CN105771820B - 一种催化剂冷却器 - Google Patents
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Abstract
本发明提出了一种催化剂冷却器，设置催化剂入口，催化剂和流化介质混合区，两个独立的换热单元，每个单元分别设置壳体，换热管，操作流化介质分布器；来自入口的催化剂先进入共用混合区，然后分别进入两个换热单元，实现与所在区的换热管内的取热介质换热，使催化剂冷却；任一换热单元均可单独使用并终止换热发生，实现在一台设备中换热管面积的可调，增加了换热负荷的控制范围。
Description
技术领域
本发明涉及一种催化剂冷却器，适用于固体颗粒冷却换热，特别适用于气固流化床反应过程中取出气固流化床过剩热量的催化剂冷却器。
背景技术
在催化裂化反应再生、流化床甲醇制烯烃、流化床甲醇制芳烃、流化床甲醇制汽油等放热气固流化床反应过程中,需要取出部分热量或对催化剂等固体颗粒冷却取热。通常采用催化剂冷却器来吸收这部分热量，保证工艺操作的平稳进行。同时，催化剂冷却器也利用这部分过剩热量发生蒸汽或加热其他介质，成为装置中的一项重要节能措施。
现有的催化剂冷却器有多种型式，但大多仅考虑设备自身问题。尽管常规催化剂冷却器通过调节流化状态或催化剂流量能够改变实际操作的换热负荷，由于反应装置加工原料性质、产品目的、反应再生方案等工艺方案的变化，经常需要催化剂冷却器满足特殊的工艺要求。比较常见的是反应过程要求催化剂冷却器可以适应的取热负荷范围尽量宽，如要求50%到120%、甚至10到120%的设计负荷都能稳定运行。这对化工装置的催化剂冷却器的技术是很大的挑战。
已有技术中，参与换热的换热管面积是固定的，限制了换热负荷的调节范围。
发明目的
本发明的目的是提供一种催化剂冷却器，既保证高的换热效率，又可实现宽的负荷范围。
发明内容
为解决上述问题，本发明采用的技术方案是：
一种催化剂冷却器，设置主壳体、催化剂入口、高度为L的共用催化剂和流化介质混合区、共用催化剂和流化介质混合区下方的换热区；换热区设置独立的主换热单元和副换热单元，主换热单元和副换热单元分别设置壳体，换热管，流化介质分布器；来自催化剂入口的催化剂进入共用催化剂和流化介质混合区，然后分别进入主换热单元和副换热单元，主换热单元、副换热单元底部分别设置流化介质分布器，流化介质通过流化介质分布器进入各自换热区，使换热区形成流化床条件，实现分别与所在区的换热管内的取热介质换热，使催化剂冷却；控制各进入主换热单元和副换热单元的流化介质量、改变流化状态调节传热系数，从而改变换热量；同时主换热单元或副换热单元的两个独立换热单元结构设计，既可以同时工作，也可以单独工作；主换热单元或副换热单元均可以通过关闭流化介质终止换热发生，实现了在一台设备中换热管面积的可调，增加了换热负荷的控制范围。
该催化剂冷却器主换热单元和副换热单元两个换热单元都由换热单元壳体、底部的流化介质分布器，换热管组成；副换热单元壳体设置在主换热单元壳体内，副换热单元壳体实际把主换热单元壳体内的空间分成内外两部分形成了两个单元，两部分的催化剂、流化介质和换热管都相互隔离；两单元的流化介质在换热区上部的共用催化剂和流化介质混合区合并，一起通过催化剂入口或独立的排气管排出。
该催化剂冷却器在主换热单元和副换热单元的其中一个换热单元底部设置冷却后的催化剂出口，实现催化剂的循环流动。
在设置催化剂出口的主换热单元或副换热单元底部、催化剂出口前设置蒸汽汽提区，其内设置内件挡板或格栅提高汽提效果；内件下方设置蒸汽分布器；内件上方换热管下方设置流化介质分布器。
设置催化剂出口的主换热单元或副换热单元底部汽提区的汽提构件目的是提高汽提效果，不限于附图给出的形式。
该催化剂冷却器在共用催化剂和流化介质混合区以上设置汽水分离器，该汽水分离器直接与共用催化剂和流化介质混合区壳体一体设计，用法兰连接，用汽水分离器底板或封头把共用催化剂和流化介质混合区及换热区与汽水分离器隔开；汽水分离器自下而上设计液相区，气液转向惯性分离区，液体沉降区，聚结气液分离区；汽水分离器液相区壳体内设有内筒和进水管固定板，该内筒与汽水分离器壳体间的环隙形成受热后的气液上升通道；该气液上升通道出口是气液混合物转向分离器；换热区的换热管直接焊接在汽水分离器底板或底封头上，进水管连接在进水管固定板上；形成两区换热共用汽水分离的一体催化剂冷却器。
该催化剂冷却器的副换热单元设置在主换热单元的下方，主换热单元的部分换热管直接作为副换热单元的换热管或副换热单元独立设置换热管。
设置催化剂出口的主换热单元或副换热单元底部汽提区的汽提内件目的是提高汽提效果，不限于附图给出的形式。
发明效果
本发明的催化剂冷却器与现有技术相比，具有如下的有益效果：
1、设备自身实现换热管分区，两区的换热管独立工作，流化介质相互独立，除可以通过各区的流化介质量控制换热负荷外，还可以实现参与换热的换热面积的调节，使换热负荷更方便调节控制，适应的换热负荷范围更宽；
2、催化剂出入口管和流化介质出口共用，使设备结构简化，一台设备内完成两个设备的功能，方便安装、操作，投资省。
附图说明
图1-图8均为催化剂冷却器结构示意图。
图1催化剂冷却器示意图。
图2在主换热单元设催化剂出口的催化剂冷却器示意图。
图3在副换热单元设催化剂出口的示意图。
图4副换热单元和主换热单元上下串联布置的示意图。
图5副换热单元和主换热单元上下串联布置，催化剂出口在主换热单元的示意图。
图6副换热单元使用部分主换热单元换热管的示意图。
图7为设置流出的催化剂携带气体汽提区的催化剂冷却器示意图。
图8主换热单元和副换热单元横截面内部结构示意图。
图中符号说明：
1 主换热单元，11主换热单元壳体，12主换热单元换热管，14主换热单元冷却介质进入管，15主换热单元加热后的冷却介质出口，16主换热单元流化介质分布器，16A主换热单元蒸汽分布器；17主换热单元汽提器；17A主换热单元汽提内件；18人孔；2副换热单元，21副换热单元壳体，22副换热单元换热管，24副换热单元冷却介质进入管，25副换热单元加热后的冷却介质出口，26副换热单元流化介质分布器，26A副换热单元蒸汽分布器；27副换热单元汽提器，27A副换热单元汽提内件；28人孔；3催化剂入口；4催化剂出口；11B法兰，11C封头；6共用催化剂和流化介质混合区，L共用催化剂和流化介质混合区高度，L1内换热区到催化剂入口上沿的距离；5汽水分离器，51汽水分离器液相区壳体，51A汽水分离器底封头或底板，52内筒，54气液混合物转向分离器，55冷却介质气化气体出口，56冷却介质入口，58进水管固定板，59聚结器，501气液上升通道，502气液转向通道，503液体沉降区；7，流化介质、汽提气出口；G流化介质， W冷却介质、水；S蒸汽、气化气体；C催化剂；GA流出的气体。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明，旨在帮助读者理解本发明的特点和实质，但附图和具体实施方式内容并不限制本发明的可实施范围。
如图1所示,再生剂C从催化剂入口3进入共用催化剂和流化介质混合区6，该共用催化剂和流化介质混合区高度L，进入主换热单元壳体11内，与主换热单元换热管12接触，热量传递到主换热单元换热管12内的冷却介质 W；流化介质G从主换热单元流化介质分布器16进入该换热区，使催化剂流化，控制该流化介质的数量，可以改变换热系数，从而改变取热量；副换热单元设置在主换热单元内部，来自催化剂入口3的循环催化剂一部分进入副换热单元壳体21内，与副换热单元换热管22接触，热量传递到副换热单元换热管22内的冷却介质，流化介质G从副换热单元流化介质分布器26进入该换热区，使催化剂流化，实现催化剂和换热管的传热，副换热单元壳体21与主换热单元壳体11距催化剂入口3上沿距离L1。
控制流化介质的数量，可以改变换热系数，从而改变取热量。
当需要大幅度降低换热量，仅靠改变流化介质量无法满足时，关闭任意换热单元的流化介质，该换热单元即停止换热，两个换热单元均可全部工作也可分别工作，实现工作换热管面积的可调，扩大换热负荷的范围。
流化介质G从主换热单元流化介质分布器16和副换热单元流化介质分布器26进入主副换热单元，在主副换热单元使催化剂流化实现换热后，流入共用催化剂和流化介质混合区6，形成气体GA从催化剂入口3流出返回再生器。
冷却介质分别从主换热单元冷却介质进入管14和副换热单元冷却介质进入管24进入换热管，吸收热量后从主换热单元加热后的冷却介质出口15和副换热单元加热后的冷却介质出口25流出。
换热区高度3米到10米；副换热单元流化介质用量按表观流速0.2~0.6m/s提供；主换热单元流化介质按表观流速0.15~0.6m/s提供。
如图2所示，在主换热单元1设置催化剂出口4，提高主换热区的换热能力上限，同时设置独立的流化介质、汽提气出口7，催化剂冷却器内的气体GA从该口流出返回再生器。
如图3所示，在副换热单元2设置催化剂出口4，增加副换热区的换热能力；同时在催化剂出口前设置副换热单元汽提器27和副换热单元汽提内件27A，置换出催化剂从催化剂入口3携带来的烟气；副换热单元汽提器27设置在副换热单元流化介质分布器26下方，副换热单元蒸汽分布器26A设置在副换热单元汽提内件27A下方；汽提蒸汽S、流化介质G以及催化剂携带来的气体形成气体GA，从催化剂入口3返回再生器。
如图4所示，副换热单元设置在主换热单元下方，主换热单元的部分换热管继续用作副换热单元的换热管，催化剂出口设在主换热单元底部。
如图5所示，副换热单元设置在主换热单元下方，两者用法兰连接，副换热单元独立设置换热管，催化剂出口设在主换热单元底部。
如图6所示，副换热单元设置在主换热单元下方，主换热单元的部分换热管继续用作副换热单元的换热管，催化剂出口设在副换热单元底部。
如图7所示，该催化剂冷却器的取热介质为水W，吸收的热量产生蒸汽S；在共用催化剂和流化介质混合区6以上设置汽水分离器5，该汽水分离器5直接与主换热单元壳体11为一体设计,用法兰11B连接，主换热单元换热管12、副换热单元换热管22直接焊接在汽水分离器底板或底封头51A上，主换热单元冷却介质进入管14、副换热单元冷却介质进入管24用进水管固定板58固定；水W通过冷却介质入口56先进入汽水分离器5，从汽水分离器液相区进入换热管的主换热单元冷却介质进入管14、副换热单元冷却介质进入管24，受热后水汽从换热管进入汽水分离器液相区内筒52和汽水分离器液相区壳体51的环隙即气液上升通道501，换热区加热后的水汽混合物在该环隙向上流动，在汽水分离器水位以上的气液转向通道502经180°转向进入汽水分离器水位上方的气液混合物转向分离器54，转向过程实现水汽分离，蒸汽则在气液混合物转向分离器54继续向上流动，携带的部分液体靠重力沉降下降到下方的液体沉降区503，蒸汽到达汽水分离器顶部的聚结器59，经过聚结器59进一步分离出携带的水，蒸汽S经冷却介质气化气体出口55排除。
副换热单元2设置在主换热单元1内部；在主换热单元1底部设置催化剂出口4；催化剂出口4上方换热区下方设置主换热单元汽提器17；主换热单元汽提器17内设置主换热单元汽提内件17A，内件下方设置主换热单元蒸汽分布器16A，内件上方设置主换热单元流化介质分布器16。
如图8所示，主换热单元和副换热单元横截面布置情况。副换热单元布置在主换热单元内部中心区，副换热单元壳体21为圆柱形。
附图提供了本发明的基本示意，实际实施不限于附图提供的具体设计形式。
本发明的取热介质可以为气体,也可以为液体，如反应原料。
实施例：汽水分离一体设计：主换热单元壳体11内径2300mm为例。副换热单壳体21直径1500mm。内部设总面积60㎡换热管；外部换热区设总面积90㎡换热管；换热区内壳体高度6m ；L1=1.0m ；
催化剂入口直径1300mm，不设催化剂出口；
汽水分离器直径2400mm，高度4500mm；
液相区内筒直径2300mm，气液转向惯性分离区内筒直径2200mm：
聚结气液分离区高150mm，聚结气液分离区使用除雾网结构。
Claims (6)
1.一种催化剂冷却器，设置主壳体、催化剂入口、共用催化剂和流化介质混合区、共用催化剂和流化介质混合区下方的换热区；换热区设置独立的主换热单元和副换热单元，主换热单元和副换热单元分别设置壳体，换热管，流化介质分布器；来自催化剂入口的催化剂进入共用催化剂和流化介质混合区，然后分别进入主换热单元和副换热单元，主换热单元、副换热单元底部分别设置流化介质分布器，流化介质通过流化介质分布器进入各自换热区，使换热区形成流化床条件，实现分别与所在换热区的换热管内的取热介质换热，使催化剂冷却；控制各进入主换热单元和副换热单元的流化介质量和改变流化状态调节传热系数，从而改变换热量；同时主换热单元或副换热单元均可以通过关闭流化介质终止换热发生，实现了在一台设备中换热管面积的可调，增加了换热负荷的控制范围。
2.如权利要求1所述的催化剂冷却器，其特征在于，催化剂冷却器主换热单元和副换热单元都由壳体、底部的流化介质分布器，换热管组成；副换热单元壳体设置在主换热单元壳体内，副换热单元壳体实际把主换热单元壳体内的空间分成内外两部分形成了两个单元，两部分的催化剂、流化介质和换热管都相互隔离；两单元的流化介质在换热区上部的共用催化剂和流化介质混合区合并，一起通过催化剂入口或独立的排气管排出。
3.如权利要求1所述的催化剂冷却器，其特征在于，催化剂冷却器在主换热单元或副换热单元设置冷却后的催化剂出口，实现催化剂的循环流动。
4.如权利要求3所述的催化剂冷却器，其特征在于，在设置催化剂出口的主换热单元或副换热单元底部和催化剂出口前设置蒸汽汽提区，其内设置挡板或格栅提高汽提效果。
5.如权利要求1所述的催化剂冷却器，其特征在于，催化剂冷却器的取热介质为水，吸收的热量产生蒸汽；在共用催化剂和流化介质混合区以上设置汽水分离器，该汽水分离器直接与共用催化剂和流化介质混合区壳体一体设计，汽水分离器自下而上设计液相区，气液转向惯性分离区，液体沉降区，聚结气液分离区；汽水分离器液相区壳体内设有内筒和进水管固定板，该内筒与汽水分离器壳体间的环隙形成受热后的气液上升通道；该气液上升通道出口是气液混合物转向分离器；换热区的换热管直接焊接在汽水分离器底板或底封头上，进水管连接在进水管固定板上；形成两区换热共用汽水分离的一体结构。
6.如权利要求1所述的催化剂冷却器，其特征在于，催化剂冷却器的副换热单元设置在主换热单元的下方，主换热单元的部分换热管直接作为副换热单元的换热管或副换热单元独立设置换热管。
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