CN110582346A - 用于流化催化裂化装置的气体注入元件和配备有这种注入元件的气体分配系统 - Google Patents

用于流化催化裂化装置的气体注入元件和配备有这种注入元件的气体分配系统 Download PDF

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Abstract

一种用于将气体分配到流化催化裂化装置的腔体内部的系统的气体注入元件(10)。这种注入元件包括：端至端贯穿其的通路(14)；以及陶瓷材料的内部元件(20)，该陶瓷材料的内部元件的内表面(22)完全限定贯穿通路(14)；以及中空金属套管(30)，内部元件(20)的至少一部分被容纳在该套管内，套管(30)和内部元件(20)分别具有形状互补的内表面(32)和外表面(24)，以允许内部元件(20)相对于套管(30)沿平行于通路(14)的轴线(X)的方向移动，该内表面(32)和该外表面(24)设有固定元件(26，36)，这些固定元件协作以便可逆地固定套管和内部元件。

Description

用于流化催化裂化装置的气体注入元件和配备有这种注入元 件的气体分配系统
本发明涉及将气体，尤其空气或蒸汽注入到流化催化裂化(或FCC)装置中。本发明还涉及一种气体注入元件和一种配备有一个或多个气体注入元件的气体分配系统。
在FCC装置中，空气注入系统(空气格栅、空气环、再生器的管格栅)或蒸汽注入系统(尤其在汽提操作的情况下)通常配有允许控制气体流量的分布和喷射速度的注入喷嘴。这些元件受到在FCC装置中流通的催化剂的腐蚀。催化剂实际上或者通过被称为“颈缩(vena contracta)”的现象进入喷嘴内部，通过离开喷嘴的流体射流的文丘里效应而吸入催化剂，或者例如在低流量运行的情况下随着在喷嘴内部的催化剂流淌(pleurage)进入喷嘴内部。已经进入注入喷嘴中的催化剂通过流体射流从其中排出，从而导致喷嘴腐蚀。
已经设想了许多解决方案来限制这些腐蚀现象。一种解决方案是完全由陶瓷制成喷嘴。但这样的喷嘴易碎。另一种解决方案是用覆盖有一层硬质材料、例如司太立合金(stellite)的金属来制造喷嘴。此类喷嘴表现出良好的抗腐蚀性，但最终必须更换。
因此，这些分配系统的维护仍然需要在每次关闭后更换大量喷嘴(大约20％的喷嘴，在这种类型的装置中这对应于200多个喷嘴)。更换喷嘴是相对耗时的操作，因为喷嘴需要一个接一个地拆焊开。因此，如更换整个分配系统，定期地预期需要更换的喷嘴的数量以缩短维护工作。
因此，需要限制和减少对受到腐蚀的气体注入系统的维护。
为此，本发明的主题涉及一种用于将气体分配到流化催化裂化装置的腔体内部的系统的气体注入元件，所述注入元件包括端至端贯穿其的通路，
其特征在于，该注入元件包括：
-由陶瓷材料制成的内部元件，该内部元件的内表面限定了贯穿其整个长度的所述贯穿通路，
-中空金属套管，在该中空金属套管内部容纳至少一部分内部元件，
套管和内部元件分别具有内表面和外表面，这些表面具有互补的形状，以允许内部元件相对于套管沿平行于贯穿通路的轴线的方向移动，所述套管的内表面和内部元件的外表面设有固定元件，这些固定元件协作以可逆地固定套管和内部元件。
换言之，这些固定元件提供了套管与内部元件之间的非永久性(可拆卸)固定。这允许容易地更换限定了贯穿通路的内部元件，从而允许在磨损的情况下快速地更换内部元件。内部元件被容纳在套管内：因此，套管的内表面面向内部元件的外表面。特别地，内部元件的外表面与限定了贯穿通路的内表面相对。因此，应了解的是，这些表面(内部元件的内表面和外表面以及套管的内表面)平行于贯穿通路的轴线。
有利的是，内部元件的外表面和套管的内表面可以是旋转表面，尤其是圆柱形的，这些表面的旋转轴线与贯穿通路的轴线重合或平行。这允许套管和内部元件更容易地生产并且简化固定元件的设计。
因此，这些固定元件可以包括凸耳或凹口，这些凸耳或凹口分别与适当形状的凹槽或肋部协作，以允许在沿平行于旋转轴线的方向的平移运动和围绕旋转轴线旋转运动之后得到的固定状态与自由状态之间移动套管和内部元件。
因此，套管和内部元件可以通过连续的平移运动和旋转运动或者分别通过旋转运动和平移运动来非常简单地固定和拆卸。特别地，通过仅使内部元件相对于套管通过连续的平移运动和旋转运动进行移动，可以获得从一种状态到另一种状态的转变。因此，在其最简单的设计中，这种类型的固定可以类似于卡口或四分之一转式类型的固定。
套管可以有利地为圆柱形形状，以允许以非常简单的方式来生产。
有利的是，内部元件可以在其端部之一具有凸缘，该凸缘在固定状态下沿贯穿通路的轴线的方向抵靠套管的一端。因此，该凸缘形成能够改善这些部件就位的限位件。有利的是，该凸缘从套管的外表面垂直于贯穿通路的轴线延伸。
套管由金属材料制成，例如金属或合金，优选地不锈钢制成。
内部元件的陶瓷材料可以选自碳化硅SiC、碳化硼B4C、氮化硅Si3N4、氮化铝AlN、氮化硼BN、氧化铝Al2O3或这些的混合物。
有利的是，陶瓷材料是碳化硅SiC或包括碳化硅SiC，优选地包括多数量的碳化硅SiC，例如含量为60wt％至99.9wt％。碳化硅具有对于合理的制造成本的良好机械特性和物理特性的优点。
作为变型方案或可能的组合，陶瓷材料可以包括选自碳化硅SiC、碳化硼B4C、氮化硅Si3N4、氮化铝AlN、氮化硼BN、氧化铝Al2O3或这些的混合物的陶瓷基质，该陶瓷基质中掺有纤维，例如碳纤维或陶瓷纤维或这些的混合物。
于是，陶瓷材料是复合材料。这样的复合材料对于受到拉伸应力和剪切应力的注入器可能是有利的。特别地，纤维可以随机(伪各向同性)布置或各向异性布置。纤维的各向异性分配在特定区(例如旨在与另一种材料或另一种部件组装的端部区)中，或者在受到显著拉伸应力/剪切应力的区的情况下可以是有利的。当存在时，这些纤维可以占复合材料的0.1至10wt％。
碳纤维可以是具有石墨平面随纤维长度定向的碳纤维。
陶瓷纤维可以选自结晶氧化铝纤维、莫来石(3Al2O3,2SiO2)纤维、结晶或无定形碳化硅纤维、氧化锆纤维、二氧化硅-氧化铝纤维或这些的混合物。
优选地，复合陶瓷材料包括碳化硅SiC基质，其包含上述类型的纤维。优选地，这些纤维是碳化硅纤维。
有利地且非限制性地，陶瓷材料可以是烧结陶瓷材料。这可能尤其使内部元件更容易地生产。
在这种情况下，内部元件可以例如在适合于所生产的陶瓷类型的常规操作条件下，通过模制或挤出，然后通过烧制而形成。可能地，在烧制步骤之前进行干燥步骤。
有利的是，内部元件的内壁可以是光滑的，或者换言之，可以具有低的表面粗糙度。此类光滑的壁可以允许增大在内部元件内使用时的速度。
当陶瓷材料是烧结陶瓷材料时，可以获得此类光滑的壁。
有利地且非限制性地，内部元件可以由相对精细(例如，具有小于或等于500nm的平均粒径)的烧结粉末获得，这可以产生相对光滑的表面。
替代性地或此外，内部元件可以通过向主材料(例如，SiC)添加选自硼B、硅Si和碳C或其混合物的添加剂来获得，例如以从0.3wt％至2wt％变化的比例。在通过烧结粉末获得的SiC材料的情况下，这样的添加剂的添加可以允许降低孔隙率并因此降低粗糙度。
有利地且非限制性地，添加剂可以包括硼B、硅Si和碳C的混合物。因此，可以形成额外的SiC，其堵塞孔并因此降低粗糙度。
替代性地或此外，例如可以预期使用化学气相沉积(CVD)来额外沉积SiC的步骤。
本发明还涉及一种用于将气体分配到流体催化裂化装置的腔体内的系统，所述分配系统包括支撑壁，该支撑壁被刺穿有至少一个开孔并且限定了空腔的至少一部分，该支撑壁具有旨在与这个空腔中包含的气体相接触的第一面以及与该第一面相对的第二面。
通过举例，该支撑壁可以是格栅、刺孔板或可以限定管，尤其是弯曲和以环面的方式自身闭合的管，或者甚至限定多个交错的管(管格栅或空气环片)。
根据本发明，该分配系统包括至少一个如上所述的注入元件，该注入元件在开孔处联结至支撑壁，使得出自空腔的气体能够经由联结至套管的内部元件的通路穿过支撑壁朝向支撑壁的第二面流通，其中仅套管联结至支撑壁。
因此，应了解的是，内部元件可以容易地被拆卸，而不需要将套管从支撑壁分离，只要内部元件仅固定至套管上即可。这允许减少更换内部元件所需的时间。
有利的是，套管可以通过一端固定至支撑壁，特别是而不从所述支撑壁的第二面凸出。
作为变型方案或组合地，套管可以通过一端，尤其插入开孔中固定至支撑壁。
有利的是，在固定状态下，内部元件可以穿过所述开孔并且在其端部之一处具有抵靠套管的一端的凸缘。这可以使内部元件更容易地装配。
插入到开孔中的套管的一端接着可以抵靠所述内部元件的凸缘。
现在参照非限制性附图对本发明进行描述，在附图中：
-图1示出了根据一个实施方式的包括气体分配系统的腔体的截面的部分示意性描绘；
-图2示出了根据一个实施方式的注入元件的截面的部分示意性描绘；
-图3示出了图2沿线A-A的截面视图。
图1部分地描绘了腔体100，该腔体构成未完整描绘的流化催化裂化FCC装置的一部分。在此描绘的腔体是再生器的腔体，在该腔体中进行出自FCC装置(未示出)的反应器的催化剂上沉积的焦炭的燃烧。
腔体100中的催化剂形成流化床102。
分配系统1允许将空气并且因此将燃烧焦炭所需的氧气注入这个流化催化床102中。
这个分配系统1包括支撑壁，此处是穿孔板11，该支撑壁占据腔体100的整个截面并且支撑流化床102。因此，这个板与腔体的底壁一起限定了空气空腔103。通向这个空腔103的导管104允许供应加压空气。
因此，该板包括与空腔103的空气相接触的第一面105和与流化床102相接触的第二面106。
穿孔板11在此是钢板11a。该穿孔板可以在第二面106的一侧具有由复合材料形成的耐火涂层11b(图2所描绘)。这个耐火涂层例如通过将混凝土浇注到钢网(未描绘，例如呈蜂巢的形式，包括通过侧边彼此联结的多个六边形蜂网(“六角网”)等)而获得。
在板11的每个开孔13上安装了气体注入元件10，此处为空气注入喷嘴。
参见图2和图3来描述这个注入元件10。该注入元件包括端至端贯穿其的通路14，该通路14具有轴线X。因此，注入元件10以如下方式联结至支撑壁11，即，使得出自空腔103的气体可以经由贯穿通路14穿过支撑壁11朝向支撑壁的第二面106流通。
这个注入元件10进一步包括：
-由陶瓷材料制成的内部元件20，
-中空金属套管30，在该中空金属套管的内部容纳至少一部分内部元件20。
内部元件20包括内表面22和外表面24，该内表面在内部元件的整个长度限定了贯穿通路14。如图2和图3中可见的，这些内表面22和外表面24相对并且平行于贯穿通路14的轴线X延伸。
套管30包括内表面32和外表面34。这些内表面32和外表面34也相对并且平行于贯穿通路14的轴线X延伸。
套管30的内表面32和内部元件20的外表面24具有互补的形状，以允许内部元件20相对于套管30沿平行于贯穿通路的轴线X的方向移动。这些套管的内表面32和内部元件的外表面24还设有固定元件，这些固定元件协作以可逆地固定套管30和内部元件20。
总体上，无论哪种实施方式，尤其无论支撑壁11的形状如何，这些套管的内表面32和内部元件的外表面24被构造用于允许套管30和内部元件20在套管和内部元件的固定状态与这些元件的自由状态之间相对移动，在固定状态下，套管和内部元件是联结的，在自由状态下，套管和内部元件可以彼此分开。优选地，通过内部元件20的移动和套管30保持固定来获得从一种状态到另一种状态的转变。
在所描绘的实例中，内部元件20的外表面24和套管30的内表面32是旋转表面，此处为圆柱形的，这些表面的旋转轴线与贯穿通路的轴线X重合或平行，此处为重合。
在此实例中，应注意的是，内部元件20在其大部分长度上是圆柱形的(仅其端部之一21变窄)，套管30完全是圆柱形的。
还应注意的是，套管30仅在其一部分长度上环绕内部元件20。然而，本发明不限于套管30和内部元件20的特定长度和形状，只要它们可以彼此联结/分离即可。
因此，通常，当内部元件20被容纳在套管30的内部时，内部元件20的外表面24面向套管30的内表面32。
在所描绘的实例中，将内部元件20联结至套管30上的固定元件包括凸耳或凹口，凸耳或凹口分别与适合形状的凹槽或肋部协作，以允许在沿平行于旋转轴线的方向的平移运动和围绕旋转轴线旋转运动之后得到的固定状态与自由状态之间移动套管和内部元件。
更具体地，在这个实例中，套管30具有凸耳36，这些凸耳垂直于旋转轴线X在凸耳的方向上(径向地)从内表面32凸出。这些凸耳36与设置在内部元件20的外表面24中的凹槽26协作。这些凹槽26例如是L形的，其中一部分(图3中可见)从内部元件20的一端21平行于轴线X延伸，以允许内部元件20沿轴线X平移而插入套管30的内部，凹槽26的端部以直角(图2)转向，以允许内部元件20相对于套管30旋转并被锁定。图3描绘了在内部元件20旋转之前内部元件和套管的横截面视图，而图2是旋转后的描绘。因此，在图3描绘的第一相对位置时，内部元件20可以通过沿着轴线X的平移运动，使凸耳36沿着凹槽26的第一部分平行于轴线X且在这些凹槽26的内部滑动，来从套管30中取出/插入套管的内部。在图2描绘的第二相对位置中，凸耳36位于凹槽26的第二部分中，该部分在垂直于轴线X的平面中延伸：使得套管30与内部元件20之间唯一可能的运动是围绕X旋转。换言之，图3中描绘的截面是沿图2中描绘的A-A的截面，但是图3中描绘的内部元件20处于与图2中描绘的不同的位置。因此应了解的是，从图2描绘的位置，能够将内部元件20相对于轴线X枢转，以便使内部元件进入图3描绘的位置，从而允许通过平行于轴线X的平移运动来将内部元件从套管30取出。
本发明不限于这个特定实施方式：凸耳36可以形成内部元件20的一部分，且凹槽26可以在套管30上形成。还可以设想用凹口来替换凸耳，凹口不再与凹槽协作，而是与平行于轴线X的肋部协作，并且其长度被选择成使得这些部分相对于彼此的旋转允许肋部的端部支承在另一部分的无凹口外围上。本发明也不限于特定数量的肋部/凹槽和凹口/凸耳，还可以将这些不同的实施方式组合。
应注意的是，在所描绘的实例中，套管30的一端33以如下方式联结至支撑壁11，即，使得不从所述支撑的第二面106凸出。
在该实例中，这个端部31插入支撑壁11中的开孔13中并通过焊线35固定到支撑壁上。此处，套管的外表面34焊接至支撑壁11。
此外，内部元件20具有设有凸缘25的端部23，当内部元件和套管30两个元件处于固定状态时，该凸缘在此沿轴线X的方向抵靠套管30的端部33。在该实例中，这个凸缘25抵靠涂层12并与之齐平(参见图2)。本发明不限于这个特定实施方式；凸缘可以更大并支承在第二面106上。内部元件同样可以没有凸缘25。
应注意的是，在固定状态下，仅将套管30联结至支撑壁11，使得通过适当的运动可以容易地更换内部元件20。
已经参照FCC装置的再生器中的空气分配系统描述了气体注入元件。本发明不限于这个实施方式；气体分配系统同样可以是FCC装置的反应器的汽提区或FCC装置的任何其他气体或蒸汽注入元件中的蒸汽分配系统。

Claims (10)

1.一种用于将气体分配到流化催化裂化装置的腔体内部的系统(1)的气体注入元件(10)，所述注入元件包括贯穿其的通路(14)，
其特征在于，该注入元件包括：
-由陶瓷材料制成的内部元件(20)，该内部元件的内表面(22)在其整个长度上限定了所述贯穿通路(14)，所述内部元件(20)具有与所述内表面(22)相对的外表面(24)，
-中空金属套管(30)，其具有内表面(32)，在该中空金属套管内部容纳至少一部分内部元件(20)，套管的内表面(32)面向内部元件(20)的外表面(24)，
套管的内表面(32)和内部元件(20)的外表面(24)具有互补的形状，以允许内部元件(20)相对于套管(30)沿平行于贯穿通路的轴线(X)的方向移动，所述套管的内表面(32)和内部元件的外表面(24)设有固定元件(26，36)，这些固定元件协作以可逆地固定套管和内部元件。
2.如权利要求1所述的气体注入元件(10)，其特征在于，内部元件(20)的外表面(24)和套管(30)的内表面(32)是旋转表面，尤其是圆柱形的，这些表面的旋转轴线与贯穿通路(14)的轴线(X)重合或平行。
3.如权利要求2所述的气体注入元件(10)，其特征在于，这些固定元件包括凸耳(36)或凹口，这些凸耳或凹口分别与适当形状的凹槽(26)或肋部协作，以允许在沿平行于旋转轴线的方向的平移运动和围绕旋转轴线旋转运动之后得到的固定状态与自由状态之间移动套管(30)和内部(20)元件。
4.如权利要求1至3中任一项所述的气体注入元件(10)，其特征在于，套管(30)具有圆柱形形状。
5.如权利要求1至4中任一项所述的气体注入元件(10)，其特征在于，该内部元件(20)在其端部之一(23)处具有凸缘(25)，在固定状态下，该凸缘沿贯穿通路的轴线方向抵靠套管(30)的端部(33)。
6.如权利要求1至5中任一项所述的气体注入元件(10)，其特征在于，该陶瓷材料选自碳化硅SiC、碳化硼B4C、氮化硅Si3N4、氮化铝AlN、氮化硼BN、氧化铝Al2O3或这些的混合物。
7.如权利要求1至5中任一项所述的气体注入元件(10)，其特征在于，该陶瓷材料包括选自碳化硅SiC、碳化硼B4C、氮化硅Si3N4、氮化铝AlN、氮化硼BN、氧化铝Al2O3或这些的混合物的陶瓷基质，该陶瓷基质中掺有选自碳纤维和陶瓷纤维的纤维，陶瓷纤维是例如选自结晶氧化铝纤维、莫来石纤维、结晶或无定形碳化硅纤维、氧化锆纤维、二氧化硅-氧化铝纤维或这些的混合物。
8.一种用于将气体分配到气体催化裂化装置的腔体(100)内部的系统(1)，所述分配系统包括支撑壁(11)，该支撑壁被刺穿有至少一个开孔(13)并且限定了空腔(103)的至少一部分，支撑壁(11)具有旨在与该空腔中包含的气体相接触的第一面(105)以及与第一面相对的第二面(106)，
其特征在于，该分配系统包括至少一个如权利要求1至7中任一项所述的注入元件(10)，该注入元件(10)在该开孔(13)处联结至支撑壁(11)，使得出自空腔(103)的气体能够经由联结至套管(30)的内部元件(20)的通路(14)穿过支撑壁(11)朝向支撑壁的第二面(106)流通，仅套管(30)联结至支撑壁(11)。
9.如权利要求8所述的气体分配系统(1)，其特征在于，套管的端部(33)联结至支撑壁(11)而不从所述支撑壁的第二面(106)凸出。
10.如权利要求8或9所述的气体分配系统(1)，其特征在于，套管的端部(33)插入该开孔(13)中。
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