CN103623751B - 自动化固体催化助剂添加系统 - Google Patents

Abstract

本发明申请提供一种自动化固体催化助剂添加系统，包括催化剂储罐、加料斗和流化罐，催化剂储罐顶部设有气固分离装置，气固分离装置的出口穿过催化剂储罐顶部伸至外部，气固分离装置的顶部开有出风口，催化剂储罐的侧壁设有补充料口，补充料口的一端与气固分离装置相连，另一端通过加料管连接到风源，连接风源的加料管设有一连接到加料斗的支管，加料斗设有供新鲜催化剂进入的进口，催化剂储罐底部设置出料口，出料口至流化罐由管道连接，催化剂储罐由数个支撑脚支撑，在支承脚的底部设有称重传感器。所述添加系统体积小、使用较少输送风、运行稳定且安全可靠，操作方便，尤其是流化罐的设计实现流化效率高、清空更加完全彻底。

Description

自动化固体催化助剂添加系统

技术领域

本发明涉及一种新型自动化固体催化剂自动添加系统，涉及到化工、冶金、水泥陶瓷及能源等工业门类。

背景技术

许多工业过程（尤其是化工过程）都需要使用催化剂或助剂（以下统称为催化剂），催化剂按照形态可分为液态催化剂和固态催化剂，而固体催化剂又可按形态分为粉状（或粉体）催化剂和成型催化剂两种。粉状催化剂一般无定形、颗粒大小在几百微米以下,而成型催化剂颗粒的大小在几个毫米以上,而且形状呈球型、柱状型、或蜂窝型等。粉状催化剂由于其比表面积大及其与反应物混合均匀等优点在石油化工行业使用得最为广泛。如在石油炼制行业催化裂化装置所使用的主催化剂及其助燃剂、硫转移剂及脱硝助剂等辅助催化剂就是粉状催化剂。由于粉状催化剂颗粒小，使用过程中会出现跑损现象，同时催化剂使用一段时间后会失去活性，因此必须不断地向反应装置中添加新鲜催化剂。

由于反应装置大多具有一定温度和压力，所以粉状催化剂的添加需要借助某种加料装置来进行。由于添加的物料为固体粉体，同时必须添加准确可靠，故加料装置加料时多采用气力传输；一般选择空气作为载气（也称作输送风），让粉料先以一定比例混入到空气中，并随空气一起进入到反应装置中去。用风力输送固体物料根据固体在风中所含的浓度分为密相输送和稀相输送。工业上料仓的补充一般使用密相输送，而固体催化剂添加至反应装置则一般使用稀相输送。

在炼油厂，催化裂化装置是关键的设备之一，其反应--再生体系的压力一般为3-5个大气压，温度一般为500-700℃，其中主催化剂的添加量每天可达数吨，而副助催化剂的添加量每天一般只有几十公斤。目前国内主剂的添加多采用高位储罐和流化罐所组成的添加系统，储罐的体积大（高度甚至达到几十米，一般要求储存几十吨甚至上百吨的催化剂），流化罐一般设在储罐的下方，储罐的下部一般有一管路通至流化罐，管路上设置手动或电动调节阀门以便控制从储罐进入流化罐的催化剂流量；催化剂一般依赖重力从储罐落入流化罐。为了方便对储罐中的催化剂进行补充，一般的储罐都附有一个采用密相输送的气力提升输运系统，输送风在输运管路中形成真空，把处于低位储槽中的催化剂吸入输送风中，并随输送风一起进入高位储罐内；在高位储罐顶部一般设置气固分离装置进行气固分离，脱固后的干净风被排出高位储罐，而催化剂则存留在罐内供储备使用。流化罐（或称添加计量仓）供少量粉体物料的暂存及其与载气混合，一般都配有计量系统以便准确地计量和控制催化剂的添加量，并通过多个电/气动或手动阀门来控制计量仓内的压力及载气的流动。除此之外，添加装置还配有电控柜（箱）用于监控系统的压力以及各电/气动阀门、开关等执行器件的工作运行状态。

现有的催化剂添加系统（尤其是流化罐）的设计虽然大致采用相同的气动输送原理，但由于不同制造商对添加计量的精确性、添加的连续性、安全可靠性、及添加装置的使用对象等的不同考虑，具有不同的特征。

美国专利US 2004/0099572A1揭示了一种催化剂自动加料系统，该系统主要由料仓、催化剂计量注入设备和控制系统组成。催化剂计量注入设备有连续式和批序式两种形式。连续式采用一种特殊设计的进料调节阀，该阀门通过电机驱动的连杆带动一与弹簧连接的圆盘做偏心运动，能够控制向压力体系的投料。系统工作时，通过置于料仓支架底部的压力传感器结合控制系统控制调节阀的加料量，使催化剂定量地从储罐落入阀体中，阀体底部一侧与载气风管相连，另一侧与输料管相连，落入阀体中的催化剂被输送风连续的吹入再生装置中。连续式加料主要适于投加量较大的主剂的添加，该系统对调节阀的要求很高，需要阀门在满足精确调节的基础上不易堵塞、密封性良好。序批式采用一球型压力罐作为流化罐，该压力罐通过多个阀门控制物料及输送风的进出。系统工作时，首先料仓中的催化剂通过阀门控制加入球形压力罐，通过料仓支架底部的称重传感器计量加料量。加料完成后对压力罐进行加压，当达到设定压力后，由高压输送风将压力罐中的高压固气混合物输送至再生装置。序批式加料的特点是通过多个阀门的开启和关闭控制加料程序的进行。

国内早期催化剂自动加料装置主要采用人工控制的连续进料装置，一般采用管状流化罐，催化剂从顶部经调节阀门不断加入流化罐中，流化风从底部连续通入，将落入流化罐的催化剂流化并通过流化罐侧面的出料口不断排出、输送至催化裂化装置中。这种加料装置因无法计量加料量而逐渐被其它方法取代。另一种早期的自动加料装置采用一圆锥形的计量阀芯及相匹配的阀芯座，计量阀芯上开有计量孔用于催化剂的定量，系统主要通过阀芯的旋转来控制加料。加料时计量孔与料仓出料口相通，并与气体通道呈垂直状态，气体被阻断；计量孔装满催化剂后计量阀芯被驱动系统带动旋转90度，此时计量孔与气体通道联通，催化剂被吹出并送至催化裂化装置。这种计量方法加料量受阀芯大小的限制，且粉末状物料很容易造成系统堵塞。

如上文所述，国内用于催化裂化主剂添加的系统以设有加料计量仓的添加系统为代表的批式自动添加系统和以设有管式流化器的非自动连续添加系统为主。批式自动添加系统的加料计量仓采用立式流化罐，流化罐罐体大，尤其在高程上占据较大的空间，这会相应地提高整个料仓的高度，使得料仓补料时消耗更多的能量。同时，出料口在流化罐顶部的一侧，这往往会导致出料不完全；还有，流化罐的容积效率低，需要较大的输送风，并且一次批式输送耗时长。非自动连续添加系统虽然装置简单，占用空间小，能实现连续添加，但缺乏计量控制装置，仅仅依靠手动凭经验调节手动阀门来进行调控，添加不稳定，不能及时发现进料管线的堵塞等异常情况。

另外，现有主催化剂添加系统由于料仓大，因而称重传感器设在流化罐底部，通过称量流化罐的重量变化监控加料量，导致采用过多软管连接，系统安全性差，容易堵塞或漏气，称重的准确性也较差；如果称重传感器设在流化罐内部，虽然可以避免软管的使用，但会受到压力变化影响，且故障时维修困难。

还有，由于流化罐体积较大，进料在流化罐内堆积集中，在流化板上分布不均匀，这样势必会导致流化不彻底，延长流化罐清空时间。

对于用于添加辅助添加剂的小型添加装置，由于加量小，每小时仅需添加数公斤的物料，其连续添加的难度比大剂量的添加要大。目前国内多采用手动间歇式添加，普遍没有设置储罐。这样装置虽然简单，但由于人工的关系，每天一般只添加1-2次，催化剂的投入分布不均匀，这样会大大影响它们的催化效率的发挥。由于采用手动添加，没有催化剂储罐，也没有自动称重系统，加料时劳动强度大，同时由于加料时催化剂暴露在空气中，部分催化剂会跑到空气中使得作业环境中充满尘埃。

国外的小型添加装置设有料仓，并能实现全封闭和机械化自动化作业，但没有使用流化罐，控制依赖于电磁阀，输送管路管径小，在国内的使用环境下有可能会出现堵塞等现象。

发明内容

本发明主要针对石油化工领域的小剂量辅助催化剂的添加，克服现有装置中存在的不足和缺陷，实现自动加料，满足在狭小场地空间使用的要求，尤其是高程上往往受到现有厂区构架层高限制的空间使用。新型添加装置追求体积小、使用较少输送风、运行稳定且安全可靠，操作方便，尤其是流化罐的设计实现流化效率高、清空更加完全彻底。

具体来说，本发明所述的自动化固体催化助剂添加系统，包括催化剂储罐、加料斗和流化罐。催化剂储罐顶部设有气固分离装置，气固分离装置的出口穿过催化剂储罐顶部伸至外部；催化剂储罐的侧壁设有补充料口，补充料口的一端与气固分离装置相连，另一端通过加料管连接到风源；连接风源的加料管设有一连接到加料斗的支管，加料斗设有供新鲜催化剂进入的进口；催化剂储罐底部设置出料口，出料口至流化罐由管道连接；催化剂储罐由数个支撑脚支撑，在支承脚的底部设有称重传感器；气固分离装置的顶部开有出风口。

进一步的，所述的气固分离装置是脉冲布袋除尘器或二级旋风分离器，固定在催化剂储罐的侧壁或顶壁。

进一步的，所述催化剂储罐的上部为圆柱体，下部为圆椎体。

进一步的，所述催化剂储罐和流化罐之间设有两个阀门，两个阀门之间连接一段软管，所述流化罐的顶部出口的部位设置一个呈扁平喇叭口的进料口，流化罐的内部设置导流板，流化罐的中部设有将流化罐上、下分隔且水平放置的流化板，所述流化板为烧结而成的微孔多孔钢板，微孔的孔径为10～100μm，可保证流化风均匀分布，并可根据物料粒径进行选择，保证物料不会进入流化板的下侧腔体。

更进一步的，所述流化板的微孔的孔径为30～50μm。

更进一步的，所述流化罐上部设有主室，主室的侧壁开口连接用于释放压力的卸压管，卸压管的另一端与气固分离装置软连接，卸压管上设有阀门，卸压过程中气体中含有的少部分物料将由气固分离装置分离重新落入催化剂储罐，气体排入大气中，卸压管路上的阀门用于控制压力释放过程的开启和关闭。

更进一步的，所述流化罐的底部设有用于连接流化风管的流化风入口，流化风管一端进入流化罐底部流化板的下方，另一端连接第一输送风管，流化风管上设有控制流化过程的开启和关闭的气动阀门，流化罐的底部还设有用于排放沉积于流化罐底部沉积物的排放口，流化罐上部的主室两侧分别设有与第一输送风管连接的第一输送风管入口和连接送料管的流化罐出口，第一输送风管和送料管分别设有阀门，送料管还连接第二输送风管，第二输送风管上设有用于调节输送风的阀门，第一输送风管和第二输送风管分别连接至气源，第一输送风管在与加料斗连接之前设有空气过滤器，经空气过滤器过滤后的气体一部分输送物料进入催化剂储罐，另一部分通过流量计后分别供给第一输送风管和流化风管，第二输送风管的一端连接至气源，另一端连接至送料管，第一输送风管和第二输送风管在接通气源之前设有压力表。

本发明所述的自动固体催化剂添加系统采用了新型的卧式流化罐设计，流化罐顶部入口处设置了导流板，使得进入流化罐的物料能均匀地散落在水平放置的流化板上，这样流化风对物料的作用更均匀。设置输送风和流化风两股风对进入流化罐内的物料进行流化和携带，流化风和输送风风向垂直，从流化板的下部冲击在流化板上静止的物料，物料一旦离开流化板表面瞬即混入水平方向的输送风并随输送风进入后续输送管道。在储罐的承重支脚下方设置重量传感器，用于检测储罐内的物料变化，这样既可以直接检测储罐内的物料存留情况，也可以间接地控制进入流化罐内的物料重量。这一系列的新的设计可以带来如下的积极效果：

1）降低流化罐的高度，节省空间，节能；与现有采用立式流化罐、流化风由下向上输送物料的加料装置相比，本装置采用卧式流化罐，并采用流化风和输送风一起携带进入流化罐内的物料，流化风仅起到辅助作用，减少了流化风的风量及其流化风通过流化板所消耗的能量，卧式流化罐高度方向占用空间小，这样可以降低整个加料装置的高度，使得加料装置可以在狭小的空间安放；

2）使流化罐的排料更均匀、完全、快速，使得加料的均匀性准确性大大提高；现有的自动加料装置排料仅在流化罐顶部一侧的管道，流化风是从底部吹入，这样将导致排料的不均匀、不彻底，每次排料需要使用较多的流化风。本装置采用卧式流化罐，流化风及输送风风向垂直，同时送料，使得物料离开在流化板上的堆积面后瞬间被输送风带走进入管道中，保证了流化罐清空的彻底完全，且减少了加料时间，增加了气动输送的效率；

3）使流化罐进料更加均匀，从而使流化风的对物料的作用效率大大提高，减少流化风的使用量；

4）使得对进入流化罐的物料的称重更加准确，降低称重系统的故障率：

现有自动加料装置的称重传感器一般置于流化罐底部或流化罐内，由于流化罐上连接的管道多，流化罐需要密封及内部空间狭小，因此，这些称重方式要么需要采用较多软管连接（软管的强度差，容易堵塞或磨损）才能达到一定的精度，要么易受压力变化影响导致读数不准确，密封件加工制作困难，且故障时维修困难。本装置将称重传感器放置于催化剂储罐的支脚底部，催化剂储罐对外连接的管线较少，仅需少量软管连接，称重受外连管道的影响小，通过储罐总重量的减少量来计量加料量，此称重方法可以避免由于流化罐中物料残留而使得加料量不准确的现象，并且传感器不易故障，故障后易维修，提高了系统的安全性和称量的精确性。

5）储罐进料实现自动化：由于称重传感器设置在料仓下面，可以对料仓内的留存物料进行监控，并对料仓进行机械化自动化加仓。

附图说明

图1为本发明实施例的整体示意图；

图2为图1中局部A的放大示意图；

其中，100-加料斗、101-气固分离装置、102-催化剂储罐、103-流化罐、104-压力表、105-空气过滤器、106-手动阀、107-气体流量计、108/109/120/121/122/123/-阀门、124-压力表、125-检修口、126-进料口、127-流化板、128-第一输送风管入口、129-流化罐出口、130-流化风入口、131-排放口、132-卸压口、133-分流板、134-卸压管接口、135-补充料口、136-称重传感器、137-第二输送风管、138-出风口、139-软管、140-卸压管、141-第一输送风管、142-流化风管、143-送料管、144/145-手动阀、146-出料口、147-倾斜管道。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施方式，对本发明所述的自动固体催化剂添加系统进行非限制性地描述，目的是公众更好地理解所述技术方案。

如图1、2所示，本发明所述的自动化固体催化助剂添加系统，包括催化剂储罐102、加料斗100和流化罐103，催化剂储罐（可称为高位料仓）102为一上部为圆柱体下部为圆椎体的料仓，顶部设有气固分离装置101以便向高位料仓输送新鲜催化剂时能进行气固分离，气固分离装置101可以是脉冲布袋除尘器或者是二级旋风分离器，固定在侧壁或顶部，气固分离装置101的出口穿过催化剂储罐102的顶部伸至外部，顶部为出风口138；催化剂储罐102侧壁设有补充料口135，补充料口135向内和气固分离装置101相连，向外则连接到气源（输送风源），连接输送风的气路设有一支管并连接到进料斗100（可称为低位料仓）、以便进入进料斗100的新鲜催化剂可以吸入气路，并被输送到催化剂储罐102。催化剂储罐102底部设置出料口146，从出料口146至流化罐103由管道连接，催化剂储罐102由数个支撑脚支撑，在支承脚的底部安放有称重传感器136，气固分离装置101的周壁还设有卸压管140的卸压管接口134，用以连接卸压管140，这样做可以防止卸压风直接排入空气，防止其携带的粉料进入周边环境中。

流化罐103的主体部分为一水平放置的圆柱体，催化剂储罐102与流化罐103之间设有两个阀门122和123，其中122起到调节物料流量的作用，而123起到开启阻挡进料通道的作用；两阀门之间连接一段软管139，使催化剂储罐102不承受流化罐103的重量。在流化罐103顶部连接阀门123出口的部位设置一个呈扁平喇叭口的进料口126，其内部设置导流板133，使物料更加均匀地落在流化板127上。流化罐103中间设有水平放置的流化板127使得流化罐上下分隔，流化板127采用烧结而成的微孔多孔钢板，微孔的孔径（孔径大小范围:10～100μm,最佳范围：30～50μm）可保证流化风均匀分布，并可根据物料粒径进行选择，保证物料不会进入流化板的下侧腔体。流化罐103上部主室的侧壁开口132连接用于释放压力的卸压管140，卸压管140与固气分离装置101采用软连接，卸压过程中气体中含有的少部分物料将由气固分离装置101分离重新落入催化剂储罐102，气体排入大气中，卸压管路内设有阀门120用于控制压力释放过程的开启和关闭。流化罐103底部设有开口130用于连接流化风管142，通过气动阀门109控制流化过程的开启和关闭，流化罐103底部的排放口131用于排放沉积于流化罐底部的沉积物。流化罐103上方主室103两侧各有一开口（第一输送风管入口128和流化罐出口129），并用法兰与管路连接，第一输送风管入口128与第一输送风管141连接，第一输送风管141用于将流化状态的物料吹送至送料管143中，并最终输送至催化剂使用装置，阀门108用于控制第一输送风管141的开启和关闭；流化罐出口129是流化态物料的排出口，连接送料管143，送料管143上的阀门121控制送料的开启和关闭，送料管143连接第二输送风管137，第二输送风管137上设有阀门144用于调节通过第二输送风管137的输送风，经空气过滤器105的气体一部分用于输送物料进入料仓，另一部分通过流量计107后分别供给第一输送风管141和流化风管142。

本发明所述的自动化固体催化助剂添加系统的工作过程如下所述：

一、催化剂储罐的加仓作业：

加料斗100接收人工投加的粉末状物料，手动阀106控制进料的开始及进料速度，手动阀145控制输送风的开启和关闭。来自气源的高压输送风经空气过滤器105滤除水分和杂质后将加入管路中的物料压送至固气分离装置101中，进入气固体分离装置的混合物在气固分离装置内进行气固分离，分离出的粉状物料落入催化剂储罐102，清洁的气体从出风口138排入大气中。加料管与催化剂储罐的补充料口135间设有软性连接，使催化剂储罐不承受加料管的重量。进料过程中称重传感器136实时称量储罐的质量，并将结果发送至控制系统，控制系统判断进料结束并发出报警指示，关闭手动阀145和106，此时储罐的加仓作业结束。

二、自动加料作业：

1、卸压：

进行新一轮加料时，首先要降低流化罐的压力至催化剂储罐内的压力相等（约等于大气压），以便储罐内的物料能以重力落入流化罐。开启阀门120，其它阀门处于关闭状态。流化罐103中的压缩气体通过卸压管140排入气固分离装置101中，气体中夹杂的少量催化剂重新落入储罐的料仓，洁净的气体排入大气。随着卸压的进行，流化罐103的压力表124数值开始降低，经过一定时间后，当流化罐103的压力表124数值低于一定值时卸压过程结束，阀门120关闭，开始加料过程。

2、加料：

依次开启阀门122和123，此时物料由进料口126进入流化罐103，物料在进料口导流板133的作用下均匀分散到流化板127上，称重传感器136记录加料量，当加料量达到预设数值时，阀门123、122依次关闭，加料过程结束，系统进入流化阶段。

3、流化：

开启阀门109，其他阀门处于关闭状态，经空气过滤器105处理的高压输送风经流化风管142通入流化罐103的底部，气体均匀的由流化板127底部向上吹出。此时流化罐103中的压力（压力表124的读数）不断增加，粉末状物料被吹起，均匀分布在流化罐内。当压力表124的值达到一定值时，流化过程结束，阀门109保持开启状态，进入下一个流程。

4：排料

阀门108和121同时开启，流化罐103中的流化态固气混合物经送料管143排入催化裂化装置。排料过程中流化罐103的压力逐渐下降，当流化罐103的压力小于某一定值或达到一定时间时排料结束，阀门109、108和121依次关闭，排料过程结束，等待下一轮加料的开始。

Claims (4)

1.一种自动化固体催化助剂添加系统，其特征在于：包括催化剂储罐、加料斗和流化罐，催化剂储罐顶部设有气固分离装置，气固分离装置的出口穿过催化剂储罐顶部伸至外部；催化剂储罐的侧壁设有补充料口，补充料口的一端与气固分离装置相连，另一端通过加料管连接到风源；连接风源的加料管设有一连接到加料斗的支管，加料斗设有供新鲜催化剂进入的进口；催化剂储罐底部设置出料口，出料口至流化罐由管道连接；催化剂储罐由数个支撑脚支撑，在支承脚的底部设有称重传感器；气固分离装置的顶部开有出风口, 所述催化剂储罐和流化罐之间设有两个阀门，两个阀门之间连接一段软管，所述流化罐的顶部出口的部位设置一个呈扁平喇叭口的进料口，流化罐的内部设置导流板，流化罐的中部设有将流化罐上、下分隔且水平放置的流化板，所述流化板为烧结而成的微孔多孔钢板，微孔的孔径为30~50μm, 所述流化罐的底部设有用于连接流化风管的流化风入口，流化风管一端进入流化罐内部流化板的下方，另一端连接第一输送风管，流化风管上设有控制流化过程的开启和关闭的阀门，流化罐的底部还设有用于排放沉积于流化罐底部沉积物的排放口，流化罐上部的主室两侧分别设有与第一输送风管连接的第一输送风管入口和连接送料管的流化罐出口，第一输送风管和送料管分别设有阀门，送料管还连接第二输送风管，第二输送风管上设有用于调节输送风的阀门，第一输送风管和第二输送风管分别连接至气源，第一输送风管在与加料斗连接之前设有空气过滤器，经空气过滤器过滤后的气体一部分用于输送物料进入催化剂储罐，另一部分通过流量计后分别供给第一输送风管和流化风管，第二输送风管的一端连接至气源，另一端连接至送料管，第一输送风管和第二输送风管在接通气源之前设有压力表。

2.根据权利要求1所述的自动化固体催化助剂添加系统，其特征在于：所述的气固分离装置是脉冲布袋除尘器或二级旋风分离器，固定在催化剂储罐的侧壁或顶壁。

3.根据权利要求1所述的自动化固体催化助剂添加系统，其特征在于：所述催化剂储罐的上部为圆柱体，下部为圆椎体。

4.根据权利要求1所述的自动化固体催化助剂添加系统，其特征在于：所述流化罐上部设有主室，主室的侧壁开口连接用于释放压力的卸压管，卸压管的另一端与气固分离装置软连接，卸压管上设有阀门。