CN1030195A - 改进流化气体分配器 - Google Patents

Abstract

一种向固体流化床分布流化气体的改进装置。 配气器将一个颗粒流化床保持在气体喷射平面区域 的上方，便利从喷气区下方提出固体。用一个中心圆 顶和一组围绕圆顶外周的水平支管，将气体在颗粒流 化床中分布。为改进设备的结构整体性和装置的运 转，用一组最大限度减低支管接头应力集中的外凸的 出口，将水平支管和中心圆顶的关节区连接，支管出 口孔的位置高度接近圆顶的出口孔。

Description

本发明与用于诸如FCC（流化催化裂化）的烃类转化法的气体分配器有关。本发明具体涉及一种装置，将流化气体在固体流化床上均匀分布。

使用流化悬浮或流化输送状态的固体流化床的加工方法已很普遍。这种方法的一个特别常见的实例，是将瓦斯油和重沸腾（boiling）烃类转变为轻烃类的流化催化裂化方法（FCC）。在多数应用中，用一个大直径器皿或导管容放流化颗粒，重要的是在整个器皿或导管的截面中，可取得气态流化介质的良好分布。在流化床的输送工况中，气体必须有良好的分布，将颗粒均匀输送。并且，在将气体反应剂，典型为氧，引入颗粒流化床时，更加要求气体均匀分布。氧气不良分布促进器皿内的不同部分中的反应速度差异，便会引起不完全反应和不均匀的温度分布。在密集的流化床中尤其如此。

FCC装置典型有一个再生器，许多再生器都保持一个密集的催化剂颗粒流化床，其中有空气之类的再生气体通过，对焦煤助然。焦煤作裂化作业副产品生成，将其清除便可使催化剂再生。一个普通再生器装置将诸如空气之类的再生气体，通过再生器器皿的下尾端，引入再生器底部内。气体分配器将气体分割，在若干地点喷入催化剂床，使气体分布良好。只要不需从引入气体的地点下方取出催化剂颗粒，在气体腔上布置一个简单的配气器，例如一个多孔板或圆顶，便可为再生器作有效而可靠的气体分布。

然而，在有些FCC法输流装置的构型中，要求通过再生器的下尾端清除催化剂。要求从再生器下尾端中取出催化剂，使配气装置的设计复杂化。由于再生器一般的工作温度超过705℃（1300°F），使性能可靠的配气器的设计更加复杂。这种温度大为降低可用以制造配气器的材料的强度。

已有各种配气器设计经过使用，可将气体引入并可从再生器的底部提出催化剂。有一种设计是全板型或圆顶型配气器的改型，里面有一根导管穿过配气腔和下尾端的催化剂提取点相连。这安排中的导管穿过圆顶或板。为防沿导管孔周围漏气，或催化剂从孔中通过，有一个密封件在孔中跨在导管外壁和板或圆顶之间。催化剂造成的腐蚀以及催化剂微粒积累，使密封件易于损坏。在格栅上方设催化剂收集区又会将配气器截面的一个相当大的部分阻碍，干扰了气体的分配。

为避免密封件带来的问题，并使固体颗粒可自由通过，达到配气点下方的一个提取地点，曾使用过的配气器中有水平管段形成的平面网络或格栅，出气喷咀在管上间隔放置。但问题包括焊缝出现裂口，金属腐蚀，管段翘曲，以及管件完全脱离或损坏。虽曾试验增强管型格栅，但坚固管件也仍有损坏。坚固管件之所以不能补救这类问题，据信是由于造成管件翘曲或开裂的应力，典型产生于管件上的温差。因此对格栅增强仅能将应力加强，使问题更为加剧。

认识到造成格栅组件损坏的应力，至少一部分是热造成的这个事实后，便寻求配气器的较有弹性的设计。其一种设计使用一个圆顶和径向伸展的支管的组合，在再生部全部截面上分配气体。这设计通过用直径小于再生器器皿直径的浅盘形头部作为圆顶壳以提供灵活性的。圆顶壳常用一个截头圆锥形的异径管段支持，将圆顶壳直径，减小到与再生器尾端底部相连的一个部分的直径。一个相对薄的薄壁部分和截头圆锥部的渐收锥形提供弹性，适应温度梯度及不同膨胀率造成的圆顶壳和异径管段的差热膨胀。异径段使截头锥形段外径和再生器尾端间，可以保持一个开敞空间，从而流化颗粒在圆顶壳周围流动，进入催化剂提取点。有一组等间距的孔或喷咀在圆顶壳顶部上均匀分布，将气体在圆顶上方的再生器截面中均匀分布。

再生器的在圆顶上方以外的其余截面中，通过径向伸展的支管接受均匀分布的气流。孔或喷咀沿支管间隔布置，作为气体的出口。支管从圆顶壳和截头圆锥形段之间的一个垂直伸展的圆柱形带上伸出。相连组件间的几何形状的突变，例如尖锐角缘或接头，将使热或压力造成的应力倍增。为避免存在带，圆顶壳或异径段之间的这种突变，在这种交接处设置一个大圆弧半径过渡段或称关节。虽然圆顶壳支管型配气器确可减少某些一般和配气器相关的结构问题，但在带和圆顶壳间，以及带和支臂间，在某些情况下必然有小裂纹。此外，圆顶壳和管臂材料的腐蚀仍然成为问题。腐蚀的一个根源似乎是圆顶壳体上的出口和支臂上的出口之间的压差造成的结果，将催化剂通过支臂孔吸入圆顶壳内，然后通过圆顶壳上的孔排出。

现发现一种新颖安装件或紧固件，用于连接圆顶壳支管型配气器中的支管。这种新颖接头可减轻有时与圆柱形带及圆顶壳和圆柱形带及支管交接处相关的裂缝问题，同时还提高管臂出口相对于圆顶壳出口的高度，使固体颗粒不致如上述被吸入。

本发明为配气器的一个改进，其气体分配器有一个中间圆顶壳，和一组径向伸出的支管，将气体在颗粒流化床的截面上均匀分布，同时使颗粒在配气点的下方流动。改进之处在于使用鼓出的（原文extruded的应改为expanded，bulged……等等-译者）接头，接头有向外上方伸的部分，将支管和位于圆顶壳及其支撑件之间的一个关节部分连接或固定。将鼓出部接头或鼓出部放在配气器的关节部，可使支管相对于圆顶壳的位置升高。鼓出部出口的中线相对于出口孔水平面向上倾斜。使用肘管或弯管将出口的中线转回水平方向，便可进一步将支管相对于圆顶壳的位置升高。关节的鼓出部出口还形成关节和支管接头之间的平顺的过渡几何形状，减少在过去配气器设计中造成裂缝问题的应力增高点。同时，本发明的支管接头，由于将圆顶壳出口和支管出口放在较靠近的高度上，所以腐蚀问题得以减轻。

因此，本发明的一个目的，是提出一种可靠的装置，将空气在一个固体颗粒流化床上均匀分布。

本发明另一目的，是提高配气器的结构整体性，将诸如空气的再生气体在一个FCC再生器中分布。

本发明的一个具体目的，是减少与用于FCC再生器的圆顶壳支管型配气器相关的裂缝及腐蚀问题。

本发明在一个实施方案有一个改进装置，将空气在一个固体颗粒流化床上分布。配气器有一个多孔中间头，上面按预定方式布置配气通孔，有装置支持头部，并将流化气体通过头部内部输送。支持头部的装置有一个环形关节，在头部的外周上固定。一组径向水平伸展的支管，和支持头部的装置连接，并与头部内部接通。支管还将流化气体向固体颗粒流化床分布。这配气器的改进，是由于在关节中有一组支管接头形成。每一支管接头有一个出口和头部内部接通，并设一个装置使支管可和关节固定。为了提高装置的结构整体性，每一支管接头的几何形状有连续的弧形。

本发明的其它目的，实施方案及细节，从下文关于理想实施方案的详细说明便可清晰了解。对本发明就理想实施方案的叙述，目的不在于将权利要求的范围，限制于实施方案中的细节。

图1    示FCC再生器的截面。

图2    示本发明配气器的垂直剖视。

图3    为本发明配气器另一方案的细节。

图4    为图1中再生器沿线4-4的局部俯视。

图5    为支管鼓出部的放大细节。

参看图1，示一个再生器10有一个圆柱形壳12，上头部14和有圆锥形剖面的下尾端16。固体颗粒为催化剂废料，通过导管18进入再生器10。加压流化气体为通过导管20，流入支管型配气器22内部的空气。配气器顶部的一个圆顶24和一组径向伸出的支管26，将空气在再生器全部水平截面上分布。空气上升，和催化剂上的碳沉淀物如焦煤之类起反应。碳沉淀物随氧燃烧产生的温度至少达650℃（1200°F）以上，典型为705℃（1300°F），从而在圆顶和支管的紧接上方，产生高温区。空气的上升将催化剂在圆顶和支管上方流态化。将空气引入一个空间，保持流化床一直达到导管18和外壳12汇合处附近。当空气继续上升，催化剂颗粒的大部分脱离，回到密集的催化剂床上。由空气和称为烟道气的气态燃烧产物仍然携带的任何催化剂，通过一个进口30，进入一组旋风分离器28。旋风分离器28在两级分离中，将较重的催化剂颗粒和较轻的气体分离。当分离器将催化剂颗粒向下引导，通过导管32回入密集流化床时，再生气体通过导管34离开再生器。再生催化剂颗粒（即与通过导管18进入的颗粒比较，焦煤含量降低的颗粒）通过支管26之间的空间，被通过再生催化剂导管36，从再生器器皿中提出。

配气器进一步的细节如图2所示。配气器底部是一个下导管38，和下尾端16连接。一个截头圆锥形部分40的一个小端，和上导管38连接。一个环形关节42将部分40的下端，和导管38连接，另一环形关节44将部分40的上端和圆顶24的关节46连接。环形关节42及44形成导管及圆顶和部分40交接处的平滑过渡。关节42及44有圆弧半径R₁，其量度为主曲面直径的5%至15%。下导管38，关节42及截头圆锥部40有相对薄的薄壁部。为了在圆锥形部和厚度大很多的圆顶24及关节46之间，设置厚度渐增的过渡，上关节44有增大的厚度。

圆顶24及关节46共同形成配气器顶的碟形头设计。这种头部通常称为突缘头及碟形头。头部选用小弯弧几何形状，可尽量减小圆顶中心孔和圆顶外缘孔之间的高度差异。配气器圆顶的直径小时，有时可用一个平板部作圆顶的中间部分。但是当阻止通过配气器的气流时，再生器中的催化剂将在圆顶的顶部上积累，施加催化剂的向下的载荷。因此，为了增高圆顶在催化剂向下载荷下的强度，通常适宜使圆顶带有一些弧形。圆顶直径D₁一般为再生器器皿直径D₂的40-70%。头部圆弧半径R₂最好在圆顶直径的100及200%之间。关节46的圆弧半径R₃一般在头部直径D₁的5-25%之间。圆顶24及关节46的厚度，比圆锥形部40大相当多。圆顶的厚度增大使之能支持外载荷，诸如催化剂的载荷，并有适当的增多的材料围绕配气孔，对圆顶作增强。

在配气器的圆顶部分上有出气孔50的预定布局。配气器孔沿半径R₂的方向定向。尺寸典型范围为1/2至1.75英寸。孔可以是上圆顶上的一般钻孔，也可以用安装在上圆顶范围中的孔中的喷咀定形。喷咀有各种目的，例如改进通过喷咀喷出的空气的喷流性质，并保护出口孔，防止出口孔附近催化剂循环造成腐蚀。流化气体及压力降的要求，决定圆顶顶部要求的孔眼的总开孔面积。一般要求将通过圆顶的压力降，维持在1/2至2磅/平方英寸之间。对圆顶孔的直径作选定，使圆顶有需要的开孔面积，并有足够数目的气孔，提供良好的气体分布。

有一个有孔偏流板53从圆顶的内侧上悬挂，分割通过导管20进入的空气可能形成的任何大喷流。导管20喷出的空气喷流，如无障碍，可能在紧靠喷流上方的任何孔50的进口处增高气压，从而使格栅中心有较大的空气流量。

关节部46可分别形成，和圆顶焊接，形成配气器头，或和头部一体形成。在任一情况下关节的主要目的是形成圆顶支持件的平顺交接，这里是截头圆锥部40和圆顶的交接。在本发明中，关节46有一组间距规则的支管接头48，有出口供安装支管22用。在理想实施方案中，这些接头用关节所用的材料挤压形成。关节厚度一般与配气器圆顶部相同。在挤成型过程中增加供给材料，使这厚度有助于形成鼓出部48。这鼓出部可用熟悉金属铸造行业的人熟悉的任何方法形成。鼓出部的基本要求，是用有连贯弧形的几何形状的材料，将关节和出口连接。形成这种鼓出部的典型方法，是用凹凸模型在钻孔周围将材料逐次变形，作成出口喷咀鼓出部形状。支管接头孔一般在关节圆弧的中心上定位，因而其中线上仰的斜率或角度。喷咀的进口侧和配气器内部接通。在鼓出部的出口端上安装一个弧形支管段或肘管52。

弯管段52将上斜的鼓出部和水平伸展的支管26连接。此处所示管段52为简单的肘管，但可用各种管件提供管段52的功能。这类元件的操作要求，是使支管26有足够的水平高度，使支管孔54的高度接近圆顶孔的高度。于是适合管段52的元件侧支管接头，或肘管及三通管的组合，如图3所示。图3中的肘管58及三通管60增多的优点，是便利作支臂相对于圆顶的仰角的调节。

每一支管水平伸展，达到再生器器皿内壁附近。流入支管内部的空气，通过沿支管下部有间距的孔54，进入再生器。支管孔54的尺寸一般在1/2至1英寸范围内。支管孔54使用的喷咀如图2所示，上文已结合圆顶孔讨论。孔54的数目和尺寸经过计算，增加通过支管的空气的理想量。将支管和中间圆顶之间增供的空气分隔，通常和支管及圆顶服务的截面积成比例。

现参看图4，示再生器圆顶及臂的俯视。圆顶孔50从圆顶中心24向外到关节上交接处附近有均匀的间距。当圆顶和关节焊接时，为避免焊缝强度下降，最好避免将孔50伸展到圆顶的关节区中。在这特定安排校捕ブ本对嫉扔谠偕髦本兜囊话搿Ｒ虼耍邮苤Ч芰骰宓牧骰驳拿婊仍捕チ骰拇膊康拿婊蠛芏唷Ｒ虼耍箍掌?在再生器的外径上良好分布，宜使用大量的臂管。成形操作要求在鼓出部之间有最小的间隙，限制了支管围绕圆顶外围的圆周间距。典型上支管中心线之间的最小间距，为支管直径的两倍，间距稍大更为理想。

鼓出接头的其它细节如图5所示，图示鼓出部内侧的圆弧半径为R₄，外侧为R₅。这些半径取决于鼓出成形过程，最好将其尽可能加大。图5又示肘管52与支管接头48出口的焊接。由于鼓出部成形时，支管接头一般只形成一个短外延长段E₁，所以通常使肘管52为一分别的元件。但是有可能时，最好将鼓出部及支管段52形成一体。

由于FCC法伴有高温，所以配气器典型用高合金材料制造。适合配气器的高合金材料包括ASTM标准型号304H的不锈钢，为理想金属。

图2及5示用一种耐火材料56，几乎完全覆盖配气器。这耐火材料相当薄，一般厚度为1/2至1.5英寸。耐火材料56可抵抗腐蚀，和配气器金属的一定程度的绝热性，从而可以校平可能在格栅上形成热应力的局部温度梯度。薄耐火材料及适当锚定系统的使用，在烃和化学加工领域中常见。最好用金属网或短锚定件焊接在配气器的金属基础上，保持耐火材料在配气器上固定。

Claims (6)

1、一种在固体颗粒流化床上分布气体的配气器，其类型为有下列各项：一个有孔中间头，将气体在该流化床的中部上分布，若干水平径向支管，将气体在该流化床的环形区中分布；有装置支持该头部及支管，将该流化气体向该头部及支管内部输送，该支持装置有一环形关节围绕该头部的外周，其它特点为该关节有一组在其上形成的支管接头，各该支管接头有一出口与该中间头部连接，每一支管接头有连贯弧形的几何形状，每一该支管用一个该支管接头在该关节上固定。

2、如权利要求1中之装置，而特征为每一该出口有上斜的中线。

3、如权利要求1中之装置，而特征为该出口的直径与该支管同。

4、如权利要求1中之装置，而特征为有一肘管把该支管与该出口连接。

5、如权利要求4中之装置，而特征为肘管的近端与该出口固定，而远端向上放置，一个三通管有水平的主轴线，与该远端连接，一个支管和该三通管的外端连接。

6、如权利要求1中之装置，而特征为在该关节和该支管接头出口之间。一根支管有最小的直径。

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