CN101274245A - 环隙气升式气固环流反应器 - Google Patents

Abstract

一种环隙气升式气固环流反应器设备，至少包括：流化风入口1、风室2、环隙气体分布器3、松动风入口4、内环气体分布器5、导流筒6、反应器器壁7和支撑板8。其中导流筒6与反应器轴线重合。反应器工作时，内环气体分布器5通入的风量较少，起松动作用，而环隙气体分布器3通入的风量较大，起流化作用，由于风量不同使固体颗粒在内环和环隙间环流流动，其中固体颗粒在环隙内流动方向向上，在内环内流动方向向下。根据工艺要求的不同，反应器设备可有间歇操作和连续操作两种结构。环隙气升式气固环流反应器设备具有较高的气－固接触效率，可作为汽提器、催化剂取热器、高效气固反应器等广泛应用于化工、石油化工、医药、生物等领域。

Description

环隙气升式气固环流反应器

技术领域

本发明涉及一种环隙气升式气固环流反应器设备，属于能源、化工、医药和生物等行业中的气固高效反应器、固体颗粒汽提器或固体颗粒取热器技术领域。

背景技术

在石油化工领域，经常需要对固体颗粒进行汽提，以除去固体颗粒吸附、夹带的产品或杂质气体。如流化催化裂化(FCC)沉降器内，催化剂颗粒之间和颗粒孔道内部充满着油气，约占产品总量的2～4w％，这些油气只有一部分被用来维持装置的热平衡，还有一大部分被催化剂携带到再生器烧掉，既增加了再生器的热负荷又减少了轻质油收率。通常这部分油气是通过蒸汽汽提的方式除去的，汽提效果的好坏直接影响着装置的产品收率和能耗高低，对于重油催化裂化而言，甚至会影响到装置的处理能力。

进入汽提器内的待生催化剂所夹带的油气主要分为两部分：1、催化剂颗粒间夹带的油气；2、催化剂微孔内吸附的油气。汽提器内汽固两相的接触效果直接影响着油气被置换和脱附的效率，而汽固接触效果则由汽提器结构决定。目前国内外使用的汽提器主要有三种结构形式，即人字挡板、盘形挡板和无内构件三种，其中由S&W公司引进的RFCC(渣油催化裂化)装置采用的即为无内构件汽提器。从理论上讲，有内构件的汽提器汽固接触效果好于无内构件的汽提器，因此汽提效率也高于无内构件的汽提器。

对于用于FCC工艺的催化剂汽提器而言，UOP和Mobil两家公司拥有了主要的专利技术。UOP汽提器工艺的特点是在内锥盘的裙板上开有许多小孔或短管，用以加强汽固接触。在此基础上，也产生了一些以进一步强化汽固接触为目的的改进专利。如USP 5910240在内锥盘上附加了许多三角形旋转叶片，对向下流动的催化剂产生导向作用；USP5549814则用多层格栅代替内锥盘，每层格栅像车辐条一样布置，每根辐条上开有小窗；USP 2001/0027938 A1提出了一种汽提器，其特点是挡板水平布置，板上开有小孔，或是由水平布置的格栅代替挡板，以破碎气泡。这类汽提器的共同特点是在操作中催化剂是垂直流过挡板(格栅)，导致汽固接触时间短、汽提效率有限。

中国专利申请CN 200420075014.1、CN 93247744等也公开了一些FCC汽提器，其采用了锥盘式的汽提挡板。CN 93247744公开的汽提器结构中，在与汽提挡板相连的裙体设置开孔，这样汽提蒸汽由裙体上的喷嘴分布到催化剂流道内，该装置的汽提机理为汽提蒸汽与催化剂在催化剂流道内接触，置换出催化剂间夹带的油气。CN 200420075014.1提出了另一种交错布置锥盘式汽提挡板结构，在多层汽提挡板间还布置有2层导流板(内环导流板和外环导流板)，为开孔板或格栅结构，而汽提挡板上不开孔，催化剂由内、外环汽提挡板上自上而下依次流过，该过程中催化剂还经过设有开孔或格栅的导流板，汽提蒸汽的流动通道则与催化剂相同，与催化剂实现逆流接触。由于导流板的设置，减少了催化剂的返混程度，并可破碎气泡。上述汽提器结构虽然可提高汽提效率，但由于汽提挡板上没有开孔，汽提蒸汽与催化剂在该部位不能充分接触，汽提蒸汽和催化剂的接触效率会降低，同时还会浪费一部分汽提器空间，因而总体来讲汽提效率的提高是有限的。中国专利98250779.8提出了一种汽提挡板开孔而裙体不开孔的汽提挡板结构，通过设置较大的开孔率，使挡板上的催化剂有一大部分由挡板上的孔流入挡板下方，类似于穿流操作。在这种结构中，汽提蒸汽与催化剂通过催化剂通道以及汽提挡板的孔而逆流接触，实现油气的汽提。可以看出挡板式的汽提器结构均十分复杂，制造、安装难度大，而且检修十分困难。

中国专利CN 98102166.2提出了一种适用于再生催化剂的中心气升式汽固环流汽提器，用以去除再生催化剂中的烟气；CN 98204681.2提出了一种与提升管出口快分系统配套的环流汽提器，适用于待生催化剂。这种汽提器内汽固接触效率高、催化剂停留时间长，能够充分将催化剂微孔内的油气置换掉。但这种汽提器也存在一些缺点：由于采用的是中心气升式的内环流结构，催化剂的进料必须由一个中心下料管进入汽提器导流筒内，对于工业中广泛应用的内提升管反应器结构，中心下料管是与提升管同心布置的，为了保证导流筒内催化剂环流时有足够的流通面积，中心下料管的直径常常设置为稍大于提升管直径，这样就大大限制了中心下料管内催化剂的流通量，进而限制了汽提器的催化剂处理量。另外，这种结构检修也较为困难。

外取热器是石油化工领域中的关键设备之一，其作用一般是通过取热介质(如水)的循环取走反应过程中过剩的热量并产生蒸汽，同时使高温催化剂得到冷却，从而将工艺过程的温度控制在要求的范围内。中国专利90103413.4提供了一种气控内循环式催化剂外取热器。该取热器主要有三个特征：(1)、利用气动混合原理实现气控，即催化剂循环量和取热量均由气体量控制，催化剂循环在器内完成；(2)、催化剂循环管设置在取热器内；(3)、换热元件采用肋片式单套管。中国专利92101532.1在上述技术方案上进行了改进，将催化剂循环管线移到取热器外部，并经单独接管进入再生器。该方案使得取热器内换热管布置更自由，维修更方便。中国专利对传统翅片管式外取热器进行了改进，提出了一种新型的翅片管，解决了翅片之间密相催化剂不易流化、翅片产生小裂纹并不断扩展，从而影响到外取热器安全使用的问题。以上专利虽然提出了不同形式的催化剂外取热器，但催化剂在取热器内的流动总体而言属于下流式，其催化剂-换热管的接触状态并没有大的改观，同时在取热器内催化剂间的返混相当严重，从而大大降低了取热器的传热效果。

由以上分析可以看出，无论是汽提器还是外取热器，提高其效率的核心内容都在于如何提高接触效率(如汽-固接触效率或催化剂-换热管接触效率)，与此同时尽量简化其内部结构。

发明内容

本发明提出了一种新型的环隙气升式气固环流反应器，其不但具有高效的气-固接触效率，而且通过催化剂的环流流动，实现了催化剂-器壁间高效的接触，因此，这种新型的气固反应器设备可被用作气固高效反应器、催化剂汽提器及催化剂外取热器。

本发明的目的通过下列途径实现：

一种环隙气升式气固环流反应器设备，至少包括：流化风入口1、风室2、环隙气体分布器3、松动风入口4、内环气体分布器5、导流筒6、反应器器壁7和支撑板8。其中导流筒6与反应器设备轴心线重合。流化风入口1与风室2和环隙气体分布器3相连接，共同构成流化风分布系统。松动风入口4与内环气体分布器5相连，构成松动风分布系统。

根据工艺条件的不同，反应器设备可有间歇操作和连续操作两种结构。当采用连续操作时，反应器设备还应包括固体颗粒进料管9、导流挡板10和固体颗粒出料管11。

所述的导流筒6与反应器设备轴线重合，均为垂直布置；导流筒6与反应器设备的截面积比为0.2～1.2，导流筒可以设计成单段或多段，根据工艺要求可选择单段或多段结构。

内环气体分布器5可为环管式气体分布器，也可为喷嘴或树枝状气体分布器，分布器的开孔率为0.1％～1.0％。内环气体分布器5可伸入导流筒6内，也可与导流筒6下沿平齐或位于导流筒6以下，当内环气体分布器5伸入导流筒6内或位于导流筒6以下时，内环气体分布器5与导流筒6下沿的距离不超过导流筒6高度的0.3倍。

环隙气体分布器3可为板式气体分布器，也可为环管式气体分布器或喷嘴气体分布器，分布器的开孔率为0.5％～3％，其中分布器距离导流筒6下沿应有一段距离，该距离应小或等于气体分布器的射流长度。环隙气体分布器3与支撑板8相连，支撑板8的面积等于导流筒6的截面积，支撑板8与环隙气体分布器3共同作为风室2的顶部。

当环隙气升式气固环流反应器为连续操作时，支撑板8与固体颗粒出料管11相连，固体颗粒出料管11入口端与导流挡板10相连，导流挡板10的夹角为60°～150°。

环隙气升式气固环流反应器作为固体颗粒取热器工作时，其导流筒由取热管和翅片构成，取热管可采用目前工业中常用的取热管结构，取热管上带有翅片，翅片可以在轴向上分为一段或多段；所述的导流筒根据取热管上翅片在轴向上所分的段数，形成单段导流筒或多段导流筒。

本发明具有以下特点：(1)、本发明结构简单，安装、操作、检修方便；(2)、本发明实现了催化剂在环隙气升式气固环流反应器内的有序环流流动，其中催化剂在内环和环隙内的流动接近活塞流，因而大大减少了催化剂间的返混、提高了传质、传热效率；(3)、本发明实现了催化剂在环隙气升式气固环流反应器内的有序环流流动，强化了催化剂和反应器壁(或换热管)的接触效率，大大减小了催化剂-固体壁面间的传热热阻；(4)、本发明中催化剂进料由环隙进入，对于内提升管结构的工艺过程，大大简化了汽提部分的结构。

附图说明

图1是间歇操作模式时环隙气升式气固环流反应器的结构

图2是连续操作模式时环隙气升式气固环流反应器的结构

图3是环隙气体分布器3为板式气体分布器时的底部结构

图4是环隙气体分布器3为喷嘴时的底部结构

具体实施方式

以下结合附图和具体的实施例对本发明作进一步的详细说明：

图1是间歇操作模式时环隙气升式气固环流反应器的结构，至少包括：流化风入口1、风室2、环隙气体分布器3、松动风入口4、内环气体分布器5、导流筒6、反应器器壁7和支撑板8。其中导流筒6与反应器设备轴心线重合。

参见图1，流化风入口1与风室2和环隙气体分布器3相连接，共同构成流化风分布系统。松动风入口4与内环气体分布器5相连，构成松动风分布系统。在操作时内环气体分布器5通入的风量较小，主要起松动风的作用，以保证内环的催化剂能够顺畅的下流，环隙气体分布器3通入的风量较大，主要起流化风的作用。由于内环和环隙内通入的风量不同，因此它们的颗粒密度也不相同，这就使内环和环隙的底部产生了一个压力差，从而推动催化剂颗粒由环隙向上流动，然后再由内环向下流动，即形成了环隙、内环间的环流流动。环隙气体分布器3位于导流筒下方，与支撑板8共同构成风室的顶部(如图3)，环隙气体分布器3可为板式气体分布器也可采用喷嘴(如图4)，但环隙气体分布器3的开孔应处于环隙在垂直方向上的投影范围以内，环隙气体分布器3上的开孔可为均匀开孔，也可为不均匀开孔；环隙气体分布器3与导流筒6下沿之间的间隙应保证催化剂环流时能有足够的流通面积，同时，该间隙的距离应小于环隙气体分布器3的射流长度。内环气体分布器5可伸入导流筒内，也可与导流筒6下沿平齐或位于导流筒6以下，当内环气体分布器5伸入导流筒6内或位于导流筒6以下时，内环气体分布器5与导流筒6下沿的距离不超过导流筒6高度的0.3倍。

间歇模式时环隙气升式气固环流反应器的操作过程为：由于内环、环隙所通入的风量不同，内环底部的压力大于环隙底部的压力，从而推动环隙内的催化剂向上流动，从导流筒顶部流出时，催化剂间的大气泡被脱析出去，催化剂夹带着一些小气泡进入内环，其流动方向变为向下流动，在向下流动的过程中，一部分小气泡逐渐脱离出去，但由于内环气体分布器5补充进来一部分松动风，所以脱离出去的气体得到了补充，催化剂得以顺畅下流。当到达内环底部时，催化剂继续环流进入环隙。

本发明的另一种实施例如图2所示。

图2是连续操作模式时环隙气升式气固环流反应器的结构，至少包括：流化风入口1、风室2、环隙气体分布器3、松动风入口4、内环气体分布器5、导流筒6、反应器器壁7、支撑板8，以及固体颗粒进料管9、导流挡板10和固体颗粒出料管11。

与间歇操作模式相比，连续操作模式的结构必须解决催化剂的流入和流出问题(如图2)。参见图2，固体颗粒进料管9与环隙连通，其入口轴向位置应位于环隙的中下部，由于从固体颗粒进料管9流入大量催化剂，有可能造成环隙不同周向位置处催化剂密度的不均匀，因此，环隙气体分布器3在不同周向位置处的开孔可以不均匀，其中靠近固体颗粒进料管9入口处可采取相对较大的开孔率，其余位置处可采取相对较小的开孔率。当环隙气体分布器3采用喷嘴的形式时，喷嘴可不垂直向上，而是沿周向偏离某一角度，使环隙内催化剂有一个沿周向的分速度，从而消除催化剂密度沿周向的不均匀性。为了使内环催化剂能够流出反应器，支撑板8的中心开有一个圆孔，并与固体颗粒出料管11相连，为了使催化剂能够顺畅的流出，在固体颗粒出料管11进口端连接有一个倒锥形导流挡板10，导流挡板10不能过高，以免影响催化剂的环流。

连续模式时环隙气升式气固环流反应器的操作过程为：待汽提(或待冷却)的催化剂由固体颗粒进料管9进入环隙中下部，然后与环隙内的催化剂一同向上流动(当采用特殊的喷嘴设计时还存在沿周向的分速度)，当由导流筒顶部流出时，催化剂间的大气泡被脱析出去，催化剂夹带着一些小气泡进入内环，其流动方向变为向下流动，在向下流动的过程中，一部分小气泡逐渐脱离出去，但由于内环气体分布器5补充进来一部分松动风，所以脱离出去的气体得到了补充，催化剂得以顺畅下流。当到达内环底部时，一部分催化剂继续环流进入环隙，而另一部分催化剂则由导流挡板10进入固体颗粒出料管11，流出反应器。

应说明的是，无论间歇操作还是连续操作模式，环隙气升式气固环流反应器既可作为催化剂汽提器，也可作为催化剂取热器使用。当作为催化剂取热器使用时，环隙气升式气固环流反应器内的导流筒由换热管及其翅片组成，换热管可以采取目前工业中常用的各种换热管结构。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明而并非限制本发明所描述的技术方案；因此，尽管本说明书参照上述的各个实施例对本发明已进行了详细的说明，但是，本领域的技术人员应当理解，仍然可以对本发明进行修改或者等同替换；而一切不脱离本发明的精神和范围的技术方案及其改进，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (10)

1. 一种环隙气升式气固环流反应器设备，至少包括：流化风入口1、风室2、环隙气体分布器3、松动风入口4、内环气体分布器5、导流筒6、反应器器壁7和支撑板8。其中导流筒6与反应器设备轴心线重合。流化风入口1与风室2和环隙气体分布器3相连接，共同构成流化风分布系统。松动风入口4与内环气体分布器5相连，构成松动风分布系统。

2. 根据权利要求1所述的一种环隙气升式气固环流反应器设备，其特征在于：根据工艺条件的不同，反应器设备可有间歇操作和连续操作两种结构。当采用连续操作时，反应器设备还应包括固体颗粒进料管9、导流挡板10和固体颗粒出料管11。

3. 根据权利要求1和2所述的一种环隙气升式气固环流反应器设备，其特征在于：所述的导流筒6与反应器设备轴线重合，均为垂直布置；导流筒6与反应器设备的截面积比为0.2～1.2，导流筒可以为单段或多段，根据工艺要求可选择单段或多段结构。

4. 根据权利要求1和2所述的一种环隙气升式气固环流反应器设备，其特征在于：所述的内环气体分布器5可为环管式气体分布器，也可为喷嘴或树枝状气体分布器，分布器的开孔率为0.1％～1.0％。

5. 根据权利要求1和2所述的一种环隙气升式气固环流反应器设备，其特征在于：所述的内环气体分布器5可伸入导流筒6内，也可与导流筒6下沿平齐或位于导流筒6以下，当内环气体分布器5伸入导流筒6内或位于导流筒6以下时，内环气体分布器5与导流筒6下沿的距离不超过导流筒6高度的0.3倍。

6. 根据权利要求1和2所述的一种环隙气升式气固环流反应器设备，其特征在于：所述的环隙气体分布器3可为板式气体分布器，也可为环管式气体分布器或喷嘴气体分布器，分布器的开孔率为0.5％～3％，其中分布器距离导流筒6下沿应有一段距离，该距离应小或等于气体分布器的射流长度。

7. 根据权利要求1和2所述的一种环隙气升式气固环流反应器设备，其特征在于：所述的环隙气体分布器3与支撑板8相连，支撑板8的面积等于导流筒6的截面积，支撑板8与环隙气体分布器3共同作为风室2的顶部。

8. 根据权利要求1和2所述的一种环隙气升式气固环流反应器设备，其特征在于：当环隙气升式气固环流反应器为连续操作时，支撑板8与固体颗粒出料管11相连，固体颗粒出料管11上端与导流挡板10相连，导流挡板10的夹角为90°～150°。

9. 根据权利要求1和2所述的一种环隙气升式气固环流反应器设备，其特征在于：所述的环隙气升式气固环流反应器作为固体颗粒取热器工作时，其导流筒由取热管和翅片构成，取热管结构可采用目前工业中常用的各种取热管形式。

10. 根据权利要求1和2所述的一种环隙气升式气固环流反应器设备，其特征在于：所述的取热管上带有翅片，翅片可以在轴向上分为一段或多段；所述的导流筒根据取热管上翅片在轴向上所分的段数，形成单段导流筒或多段导流筒。

Images