CN101489658A - 混合装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供能增加处理量同时能有效地使原料油与催化剂迅速且均匀地进行混合的混合装置，在混合装置(1)中，若分别将移动层的单位面积质量流量设为Q(kg/m2s)，移动层的外径与内径之差设为W(m)，反应管的内径设为D(m)，自内部原料油供给部供给的原料油在内部原料油喷射嘴的喷射口中的水平成分的线速度设为u1(m/s)，自外部原料供给部供给的原料油在外部原料油喷射嘴的喷射口中的水平成分的线速度设为u2(m/s)时，则满足8.0≥Q×(W/D)/(u1+u2)；Q＝300～2000(kg/m2s)；W/D＝0.2～0.5；u1＝5～300(m/s)；以及u2＝5～300(m/s)的关系式。

Description

混合装置
技术领域
本发明涉及一种用于使原料油与粒状催化剂进行混合的混合装置。
背景技术
已知以往有这样的混合装置(例如参照专利文献1)，该混合装置包括：移动层形成器，其一边将粒状的催化剂分布为圆环状，一边使其从上方向下方进行连续落下，而形成圆筒状的移动层；内部原料油供给部，其将原料油供给到由移动层形成器形成的移动层的内周面的圆周方向整个区域；外部原料油供给部，其将原料油供给到由移动层形成器形成的移动层的外周面的圆周方向整个区域。在该混合装置中，利用移动层形成器使催化剂形成圆筒状的移动层，因而能使原料油与催化剂之间的接触面积变大，从而使原料油与催化剂迅速且均匀地进行混合。
专利文献1：日本特开平10-249178号公报
发明内容
发明要解决的问题
但是，在为了增加混合装置的处理量而增大混合装置的规模的情况下，会使由移动层形成器形成的圆筒状移动层的内径与外径之差(壁厚)变大。因此，为了增加混合装置的处理量，同时使原料油与催化剂的混合迅速且均匀地进行，需要根据移动层的壁厚来进行原料油与催化剂的混合。
因此，本发明目的在于提供一种能增加处理量同时还能有效地使原料油与催化剂迅速且均匀地进行混合的混合装置。
用于解决问题的方案
本发明的混合装置是用于使原料油与粒状催化剂进行混合的混合装置，其中，该混合装置包括：移动层形成器，其一边使催化剂分布为环状，一边使其从上方向下方连续地落下，从而形成圆筒状的移动层；反应管，其将由移动层形成器形成的移动层围起来；内部原料油供给部，其具有用于向由移动层形成器形成的移动层的内侧面的圆周方向整个区域供给原料油的内部原料油喷射嘴；外部原料油供给部，其具有用于向由移动层形成器形成的移动层的外侧面的圆周方向整个区域供给原料油的外部原料油喷射嘴；若将移动层的单位面积质量流量设为Q(kg/m2s)，将移动层的外径与内径之差设为W(m)，将反应管的内径设为D(m)，且将自内部原料油供给部供给的原料油在内部原料油喷射嘴的喷射口中的水平成分的线速度设为u1(m/s)，将自外部原料油供给部供给的原料油在外部原料油喷射嘴的喷射口中的水平成分的线速度设为u2(m/s)时，则满足如下的关系式：
8.0≥Q×(W/D)/(u1+u2)；
Q＝300～2000(kg/m2s)；
W/D＝0.2～0.5；
u1＝5～300(m/s)；
u2＝5～300(m/s)。
在本发明的混合装置中，若将移动层的单位面积质量流量设为Q(kg/m2s)，将移动层的外径与内径之差设为W(m)，将反应管的内径设为D(m)，且将自内部原料油供给部供给的原料油在内部原料油喷射嘴的喷射口中的水平成分的线速度设为u1(m/s)，将自外部原料油供给部供给的原料油在外部原料油喷射嘴的喷射口中的水平成分的线速度设为u2(m/s)，在按满足上述所有关系式的条件来进行设定的状态下，使原料油分别从内部原料油喷射嘴和外部原料油喷射嘴向移动层进行喷射。由此，能增加混合装置的处理量，同时能有效地使原料油与催化剂迅速且均匀地进行混合。
另外，优选使内部原料油喷射嘴和外部原料油喷射嘴分别向与水平面形成15°～75°的下方喷射出原料油。这样一来，当分别自内部原料油喷射嘴和外部原料油喷射嘴喷射出的原料油冲撞到移动层时，能利用此时的冲击力使原料油变得更微细化。由此，能使原料油与催化剂更有效地进行混合。
而且，优选催化剂的温度为300℃以上，在内部原料油供给部和外部原料油供给部分别设置有用于对来自催化剂的热进行隔热的隔热部件。这样一来，能防止原料油受到来自催化剂的热传导作用而发生焦化。
并且，优选在移动层形成器的内部设置有多块折流板，上述折流板用于一边改变自上方向下方连续落下的催化剂的方向，一边使催化剂沿水平方向均匀地分散开。这样一来，借助折流板能一边改变催化剂的流向，一边使催化剂沿水平方向均匀地分散开，因此，能使由移动层形成器形成的移动层的密度变均匀化。由此，能更有效地使原料油与催化剂进行混合。
发明的效果
根据本发明，能够提供一种能增加处理量同时有效地使原料油与催化剂迅速且均匀地进行混合的混合装置。
附图说明
图1是表示第1实施方式的混合装置的概略的纵剖视图。
图2是表示图1中的内部原料油供给部以及外部原料油供给部的局部放大图。
图3是图2的III-III剖视图。
图4是表示第2实施方式的混合装置的概略的纵剖视图。
图5是表示图4中的内部原料油供给部以及外部原料油供给部的局部放大图。
图6是表示第3实施方式的混合装置的概略的纵剖视图。
附图标记说明
1、2、3、混合装置；10、移动层形成器；12、反应器；14、主体；22、222、内部原料油供给部；24、26、折流板；28、原料油输送管；30、蒸汽输送管；32、移动层；34、234、内部原料油喷射嘴；36、50、52、264、间隙(隔热部件)；38、蛇行通路；40、240、340、外部原料油供给部；42、原料油供给室；44、上部蒸汽室；46、下部蒸汽室；48、248、外部原料油喷射嘴。
具体实施方式
以下，参照附图对本发明的最佳实施方式进行说明。另外，在说明中，在相同构件或具有相同功能的构件上标注相同附图标记，并省略了其重复的说明。
第1实施方式
参照图1～图3，对第1实施方式的混合装置1的结构进行说明。图1是表示第1实施方式的混合装置的概略的纵剖视图。图2是表示图1中的内部原料油供给部以及外部原料油供给部的局部放大图。图3是图2的III-III剖视图。
混合装置1是用于使重质油等原料油与粒状催化剂进行混合的装置。如图1所示，混合装置1包括移动层形成器10和反应管12。另外，作为混合装置1上使用的催化剂，例如，可列举固体粒子直径1μm～500μm的加热至300℃以上(优选450℃～700℃)的硅酸铝催化剂粒子。
移动层形成器10具有呈圆筒状的主体14。使主体14的上端部随着向上方去而进行缩径，在主体14的上端，设置有用于将催化剂投放到移动层形成器10内的投放管16。由此，使投放到投放管16内的催化剂从移动层形成器10的上方向下方进行连续的落下。使主体14的下端部随着向下方去而进行缩径，在主体14的下端，设置有用于将催化剂排出到反应管12中的排出管18。在主体14的内部设置有托盘20、内部原料油供给部22以及折流板24、26。
托盘20被配设在与主体14内部上方的投放管16正相对的位置上，以接受从投放管16投放下的催化剂。
内部原料油供给部22设为具有原料油输送管28和蒸汽输送管30的双重管构造。内部原料油供给部22被配设为与排出管18同轴，其前端部位于比排出管18的下端略靠下方，沿着铅直方向延伸到托盘20附近，并且从托盘20附近进一步弯曲为直角且沿着水平方向贯穿侧壁而延伸。由此，当使催化剂从上方向下方沿着内部原料油供给部22与排出管18之间连续地落下时，如图2以及图3所示，形成圆筒状的移动层32。
如图1以及图2所示，使原料油输送管28的前端形成为随着向下方去而缩径的圆锥状。在原料油输送管28的圆锥面上，设置有对着移动层32内侧面的内部原料油喷射嘴34。从该内部原料油喷射嘴34，使自与原料油输送管28的基端相连接的泵等原料油供给装置(未图示)通过原料油输送管28供给的原料油喷射到移动层32的内侧面的圆周方向整个区域。虽然在第1实施方式中，将内部原料油喷射嘴34的喷射角度设定为朝向与水平面形成45°的下方，但是只要是当所喷射的原料油冲撞到移动层32时利用其冲击力能使原料油变微细化那样的角度即可，优选15°～75°。另外，若能使原料油喷射到移动层30的内侧面的圆周方向整个区域上，则可将内部原料油喷射嘴34的数量设定为任意个。
使蒸汽输送管30包覆原料油输送管28，且配设为与原料油输送管28同轴。为了防止原料油受到来自催化剂的热传导作用而发生焦化，将自蒸汽输送管30的基端侧导入的蒸汽输送到形成于原料油输送管28与蒸汽输送管30之间的间隙36。
使折流板24和折流板26分别形成为圆环状。将折流板24的外周部设置于主体14的内壁上，且使折流板24以随着从外周部向内周部去而下降的方式进行倾斜。使折流板24的内周部与内部原料油供给部22(蒸汽输送管30)分离开，在折流板24的内周部与内部原料油供给部22(蒸汽输送管30)之间形成开口。将折流板26的内周部固定于内部原料油供给部22(蒸汽输送管30)的外壁上，使折流板26以随着从内周部向外周部去而下降的方式进行倾斜。使折流板26的外周部与主体14分离开，在折流板26的外周部与主体18之间形成开口。因此，折流板24和折流板26构成用于使催化剂蛇行落下的蛇行通路38。
反应管12是沿着铅直方向延伸的圆管，且经由设置于其上端部的外部原料油供给部40与移动层形成器10相连接。在反应管12的内部，使与催化剂接触的原料油进行改性反应。
外部原料油供给部40以与排出管18的下端部相连接且围绕该排出管18的方式配设有外部原料油供给室42、上部蒸汽室44以及下部蒸汽室46。外部原料油供给室42、上部蒸汽室44以及下部蒸汽室46分别呈环状。
外部原料油供给室42具有对着移动层32外侧面的倾斜面。在外部原料油供给室42的倾斜面上，设置有同样对着移动层32外侧面的外部原料油喷射嘴48。从该外部原料油喷射嘴48，将自外部原料油供给室42供给的原料油喷射到移动层32的外侧面的圆周方向整个区域。在第1实施方式中，在外部原料油喷射嘴48中，利用通过使外部原料油喷射嘴48的喷嘴线速度变大而获得的喷雾效果的所谓油压喷雾方式来进行原料油的喷射，未使用作为喷雾用介质的雾化蒸汽。虽然外部原料油喷射嘴48的喷射角度在第1实施方式中被设定为朝向与水平面形成45°的下方，但是只要是当所喷射的原料油冲撞到移动层32时利用其冲击力能使原料油微细化那样的角度即可，优选15°～75°。另外，若原料油能喷射到移动层32的外侧面的圆周方向整个区域，则外部原料油喷射嘴48的数量可设定为任意个，优选将分别自外部原料油喷射嘴48和上述内部原料油喷射嘴34喷射出的原料油的喷射比例设定为1:1～3:1。
将上部蒸汽室44配设于外部原料油供给室42的上部。另外，上部蒸汽室44经由形成于外部原料油供给室42与排出管18之间的间隙50来与反应管12相连通。因此，通过使蒸汽从上部蒸汽室44经过间隙50流到反应管12中，能对外部原料油供给室42与排出管18进行隔热，因而能防止原料油受到来自催化剂的热传导作用而发生焦化。另一方面，将下部蒸汽室46配设于外部原料油供给室42的下部。另外，下部蒸汽室46经由设置于外部原料油供给室42下部的间隙52来与反应管12相连通。因此，通过使蒸汽从下部蒸汽室46经过间隙50流到反应管12中，能对外部原料油供给室42的下部进行隔热。
在具有上述那样的结构的混合装置1中，当从投放管16投放催化剂时，使其缓缓地积存到托盘20上，并从托盘20中溢流(over blow)出来。自托盘20溢流出的催化剂落到折流板24上，并从折流板24的外周部向内周部移动，再从折流板24的内周部与内部原料油供给部22(蒸汽输送管30)之间的开口落到折流板26上，其后从折流板26的内周部向外周部移动，进而从折流板26的外周部与主体14的内壁之间的开口向排出管18落下。这样，使通过由折流板24、26构成的蛇行通路38的催化剂一边改变其流向，一边沿着主体14的圆周方向均匀地分散开，从而使圆周方向的密度变得均匀起来。并且，使落到排出管18内的催化剂在通过排出管18与内部原料油供给部22之间时形成为圆筒状移动层32，从排出管18向反应管12排出。其后，使原料油分别从内部原料油喷射嘴34和外部原料油喷射嘴48喷射到移动层32的内周面以及外周面上，以进行原料油与催化剂的混合。
在此，在混合装置1中，当催化剂与原料油进行混合时，若分别将移动层的单位面积质量流量设为Q(kg/m2s)，移动层的外径与内径之差设为W(m)，反应管的内径设为D(m)，自内部原料油供给部供给的原料油在内部原料油喷射嘴的喷射口中的水平成分的线速度设为u1(m/s)，自外部原料供给部供给的原料油在外部原料油喷射嘴的喷射口中的水平成分的线速度设为u2(m/s)时，则按满足如下的关系来进行设定：
8.0≥Q×(W/D)/(u1+u2)；
Q＝300～2000(kg/m2s)；
W/D＝0.2～0.5；
u1＝5～300(m/s)；
u2＝5～300(m/s)。
在不满足上述关系、特别是不满足上述不等式的情况下，会使原料油的喷雾速度变小，而无法使对移动层的贯穿力变得充分大，因而不能充分地使催化剂与原料油进行迅速且均匀的混合。由此，导致不能有效使用催化剂，降低反应的转化率，增加热分解的副反应，进而使高沸点成分的气化不充分，引起增加焦炭(Coke)收获率等现象。另外，需要使Q×(W/D)/(u1+u2)小于等于8.0，优选小于等于5.0，进一步优选小于等于3.0。
如上所述，在第1实施方式中，若分别将移动层的单位面积质量流量设为Q(kg/m2s)，移动层的外径与内径之差设为W(m)，反应管的内径设为D(m)，自内部原料油供给部供给的原料油在内部原料油喷射嘴的喷射口中的水平成分的线速度设为u1(m/s)，自外部原料供给部供给的原料油在外部原料油喷射嘴的喷射口中的水平成分的线速度设为u2(m/s)，按完全满足上述关系的条件来进行设定，将原料油分别从内部原料油喷射嘴34和外部原料油喷射嘴48向移动层32喷射。由此，能够增加混合装置1中的处理量，同时能有效地使原料油与催化剂迅速且均匀地进行混合。
另外，在第1实施方式中，将内部原料油喷射嘴34和外部原料油喷射嘴48的喷射角度分别设定为朝向与水平面形成15°～75°的下方。由此，当自内部原料油喷射嘴34和外部原料油喷射嘴48喷射出的原料油分别冲撞到移动层32时，利用此时的冲击力能使原料油变得更加微细化。其结果，能更有效地使原料油与催化剂进行混合。
另外，在第1实施方式中，催化剂的温度被设定为300℃以上，而在内部原料油供给部22和外部原料油供给部40内，分别设置有用于利用蒸汽对来自催化剂的热进行隔热的间隙36、50、52，因此，能防止原料油受到来自催化剂的热传导作用而发生焦化。
另外，在第1实施方式中，在移动层形成器10的内部设置有折流板24、26，因此，利用折流板24、26能使催化剂一边改变其流向一边变均匀地沿着水平方向分散开，而使由移动层形成器10形成的移动层32的密度变均匀化。由此，能使原料油与催化剂进一步有效地混合。
第2实施方式
接着，参照图4以及图5，对第2实施方式的混合装置2的结构进行说明。图4是表示第2实施方式的混合装置的概略的纵剖视图。图5是表示图4中的内部原料油供给部以及外部原料油供给部的局部放大图。在内部原料油供给部222和外部原料油供给部240这一点上，第2实施方式的混合装置2与第1实施方式的混合装置1不同。
内部原料油供给部222使用喷雾介质(例如气体、雾化蒸汽)进行原料油的喷射，如图5所示，形成所谓的内部混合方式，即，在其中心处流动着原料油，在原料油流体的外侧流动着雾化蒸汽。因此，如图4以及图5所示，在内部原料油供给部222的前端部具有混合室260。使混合室260的前端形成为随着向下方去而缩径的圆锥状，在其圆锥面上，设置有对着移动层32内侧面的内部原料油喷射嘴234。另外，在混合室260内设置有喷雾器(atomizer)262，以提高喷雾效果。另外，在内部原料油供给部222中，为了防止原料油受到来自催化剂的热传导作用而发生焦化，使一部分雾化蒸汽通过设置于混合室260外周的间隙264流到前端。
外部原料油供给部240具有用于独立地供给原料油的多个外部原料油喷射嘴248。沿着反应管12上部的圆周方向以规定间隔配设多个外部原料油喷射嘴248。外部原料油喷射嘴248使用喷雾介质(例如气体、雾化蒸汽)进行原料油的喷射，如图5所示，形成所谓的内部混合方式，即，在其中心处流动着原料油，在原料油流体的外侧流动着雾化蒸汽。
在上述那样的第2实施方式的混合装置2中，也能具有与第1实施方式的混合装置1同样的作用效果。
第3实施方式
接着，参照图6，对第3实施方式的混合装置3的结构进行说明。图6是表示第3实施方式的混合装置的概略的纵剖视图。在外部原料油供给部340这一点上，第3实施方式的混合装置3与第1实施方式的混合装置1不同。
外部原料油供给部340形成为直径与移动层形成器10的主体14大致相同的圆筒状。在外部原料油供给部340的外周，设置有未图示的外部原料油喷射嘴，将其外部原料油喷射嘴的喷射角度设定为与水平方向平行。
在上述那样的第3实施方式的混合装置3中，也具有与第1实施方式的混合装置1同样的作用效果。
以上，对本发明的最佳实施方式进行了详细的说明，但本发明并不仅限于上述实施方式。例如，也可以不设折流板24、26，而使用流动层炉来形成催化剂的流动层，使催化剂的密度均匀化。
另外，作为移动层形成器10的主体14的形状，除了圆筒状以外也可以设为四角筒状、六角筒状等多角筒状。
另外，排出管18的直径能够根据催化剂的供给量进行任意的设计。例如，可以将其直径设定为小于反应管12的直径，还可以将其直径设定为大于反应管12的直径，以使在催化剂的供给量非常多的情况下也能够应对。
另外，也可以将从投放管16同时供给气体和催化剂。这是因为，当未供给气体而仅以重力的作用使催化剂落到排出管22内时，在催化剂投放量较少的情况下催化剂顺利地通过排出管18；但在催化剂投放量较多的情况下，有时在排出管18中会产生压力损失，使主体14内部充满催化剂，通过供给气体来补充超过主体14内所产生的压力损失的压力。这样，通过向主体14供给气体，进一步促进催化剂密度的均匀化。
另外，只要能使催化剂均匀地分散开，能够将折流板24、26的数量设定为任意个。
另外，只要能改变催化剂的流向，且沿着主体14的圆周方向进行均匀的分散，可任意设定折流板24、26的形状。
另外，在第1～第3实施方式中，为了防止原料油受到来自催化剂的热传导作用而发生焦化而使用了蒸汽，但也可以使用空气等流体、隔热材料。
(实施例1)
以下，通过实施例1以及比较例1对本发明进行更具体的说明，但本发明并不仅限于如下的实施例。
实施例1
使用图1所示的混合装置1，进行催化剂与原料油的混合。将条件显示于表1中。
表1
 
主体14的直径 0.146m
主体14的长度 0.220m
排出管18的直径 0.094m
排出管18的长度 0.094m
内部原料油供给部22(蒸汽输送管30)的直径 0.047m
反应管12的直径 0.115m
内部原料油喷射嘴34的线速度 8.3m/s
内部原料油喷射嘴34的个数 1个
外部原料油喷射嘴48的线速度 8.3m/s
外部原料油喷射嘴48的个数 4个
内部原料油喷射嘴34和外部原料油喷射嘴48的喷射角度 45”
作为催化剂，使用了用于将重质油制成汽油的流动接触分解装置上使用的催化剂。该催化剂的平均粒径为63μm，体积比重为0.85g/cm3。另外，分别将催化剂的供给量设定为71.0kg/min，移动层32在排出管18中的单位面积质量流量Q设定为228kg/m2·sec，移动层32的外径与内径之差W设定为0.047m。进而，分别将内部原料油供给部22中的原料油供给量设定为60kg/h，在4个外部原料油供给部40中的原料油合计供给量设定为120kg/h，原料油在内部原料油喷射嘴34的喷射口中的水平成分的速度u1设定为5.87m/sec，原料油在外部原料油喷射嘴48的喷射口中的水平成分的速度u2设定为5.87m/sec，则Q×(W/D)/(u1+u2)＝7.9。将此时的反应结果显示于表2中。
比较例1
除了将内部原料油喷射嘴34和外部原料油喷射嘴48的喷射角度分别设定为30°之外，与实施例1同样地进行催化剂与原料油的混合。由此，将原料油在内部原料油喷射嘴34的喷射口中的水平成分的速度u1变更为4.15m/sec，且将原料油在外部原料油喷射嘴48的喷射口中的水平成分的速度u2变更为4.15m/sec，则Q×(W/D)/(u1+u2)＝11.2。将此时的反应结果显示于表2中。
评价结果
在实施例1中，使催化剂与原料油迅速且均匀地进行混合的结果是，抑制了副产品气体(H2-C2)的发生、焦炭收获率的明显增加，同时达到了高分解率。
另一方面，在比较例1中，难以进行迅速且均匀的混合，因此无法有效地利用催化剂，使分解率下降，反而促进了热分解，并增加了副产品气体。另外，由于没有促进原料油中的高沸点化合物的气化，因此还使焦炭收获率增加。
表2
Figure A200780026439D00171

Claims (6)

1.一种混合装置，用于使原料油与粒状催化剂进行混合，其中，该混合装置包括：
移动层形成器，其一边使上述催化剂分布为环状，一边使上述催化剂从上方向下方连续地落下，从而形成圆筒状的移动层；
反应管，其将由上述移动层形成器形成的上述移动层围绕起来；
内部原料油供给部，其具有用于向由上述移动层形成器形成的上述移动层的内侧面的圆周方向整个区域供给上述原料油的内部原料油喷射嘴；
外部原料油供给部，其具有用于向由上述移动层形成器形成的上述移动层的外侧面的圆周方向整个区域供给上述原料油的外部原料油喷射嘴；
若将上述移动层的单位面积质量流量设为Q(kg/m2s)，将上述移动层的外径与内径之差设为W(m)，将上述反应管的内径设为D(m)，且将自上述内部原料油供给部供给的原料油在上述内部原料油喷射嘴的喷射口中的水平成分的线速度设为u1(m/s)，将自上述外部原料油供给部供给的原料油在上述外部原料油喷射嘴的喷射口中的水平成分的线速度设为u2(m/s)时，则满足如下的关系式：
8.0≥Q×(W/D)/(u1+u2)；
Q＝300～2000(kg/m2s)；
W/D＝0.2～0.5；
u1＝5～300(m/s)；
u2＝5～300(m/s)。
2.根据权利要求1所述的混合装置，使上述内部原料油喷射嘴和上述外部原料油喷射嘴分别向与水平面形成15°～75°
的下方喷射原料油。
3.根据权利要求1或2所述的混合装置，上述催化剂的温度为300℃以上，
在上述内部原料油供给部和上述外部原料油供给部内，分别设置有用于对来自上述催化剂的热进行隔热的隔热部件。
4.根据权利要求1～3任一项所述的混合装置，在上述移动层形成器的内部设置有多块折流板，上述折流板用于一边改变自上方向下方连续落下的催化剂的方向，一边使催化剂沿着水平方向均匀地分散开。
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