CN103998133A - 用于混合两股催化剂流的方法和设备 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于混合再生的和碳化的催化剂流的方法和设备，涉及使催化剂流进出位于提升管的下部区段中的腔室。该腔室在催化剂流接触烃进料之前促进催化剂流的混合以减小它们的温差。

Description

用于混合两股催化剂流的方法和设备
在先国家申请的优先权要求
本申请要求于2011年12月12日提交的美国申请No.13/323,217的优先权。
技术领域
本发明涉及用于混合碳化的和再生的催化剂的方法和设备。本发明的领域可以是流化催化裂化(FCC)的领域。
背景技术
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接触来完成的烃转换过程。与加氢化裂化相反，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而形成结焦或碳化的催化剂。该碳化的催化剂通常被称为废催化剂。然而，该术语可能被误解，因为碳化的催化剂仍具有明显的催化活性。蒸气产品与碳化的催化剂在反应器容器中分离。碳化的催化剂可通过诸如蒸汽的惰性气体进行汽提，以从碳化的催化剂中去除夹带的烃气体。在再生区内使用氧进行高温再生的操作从可能已经过汽提的碳化催化剂燃烧掉焦炭。
虽然碳化的催化剂带有焦炭沉积物，但它可能仍具有活性。US3,888,762披露了混合碳化的和再生的催化剂以与烃进料接触。再生的催化剂可处于593℃至760℃(1100°F至1400°F)的范围内，碳化的催化剂可处于482℃至621℃(900°F至1150°F)的范围内。US5,597,537披露了在混和容器中混合碳化的与再生的催化剂，以允许再生的和碳化的催化剂在接触烃进料之前达到温度平衡。US7,935,314B2披露了在提升管中的用于阻碍催化剂向上流动以促进混合的挡板。温度更均匀的混合催化剂避免了热点，所述热点会产生非选择性裂化而降低产品烃的价值。在碳化和再生催化剂的混合中需要改进的设备和方法。
发明内容
申请人发现，用于设计成处理大量进料的处理单元的混合腔室会变得很大，这增加了投资成本，并需要更多的催化剂存量来填充由于该腔室给整个处理单元造成的增大的容积。然而，申请人发现，可利用在提升管的下部区段中的腔室来使碳化的和再生的催化剂在反应器提升管中彻底混合。
在设备实施例中，本发明包括用于混合两股催化剂流的设备，该设备包括提升管。第一催化剂管道和第二催化剂管道与提升管连通。在提升管中的腔室与第一催化剂管道连通。腔室的壁与提升管的壁分隔开。最后，腔室中有开口。在一个方案中，该开口位于腔室的壁中。
在另一设备实施例中，本发明包括用于混合两股催化剂流的设备，该设备包括提升管。第一催化剂管道和第二催化剂管道与提升管连通。在提升管中的腔室与第一催化剂管道和第二催化剂管道连通。腔室的壁与提升管的壁分隔开以形成环形空间。最后，在腔室的壁中的开口位于该环形空间中。
在又一设备实施例中，本发明包括用于混合两股催化剂流的设备，该设备包括提升管。第一催化剂管道和第二催化剂管道与提升管连通。在提升管中的腔室与第一催化剂管道和第二催化剂管道连通。腔室的壁与提升管的壁分隔开以形成环形空间。最后，腔室中的开口位于通向所述提升管的所述第二催化剂管道的入口的最下部部分上方。
在方法实施例中，本发明包括用于混合两股催化剂流的方法，该方法包括将第一催化剂流进给到位于提升管的壁与在提升管中的腔室的壁之间的空间中。将第二催化剂进给到提升管中。使第一催化剂流从该空间进入腔室中的开口。最后，使第一催化剂流和第二催化剂流在提升管中上行。
在另一方法实施例中，本发明包括用于混合两股催化剂流的方法，该方法包括将第一催化剂流从第一催化剂管道进给到位于提升管的壁与在提升管中的腔室的壁之间的空间中。将第二催化剂进给到提升管中。使第一催化剂流从该空间进入腔室中的开口。最后，使第一催化剂流和第二催化剂流在提升管中上行。
在又一方法实施例中，本发明包括用于混合两股催化剂流的方法，该方法包括使第一催化剂流从第一催化剂管道进入到在提升管中的腔室内。将第二催化剂流从第二催化剂管道进给到位于提升管的壁与在提升管中的腔室的壁之间的空间中。使第一催化剂流从腔室进入该空间中，或者使第二催化剂流从该空间经腔室中的多个开口进入腔室中。最后，使第一催化剂流和第二催化剂流在提升管中上行。
附图说明
图1是结合了本发明的FCC单元的示意性立视图。
图2是在图1的段2-2截取的剖视图。
图3是结合了本发明的替代性实施例的图1的FCC单元的局部示意性立视图。
图4是结合了本发明的替代性实施例的图1的FCC单元的替代性实施例的示意性立视图。
图5a、5b和5c是在图4的段5-5截取的剖视图。
图6是结合了本发明的替代性实施例的图4的FCC单元的局部示意性立视图。
图7是结合了本发明的替代性实施例的图4的FCC单元的局部示意性立视图。
图8是在图7的段8-8截取的剖视图。
图9是结合了本发明的替代性实施例的图4的FCC单元的局部示意性立视图。
图10是结合了本发明的替代性实施例的图4的FCC单元的局部示意性立视图。
图11是在图10的段11-11截取的剖视图。
具体实施方式
定义
术语“连通”指可操作地允许物料在枚举的构件之间流动。
术语“下游连通”指流到下游连通的主体的物料的至少一部分可以可操作地从它所连通的对象中流出。
术语“上游连通”指从上游连通的主体中流出的物料的至少一部分可以可操作地流到它所连通的主体。
术语“直接连通”指来自上游构件的流在不经过中间容器的情况下进入下游构件。
术语“进给”指进料从管道或容器在不经过中间容器的情况下直接到达主体。
术语“通过(经过，穿过)”包括“进给”并且指物料自管道或容器到达主体。
本发明的设备和方法用于混合再生的催化剂和碳化的催化剂以与烃进料相接触。本发明可用于任何固体-气体接触设备。然而，在FCC单元中发现了便捷的用处。图1示出FCC单元8，其包括反应器容器20和再生器容器50。第一再生催化剂管道12在由控制阀14调节的速度下将第一再生催化剂流从再生器容器50、经第一再生催化剂管道12的再生催化剂入口15传递到反应器提升管10中。第二碳化催化剂管道52以由控制阀53调节的速度将第二碳化催化剂流从反应器容器20、经第二碳化催化剂管道52的碳化催化剂入口97传递到反应器提升管10中。
提升管10是通常由碳钢制成的细长的竖直管。提升管10可包括扩大的下部区段11和较窄的上部区段17。扩大的下部区段11的直径可以比提升管的较窄的上部区段17的直径大。扩大的下部区段11可包括半球状的底部。扩大的下部区段11可包括截头圆锥形的过渡区段13，该过渡区段在提升管的扩大的下部区段的扩大直径与提升管的上部区段17的较窄直径之间渐缩。第一再生催化剂管道12和第二碳化催化剂管道52可分别在下部区段的壁90上、在入口15和97处连接到下部区段11上。在一方案中，第一再生催化剂管道和第二碳化催化剂管道中的一者或两者没有延伸到提升管10中超过扩大的下部区段11的壁90。整个提升管10的内表面可涂覆有耐火材料。
来自下部区段11中的喷嘴16和环形件19的流化介质——诸如蒸汽——促使催化剂以相对大的密度向上通过提升管10。在提升管10的上部区段17中、刚好位于过渡区段13的上方的多个进料分配器18将进料喷射到催化剂颗粒的流动流中，用以将烃进料分配到提升管10中。当烃进料在反应器提升管10中与催化剂接触时，较重的烃进料裂化以产生较轻的气态烃产品，同时焦炭沉积在催化剂颗粒上而产生碳化的催化剂。
常规的FCC原料和沸点较高的烃原料是适合的进料。此类常规原料中最常见的是“真空瓦斯油(VGO)”，其通常是通过常压渣油的真空分馏制备而成、具有从343℃至552℃(650°F至1025°F)的沸点范围的烃材料。在这样的馏分中焦炭前体和重金属污染物——其可污染催化剂——的含量一般较低。可适用本发明的重烃原料包括来自原油的重尾油、重沥青原油、页岩油、沥青砂提取物、脱沥青残渣、来自煤炭液化的产品、常压和真空残油。用于本发明的重质原料还包括以上烃的混合物，并且前面的清单并不全面。还设想到较轻的再循环或先前裂化的进料——例如石脑油——可以是适合的原料。
反应器容器20与提升管10下游连通。在反应器容器中，碳化的催化剂和气态产品是分开的。获得的气态产品烃和碳化的催化剂的混合物继续向上经提升管10进入到反应器容器20中，碳化的催化剂和气态产品在该反应器容器中是分开的。一对分离臂22可沿切向和水平向将气体和催化剂的混合物从提升管10的顶部经一个或多个出口24(仅示出一个)排放到分离容器26中，用以实现气体与催化剂的部分分离。根据FCC单元的尺寸，可使用两个、三个或四个分离臂22。
传输管道28将烃蒸气——其包括经汽提的烃、汽提介质和夹带的催化剂——运送至在反应器容器20中的一个或多个旋风分离器30，所述旋风分离器将碳化的催化剂从烃气态流中分离。分离容器26部分地设置在反应器容器20中并且可视为是反应器容器20的一部分。在反应器容器20中的聚集室34收集来自旋风分离器30的经分离的烃气态流，以便使其通向出口喷嘴36并最终进入到分馏回收区(未示出)中。料腿38将催化剂从旋风分离器30排放到在反应器容器20内的下床层29中。具有吸附或夹带的烃的催化剂最终可穿过下床层29、通过限定在分离容器26的壁中的孔口42而进入到可选的汽提区段40中。在分离容器26中分离出的催化剂可经由床层41直接进入到可选的汽提区段40中。流体化管道45将惰性流体化气体——通常为蒸汽——经流体化分配器46输送至汽提区段40。汽提区段40包含挡板43、44或其它用以促进汽提气体与催化剂之间的接触的设备。经汽提的碳化催化剂离开反应器容器20的分离容器26的汽提区段40，其中夹带或吸附的烃的浓度比所述碳化催化剂进入时的浓度或如果没有进行汽提所具有的浓度小。碳化催化剂的第一部分以由控制阀51调节的速度离开反应器容器20的分离容器26、经废催化剂管道48并进给到再生器容器50中。在反应器提升管10内结焦的碳化催化剂的第二部分以由控制阀53调节的速度离开反应器容器20的分离容器26并经第二碳化催化剂管道52进给回到提升管10中。第二碳化催化剂管道52与反应器容器20下游连通。第二碳化催化剂管道52在提升管10的出口24下游与该出口连通，且在第二碳化催化剂管道52通向提升管10的碳化催化剂入口97上游与该入口连通。
FCC工艺的提升管10被维持在通常包括高于425℃(797°F)的温度的高温条件下。在一个实施例中，反应区被维持在这样的裂化条件下，即，包括从69至517kPa(ga)(10至75psig)、但通常小于275kPa(ga)(40psig)的压力和在提升管出口24处的从480℃至621℃(896°F至1150°F)的温度。基于进入提升管底部的催化剂和进料烃的重量，催化剂-油的比例可高达30：1，但通常介于4：1与10：1之间，并且可在7：1与25：1之间。通常不向提升管中添加氢，尽管氢添加在本领域中是公知的。相当于进料的2至35wt％的蒸汽可以进入到提升管10和反应器容器20中。然而，通常，为了获得最大的汽油产量，蒸汽流量将介于2与7wt％之间，而为了获得最大的轻烯烃产量则蒸汽流量将介于10至20wt％之间。催化剂在提升管中的平均停留时间可小于5秒。该工艺中采用的催化剂的类型可选自各种市场上可买得到的催化剂。包含诸如Y型沸石的沸石材料的催化剂是优选的，但如果需要可使用老式的无定形催化剂。另外，催化剂组分中可包括诸如ZSM-5的择形添加剂，用以增加轻烯烃产量。
再生器容器50与反应器容器20下游连通。在再生器容器50中，焦炭通过与诸如空气的含氧气体接触而从碳化催化剂的被传送至再生器容器50的部分燃烧掉，以提供再生的催化剂。再生器容器50可为燃烧器类型的再生器，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碳化的催化剂。然而，其它再生器容器和其它流动条件也可适用于本发明。废催化剂管道48经废催化剂入口滑槽62将碳化的催化剂供给至由外壁56限定的第一腔室或下腔室54。来自反应器容器20的碳化催化剂通常含有以焦炭形式存在的碳，其含量为从0.2至2wt％。虽然焦炭主要由碳组成，但它可含有3至12wt％的氢及硫和其它材料。含氧燃烧气体——通常为空气——经管道64进入再生器容器50的下腔室54并由分配器66分配。随着燃烧气体进入下腔室54，其接触从滑槽62进入的碳化催化剂并以下腔室54中燃烧气体的空塔速度——可能至少为1.1m/s(3.5ft/s)——升高催化剂。在一个实施例中，下腔室54可具有从48至320kg/m3(3至20lb/ft3)的催化剂密度和1.1至6.1m/s(3.5至20ft/s)的空塔气体速度。燃烧气体中的氧气接触碳化的催化剂并从催化剂上燃烧掉含碳沉积物，以至少部分地再生催化剂并产生废气。
在一个实施例中，为了加速焦炭在下腔室54中的燃烧，来自上腔室或第二腔室70中的密实催化剂床层59的热的再生催化剂可经由受控制阀69调节的外部循环催化剂管道67再循环到下腔室54中。热的再生催化剂经入口滑槽63进入下腔室54中。再生催化剂的再循环，通过混合来自密实催化剂床层59的热催化剂与来自废催化剂管道48的进入下腔室54中的相对冷的碳化催化剂而提高了下腔室54中的催化剂和气体混合物的整体温度。
下腔室54中的催化剂和燃烧气体的混合物经截头圆锥形的过渡区段57上升至下腔室54的输送提升区段60。提升区段60限定出优选呈圆筒形的管，并优选地从下腔室54向上延伸。催化剂和气体的混合物以比在下腔室54中的空塔气体速度更大的空塔气体速度行进。气体速度提高是由于提升区段60的横截面积相对于位于过渡区段57下方的下腔室54的横截面积减小了。因此，空塔气体速度通常可超过2.2m/s(7ft/s)。提升区段60可具有小于80kg/m3(5lb/ft3)的较低催化剂密度。
再生器容器50还包括上腔室或第二腔室70。催化剂颗粒和废气的混合物从提升区段60的上部部分排放到上腔室70内。基本上完全再生的催化剂可从传输提升区段60的顶部离开，但也可设想到，部分再生的催化剂从下腔室54离开的设置。通过将大部分再生的催化剂与废气分开的分离装置72来实现排放。在一个实施例中，沿提升区段60向上流动的催化剂和气体冲击提升区段60的顶部椭圆形盖65并且倒流。催化剂和气体然后经分离装置72的向下指向的排放出口73离开。动量的突然丧失和向下倒流致使大部分较重的催化剂落到密实催化剂床层59上，而较轻的废气和仍夹带在其中的一小部分催化剂在上腔室70内上升。旋风分离器82、84进一步将催化剂与上升的气体分离开，并且通过料腿85、86将催化剂沉积到密实催化剂床层59中。废气离开旋风分离器82、84并聚集在稳压室88中，以通往再生器容器50的出口喷嘴89，并有可能进入到废气或动力回收系统(未示出)中。密实催化剂床层59中的催化剂密度通常保持在640至960kg/m3(40至60lb/ft3)的范围内。流化管道74将流化气体——通常为空气——经流化分配器76传送至密实催化剂床层59。在燃烧器类型的再生器中，不超过过程中总气体需求的2％的气体经流化分配器76进入密实催化剂床层59。在该实施例中，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管道67和12流体地离开。经流化分配器76添加的流化气体可以使燃烧气体。在于下腔室54中实现部分燃烧的情况下，更大量的燃烧气体将通过流化管道74供给至上腔室70。
从下腔室54排放的催化剂的10至30wt％存在于来自提升区段60位于出口73上方的气体中，并进入旋风分离器82、84。为除去每kg的焦炭，再生器容器50通常需要14kg的空气来获得完全的再生。当再生更多的催化剂时，可在常规反应器提升管中处理更大的进料量。再生器容器50通常在下腔室54中具有594至732℃(1100至1350°F)的温度且在上腔室70中具有649至760℃(1200至1400°F)的温度。再生催化剂管道12与再生器容器50下游连通，并与提升管10连通。来自密实催化剂床层59的再生催化剂经再生催化剂管道12作为第一催化剂流从再生器容器50经控制阀14被输送回反应器提升管10中，在此它随着FCC过程继续而再次接触进料。管道52中的碳化催化剂包括第二催化剂流。
进给到提升管10中的第一再生催化剂流和第二碳化催化剂流在接触到烃进料之前不会趋于彻底混合。因此，进料可遇到不同温度的催化剂，从而非选择性地裂化成带有相对多的不希望产品的组分。在一个方案中，为了确保碳化催化剂与再生催化剂之间的混合，在提升管10的下端部11中需要用于促进催化剂混合的装置。
在图1所示的一个实施例中，第一再生催化剂管道12和第二碳化催化剂管道52连接到提升管10上，并与提升管10连通。第一再生催化剂管道12中的第一再生催化剂流和第二碳化催化剂管道52中的第二碳化催化剂流进给到提升管10中并混合在一起。第一再生催化剂管道12和第二碳化催化剂管道52中的一者或两者可切向地连接到提升管10的扩大的下部区段11上，用以切向地向排放到提升管中的催化剂传递角运动而促进提升管中的混合。另外，同样为了促进在扩大的下部区段11中的混合，可在介于第一再生催化剂管道12和第二碳化催化剂管道52中的一者或两者与提升管10的扩大的下部区段11之间的连接处设置斜台/斜坡。在混合之后，第一再生催化剂流和第二碳化催化剂流的混合物在提升管10中上行。
提升管可包括腔室92。在一个方案中，提升管10的扩大的下部区段11可包括腔室92。在一个方案中，腔室92包含在提升管的扩大的下部区段11中。提升管10中的腔室92可与第一催化剂管道12下游连通。提升管10中的腔室92也可与第二催化剂管道52呈下游连通。腔室92可具有外壁94，该外壁与提升管10的扩大的下部区段11的壁90的内表面分隔开。在一个方案中，腔室92在提升管10的扩大的下部区段11中径向地定中。换言之，虽然未示出，但腔室92具有与提升管的中心纵向轴线对齐的中心纵向轴线。在又一个方案中，所述腔室的外壁94是竖直壁。
腔室92的壁94和提升管的壁90限定出介于二者之间的空间96。在一个方案中，腔室92和扩大的下部区段11均可包括圆柱体，它们共同限定出介于腔室92的壁94与扩大的下部区段11的壁90之间的环形空间96。第一再生催化剂管道12和第二碳化催化剂管道52可与空间96连通，以使第一再生催化剂管道12将第一再生催化剂流进给到空间96中并且第二碳化催化剂管道52将第二碳化催化剂进给到空间96中。空间96中的催化剂通过来自流化分配器19的流化气体而流化。
腔室92可在位于空间96中的壁94中包括至少一个开口98。开口98可与提升管10的壁90分隔开。开口98可用作通往腔室92内部的入口。腔室92可与第一再生催化剂管道12和第二碳化催化剂管道52连通，以使第一再生催化剂流的至少一部分和第二碳化催化剂流的至少一部分可经腔室中的开口98从空间96进入腔室92。在一个方案中，开口98的最上部部分可位于入口97的最下部部分且优选地最上部部分的上方的一定高度处。在又一个方案中，开口98的最上部部分可位于入口15的最下部部分且优选地最上部部分的上方的一定高度处。因此，第一再生催化剂流可经开口98从第一催化剂管道12的入口15，且第二碳化催化剂流可经开口98从第二催化剂管道52的入口97，经位于提升管10的壁90与腔室92的壁94之间的空间96向上进入到腔室92中。
在一个方案中，所述腔室的壁94中的至少一个开口98可用作腔室92的出口。因此，第一再生催化剂流和第二碳化催化剂流可经开口98从腔室92进入到空间96中。通过第一和第二催化剂流经腔室92的壁94中的至少一个开口98进入和离开腔室92，催化剂流混合在一起用以提供混合的催化剂流，该经混合的整个催化剂流的温度更均匀。第一和第二催化剂流从腔室进入提升管并从扩大的下部区段11上行，且在提升管10的上部区段17中与来自进料分配器18的进料接触。
壁94中可设置一个或多个开口98。至少一个开口98可具有与腔室92的顶部分隔开的细长形的构型。
图2示出在图1中截取的段2-2的平面剖视图。在腔室92的壁94和提升管的下部区段11的壁上的耐火内衬104、第一再生催化剂管道12以及第二碳化催化剂管道52在图2中示出，但在图1中没有示出。腔室92的壁94包括限定出三个开口98a-c的三个弓形区段94a-c。两个开口98a和98b的宽度可以比第三开口98c的宽度小。在一个方案中，两个较小的开口98a和98b具有相同的弓形宽度。弓形区段94a与最近的催化剂管道、即第一再生催化剂管道12，特别是与第一再生催化剂管道的入口15对向。弓形区段94b也与最近的催化剂管道、即第二碳化催化剂管道52，特别是与该第二碳化催化剂管道的入口97对向。第三弓形区段94c是可选的。虚线示出通向提升管10的第一再生催化剂管道的中心纵向轴线A和通向提升管的第二碳化催化剂管道52的中心纵向轴线B。所有开口98都不与通向提升管的第一再生催化剂管道12和第二碳化催化剂管道52中的最近的一者的纵向轴线A、B在径向上对齐。换言之，第一再生催化剂管道12和第二碳化催化剂管道52与开口98a-c形成方位角(错开)。弓形区段94a和94b可比通向提升管10的最近的催化剂管道12、52的入口15、97窄或宽。
随着第一再生催化剂流从再生催化剂管道12进入到空间96中，第一催化剂流遇到弓形区段94a并沿着腔室92的壁94的弓形区段94a前行，然后在沿弓形区段94c或94b前行之后进入到开口98a、98c或可能的开口98b中。随着第二碳化催化剂流从第二碳化催化剂管道52进入到空间96中，第二催化剂流遇到弓形区段94b并沿着腔室92的壁的弓形区段94b前行，然后在沿着弓形区段94a或94c前行之后进入到开口98b、98c或可能的开口98a中。第一催化剂流和第二催化剂流在腔室92的内部混合在一起，并且第一催化剂流和第二催化剂流作为混合的催化剂流通过开口98a-c离开腔室92。第一催化剂流和第二催化剂流在空间96中混合在一起并且在腔室92中混合在一起，用以提供作为混合的催化剂流的催化剂混合物。
返回图1，腔室92具有闭合的顶部102，该顶部可包括半球形的头部，该半球形头部防止催化剂经腔室92的与提升管10对齐的顶部向上离开。闭合的顶部102布置在与扩大的下部区段11的顶部一样高的位置。闭合的顶部102用于将扩大的下部区段11的横截面积减小至扩大的下部区段11的在闭合的顶部102之下的包括腔室92的内部的区段的横截面积的一半。因此，在扩大的下部区段11中在闭合的顶部处的空塔速度是在顶部下方的处于扩大横截面积中的空塔速度的两倍。腔室92中的至少一个开口98且优选多个开口98与顶部102分隔开。在一个方案中，开口98通过间隙——该间隙是腔室92的直径“D”的至少四分之一——与顶部102的半球形头部的底部106分隔开。顶部102设定出腔室92与提升管10之间的上部分界线。
可以设想，腔室92可由诸如300系列不锈钢的不锈钢制成并衬有耐火材料。壁94中的开口98的边缘可具有防止腐蚀的结构。例如，所述边缘可比壁94的其余部分厚。所述边缘可以是弯曲的，用以使可能的腐蚀性催化剂颗粒改变方向。此外，同样为了阻止边缘的腐蚀，可将焊缝焊接在边缘上。另外，腔室92可由陶瓷或其它耐腐蚀的材料制成，或涂覆有陶瓷或其它耐腐蚀的材料。
图3示出图1的又一实施例，其具有不同的混合腔室392。图3中的具有与图1中相同构型的元件将具有与图1中相同的附图标记。图3中的具有与图1中的对应元件不同的构型的元件将具有相同的附图标记——但前接数字“3”。图3中除混合腔室392外的所有内容都与图1中相同。
在图3中，腔室392布置在提升管10的扩大的下部区段11中。第一再生催化剂管道12和第二碳化催化剂管道52将催化剂传送至位于提升管10的扩大的下部区段11中的空间396内。
提升管10中的腔室392可与第一再生催化剂管道12和第二催化剂管道52连通。腔室392可具有外壁394，该外壁与提升管10的扩大的下部区段11的壁90的内表面分隔开。在一个方案中，腔室392在提升管10的扩大的下部区段11中径向地定中。腔室392的壁394和提升管的壁90限定出二者之间的空间396。在一个方案中，腔室392可包括圆柱形的腔室392，其限定出介于腔室392的壁394与扩大的下部区段11的壁90之间的环形空间396。第一再生催化剂管道12和第二碳化催化剂管道52可与空间396连通，以使第一再生催化剂管道12将第一再生催化剂流进给到空间396中，和使第二碳化催化剂管道52将第二碳化催化剂进给到空间396中。
腔室392在位于空间396内的壁394中包括开口398。开口398用作与腔室392的内部相通的入口和出口。与图1和图2中不同，开口398可与第一催化剂管道12对齐。虽然第一再生催化剂管道12未经开口398连接到腔室392，但第一再生催化剂管道具有与开口398相交的纵向轴线C。第一再生催化剂流的轨迹以这样的方式离开第一再生催化剂管道并被导引到腔室392内，即，即使第一再生催化剂管道12和腔室392未连接也认为是在进给。腔室392可与第一再生催化剂管道12和第二碳化催化剂管道52连通，因此第一再生催化剂流的错过了开口398并进入空间396的至少一部分和第二碳化催化剂流可经腔室中的开口398从空间396进入到腔室392中。第二碳化催化剂管道可以不与开口398对齐，以使第二碳化催化剂流不被导引到开口398中，而是沿壁398行进并间接地进入到开口398中。可以设想，在一未示出的实施例中，第二碳化催化剂管道52可与壁394中的另一附加开口对齐。
第一再生催化剂流和第二碳化催化剂流可经开口398从腔室392回到空间396中。通过第一和第二催化剂流经腔室392的壁394中的开口398进入和离开腔室，催化剂流混合在一起以提供混合的催化剂流，该经混合的整个催化剂流的温度更均匀。
腔室392可具有至少一个附加的离开孔口110。该至少一个附加的离开孔口110可位于竖直壁394中并提供通向管状旋流臂112的一端的入口，所述旋流臂在该旋流臂的相对端具有出口114。旋流臂112具有旋流传递构型。旋流传递构型可以是具有矩形截面的弓形管。腔室394可具有至少两个旋流臂112，每个旋流臂都具有相应的离开孔口110。图3中示出了两个离开孔口，其中用虚线示出一个孔口110。设想到四个旋流臂112。腔室392的壁394中的开口398与离开孔口110和旋流臂112上游连通。离开孔口10可具有布置在孔口398的最下部部分且优选最上部部分的上方的一定高度处的最下部部分。因此，经开口398进入腔室394的催化剂向上行进到离开孔口110。来自分配器16的流化气体将进入腔室392的催化剂向上推进到离开孔口110和伴随的旋流臂112。随着催化剂的混合流从腔室394进入到旋流臂112中，弓形构型向混合催化剂流传递旋流运动。离开孔口110和旋流臂112可切向地构造，用以在催化剂的混合流从腔室394进入到空间396中的同时在空间396中产生旋流运动。空间中的旋流运动用于增进空间396和腔室392中的混合。第一和第二催化剂流从腔室进入到提升管中，并从扩大的下部区段11上行且与来自进料分配器的进料接触。由于第一再生催化剂管道12与开口398对齐，故预期到大部分进入腔室392的催化剂将经孔口110离开。
图4示出一个替换实施例，其中来自第一再生催化剂管道12的第一再生催化剂流进给到腔室492内。在一个方案中，腔室492仅与第一再生催化剂管道412下游连通，且仅来自管道412的第一再生催化剂流进给到腔室492中。图4中具有与图1中相同的构型的元件将具有与图1中相同的附图标记。图4中的具有与图1中对应的元件不同的构型的元件将具有相同的附图标记但前接代替数字“1”的数字“4”。
在图4所示的实施例中，FCC单元408具有与提升管10上游连通的第一再生催化剂管道412和第二碳化催化剂管道452。第二碳化催化剂管道452在入口497处连接到提升管410上。与图1中相同，提升管410可包括扩大的下部区段411、过渡区段13和较窄的上部区段17。来自分配器419的流化气体使下部区段411中的催化剂流化。提升管410与第一催化剂管道412下游连通。第一再生催化剂管道412将第一再生催化剂流进给至腔室492中，该腔室延伸到提升管410的扩大的下部区段411中。腔室492的至少一部分包含在提升管410中，并且在一个方案中包含在提升管410的扩大的下部区段411中。在一个方案中，在提升管410中的腔室492可与第一再生催化剂管道412下游连通。第一再生催化剂管道412可在通往腔室492的第一再生催化剂管道412的入口415处将再生的催化剂进给到腔室492中。腔室492可包括连接到第一再生催化剂管道412上的副提升管120。因此，第一再生催化剂管道412在副提升管处将第一再生催化剂流进给到腔室492中。来自位于副提升管120中的分配器416的流化气体使腔室492中的第一再生催化剂流流化并在腔室492中将它向上提升。
第二催化剂管道452与提升管410上游连通。第二催化剂管道452可在下部区段411的壁490处连接到提升管410的下部区段411上。在一个方案中，第二催化剂管道未穿过扩大的下部区段411的壁490延伸到提升管410中。腔室492可具有外壁494，该外壁与提升管410的扩大的下部区段411的壁490的内表面分隔开。在一个方案中，腔室492在提升管410的扩大的下部区段411中径向地定中。换言之，虽然未示出，但腔室492具有与提升管的中心纵向轴线对齐的中心纵向轴线。在又一方案中，腔室492的外壁494是竖直壁。
腔室492的壁494和提升管410的扩大的区段411的壁490分隔开，以限定出空间496。在一个方案中，扩大的下部区段411可以是圆柱形的，腔室492可包括圆柱形的腔室492，这在腔室492的壁494与扩大的下部区段411的壁490之间限定出环形空间496。第二碳化催化剂管道452可与空间496连通。第二碳化催化剂管道452将第二碳化催化剂流进给到提升管410中，并且在一个方案中进给到位于提升管410的扩大的下部区段411中的空间496内。
第一催化剂流可从腔室492进入到空间496中。腔室492可具有至少一个离开孔口498。孔口498可与提升管410的壁490分隔开。离开孔口498可位于腔室492的竖直壁494中。在一个方案中，孔口498的最上部部分可位于入口415的最下部部分且优选最上部部分的上方的一定高度处。因此，第一再生催化剂流可从第一催化剂管道412的入口415向上进入到腔室492中、到达孔口498。
第一催化剂流可从腔室492中的开口498进入到提升管410中并与第二碳化催化剂流混合。在一个方案中，第一催化剂流从腔室492中的开口498进入到提升管410的扩大的下部区段411中，并与由碳化催化剂管道452进给到扩大的下部区段411中的第二碳化催化剂流混合。在一个方案中，第一再生催化剂流和第二碳化催化剂流在空间496中混合。第一再生催化剂流和第二碳化催化剂流的混合物从扩大的下部区段411向上进入到提升管中，并与来自进料分配器18的进料接触。由于如果有任何第二碳化催化剂将经开口498进入到腔室492中，则受到来自分配器416的流化气体推动而从开口498离开的再生催化剂流将微乎其微。因此，第二碳化催化剂管道452不与腔室492连通，且第二碳化催化剂流不进入腔室492。腔室492具有与提升管410对齐的顶部402，用以防止第一再生催化剂流向上离开腔室492。顶部402设定出腔室492与提升管10之间的上部分界线。
图5a示出在图4中截取的段5-5的平面剖视图。图5a示出与提升管410的下部区段411上游连通的第一再生催化剂管道412和第二碳化催化剂管道452。开口498构成腔室492中的窗口。
图5b示出图4中截取的段5-5的替换平面剖视图，其中每个孔口498b位于短管122的入口端上，所述短管可具有矩形横截面或其它横截面。短管在出口端上具有孔口124，该孔口提供腔室492的内部与空间496之间的连通。
图5c示出图4中截取的段5-5的另一替代平面剖视图，其中每个孔口498c是位于可具有矩形横截面的旋流管126的端部的入口。旋流管具有敞开出口端128，该敞开出口端提供腔室492的内部与空间496之间的连通。旋流传递构型可以是弓形管。腔室492的壁494中的孔口与旋流臂124上游连通。随着第一再生催化剂流从腔室492进入到旋流臂124中，所述弓形构型在第一催化剂流经孔口498c从腔室494进入到空间496中的同时向第一催化剂流传递旋流运动。该空间中的旋流运动用于增进第一再生催化剂流和第二碳化催化剂流在空间496中的混合。腔室494可具有至少两个旋流臂124，每个旋流臂具有相应的离开孔口498c。图5c中示出四个旋流臂124，每个旋流臂都具有相应的离开孔口498c。
图6示出图4的一个替换实施例，其中腔室692具有开口的顶部。在该实施例中，来自第一再生催化剂管道412的第一再生催化剂流在第一再生催化剂管道412的通往腔室692的入口415处进给到腔室692内。腔室692仅与第一再生催化剂管道412而不与第二碳化催化剂管道452下游连通。图6中的具有与图4中相同的构型的元件将具有与图4中相同的附图标记。图6中的具有与图4中对应的元件不同的构型的元件将具有相同的附图标记但前接将在大部分情况中代替数字“4”的数字“6”。
图6的实施例具有与图4的实施例大致相同的构型。第一再生催化剂管道412将催化剂进给到腔室692中，第二碳化催化剂管道452将催化剂进给到空间696中。腔室692具有位于副提升管120上方的截头圆锥形的壁694，用以提供文丘里装置。因为开口698由于腔室692内向上逐渐减小的内径而变窄，所以被来自分配器416的流化气体向上推进的第一再生催化剂流随着自腔室692从开口698离开而加速。加速的第一再生催化剂流提供了喷射器效应，从而通过来自分配器410的流化气体和通过加速从开口698离开的第一催化剂流的喷射器效应来改善与在空间696中向上夹带的第二碳化催化剂流的混合。混合的催化剂流在提升管410中向上移动而与进料接触。在一个方案中，开口698可位于入口415的最下部部分且优选最上部部分的上方的一定高度处。因此，第一再生催化剂流可从第一催化剂管道412的入口415向上进入到腔室692中、到达开口698。开口698设定出腔室692与提升管410之间的上部分界线。
图7和图8示出图4的一个替换实施例，其中腔室792也具有开口的顶部。图8是图7中截取的段8-8的平面剖视图。在该实施例中，来自第一再生催化剂管道412的第一再生催化剂流进给到腔室792中，腔室792仅与第一再生催化剂管道412而不与碳化催化剂管道752下游连通。图7中的具有与图4中相同的构型的元件将具有与图4中相同的附图标记。图7中的具有与图4中对应的元件不同的构型的元件将具有相同的附图标记但前接将在大部分情况下代替数字“4”的数字“7”。
图7的实施例具有与图4的实施例大致相似的构型。虽未示出图7的提升管710具有扩大的下部区段411，但它可以有。第一再生催化剂管道412将催化剂进给到腔室792中，第二碳化催化剂管道752将催化剂进给到空间796中。该腔室通过来自分配器716的流化气体实现流化，提升管710通过来自分配器719的流化气体实现流化。
在图8中可见，第二碳化催化剂管道752可相对于提升管切向地设置，从而在碳化催化剂进入提升管710时为该碳化催化剂提供角分量。在空间796中设置有旋流叶片130，以与第二碳化催化剂管道752的切向设置一致地进一步向碳化催化剂传递角动量。箭头“E”示出角方向，通过旋流叶片130和切向地连接的第二碳化催化剂管道752引起催化剂在所述角方向上旋流。第一再生催化剂管道412相对于腔室792的副提升器120径向地设置。
腔室792在其顶部具有开口798，因此第一再生催化剂流可向上离开与提升管710对齐的开口。空间796在开口798附近包括位于提升管710的壁790与腔室792的壁794之间的旋流叶片130。腔室792的顶部用虚线示出，因为它被隐藏在叶片130的后面。可安装多个旋流叶片130，每个旋流叶片都具有用以向穿过该旋流叶片离开的催化剂传递角动量的螺旋构型。旋流叶片130可具有延伸到位于腔室792的顶部的开口798上方的上端部。随着第二碳化催化剂流被来自分配器719的流化气体向上推动通过所述空间而从空间796上升至位于腔室792上方的提升管710中，旋流叶片130进一步向碳化催化剂传递角动量。第二碳化催化剂流可以在1m/s(3ft/s)至9.2m/s(30ft/s)的范围内的速度和在244kg/m2/s(50lb/ft2/s)至1464kg/m2/s(300lb/ft2/sec)的范围内的通量流过叶片。高通量、旋流中的第二碳化催化剂流与在来自分配器716的流化气体推进下经开口798离开腔室792的第一再生催化剂流混合。混合的催化剂流在提升管710中向上行进以与烃进料接触。在一个方案中，开口798可位于入口415的最下部部分且优选最上部部分的上方的一定高度处。因此，第一再生催化剂流可从第一催化剂管道412的入口415向上进入到腔室492中、到达开口798。开口798设定出分腔室792与提升管710之间的上部分界线。
图9示出图4的一个替换实施例，其中腔室492具有开口的顶部且第二碳化催化剂流进入到该腔室中。图9中的具有与图4中相同的构型的元件将具有与图4中相同的附图标记。图9中的具有与图4中对应的元件不同的构型的元件将具有相同的附图标记但前接在大部分情况下代替数字“4”的数字“9”。
图9的实施例具有与图4的实施例相似的构型。第一再生催化剂管道412在入口415处将催化剂进给到腔室992中，第二碳化催化剂管道452在入口497处将催化剂进给到位于提升管910的扩大的下部区段911中的空间996内。来自第一再生催化剂管道412的第一再生催化剂被进给到腔室992中，腔室992仅与第一再生催化剂管道412下游连通。腔室992可向上延伸穿过整个扩大的下部区段911。然而，在空间996中邻近提升管910的截头圆锥形过渡区段913的挡板132可防止催化剂上升。腔室992的壁994中的孔口998允许第二碳化催化剂流进入到腔室992中。因此，腔室992与第二碳化催化剂管道452下游连通。第二碳化催化剂管道452将第二碳化催化剂流进给到空间996中。第二碳化催化剂流沿着腔室992的壁994前行，直到其在来自分配器919的流化气体推进下通过空间996经孔口998进入到腔室992中。第二碳化催化剂流可以在1m/s(3ft/s)至9.2m/s(30ft/s)的范围内的速度和在244kg/m2/s(50lb/ft2/s)至1464kg/m2/s(300lb/ft2/sec)的范围内的通量下经孔口998进入到腔室992中。第一再生催化剂流与第二碳化催化剂流在腔室992中混合。混合的催化剂流离开腔室992中的开口9110并进入到提升管910的上部区段17中。混合的催化剂流然后在提升管910中向上行进以与进料接触。在一个方案中，开口9110可位于入口415的最下部部分且优选最上部部分的上方的一定高度处。因此，第一再生催化剂流可从第一催化剂管道412的入口415向上进入到腔室492中、到达开口9110。在另一个方案中，开口998可位于通往提升管910的第二碳化催化剂管道452的入口497的最下部部分且优选最上部部分上方的一定高度处。因而，第二碳化催化剂流可从第二催化剂管道452经空间996向上进入到腔室992中。开口9110设定出腔室992与提升管910之间的上部分界线。
图10和图11示出图4的又一个替换实施例，其中腔室1092从提升管1010的扩大的下部区段1011延伸穿过过渡区段1013并上升至上部区段1017。图11是图10中截取的段11-11的平面剖视图。图10中的具有与图4中相同的构型的元件将具有与图4中相同的附图标记。图10中的具有与图4中对应的元件不同的构型的元件将具有相同的附图标记但前接数字“10”。
图10的实施例具有与图4的实施例相似的构型。通过来自分配器1019的气体而流化的来自第一再生催化剂管道1012通过入口1015的第一再生催化剂流和来自第二碳化催化剂管道1052通过入口1097的第二碳化催化剂流在提升管1010的扩大的下部区段1011中混合，并且两股催化剂流都经腔室1092的底部中的开口1098进入到腔室1092中以进一步混合。在一个方案中，腔室1092中的开口1098不是位于竖直壁1094中，而是可位于腔室1092的底部中。腔室1092自提升管1010的扩大的下部区段1011延伸到该提升管的上部区段1017。腔室1092的壁1094与扩大的下部区段101的壁1090分隔开，用以形成空间1096。
来自分配器1019的流化气体驱使第一再生催化剂流和第二碳化催化剂流分别自第一再生催化剂管道1012和第二碳化催化剂管道1052在下部区段1011中上行、进入到腔室1092内。
腔室1092中的至少一个螺旋形涡流叶片142在第一再生催化剂流和第二碳化催化剂流的混合物向上行进通过腔室1092时向它们传递角动量，用以进一步将这两股催化剂流混合成混合催化剂流。所述旋流叶片可沿腔室1092的高度设置在任意位置，但图10示出其位于过渡区段1013之前的扩大的下部区段1011中。
图10和图11共同示出位于提升管1010的壁1090与腔室1092的壁1094之间的空间1096中的至少一个挡板140。所述至少一个挡板140防止第一再生催化剂流和第二再生催化剂流在通往提升管1010的扩大的下部区段1011的第一再生催化剂管道1012和第二碳化催化剂管道1052的入口上方的可能的停滞环形区域内多层混合(comingling)，进而防止对在可能陷在所述的停滞区域内的碳化催化剂上的焦炭进行煅烧。替换地，挡板(未示出)可防止任何物质在空间1096中、在过渡区段1013中上升，或者提升管1010可塑造成不具有过渡区段1013的一部分或全部。
在该实施例中，来自第一再生催化剂管道1012的第一再生催化剂流和来自第二碳化催化剂管道1052的第二碳化催化剂流两者都通向腔室1092。第一再生催化剂管道1012和第二碳化催化剂管道1052两者都与提升管1010的扩大的下部区段1011和腔室1092上游连通。第一再生催化剂管道1012经入口1015将第一再生催化剂流且第二碳化催化剂管道1052经入口1097将第二碳化催化剂流进给到提升管1010的扩大的下部区段1011中、并到达位于提升管1010的扩大的下部区段1011的壁1090与腔室1092的壁1094之间的空间1096中。在一个方案中，开口1098可位于入口1015的最下部部分的上方的一定高度处。在另一个方案中，开口1098可位于通往提升管1010的第二碳化催化剂管道1052的入口1097的最下部部分上方的一定高度处。因此，第一再生催化剂流可从第一催化剂管道1012的入口1015向上前行且第二碳化催化剂流可从第二催化剂管道1052的入口1097向上前行至开口1098、进入到腔室1092中。
第一再生催化剂流和第二碳化催化剂流自空间1096及提升管1010的扩大的下部区段1011进入到腔室1092中。因此，腔室1092与第一再生催化剂管道1012和第二碳化催化剂管道1052下游连通。第一再生催化剂流与第二碳化催化剂流在扩大的下部区段1011中混合，并且由于在通过至少一个且优选多个旋流叶片142时传递给催化剂流的角动量而在腔室1092中进一步混合。经混合的催化剂流从在腔室1092的顶部中的开口10110离开并进入提升管1010的上部区段1017。经混合的催化剂流然后在提升管1010中向上行进以与进料接触。开口10110设定出腔室1092与提升管1010之间的上部分界线。替换地，旋流叶片142的顶部144可视为腔室1092的上部分界线。
示例
申请人进行了计算流体力学建模以确定本发明的不同实施例的性能。第一再生催化剂流没有结焦，具有8,647,893kg/h(19,065,343lb/hr)的催化剂流量、11,674kg/hr(25,738lb/hr)的气体流量和742℃(1,367°F)的温度。第二碳化催化剂流完全结焦，显示催化剂的焦炭浓度为0.858wt％，也具有8,647,893kg/h(19,065,343lb/hr)的催化剂流量、10,810kg/hr(23,833lb/hr)的气体流量和549℃(1,020°F)的温度。在该模型中还利用表I中的催化剂和气体特性。
表I
对于图1、图2和图3中的实施例，来自单个分配器16的流化蒸汽流量为69,638kg/hr(153,525lb/hr)。对于图4、图5c；图6；图7、图8和图9中的实施例，来自分配器416、716、916的6.1wt％或4,535kg/hr(10,000lb/hr)的蒸汽转移至上部分配器419、719、919而搅打(fluff)提升管10的扩大的下部区段11。蒸汽温度为154℃(310°F)。
基于这些参数，指示本发明的实施例的建模将产生如表II中记录的温差。
表II
在提升管10中位于进料分配器18——在建模的提升管10中，其位于上部提升管17中在过渡区段13上方——下方1米(3.3英尺)处的位置计算温差。温差代表催化剂的最大温度差别，通常是最热的再生催化剂与最冷的碳化催化剂的差异。图1、图2和图3中的实施例示出在催化剂混合方面的最佳性能，其产生基本上均匀的催化剂温度。
本文中描述了本发明的优选实施例，包括发明人了解的用于实施本发明的最佳模式。应该理解的是，所说明的实施例只是示例性的，并且不应该被视为限制了本发明的范围。
在不进一步详细描述的情况下，相信本领域技术人员可利用前面的描述最大限度地利用本发明。因此，前述优选具体实施例应被认为只是说明性的，并且绝不以任何方式限制本发明的其余部分。
在上述内容中，除非另外指出，否则所有温度都以摄氏温度阐述且所有份数和百分数都基于重量计算。压力是在具有多个出口的容器中的容器出口处且特别是在蒸气出口处的压力。
从前面的描述，本领域的技术人员可容易地确定本发明的实质特征，并且在不脱离本发明的精神和范围的前提下可对本发明做出各种变更和修改以使其适应于各种不同的用途和条件。

Claims (10)

1.一种用于混合两股催化剂流的方法，包括：
将第一催化剂流进给到位于提升管的壁与在所述提升管中的腔室的壁之间的空间中；
将第二催化剂流进给到所述提升管中；
使所述第一催化剂流从所述空间进入所述腔室中的开口；以及
使所述第一催化剂流和所述第二催化剂流在所述提升管中上行。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括在所述第一催化剂流进入所述开口之前使所述第一催化剂流沿着所述腔室的所述壁前行。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一催化剂流经所述开口离开所述腔室。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括将所述第二催化剂流进给到所述空间中。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述方法还包括使所述第二催化剂流从所述空间经所述腔室中的所述开口进入到所述腔室中。
6.一种用于混合两股催化剂流的设备，包括：
提升管；
与所述提升管连通的第一催化剂管道；
与所述提升管连通的第二催化剂管道；
在所述提升管中的、与所述第一催化剂管道连通的腔室；
所述腔室的与所述提升管的壁分隔开的壁；和
在所述腔室的壁中的开口。
7.根据权利要求6所述的设备，其特征在于，所述腔室与所述第二催化剂管道连通。
8.根据权利要求6所述的设备，其特征在于，所述设备还包括位于所述腔室的所述壁与所述提升管的所述壁之间的空间。
9.根据权利要求8所述的设备，其特征在于，在所述壁中的所述开口位于所述空间中。
10.根据权利要求6所述的设备，其特征在于，所述开口不与通向所述提升管的所述第一催化剂管道和所述第二催化剂管道中的最靠近的一者的中心纵向轴线在径向上对齐。
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