CN102049217B - 催化剂在线加注装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种以气体压力为动力源的催化剂在线加注装置及方法，本发明装置包括催化剂加注罐、输送油储罐及工艺管线。所述的催化剂加注罐所包括氮气分布器、锥形导流体和松动气分布器；氮气分布器往催化剂加注罐中注入氮气，用于吹拂下落的催化剂，实现催化剂粉尘的分离；松动气分布器通入高压氢气，使固体催化剂颗粒具有流动性，同时高压氢气冲击催化剂颗粒层，使其崩塌，实现连续进料。该催化剂加注装置结构简单、输送平稳、不会堵塞管道、洗涤油用量少，适用于向沸腾床反应器内连续或间断地在线加注新鲜催化剂。

Description

催化剂在线加注装置及方法

技术领域

本发明涉及一种以气体压力为动力源的催化剂在线加注工艺及装置，属于石油化工领域，特别是用于沸腾床反应工艺的催化剂在线加注系统。

背景技术

石油化工、环保、矿山冶金、电力等领域均存在固体颗粒输送问题。一般地，固体颗粒输送方式有机械传送、气流输送和水力输送。

给密闭系统输送固体颗粒时，一般采用水力输送方式，通常需进行制浆工序，并采用渣浆泵注入设备内，存在工序繁杂、设备台数多，动力消耗大、机泵磨损严重、运行周期短、检修量大、运行费用高等缺点。目前使用最多的离心式渣浆泵的过流件，如叶轮、护套轴、蜗壳等使用寿命一般为500～1000小时，不仅造成了人力、物力的极大浪费，而且影响装置的正常生产。

中国专利CN86209508U介绍了一种立式水力输送装置，由多台(套)设备及阀组构成，用于火电厂灰渣桨和煤粉的输送，存在装置繁杂、需渣浆泵输送等缺点。中国专利CN87206593U介绍了一种水力输送装置，由灰渣泵、高压水泵、油马达、油泵、阀组等设备构成，用于矿桨、火电厂燃煤及灰渣输送，存在装置繁杂、需渣浆泵输送和易堵塞等缺点。

沸腾床工艺技术可以处理含高金属、高沥青质的重、劣质原料油，具有压力降小、温度分布均匀，可保持在整个运转周期中，反应器内催化剂活性均一，即在运转中加注新鲜催化剂，或取出废催化剂而无需停工等特点，特别是用于粘度大、杂质多的渣油加氢领域。该工艺需要催化剂在线加注，如果只实施水力冲送，需设置高温、高压泵，而且其输送浆液的固含率无法得到有效控制：冲送过程中固含率高时，容易堵塞管道、磨损阀门和设备，冲送过程固含率过低时，所需的冲送液液量大、对反应器沸腾状态影响较大。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，提供一种以气体压力为动力源的催化剂在线加注装置。本发明的催化剂在线加注装置，以气体压力松动源，以氢气压力为输送动力源，实现催化剂的加注。

本发明的催化剂在线加注装置包括催化剂加注罐和输送油储罐，所述的催化剂加注罐底部通过管路与反应器顶部连接；输送油储罐通过管路与催化剂加注罐连接；催化剂加注罐顶部通过管路与氢气管线、氮气管线、催化剂输送管线及放空管线连接；输送油储罐顶部通过管路与氢气管线、氮气管线及放空管线连接。

所述的催化剂加注罐包括设备封头、氮气分布器、压力平衡管、筒体、锥形导流体、洗涤油分布器、松动气分布器、催化剂出口、输送油分布器、垫油入口、氮气入口、催化剂加注口、油气放空口和放空口；所述的锥形导流体位于筒体下部，与筒体之间为密闭连接。在催化剂加注罐内设置氮气分布器，向催化剂加注罐内注入氮气，吹拂下落过程中的催化剂，将其含尘扬起，设置放空口，实现催化剂粉尘的分离；在催化剂加注罐内设置松动气分布器，吹入的氢气，朝下的喷嘴使固体颗粒具有流动性；朝上的喷嘴使氢气冲击固体颗粒层，使其崩塌；设置锥形导流体，便于固体颗粒滑落和在底部的聚集，从而减少输送用油量；设置压力平衡管，当设备需承压时，消除锥形导流体的承压，从而降低设备造价。

工作时，向输送油储罐注入蜡油，达到定容线时，蜡油经溢流管溢流入催化剂加注罐，催化剂加注罐设置液位计，达到液位后停止蜡油加注；向催化剂加注罐投加催化剂；同时向催化剂加注罐内注入氮气，吹拂下落过程中的催化剂，将其含尘扬起，设置放空口，实现催化剂粉尘的分离；催化剂投加完成后将化剂加注罐密闭，注入氮气，实现罐内气体置换；进行浸渍、升温工序，两个罐同时升温，并设定相同的温升值；达到所需温度后分别向催化剂加注罐、输送油储罐注入氢气，实现升压，后者压力高于前者压力0.1MPa，达到额定值后开始加注催化剂工序；通过松动气分布器向催化剂加注罐加注氢气，扰动催化剂床层，使其床层膨胀并具有了流动性；催化剂加注罐、输送油储罐与反应器等压时加注完成，关闭催化剂加注罐和反应器间的阀门；打开两个罐的放空阀，实现放空、卸压。至此完成一次催化剂加注工序。

本发明的催化剂加注装置结构简单、输送平稳、不会堵塞管道、洗涤油用量少，输送过程中催化剂颗粒不经过输送泵，避免了机械转动对催化剂的磨损，同时避免了催化剂对机泵的磨蚀，适用于向沸腾床反应器内连续或间断地在线加注新鲜催化剂。

附图说明

图1为本发明的催化剂在线加注装置示意图。

图2为本发明的催化剂加注罐结构示意图。

图3为本发明的氮气分布器结构示意图。

图4为本发明的氮气分布器的喷嘴分布示意图。

图5为本发明的洗涤油分布器结构示意图。

图6为本发明的洗涤油分布器的喷嘴分布示意图。

图7为本发明的松动气分布器结构示意图。

图8为本发明的松动气分布器的喷嘴分布示意图。

其中01催化剂加注罐，02输送油储罐，03沸腾床反应器，1催化剂加注口，2氢气入口，3油气放空口，4氮气放空口，5氮气入口，6垫油入口，7洗涤油入口，8催化剂出口，9氢气入口，10蜡油入口，11油气放空口，12蜡油溢流口，13洗涤油出口，14松动气入口，15设备封头，16氮气分布器，17压力平衡管，18筒体，19锥形导流体，20洗涤油分布器，21松动气分布器，22喷嘴a，23环管a，24接管a，25接管b，26环管b，27喷嘴b，28接管c，29环管c，30喷嘴c。

具体实施方式

本发明的催化剂在线加注工艺，以气体压力松动源，以氢气压力为输送动力源，实现催化剂的加注和设备及工艺管线的洗涤。根据本发明提供的催化剂在线加注装置，其工艺方法由输送油存储、催化剂投加、催化剂加注及设备和工艺管线的洗涤四步工序构成。

以下结合附图对本发明做进一步叙述。

如图1所示，本发明的催化剂在线加注装置包括催化剂加注罐01，输送油储罐02，沸腾床反应器03，催化剂加注罐和沸腾床反应器呈上下布置。输送油储罐02的蜡油溢流口12通过工艺管线与催化剂加注罐01的垫油入口6连接，洗涤油出口13通过工艺管线与催化剂加注罐的洗涤油入口7连接；催化剂加注罐催化剂出口8通过工艺管线与沸腾床反应器顶部管口连接。输送油储罐02顶部设置了氢气入口9、蜡油入口10、油气放空口11。

如图2～8所示，所述的催化剂加注罐01包括设备封头15、氮气分布器16、压力平衡管17、筒体18、锥形导流体19、洗涤油分布器20和松动气分布器21。催化剂加注罐01除在上封头设置催化剂加注口1、氢气入口2、油气放空口3、氮气放空口4外，还在不同位置上设置了氮气入口5、垫油入口6、洗涤油入口7、催化剂出口8、松动气入口14；在催化剂加注罐内设置液位自控仪表，在输送油储罐的蜡油入口10工艺管线上设置控制阀，控制蜡油入口的开启和关闭。

本发明的催化剂加注罐，所述的氮气分布器16由接管a 24、环管a 23和若干喷嘴a 22构成；喷嘴总截面积为接管截面积的1/3～1倍；喷嘴设置在环管的下表面，与催化剂加注罐筒体轴线平行；松动气分布器21由接管c 28、环管c 29和若干喷嘴c 30构成；喷嘴总截面积为接管截面积的1/3～1倍；喷嘴设置在环管的上、下表面，且呈对应分布，对应分布的喷嘴轴线重合、且与催化剂加注罐筒体轴线平行；洗涤油分布器20由接管b 25、环形分布管b 26和若干喷嘴b27构成；喷嘴总截面积为接管截面积的1/3～1倍；喷嘴轴线与设备中心线夹角为15°～75°，优选30°～55°。本发明的催化剂加注罐，设置锥形导流体19，便于固体颗粒滑落和在底部的聚集，从而减少输送用油量；催化剂加注罐的锥形导流体位于筒体下部，与筒体之间为密闭连接；催化剂加注罐在距筒体边缘处设置压力平衡管，其下端与锥形导流体为密闭连接；上端为180°的弯头，或设置雨帽；油垫油入口管设置在设备筒体的上部。设置压力平衡管17，当设备需承压时，消除锥形导流体的承压，从而降低设备造价。

本发明要解决的另一个技术问题是提供一种催化剂在线加注方法，其应用了上述的催化剂在线加注装置，包括如下步骤：

(1)输送油存储：往输送油储罐中注入蜡油，并通过催化剂加注罐和输送油储罐间的蜡油溢流管线往催化剂加注罐中注入垫底油；

(2)催化剂投加：往催化剂加注罐投加计量后的催化剂，在投加催化剂的同时通入氮气吹扫，实现催化剂粉尘的分离；关闭催化剂投加口及氮气入口，分别对输送油储罐和催化剂加注罐进行氮气置换、氮气气密、氢气气密和升压；其中催化剂加注罐的压力高于沸腾床反应器压力0.01～0.1MPa，输送油储罐的压力高于催化剂加注罐内的压力0.01～0.1MPa；

(3)催化剂加注：通过松动气分布器注入氢气，打开催化剂加注罐的催化剂出口，向沸腾床反应器内在线加注催化剂，当催化剂加注罐、输送油储罐与反应器等压时加注完成。

所述的催化剂在线加注方法一般为间歇操作。

步骤(1)中所述的输送油存储：蜡油经工艺管线进入输送油储罐，在输送油储罐内设置溢流管，达到溢流线后蜡油经溢流管向催化剂加注罐内注入，形成垫底油；在催化剂加注罐上设置液位自控仪表，在输送油储罐的蜡油入口工艺管线上设置控制阀，催化剂加注罐到达所需液位后，液位自控仪表指示控制阀，将蜡油入口工艺管线关闭，至此完成输送油存储。

步骤(2)中所述的催化剂投加：关闭催化剂加注罐和输送油储罐间的蜡油溢流管线；催化剂经计量后，采用气力输送方式从上封头的催化剂投加口加注到催化剂加注罐内，打开氮气入口及氮气放空口，氮气分布器输送的氮气吹拂下落过程中的催化剂，将其含尘扬起，并从氮气放空口排出，实现催化剂粉尘的分离；关闭催化剂投加口及氮气入口，利用氮气放空口将催化剂加注罐抽到一定真空度后，关闭氮气放空口，连通氮气管线，向催化剂加注罐内注入氮气，达到设定压力后关闭氮气管线；再次利用氮气放空口将催化剂加注罐抽到真空度，排除罐内氮气，达到一定真空度后氮气放空口；连通氢气入口，同时向催化剂加注罐和输送油储罐的内注入氢气，催化剂加注罐内的压力高于沸腾床反应器压力0.01～0.1MPa，输送油储罐的压力高于催化剂加注罐内的压力0.01～0.1MPa，达到设定压力后关闭氢气管线；至此，完成了催化剂的投加工序。

步骤(3)中所述的催化剂加注：打开催化剂加注罐松动气入口工艺管线，松动气经催化剂加注罐松动气入口、松动气分布器注入催化剂加注罐，实现催化剂床层的松动；打开催化剂加注罐催化剂出口，以催化剂加注罐和沸腾床反应器间的压力差为输送动力，向沸腾床反应器内加注催化剂，催化剂加注罐、输送油储罐与反应器等压时加注完成，关闭催化剂加注罐和反应器间的阀门；打开两个罐的放空阀，实现放空、卸压。至此完成一次催化剂加注工序。

设备、工艺管线的洗涤：连通输送油储罐底部的洗涤油出口13和催化剂加注罐的洗涤油入口间的工艺管线，经洗涤油分布器向催化剂加注罐注入洗涤油，喷嘴将洗涤油分布到催化剂加注罐筒体内壁，冲洗、冲送粘连在设备筒体、封头和工艺管线上的催化剂颗粒，实现设备和工艺管线的洗涤工序。

本发明的催化剂在线加注系统中使用的催化剂粒径范围为0.04mm～3mm。

Claims (12)

1.一种催化剂在线加注装置，包括输送油储罐和催化剂加注罐，所述的催化剂加注罐底部通过管路与反应器连接；输送油储罐通过管路与催化剂加注罐连接；催化剂加注罐顶部通过管路与氢气管线、氮气管线、催化剂输送管线及放空管线连接；输送油储罐顶部通过管路与氢气管线、氮气管线及放空管线连接；所述的催化剂加注罐包括设备封头、氮气分布器、筒体、锥形导流体、松动气分布器和洗涤油分布器；所述的锥形导流体位于筒体下部，与筒体之间为密闭连接。

2.按照权利要求1所述的装置，其特征在于，所述的松动气分布器包括接管、环管和喷嘴；喷嘴总截面积为接管截面积的1/3～1倍；喷嘴设置在环管的上、下表面，且呈对应分布，对应分布的喷嘴轴线重合、且与催化剂加注罐筒体轴线平行。

3.按照权利要求1所述的装置，其特征在于，所述的氮气分布器包括接管、环管和喷嘴；喷嘴总截面积为接管截面积的1/3～1倍；喷嘴设置在环管的下表面，与催化剂加注罐筒体轴线平行。

4.按照权利要求1所述的装置，其特征在于，在距所述筒体边缘处设置压力平衡管，其下端与锥形导流体为密闭连接，上端为180°的弯头，或设置雨帽。

5.按照权利要求1所述的装置，其特征在于，所述的催化剂加注罐内设置洗涤油分布器，所述洗涤油分布器包括接管、环管和喷嘴。

6.按照权利要求5所述的装置，其特征在于，所述喷嘴的总截面积为接管截面积的1/3～1倍，喷嘴轴线与设备中心线夹角为15°～75°。

7.按照权利要求1所述的装置，其特征在于，所述催化剂加注罐还包括垫油入口管，垫油入口管设置在设备筒体的上部。

8.按照权利要求1所述的装置，其特征在于，松动气分布器中通入的介质为氢气。

9.一种催化剂在线加注方法，其应用了权利要求1～8任一权利要求所述的装置，包括如下步骤：

(1)输送油存储：往输送油储罐中注入蜡油，并通过催化剂加注罐和输送油储罐间的蜡油溢流管线往催化剂加注罐中注入垫底油；

(2)催化剂投加：往催化剂加注罐投加计量后的催化剂，在投加催化剂的同时通入氮气吹扫，实现催化剂粉尘的分离；关闭催化剂投加口及氮气入口，分别对输送油储罐和催化剂加注罐进行氮气置换、氮气气密、氢气气密和升压；其中催化剂加注罐的压力高于沸腾床反应器压力0.01～0.1MPa，输送油储罐的压力高于催化剂加注罐内的压力0.01～0.1MPa；

(3)催化剂加注：通过松动气分布器注入氢气，打开催化剂加注罐催化剂出口，向沸腾床反应器内在线加注催化剂，当催化剂加注罐、输送油储罐与反应器等压时加注完成。

10.按照权利要求9所述的方法，其特征在于，所述方法还包括步骤(4)，通过洗涤油分布器往催化剂加注罐内注入洗涤油，冲洗并冲送粘连在设备筒体、封头和工艺管线上的催化剂颗粒。

11.按照权利要求9所述的方法，其特征在于，步骤(3)中向沸腾床反应器内加注催化剂时以催化剂加注罐和沸腾床反应器间的压力差为输送动力。

12.按照权利要求9、10或11所述的方法，其特征在于，所述的催化剂在线加注方法为间歇操作。

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