CN101879432A - 一种流化床气固接触设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了石油炼制、石油化工等行业催化转化装置所用的一种流化床气固接触设备，以解决现有的接触设备采用相应的塔盘式内构件或填料时分别存在的易于形成流动死区、气体局部节涌或固体局部架桥等问题，以及内构件或填料的安装、检修、维护较困难的问题。本发明接触设备沿筒体(4)的轴向至少设置2组填料(1)，相邻两组填料之间留有空间。每组填料由沿垂直方向重叠放置的多层填料层组成，每层填料层均带有由条形板构成的垂直的六边形通道，六边形通道的横截面形状为正六边形。在一组填料中，相邻两层填料层上的六边形通道错开布置。本发明可用作汽提器以汽提催化剂夹带的油气、烃类或气体杂质，还可用作再生器以进行催化剂的再生。

Description

一种流化床气固接触设备

技术领域

本发明属于烃油催化转化领域，涉及催化转化装置所用的一种流化床气固接触设备。

背景技术

流化床经常被用于石油炼制、石油化工、化工、燃烧和其它类型的过程中，来促进流体与固体颗粒强有力的混合与接触。这种紧密的接触可用于流体与固体颗粒之间，以获得高效的传热、传质和化学反应，或者脱除固体颗粒夹带的流体。在一般的流化床中，固体颗粒不断地从顶部加入，同时从底部移出，而流体则由底部进入、由顶部流出，这样就形成了一个典型的向下流动的固体颗粒与向上流动的流体的对流接触的过程。在这种类型的流化床中，一般来说是想减少流体(如水蒸汽、空气)的沟流、气固(流体与固体颗粒)的返混和固体颗粒与流体所形成的死区。因为沟流、返混和死区的有害作用能够体现在效率上，特别是在应用流化床的工艺过程中。

在石油炼制与石油化工行业，流化床气固接触设备用作FCC(流化催化裂化)、HCC(重油直接裂解制烯烃工艺)等催化转化工艺过程中的流化床汽提器。流化床汽提器内的流动呈现为典型的气固逆流接触，在此过程中用水蒸汽将催化剂夹带的油气、烃类或气体杂质(烟气)置换出来。汽提蒸汽和催化剂之间的接触状况直接影响汽提的效率，而汽提蒸汽与催化剂之间的接触主要取决于流化床汽提器的结构形式。目前国内外使用的流化床汽提器主要有三种结构形式，即人字型挡板、盘环形挡板和格栅填料式三种。国内大多数FCC装置汽提蒸汽用量为23～50千克/吨原料(或3～6千克/吨催化剂)，汽提后待生催化剂上焦炭中的氢含量(根据装置的烟气组成计算)多数在8w％左右(w％表示重量百分数)，有的甚至高达10w％以上。自上世纪九十年代以来，为了延长气固接触时间、改善汽提效果，在新设计的催化裂化装置中，汽提段高度有逐渐加长的趋势。

中国专利CN1191111C公开了一种塔盘式催化裂化汽提器内构件，可以提高流化床汽提器内的有效空间利用率、减少流化床层中气体的沟流。但存在的问题是，由于挡板片是倾斜的，催化剂在倾斜的挡板片与汽提器筒体的夹角处容易形成死区。而且，这种汽提器内构件的安装和检修比较麻烦。CN1199722C公开了一种由板片交叉连接形成的栅板填料，板片上开设有舌形斜孔，据称可以有效地提高汽提器效率。若用于催化转化制烯烃装置中的汽提器，可以使再生催化剂夹带的烟气杂质含量减小。但这种填料结构易于造成汽提介质径向分布不均，形成气体局部节涌或固体颗粒局部架桥等问题，且操作弹性较差。在实际应用过程中，还存在安装、检修、维护较困难的问题。美国专利US5716585公开了一种用于流化催化裂化装置的波纹形汽提填料，由波纹形的栅板交错排列而组成，分为几层放置在汽提器中。气固两相在填料层中迂回流动，达到强化接触和传质的目的。这种结构的汽提填料存在的问题是，局部区域容易形成流化死区；在催化剂质量流率较大的情况下，催化剂容易产生流动不畅、架桥等问题。而且存在结构复杂，安装、检修、维护较困难等问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种流化床气固接触设备，以解决现有的流化床气固接触设备采用相应的塔盘式内构件或填料时分别存在的易于形成流动死区、气体局部节涌或固体局部架桥等问题，以及内构件或填料的安装、检修、维护较困难的问题。

为解决上述问题，本发明采用的技术方案是：一种流化床气固接触设备，包括筒体，筒体内设有填料、气体分布器，其特征在于：沿筒体的轴向至少设置2组填料，相邻两组填料之间留有空间，每组填料由沿垂直方向重叠放置的多层填料层组成，每层填料层均带有由条形板构成的垂直的六边形通道，六边形通道的横截面形状为正六边形，在一组填料中，相邻两层填料层上的六边形通道错开布置。

本发明流化床气固接触设备可用于FCC、DCC(多产低分子烯烃的催化裂解工艺)、ARGG(以常压渣油为原料，最大量生产液化气和高辛烷值汽油的工艺)、FDFCC(灵活双效流化催化裂化工艺)、MIP(生产清洁汽油组分的流化催化裂化工艺)、MGD(多产液化气和柴油、降低汽油烯烃含量的技术)、MTO(甲醇制低碳烯烃[乙烯]工艺)、MTP(甲醇制低碳烯烃[丙烯]工艺)等工艺过程，用作汽提器，用于来自沉降器的夹带油气或烃类的待生催化剂的汽提(说明：夹带油气是对石油炼制工艺而言，夹带烃类是对生产化学品的化工工艺而言)。本发明还可用于HCC(重油直接裂解制烯烃工艺)、DCC等工艺过程，用作汽提器，用于夹带气体杂质(烟气)的再生催化剂再生。此外，本发明还可用作流化床再生器，用于FCC等装置的催化剂高效再生。在上述的应用中，固体催化剂颗粒在接触设备内自上而下流动，气体(指汽提气体或烧焦空气)自下而上流动。上述各种工艺过程采用本发明，具有如下的有益效果：

(1)本发明每层填料层均带有由条形板构成的垂直的六边形通道，而且在一组填料中相邻两层填料层上的六边形通道错开布置。六边形通道可将气固分割成细小的物流，并将接触设备内的大气泡打碎使其直径减小、降低气泡相向乳化相的传质阻力。气固在六边形通道内流动，既能够相互混合、接触和传质，又具有相对的独立性，有助于消除返混。因此，本发明可使气体和固体催化剂颗粒在接触设备内的径向分布更加均匀，提高气固接触效率、延长气固接触时间、加剧气固两相的流动程度和逆流接触程度，从而避免出现气体局部节涌、固体颗粒局部架桥或流动不畅、气固形成死区、气体形成沟流等一系列问题。以上因素，都有利于提高接触设备的汽提效率或烧焦效率。在操作工况出现波动时仍能保持较高的效率，操作弹性好。(2)本发明每层填料层的上下表面均为平面，所带有的六边形通道的横截面形状为正六边形，因而填料层的结构较为简单，且规则整齐、强度好，安装、检修、维护都比较方便。并且，每组填料(包括各层填料层)上可以沿高度方向开设通道孔，这样更便于安装、检修和维护。

将本发明用作FCC装置的沉降器汽提器，用于来自沉降器的夹带油气的待生催化剂的汽提，可使汽提效率提高到98.5％，汽提后待生催化剂上焦炭中的氢含量可降至6w％以下。

将本发明用作HCC装置的汽提器，用于来自再生器的夹带气体杂质(烟气)的再生催化剂的汽提，可使进入到提升管反应器的再生烟气量减少96w％以上，裂解气中的非烃含量减少58w％以上。

在上述两种场合使用时，汽提蒸汽用量可以降低到1.7千克/吨催化剂以下，使装置能耗较低。

将本发明用作FCC装置的再生器，再生后催化剂的含碳量可降低到0.075w％，烧焦耗风指标可以降低到8以下。

总之，本发明流化床气固接触设备具有较高的汽提效率或烧焦效率。用于夹带油气或烃类的待生催化剂的汽提，可以多回收目的产品、降低干气产率；用于夹带气体杂质的再生催化剂的汽提，可以减少产品中的杂质含量。用于催化剂的再生，可以进行强化再生，提高再生器的烧焦强度与烧焦效率。本发明具有实用性强、结构简单、易于实施、设备投资少、适用范围广等优点，可广泛应用于石油炼制、石油化工、化工等行业新建或改造的各种催化转化工艺装置中。

下面结合附图、具体实施方式和实施例对本发明作进一步详细的说明。附图、具体实施方式和实施例并不限制本发明要求保护的范围。

附图说明

图1是本发明流化床气固接触设备沿轴向的局部剖视图。

图2是图1中的A-A剖视图。

图3是本发明两层填料层的局部立体结构示意图。

图4是本发明用作外提升管式FCC装置汽提器、用于夹带油气的待生催化剂汽提的示意图。

图5是本发明用作HCC装置汽提器、用于夹带气体杂质的再生催化剂汽提的示意图。

图1至图5中，相同附图标记表示相同的技术特征。

具体实施方式

参见图1、图2和图3，本发明的流化床气固接触设备(简称接触设备)，包括筒体4；筒体4内设有填料1、气体分布器3，填料1支撑于支撑架2上。沿筒体4的轴向至少设置2组填料1，相邻两组填料1之间留有空间。每组填料1由沿垂直方向重叠放置的多层填料层组成，每层填料层均带有由条形板构成的垂直的六边形通道，六边形通道的横截面形状为正六边形。其中，气体分布器3可以采用现有各种催化转化工艺装置中所常用的环状气体分布器或树枝状气体分布器；图1、图2所示的为环状气体分布器。支撑架2可以采用现有各种催化转化工艺装置中所常用的支撑圈式支撑架或支撑梁式支撑架，一般用焊接方法固定在筒体4的内壁上。图1、图2所示的支撑架2为支撑梁式支撑架(图2中，支撑架2被填料1覆盖的部分没有绘出)。图1示出了两组填料1，每组填料1由沿垂直方向重叠放置的3层填料层组成。每层填料层上的多个六边形通道，形成六边形通道网格。

参见图1、图2和图3，在一组填料1中，相邻两层填料层上的六边形通道错开布置。在一层填料层中，任意一个六边形通道的轴心线，都对应于一条与之相邻的一层填料层上的3个六边形通道的交线，与该条交线同轴；如图2所示。

每组填料1一般由3～5层填料层组成。图1以及图4、图5所示，每组填料1均由3层填料层组成。

各层填料层的外观形状均为圆柱形，上下表面均为平面；由多层填料层所组成的一组填料1的外观形状也为圆柱形。各填料层以及每组填料1的直径d略小于筒体4的内直径D，使其圆柱形的侧面与筒体4的内壁之间留有间隙，以便安装，并作为填料1与筒体4的内壁之间预留的膨胀缝。参见图1、图2，d一般为0.9～0.95D。填料层中的条形板一般采用焊接连接，每6个条形板形成一个六边形通道。在一组填料1中，相邻的两层填料层之间一般采用焊接连接；最底层的一层填料层的下表面一般是焊接于支撑架2上。条形板的材料一般为不锈钢，支撑架2的材料一般为碳钢或不锈钢。为便于安装、检修和维护，每组填料(包括各层填料层)上可以沿高度方向开设一个通道孔。通道孔相当于检修人孔，其顶部(位于最上面一层填料层的上表面)设有盖板；盖板上带有若干开孔，供气固流过。有关通道孔的附图省略。

参见图1、图3，在一组填料1中，每层填料层的高度h一般为50～150毫米；参见图3，六边形通道的内切圆的直径b一般为30～100毫米，形成六边形通道的条形板的厚度a一般为3～10毫米。

本发明的流化床气固接触设备，筒体4内一般设置2～10组填料1。参见图1、图4，相邻两组填料之间的距离t一般为筒体4内直径D的0.1～1.5倍。计算t时，支撑架2的高度忽略不计；相邻两组填料之间设有气体分布器3时，t可取较大的数值。

筒体4内一般设置1～3个气体分布器3。设置1个气体分布器3时，设置于底部一组填料的下方；设置2～3个气体分布器3时，其中的1个设置于底部一组填料的下方，其余的设置于各组填料之间；参见图1、图4、图5。设置多个气体分布器3时，气体分布器3之间最少间隔一组填料。气体分布器3至填料1的距离以及其它未说明的设置位置，本发明无严格限制。

本发明流化床气固接触设备适用于各种催化转化工艺夹带油气或烃类的待生催化剂的汽提以及夹带气体杂质的再生催化剂的汽提，催化剂可以是各种类型的催化转化催化剂。

如图4所示，本发明用作外提升管式FCC装置汽提器，用于来自沉降器的夹带油气的待生催化剂的汽提。本发明的流化床气固接触设备100安装在FCC沉降器5的底部，提升管反应器设于接触设备100的外部(图中未示出)；接触设备100的底部设有待生立管或待生斜管7，与再生器(图中未示出)相连通。接触设备筒体4内设置8组填料1，2个气体分布器3。其中，设置于底部一组填料下方的气体分布器3作为一级汽提蒸汽分布器，设置于8组填料中间的气体分布器3作为二级汽提蒸汽分布器，分别与一级汽提蒸汽管61和二级气体蒸汽管62相连。

图4所示接触设备的操作过程是这样的：夹带油气的待生催化剂从沉降器5进入接触设备100的顶部，同时经一级汽提蒸汽管61、一级汽提蒸汽分布器和二级汽提蒸汽管62、二级汽提蒸汽分布器分别向接触设备100内通入一级和二级汽提蒸汽。待生催化剂首先在接触设备100的顶部与顶部的一组填料接触，然后自上而下经过各组填料1向下流动，依次与上升的一、二级汽提蒸汽逆流接触。催化剂均匀地与汽提蒸汽接触进行传质、传热，同时汽提蒸汽与催化剂夹带的油气接触也进行传质、传热，将待生催化剂中夹带的油气置换出来。置换出的油气和汽提蒸汽向上流动进入沉降器5，再经沉降器5去分馏塔进行分离。汽提后的待生催化剂进入接触设备100底部的待生立管或待生斜管7，最后送入再生器进行再生。

在上述的汽提过程中，待生催化剂通过各组填料中填料层上的六边形通道以及填料侧面与筒体4内壁之间的间隙向下流动，一、二级汽提蒸汽按相同路径向上流动。

本发明的流化床气固接触设备用于各种催化转化工艺夹带油气或烃类的待生催化剂的汽提，其主要操作条件与一些相关的操作条件一般如下：沉降器的顶部压力为0.15～0.18MPa，温度为490～550℃；流化床气固接触设备的汽提蒸汽采用水蒸汽，各级汽提蒸汽的压力为1.0～1.1MPa、温度为240～350℃，汽提线速为0.1～0.2米/秒。

如图5所示，本发明用作HCC装置汽提器，用于夹带气体杂质的再生催化剂的汽提。本发明的流化床气固接触设备100安装在HCC装置再生器8的侧面，其上部与再生器8的下部(催化剂密相段)之间设有催化剂下料管11，接触设备100的顶部与再生器8的催化剂稀相段之间设有气体返回管13，再生器8的底部设有主风分布器9。接触设备100的底部与提升管反应器10的下部之间设有催化剂流出管12。接触设备筒体4内设置4组填料1，2个气体分布器3。与图4所示的类同，2个气体分布器3分别作为一级汽提蒸汽分布器和二级汽提蒸汽分布器，分别与一级汽提蒸汽管和二级汽提蒸汽管相连(图略)。

操作过程中，再生器8内夹带气体杂质(即烟气)的再生催化剂经催化剂下料管11进入接触设备，然后自上而下经过各组填料层向下流动，依次与由2个汽提蒸汽分布器通入的上升的一、二级汽提蒸汽逆流接触。汽提蒸汽与再生催化剂及其夹带的气体杂质进行传质和传热，再生催化剂中夹带的气体杂质被水蒸汽置换出来。汽提出的气体杂质和汽提蒸汽向上流动，经接触设备100顶部的气体返回管13返回再生器8内的催化剂稀相段。汽提后的夹带有水蒸汽的再生催化剂由接触设备100的底部流出，经催化剂流出管12流入提升管反应器10的下部，与原料油混合进行催化裂解反应。

本发明的流化床气固接触设备用于各种催化转化工艺夹带气体杂质的再生催化剂的汽提，其主要操作条件与一些相关的操作条件一般如下：再生器的顶部压力为0.16～0.20MPa，催化剂密相床层温度为630～680℃；流化床气固接触设备的汽提蒸汽采用水蒸汽，各级汽提蒸汽的压力为1.0～1.1MPa、温度为240～350℃，汽提线速为0.1～0.2米/秒。

本发明还可用作FCC等装置的高效流化床再生器，进行强化再生，提高再生器的烧焦强度与烧焦效率。接触设备用作再生器时，将各组填料以及气体分布器设于筒体下部，位于催化剂密相段中。筒体内一般设置2～4组填料，在底部一组填料的下方设置1个气体分布器。筒体内设置4组填料时，还可以在4组填料中间再设置1个气体分布器。气体分布器作为主风分布器，与主风机风管线相连。在接触设备的底部设置再生斜管，接触设备筒体之内的上部设置旋风分离器。其它未说明的结构与结构参数，与本说明书结合图1、图2和图3所作说明中的基本相同。操作过程中，待生催化剂经待生斜管或待生立管进入接触设备，自上而下经过各组填料向下流动；同时经主风分布器向接触设备内通入烧焦空气，烧焦空气自下而上经过各组填料向上流动。待生催化剂与烧焦空气逆流接触，进行烧焦再生。再生后的再生催化剂由接触设备底部的再生斜管流出。再生产生的烟气携带部分催化剂向上进入催化剂稀相段，经旋风分离器分离出催化剂后排出。接触设备用作再生器时的附图和详细说明从略。

本发明的流化床气固接触设备用于各种催化转化工艺待生催化剂的再生，其主要操作条件与一些相关的操作条件一般如下：待生催化剂含碳量为1.0～1.3w％，再生器的顶部压力为0.16～0.20MPa，催化剂密相床层温度为630～680℃，再生器气体线速为0.6～0.8米/秒。

实施例

某100万吨/年的常规外提升管式FCC装置进行改造。改造前，使用盘环挡板式汽提器对来自沉降器的夹带油气的待生催化剂进行汽提。该汽提器筒体内设有8组盘环形挡板，两级汽提蒸汽分布器。改造后，用本发明流化床气固接触设备带有六边形通道的填料层所组成的填料组取代了8组盘环形挡板(一组填料取代一组盘环形挡板)，汽提器的其它结构未做改变。改造后的汽提器如图4所示，其结构与操作过程参见对图4的有关说明。主要结构参数见表1。

FCC装置所加工原料油的密度为922.7千克/立方米(20℃)，残炭为2.33w％。所用催化剂为CC-20DF型FCC催化剂。沉降器的顶部压力为0.16MPa，温度为500℃。流化床气固接触设备的一、二级汽提蒸汽(水蒸汽)压力为1.0MPa、温度为260℃，汽提线速为0.15米/秒。

来自于沉降器的夹带油气的待生催化剂，汽提前焦炭中的氢含量为8.7w％。采用按本发明方案改造的汽提器进行汽提后，待生催化剂上焦炭中的氢含量降低到5.8w％。汽提蒸汽用量为1.65千克/吨催化剂，比改造前的盘环挡板式汽提器的汽提蒸汽用量减少了15w％；汽提效率达到98.5％，比改造前的盘环挡板式汽提器的汽提效率提高了近29％。

表1

项目	数据
		流化床气固接触设备筒体的内直径D/毫米	2800
筒体内设置的填料组数	8
		每组填料中的填料层层数	3
气体分布器/个	2
		相邻两组填料之间的距离t/毫米	900
各填料层以及每组填料的直径d/毫米	2500
		六边形通道的内切圆的直径b/毫米	60
每层填料层的高度h/毫米	80
		条形板的厚度a/毫米	6

Claims (5)

1.一种流化床气固接触设备，包括筒体(4)，筒体(4)内设有填料(1)、气体分布器(3)，其特征在于：沿筒体(4)的轴向至少设置2组填料(1)，相邻两组填料(1)之间留有空间，每组填料(1)由沿垂直方向重叠放置的多层填料层组成，每层填料层均带有由条形板构成的垂直的六边形通道，六边形通道的横截面形状为正六边形，在一组填料(1)中，相邻两层填料层上的六边形通道错开布置。

2.根据权利要求1所述的流化床气固接触设备，其特征在于：每组填料(1)由3～5层填料层组成。

3.根据权利要求1所述的流化床气固接触设备，其特征在于：在一组填料(1)中，每层填料层的高度为50～150毫米，六边形通道的内切圆的直径为30～100毫米。

4.根据权利要求1或2或3所述的流化床气固接触设备，其特征在于：筒体(4)内设置2～10组填料(1)，相邻两组填料之间的距离为筒体(4)内直径的0.1～1.5倍。

5.根据权利要求4所述的流化床气固接触设备，其特征在于：筒体(4)内设置1～3个气体分布器(3)，其中的1个设置于底部一组填料的下方，其余的设置于各组填料之间。

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