CN105820831A - 一种再生催化剂冷却方法及其设备 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种再生催化剂冷却方法及其设备，采用低线速操作，其表观气速的范围为0.005～0.7m/s，设置至少一个流化风分布器，主要的流化风由此分布器进入所述的催化剂冷却器密相床层，所述的催化剂冷却器的取热负荷和/或冷催化剂的温度通过调节所述的流化风量进行控制。本发明的方法及其设备应用范围广，可广泛用于各种流化催化裂化过程包括重油催化裂化、蜡油催化裂化、轻烃催化转化等，或者用于其它气固流态化反应烧焦过程包括渣油预处理、甲醇制烯烃、甲醇制芳烃、流化焦化、灵活焦化等。

Description

一种再生催化剂冷却方法及其设备
技术领域
本发明涉及一种催化剂冷却方法及冷却器，属于石油加工、化工等技术领域。
背景技术
由于气固流化床反应器容易控制反应温度及避免床层出现热点、具有更好的传热及传质特性、可以方便地实现大量固体颗粒的连续输送，因此在石油加工、煤化工、化工合成等领域的非均相气固反应过程中得到了广泛应用。在一些放热的气固流化床反应器中，常设置有取热器，用以从反应器中取热，以满足系统热平衡以及控制反应温度的需要。
随着原油质量的劣质化及重质化趋势的日益加剧，催化裂化的渣油掺炼比的不断提高。重油催化裂化因原料重，残炭值高，使焦炭产率上升，热量多于系统所需热量，造成热量过剩。因此，重油催化裂化装置必须安装取热设施，从系统中取出过剩热量，才能够维持两器热量平衡。现有重油催化裂化过程中取出系统过剩热量的催化剂冷却器种类很多。
中国专利CN101590IB所述的气控内循环式外取热器，中国专利CN1023078C所述的气控外循环式外取热器，均由壳体、套管式换热管束、流化风管、冷催化剂返回管等组成，取热量和催化剂循环量均由输送风和流化风流量控制。
中国专利CN1288932A、CN1288933A公开了一种再生催化剂输送管路取热新技术，在保证足够高的再生器温度和良好的再生效果的前提下，降低进入反应器的再生剂的温度，提高原料油预热温度，改善原料雾化效果，提高剂油比，改善产品分布，提高液体牧率。
现有的催化剂冷却器虽能满足工艺过程的取热要求，但也存在以下缺点：l、调节范围小，在低负荷区域(取热负荷35％以下)操作困难；2、流化不稳定，取热管磨损严重，使用寿命短；3、控制回路多，输送风和流化风两路控制风量，操作复杂；4、在催化剂进口处气体和催化剂容易分层，导致流化不好，使催化剂进口管温降较大，降低取热效率；5、维持催化剂循环的输送风量较大，能耗较高。
发明内容
本发明的目的是提供一种再生催化剂冷却方法及其设备(即再生催化剂冷却器)，以解决现有技术所存在的调节范围小、取热管易于损坏、增压风用量高、能耗较高等问题。
具体技术方案详述于下：
一种再生催化剂冷却方法，来自再生器的热催化剂进入催化剂冷却器，向下流动通过密相流化床，与换热管管壁接触冷却后，冷催化剂从催化剂冷却器底部流出；同时，密相流化床的流化介质通过至少一个流化介质分布器引入，向上流动经过密相流化床，与热催化剂颗粒从再生器带来的气体一起返回至再生器；所述的催化剂冷却器为低线速操作，其表观气速(流化介质流量与设备的空塔横截面之比)的范围为0.005～0.7m/s(优选0.01～0.3m/s，最佳0.05～0.15m/s)。
所述的催化剂冷却器的取热负荷和/或冷却后的催化剂的温度通过调节所述的流化介质流量和/或离开所述的催化剂冷却器的冷催化剂的流量和/或其它参数进行控制。
所述的催化剂冷却器可以设置在再生器内部或外部。所述的催化剂冷却器设有一个、两个或多个催化剂出口，分别用于输送冷再生催化剂循环至再生器和/或一个、两个或多个提升管反应器或/和流化床反应器的各反应区。
所述的催化剂冷却器设置或不设脱气(平衡)管，实现对外取热器内部大气泡的捕集和输送，改善冷却器内部催化剂的径向密度分布。
所述的流化介质可以是空气、蒸汽或其它气体或者是它们的混合物，取热介质可以是水、蒸汽、空气或其它气体、各种油品等或者是它们的混合物。所述的提升(输送)介质可以是空气、蒸汽或其它气体或者是它们的混合物。
本发明还提供所述的再生催化剂冷却方法使用的催化剂冷却设备，它大体上是设置有垂直换热管束的流化床，流化床自下而上主要设置有催化剂出口1、流化介质分布器2、换热管3、密相流化床4、脱气平衡口5和催化剂进口6；其中多根换热管3垂直分布组成换热管束，从流化床顶部一直延伸至流化床下部，浸没在密相流化床4中。
本发明的再生催化剂冷却方法及其设备应用广泛，可用于各种流化催化裂化过程包括重油催化裂化、蜡油催化裂化、轻烃(液化石油气、碳四、碳五、汽油等)催化转化等，也可用于其它气固流态化反应烧焦过程包括渣油预处理、甲醇制烯烃(MTO、MTP)、甲醇制芳烃、流化焦化、灵活焦化等。所述的进入催化剂冷却器的再生催化剂可以是任何碳含量的再生催化剂或不完全再生催化剂，或者是任何碳含量的待生催化剂、接触剂或焦粒等。
催化剂冷却器为成熟工业设备，本发明的方法可采用各种结构形式(如上流式、下流式等)，催化剂输送通道也可采用各种具体连接结构(如内循环管、Y型、U型外输送(循环)管等)，设置或不设脱气(平衡)管,取热管的规格和数量及结构和连接形式等，本领域普通技术人员对其具体结构、连接型式、操作和控制过程非常清楚，不构成对本发明构思的任何具体实施方式的限制。
采用本发明，具有如下的有益效果：
1)采用低速密相流化床操作，可以提高循环系统的推动力，克服循环量增大引起的系统阻力增加，减少了输送气体的用量。
2)循环催化剂密度的提高，减少了循环催化剂夹带的空气量，从而降低了干气中的氮气等非烃类气体含量，提高了干气的热值，降低富气压缩机的功率消耗约10％。
3)流化风用量降低约80％,增压风总用量降低约50％，增压机的功率消耗降低约50％。
4)采用低速密相床操作，外取热器壳程线速很低(0.01～0.03m/s)，催化剂颗粒对取热管束的磨蚀很小，有利于延长取热器的使用寿命。
5)低线速的流化床与较高线速的流化床相比，流化更稳定，局部死床和气体偏流等不正常流化现象发生的几率大大降低。低线速流化床的床层内流化质量明显改善，消除了取热管振动、局部磨损加剧引起的设备损坏，延长了设备使用寿命。
6)取热负荷的调节范围大，在取热负荷为0～100％的范围内可灵活调节。
7)可设置脱气管，可以实现对外取热器内部大气泡的捕集和输送，改善器内催化剂的径向密度分布，强化了催化剂与取热管(换热管)的接触，提高了换热效率：
8)高温催化剂(热催化剂)与经过冷却的低温催化剂(冷催化剂)均保持较好的低速均匀流化状态，因此，减少了气体与催化剂的分层，降低了高温催化剂在催化剂进出管内的温降，提高了外取热器内催化剂的温度，有利于提高取热效率。
附图说明
图1为本发明的再生催化剂冷却器的一种典型实施方案。
图中：1-催化剂出口，2-流化气体分布器，3-换热管，4-密相流化床，5-脱气平衡口，6-催化剂进口。
具体实施方式
下面结合附图进一步说明本发明所提供的一种再生催化剂冷却器的实施方法，但本发明并不因此而受到任何限制。
实施例
图1给出了本发明的一种典型实施形式。如图1所示，该冷却器实际上是一个设置有多根垂直换热管束的流化床，包括催化剂出口1、流化风分布器2、换热管3、密相流化床4、脱气平衡口5、催化剂进口6等主要结构。换热管3从冷却器顶部一直延伸至冷却器下部，浸没在密相流化床4中。
热催化剂颗粒C从催化剂进口6进入，向下流动通过密相流化床4，与换热管3管壁接触冷却后，冷催化剂D从底部的催化剂出口1流出。密相流化床4的流化气体A从底部的气体分布器2引入，向上流动经过密相流化床4，与脱出的气体(热催化剂颗粒C从再生器夹带来的气体)一起通过脱气平衡口5，返回至再生器。
另外，为增加传热面积，缩小冷却器的尺寸，可以在换热管3上焊接传热强化元件(如翅片或钉头传热强化元件等，图中未标示)，以强化传热效果，提高换热效率。
本发明与现有技术不同的是：
1)密相流化床4的流化风线速较低，表观操作线速的范围为优选0.01～0.3m/s，最佳0.05～0.15m/s。所述的催化剂为再生催化剂时，由于要进入提升管反应器，因此对冷再生催化剂温度要求更为均匀，控制更为严格。
2)所述的冷再生催化剂温度和/或所述的催化剂冷却器的取热负荷通过调节所述的流化风流量和/或离开所述的催化剂冷却器的冷催化剂的流量和/或其它参数进行控制。
对比例
采用现有技术的气控式外取热器(对比例)也采用图1所示的结构，并采用较高的流化风线速，表观操作线速通常为0.5m/s。所述的催化剂冷却器的取热负荷主要调节提升风的流量进而调节离开所述的催化剂冷却器的冷催化剂的流量进行控制。
现有技术的外取热器密相床层高度一般很高，通常在5～10m的范围内，由于床层总压降较高，操作线速较高时，床层内气体被压缩很容易引起局部死床和气体偏流等不正常流化现象。
这些不正常流化现象将导致床层流化质量下降和传热效果恶化，其结果是设备振动大、使用寿命缩短、取热负荷达不到设计要求等。如果取热器中出现局部死床，还有可能造成取热器中不同取热管的取热负荷不同，不同取热管的热膨胀不一致可能导致设备损坏，严重时甚至出现局部取热管干烧损坏的事故。
另外，气体的偏流还有可能造成局部取热管磨损加剧，缩短其使用寿命。
冷模实验研究和工业运行结果表明，本发明的低线速流化床与现有技术较高线速的流化床相比，流化更稳定，不会发生局部死床和气体偏流等非正常流化现象。因此低线速流化床的床层内流化质量明显改善，消除了取热管振动、局部磨损加剧引起的设备损坏，延长了设备使用寿命。
本发明的与对比例所示的现有技术(气控式外取热器)相比，具有以下技术效果：
1)流化风用量降低约80％,增压风总用量降低约50％，增压机的功率消耗降低约50％。
2)循环催化剂夹带的空气量减少约35％，富气压缩机的功率消耗降低约10％。
3)干气中的氮气等非烃类气体含量约35％，提高了FCC干气的热值。

Claims (7)

1.一种再生催化剂冷却方法，其特征在于：所述的再生催化剂冷却器为低线速操作，其表观气速的范围为0.005～0.7m/s，设置至少一个流化介质分布器，流化介质由此分布器进入所述的催化剂冷却器密相床层。
2.按照权利要求1所述的方法，其特征在于：所述的表观气速的范围为0.01～0.3m/s。
3.按照权利要求1所述的方法，其特征在于：所述的表观气速的范围为0.05～0.15m/s。
4.按照权利要求1所述的方法，其特征在于：所述的催化剂冷却器设置在再生器内部或外部；所述的催化剂冷却器设有一个、两个或多个催化剂出口，分别用于输送冷催化剂至再生器和/或输送冷催化剂至一个、两个或多个提升管反应器或/和流化床反应器的各反应区。
5.按照权利要求1所述的方法，其特征在于：所述的催化剂冷却器的取热负荷和/或冷催化剂的温度通过调节所述的流化介质的流量和/或调节离开所述的催化剂冷却器的冷催化剂的流量和/或其它参数进行控制。
6.按照权利要求1-5所述的任意一种方法，其特征在于：所述的再生催化剂冷却方法用于各种流化催化裂化过程包括重油催化裂化、蜡油催化裂化、轻烃催化转化，或者用于其它气固流态化反应烧焦过程包括渣油预处理、甲醇制烯烃、甲醇制芳烃、流化焦化、灵活焦化；所述的进入再生催化剂冷却设备的再生催化剂是任何碳含量的再生催化剂或不完全再生催化剂，或者是任何碳含量的待生催化剂、接触剂或焦粒。
7.一种再生催化剂冷却设备，其特征在于：按照权利要求1-6所述的任意一种方法实施的设备。
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