CN102316985A - 用于再生催化剂的设备 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种催化剂分配器和用于使催化剂在再生器容器上散布的方法。与分配器的集管成角度布置的喷嘴遍及催化剂床层的整个截面散布催化剂。

Description

用于再生催化剂的设备
技术领域
本发明的领域为催化剂再生器容器中的催化剂分配。
背景技术
(流体催化裂化)FCC是通过使流化反应区中的烃与由细分颗粒材料组成的催化剂相接触而完成的烃转换过程。与氢化裂化相反，催化裂化反应在不存在大量添加的氢或不消耗氢的情况下执行。随着裂化反应进行，大量称为焦炭的高含碳材料沉淀在催化剂上。再生器区域内的高温再生操作燃烧来自催化剂的焦炭。含有焦炭的催化剂，本文称为积炭催化剂，连续从反应区被去除并主要由来自再生区的基本无炭的催化剂代替。通过各种气态流使催化剂颗粒流化允许在反应区与再生区之间输送催化剂。
这些构型的共同目的是在最小化运行成本和设备成本的同时最大化反应器的产品产量。原料转化的优化通常需要从催化剂基本完全去除焦炭。这种从催化剂基本完全去除焦炭通常称为完全再生。完全再生产生具有小于0.1％且优选小于0.05％(重量百分比)焦炭的催化剂。为了获得完全再生，催化剂必须在充分的滞留时间与氧接触，以容许彻底的燃烧。
常规的再生器通常包括容器，该容器具有积炭催化剂入口、再生催化剂出口和燃烧气体分配器，该燃烧气体分配器用于向滞留在容器中的催化剂的床层供应空气或其它含氧气体。旋风分离器在气体离开再生器容器之前去除夹带在废气中的催化剂。
当今有几种催化剂再生器投入使用。常规的鼓泡床再生器通常具有仅一个腔室，其中空气经致密催化剂床层鼓泡。添加积炭催化剂并从同一致密催化剂床层抽取再生催化剂。较少的催化剂被夹带在离开致密床层的燃烧气体中。两级鼓泡床具有两个腔室。积炭催化剂被添加到第一腔室中的致密床层并利用空气部分再生。该部分再生的催化剂被输送到第二腔室中的致密床层并使用空气完完全再生。从第二腔室抽取完全再生的催化剂。
完全催化剂再生可在稀相快速流化燃烧再生器中执行。积炭催化剂被添加到下腔室并在快速流化流动状态下由空气向上输送同时完全再生催化剂。再生催化剂在进入上腔室后由主分离器与废气分离，从该上腔室移除再生催化剂和废气。US 4,197,189和US 4,336,160教导了一种提升管(riser)燃烧区，其中维持快速流化流动状态以实现完全燃烧，而不需要从提升管顶部收集的催化剂床层中的附加燃烧。
氮氧化物(NOx)通常存在于再生器废气中，而且由于环境因素应当被最小化。NOx的产生是不希望的，因为它与挥发性有机化学品和阳光反应而形成臭氧。规定的NOx排放物通常包括一氧化氮(NO)和二氧化氮(NO2)，而且FCC过程也可产生N2O。在FCC再生器中，NOx几乎完全通过源自FCC原料并聚集在积炭催化剂中的氮化合物的氧化产生。在FCC再生器操作状态，存在与来自燃烧空气的N2的氧化相关的可以忽略的NOx生成。再生器中的少量过剩空气通常由精炼炉用于保持低NOx排放。
后燃烧为当已与再生催化剂分离的热废气包含燃烧为二氧化碳的一氧化碳时发生的现象。用作热沉的催化剂不再能够吸收热量，从而使周围设备承受高温且可能形成引发一氧化二氮的生成的气氛。不完全燃烧为二氧化碳可归咎于再生器容器中积炭催化剂的不良流化或通风或积炭催化剂至再生器容器中的不良分配。
为了避免后燃烧，许多精炼炉具有一氧化碳促进剂(CO促进剂)金属，例如昂贵的铂，其在以将NOx控制在低水平所需的少量过剩氧气下使废气与催化剂分离之前添加到FCC催化剂，以促进完全燃烧为二氧化碳。在少量过剩氧气还原NOx时，常常需要同时使用CO促进剂以便控制后燃烧可大大抵销少量过剩氧气的优点。CO促进剂降低CO排放，但是增加发生器废气中的NOx排放。
另一方面，许多精炼炉使用大量的CO促进剂和大量过量的氧来加速燃烧并减少再生器中的后燃烧，尤其是当在高生产量操作时。这些做法可将NOx从当未使用铂CO促进剂且过量O2被控制在0.5％(体积百分比)以下时可能的10-30ppm增加高达10倍。
寻求防止后燃烧和一氧化二氮的生成的改进方法。催化剂和燃烧气体在再生器中的充分混合促进孕育来自催化剂的焦炭的更有效燃烧的均匀温度和催化剂活性。
发明内容
我们已发现一种用于将积炭催化剂分配给再生器容器的设备和方法，其将催化剂散布在再生器的催化剂床层中以使床层中的温度均等。致密床层中更均匀的温度促进积炭催化剂更均匀地暴露于氧，从而使再生效率更高。该再生而且是可预测性更强并因此可控以在不需要CO促进剂来防止后燃烧的情况下完成燃烧为二氧化碳。在不存在后燃烧和CO促进剂的情况下，废气中生成更少的一氧化二氮。
该催化剂分配器包括具有纵向轴线的集管和与集管连通的成角度的喷嘴。该喷嘴与纵向轴线形成锐角并与集管成角度地将催化剂排放到再生器容器内。在一个实施例中，喷嘴的底部布置在集管的底部象限(quarter)中。在另一实施例中，喷嘴水平地排放催化剂。在又一实施例中，催化剂分配器漫没在催化剂床层中。
附图说明
图1是结合了本发明的FCC单元的示意性立面图。
图2是图1的再生器容器的平面图，显示了本发明的催化剂分配器。
图3是本发明的催化剂分配器的放大局部侧视图。
图4是加入了本发明的催化剂分配器的另一实施例的替换性FCC单元的示意性立面图。
图5是加入了本发明的催化剂分配器的又一实施例的替换性FCC单元的示意性立面图。
图6是本发明提供的催化剂分配的雷达标示图。
具体实施方式
尽管可设想其它用途，本发明的方法和设备可体现在FCC单元中。图1显示了包括反应器区段10和再生器容器50的FCC单元。再生催化剂管道12将再生催化剂从再生器容器50以通过控制阀14调节的速度传递至反应器区段10的提升管20。来自喷嘴16的诸如蒸汽的流化介质以较高的密度经提升管20向上输送再生催化剂，直到多个原料喷嘴18跨催化剂颗粒的流动流喷射烃给料。催化剂接触烃原料而将其裂化以产生更小、裂化的烃产品同时使焦炭沉淀在催化剂上以产生积炭催化剂。
常规的FCC原料或沸点较高的烃原料是适当的给料。此类常规原料最普遍为“真空瓦斯油/减压瓦斯油”(VGO)，其通常是通过常压渣油的真空分馏制备的具有从343℃至552℃(650°F至1025°F)的沸点范围的烃材料。这种馏分在可用于污染催化剂的焦炭前驱体和重金属污染物中的含量一般较低。本发明可适用的重烃原料包括来自原油的油渣、重沥青原油、页岩油、沥青砂提取物、脱沥青残留物、来自煤液化的产物、大气压和真空蒸馏原油。用于本发明的重油给料还包括以上烃的混合物并且前面的清单并不全面。
得到的混合物继续经提升管20向上来到顶部，多个分离臂22在该顶部将气体和催化剂的混合物切向和水平地从提升管20的顶部经端口24排放到分离容器26中，该容器26实现气体与催化剂的分离。传输管道28将烃蒸气——包括被洗提的烃、洗提介质和夹带的催化剂——运送至反应器容器32中的一个或多个旋风分离器30，该旋风分离器30将积炭催化剂与烃蒸气流分离。反应器容器32可至少部分容纳分离容器26且分离容器26被视为反应器容器32的一部分。反应器容器32中的收集腔室34聚集从旋风分离器30分离的烃蒸气流以便使其流通至出口喷嘴36并最终进入馏分回收区(未示出)。浸入管(Dipleg)38将催化剂从旋风分离器30排放到反应器容器32的下部中，所述下部最终使催化剂和被吸收或夹带的烃跨越在分离容器26的壁中限定的端口42进入反应器容器32的洗提区段40中。在分离容器中分离的催化剂直接进入洗提区段40。洗提区段40包含扰流板43、44或其它设备以促进洗提气体与催化剂之间的接触。洗提气体经通向一个或多个分配器46的导管进入洗提区段40的下部。积炭催化剂经反应器催化剂导管48离开反应器容器32的洗提区段40并以通过控制阀52调节的速度来到再生器容器50。来自反应器容器32的积炭催化剂通常含有以焦炭形式存在的碳，该碳的量为从0.2％至2％(重量百分比)。虽然焦炭主要由碳组成，但它可含有从3％至12％(重量百分比)的氢及硫和其它材料。
再生器容器50可为如图1所示的鼓泡床型的再生器。然而，其它再生器容器和其它流动条件可适合用于本发明。带有与反应器容器32在下游连通的入口48a的反应器催化剂导管48可将积炭催化剂供给到再生器提升管54，空气或其它含氧燃烧气体可经由提升管气体管线55a经燃烧气体管线55的出口添加至该提升管54。还可以设想的是，其它提升气体可用于在再生器提升管54内向上提升积炭催化剂。在图1的实施例中，积炭催化剂在反应剂催化剂导管48中下降至与再生器提升管54连通的弯曲部。积炭催化剂在它被来自带有在上游与再生器提升管54连通的出口的提升管气体管线55a的提升气体拾起时绕该转弯部转弯。积炭催化剂然后沿再生器提升管54向上行进并经积炭催化剂入口56进入再生器容器50。积炭催化剂被传送到催化剂分配器60以用于将积炭催化剂分配给再生器容器50，该分配器60带有与催化剂入口56和提升管气体管线55a的出口在下游连通的进口64。再生器提升管54可终止于上头部62。再生器提升管54是反应器催化剂导管48在催化剂分配器60的直接上游并布置在催化剂分配器60下方的部分。通向可包括纵向管道的集管66的进口64可布置在上头部62下方。此外，集管66可垂直于再生器提升管54。催化剂分配器60包括至少一个且优选多个喷嘴68，其与集管连通以便将催化剂排放到再生器容器50中。催化剂分配器60在一个实施例中将积炭催化剂从致密催化剂床层58的顶面排出，且催化剂分配器60优选浸没在床层中位于顶面下方。此外，催化剂分配器60布置在再生器容器50中的偏心位置并跨越致密床层的整个截面从其将催化剂径向投射到致密催化剂床层58中。再生器提升管54中的燃烧气体有助于将催化剂从催化剂分配器60投射到床层中并且还提供燃烧所需的氧。
来自燃烧气体管线55的含氧燃烧气体(通常为空气)主要通过催化剂分配器60下方的燃烧气体分配器80被传送到再生器容器50。在一个实施例中，燃烧气体分配器80将大部分燃烧气体分配给再生器容器50并由来自通过控制阀调节的燃烧气体管线55的分配器气体管线55b供给。燃烧气体分配器80中的长笛(flute)82设置成相对于再生器容器50的整个截面均等地发送出燃烧气体。燃烧气体中的氧气接触积炭催化剂并燃烧来自催化剂的含碳沉淀物以再生催化剂并产生废气。催化剂可随废气被夹带并在再生器容器50中上升。废气中夹带的催化剂因此将进入使废气与较重的催化剂颗粒向心地分离的旋风分离器86、88。催化剂颗粒将从浸入管87、89落下并再次进入致密催化剂床层58。洁净的废气将从旋风分离器86、88经管道上升到高压室90中并经废气出口92排放。再生催化剂将经再生催化剂出口96离开再生器容器50中的致密催化剂床层58。与出口96在下游连通的再生催化剂导管12以通过控制阀14调节的速度将再生催化剂传送回到反应器提升管20。
诸如空气之类的燃烧气体可用于在再生器提升管54中向上提升积炭催化剂，这样可允许在再生器提升管内发生再生。来到再生器提升管54的燃烧气体可为来到再生器容器50的燃烧气体的10％-20％(重量百分比)。如果空气为燃烧气体，则催化剂上输送到再生器的每千克(磅)焦炭通常需要13-15kg(lbs)空气。再生器容器50的温度为500℃到900℃且通常为600℃到750℃。再生器容器50中的压力优选为173至414kPa(表压)(25到60psig)。燃烧气体的表观速度通常小于1.2m/s(4.2ft/s)且致密床层的密度通常大于320kg/m3(20lb/ft3)，取决于催化剂的特性。
催化剂分配器60的平面图在图2中示出，其设置在空气分配器80和其长笛82上方。集管66限定纵向轴线L和与集管66在下游连通的成角度的喷嘴68a。成角度的喷嘴68a与集管66的纵向轴线L成锐角α。换言之，由成角度的喷嘴68a限定的纵向轴线a与纵向轴线L成锐角α。成角度的喷嘴68a以与纵向轴线L成锐角α将催化剂排放到再生器容器50中。在一个实施例中，与集管66在下游连通的多个喷嘴68a-d均具有与纵向轴线L成锐角的轴线。喷嘴68b-68d分别与集管66的纵向轴线L成锐角β、γ和δ。换言之，由喷嘴68a-68d限定的纵向轴线a-d与纵向轴线L成锐角。多个喷嘴68a-68d以与纵向轴线L成锐角将催化剂排放到再生器容器50中。最近的喷嘴68e垂直于纵向轴线L。类似地，最近的喷嘴68f垂直于纵向轴线L。换言之，由喷嘴68e和68f限定的纵向轴线e和f均与纵向轴线L成直角ε和ζ。喷嘴68a、68b和68f位于集管66的一侧上且喷嘴68c、68d和68e在集管66的相对侧上。彼此直接相对的喷嘴可具有相同长度并与纵向轴线L成相同角度。在一个实施例中，位于集管66的同一侧上的成角度的喷嘴与纵向轴线L成各不相同的角度α、β、γ和δ。催化剂分配器可包括集管66的外端70上的远侧喷嘴68g，其限定与纵向轴线L对齐的纵向轴线g。
在一个实施例中，喷嘴68a-68g与纵向轴线L限定的最小角度随着喷嘴进一步远离进口64且更接近外端70定位而相继减小。喷嘴与纵向轴线L成角度排放催化剂，所述角度随着与进入端相距的距离增加而相继减小。这允许喷嘴从再生器容器50中的偏心位置跨床层的整个截面均匀地径向投射催化剂。此外，在一个实施例中，集管66两侧上的喷嘴68a-68f的长度随着喷嘴进一步远离进口64且更接近外端70定位而相继增加。催化剂分配器60布置在再生器容器50的截面的一个象限中且纵向轴线L可与再生器容器50的剖面中心C相交。出口96相对于分配器60的相对位置在图2中也可见，其中出口96布置在与包含分配器60的象限相对的象限中。
图3提供了带有限定高度H的集管66的催化剂分配器60的放大、局部立面图。喷嘴68a的底部72a布置在集管66的高度H的底部象限中。在一个实施例中，底部72a被限定为喷嘴68a的内周的最低点。喷嘴68a相对于集管66的定位确保催化剂不会淤积在集管66中。喷嘴68a还具有高度h。在一个实施例中，喷嘴68a的高度h的超过50％的部分布置在集管66的高度H的50％的下方。图3还示出了由喷嘴68a限定的纵向轴线a在一个实施例中是水平的。在一个实施例中，集管66的纵向轴线L也是水平的。在又一实施例中，所有喷嘴68a-68f的底部72a-72f布置在集管66的高度H的底部象限中，但图3中仅示出了喷嘴68a、68b和68f。在一个实施例中，底部72a-72f被限定为喷嘴68a-68f的内周的最低点。在一个实施例中，所有喷嘴68a-68f具有高度h且喷嘴68a-68f的高度h的超过50％的部分布置在集管66的高度H的50％下方。在另一实施例中，由所有喷嘴68a-68f限定的纵向轴线是水平的，尽管图3中仅示出了68a、68b和68f。图3中还示出了对齐的远侧喷嘴68g。远侧喷嘴68g也具有轴线g，该轴线g是水平的且与轴线L对齐。水平喷嘴68a-68g从集管66水平排放催化剂。
图4显示了再生器容器50′的一个实施例，该再生器容器50′为燃烧器型再生器，其可利用高效再生器容器50′中的混合湍流床快速流化条件来完全再生积炭催化剂。图4中具有与图1中相同的构造的元件将具有与图1中相同的参考标号。图4中具有与图1中对应的元件不同的构造的元件将具有相同的参考标号但标有上标符号(′)。图4中反应器区段10的构造和操作与图1中基本相同且通过引用将前面的描述并入图4的实施例中。然而，反应器催化剂导管48′与催化剂分配器60′连通。反应器催化剂导管48′的入口48a与反应器容器32连通。反应器催化剂导管48′的主要部分布置在催化剂分配器60′上方。可为燃烧气体的流化气体由流化气体管线55a′提供驱使积炭催化剂通过催化剂分配器60′。然而，所需的来自流化气体管线55a′的流化气体比图1的实施例相对更少，这是因为重力由于反应器催化剂导管48′直接在催化剂分配器60′上游的部分布置在催化剂分配器60′上方而有助于输送反应器催化剂导管48′中的积炭催化剂。通过控制阀52调节的积炭催化剂在反应器催化剂导管48′中下降并经催化剂入口56′进入燃烧器再生器容器50′的下腔室或第一腔室102。
带有与催化剂入口56′在下游连通的进口64′和来自流化气体管线55a′的出口的催化剂分配器60′将积炭催化剂分配给燃烧器再生器容器50′的下腔室102。进口64′与可限定纵向轴线的集管66连通。此外，集管66可与反应器催化剂导管48′的直接上游部分成角度。催化剂分配器60′包括至少一个且优选多个喷嘴68，其与集管66连通以便将催化剂排放到再生器容器50′的下腔室102中。催化剂分配器60′在一个实施例中将积炭催化剂从致密催化剂床层58的顶面排出，且催化剂分配器60′优选浸没在床层中位于顶面下方。此外，催化剂分配器60′布置在燃烧器再生器容器50′中的偏心位置并跨越致密床层的整个截面从其将催化剂径向投射到致密催化剂床层58′中。来自流化气体管线55a′的流化气体有助于将催化剂从催化剂分配器60′投射到床层中。如果流化气体含氧以提供满足燃烧需要的氧，则流化气体管线55a′可为来自燃烧气体管线55′的分支。催化剂分配器60′的集管66和喷嘴68如关于图1-3所述构成。
燃烧气体分配器80′将气体从分配器气体管线55b′分配给下腔室102。燃烧气体管线55′可供给分配器气体管线55b′。燃烧气体接触从催化剂分配器60′进入的积炭催化剂并在快速流化流动条件下以至少1.1m/s(3.5ft/s)的下腔室102中燃烧气体的表观速度提升催化剂。在一个实施例中，下腔室102中的流动条件将包括从48至320kg/m3(3至20lb/ft3)的催化剂密度和1.1至2.2m/s(3.5至7ft/s)的表观气体速度。在一个实施例中，为了加速焦炭在下腔室102中的燃烧，来自上腔室或第二腔室104中的致密催化剂床层59的热再生催化剂可经由控制阀106调节的外循环催化剂导管108再循环到下腔室102中。热再生催化剂进入与上腔室104在下游连通的再循环催化剂导管108的入口。再循环催化剂导管的出口端可在上游与下腔室102中的催化剂分配器110连通。尽管本文不同地进行描述，但可以设想的是，可以在不使用催化剂分配器110的情况下向下腔室102添加再循环催化剂。还可以设想的是，可以使用催化剂分配器110对下腔室102添加再循环催化剂，但在不使用分配器60′的情况下添加反应器催化剂导管48中的积炭催化剂。热再生催化剂可经可布置在比催化剂分配器60′更高的高度处的第二催化剂分配器进入下腔室102。催化剂分配器60′和110优选布置在再生器容器50′的相对侧上。通过将来自致密催化剂床层59的热催化剂与来自反应器催化剂导管48′的进入下腔室102的比较冷的积炭催化剂混合，再循环再生催化剂升高了下腔室102中的催化剂和气体混合物的整体温度。再循环催化剂导管108的主要部分和再循环催化剂导管108直接在分配器110上游的部分布置在催化剂分配器110上方。
带有与催化剂入口116和来自再循环气体管线55c的出口在下游连通的进口114的催化剂分配器110将再循环的再生催化剂分配给燃烧器再生器容器50′的下腔室102。如果再循环气体含氧，则其可为来自燃烧气体管线55的分支。进口114与可包括纵向轴线的集管66连通。此外，集管66可与再循环催化剂导管108的直接上游部分成角度。催化剂分配器110包括至少一个且优选多个喷嘴68，其与集管66连通以便将催化剂排放到燃烧器再生器容器50′中。催化剂分配器110在一个实施例中将催化剂从致密催化剂床层58′的顶面排出，且催化剂分配器110优选漫没在床层中位于顶面下方。此外，催化剂分配器110布置在燃烧器再生器容器50′的下腔室102中的偏心位置并优选跨越致密床层的整个截面从其将催化剂径向投射到致密催化剂床层58′中。来自催化剂分配器110的再循环气体有助于将催化剂从催化剂分配器110投入床层并且还可提供满足燃烧需要的氧。催化剂分配器110的集管66和喷嘴68如关于图1-3所述构成。
下腔室102中的催化剂和燃烧气体的混合物经截顶圆锥形过渡区段116上升到下腔室102的输送、提升管区段118。提升管区段限定一管并从下腔室102向上延伸。催化剂和气体的混合物由于提升管区段118的截面积相对于下腔室102的过渡区段116下方的截面积减小而以高于下腔室102中的表观气体速度行进。因此，表观气体速度通常会超过2.2m/s(7ft/s)。提升管区段118将具有小于80kg/m3(5lb/ft3)的较低的催化剂密度。
催化剂颗粒和废气的混合物从提升管区段118的上部排放到上腔室104中。基本上完全再生的催化剂可离开提升管区段118的顶部，但也可设想其中部分再生的催化剂从下腔室102离开的装置。通过将大部分再生的催化剂与废气分离的分离装置120实现排放。催化剂在离开提升管区段118后开始分离使用于从废气基本完全去除催化剂颗粒的旋风分离器122、124或其它下游装置上的催化剂负载最小，从而降低了整体设备成本。在一个实施例中，沿提升管区段118提升的催化剂和气体冲击提升管区段118的顶部椭圆形盖126并且逆流。催化剂和气体然后经分离装置120的径向分离臂128中的向下定向的开口离开。动量的突然损失和向下逆流致使至少70％(重量百分比)的较重的催化剂落在致密催化剂床层59上并且致使较轻的废气和仍夹带在其中的一小部分催化剂在上腔室或第二腔室104中上升。下落、分离的催化剂集中在致密催化剂床层59中。致密催化剂床层59中的催化剂密度通常被保持在从640至960kg/m3(40至60lb/ft3)的范围内。
流化气体管线55d经流化分配器131将流化气体传送到致密催化剂床层59。流化气体可为燃烧气体，通常为空气，并且可从燃烧气体管线55分流。在燃烧器再生器容器50′中——其中在下腔室102中实现焦炭的充分燃烧，所述过程内大致不超过总气体需求2％(重量百分比)的气体经流化分配器131进入致密催化剂床层59，剩余部分被添加到下腔室102。在本实施例中，气体在此不是出于燃烧目的而是仅出于流化目的被添加，因此催化剂将经催化剂导管108和12流动离开。经由气体管线55a′和55c′添加的燃烧气体将占来到燃烧器再生器容器50′的气体的10％-20％(重量百分比)。如果空气为燃烧气体，则催化剂上输送到再生器的每千克(磅)焦炭通常需要13-15kg(lbs)空气。燃烧器再生器容器50′通常在下腔室102中具有594℃至704℃(1100至1300°F)的温度且在上腔室104中具有649℃至760℃(1200至1400°F)的温度。两个腔室中压力可介于173kPa与414kPa(表压)(25到60psig)之间。
结合的废气和流化气体及夹带的催化剂颗粒进入一个或多个分离装置，例如旋风分离器122、124，其使催化剂细粒与气体分离。基本没有催化剂的废气经离开导管130从燃烧器再生器容器50′被提取，而回收的催化剂经相应的浸入管132、134返回致密催化剂床层59。来自致密催化剂床层59的催化剂经再生催化剂导管12被传递回到反应器区段10，其中它随着FCC过程继续而再次接触给料。
图5显示了再生器容器50″的一个实施例，该再生器容器50″为两级鼓泡床再生器，其可为用于处理较重的给料的FCC单元例如残油单元。图5中具有与图1或4中相同的构造的元件将具有与图1或4中相同的参考标号。图5中具有与图1或4中对应的元件不同的构造的元件将具有相同的参考标号但标有双上标符号(″)。图5中反应器区段10的构造和操作与图1中的基本相同且通过引用将前面的描述并入图5的实施例中。带有与反应器容器32在下游连通的入口48a的反应器催化剂导管48″能以通过控制阀52调节的速度将积炭催化剂供给至再生器提升管54″。提升气体在再生器提升管内向上推动催化剂。如果使用空气或其他含氧燃烧气体作为提升气体，则可由从燃烧气体管线55″分支的提升管气体管线55a″的出口添加它。反应器催化剂导管48″具有与在再生器容器50″的上腔室104″中的催化剂分配器60″连通的出口。可为燃烧气体的流化气体驱使积炭催化剂通过催化剂分配器60″。在图5的实施例中，积炭催化剂在反应剂催化剂导管48″中下降至与再生器提升管54″连通的弯曲部。积炭催化剂在它被来自带有在上游与再生器提升管54″连通的出口的气体管线55a″的提升气体拾起时绕弯曲部转弯。积炭催化剂然后沿再生器提升管54″向上行进并经积炭催化剂入口56″进入再生器容器50″的上腔室104″。还可以设想的是，如果两级发生器是这样设计的，则积炭催化剂可首先进入两级再生器的下腔室。带有可与催化剂入口56″和来自流化气体管线55a″的出口在下游连通的进口的催化剂分配器60″将积炭催化剂分配给燃烧器再生器容器50″的上腔室104″。在图5的实施例中，通向催化剂分配器60″的进口和通向再生器容器50″的催化剂入口可以是相连的。再生器提升管54″可终止于上头部62。再生器提升管54″是反应器催化剂导管48″在催化剂分配器60″的直接上游并布置在催化剂分配器60″下方的部分。集管66可包括可布置在上头部62下方的纵向管道。此外，集管66可垂直于再生器提升管54″。催化剂分配器60″包括至少一个且优选多个喷嘴68，其与集管连通以便将催化剂排放到再生器容器50″的上腔室104″中。催化剂分配器60″在一个实施例中将积炭催化剂从致密催化剂床层58″的顶面排出，且催化剂分配器60″优选浸没在床层中位于顶面下方。此外，催化剂分配器60″布置在再生器容器50″的上腔室104″中的偏心位置并跨越致密床层的整个截面从其将催化剂径向投射到致密催化剂床层58″中。再生器提升管54中的燃烧气体有助于将催化剂从催化剂分配器60投入床层并且还提供燃烧所需的氧。催化剂分配器60″的集管66和喷嘴68如关于图1-3所述构成。
通过控制阀调节的来自燃烧气体管线55″的燃烧气体管线分支55d″和55e′的含氧燃烧气体——通常为空气——主要分别通过催化剂分配器60″下方的燃烧气体分配器200和202分配给再生器容器50″的上腔室104″。在一个实施例中，燃烧气体分配器200、202将大部分燃烧气体分配给上腔室。燃烧气体中的氧气接触积炭催化剂并燃烧大部分来自催化剂的含碳沉淀物以再生催化剂并产生废气。催化剂可随着在上腔室104″中上升的废气被夹带。废气中夹带的催化剂因此将进入使废气与较重的催化剂粒子向心地分离的旋风分离器122″、124″。催化剂粒子将从浸入管132″、134″落下并再次进入致密催化剂床层58″。浸入管132″、134″的端部可浸没在致密催化剂床层58″中。洁净的废气将从旋风分离器122″、124″经管道上升到高压室90′中并经废气出口130排放。部分再生催化剂将经通过控制阀106调节的催化剂输送导管108″离开致密催化剂床层58″并进入下腔室102″。
热部分再生催化剂进入与上腔室104″在下游连通的再循环催化剂导管108的入口。催化剂输送导管108″的出口端可在上游与下腔室102″中的催化剂分配器110连通。热部分再生催化剂经第二催化剂分配器110进入下腔室102″。催化剂输送导管108″的主要和直接上游部分布置在催化剂分配器110上方。
带有与催化剂入口116和来自再循环气体管线55c′的出口在下游连通的进口114的催化剂分配器110将再循环的再生催化剂分配给再生器容器50″的下腔室102″。进口114与可包括纵向轴线的集管66连通。此外，集管66可与催化剂输送导管108″的直接上游部分成角度。催化剂分配器110包括至少一个且优选多个喷嘴68，其与集管66连通以便将催化剂排放到再生器容器50″的燃烧器下腔室102″中。催化剂分配器110在一个实施例中将积炭催化剂从致密催化剂床层58′的顶面排出，且催化剂分配器110优选浸没在床层中位于顶面下方。此外，催化剂分配器110布置在再生器容器50″中的偏心位置并跨越致密床层的整个截面从其将催化剂径向投射到致密催化剂床层59″中。来自再循环气体管线55c′的气体有助于将催化剂从催化剂分配器110投入床层并且还提供燃烧所需的氧。催化剂分配器110的集管66和喷嘴68如关于图1-3所述构成。催化剂分配器110和催化剂分配器60″可位于再生器容器50″的相对侧上。
由从燃烧气体管线55″分支的分配器55b′供给的燃烧气体分配器80″将大部分燃烧气体分配给下腔室102″。燃烧气体分配器80中的长笛82设置成向再生器容器50″的下腔室102″的整个截面相等地发送出燃烧气体。燃烧气体中的氧气接触积炭催化剂并燃烧大部分来自催化剂的剩余含碳沉淀物以再生催化剂并产生废气。催化剂可随废气被夹带并在下腔室102″中上升并且经通气孔204离开进入上腔室104″。进入下腔室102″的部分再生催化剂通过来自催化剂分配器110和燃烧气体分配器80′的任何燃烧气体完全再生。
来自再生器容器50″的下腔室102″的再生催化剂出口96″允许完全再生的催化剂经再生催化剂导管12″离开。与所述出96″在下游连通的再生催化剂导管12″以通过控制阀14调节的速度将再生催化剂传送回到反应器提升管20。
诸如空气之类的燃烧气体可用于在再生器提升管54″中向上提升积炭催化剂，这样可允许在再生器提升管内发生再生。来到再生器提升管54的燃烧气体可为来到再生器容器50的燃烧气体的10％-20％(重量百分比)。如果空气为燃烧气体，则通常在上腔室104″中每公斤(磅)在催化剂上供给至再生器50″的焦炭需要11-13kg(lbs)空气且在下腔室102″中每公斤(磅)在催化剂上输送到再生器50″的焦炭需要2-4kg(lbs)空气。全部燃烧气体需求的75％(重量百分比)被供给至上腔室104″。全部燃烧气体需求的25％(重量百分比)被供给至下腔室，其中6至10％(重量百分比)经通气孔204从下腔室102″进入上腔室104″。两级再生器容器50″在下腔室102″和上腔室104″中通常具有594℃到760℃(1100至1400°F)的温度。在两个腔室中，燃烧气体的表观速度通常小于1.2m/s(4.2ft/s)且致密床层的密度通常大于320kg/m3(20lb/ft3)，取决于催化剂的特性。两个腔室中压力可介于173kPa与414kPa(表压)(25到60psig)之间。
图5的实施例确保了反应器区段10布置在较低的相对高度同时维持与图1和4中相似的用于反应器催化剂导管48″的向下角度，尽管反应器催化剂导管48″的出口端布置在上腔室104″中更高的高度。
催化剂分配器60、60′、60″和110通常将由与其连通的催化剂导管的端部支承。催化剂分配器60、110通常将由诸如304不锈钢的不锈钢制成，并在外部和内部均涂覆有耐磨衬层。再生器可装备有一个或多个催化剂冷却器以避免过热的再生器温度。
示例1
通过将放射性钠-24液体注入各个位置在FCC再生器中测试本发明的催化剂分配器，所述液体允许监控其穿过再生器的催化剂床层的进程。以溶于水的形式将钠同位素注入再生器。一旦注入，液体成分就由于高处理温度而闪蒸，致使放射性钠同位素粘附在催化剂上。再生器容器的圆周周围的探测器监控固态相中的催化剂分布和流动特性。
图6以雷达标示图的形式提出了再生器中的催化剂的分布分析。催化剂分配器布置在径向线/辐射线的逆时针方向240度处且其纵向轴线对准容器的中心。催化剂出口与径向线成40度布置在所述中心与再生器容器的外壁之间。实际催化剂分布数据通过较小的菱形表示。理想的催化剂分布轮廓通过较大的正方形表示以便于对比。刻度百分比表示消耗的催化剂流到特定探测器位置的相对流量。
探测器环揭示了类似于绕再生器容器周边的理想分布的响应。因此，本发明的催化剂分配器提供了相对于理想分布轮廓的良好催化剂分布以便将催化剂均匀地暴露于燃烧气体。
示例2
我们比较了FCC再生器在本发明的消耗催化剂分配器安装前后的实际性能。再生器状态保持相同，除了在催化剂分配器安装后在催化剂中使用了较少的CO促进剂以外。
我们发现，跨再生器容器的直径的最大温差由于安装了本发明的催化剂分配器从38℃(100°F)减小到4℃(40°F)。这表明由于再生器中改善的消耗催化剂分布而发生更少的后燃烧。类似地，我们发现，同样由于改善的催化剂分配，在安装本发明的催化剂分配器后，废气中的一氧化二氮排放物从80wppm降至35wppm。

Claims (10)

1.一种用于燃烧来自催化剂的含碳沉淀物的催化剂再生器容器，包括：
用于将催化剂供给至所述容器的催化剂入口；
用于将燃烧气体引导到所述容器的燃烧气体管线；
与所述催化剂入口连通的催化剂分配器，用于将所述积炭催化剂分配给所述容器，所述催化剂分配器包括具有纵向轴线的集管和与所述集管连通的成角度的喷嘴，所述喷嘴与所述纵向轴线限定锐角；所述喷嘴用于将催化剂排放到所述容器中；
与所述再生器容器连通的分离器，用于使气体与所述催化剂分离；
用于从所述容器排放废气的废气出口；以及
用于从所述容器排放再生催化剂的再生催化剂出口。
2.根据权利要求1所述的催化剂再生器容器，其特征在于，所述喷嘴的底部布置在所述集管的底部象限中。
3.根据权利要求1所述的催化剂再生器容器，其特征在于，贯穿所述喷嘴的纵向轴线是水平的。
4.根据权利要求1所述的催化剂再生器容器，还包括与所述纵向轴线限定锐角的与所述集管连通的多个喷嘴；所述喷嘴用于将催化剂排放到所述容器内。
5.根据权利要求1所述的催化剂再生器容器，还包括垂直于所述纵向轴线的近侧喷嘴。
6.根据权利要求1所述的催化剂再生器容器，还包括与所述纵向轴线对齐的远侧喷嘴。
7.根据权利要求1所述的催化剂再生器容器，包括与所述纵向轴线限定两个不同角度的两个成角度的喷嘴。
8.根据权利要求1所述的催化剂再生器容器，包括多个喷嘴和所述成角度的喷嘴，所述集管具有进口和外端，所述喷嘴与所述纵向轴线限定最小角度，所述角度随着喷嘴进一步远离进口并接近所述外端而相继减小。
9.一种用于燃烧来自催化剂的焦炭的方法，包括：
将积炭催化剂传送到具有限定纵向轴线的集管的催化剂分配器；
与所述纵向轴线成锐角将催化剂从所述催化剂分配器排放到再生器容器内；
将燃烧气体传送到所述再生器容器以便燃烧来自所述催化剂的焦炭，以产生废气和再生催化剂；
使所述废气与所述再生催化剂分离；
从所述再生器容器排放再生催化剂；以及
从所述再生器容器排放废气。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述催化剂分配器从催化剂床层的顶面下方排放催化剂。
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