CN102631870B - 一种催化剂自动加料器和催化剂自动加料方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种催化剂自动加料器和催化剂自动加料方法，以解决现有加料技术所存在的不能连续输送催化剂、而且只能向目的容器输送常温催化剂的问题。本发明加料器设有料仓(1)、进料管(2)、下料管(3)、出料管(13)和压力平衡管(4)。进料管上设有进料阀和第三波纹管，下料管上设有下料阀，出料管上设有输送阀、第一波纹管和第二波纹管，压力平衡管上设有压力平衡阀。下料阀为调节阀。料仓通过支柱支承于设于其外部的电子称重传感器上，支柱的底部设有隔热板。上述管道和阀门以及料仓的外部均设有保温层。本发明还公开了采用上述加料器进行催化剂自动加料的方法。本发明主要用于石油炼制与石油化工领域的FCC工艺过程。

Description

一种催化剂自动加料器和催化剂自动加料方法

技术领域

本发明涉及一种催化剂自动加料器和催化剂自动加料方法，用于将催化剂从催化剂储罐输送至目的容器。

背景技术

在石油炼制与石油化工领域的流化催化裂化(FCC)等工艺过程中，粉体催化剂是参与反应的重要物料。各种催化剂输送设备广泛应用于工业现场，其中用于补充催化剂消耗的输送设备一般称为加料器。

以前，催化剂加料采用人工加料，通常是把一天内需要补充的催化剂在数小时内加入到工艺装置的目的容器(例如FCC再生器)，造成工艺装置操作不稳定。并且人工加料无法计量加入量，造成催化剂浪费。中国专利CN2360147Y公开的粉体物料自动计量加料器，《炼油设计》杂志2002年第9期“LPEC-2型小型催化剂自动加料器的研制”一文所介绍的催化剂自动加料器，以及CN2467174Y介绍的催化剂自动加料装置，用自动加料取代了传统的人工加料。技术特点是把一天内需要补充的催化剂分成更多的批次，称量出每个批次的催化剂重量，然后用输送气体作为动力输送到目的容器；各个批次的间隔时间和每批输送的催化剂重量都是可以设置和控制的。存在的一个问题是，各批次输送的间隔时间通常有几分钟到几十分钟，不是真正意义上的连续输送，仍然会影响到工艺装置化学反应的平稳性、造成工艺装置运行波动。

另外，例如在FCC工艺过程中，采用上述加料器只能把常温的催化剂从催化剂储罐输送到再生器，而再生器温度通常有600～700℃。一些FCC装置的操作者发现，在向再生器补充新鲜催化剂、特别是大量置换催化剂时，FCC装置烟囱的排烟粉尘浓度明显升高，并且补充催化剂后实测催化剂藏量低于计算的藏量。据此分析，可能是由于常温催化剂突然进入高温环境造成部分催化剂热崩，催化剂热崩在一定程度上造成了加料过程中的催化剂跑损。实验室研究表明，把常温催化剂注入700℃的实验装置，催化剂的平均热崩率为10.0w％(w％表示重量百分数)，表观热崩率为8.4w％。由于催化剂非常昂贵，因而热崩会造成较大的损失。采用上述加料器只能把常温催化剂从催化剂储罐输送到再生器，是由于：前两种加料器的称重传感器设置在流化罐内，耐温范围有限。如果选用耐高温的称重传感器，将大幅度提高成本。第三种加料器(CN2467174Y所述)的称重传感器设置在流化罐外部(底部)，流化罐内设有流化膜。输送气体通入流化罐后，以流化膜作为气体分布器使催化剂流化起来，继而再输送出去。流化膜通常为羊毛毡或其它的化学纤维纺织品，不耐高温。所用的称重传感器为气动称重传感器，内设有橡胶薄膜等部件，也不耐高温。因此，上述的三种加料器只能输送常温催化剂，输送气体只能使用常温气体(例如普通压缩空气)而不能使用高温气体。

发明内容

本发明的目的是提供一种催化剂自动加料器和催化剂自动加料方法，以解决现有加料技术所存在的不能连续输送催化剂、而且只能向目的容器输送常温催化剂的问题。

为解决上述问题，本发明采用的技术方案是：一种催化剂自动加料器，设有料仓、进料管和下料管，进料管的出口连接于料仓的顶部，进料管上设有进料阀，下料管上设有下料阀，料仓的外部设有用于称量料仓内催化剂重量的称重传感器，其特征在于：进料管上设有第三波纹管，称重传感器为电子称重传感器，料仓通过支柱支承于称重传感器上，支柱的底部设有隔热板，料仓的下方设有出料管，出料管的一端为入口端，自出料管入口依次设有输送阀和第一波纹管，出料管的另一端为出口端，设有第二波纹管，出料管位于第一波纹管和第二波纹管之间的管段为出料管的中段，下料管设于料仓的底部与出料管的中段之间，下料管上所设的下料阀为调节阀，出料管的中段与料仓的顶部之间设有压力平衡管，压力平衡管上设有压力平衡阀，上述管道和阀门以及料仓的外部均设有保温层。

采用上述催化剂自动加料器进行催化剂自动加料的方法，将催化剂储罐内的催化剂输送至目的容器，催化剂储罐处于充压状态，其特征在于：首次操作前料仓内预先储存有高于催化剂下限储存重量的催化剂，所述的催化剂自动加料方法依次包括如下步骤：

A、通气操作：进料阀、下料阀关闭，输送阀打开，与出料管入口相连的输送气源中的输送气体进入出料管，之后压力平衡阀打开，出料管内的一部分输送气体经压力平衡管进入料仓，使料仓内上部的压力与出料管内的压力相等，之后开始执行下述的步骤B；

B、连续加料与计量调整操作：下料阀打开，料仓内的催化剂经下料管连续地进入出料管，在输送气体的作用下在出料管内流动，并经设于出料管出口与目的容器之间的输送管连续地进入目的容器；

操作过程中，将连续加料与计量调整操作时间划分为多个连续的间隔时间，在每个间隔时间的开始和结束时读取称重传感器称量出的料仓内催化剂的重量，计算出相应间隔时间内料仓内催化剂重量的减少量，并除以相应的间隔时间，得到相应间隔时间内的加料速度，将该加料速度与需要的加料速度进行比较，如果误差处于需要的加料速度的允许误差范围内，则下料阀的开度或下料阀输送气的流量保持不变，进入下一个间隔时间的操作，如果误差超过需要的加料速度的允许误差范围，则在相应间隔时间结束的时刻调节下料阀的开度或下料阀输送气的流量，使后续间隔时间的加料速度处于需要的加料速度的允许误差范围内，上述的操作为连续加料与计量调整操作过程中的计量调整操作；

连续加料与计量调整操作持续进行，至料仓内的催化剂减少到催化剂下限储存重量时计量调整操作停止，之后各阀门的开关状态保持不变，开始执行下述的步骤C；

C、补剂操作：进料阀打开，催化剂储罐内的催化剂经进料管进入料仓，当料仓内的催化剂增加到催化剂上限储存重量时，进料阀关闭，补剂操作结束，步骤C结束、经过一个稳定时间后，重新开始执行上述步骤B中的计量调整操作。

本发明的操作过程，详见本说明书具体实施方式部分的说明。由本发明的结构特征和操作过程的说明可以看出，采用本发明具有如下的有益效果：(1)可以实现真正意义上的催化剂连续输送，不存在现有加料器分批次输送所存在的间歇，极大地降低了催化剂输送过程中的脉动，使输送过程更加平稳。这对于提高工艺装置化学反应的平稳性、降低工艺装置的运行波动有利。(2)本发明加料器的工作温度可以较高，能够使用高温输送气体输送催化剂、在输送管路中对催化剂进行预热，使补充的催化剂能以较高的温度进入目的容器。在目的容器是FCC再生器时，由于本发明能够缩小补充的催化剂与FCC再生器内高温环境之间的温差，从而可以减少催化剂的热崩，降低工艺装置的催化剂消耗。

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是本发明催化剂自动加料器的结构示意图。

图2是本发明催化剂自动加料器用于催化剂自动加料的示意图。

图1和图2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，本发明的催化剂自动加料器(简称为加料器)，设有料仓1、进料管2和下料管3。进料管2的出口连接于料仓1的顶部，进料管2上设有进料阀10。下料管3上设有下料阀12，料仓1的外部设有用于称量料仓1内催化剂重量的称重传感器7。所述的进料管2上设有第三波纹管93，称重传感器7为电子称重传感器。料仓1的整体形状可以是圆筒形(如图1、图2所示)或方箱形(图略)，下部形状为漏斗形，以利于催化剂的流动。

料仓1通过支耳5和支柱6支承于称重传感器7上，支柱6的底部设有隔热板11。隔热板11通常采用传热系数较低且有一定强度的材料，例如聚四氟乙烯板。称重传感器7固定于基础支柱8上，基础支柱8固定于地面上。称重传感器7通常使用3～4个，支耳5、支柱6和基础支柱8相应地设置3～4组。

料仓1的下方设有出料管13，水平设置。出料管13的一端为入口端，自出料管入口19依次设有输送阀14和第一波纹管91。出料管13的另一端为出口端，设有第二波纹管92。出料管13位于第一波纹管91和第二波纹管92之间的管段为出料管13的中段。下料管3设于料仓1的底部与出料管13的中段之间，下料管3上所设的下料阀12为调节阀。

出料管13的中段与料仓1的顶部之间设有压力平衡管4，压力平衡管4上设有压力平衡阀18。压力平衡管4与出料管13中段的连接处，可以在出料管13位于下料管3与出料管13中段的连接处至第二波纹管92之间的管段上(如图1、图2所示)，也可以在出料管13位于第一波纹管91至下料管3与出料管13中段的连接处之间的管段上(图略)。

料仓1、进料管2、进料阀10、下料管3、下料阀12、出料管13、输送阀14、压力平衡管4和压力平衡阀18(以及图2中输送管26)的外部均设有保温层。料仓1外部所设的保温层以附图标记15表示，其余管道、阀门外部所设的保温层未示出。保温层的材料可以是岩棉或玻璃棉等。

进料管2的公称直径一般为25～300毫米。下料管3和出料管13的公称直径一般相等，为进料管2公称直径的1/2～1/3。压力平衡管4的公称直径一般为15～50毫米。

下料管3位于料仓1的底部至下料阀12之间的管段，出料管13位于第一波纹管91至下料管3与出料管13中段的连接处之间的管段，两个管段之间可以设有松动风管16；松动风管16上设有松动风阀17。松动风管16的公称直径一般为10～50毫米。

参见图2以及图1，本发明加料器用于催化剂自动加料时，设于催化剂储罐22的下方。进料管2设于料仓1的顶部与催化剂储罐22的底部之间。出料管入口19与输送气源21相连，出料管出口20与目的容器27之间设有输送管26，输送管26的公称直径一般等于出料管13的公称直径。输送管26上设有热电偶28，设于靠近目的容器27的管段上。目的容器27的顶部设有旋风分离器29。催化剂储罐22的上部与充压管23的一端相连，充压管23的另一端与充压气源25相连。充压管23上设有充压阀24。对于工业装置(例如FCC装置)，催化剂储罐22的容积通常远远大于加料器料仓1的容积，一般为100～900立方米；催化剂存储量一般为80～700吨。

图2以及图1中，所有的容器(包括料仓1、催化剂储罐22和目的容器27)、管道，还有支耳5、支柱6、基础支柱8等部件，一般采用碳钢材料制作。各波纹管(第一波纹管91、第二波纹管92、第三波纹管93)一般均使用工业上常用的内设导流管的不锈钢波纹管。各容器与相关管道的连接，一般采用焊接；相关管道之间的连接，一般采用法兰连接。

下料阀12可以采用两大类型的调节阀，以控制下料管3内催化剂的流量。第一大类的调节阀，为手动、气动或电动的球阀、闸阀或蝶阀等形式的调节阀(如图1、图2所示)，通过调节阀门开度(即调节流通面积的大小)来控制下料管3内催化剂的流量。第二大类的调节阀，为手动、气动或电动的料封阀或气控阀，通过调节通入调节阀的下料阀输送气的流量来控制下料管3内催化剂的流量(图略)。根据实际操作情况，第二大类调节阀所用的下料阀输送气可以是压缩空气、过热水蒸汽或流化催化裂化装置副产品干气。本发明所使用的其它阀门，一般为手动、气动或电动的两位两通开关阀门(闸阀、球阀等)。

在使用高温输送气体输送催化剂时，输送阀14、压力平衡阀18、下料阀12、进料阀10和松动风阀17应当使用能够承受高温输送气体温度的阀门；各波纹管也应当使用能够承受高温输送气体温度的波纹管。

各条管道上所设的阀门、波纹管，其公称直径分别与所在管道的公称直径相同。

由于料仓1、进料管2、进料阀10、下料管3、下料阀12、出料管13、输送阀14、压力平衡管4、压力平衡阀18和输送管26的外部均设有保温层，可以防止热量散失，并且称重传感器7为电子称重传感器且设置在料仓1的外部，因而本发明加料器的工作温度可以较高，能够使用高温输送气体输送催化剂、在输送管路(出料管13和输送管26)中对催化剂进行预热。称重传感器7可以采用普通温度环境使用的电子称重传感器，原因是：①称重传感器7设置在料仓1的外部，且所述的电子称重传感器也有一定的耐温度能力。②支柱6的底部设有隔热板11，可以防止料仓1内的热量经支耳5和支柱6传递至称重传感器7。③高温输送气体的主要通路是出料管13和输送管26。尽管加料过程中压力平衡阀18打开时高温输送气体会经压力平衡管4进入料仓1，但这只是起到压力平衡的作用。高温输送气体不能在料仓1内形成通路，对料仓1内温度的提高不大，因而对称重传感器7所处位置的温度影响很小。④保温层还可以防止料仓1、下料管3、下料阀12、出料管13、输送阀14、压力平衡管4和压力平衡阀18等构件向称重传感器7散发热量。

在本发明使用高温输送气体的加料操作过程中，称重传感器7所处位置的温度基本上可以保持在常温。

由于进料管2、出料管13上设置了具有弹性的波纹管，因此装载有催化剂的料仓1处于一个弹性环境中，可以通过支耳5、支柱6与称重传感器7接触，被称重传感器7称量出其内催化剂的重量。波纹管对称重造成的影响，可以进行校正。称重传感器7能够将称重数据传送给称重信号显示器和/或程序控制器，所以可以掌握料仓1内催化剂的重量和重量变化。

图2所示的加料系统还要使用流量计测量输送气体的流量，使用压力表测量有关部位的压力；这些在图2中都没有示出。流量计和压力表可以使用工业上常用的各种类型。当使用高温输送气体输送催化剂时，如果流量计和压力表与高温输送气体接触，则应当使用能够承受高温输送气体温度的流量计和压力表。

下面结合图2和图1，说明采用本发明的催化剂自动加料器进行催化剂自动加料(简称为加料)的方法；加料的目的是将催化剂储罐22内的催化剂输送至目的容器27。正式加料前，先进入准备阶段，包括如下内容：

准备①：加料器安装完成后，检验各波纹管对称重的影响，并进行称重准确度标定和数学校正。尽管波纹管具有弹性，称重数据仍会有少量的误差偏移，需要进行这项操作。

方法是，从料仓1的催化剂下限储存重量开始，用人工将多个标准砝码逐个添加到料仓1上；达到料仓1的催化剂上限储存重量后，将标准砝码逐个卸下，至料仓1的催化剂下限储存重量。每个标准砝码的重量一般为5～20千克。通过上述的加载和卸载实验，标定各波纹管对称重的影响。记录料仓1上标准砝码真实增加和减少的重量数值，以及称重传感器7称量并在称重信号显示器和/或程序控制器上显示的料仓1上标准砝码增加和减少的重量数值(受到各波纹管影响的重量数值)。之后，可以做出表格，对称重信号显示器和/或程序控制器上显示的重量数值予以校正；或者是用数学方法作出线性拟合曲线，对称重信号显示器和/或程序控制器上显示的重量数值直接在称重信号显示器和/或程序控制器上予以校正，使之直接显示出校正后的真实重量数值(消除了各波纹管的影响)。

上述工作在加料器安装完成后进行一次，以后就不再进行。此项工作属于常规技术，故不做进一步的深入叙述。另外，以后提到的催化剂重量，除说明的以外，均为校正后的真实重量。

准备②：向催化剂储罐22内装入足够的催化剂。

打开充压阀24，充压气源25中的充压气体经充压管23进入催化剂储罐22的上部，使催化剂储罐22处于充压状态。充压气体一般使用常温压缩空气。催化剂储罐22充压后的压力(指催化剂储罐22内催化剂料面上方空间的压力)，一般要求比出料管13内的压力(在出料管13的中段测量)高出0.05～0.1MPa。本发明提到的压力，均为表压。

准备③：首次加料操作前，料仓1内预先储存高于催化剂下限储存重量的催化剂；通常是预先储存催化剂上限储存重量的催化剂。

本发明料仓1的催化剂储存容量，一般按补剂一次可以维持1～2小时的加料操作设计。例如需要的加料速度为150千克/小时，则可以设计料仓1存储400千克催化剂。人为确定料仓1的催化剂下限储存重量为50千克，催化剂上限储存重量为350千克。一次补剂量为350千克-50千克＝300千克，补剂一次可以维持2小时的加料操作。在首次加料操作前，料仓1内可以预先储存例如300千克的催化剂；该操作一般采用人工方法。

上述准备阶段结束后，就可以开始正式的连续加料运行操作。连续加料运行操作依次包括如下步骤：

A、通气操作：进料阀10、下料阀12关闭。输送阀14打开，与出料管入口19相连的输送气源21中的输送气体进入出料管13。之后压力平衡阀18打开，出料管13内的一部分输送气体经压力平衡管4进入料仓1，使料仓1内上部的压力与出料管13内的压力相等。料仓1内上部的压力，是指料仓1内催化剂料面上方空间的压力。

输送阀14打开后至压力平衡阀18打开，通常需延时几秒至十几秒，用输送气体对输送管路(出料管13和输送管26)进行吹扫，吹走残留物。当用高温输送气体输送催化剂时，输送阀14打开后至压力平衡阀18打开，吹扫后通常还需再延时3～10分钟，用高温输送气体对输送管路进行预热。

之后，开始执行下述的步骤B。

B、连续加料与计量调整操作：下料阀12打开，其开度或下料阀输送气的流量根据需要的加料速度设置。料仓1内的催化剂经下料管3连续地进入出料管13，在由输送气源21进入出料管13内的输送气体的作用下在出料管13内流动，并经设于出料管出口20与目的容器27之间的输送管26连续地进入目的容器27。

操作过程中，将连续加料与计量调整操作时间划分为多个连续的间隔时间。在每个间隔时间的开始和结束时读取称重传感器7称量出的料仓1内催化剂的重量，计算出相应间隔时间内料仓1内催化剂重量的减少量，并除以相应的间隔时间，得到相应间隔时间内的加料速度。将该加料速度与需要的加料速度进行比较：如果误差处于需要的加料速度的允许误差范围内，则下料阀12的开度或下料阀输送气的流量保持不变，进入下一个间隔时间的操作；如果误差超过需要的加料速度的允许误差范围，则在相应间隔时间结束的时刻调节下料阀12的开度或下料阀输送气的流量，使后续间隔时间(下一个或以后第几个)的加料速度处于需要的加料速度的允许误差范围内。上述的操作为连续加料与计量调整操作过程中的计量调整操作。

上述的连续加料与计量调整操作时间，为连续加料与计量调整操作同时进行的时间。

连续加料与计量调整操作持续进行，至料仓1内的催化剂减少到催化剂下限储存重量时计量调整操作停止。之后各阀门的开关状态保持不变，开始执行下述的步骤C。

C、补剂操作：进料阀10打开，催化剂储罐22内的催化剂经进料管2进入料仓1。当料仓1内的催化剂增加到催化剂上限储存重量时，进料阀10关闭，补剂操作结束。步骤C结束、经过一个稳定时间后，重新开始执行上述步骤B中的计量调整操作。

上述的步骤B、C连续循环进行，是连续加料运行操作的主要过程。

上述操作过程中，各阀门在某一步骤的开关状态，除说明变动的之外，均保持与上一步骤相同。下料阀12开度或下料阀输送气流量的调节，可以根据具体的加料操作情况、试验、经验等来确定。其中，下料阀12开度的调节，是对于前文所述的第一大类调节阀而言；下料阀12下料阀输送气流量的调节，是对于前文所述的第二大类调节阀而言。

上述操作过程中，如果输送的是FCC催化剂并且需预热，输送气体可以使用过热水蒸汽或流化催化裂化装置副产品干气，或者是使用其它高温气体。过热水蒸汽的温度一般为200～300℃，干气的温度一般为40～80℃。本发明所述的高温输送气体，其温度即是指上述温度。如果采用300℃的过热水蒸汽，在输送管路中对催化剂进行预热，本发明最多可以使补充的催化剂能以80～200℃的温度进入目的容器27。另外，本发明所述的常温，指的是25℃。

如果输送的是FCC催化剂或类似的粉体物料，并且不需要预热，则输送气体可以使用常温压缩空气等气体。在这种情况下，催化剂或类似的粉体物料将以常温进入目的容器27。

各种来自输送气源21的输送气体，压力一般均为0.4～0.7MPa。该压力要保证输送气体能够将进入出料管13的催化剂经输送管26输送至目的容器27。确定输送气体的压力，主要应考虑输送管路压降和目的容器27内的压力。如果目的容器27是FCC再生器，其内压力一般为0.15～0.3MPa。

上述操作过程中，加料速度一般为50～500千克催化剂/小时，需要的加料速度的允许误差范围一般为-10％～+10％。由输送气源21进入出料管13的输送气体的流量一般为30～150标准立方米/小时。输送气体的温度、压力、流量，均在输送气源21的出口处测量。

在步骤B的单次操作过程中，连续加料与计量调整操作时间一般为1～2小时，一个间隔时间一般为1～3分钟。在步骤C的单次操作过程中，补剂操作时间一般为5～20秒，补剂操作结束后经过的稳定时间一般为1～3分钟。

由本发明加料操作过程的说明可以看出，在步骤C补剂操作时下料阀12依然是打开的，所以加料过程并未中断；料仓1内的催化剂仍经下料管3一出料管13一输送管26连续地进入目的容器27。由于进料管2的公称直径相对于下料管3和出料管13较大，加之催化剂储罐22处于充压状态，所以尽管加料仍在继续，催化剂储罐22内的催化剂仍然能以很快的速度经进料管2进入料仓1，对料仓1的补剂操作可以很快地结束。步骤C补剂操作开始时，计量调整操作停止(包括停止间隔时间计量、加料速度的计算、加料速度误差的判断以及下料阀12开度或下料阀输送气流量的调节)，直至步骤C结束、经过一个稳定时间后开始执行下一循环步骤B中的计量调整操作。本发明步骤B单次操作过程中的连续加料与计量调整操作时间，实际上是按照计量调整操作时间计算的。

补剂操作结束后留出一段稳定时间，是为了防止料仓1内催化剂重量的急剧增加引起的波动，保证下一循环步骤B中催化剂称重的稳定性。稳定时间内加料过程仍然进行，只是停止加料速度的计算、加料速度误差的判断以及下料阀12开度或下料阀输送气流量的调节。某次步骤B、C操作过程中，步骤C结束后所经过的稳定时间内的催化剂加料量(输送至目的容器27内的催化剂重量)，计入下一次步骤B、C操作过程中的催化剂加料量。

在步骤B、C的某一个单次操作过程中，上一次步骤B、C操作过程中步骤C结束时读取的料仓1内催化剂的重量(催化剂上限储存重量)至本次步骤B、C操作过程中步骤B结束时读取的料仓1内催化剂的重量(催化剂下限储存重量)的差值，为本次步骤B、C操作过程中的催化剂加料量(步骤B的首次操作除外)。

步骤C补剂操作过程中的催化剂加料量不进行计量。这是由于补剂操作时间很短、这部分催化剂的重量很少，对于因此引起的催化剂加料量的误差，可以忽略不计。

步骤B、C多个循环操作过程中的催化剂加料量相加，即可得到连续加料运行操作过程中的催化剂总累计加料量。

加料操作过程中，如果下料阀12被催化剂堵塞，可以打开松动风阀17，使出料管13内的输送气体经松动风管16进入下料管3位于料仓1的底部至下料阀12之间的管段，再流经下料阀12，将堵塞下料阀12的催化剂吹走(吹入出料管13内)。之后，可以将松动风阀17关闭。

催化剂和输送气体经输送管26进入目的容器27后，催化剂沉积于目的容器27内。输送气体向上流动，经目的容器27顶部的旋风分离器29分离出催化剂后排出。

加料操作需要停止时，先将进料阀10、压力平衡阀18、下料阀12、充压阀24等阀门关闭。输送阀14仍打开，继续向输送管路通入输送气体对其进行吹扫，将输送管路中残留的催化剂吹入目的容器27内，使输送管路保持畅通。吹扫若干秒(例如5～10秒，视输送管路的长度而定)，再关闭输送阀14。

图2中，以未注明附图标记的箭头表示催化剂、输送气体或充压气体的流动方向。

本发明的加料操作过程中，充压阀24和松动风阀17一般是手动操作。其余各阀门的开关、下料阀12开度或下料阀输送气流量的调节，还有加料操作过程中所有的催化剂称重、时间控制与计量、加料速度及误差计算等操作，可以采用人工方式进行(仍需借助于工业上常用的各种仪表、控制器件等)，但最好是采用自动控制。例如采用常用的程序控制器，按本发明提出的步骤、参数编制出程序并进行调整，自动执行加料操作。自动控制技术属于本领域技术人员熟知的内容，详细说明从略，在下面的实施例中举例说明。

实施例

采用图1所示的加料器、按图2所示的设置在实验室进行中型试验。使用高温输送气体，将催化剂储罐22内的常温FCC催化剂(牌号为GRV-C)输送至目的容器27；在输送管路中对催化剂进行预热，使催化剂以较高的温度进入目的容器27。

料仓1的内直径D为0.7米，容积为0.305立方米，催化剂储存容量为300千克；设定催化剂下限储存重量为50千克，催化剂上限储存重量为250千克。催化剂储罐22和目的容器27均为立式圆筒形结构，内直径均为1米，容积均为0.955立方米。目的容器27内的压力为0.55MPa。

料仓1通过支耳5和支柱6支承于称重传感器7上，支柱6的底部所设的隔热板11为聚四氟乙烯板。称重传感器7使用3个，型号均为MTB-300，准确度均为2‰，工作温度范围均为-20～+65℃。

除去各波纹管、阀门外，所有的容器、管道等部件，均采用碳钢材料制作。各波纹管均使用内设导流管的不锈钢波纹管，耐压0.7MPa，耐温300℃。料仓1、进料管2、进料阀10、下料管3、下料阀12、出料管13、输送阀14、压力平衡管4、压力平衡阀18、输送管26和目的容器27的外部均设有保温层，保温层的材料为岩棉。

进料管2的公称直径为100毫米，垂直高度为1.5米。下料管3、出料管13和输送管26的公称直径相等，均为进料管2公称直径的1/2(50毫米)。下料管3的垂直高度为0.3米，出料管13的水平长度为0.8米，输送管26的垂直高度为15米。压力平衡管4的公称直径为50毫米，松动风管16的公称直径为15毫米。充压管23的公称直径为25毫米。

下料阀12为V形球阀，型号为V2100；配备有气动执行机构(型号为RB200-SR-K3)和阀门调节定位器(型号为HEP-15)。进料阀10、输送阀14、压力平衡阀18也为V形球阀，型号均为V2100；配备有气动执行机构(型号均为RB200-SR-K3)和两位两通电磁阀(型号均为K23D-8)。上述几个阀门均为高温型阀门，工作温度范围均为180～530℃。松动风阀17为两位两通手动高温球阀，型号为Q341H，工作温度范围为80～300℃。充压阀24为常温下使用的两位两通手动球阀，型号为M050-616J-A。

输送管26上所设的热电偶28为镍铬-康铜热电偶，型号为WREK-E。目的容器27的顶部所设的旋风分离器29为自制的小型旋风分离器，结构与FCC装置中常用的PV型旋风分离器相似。

参见图2，中型试验加料系统设有程序控制器30。程序控制器30设有一个PLC基本模块31、一个PLC扩展模块32、一个重量变送器33和一个触摸屏显示器34。PLC为可编程序控制器。PLC基本模块31的型号为TWD LCAE40DRF，PLC扩展模块32的型号为TWDAMM3HT，重量变送器33的型号为IN110；上述元件装在一个控制箱内。触摸屏显示器34的型号为XBTG2330，装在控制箱的面板上。

参见图2，PLC基本模块31与PLC扩展模块32直接相连。重量变送器33与PLC扩展模块32之间、触摸屏显示器34与PLC基本模块31之间，进料阀10、压力平衡阀18、输送阀14与PLC基本模块31之间，下料阀12、热电偶28与PLC扩展模块32之间，各称重传感器7与重量变送器33之间，分别用导线连接。图2中，导线用虚线表示。

实施例在图2所示的加料系统中使用V锥蒸汽流量计(型号为V10F-SZDN50GHHL)测量输送气体的流量，使用普通的弹簧压力表测量有关部位的压力(在图2中没有示出)。

本实施例加料操作的主要步骤，参见本说明书具体实施方式部分结合图2和图1所做的说明，本实施例主要是给出具体的操作参数。实施例采用高温输送气体输送催化剂，在输送管路中对催化剂进行预热后使之进入目的容器27。正式加料前，先进入准备阶段。

准备①：加料器安装完成后，检验各波纹管对称重的影响，并进行称重准确度标定和数学校正。

从料仓1的催化剂下限储存重量(50千克)开始，用人工将多个标准砝码逐个添加到料仓1上；达到料仓1的催化剂上限储存重量(250千克)后，将标准砝码逐个卸下，至料仓1的催化剂下限储存重量。每个标准砝码的重量为10千克。

将料仓1上标准砝码真实增加和减少的重量数值，以及称重传感器7称量并在程序控制器30上显示的料仓1上标准砝码增加和减少的重量数值(受到波纹管影响的重量数值)，记录为2组数据。建立一个坐标系，水平坐标轴为料仓1上标准砝码真实增加和减少的重量数值，垂直坐标轴为称重传感器7称量并在程序控制器30上显示的料仓1上标准砝码增加和减少的重量数值。根据前一组数据做出一条直线(直线1)，计算出斜率。后一组数据输入办公软件Excel表格，使用Excel软件自带的数据拟合工具，选择“添加趋势线”、类型选“线性”，得到一条趋势直线(直线2)及其斜率。将直线2的斜率除以直线1的斜率，得到校正系数0.955。这样，对以后称重传感器7称量出的所有料仓1内催化剂的重量都除以0.955，就可以得到校正后的料仓1内催化剂的真实重量数值(消除了各波纹管的影响)。本实施例以后提到的催化剂重量，均为校正后的真实重量。程序控制器30可以用程序计算的方法自动计算出上述的真实重量，并直接在触摸屏显示器34上显示出来。

准备②：向催化剂储罐22内装入700千克催化剂(采用人工操作)。

打开充压阀24，对催化剂储罐22进行充压。充压气体使用常温压缩空气，压力为0.7MPa(在充压气源25的出口处测量)。催化剂储罐22充压后的压力为0.7MPa，比出料管13内的压力(0.6MPa)高出0.1MPa。

准备③：首次加料操作前，料仓1内预先储存250千克催化剂(采用人工操作)。设定需要的加料速度为100千克/小时。

上述准备阶段结束后，开始正式的连续加料运行操作。

A、通气操作：进料阀10、下料阀12关闭。输送阀14打开，由输送气源21进入出料管13的输送气体的流量为80标准立方米/小时。输送气体为过热水蒸汽，温度为220℃，压力为0.6MPa。输送阀14打开，延时10秒，用输送气体对输送管路进行吹扫；吹扫后再延时3分钟，用高温输送气体对输送管路进行预热。之后压力平衡阀18打开。料仓1内上部的压力与出料管13内的压力相等，为0.6MPa。之后，开始执行下述的步骤B。

B、连续加料与计量调整操作：下料阀12打开，其初始开度为36％。料仓1内的催化剂经下料管3连续地进入出料管13，并经输送管26连续地进入目的容器27。

操作过程中，需要的加料速度的允许误差范围设定为-10％～+10％。一个间隔时间为1分钟。测量、计算出第一个间隔时间内的加料速度为120千克/小时(2千克/分钟)，相对于需要的加料速度的误差为+20％。此时，在第一个间隔时间结束的时刻调节下料阀12的开度，由36％减少为34％，进行下一个间隔时间的操作。

以后，每间隔1分钟，计算一次加料速度及其误差，决定是否调节下料阀12的开度。每个间隔时间内的加料速度相对于需要的加料速度的误差，①如果超过+10％(+号表示正向误差)，将下料阀12的开度减少1～2％；②如果超过-10％(-号表示负向误差)，将下料阀12的开度增大1～2％；③如果在-10％～+10％的范围内，下料阀12的开度不予调整，保持不变。

本次步骤B的连续加料与计量调整操作持续时间为1小时52分钟(划分为112个连续的间隔时间)，料仓1内催化剂的重量由催化剂上限储存重量250千克减少到催化剂下限储存重量50千克，亦即向目的容器27输送了200千克催化剂(这就是本次步骤B、C操作过程中的催化剂加料量)。平均加料速度为200千克÷1小时52分钟＝107.14千克/小时。

本次步骤B的计量调整操作停止后，各阀门的开关状态保持不变，开始执行下述的步骤C。

C、补剂操作：进料阀10打开，催化剂储罐22内的催化剂经进料管2进入料仓1。当料仓1内的催化剂增加到催化剂上限储存重量250千克时，进料阀10关闭，补剂操作结束。本次补剂操作，历时6秒。

至此，完成了步骤B、C的第一次操作。步骤C结束、经过1分钟的稳定时间后，重新开始执行上述步骤B中的计量调整操作，亦即开始步骤B、C的第二次操作。步骤B、C的第一次操作过程中，在步骤C补剂操作时，加料过程仍在继续，但对加料量不进行计量；步骤C结束后1分钟稳定时间内的加料量，计入步骤B、C第二次操作过程中的加料量。

步骤B、C的第二次操作，未提及的操作步骤、条件同步骤B、C的第一次操作：

B、连续加料与计量调整操作：开始时，下料阀12的开度为33％。测量、计算出第一个间隔时间内的加料速度为92千克/小时(1.53千克/分钟)，相对于需要的加料速度的误差为-8％。此时，下料阀12的开度保持不变，进行下一个间隔时间的操作。

以后，每间隔1分钟，计算一次加料速度及其误差，决定是否调节下料阀12的开度。

本次步骤B的连续加料与计量调整操作持续时间为2小时5分钟(划分为125个连续的间隔时间)，料仓1内催化剂的重量减少到催化剂下限储存重量50千克，亦即向目的容器27输送了200千克催化剂(为本次步骤B、C操作过程中的催化剂加料量；包括步骤B、C第一次操作过程中步骤C结束后1分钟稳定时间内的加料量)。平均加料速度为200千克÷2小时6分钟(该时间包括步骤B、C第一次操作过程中步骤C结束后的1分钟稳定时间)＝95.24千克/小时。

本次步骤B的计量调整操作停止后，各阀门的开关状态保持不变，开始执行下述的步骤C。

C、补剂操作：进料阀10打开，催化剂储罐22内的催化剂经进料管2进入料仓1。当料仓1内的催化剂增加到催化剂上限储存重量250千克时，进料阀10关闭，补剂操作结束。本次补剂操作，历时8秒。

至此，完成了步骤B、C的第二次操作。步骤C结束、经过1分钟的稳定时间后，重新开始执行上述步骤B中的计量调整操作，亦即开始步骤B、C的第三次操作。步骤B、C的第二次操作过程中，在步骤C补剂操作时，加料过程仍在继续，但对加料量不进行计量；步骤C结束后1分钟稳定时间内的加料量，计入步骤B、C第三次操作过程中的加料量。

步骤B、C的第三次操作，未提及的操作步骤、条件同步骤B、C的第一、第二次操作：

B、连续加料与计量调整操作：每间隔1分钟，计算一次加料速度及其误差，决定是否调节下料阀12的开度。

本次步骤B的连续加料与计量调整操作持续时间为1小时50分钟(划分为110个连续的间隔时间)，料仓1内催化剂的重量减少到催化剂下限储存重量50千克，亦即向目的容器27输送了200千克催化剂(为本次步骤B、C操作过程中的催化剂加料量；包括步骤B、C第二次操作过程中步骤C结束后1分钟稳定时间内的加料量)。平均加料速度为200千克÷1小时51分钟(该时间包括步骤B、C第二次操作过程中步骤C结束后的1分钟稳定时间)＝108.11千克/小时。

本次步骤B的计量调整操作停止后，受实验所用催化剂储罐22和目的容器27催化剂容量的限制，整个加料操作停止，不再执行步骤C。此时，先将进料阀10、压力平衡阀18、下料阀12、充压阀24等阀门关闭。输送阀14仍打开，继续向输送管路通入输送气体对其进行吹扫，将输送管路中残留的催化剂吹入目的容器27内，使输送管路保持畅通。吹扫5秒后，关闭输送阀14。最后，切断所有电源。

本实施例的连续加料运行操作过程包括以上的步骤A，以及三次步骤B、C的操作(最后一次即第三次的步骤C未执行)，累计向目的容器27输送了200千克×3＝600千克催化剂。加料过程中，热电偶28的指示温度为166.0～169.2℃(该温度为输送管26在热电偶28所处位置的管段内催化剂与水蒸汽的混合温度)，表明常温催化剂被高温输送气体预热后能以此温度进入目的容器27。加料过程中，称重传感器7所处位置的温度基本上为常温。

催化剂和输送气体经输送管26进入目的容器27后，催化剂沉积于目的容器27内。输送气体向上流动，经目的容器27顶部的旋风分离器29分离出催化剂后排出。

实施例的加料操作过程中，充压阀24、松动风阀17采用手动操作(松动风阀17一直关闭)。其余操作，除说明的以外，大都可以编制出程序，在程序控制器30的控制下自动执行。主要项目有：进料阀10、输送阀14、压力平衡阀18、下料阀12的开关，下料阀12的开度调节，料仓1内催化剂重量的称量及考虑到波纹管影响时的校正计算，时间控制与计量，加料速度及误差计算，连续加料运行操作过程中每次步骤B、C的催化剂累计加料量以及所有步骤B、C的催化剂总累计加料量的计算，热电偶28对预热后催化剂的温度测量。

可以在程序控制器30的触摸屏显示器34上显示的主要项目有：热电偶28测量出的预热后催化剂的温度，料仓1内催化剂的重量，料仓1的催化剂上限和下限储存重量，时间(包括连续加料与计量调整操作时间、间隔时间)，加料速度及误差，连续加料运行操作过程中每次步骤B、C的催化剂累计加料量以及所有步骤B、C的催化剂总累计加料量，进料阀10、输送阀14、压力平衡阀18、下料阀12的开关状态，下料阀12的开度。

可以在程序控制器30的触摸屏显示器34上设定的主要项目有：需要的加料速度及其允许误差范围，时间(包括连续加料与计量调整操作时间、间隔时间)，料仓1的催化剂上限和下限储存重量，下料阀12的初始开度，加料速度超出需要的加料速度误差范围时下料阀12的开度调节量。

其它的温度(热电偶28测量出的预热后催化剂的温度除外)、压力、输送气体流量的测量数据，在现场直接读取。

以上对本发明的催化剂自动加料器和催化剂自动加料方法进行了说明。本发明主要用于石油炼制与石油化工领域的FCC工艺过程，将补充的催化剂输送至再生器。与此类似的其它工艺过程，也可以采用本发明的方案。

Claims (3)

1.一种催化剂自动加料方法，所用的催化剂自动加料器设有料仓(1)、进料管(2)和下料管(3)，进料管(2)的出口连接于料仓(1)的顶部，进料管(2)上设有进料阀(10)、第三波纹管(93)，下料管(3)上设有下料阀(12)，料仓(1)的外部设有用于称量料仓(1)内催化剂重量的称重传感器(7)，称重传感器(7)为电子称重传感器，料仓(1)通过支柱(6)支承于称重传感器(7)上，支柱(6)的底部设有隔热板(11)，料仓(1)的下方设有出料管(13)，出料管(13)的一端为入口端，自出料管入口(19)依次设有输送阀(14)和第一波纹管(91)，出料管(13)的另一端为出口端，设有第二波纹管(92)，出料管(13)位于第一波纹管(91)和第二波纹管(92)之间的管段为出料管(13)的中段，下料管(3)设于料仓(1)的底部与出料管(13)的中段之间，下料管(3)上所设的下料阀(12)为调节阀，出料管(13)的中段与料仓(1)的顶部之间设有压力平衡管(4)，压力平衡管(4)上设有压力平衡阀(18)，上述管道和阀门以及料仓(1)的外部均设有保温层，采用上述的催化剂自动加料器进行催化剂自动加料的方法，将催化剂储罐(22)内的催化剂输送至目的容器(27)，催化剂储罐(22)处于充压状态，首次操作前料仓(1)内预先储存有高于催化剂下限储存重量的催化剂，所述的催化剂自动加料方法依次包括如下步骤：

A、通气操作：进料阀(10)、下料阀(12)关闭，输送阀(14)打开，与出料管入口(19)相连的输送气源(21)中的输送气体进入出料管(13)，之后压力平衡阀(18)打开，出料管(13)内的一部分输送气体经压力平衡管(4)进入料仓(1)，使料仓(1)内上部的压力与出料管(13)内的压力相等，之后开始执行下述的步骤B；

B、连续加料与计量调整操作：下料阀(12)打开，料仓(1)内的催化剂经下料管(3)连续地进入出料管(13)，在输送气体的作用下在出料管(13)内流动，并经设于出料管出口(20)与目的容器(27)之间的输送管(26)连续地进入目的容器(27)；

操作过程中，将连续加料与计量调整操作时间划分为多个连续的间隔时间，在每个间隔时间的开始和结束时读取称重传感器(7)称量出的料仓(1)内催化剂的重量，计算出相应间隔时间内料仓(1)内催化剂重量的减少量，并除以相应的间隔时间，得到相应间隔时间内的加料速度，将该加料速度与需要的加料速度进行比较，如果误差处于需要的加料速度的允许误差范围内，则下料阀(12)的开度或下料阀输送气的流量保持不变，进入下一个间隔时间的操作，如果误差超过需要的加料速度的允许误差范围，则在相应间隔时间结束的时刻调节下料阀(12)的开度或下料阀输送气的流量，使后续间隔时间的加料速度处于需要的加料速度的允许误差范围内，上述的操作为连续加料与计量调整操作过程中的计量调整操作；

连续加料与计量调整操作持续进行，至料仓(1)内的催化剂减少到催化剂下限储存重量时计量调整操作停止，之后各阀门的开关状态保持不变，开始执行下述的步骤C；

C、补剂操作：进料阀(10)打开，催化剂储罐(22)内的催化剂经进料管(2)进入料仓(1)，当料仓(1)内的催化剂增加到催化剂上限储存重量时，进料阀(10)关闭，补剂操作结束，步骤C结束、经过一个稳定时间后，重新开始执行上述步骤B中的计量调整操作。

2.根据权利要求1所述的催化剂自动加料方法，其特征在于：输送气体为过热水蒸汽或流化催化裂化装置副产品干气，过热水蒸汽的温度为200～300℃，干气的温度为40～80℃，输送气体的压力为0.4～0.7MPa。

3.根据权利要求1或2所述的催化剂自动加料方法，其特征在于：加料速度为50～500千克催化剂/小时，需要的加料速度的允许误差范围为-10％～+10％，由输送气源(21)进入出料管(13)的输送气体的流量为30～150标准立方米/小时，在步骤B的单次操作过程中，连续加料与计量调整操作时间为1～2小时，一个间隔时间为1～3分钟，在步骤C的单次操作过程中，补剂操作时间为5～20秒，补剂操作结束后经过的稳定时间为1～3分钟。

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