CN102120165B - 一种抑制催化剂返混的催化裂化提升管进料混合段结构 - Google Patents

Abstract

本发明属于石油化工技术领域，主要涉及一种抑制催化剂返混的催化裂化提升管进料混合段结构，在反应器提升管的内壁上设置有导流板(2)，导流板(2)与原料油雾化喷嘴对应设置并位于所对应的原料油雾化喷嘴的上方，导流板(2)为弧形板，由渐缩径段、渐扩径段构成；在导流板(2)上端设置有导流套管(4)，导流套管(4)与提升管反应器进料混合段管壁之间具有辅助气腔室，辅助气腔室通过导流套管上端部与反应器提升管管壁之间的环形缝隙(6)与提升管连通；在与辅助气腔室对应的提升管管壁上设置有辅助气入口管(5)，构成辅助气通过辅助气入口管(5)、辅助气腔室、环形缝隙(5)与提升管反应器连通的结构。

Description

一种抑制催化剂返混的催化裂化提升管进料混合段结构

技术领域

本发明属于石油化工技术领域，主要涉及一种抑制催化剂返混的催化裂化提升管进料混合段结构。

背景技术

催化裂化工艺在我国石油加工业中占有举足轻重的地位，提供了我国市场70％以上的汽油和约30％的柴油。提升管反应器是催化裂化的核心装置之一。高价值的目的产品汽油、柴油和液化气等均是在其内获得。

根据在裂化反应过程中所起的作用，通常可将整个提升管反应器由下至上分为预提升段、进料混合段、充分反应段以及出口快速分离区四个部分，在预提升段内，预提升汽(气)从提升管底部进入，与再生斜管引入的催化剂混合、接触，并携带催化剂颗粒群向上运动。当到达进料混合段时，催化剂颗粒与雾化喷嘴喷入的原料油混合、接触并迅速开始反应，生成汽油、柴油、液化气等目标产品。在充分反应段，油、剂混合物一边向上运动一边继续进行裂化反应。当到达提升管末端出口快速分离区时，在快速分离系统的作用下，反应产物——如柴油、汽油等和催化剂迅速分开，以防发生过度裂化。

提升管反应器是催化裂化的关键装置。根据在裂化反应中所起的作用，可以将其由下至上分为预提升段、进料混合段、充分反应段以及出口快分区4个部分。在预提升段，预提升气从提升管底部进入，与再生斜管引入的催化剂混合、接触，并携带催化剂颗粒群向上运动。当到达进料混合段时，催化剂颗粒与雾化喷嘴喷入的原料油混合、接触并迅速开始反应。在充分反应段，油、剂混合物一边向上运动一边进行裂化反应。当到达提升管末端出口快分段时，在快分系统的作用下，反应产物——如柴油、汽油等和催化剂迅速分开，以防发生过度裂化。

在进料混合段内，原料油和催化剂之间的接触与混合状况将会直接影响到整个裂化反应的进程。

对于进料混合段内油剂两相的流动与混合，最为理想的状况包含三个方面的意义：

1.油剂之间实现快速、均匀、充分地接触、混合，即在提升管反应器内，油、剂之间的接触、混合时间应当尽量缩短，避免反复接触，且油相和剂相的浓度分布相互“匹配”——油相浓度高的区域，催化剂浓度也较高，反之亦然；

2.油剂混合物以“平推流”的形式一起向上运动；

3.油、剂两相无轴向“返混”。

然而，实际情况却与理想状况相去甚远，主要问题也体现在三个方面：

(1)在进料混合段的大部分区域里，油剂两相的接触、混合状况并不理想，主要表现在：油剂两相在提升管截面上浓度分布并不“匹配”，油相浓度相对较高(低)的区域，剂相浓度却较稀(高)。

(2)油、剂混合物也并非以“平推流”的形式向上运动，催化剂颗粒在提升管近壁区域较为浓集，且存在着较为严重的返混；在提升管中心区域，油、剂两相的速度较高，而在提升管边壁附近，油、剂的速度较低，形成典型的“环-核结构”。

(3)在提升管反应器进料混合段内，催化剂存在着较为严重的返混现象，尤其在提升管边壁区域，催化剂返混更为剧烈，这使得催化剂停留时间延长，也增大了油、剂之间反复接触的几率，造成较为严重的结焦。据报道，结焦最为严重的区域位于喷嘴上方500mm～2000mm的提升管内壁附近。

多年来，针对提升管进料混合段内存在的上述三个方面的不足，国内外许多科研院所、石油公司提出了多种结构，以期使上述“三个问题”得到改善。

中国石化石油化工科学研究院提出了一种抗返混提升管，主要特点有二：原料油采用轴切向进入提升管；进料段采用缩径结构。这种结构有效地改善了所谓的“环-核结构”，改善了催化剂颗粒在提升管截面上分布不均匀的状况，并抑制了催化剂颗粒在边壁区域的返混，但是，这种结构由于采用轴切向进料，根据旋流的特点，原料油在提升管内的停留时间延长，这就增大了油、剂之间反复接触的几率，对于反应也是不利的；而且采用缩径结构，压降大为增加。

美国UOP公司曾经提出将原料油雾化喷嘴与提升管反应器轴线垂直安装，或者向下倾斜至某一角度的进料形式，这些结构虽然促进了油、剂两相的接触、混合，改善了油、剂之间的在提升管截面上浓度分布的“匹配”。但是，却加剧了催化剂颗粒的返混。

UOP公司还曾经提出在提升管内喷嘴安装位置的上游设置导流部件，以期改善油、剂之间的初始接触状况。但是，通过我们的实验发现，由于原料油的注入，将对提升管内喷嘴上游的区域产生了极大的影响，因而这种结构的作用应当是非常有限的。

事实上，上述各种专利结构，都是对前述“三个问题”进行定性地、尝试性地改进，并不是建立在对“三个问题”进行定量分析、研究的基础上而提出的。

一般说来，加速油、剂之间的混合必将导致催化剂颗粒的返混加剧，而为了抑制催化剂颗粒群的返混，又不得不付出延缓油、剂混合速度的代价。如何解决并利用这一对矛盾，作到“抑其弊、用其利”，则是改进提升管进料混合段性能的关键。

发明内容

本发明的目的是提出一种抑制催化剂返混的催化裂化提升管进料混合段结构，采用“流线型”导流结构，加速、促进催化裂化提升管反应器中原料油与催化剂的混合，有效抑制催化剂颗粒的返混，减少了一些不利的副反应，有效的抑制了结焦。

本发明完成其发明任务所采取的技术方案是：

一种抑制催化剂返混的催化裂化提升管进料混合段结构，在提升管反应器进料混合段与预提升段之间的管壁上设置有喷嘴安装管，原料油雾化喷嘴与提升管反应器的轴线呈30°～36°夹角；在反应器提升管的内壁上设置有导流板，所述导流板与原料油雾化喷嘴对应设置并使导流板位于所对应的原料油雾化喷嘴的上方，所述导流板为弧形板，由渐缩径段、渐扩径段构成；在导流板上端设置有导流套管，所述导流套管与提升管反应器进料混合段管壁之间具有辅助气腔室，所述辅助气腔室通过导流套管上端部与反应器提升管管壁之间的环形缝隙与提升管连通；在与辅助气腔室对应的提升管管壁上设置有辅助气入口管，辅助气入口管与导流套管、提升管反应器管壁之间的辅助气腔室连通，构成辅助气通过辅助气入口管进入辅助气腔室，经导流套管上端的环形缝隙与提升管反应器连通的结构。

本发明由于采用了如上所述技术方案，具有如下有益效果：

1、本发明的流线型导流结构，确定按照原料油进入到提升管反应器后的实际扩散方向，一方面加速了油、剂之间的混合，同时又有效地抑制了催化剂颗粒的返混。

2、在结焦最为严重的区域位于喷嘴上方的提升管内壁附近区域设置辅助气装置，辅助气的注入通过环形缝隙向上进入到提升管进料混合段末端，有效地减小该区域处催化剂颗粒的返混，而且辅助气吹散了边壁区域浓集的催化剂颗粒，在一定程度上减弱了“环-核结构”。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

图2为图1的B-B剖视图。

图3为图1的C-C剖视图。

图中：1、喷嘴安装管，2、导流板，3、提升管反应器管壁，4、导流套管，5、辅助气入口管，6、环形缝隙。

具体实施方式

结合附图与实施例对本发明进一步说明：

一种抑制催化剂返混的催化裂化提升管进料混合段结构，在提升管反应器进料混合段与预提升段之间的管壁上设置有喷嘴安装管1，在喷嘴安装管1内设置有原料油雾化喷嘴，原料油雾化喷嘴与提升管反应器的轴线呈30°夹角，在反应器提升管的内壁上设置有导流板2，所述导流板2与原料油雾化喷嘴对应设置并位于所对应的原料油雾化喷嘴的上方，所述导流板2为弧形板，由渐缩径段、渐扩径段构成；导流板2的渐缩径段与提升管反应器的轴线的夹角β为1°～10°，导流板2的渐扩径段与提升管反应器的轴线的夹角α为1°～30°。在导流板2上端设置有导流套管4，所述的导流套管4为由下至上渐缩径结构；所述导流套管4与提升管反应器进料混合段管壁之间具有辅助气腔室，所述辅助气腔室通过导流套管上端部与反应器提升管管壁之间的环形缝隙6与提升管连通；在与辅助气腔室对应的提升管管壁3上设置有辅助气入口管5，辅助气入口管5与导流套管4、提升管反应器管壁3之间的辅助气腔室连通，构成辅助气通过辅助气入口管5进入辅助气腔室，经导流套管上端的环形缝隙6与提升管反应器连通的结构。

本发明工作时，首先将提升管内通入辅助气，辅助气经由辅助气入口管5、辅助气腔室、导流套管上端部与反应器提升管管壁之间的环形缝隙6沿着竖直方向紧帖提升管管壁进入到提升管反应器中；当预提升气携带催化剂颗粒由提升管反应器预提升段向上运动至进料混合段时，与原料油雾化喷嘴喷入的原料油混合、接触，并迅速开始裂化反应；油剂混合物会沿着导流板2中渐缩段和渐扩段的实际扩散方向，使得油、剂混合物的流动、扩散沿着导流板2进行，避免了大尺度旋涡的出现，减小了催化剂颗粒返混的几率，在一定程度上抑制了结焦的产生。

当油、剂混合物边流动、边反应到达导流套管4的末端时，与经由环形缝隙6沿竖直方向进入提升管的辅助气混合，辅助气有效地的减小该区域处催化剂颗粒的返混；辅助气吹散了边壁区域浓集的催化剂颗粒，在一定程度上减弱了背景技术中所述的“环-核结构”，使得油、剂之间的接触更加均匀。

Claims (3)

1.一种抑制催化剂返混的催化裂化提升管进料混合段结构，在提升管反应器进料混合段与预提升段之间的管壁上设置有喷嘴安装管(1)，原料油雾化喷嘴与提升管反应器的轴线呈30°～36°夹角；在反应器提升管的内壁上设置有导流板(2)，所述导流板(2)与原料油雾化喷嘴对应设置并使导流板(2)位于所对应的原料油雾化喷嘴的上方，所述导流板(2)为弧形板，由渐缩径段、渐扩径段构成；其特征是：在导流板(2)上端设置有导流套管(4)，所述的导流套管(4)为由下至上渐缩径结构；所述导流套管(4)与提升管反应器进料混合段管壁之间具有辅助气腔室，所述辅助气腔室通过导流套管上端部与反应器提升管管壁之间的环形缝隙(6)与提升管连通；在与辅助气腔室对应的提升管管壁上设置有辅助气入口管(5)，辅助气入口管(5)与导流套管(4)、提升管反应器管壁(3)之间的辅助气腔室连通，构成辅助气通过辅助气入口管(5)进入辅助气腔室，经导流套管上端的环形缝隙(5)与提升管反应器连通的结构。

2.根据权利要求1所述的一种抑制催化剂返混的催化裂化提升管进料混合段结构，其特征是：导流板(2)的渐缩径段与提升管反应器的轴线的夹角β为1°～10°。

3.根据权利要求1所述的一种抑制催化剂返混的催化裂化提升管进料混合段结构，其特征是：导流板(2)的渐扩径段与提升管反应器的轴线的夹角α为1°～30°。

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