CN105879925A - 一种组合催化剂冷却器 - Google Patents

Abstract

一种催化剂取热器，将再生器取热、进入反应器的循环再生剂温度控制、反应循环催化剂汽提组合为一体，同时完成对再生器温度、进入反应器的催化剂温度、进入反应器的催化剂气体携带的控制。

Description

一种组合催化剂冷却器

技术领域

本发明涉及一种流化床甲醇制烃类技术中再生器取热和对进入反应器的循环再生剂温度进行控制的设备，特别是适用于流化床甲醇制烯烃、芳烃反应过程的催化剂取热和温度控制。

背景技术

甲醇制取烯烃或芳烃等是煤化工的重要工艺技术，得到了各国的高度重视。甲醇制取烯烃或芳烃反应经常采用气流化床反应和催化剂流化床连续再生，催化剂再生和反应过程是放热反应；为保持催化剂的骨架结构和活性，需要设置取热器控制再生剂温度在650℃到700℃范围。已有技术无论是中国开发的DMTO技术，UOP公司的甲醇制烯烃技术，还是清华大学开发的流化床制丙烯FMTP技术，再生器都设置独立的外取热器。

流化床甲醇制烯烃或芳烃反应温度一般为480℃到500℃，所以希望进入反应器的再生剂温度降低。

由于反应和再生都是放热过程，不需要循环再生剂为反应或再生提供热量,催化剂循环量也不取决于反应热平衡，而是取决于对待生剂和再生剂碳差的选取值。因此再生器的取热和进入反应器的循环再生剂数量和温度是互不相干的要求。

在实际工程装置中，进入反应器的再生剂温度在650℃以上，远高于反应温度。这些高温再生剂进入反应器形成高温区，反应不利。催化剂的含碳、活性、温度不均匀对催化剂再生不产生实质影响，原因是催化剂再生不产生目的产品，焦炭氧化只能产生氧化碳，并且反应时间延长也不带来重要影响，但催化剂温度不均匀对烯烃转化反应影响严重。烯烃转化反应产品严重受反应时间，温度等反应条件的影响。

甲醇制烯烃装置反应介质分子量小，规模经济的要求，装置进料量通常大于200t/h，采用流化床反应器时反应器直径比较大。高温的循环再生剂进入流化床反应其后,不同温度的催化剂在反应流化床内均匀混合问题很重要且不容易实现。流态化研究证明，催化剂的水平方向混合较竖直方向混合困难的多。工程设计可以采用FCC装置的办法，在反应器内循环再生剂管道末端增加催化剂混合分配设备加快不同温度的催化剂混合，但由于催化剂混合分配器都要增加压降，且一般需要气相介质输送实现，这样又必然增加催化剂破碎和循环的能耗。

再生剂向反应器输送过程中携带烟气，CO2、N2等不凝气，对乙烯和丙烯分离不利，增加能耗，需要设置再生剂汽提器。

已有技术中，再生器外取热器、反应再生剂汽提器，再生剂输送和在反应器内的分配均单独设置，需要多套设备，再生器外取热器也仅负责处理再生过程的取热，工程复杂，投资高，操作不便。

尤其已有技术中高温的再生剂直接进入反应器，对反应不利。

发明目的

本发明的目的是提供一种同时完成再生器取热、循环再生剂的温度控制、循环再生剂携带气体的脱除功能的一体化设备。

发明内容

为解决上述问题，本发明的技术方案是：

一种再生剂冷却器，由再生器取热部分，反应循环催化剂降温部分，反应循环再生剂汽提部分和向反应器的催化剂输送管组成；再生器取热部分由连接再生器的催化剂交换口、壳体、换热管、流化气体分布器构成；反应循环再生剂降温部分由壳体、换热管、流化气体分布器组成；反应循环再生剂汽提器由壳体、汽提内件、蒸汽分布器组成；几部分形成一体。

反应循环再生剂降温部分设置在再生器取热部分的壳体内，与再生器取热部分并列；用反应循环再生剂降温部分壳体隔离，使进入反应再生剂降温部分的催化剂不与再生器取热器内的催化剂接触。

反应再生剂汽提器直接设置反应循环再生剂降温部分下方，并且在反应循环再生剂降温部分流化气体分布器下方；两者壳体直接连接，内部催化剂直接连通；汽提蒸汽分布器设置汽提内件下方；反应循环再生剂汽提器出口与输送管连通；汽提部分设在再生器取热部分壳体内或壳体外或部分在内部分在外，根据具体安装条件调整。

反应循环再生剂降温部分设置在再生器取热部分下方反应循环再生剂汽提部分之间的位置，形成上下串联布置。

反应循环再生剂降温部分设置在反应循环再生剂汽提部分下方；两部分全部用蒸汽流化。

再生器冷却器顶部设置水汽分离器，两者用法兰连接，之间用水汽分离器底板或封头隔开，再生器取热部分和反应循环再生剂降温部分的换热管均直接焊接在汽水分离器底板或底封头上；水汽分离器自下而上分成液相区，液滴沉降区，聚结区，水进口，蒸汽出口；液相区和沉降区下部设置内筒；内筒上方设置转向气液分离器。

完全相同的，该发明可以用于对甲醇反应器的取热和由反应器向再生器的循环催化剂温度控制。

发明的效果

本发明的再生剂取热器在一个设备内同时实现对再生器的取热，对反应循环再生剂的降温，对反应循环再生剂的汽提功能；同时实现对再生器的温度控制和对进入反应器的再生剂的温度与携带气体的控制。

附图说明

图1 组合催化剂冷却器示意图。

图2 再生器取热部分和反应循环再生剂降温部分结构图。

图3 组合式催化剂冷却器的另一种结构图。

图4 反应循环再生剂降温器设置在汽提器下方的设计图。

图5 再生器取热器在内部的组合催化剂冷却器结构图。

图6 组合催化剂冷却器另一种设计图。

图7 反应循环再生剂汽提格栅构件示意图。

图8 挡板汽提构件示意图。

图中符号说明：

1再生器取热部分，11再生剂取热部分壳体，12再生器取热部分换热管，13换热流化气体分布器，14再生器取热部分的催化剂出口，17冷却介质管；18冷却介质加热后的出口，101换热流化介质，102冷却介质，103冷却介质加热后的物流；2反应循环再生剂降温部分，21壳体，22换热管，23流化气体分布器，24反应循环再生剂降温部分的催化剂出口，27冷却介质管，28冷却介质加热后的出口，201换热流化介质，202冷却介质，203冷却介质加热后的物流；3反应循环再生剂汽提部分，31壳体，32汽提构件，33蒸汽分布器，301蒸汽，34汽提后的反应循环再生剂出口；5汽液分离器，51壳体，51A水汽分离器下底板或封头，52内筒，53转向分离器，54聚结器，55气体出口，56冷却液体入口，57底板，58气液流出区，59液体沉降区；10法兰，20法兰，50法兰；15催化剂入口；L液体，W水，G气体，S蒸汽，C催化剂；104高温催化剂，304冷却汽提后的催化剂；Ф1气液分离器壳体内径，Ф2转向气液分离器直径，Ф3内筒直径；16气体出口。

以上符号说明是以再生器和向反应器的循环催化剂为例，将对应的“再生器”和“反应”分别更换为“反应器”和“再生”自然的适用于反应器取热和由反应器向再生器的循环催化剂温度控制。

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,本发明的组合催化剂冷却器的示意图，再生剂104从入口15进入组合催化剂冷却器，一部分进入再生器取热部分壳体11，与换热管12接触，热量传递到换热管12内的冷却介质101，取走再生器的多于热量；流化气体101从分布器13进入该换热区，使催化剂流化，控制该流化气体的数量，可以改变换热系数，从而改变再生器的取热量；来自15的催化剂一部分进入反应循环再生剂降温部分壳体21内，与换热管22接触，热量传递到换热管22内的冷却介质201，取走再生器的多于热量，使反应循环再生剂冷却到反应器要求的温度，对流化床甲醇制烯烃或芳烃，反应循环再生剂数量由反应器内的待生剂含碳量决定，反应循环再生剂降温部分的取热负荷有明确的要求，不能任意调整，靠设计好换热管22的换热面积和201的数量，实现该部分再生剂温度的控制；冷却后的反应循环再生剂从出口24进入汽提部分3的壳体31内，向下流动，与从分布器33进入的蒸汽混合置换出携带的气体后从34流出，进入反应器；再生器取热部分1的流化气体、反应再生剂冷却部分2的流化气体、汽提部分3的蒸汽、置换出的再生剂携带的气体在组合催化剂取热器顶部从气体出口16流出，或从入口15返回再生器；冷却介质102、202进入17和27，从换热管12、22加热后的物流103、203从18和28流出。

图2为再生器取热部分1和反应循环再生剂降温部分2的横截面布置图。图中反应循环再生剂降温部分设置在再生器取热部分的内部的中心区。

图3中反应循环再生剂降温部分设置在再生器取热部分的下方，用出口14联通，催化剂从14进入2内。

图4中是一种反应循环再生剂降温部分设置在汽提部分下方的布置，此时循环再生剂降温部分和汽提部分都用蒸汽301作为流化介质。

图5中的设计同时设置顶部气液分离器5；气液分离器5和11用法兰50连接，气液分离器5和1之间用底板或底封头51A分开；换热管12、22连接在51A上，冷却介质进入管14、24用固定板57固定；液体从56进入气液分离器，然后分别从17和27进入换热管12和22内，被加热并部分气化后从51和52 之间的环隙58向上流动，在转向分离器53内经180°转向，实现气液分离；气体在沉降区59内进一步分离出液体，在顶部经过聚结分离器54进行再次分离，从55流出。

图6中的设计中，再生器取热部分1在内部，循环再生剂降温部分2在外部；冷却介质使用水W，产生饱和蒸汽S。

图7为汽提构件结构示意图。

实施例1

某180万吨/年甲醇进料的制乙烯装置，再生器需要的取热负荷17MW，反应循环催化剂80T/h；再生温度660℃，反应温度495℃，冷却介质使用190℃的水，产4.0MPa饱和蒸汽。本发明的组合再生剂取热器如下：

壳体11内径2200mm；高度9000mm，催化剂入口内径1200mm，换热管采用内外管形式，进水管17和27设在换热管12和22内部；换热管12和22采用Ф114规格的锅炉管，进水管采用Ф68的锅炉管，再生剂取热部分换热管12面积70㎡，反应循环再生剂降温部分换热管22面积15㎡；反应循环再生剂降温部分壳体21内径1000mm；汽提部分壳体31内径1000mm，出口304内径300mm，汽提构件32采用格栅，格栅共三层，每层高度400mm，格栅板倾角45°，格栅板间距80mm；再生器取热部分流化介质101为空气，用量按表观流速0.45m/s确定；反应循环再生剂降温区流化介质201为氮气，用量按表观流速0.2 m/s确定，汽提蒸汽301为200kg/h；进水102和202为700T/h；分布器13压降按16KPa设计，分布器23压降按20KPa设计，分布器33压降按25KPa设计。

实施例2

条件与实施例1相同。外取热器采用含汽水分离结构

水汽分离器壳体51内径Ф1为2200mm，总高度4500mm，内筒52直径Ф3为2100mm，转向分离器53内径Ф2为1900mm；转向分离器53至聚结器55距离2000mm，51A采用球形封头形式，进水管固定底板58距51A与壳体51连接处1000mm；其他部分与实施例1相同。

Claims (6)

1.一种催化剂取热器，由再生器或反应器取热部分，反应或再生循环催化剂降温部分，反应或再生循环催化剂汽提器部分和向反应器的催化剂输送管组成；再生器或反应器取热部分由连接再生器或反应器的催化剂交换口、壳体、换热管、流化气体分布器构成；反应或再生循环催化剂降温部分由壳体、换热管、流化气体分布器组成；反应或再生循环催化剂剂汽提器由壳体、汽提内件、蒸汽分布器组成；几部分形成一体。

2.如权利要求1所述催化剂取热器，其特征还在于，反应或再生循环催化剂降温部分设置在再生器或反应器取热部分的壳体内，与再生器或反应器取热部分并列；用反应或再生循环催化剂降温部分壳体隔离，使进入反应或再生催化剂降温部分的催化剂不与再生器或反应器取热部分内的催化剂接触。

3.如权利要求1所述催化剂取热器，其特征还在于，反应或再生催化剂汽提器直接设置在反应或再生循环催化剂降温部分下方，并且在反应或再生循环催化剂降温部分流化气体分布器下方；两者壳体直接连接，内部催化剂直接连通；汽提蒸汽分布器设置汽提内构件下方；反应或再生循环催化剂汽提器出口与向反应器或再生器输送催化剂的管连通；汽提器内构件设在再生器或反应器取热部分壳体内或壳体外或部分在内部分在外，根据具体安装条件调整。

4.如权利要求1所述催化剂取热器，其特征还在于，反应或再生循环催化剂降温部分设置在再生器或反应器取热部分下方反应或再生循环催化剂汽提器之间的位置，形成上下串联布置。

5.如权利要求1所述催化剂取热器，其特征还在于，反应或再生循环催化剂降温部分设置在反应或再生循环催化剂汽提器下方；两部分全部用蒸汽流化。

6.如权利要求1所述催化剂取热器，其特征还在于，再生器或反应器取热器顶部设置水汽分离器，两者用法兰连接，之间用水汽分离器底板或封头隔开，再生器或反应器取热部分和反应或再生循环催化剂降温部分的换热管均直接焊接在汽水分离器底板或底封头上；水汽分离器自下而上分成液相区，液滴沉降区，聚结区，水先口，蒸汽出口；液相区和沉降区下部设置内筒；内筒上方设置转向气液分离器。