中，本发明可不用操作冷却蛇管。本发明也保持了催化剂与废气分离的效率，它是由一个不受密相催化剂和移除热量的附属设备阻碍的分离区来实现的。而且这一设计方案达到了到现在为止尚未达到过的优点-将流化气体接着用于燃烧。

应当强调，用本图说明的FCC实施方案仅仅是属于本发明的一种可能的应用。本发明在广义上是一种在任何场合下冷却任何种类热的流化颗粒的工艺过程。进一步说，尽管附图包含了细节以说明本发明的一个特别优先的实施方案，即与FCC再生器有关的冷却装置，通过冷却装置，催化剂发生净流动，并且导管4和控制阀24也可能充满热流化颗粒，这些热流化颗粒是作为第一密相流态化床层维持在燃烧区的一个较低的位置上的，而在冷却区和燃烧区之间有如由导管5提供的物料的自由流动，这些发生在第一密相流态化床层上界面以下。于是第一床层和冷却区3中的冷却了的床层，将构成一个连续体，颗粒将穿过它不断地循环和返混。

本发明的这一实施方案，可以称为一种燃烧存在于流化固体颗粒上的可燃物质的装置，这一装置包括下列部分：一个立式燃烧室;一个紧接在该燃烧室上方并与之相通的第二处理室，以及使颗粒流化并将其从燃烧室向上输送至第二处理室的装置;一个包围着至少一台立式换热器的立式冷却室，冷却室有颗粒输送孔，并且整个换热器在该颗粒输送孔之下;一个水平自由通道，连接着所述冷却器上的所述颗粒输送孔与所述燃烧室，并提供了颗粒在所述换热器和所述燃烧室之间流动，以及流化用燃烧气从冷却室到燃烧室流动的手段;一个连接到冷却室底部的流化用燃烧气进口导管以及控制该流态化用气通过进 口导管流量的装置，该导管提供了流化气体进到所述换热器管际空间的手段，并在冷却室内维持一个流化催化剂床层。上部处理室可以是如图所示的颗粒分离室。另外，上部处理室也可能是第二燃烧室或第二燃烧段。如果上区用于燃烧，最好也要提供一种手段，对上室供应含氧的燃烧和流态化用气。

具有至少一个类似于图中所示的、与燃烧区相连的冷却区的附加冷却区的结构，也在本发明的范围之内。因此，图中的装置可以想象成具有一个类似于冷却区3的第二冷却区，并带有全部有关导管、管线和阀门。通过附加冷却器的颗粒流量最好是固定不变的，以使通过该附加区的颗粒流量和流态化用气的流量将导致这一附加区所移走的热量约占这两个冷却区要从燃烧区移走的总热量的50%。用一个装在附加冷却区的导管上的具有固定尺寸的限制孔板来代替控制阀，则在孔板两侧压降一定时可以使颗粒流动达到所要求的恒定流速。孔板两侧的压力降可通过使孔板上方的密相流化床层深度恒定的办法基本上固定下来，而床层深度可采用例如图中所示的收集槽44的溢流堰等方法达到恒定。

Claims (6)

1、一种用于燃烧在流化固体颗粒上的可燃物质，并同时冷却生成的热流化颗粒的装置，其特征在于包括：

(a)一个立式燃烧室；

(b)一个紧接在该燃烧室上方并与之连通的分离室，在该分离室底部有一热流化颗粒收集段；

(c)一个至少包围着一台立式换热器的立式冷却室，紧靠所述燃烧室的下部，该冷却室有一个上部的颗粒进口和一个下部的颗粒出口，且整个换热器位于所述颗粒出口之下；

(d)一个铅垂方向的热颗粒导管，使分离室的热颗粒收集段与冷却室颗粒进口连接，以使热颗粒能由分离室向下流至冷却室；

(e)在热颗粒导管上的颗粒流动限制器；

(f)一连接冷却室的颗粒出口与所述燃烧室，并为冷却颗粒和流化气体从换热器流至燃烧室提供手段的自由通道；

(g)一个连接于冷却室底部，为流化气体流通至换热器管际空间并维持冷却室内的流化催化剂床层的流化气体进口导管；以及

(h)一个装在该流化气体进口导管上的流量控制阀。

2、按照权利要求1的装置，其特征还在于它也包括一温度控制系统，该系统包括下列部分：在燃烧室中选定位置处的温度检测装置;具有可调节的设定点与温度检测装置相连并产生输出讯号的控制装置;以及一个装置，该装置把该输出讯号发送至装在流化气体进口导管上的流量控制阀，据此使控制阀对温度发生响应而受到调整，从而调节进入冷却室的流化气体流速，并调节颗粒通过低于颗粒出口的冷却室进行循环的量和速度，从而调节换热器外表面与流化颗粒床层间的传热系数。

3、按照权利要求1的装置，其特征还在于一个第二流量控制阀安装在热颗粒导管上，并且有把第二输出讯号从温度控制系统发送至该第二控制阀的装置，据此第二流量控制阀对所述温度发生响应而受到调节，从而调节通过换热器的热颗粒的流量，并且提供了另一种手段来调节换热器外表面与流化颗粒床层间的传热系数。

4、一种用于燃烧在流化固体颗粒上的可燃物质并用于同时冷却生成的热流化颗粒的方法，该方法的特征包括下列各步骤：

（a）把第一股含氧燃烧气和流化固体颗粒流导入温度维持在足以使可燃物质氧化的燃烧区中，并在该处氧化可燃物质以生成热流化固体颗粒;

（b）利用流化作用将固体颗粒由燃烧区向上送入位于燃烧区上方的第二区中，并在位于该第二区底部的颗粒收集段内集聚成一热固体颗粒的密相床层;

（c）将固体颗粒流通过一颗粒流量控制器和一铅垂方向的第一颗粒输送导管由颗粒收集段送入一返混颗粒冷却室的上端;

（d）使所述固体颗粒流混入位于颗粒冷却室下部的返混密相流化颗粒床层中;

（e）利用流量受到控制的向上流动的第二含氧燃烧气流，使密相流化颗粒床层以一种受控方式发生流化;

（f）采用一位于颗粒冷却室下部的换热器来冷却存在于返混密相流化床层中的颗粒;

（g）把第二燃烧气流和催化剂颗粒，通过在换热器上方某处与冷却室连通的第二颗粒输送导管，从冷却室排入燃烧区。

5、按照权利要求4的方法，其特征还在于第二股燃烧气流进入冷却区的流速是根据燃烧区内测得的温度来控制的。

6、按照权利要求5的方法，其特征还在于向下通过第一颗粒输送导管的颗粒流的流速，是由可变流量控制阀根据在燃烧区测得的温度进行控制的。

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