CN107709524B - 废催化剂立管 - Google Patents

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Abstract

一种催化剂立管以及相关联的方法和系统，所述催化剂立管包括水平区段、倾斜区段和竖直区段，其中所述竖直区段包括一个或多个环部分。

Description

废催化剂立管
相关申请的交叉引用
本申请主张2015年7月11日提交的第62/187,286号美国临时申请的优先权，所述申请的全部公开内容特此以引用的方式并入。
背景技术
本公开大体上涉及催化剂立管流量分配器。更具体地说，在某些实施例中，本公开涉及用于流体催化裂化操作的废催化剂立管流量分配器以及相关联的方法和系统。
在典型的流体催化裂化单元(FCCU)中，细微粉碎再生催化剂通过再生器立管从再生器抽出，且与反应器提升管下部的烃原料接触。烃原料和蒸汽通过进料喷嘴进入提升管。温度从约200℃到约700℃的进料、蒸汽与再生催化剂的混合物向上穿过提升管反应器，将进料转化为较轻产物，同时焦炭层沉积在催化剂的表面上，从而使催化剂暂时失活。
来自提升管顶部的烃蒸气和催化剂接着通过旋风分离器以从烃蒸气产物流分离废催化剂。废催化剂进入汽提器，其中引入蒸汽以从催化剂去除烃产物。废催化剂接着通过废催化剂立管进入再生器，其中在气体存在下且在约620℃到约760℃的温度下，废催化剂上的焦炭层燃烧以恢复催化剂活性。再生通常在起泡或快速流化床中执行。再生催化剂接着可通过再生器立管从再生器流化床抽出，且重复先前提到的循环，接触反应器提升管中的原料。
催化剂再生是FCCU操作中至关重要的步骤。步骤的成功取决于再生器中废催化剂与含氧气气体之间的接触效率。催化剂可以多种不同方式注入再生器中。将催化剂引入到再生器中的一种常规方式为通过废催化剂提升管将催化剂注入到再生器中。此类废催化剂分配器和相关系统、方法和设备的实例描述于U.S.6,797,239中，其全部内容特此以引用的方式并入。
尽管此类现有系统可能是有效的，但其使用可能并不始终确保再生器内的均一催化剂分布。在使用废催化剂提升管来使用输送气体将废催化剂递送到再生器中的再生器废催化剂分配器时，废催化剂和气体可能不会均一地移动通过所述管。气体气泡可能倾向于沿着废催化剂提升管的一侧移动，而催化剂颗粒倾向于沿着另一侧移动。在竖直废催化剂提升管的情况下，此可能导致废催化剂与气体不均匀地分配到再生器分配器。由于此非理想分布，废催化剂和气体到再生器中的流动可能非均一，从而降低再生器的有效性。
需要开发废催化剂提升管流动内部构件，其促进废催化剂和气体在废催化剂提升管中的更均匀分布且随后递送到再生器内的废催化剂分配器。
发明内容
本公开大体上涉及催化剂立管流量分配器。更具体地说，在某些实施例中，本公开涉及用于流体催化裂化操作的废催化剂立管流量分配器以及相关联的方法和系统。
在一个实施例中，本公开提供一种催化剂立管，包括水平区段、倾斜区段和竖直区段，其中所述竖直区段包括一个或多个环部分。
在另一实施例中，本公开提供一种包括催化剂分配器系统的再生器系统，所述催化剂分配器系统包括催化剂立管，所述催化剂立管包括水平区段、倾斜区段和竖直区段，其中所述竖直区段包括一个或多个环部分、气体管线、废催化剂传递管线以及分配器和再生器容器。
在另一实施例中，本公开提供一种方法，包括：提供包括催化剂分配器系统的再生器系统，所述催化剂分配器系统包括催化剂立管，所述催化剂立管包括水平区段、倾斜区段和竖直区段，其中所述竖直区段包括一个或多个环部分、气体管线、废催化剂传递管线以及分配器和再生器容器；将气流引入到所述气体管线中；以及将废催化剂流引入到所述废催化剂传递管线中。
附图说明
通过参考以下结合附图做出的描述可以获得对本发明的实施例及其优点的更完整和详尽的理解。
图1为根据本公开的某些实施例的催化剂立管插入件的说明。
图2为根据本公开的某些实施例的催化剂立管的图示。
图3为根据本公开的某些实施例的催化剂立管系统的图示。
图4为根据本公开的某些实施例的催化剂再生器系统的图示。
图5为各种再生器系统的密度轮廓的图示。
所属领域的技术人员将容易了解本公开的特征和优点。虽然所属领域的技术人员可以作出许多改变，但这些改变在本公开的精神内。
具体实施方式
以下描述包含实施本发明主题的技术的示范性设备、方法、技术和/或指令序列。然而，应理解，所述实施例可在没有这些具体细节的情况下加以实施。
本公开大体上涉及催化剂立管流量分配器。更具体地说，在某些实施例中，本公开涉及用于流体催化裂化操作的废催化剂立管流量分配器以及相关联的方法和系统。
在某些实施例中，本公开提供一种将废催化剂输送到再生器的新型方式。在某些实施例中，本文中论述的系统和方法较之于常规系统促进废催化剂在催化剂立管提升管和再生器两者内的更均匀分布。在某些实施例中，本文中论述的系统和方法允许降低废催化剂提升管系统中的逆向混合效应，因此降低催化剂立管流动系统中的压降。
现参考图1，图1图示催化剂立管插入件100。在某些实施例中，催化剂立管插入件100可包括限定腔体的坚固环形结构。在某些实施例中，催化剂立管插入件100可由以下材料中的任一种建构而成：金属、陶瓷和金属陶瓷(ceramet)。在某些实施例中，催化剂立管插入件100可涂布有耐火涂层和/或耐腐蚀涂层。在某些实施例中，催化剂立管插入件100可包括废催化剂立管插入件。
在某些实施例中，催化剂立管插入件100可包括外表面110、顶表面120、底表面130和内表面140。
在某些实施例中，催化剂立管插入件100可具有范围从0.003米到0.5米的高度。在某些实施例中，催化剂立管插入件100可具有范围从0.01米到0.25米的高度。在其它实施例中，催化剂立管插入件100可具有范围从0.05米到0.1米的高度。
在某些实施例中，催化剂立管插入件100可具有范围从0.1米到8米的外径。在某些实施例中，催化剂立管插入件100可具有范围从0.2米到4米的外径。在其它实施例中，催化剂立管插入件100可具有范围从0.5米到1米的外径。
在某些实施例中，催化剂立管插入件100可具有范围从0.05米到7米的内径。在某些实施例中，催化剂立管插入件100可具有范围从0.1米到3.5米的内径。在其它实施例中，催化剂立管插入件100可具有范围从0.25米到0.5米的内径。
在某些实施例中，催化剂立管可具有均一的横截面轮廓。在某些实施例中，催化剂立管可具有矩形横截面轮廓。在此类实施例中，外表面110与内表面140可为平行表面，且底表面130与顶表面120可为平行表面。
在其它实施例中，催化剂立管可具有非矩形横截面轮廓。在此类实施例中，底表面130与顶表面120可为平行表面，且外表面110与内表面140可为非平行表面。在此类实施例中，内表面140可为倾斜表面和/或楔形表面，且外表面110可为平直表面。在某些实施例中，内表面140可为平直、倾斜、圆形、半外圆角或全外圆角表面。
现参考图2，图2图示催化剂立管200。在某些实施例中，催化剂立管200可包括限定中空内部220的管状壁210。在某些实施例中，管状壁210可由金属、金属合金和/或陶瓷建构而成，且可用耐腐蚀涂层或陶瓷衬里进行加衬。在某些实施例中，催化剂立管200可包括废催化剂立管。
在某些实施例中，管状壁210可包括第一末端230、第二末端240、水平区段250、倾斜区段260和/或竖直区段270。
在某些实施例中，水平区段250可具有内径和外径。在某些实施例中，水平区段250的外径可处于0.3米到3米的范围内。在某些实施例中，水平区段250可具有均一外径。在其它实施例中，水平区段250可具有非均一外径。在某些实施例中，水平区段250的内径可处于0.3米到3米的范围内。在某些实施例中，水平区段250可具有均一内径。在其它实施例中，水平区段250可具有非均一内径。在某些实施例中，水平区段250可具有范围从0.05米到0.5米的壁厚度。在某些实施例中，水平区段250可具有范围从0.1米到0.5米的壁厚度。
在某些实施例中，倾斜区段260可具有内径和外径。在某些实施例中，倾斜区段260的外径可处于0.3米到3米的范围内。在某些实施例中，倾斜区段260可具有均一外径。在其它实施例中，倾斜区段260可具有非均一外径。在某些实施例中，倾斜区段260的内径可处于0.3米到3米的范围内。在某些实施例中，倾斜区段260可具有均一内径。在其它实施例中，倾斜区段260可具有非均一内径。在某些实施例中，倾斜区段260可具有范围从0.05米到0.5米的壁厚度。在某些实施例中，倾斜区段260可具有范围从0.1米到0.5米的壁厚度。
在某些实施例中，竖直区段270可具有内径和外径。在某些实施例中，竖直区段270的外径可为0.3米到3米。在某些实施例中，竖直区段270的外径可与水平区段250的外径相同。在其它实施例中，竖直区段270的外径可不同于水平区段250的外径。在某些实施例中，水平区段270可具有均一外径。在其它实施例中，水平区段270可具有非均一外径。
在某些实施例中，竖直区段270的内径可处于0.3米到3米的范围内。在某些实施例中，竖直区段270的内径可与水平区段250的内径相同。在其它实施例中，竖直区段270的内径可不同于水平区段250的内径。在某些实施例中，竖直区段270可具有均一内径。在其它实施例中，竖直区段270可具有非均一内径。在某些实施例中，竖直区段270可具有范围从0.05米到0.5米的壁厚度。在某些实施例中，竖直区段270可具有范围从0.1米到0.3米的壁厚度。
在某些实施例中，竖直区段270和/或水平区段250可进一步包括一个或多个环部分280。在某些实施例中，催化剂立管200的竖直区段270和/或水平区段250可包括一个、两个、三个、四个或五个环部分280。在某些实施例中，所述一个或多个环部分280中的每一个可为均一的。在其它实施例中，所述环部分280中的一个或多个可为非均一的。
在某些实施例中，所述一个或多个环部分280可为管状壁210到中空内部220中的突起。在某些实施例中，所述突起可延伸高达中空内部220的半径的25％。在某些实施例中，所述突起可延伸达中空内部220的半径的0.1％到25％的范围。在某些实施例中，所述突起可延伸达中空内部220的半径的0.1％到15％的范围。在某些实施例中，所述突起可延伸达中空内部220的半径的0.2％到10％的范围。
在某些实施例中，所述突起可各自具有范围从0.01米到0.3米的长度。在某些实施例中，每个突起可具有范围从0.01米到0.5米的长度。在某些实施例中，每个突起可具有范围从0.1米到0.15米的长度。
在某些实施例中，所述突起可覆盖竖直区段270和/或水平区段250的整个内圆周。在某些实施例中，所述突起可覆盖竖直区段270和/或水平区段250的内圆周的仅一部分。
在其它实施例中，所述一个或多个环部分280可包括插入件。在某些实施例中，所述一个或多个环部分280可包括上文相对于催化剂立管插入件100所论述的特征的任何组合。在某些实施例中，所述插入件可由以下材料中的任一种建构而成：金属、陶瓷和金属陶瓷。在某些实施例中，所述插入件可涂布有耐火涂层和/或耐腐蚀涂层。在某些实施例中，所述插入件可通过使用金属锚定件锚定到提升管壁而附接到管状壁的内表面。在某些实施例中，所述插入件可为环形，其中外径等于竖直区段270的内径且内径为外径的50％到99％。
在某些实施例中，环部分280可放置在催化剂立管200内的任何位置处。在某些实施例中，第一环部分280可放置在距管转弯部或T形管1到5个提升管直径范围内的距离处。在某些实施例中，第一环部分280可放置在距管转弯部或T形管5到10个提升管直径范围内的距离处。在其它实施例中，第一环部分280可放置在距管转弯部或T形管多于10个提升管直径的距离处。在某些实施例中，一个或多个环部分280可彼此隔开至少0.2个提升管直径。在某些实施例中，一个或多个环部分280可彼此隔开至多10个提升管直径。
在某些实施例中，所述一个或多个环部分280可能能够在一个或多个环部分280中的每一个处产生竖直区段270和/或水平区段250的减小的有效内径。尽管不希望受理论限制，但相信，通过产生减小的有效内径，固相与气相之间的混合可得以改善，从而迫使气相接触密度较高的固相。相信改善的接触会改善密度的均质性和速度分布以改善系统性能。还相信环部分280的使用缓解沿着壁的提升管回流，从而减小相关联的压降。
在某些实施例中，催化剂立管200可经设定大小以准许气体和固体流通过催化剂立管200。在某些实施例中，催化剂立管200可经设定大小以准许气体和固体流以范围从10Mlb/h到5000Mlb/h的流动速率通过催化剂立管。在某些实施例中，催化剂立管200可经设定大小以允许固体流以范围从5吨/分钟到500吨/分钟的流动速率通过催化剂立管200。
现参考图3，图3图示根据本公开的某些实施例的催化剂分配器1000。在某些实施例中，催化剂分配器1000可包括废催化剂分配器。如图3中可见，在某些实施例中，废催化剂分配器1000可包括废催化剂管线1100、气体管线1200、催化剂立管1300和分配器1400。在某些实施例中，废催化剂管线1100、气体管线1200、催化剂立管1300与分配器1400可彼此流体连通。
在某些实施例中，催化剂立管1300可包括上文相对于催化剂立管200所论述的特征的任何组合。在某些实施例中，催化剂立管1300可包括管状壁1310、中空内部1320、第一末端1330、第二末端1340、水平区段1350、倾斜区段1360、竖直区段1370，和一个或多个环部分1380。
在某些实施例中，催化剂立管1300可在第一末端1330处连接到废催化剂管线1100和气体管线1200，且在第二末端1340处连接到分配器1400。在某些实施例中，催化剂立管1300可适于以范围从10Mlb/h到5000Mlb/h的流动速率接收废催化剂与气体的组合流，其中固体含量在5吨/分钟到500吨/分钟的范围内。
在某些实施例中，废催化剂管线1100可包括第一末端1110和第二末端1120。在某些实施例中，废催化剂管线1100可由碳钢或不锈钢建构而成。在某些实施例中，废催化剂管线1100可加有耐火材料衬里。在某些实施例中，废催化剂管线1100可经设定大小以使得其能够从FCC反应器或汽提器接收废催化剂流。在某些实施例中，废催化剂管线1100可在第二末端1120处连接到催化剂立管1300。
在某些实施例中，气体管线1200可包括第一末端1210和第二末端1220。在某些实施例中，气体管线1200可由碳钢或不锈钢建构而成。在某些实施例中，气体管线1200可加有耐火材料衬里。在某些实施例中，气体管线1200可经设定大小以使得其能够从能够再生废催化剂流的吹风机接收空气流。在某些实施例中，空气流可具有范围从5,000SCFM到40,000SCFM的流动速率。在某些实施例中，气体管线1200可在第二末端1220处连接到废催化剂管线1100。
在某些实施例中，分配器1400可包括任何常规分配器。常规分配器的实例包含：通道、管道、防溅板和折向板。
现参考图4，图4图示根据本公开的某些实施例的催化剂分配器系统3000。在某些实施例中，催化剂分配器系统3000可包括催化剂分配器3100和再生器容器3300。在某些实施例中，催化剂分配器系统3000可具有中心立管入口设计。在其它实施例中，催化剂分配器系统3000可具有偏离中心立管入口设计。
在某些实施例中，催化剂分配器3100可包括上文相对于催化剂分配器1000所论述的特征的任何组合。在某些实施例中，废催化剂分配器3100可包括：催化剂立管3110、气体管线3120、废催化剂传递管线3130，和分配器3140。在某些实施例中，催化剂立管3110、气体管线3120、废催化剂传递管线3130与分配器3140彼此流体连通。
在某些实施例中，催化剂立管3110可包括上文相对于催化剂立管100和/或催化剂立管1300所论述的特征的任何组合。
在某些实施例中，气体管线3120可包括上文相对于气体管线1120所论述的特征的任何组合。
在某些实施例中，废催化剂传递管线3130可包括上文相对于废催化剂传递管线1130所论述的特征的任何组合。
在某些实施例中，分配器3140可包括上文相对于分配器1140所论述的特征的任何组合。
在某些实施例中，催化剂立管3100的一部分和/或分配器3140可安置于再生器容器3300内。举例来说，如图4中所示，分配器3140和一部分催化剂立管3130可安置于再生器容器3300内。在某些实施例中，催化剂立管3100的一部分可安置在再生器容器3300外部。举例来说，如图4中所示，废催化剂传递管线3130、气体管线3120和一部分催化剂立管3100可安置在再生器容器3300外部。
在某些实施例中，再生器容器3300可为流化床再生器。在某些实施例中，再生器容器3300可为适用于再生来自FCC反应器的废催化剂的任何再生器容器。
在某些实施例中，再生器3300可包括外壁3301。在某些实施例中，外壁3301可限定内部腔室3310、废催化剂入口3320、再生器立管3330和烟道气出口3340。在某些实施例中，催化剂立管3100可通过废催化剂入口3320以允许废催化剂与气体的组合流进入内部腔室3310。在某些实施例中，再生器容器3300可能能够再生废催化剂与气体的组合流中的废催化剂。在某些实施例中，再生器立管3330可允许再生废催化剂退出再生器3300。在某些实施例中，烟道气出口3340可允许烟道气退出再生器3300。在某些实施例中，再生器立管可允许废催化剂的浸没式排出或床上排出。
在某些实施例中，本公开提供一种方法，包括：提供包括催化剂分配器系统的再生器系统，所述催化剂分配器系统包括催化剂立管，所述催化剂立管包括水平区段、倾斜区段和竖直区段，其中所述竖直区段包括一个或多个环部分、气体管线、废催化剂传递管线以及分配器和再生器容器；将气流引入到所述气体管线中；以及将废催化剂流引入到所述废催化剂传递管线中。
在某些实施例中，所述催化剂分配器系统可包括上文相对于催化剂分配器系统3000所论述的任何催化剂分配器系统。
在某些实施例中，将气流引入所述气体管线可包括将空气或氧气流引入到所述气体管线中。在某些实施例中，所述气流可具有范围从5,000ACFM到40,000ACFM的流动速率。
在某些实施例中，将废催化剂流引入到废催化剂传递管线中可包括将来自FCC反应器的废催化剂流引入到所述废催化剂传递管线中。在某些实施例中，所述废催化剂流可为范围从10Mlb/hr到5000Mlb/hr的量。
在某些实施例中，所述方法可进一步包括组合所述气流与所述废催化剂流以形成废催化剂与气体的组合流。在某些实施例中，废催化剂与气体的组合跟随可为范围从10Mlb/h到5000Mlb/h的量，其中固体含量处于5吨/分钟到500吨/分钟的范围内。在某些实施例中，所述方法可进一步包括允许废催化剂流和气流通过催化剂立管进入再生器中。在某些实施例中，所述方法可进一步包括在再生器容器中再生废催化剂。
为了促进更好地理解本发明，给出以下具体实施例的实例。以下实例决不应理解为限制或限定本发明的范围。
实例
实例1
进行计算机模拟以测试在立管系统的废催化剂提升管部分中包含一组环的催化剂立管系统的分配效率。测量催化剂在废催化剂提升管中的分布和催化剂在再生器容器中的最终分布。将环装置放置在废催化剂提升管中导致固体在再生器床中的改善的分布、递送到再生器的固体-气体混合物的改善的密度及废催化剂提升管中的减小的颗粒气体分隔。废催化剂系统以全气体和固体流动速率及操作温度和压力在FCC操作条件下进行测试。
图5中示出描绘固体的颗粒滞留时间轮廓的图表。如可在图5中看出，在第二实施例中产生更均一的颗粒滞留时间分布，连同提升管中更均一的颗粒分布、减小的沿着提升管壁的颗粒回流，和颗粒在壁上的滞留时间的标准差的减小。
因此，结果表明本文所公开的催化剂立管比常规立管的性能水平高。
虽然参考实施方案和开发形式描述所述实施例，但将理解，这些实施例是说明性的，且本发明的主题的范围不限于此。许多变化、修改、添加和改善是可能的。
针对本文中描述为单个个例的组件、操作或结构可提供多个个例。总的来说，在示范性配置中呈现为分开的组件的结构和功能性可实施为组合结构或组件。类似地，呈现为单个组件的结构和功能性可实施为分开的组件。这些和其它变化、修改、添加和改善可属于本发明的主题的范围。

Claims (15)

1.一种催化剂立管流量分配器，包括水平区段、倾斜区段、竖直区段和分配器以及与水平区段第一末端相连的气体管线和废催化剂管线，其中所述竖直区段包括一个或多个环部分。
2.根据权利要求1所述的催化剂立管流量分配器，其中所述一个或多个环部分包括催化剂立管插入件。
3.根据权利要求2所述的催化剂立管流量分配器，其中所述催化剂立管插入件包括倾斜或楔形内表面。
4.根据权利要求2或3所述的催化剂立管流量分配器，其中所述催化剂立管插入件具有范围从0.25米到0.5米的内径和范围从0.5米到1米的外径。
5.根据权利要求2-4任一项所述的催化剂立管流量分配器，其中所述催化剂立管插入件具有范围从0.05米到0.1米的高度。
6.根据权利要求1所述的催化剂立管流量分配器，其中所述一个或多个环部分包括所述竖直区段的管状壁的突起。
7.根据权利要求6所述的催化剂立管流量分配器，其中所述突起延伸到所述竖直区段的中空内部中达所述中空内部的半径的0.2％到10％的范围内的距离。
8.根据权利要求6或7所述的催化剂立管流量分配器，其中所述突起具有范围从0.1米到0.15米的长度。
9.根据权利要求6-8任一项所述的催化剂立管流量分配器，其中所述突起覆盖所述催化剂立管的整个内圆周。
10.根据权利要求1-8任一项所述的催化剂立管流量分配器，其中所述竖直区段包括三个或更多个环部分。
11.根据权利要求1-10任一项所述的催化剂立管流量分配器，其中所述一个或多个环部分彼此至少隔开0.2个提升管直径和至多隔开10个提升管直径。
12.一种包括催化剂分配器系统和再生器容器的再生器系统，所述催化剂分配器系统包括权利要求1-11任一项所述的催化剂立管流量分配器。
13.根据权利要求12所述的再生器系统，其中所述催化剂立管流量分配器的竖直区段的一部分安置于所述再生器容器内。
14.一种方法，包括：
提供包括催化剂分配器系统和再生器容器的再生器系统，所述催化剂分配器系统包括权利要求1-11任一项所述的催化剂立管流量分配器；
将气流引入到所述催化剂立管流量分配器的气体管线中；以及
将废催化剂流引入到所述催化剂立管流量分配器的废催化剂管线中。
15.根据权利要求14所述的方法，进一步包括在所述再生器系统中再生所述废催化剂。
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