CN104245111B - 用于混合两股催化剂流的方法和设备 - Google Patents

Abstract

用于混合再生催化剂流和碳化催化剂流的方法和设备涉及使催化剂流围绕提升管的下部区段中的插入件移行。所述插入件在催化剂流与烃进料接触之前促进催化剂流的混合以减小催化剂流的温差。

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2012年3月20日提交的美国申请No.13/424,713的优先权。

技术领域

本发明涉及用于混合碳化催化剂和再生催化剂的方法和设备。本发明的领域可以是流体催化裂化(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。

在碳化催化剂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，申请人已发现可利用插入件来使碳化催化剂和再生催化剂在反应器提升管中彻底混合。

在设备实施例中，本发明是用于混合两股催化剂流的设备，其包括提升管。第一催化剂管道和第二催化剂管道与所述提升管连通。在提升管中位于第一催化剂管道与第二催化剂管道之间的插入件阻碍所述第一催化剂管道与第二催化剂管道之间的直接通路。

在另一设备实施例中，本发明是用于混合两股催化剂流的设备，其包括提升管。第一催化剂管道在第一催化剂入口处连接到所述提升管，第二催化剂管道在第二催化剂入口处连接到所述提升管。最后，在提升管中在第一催化剂入口与第二催化剂入口之间设置插入件。

在又一设备实施例中，本发明是用于混合两股催化剂流的设备，其包括提升管，该提升管具有扩大的下部区段和较窄的上部区段以及位于所述扩大的下部区段与较窄的上部区段之间的过渡区段。在提升管的较窄的上部区段中布置有进料分配器。所述第一催化剂管道和第二催化剂管道与所述提升管的扩大的下部区段连通。在提升管的扩大的下部区段中在第一催化剂管道与第二催化剂管道之间在过渡区段以下设置插入件。

在方法实施例中，本发明是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提升管中。还将第二催化剂进给到提升管中。使第一催化剂流围绕提升管中的插入件移行以与第二催化剂流混合，使第二催化剂流围绕所述插入件移行以与第一催化剂流混合。使所述第一催化剂流和第二催化剂流围绕所述插入件并沿着提升管向上移行。

在另一方法实施例中，本发明是包括将第一催化剂流进给到提升管的扩大的下部区段中的方法。还将第二催化剂流进给到提升管的扩大的下部区段中。使第一催化剂流围绕提升管中的插入件移行以与第二催化剂流混合，使第二催化剂流围绕所述插入件移行以与第一催化剂流混合。使第一催化剂流和第二催化剂流围绕所述插入件并沿着提升管向上移行。进一步使第一催化剂流和第二催化剂流行进到所述插入件上方并进入到提升管的较窄的区段中。

在又一方法实施例中，本发明是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提升管中以及将第二催化剂流进给到提升管中。使第一催化剂流围绕提升管中的插入件移行以与第二催化剂流混合，使第二催化剂流围绕所述插入件移行以与第一催化剂流混合。利用所述插入件上的叶片来促进所述第一催化剂流和第二催化剂流中的至少一者在所述插入件周围的涡旋。最后，使第一催化剂流和第二催化剂流围绕所述插入件并沿着提升管向上移行。

用在提升管中的插入件促进了第一再生催化剂流与第二碳化催化剂流之间的混合。所述设置还减小了混合两股催化剂流所需的催化剂体积和压降。

附图说明

图1是包含了本发明的FCC单元的示意性立视图。

图2是在段2-2截取的图1的剖视图。

图3是在图2的替代实施例的段2-2截取的在图1的剖视图。

图4是包含了本发明的替代实施例的图1的FCC单元的替代实施例的局部示意性立视图。

图5是包含了本发明的又一实施例的图1的FCC单元的又一实施例的局部示意性立视图。

图6是在图2的替代性实施例的段2-2截取的图1的剖视图。

图7是在图2的又一实施例的段2-2截取的图1的剖视图。

图8是在图2的另一实施例的段2-2截取的图1的剖视图。

图9是包含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局部示意性立视图。

图10是包含了本发明的又一替代性实施例的图9的FCC单元的替代性实施例的局部示意性立视图。

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对象。

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”指进料自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“移行(passing)”包括“进给”并且指物料自管道或容器到达对象。

术语“引导(directing)”指进料从赋予进料轨迹或方向的管道或容器通过。

术语“关于竖向向上地”指角是由对象和虚拟的竖向线限定出的最小的角。

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接触。本发明可用于任何固体-气体接触设备中。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以由控制阀14调节的速度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是通常由镇静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。较窄的上部区段17可由铬钢制成。提升管的扩大的下部区段11的直径可以比较窄的上部区段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可各自在下部区段的壁90上在入口15和97处与下部区段11连通。整个提升管10的内表面可涂覆耐火材料。

来自扩大的下部区段11中的环形件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。位于提升管10的上部区段17中刚好在过渡区段13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原料和较高沸点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——其会污染催化剂——的含量一般较低。本发明可应用的重烃原料包括来自原油的重尾油/渣油、重沥青原油、页岩油、沥青砂提取物、脱沥青残渣、来自煤炭液化的产物、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可沿切向和水平方向将来自提升管10的顶部的气体和催化剂的混合物经一个或多个出口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，所述旋风分离器使碳化的催化剂从产品烃气态流中分离出来。分离容器26部分地设置在反应器容器20中并且可被视为是反应器容器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，用以使其通向出口喷嘴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排放到反应器容器20中的下床层29中。具有被吸附或夹带的烃的催化剂最终可从下床层29穿过限定在分离容器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通过流体化分配器46将惰性流化气体——通常为蒸汽——输送至汽提区段40。汽提区段40包含用于促进汽提气体与催化剂之间的接触的挡板43、44或其它设备。经汽提的碳化的催化剂离开反应器容器20的分离容器26的汽提区段40，其中该经汽提的碳化的催化剂所夹带或吸附的烃的浓度比碳化的催化剂进入时或如果没有经历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。碳化催化剂的已经在反应器提升管10内结焦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进给返回到提升管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与提升管10的出口24下游连通，且与第二碳化催化剂管道52的通向提升管10的碳化催化剂入口97上游连通。

FCC工艺和设备的提升管10被维持在通常包括高于425℃(797°F)的温度的高温条件下。在实施例中，反应区被维持在这样的裂化条件下，即，其包括提升管出口24处的从480℃至621℃(896°F至1150°F)的温度和从69至517kPa(ga)(10至75psig)但通常小于275kPa(ga)(40psig)的压力。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之间和可在7：1与25：1之间。通常不向提升管添加氢，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，为了获得最多的汽油产品，蒸汽率将介于2与7wt％之间，而为了获得最多的轻烯烃产品则蒸汽率将介于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，但如果需要也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，用以增加轻烯烃产品。

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中的部分燃烧掉，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-快速流化条件使碳化的催化剂完全再生。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含量从0.2至2wt％的碳。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在下腔室54中以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生成废气。

在实施例中，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使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混合而提高了下腔室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。增大的气体速度是由于提升区段60的横截面积相对于下腔室54的位于过渡区段57下方的横截面积减小了。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的上部部分被排放到上腔室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，但也可设想到部分地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离的分离装置72来实现排放。在实施例中，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并且反向流动。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。动量的突然损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进一步使催化剂与上升的气体分离，并且使催化剂经料腿85、86沉积在密实催化剂床层59中。废气离开旋风分离器82、84并聚集在增压室88中，以通向再生器容器50的出口喷嘴89并可能进入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，不超过该工艺中总气体需求的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是燃烧气体。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被供给至上腔室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流器分离器82、84。再生器容器50通常需要14kg的空气除去每kg的焦炭，以获得完全的再生。当更多的催化剂再生时，可在常规反应器提升管中处理更大量的进料。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的再生催化剂作为第一催化剂流从再生器容器50经再生催化剂管道12通过控制阀14被输送回反应器提升管10，在该反应器提升管中随着FCC过程继续所述再生催化剂再次与进料接触。管道52中的碳化的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与烃进料接触之前不会趋于彻底混合。因此，进料会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的产品的组分。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连接至提升管10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被进给到提升管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至提升管10的扩大的下部区段11，用于向被排放到提升管中的催化剂切向地传递角运动以促进提升管中的混合。另外，同样为了促进扩大的下部区段11中的混合，可在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/斜面。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。

提升管可包括插入件92。在一个方案中，提升管10的扩大的下部区段11可包括插入件92。在一个方案中，插入件92包含在提升管的扩大的下部区段11中。插入件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，插入件92在径向上定中在提升管10的扩大的下部区段11中。换言之，虽然未示出，但插入件92具有与提升管的中心纵向轴线对齐的中心纵向轴线。在又一方案中，所述插入件的外壁94是竖直壁。插入件92的直径D可介于第一再生催化剂管道12和第二碳化催化剂管道52之中的最大的一者的直径的0.6与1.5倍之间、优选地0.8与1.2倍之间。

插入件92的壁94和提升管的壁90限定出介于两个壁之间的空间96。在一个方案中，插入件92和扩大的下部区段11均可呈圆柱状，从而它们共同限定出介于插入件92的壁94与扩大的下部区段11的壁90之间的环形区域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。

图2示出在图1中截取的部段2-2的平面剖视图。在插入件92的壁94上和提升管的下部区段11的壁上的耐火衬层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。插入件92可位于第一催化剂管道12与第二催化剂管道52之间，以阻碍催化剂在第一催化剂管道与第二催化剂管道之间的直接通路。插入件92可位于提升管10的扩大的下部区段11中。第一催化剂管道12在第一催化剂入口15处与提升管10连通，第二催化剂管道52在第二催化剂入口97处与提升管10连通，并且插入件92插设在第一催化剂入口与第二催化剂入口之间。在一个方案中，第一催化剂管道12可在位于提升管10的扩大区段11中的第一催化剂入口15处与提升管10连通，第二催化剂管道52可在位于提升管10的扩大区段11中的第二催化剂入口97处与提升管10连通，并且插入件92可插设在位于提升管10的扩大区段11中的第一催化剂入口与第二催化剂入口之间。第一催化剂流和第二催化剂流可进给到位于提升管的壁90与插入件92的壁94之间的空间96中。

来自第一再生催化剂管道12的第一再生催化剂流可通过第一再生催化剂入口15沿径向进给到提升管10中。因此，第一再生催化剂管道可相对于提升管10的壁90沿径向布置。具体地，来自第一再生催化剂管道12的第一再生催化剂流可通过第一再生催化剂入口15沿径向进给到提升管10的扩大的下部区段11中。因此，第一再生催化剂管道12可相对于提升管10的扩大的下部区段11的壁90沿径向布置。来自第二碳化催化剂管道52的第二碳化催化剂流可通过第二碳化催化剂入口97沿径向进给到提升管10中。因此，第二碳化催化剂管道52可相对于提升管10的壁90沿径向布置。具体地，来自第二碳化催化剂管道52的第二碳化催化剂流可通过第二碳化催化剂入口97沿径向进给到提升管10的扩大的下部区段11中。因此，第二碳化催化剂管道12可相对于提升管10的扩大的下部区段11的壁90沿径向布置。

第一再生催化剂流穿过第一再生催化剂入口15并围绕提升管10中的插入件92移行以与来自第二碳化催化剂入口97的第二碳化催化剂流混合，并且第二碳化催化剂流穿过第二碳化催化剂入口97并围绕提升管10中的插入件92移行以与来自第一再生催化剂入口15的第一再生催化剂流混合。第一催化剂流和第二催化剂流可进入到提升管10中的环形空间96中以相互混合。第一再生催化剂流和第二再生催化剂流的混合流围绕插入件92并在提升管10中向上移行。

返回图1，插入件92的壁94不可渗透催化剂，因此其防止催化剂进入到插入件中。插入件92具有闭合的顶部102，该顶部可包括半球形的头部。顶部102也不可渗透催化剂，因此其防止催化剂进入到插入件92的顶部中。因此，整个插入件92可以是不可渗透催化剂的，因此没有催化剂进入到插入件92中。闭合的顶部102布置在与扩大的下部区段11的顶部一样高的高度处。插入件92用于使扩大的下部区段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之下的横截面积的一半。因此，扩大的下部区段11中的在插入件的高度处的空塔速度是扩大的下部区段11中的非插入件92所在高度处的空塔速度的两倍。

插入件位于提升管10的扩大区段11中。提升管10的较窄的上部区段17在插入件92上方。提升管的截头圆锥形的过渡区段13介于扩大区段11与较窄区段17之间，以使扩大的下部区段11的较大直径过渡为更窄的较窄上部区段17。因此，当催化剂的混合流在提升管中上行时，过渡区段13使第一再生催化剂流和第二碳化催化剂流的所述混合流从扩大的下部区段过渡到较窄的上部区段。在一个方案中，插入件92不延伸到过渡区段13中，因此过渡发生在催化剂的混合流流到插入件92上方之后。进料分配器18通常布置在提升管10的较窄上部区段17中位于扩大的下部区段11、过渡区段13和插入件92上方。因此，进料被喷射到彻底混合在一起的上行的催化剂流中。

可以设想，插入件92由诸如300系列不锈钢的不锈钢制成并衬设有耐火材料。另外，插入件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也示出在图1中截取的部段2-2的替代图2的平面剖视图。图3示出图1的又一实施例，其对第一再生催化剂管道12’和第二碳化催化剂管道52’与提升管10之间的关系进行了修改。图3中的具有与图2中的相同构型的元件将具有与图1和2中的相同的附图标记。图3中的具有与图2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标有角分号(’)。图3中的设备和工艺除以下指出的差别外均与图2中的设备和工艺相同。

第一再生催化剂管道12’可相对于提升管10’沿切向布置。此外，第二碳化催化剂管道可相对于提升管10’沿切向布置。切向布置表示管道的最外部部分与提升管10’的壁90’成切向布置。在一个方案中，第一再生催化剂管道12’可相对于提升管10’的扩大的下部区段11’的壁90’沿切向布置，并且第二碳化催化剂管道52’可相对于提升管10’的扩大的下部区段11’的壁90’沿切向布置。来自第一再生催化剂管道12’的第一再生催化剂流可通过第一再生催化剂入口15’沿径向进给到提升管10’中。具体地，来自第一再生催化剂管道12的第一再生催化剂流可通过第一再生催化剂入口15’沿切向进给到提升管10’的扩大的下部区段11’中。来自第二碳化催化剂管道52的第二碳化催化剂流可通过第二碳化催化剂入口97’沿切向进给到提升管10’中。具体地，来自第二碳化催化剂管道52’的第二碳化催化剂流可通过第二碳化催化剂入口97’沿径向进给到提升管10’的扩大的下部区段11’中。尽管未示出，但设想到，一个催化剂管道可相对于提升管10’沿切向布置，而另一个催化剂管道可相对于提升管10’沿径向布置。

应注意的是，图2和3示出彼此成180度的水平角布置的第一再生催化剂入口15、15’和第二碳化催化剂入口97、97’。然而，第一再生催化剂入口15、15’和第二碳化催化剂入口97、97’可彼此成其它角地布置，诸如150度。

图4示出图1的又一实施例，其具有经修改的混合(用)插入件492。图4中具有与图1中的相同构型的元件将具有与图1中的相同的附图标记。图4中具有与图1中的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“4”。图4中除混合插入件492外的所有内容都与图1中相同。

在图4中，插入件492在该插入件的外壁494上配设有促进催化剂的涡旋的至少一个叶片498。插入件492可配设有多个叶片498。在一个方案中，所述至少一个叶片498倾斜成使叶片498的下端部495面向第二催化剂入口97并且使叶片的上端部499面向第一催化剂入口15。在一个方案中，可优选地使叶片498的下端部面向最下部的催化剂入口15、97。优选地，最下部的催化剂入口将是第二催化剂入口97，但最下部的催化剂入口也可以是第一催化剂入口15。当第一催化剂流围绕插入件492并沿提升管410向上移行时，所述至少一个叶片498促进该第一催化剂流的涡旋。当第二催化剂流围绕插入件492并沿提升管410向上移行时，所述至少一个叶片498还可促进该第二催化剂流的涡流。在一个方案中，多个叶片498布置在插入件中用以促进催化剂的涡旋。所述至少一个叶片498可以是弯的或直的。当叶片的下端部495面向第一催化剂入口15时，随着第一再生催化剂流和第二碳化催化剂流在插入件492周围混合在一起，该第一再生催化剂流的涡旋也将引起该第二碳化催化剂流涡旋。当叶片的下端部495面向第二催化剂入口97时，随着第一再生催化剂流和第二碳化催化剂流在插入件492周围混合在一起，该第二碳化催化剂流的涡也将引起该第一再生催化剂流的涡旋。当第一催化剂流和第二催化剂流在提升管10中上行时，所述至少一个叶片可促进该第一催化剂流和第二催化剂流中的至少一者的涡旋。

图5示出图1的又一实施例，其具有经修改的混合(用)插入件592。图5中具有与图1中的相同的构型的元件将具有与图1中的相同的附图标记。图5中具有与图1中的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“5”。图5中除混合插入件592外的所有内容都与图1中相同。

在图5中，插入件592的外壁594配设有至少一个凹窝598，所述至少一个凹窝提供流动区域中的突然变化——这将加强混合。在一个方案中，外壁配设有覆盖外壁594的外表面的多个凹窝598。凹窝598不是开口，而仅仅是外壁594中的凹痕/凹陷。多个凹窝598可以三角形的或其它间距排列在外壁594的外表面中。凹窝598的形状可以是半球形的，但也可使用其它形状。凹窝的直径和深度可以是0.08m(0.25ft)至0.3m(1.0ft)。

图1-5已示出了具有圆柱形截面构型的插入件92。图6-8示出沿图1中的段2-2截取的具有插入件92的不同截面构型的其它平面剖视图。图6-8中具有与图2中的相同的构型的元件将具有与图2中的相同的附图标记。图6-8中具有与图2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与该图的图号对应的数字。

在图6-8中，耐火衬层104被示出位于提升管10的下部区段11、第一再生催化剂管道12和第二碳化催化剂管道52的壁上，与图2中相似。在图6中，插入件692可具有位于第一再生催化剂管道12的第一催化剂入口15与第二碳化催化剂管道52的第二催化剂入口97之间的椭圆形的水平截面形状，用以阻碍催化剂在第一催化剂入口15与第二催化剂入口97之间的直接通路。在图6的情形中，插入件692的第一顶点112面向第一催化剂入口15，插入件692的第二顶点114面向第二催化剂入口97。插入件692也可在外壁694上包括耐火衬层104。

在图7中，插入件792可具有水平截面形状，其具有两条沿竖向偏离的抛物线的形状，其中所述两条抛物线的顶端116、118相互背离。插入件792可位于第一再生催化剂管道12的第一催化剂入口15与第二碳化催化剂管道52的第二催化剂入口97之间，用以阻碍催化剂在第一催化剂入口15与第二催化剂入口97之间的直接通路。在图7的情形中，插入件792的第一顶端116面向第一催化剂入口15，而插入件792的第二顶端118面向第二催化剂入口97。各抛物线的不重叠区段可配设有不可渗透的壁120、122，用以防止催化剂进入到插入件792中。插入件792也可在外壁794上包括耐火衬层104。

在图8中，插入件892可具有水平截面形状，其具有平行四边形(长菱形)的形状，该插入件可位于第一再生催化剂管道12的第一催化剂入口15与第二碳化催化剂管道52的第二催化剂入口97之间的用以阻碍催化剂在第一催化剂入口15与第二催化剂入口97之间的直接通路。插入件892可取向成使得平行四边形截面的至少一个顶点指向一催化剂入口。在图8的情形中，插入件892的第一顶点124面向第一催化剂入口15，而插入件892的第二顶点126面向第二催化剂入口97。插入件892也可在外壁894上包括耐火衬层104。

在图6-8中，第一再生催化剂入口15和第二碳化催化剂入口97彼此成180度的水平角地布置。然而，如果第一再生催化剂入口15和第二碳化催化剂入口97彼此成诸如150度的其它角布置，则插入件692、792和892的截面形状可以不那么对称以保证顶端和顶点指向相应的催化剂入口。

图9示出图1的又一实施例，其具有经修改的第一催化剂管道912和第二催化剂管道952。图9中具有与图1中的相同的构型的元件将具有与图1中的相同的附图标记。图9中具有与图1中的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“9”。图9中除指出的内容外的所有内容与图1中相同。

第一催化剂管道912与提升管910上游连通并与提升管一起限定出第一催化剂入口915。在一个方案中，第一催化剂入口915位于提升管的扩大的下部区段911中。第一催化剂管道912具有第一顶部214和第一底部216，所述第一顶部在第一入口915处在第一顶部交点218处与提升管相交，所述第一底部在在第一入口915处第一底部交点220处与提升管相交。第一顶部214与提升管910相交——在一个方案中，该第一顶部与提升管的扩大的下部区段911相交——在第一顶部相交部218处关于竖向向上地限定出第一顶部角α，第一底部216与提升管910相交——在一个方案中，该第一底部与提升管的扩大的下部区段911相交——在第一底部相交部220处关于竖向向上地限定出第一底部角β。在一个方案中，第一催化剂管道912可与再生器容器50直接且下游连通，并且因此可被称为用于运送热的第一再生催化剂流的第一再生催化剂管道。还设想到，第一催化剂管道912可与提升管910的出口24(图1)下游连通并且在这种情况下其可被称为碳化催化剂管道。在一个方案中，第一顶部角α和第一底部角β可相等，以提供平行的第一顶部214和第一底部216。

第一催化剂管道912按照由第一顶部214和第一底部216的内部轮廓赋予的第一轨迹222在第一入口915处将第一催化剂流进给到提升管910中。轨迹222关于竖向向上地限定出第一角γ。轨迹222由自第一顶部相交部218与第一底部相交部220之间的中点224起的箭头示出。第一轨迹222具有基本上向下的竖向分量。

在一个方案中，第一轨迹角γ与第一顶部角α和第一底部角β相等。在又一方案中，第一轨迹角γ小于60度。第一催化剂流经第一催化剂入口915在第一底部相交部220的第一最下部高度处226进入提升管。在一个方案中，由于第一催化剂管道的顶部214和底部216限定出相等的第一顶部角α和第一底部角β，所以第一催化剂管道912按照限定出第一轨迹角γ的第一轨迹222将第一催化剂流的全部引导至提升管910。

在一个方案中，当第一催化剂流经入口915进入提升管910时，第一催化剂流的由虚线230示出的总第一轨迹将遵循经过第一催化剂管道912沿着第一轨迹222的中心轴线，其中第一轨迹角γ具有基本上向下的竖直分量。

第二催化剂管道952与提升管910上游连通，并与提升管一起限定出第二催化剂入口997。在一个方案中，第二催化剂入口997位于提升管的扩大的下部区段911中。第二催化剂管道952具有在第二入口997处在第二顶部相交部258处与提升管相交的第二顶部254，和在第二入口997处在第二底部相交部260处与提升管相交的第二底部256。第二顶部254与提升管910相交——在一个方案中，该第二顶部与提升管的扩大的下部区段911相交——在第一顶部相交部258处关于竖向向上地限定出第二顶部角δ，第二底部256与提升管910相交——在一个方案中，该第二底部与提升管的扩大的下部区段911相交——在第二底部相交部260处关于竖向向上地限定出第二底部角ε。在一个方案中，第二顶部角δ、第一顶部角α和第一底部角β可相等。在又一个方案中，第二底部角ε可比第二催化剂管道952的第二顶部角δ大。因此，第二底部角ε可比第一催化剂管道912的第一顶部角α和第一底部角β大。

在又一方案中，第二催化剂管道952可与提升管10的出口24(图1)下游连通并且在这种情况下其可被称为用于运送第二碳化催化剂流的第二碳化催化剂管道。这种情况下，第一催化剂流将比第二催化剂流热。替代地，还设想到，第二催化剂管道952可与再生器容器50直接且下游连通，因此其可被称为用于运送热的第二再生催化剂流的第二再生催化剂管道。

在一个方案中，第二催化剂管道952在该第二催化剂管道952中限定出弯曲部270。弯曲部270可配置在第二入口997的外侧。弯曲部270的两侧是第二催化剂管道952的上段272和下段274。在弯曲部270上游的上段272的上底部275关于竖向向上地限定出上底部角ζ。第二底部256属于在弯曲部下游的下段274。第二底部256关于竖向向上地限定出比上底部角ζ大的第二底部角ε。弯曲部270通过第二催化剂管道952的上段272和下段274之间的斜接接合部形成。上底部角ζ可等于第二顶部角δ。因此，第二催化剂管道952的上段272按照关于竖向向上地限定出上轨迹角η的上轨迹276引导第二催化剂流的全部。上轨迹276由沿着第二催化剂管道952的上段272中的中心轴线的箭头示出。

第二催化剂管道952的下段274的第二底部256与提升管910相交——在一个方案中，该第二底部与提升管的扩大的下部区段911相交——在第二底部相交部260处限定出比由上段272限定的上底部角ζ大的第二底部角ε。弯曲部270提供第二底部256，该第二底部在第二底部相交部260处与提升管910一起限定出第二底部角ε。第二催化剂管道952的第二底部256按照由第二底部256的在第二底部相交部260处的内部轮廓赋予的第二底部轨迹282以第二底部角ε将第二催化剂流的一部分引导至提升管910。第二底部轨迹282由自第二底部相交部260起的箭头示出。第二催化剂管道952的第二顶部254按照由第二顶部254的在第二顶部相交部258处的内部轮廓赋予的第二顶部轨迹284以第二顶部角δ将第二催化剂流的另一部分引导至提升管。第二顶部角δ可与上轨迹276的上轨迹角η相同但与第二底部角ε不同。第二顶部轨迹284由自第二顶部相交部258起的箭头示出。第二底部256——其在第二底部相交部260处与提升管910一起限定出可以比第二顶部角δ大的第二底部角ε——将影响进入到提升管910中的整个第二催化剂流使其具有复合的第二轨迹262，该第二轨迹限定出将比上轨迹角η大的第二轨迹角θ。第二轨迹262由自第二顶部相交部218与第二底部相交部220之间的第二中点264起的箭头示出。

第二催化剂流经第二催化剂入口997在第二底部相交部260的第二最低高度处278进入提升管。在一个方案中，第二底部相交部260处于比第一底部相交部220低的高度处。因此，第二催化剂流将在比第一最低高度226低的第二最低高度278处进入提升管。在又一方案中，第一中点224——第一催化剂流在该第一中点处进入提升管——处于比第二中点264——第二催化剂流在该第二中点处进入提升管910——高的高度。

在一个方案中，由虚线290示出的第二催化剂流的总第二轨迹将遵循沿着上轨迹276经过第二催化剂管道952的中心轴线，其中上轨迹角η具有基本上向下的竖直分量。第二底部256将在弯曲部270处向总第二轨迹290赋予更水平的分量，所述更水平的分量将在第二轨迹262上以第二轨迹角θ自第二催化剂入口997的中点264起。第二催化剂的第二总轨迹290将与第一催化剂流的第一总轨迹230在投影相交部292处交汇。

第二轨迹262具有比上轨迹角η和第一轨迹角γ大的第二轨迹角θ，因此进入提升管910中的第二催化剂流将具有基本上水平的分量。第二催化剂流的所述水平的分量与来自气体分配器19的流化气体协作地地起作用，以在进入提升管910之后更快速地引导第二催化剂流的很大一部分沿提升管上行。此外，第二催化剂流将上升以与在更高的高度处进入提升管910中且具有基本上向下的竖直分量的正在下降的第一催化剂流混合。受上升的流化气体帮助的正在上升的催化剂流将吹过正在下降的第一催化剂流以提供彻底的混合。第一催化剂流和第二催化剂流的混合流在提升管中上行以与烃进料接触，如参照图1所述的。

在一个方案中，第二底部角ε和第二轨迹角θ大于或等于60度。优选地，角ε为90度。在一个方案中，角α、β、γ、δ、ζ和η全都小于60度，适合地介于25与50度之间且优选地介于30与45度之间。在一个方案中，第二轨迹角θ可小于或等于第二底部角ε并且可大于第二催化剂管道952的第二顶部角δ。此外，第二轨迹角θ可以比第一轨迹角γ大。

提升管910中的插入件92可布置在第一催化剂管道912与第二催化剂管道952之间。在一个实施例中，插入件92可插设在第一催化剂入口915与第二催化剂入口997之间。插入件92可在该插入件的外壁94中具有开口，该开口允许催化剂进入到限定在壁94内的腔室中。在另一方案中，壁94可以是不可渗透催化剂的，如本文关于图1-8所描述的。因此，第一催化剂流可通过插入件92和/或围绕插入件92移行以与第二催化剂流混合，并且第二催化剂流可通过插入件92和/或围绕插入件92移行以与第一催化剂流混合。

第一催化剂流和第二催化剂流可沿切向或沿径向进给到提升管中。

耐火衬层将涂覆提升管10以及管道912和952，因此管控催化剂流进入到提升管中的轨迹的相交部和角(度)将基于提升管910和管道912和952及其上的衬层的轮廓内表面。

图10示出图9的又一实施例，其具有经修改的第二催化剂管道1052。图10中具有与图9中的相同的构型的元件将具有与图9中的相同的附图标记。图10中具有与图9中的对应的元件不同的构型的元件将具有相同的参考标号但前接代替“2”的数字“10”。图10中除指出的内容外的所有内容与图9中相同。

在图10的实施例中，安装了斜台/斜坡/斜面280，该斜台用于提供第二催化剂管道1052的在第二入口1097处的第二底部1056。在斜台280上游的上段280的上底部1075关于竖向向上地限定出上底部角ζ。第二催化剂管道1052的第二底部1056的外部可与提升管1010或者在一个方案中与提升管1010的扩大的下部区段1011相交成外部角κ，该外部角可与第二顶部角δ相同。斜台280限定出下段1074并形成第二底部1056，该第二底部在第二底部相交部1060处与提升管1010一起限定出第二底部角10ε。第二底部角10ε比上底部角ζ大。

斜台可布置在第二入口1097的外侧。因此，限定出图10中的第二底部角10ε的第二底部1074能以与限定出图9中的第二底部角ε的第二底部274相同的方式有效地起作用。

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％，还具有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。在该模型中还利用了表I中的催化剂和气体的性质。

表I

来自单个分配器19的流化蒸汽流量为69,638kg/hr(153,525lb/hr)。蒸汽温度为154℃(310°F)。所有建模构型具有再生催化剂管道12与碳化催化剂管道52之间的180°的水平角。此外，所有建模构型具有在用于碳化催化剂管道52的入口97上方的再生催化剂管道12的入口15。按照不同比例体现的，与图6对应的建模构型具有更短的过渡区段13。还测试了不同的催化剂入口构型。“直的”表示催化剂管道在催化剂入口处不弯曲。“弯的”表示催化剂管道在催化剂入口处弯曲。在具有不同催化剂入口构型的建模构型中，弯曲构型始终位于最低的催化剂入口处。

基于这些参数，表明本发明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下方1米(3.3英尺)处的位置——在建模的提升管10中，该位置在上部提升管17中位于过渡区段13上方——计算温差。温差代表催化剂的最大温度范围，通常是最热的再生催化剂与最冷的碳化催化剂的差。图2和3的构型针对相同的插入件截面形状在催化剂混合方面示出了最佳性能，其产生了基本上均匀的催化剂温度。然而，催化剂入口构型的设置还可改善混合的均匀性。对于图2的实施例而言，用以在第二催化剂入口处提供第二催化剂流的水平轨迹的弯曲的第二催化剂管道和用以在第一催化剂入口处提供第一催化剂流的向下的竖直轨迹的直的第一催化剂管道的构型优于其中两种催化剂管道都在入口处弯曲的构型。

本文中描述了本发明的优选实施例，包括了发明人所知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，并且不应该被视为对本发明的范围的限制。

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，前述优选具体实施方式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得到。

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 (9)

1.一种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至提升管；

将第二催化剂流进给至所述提升管；

使所述第一催化剂流围绕所述提升管中的插入件移行以与所述第二催化剂流混合；

使所述第二催化剂流围绕所述插入件移行以与所述第一催化剂流混合；以及

使所述第一催化剂流和所述第二催化剂流围绕所述插入件并沿着所述提升管向上移行；

所述方法还包括使所述第一催化剂流和所述第二催化剂流移行到所述提升管中的环形区域内以相互混合。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，当所述第一催化剂流围绕所述插入件并沿着所述提升管向上移行时，所述插入件上的至少一个叶片促进所述第一催化剂流的涡旋。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括当所述催化剂沿着所述提升管向上移行时使所述催化剂从扩大的下部区段过渡至较窄的上部区段。

4.一种用于混合两股催化剂流的设备，该设备包括：

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；和

在所述提升管中位于所述第一催化剂管道与所述第二催化剂管道之间的插入件，该插入件包括阻碍所述第一催化剂管道与所述第二催化剂管道之间的直接通路的壁。

5.根据权利要求4所述的设备，其特征在于，所述第一催化剂管道在第一催化剂入口处连接到所述提升管，所述第二催化剂管道在第二催化剂入口处连接到所述提升管，并且所述插入件插设在所述第一催化剂入口与所述第二催化剂入口之间。

6.根据权利要求4所述的设备，其特征在于，所述插入件位于所述提升管的扩大的区段中。

7.根据权利要求4所述的设备，其特征在于，所述插入件具有从由圆形、平行四边形、椭圆形和两条偏离的连续抛物线组成的组中选择的水平截面形状。

8.根据权利要求4所述的设备，其特征在于，所述插入件具有外壁，该外壁具有至少一个凹窝。

9.根据权利要求4所述的设备，其特征在于，所述设备还在所述插入件上包括叶片，所述叶片促进所述催化剂的涡旋。