CN117778053A - 外取热器及其应用、催化裂化装置及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种外取热器及其应用、一种催化裂化装置及其方法。该外取热器包括：筒体，所述筒体的内部设置有N个垂直换热管束，N为自然数且N≥10，以及双环管分布器，所述双环管分布器设置在所述垂直换热管束的下方且围绕所述筒体的中心轴环形设置；其中，当所述双环管分布器注入增压风时，通过调控所述双环管分布器的结构设置，使得经所述双环管分布器喷射的增压风在所述筒体内形成分界线，用于将所述筒体的内部分为中心区和环形区。本发明提供的外取热器不仅具有更好的布气均匀性和取热性能，还可以在更大的颗粒循环流率范围内保证颗粒的平稳流动和外取热器的稳定操作，使得外取热器兼具高传热效率和操作稳定性。

Description

外取热器及其应用、催化裂化装置及其方法

技术领域

本发明涉及石油化工技术领域，具体涉及一种外取热器及其应用、一种含有该外取热器的催化裂化装置及其方法。

背景技术

在催化裂化反应和催化剂再生过程中，维持系统的热平衡是最重要的工艺要求之一，即吸热的裂化反应过程所需的热量由放热的烧焦再生过程提供。随着催化裂化原料的重质化和劣质化，装置生焦量提高致使烧焦再生释放的热量不断增大，已经超过了反应系统所需的热量，因此，再生系统内需安装取热设备以实现系统的热平衡。

由于取热负荷调节灵活、适应性和可靠性更强，设置在再生器外的流化床取热器(简称外取热器)获得了更为广泛的应用。工业中应用的外取热器有很多型式，其中采用低气速的密相外取热器应用最为广泛，这主要由于其具有取热效率高、流化气体用量少、负荷调节灵活等优点。

相比内置于再生器密相床层的内取热器，外取热器可以较为灵活地调节取热的负荷。由于工业催化裂化装置原料性质、产品需求经常处于变化之中，因此这种更容易调节负荷的外取热器在炼油厂获得了更为广泛的应用。

通常，调节外取热器负荷的方法有三种：(a)调节表观气速，旨在改变取热管与床料之间的换热系数；(b)调节床层料位，旨在提高换热面积；(c)调节颗粒循环流率，通过改变热催化剂颗粒的停留时间改变换热温差。相比方法(a)和(b)，方法(c)由于操作方便，因此在现场工业装置中使用更为频繁。

为了实现流化床中床层物料与整体换热管壁面之间的高效传热，最重要的是促进颗粒在换热管壁面的频繁更新，避免换热管壁面出现长时间颗粒堆积(失流化)和脱空(长时间静止的空穴)现象，即整个床层必须保持较好的流化质量。由于换热管束的存在，外取热器改善流化质量和传热的最佳方式就是采用布气更为均匀的气体分布器。另一方面，受取热负荷调节的要求，很多外取热器的颗粒循环流率常常在一个很大的范围内频繁变化。

考虑到外取热器中存在较高的颗粒质量流率，能够在外取热器中使用的气体分布器只有环管分布器和树枝状分布器两种类型。目前，大多数外取热器中采用的气体分布器为单个环管分布器。但是，环管分布器存在结构单一、布气不均匀、死区大等缺点，对于直径较大的外取热器，这些问题更为突出。

也有一些外取热器中采用树枝状气体分布器，虽然它比环管分布器布气均匀性更好，但树枝状分布器结构复杂，其安装位置处的最小流通面积比往往比较小，当外取热器中颗粒循环流率较大时，很容易发生气液填料塔内类似的“液泛”现象，这种现象在流态化研究中也称为“固泛”现象。“固泛”是由于局部颗粒下行速度大于气泡上升速度而造成的，“固泛”的发生会阻碍催化剂颗粒的平稳向下流动，影响气固两相接触效果，进而造成外取热器中局部出现死床、操作不稳定、取热负荷大幅度下降等问题，严重时甚至造成装置非计划停工。

发明内容

本发明的目的是为了克服上述技术问题，提供一种外取热器及其应用、一种催化裂化装置及其方法，该外取热器具有较高的传热效率和取热能力，进而保证了含有该外取热器的催化裂化装置的长周期安全平稳运行。

为了实现上述目的，本发明第一方面提供一种外取热器，所述外取热器包括：筒体，所述筒体的内部设置有N个垂直换热管束，N为自然数且N≥10，以及双环管分布器，所述双环管分布器设置在所述垂直换热管束的下方且围绕所述筒体的中心轴环形设置；

其中，当所述双环管分布器注入增压风时，通过调控所述双环管分布器的结构设置，使得经所述双环管分布器喷射的增压风在所述筒体内形成分界线，用于将所述筒体的内部分为中心区和环形区。

优选地，所述双环管分布器选自设置高度不同的小环管分布器和大环管分布器，且所述小环管分布器和大环管分布器分别设置有向下喷射的第一喷嘴和第二喷嘴。

优选地，所述小环管分布器和大环管分布器的垂直距离为0.3-0.8m。

优选地，所述中心区的横截面面积S和环形区的横截面面积S’比为1：1-3。

本发明第二方面提供一种第一方面提供的外取热器在催化裂化工艺、煤化工工艺中的应用。

本发明第三方面提供一种催化裂化装置，所述催化裂化装置包括：依次连接的反应器、再生器和第一方面提供的外取热器；

其中，所述反应器用于将油品和催化剂接触并进行反应，得到油气产物和待生剂；所述再生器用于将所述待生剂进行再生，得到再生剂；所述外取热器用于在增压风均匀分布氛围中，将所述再生剂和换热介质进行换热，得到换热后再生剂。

本发明第四方面提供一种催化裂化的方法，所述方法在第三方面提供的催化裂化装置中进行；其中，所述方法包括以下步骤：

(1)将油品和催化剂接触并进行反应，得到油气产物和待生剂；

(2)将所述待生剂进行再生，得到再生剂；

(3)在增压风均匀分布氛围中，将所述再生剂和换热介质进行换热，得到换热后再生剂。

优选地，步骤(3)中，所述增压风的表观气速≥0.2m/s，优选为0.2-0.8m/s；所述再生剂的颗粒循环流率≤100kg/(m²·s)，优选为0-100kg/(m²·s)。

相比现有技术，本发明具有以下优势：

(1)本发明提供的外取热器，通过在垂直换热管束的下方设置有双环管分布器，使得外取热器不仅具有更好的布气均匀性和取热性能，还可以在更大的颗粒循环流率范围内保证颗粒的平稳流动和外取热器的稳定操作，使得外取热器兼具高传热效率和操作稳定性；尤其是通过调控双环管分布器中小环管分布器和大环管分布器的垂直距离，以及中心区和环形区的横截面面积比值，进一步提高增压风的布气均匀性和传热系数，并改善其操作稳定性；

(2)将本发明提供的外取热器用于催化裂化装置中，通过提高外取热的传热效率和取热能力，进而保障了催化裂化装置的长周期安全平稳运行。

附图说明

图1是本发明提供的一种外取热器的结构示意图，其中，箭头表示增压风的分布方向，虚线表示外取热器的中轴线；

图2是本发明提供的另一种外取热器的结构示意图，其中，箭头表示增压风的分布方向，虚线表示外取热器的中轴线；

图3(a)是本发明提供的一种外取热器的中心区和环形区的示意图；

图3(b)是本发明提供的一种外取热器中双环管分布器的俯视图；

图4是本发明提供的一种设置在小环管分布器上的第一喷嘴的结构示意图；

图5(a)是单环管分布器的俯视示意图；

图5(b)是树枝状分布器的俯视示意图；

图5(c)是本发明提供的一种双环管分布器的俯视示意图。

附图标记说明

1、筒体 2、垂直换热管束 3、小环管分布器 4、大环管分布器

5、颗粒进料管 6、气体出料管 7、气体进料管 8、颗粒出料管

9、第一喷嘴 10、小径段 11、扩径段 12、大径段

13、第二喷嘴 14、分界线

具体实施方式

在本文中所披露的范围的端点和任何值都不限于该精确的范围或值，这些范围或值应当理解为包含接近这些范围或值的值。对于数值范围来说，各个范围的端点值之间、各个范围的端点值和单独的点值之间，以及单独的点值之间可以彼此组合而得到一个或多个新的数值范围，这些数值范围应被视为在本文中具体公开。

在本发明中，没有特殊情况说明下，所述“第一”和“第二”既不表示先后次序，也不表对各个步骤或物料起限定作用，仅是用于区分这不是同一物料或步骤。例如，“第一喷嘴”和“第二喷嘴”仅用于表示这不是同一步骤。

在本发明中，没有特殊情况说明下，容器的顶部是指容器由上到下的0-10％的位置；容器的上部是指容器由上到下的10-40％的位置；容器的中部是指容器由上到下的40-60％的位置；容器的下部是指容器由上到下的60-90％的位置；容器的底部是指容器由上到下的90-100％的位置。

本发明第一方面提供一种外取热器的结构示意图如图1、图3所示，由图1可知，所述外取热器包括：筒体1，所述筒体1的内部设置有N个换热管束2，N为自然数且N≥10，以及双环管分布器，所述双环管分布器设置在所述垂直换热管束2下方且围绕所述筒体1的中心轴环形设置；

其中，当所述双环管分布器注入增压风时，通过调控所述双环管分布器的结构设置，使得经所述双环管分布器喷射的增压风在所述筒体1内形成分界线14，用于将所述筒体的内部分为中心区和环形区。

在本发明中，没有特殊情况说明下，所述分界线实质上是不存在的，只是通过调控双环管分布器的结构设置，使得经双环管分布器喷射的增压风形成的界限作为分界线。

在本发明中，没有特殊情况说明下，所述增压风是指压缩空气。

在本发明中，没有特殊情况说明下，所述垂直换热管束的数量依据具体工况进行调整，本发明在此不作赘述。

根据本发明，优选地，所述垂直换热管束用于将待换热颗粒和换热介质进行换热，得到换热后颗粒；所述双环管分布器用于将所述增压风在所述中心区和环形区均匀分布。

在本发明中，没有特殊情况说明下，所述换热介质是指饱和水，在换热过程中，垂直换热管束内的换热介质吸收了来自垂直换热管束外的待换热颗粒的热量后，部分饱和水转变成饱和蒸汽，同时降低了待换热颗粒的温度，即，得到换热后颗粒。

在本发明的一种具体实施方式中，如图1所示，所述垂直换热管束2均匀分布在所述筒体1的顶部。

根据本发明，如图1所示，优选地，所述双环管分布器选自设置高度不同的小环管分布器3和大环管分布器4，且所述小环管分布器3和大环管分布器4分别设置有向下喷射的第一喷嘴和第二喷嘴。

在本发明中，没有特殊情况说明下，所述双环管分布器选自设置高度不同的小环管分布器和大环管分布器是指沿外取热器筒体的高度，双环管分布器可以分为设置在上的小环管分布器和设置在下的大环管分布器，也可以分为设置在上的大环管分布器和设置在下的小环管分布器。

在本发明中，为避免设置在上的环管分布器的气体射流冲刷到设置在下的环管分布器，应使设置在下的环管分布器不属于设置在上的环管分布器的射流影响区。优选地，所述小环管分布器和大环管分布器的垂直距离≥0.3m，优选为0.3-0.8m，例如，0.3m、0.4m、0.5m、0.6m、0.7m、0.8m，以及任意两个数值组成的范围中的任意值。在本发明中，具体垂直距离取决于设置在上的环管分布器的喷嘴的尺寸和喷射速度的大小，当喷嘴的尺寸和喷射速度较小时，垂直距离较小，反之亦然。

在本发明中，没有特殊情况说明下，所述小环管分布器的中心径＜大环管分布器的中心径，且所述小环管分布器的外径＜所述大环管分布器的内径；其中，所述小环管分布器的中心径为所述小环管分布器的内径和外径的平均值；同理，所述大环管分布器的中心径为大环管分布器的内径和外径的平均值。

在本发明的一些实施方式中，优选地，所述小环管分布器的中心径＜所述中心区的直径＜所述大环管分布器的中心径＜所述筒体的内径。

在本发明的一些实施方式中，优选地，所述小环管分布器的中心径和所述中心区的直径的比值为0.4-0.8：1，例如，0.4:1、0.5:1、0.6:1、0.65：1、0.7:1、0.8:1，以及任意两个数值组成的范围中的任意值，优选为0.6-0.7：1。其目的是为了将小环管分布器上第一喷嘴流出的增压风尽可能均匀地注入到中心区内，从而实现增压风与换热后颗粒在该区域内的均匀接触。

在本发明的一些实施方式中，优选地，所述筒体的内径和所述中心区的直径的平均值与所述大环管分布器的中心径的比值为1：0.9-1.1，优选为1:0.9、1:0.95、1:1、1:1.05、1:1，以及任意两个数值组成的范围中的任意值，优选为1：0.95-1.05。同样，这样做的目的是将大环管分布器上第二喷嘴流出的增压风尽可能均匀地注入到环形区内，同样是为了实现增压风与换热后颗粒在该区域内的均匀接触。

在本发明的一些实施方式中，优选地，所述垂直换热管束2和设置在上的环管分布器的最短距离≥0.2m，优选为0.2-1m。

在本发明的一些实施方式中，优选地，所述中心区的横截面面积S和环形区的横截面面积S’比为1：1-3，例如，1:1、1:2、1:3，以及任意两个数值组成的范围中的任意值。

在本发明中，通入双环管分布器的增压风流量与中心区/环形区的横截面面积呈正比。优选地，通入所述小环管分布器的增压风流量Q与所述中心区的横截面面积S满足：Q＝a×S，其中，a＞0；通入所述大环管分布器的增压风流量Q’与所述环形区的横截面面积S’满足：Q’＝a’×S’，其中，a’＞0。

在本发明的一些实施方式中，优选地，通入所述小环管分布器的增压风流量Q与所述中心区的横截面面积S满足：Q＝a×S，其中，a选自0.1-0.5；通入所述大环管分布器的增压风流量Q’与所述环形区的横截面面积S’满足：Q’＝a’×S’，其中，a’选自0.1-0.5。

在本发明的一些实施方式中，优选地，通入所述小环管分布器的增压风流量Q、通入所述大环管分布器的增压风流量Q’、中心区的横截面面积S和环形区的横截面面积S’满足：

在本发明中，通入双环管分布器的增压风流量与第一喷嘴/第二喷嘴的数量呈正比。优选地，通入所述小环管分布器的增压风流量Q与第一喷嘴的数量N满足：Q＝b×N，其中，b＞0；通入所述大环管分布器的增压风流量Q’与第二喷嘴的数量N’满足：Q’＝b’×N’，其中，b’＞0。

在本发明中，没有特殊情况说明下，沿所述筒体的高度，所述小环管分布器可以设置在上，也可以设置在下；同理，所述大环管分布器可以设置在上，也可以设置在下。

在本发明的一些实施方式中，优选地，如图1所示，当所述小环管分布器3设置在所述大环管分布器4的上方，所述小环管分布器3设置有倾斜向内的第一喷嘴，所述大环管分布器4设置有倾斜向内和倾斜向外的第二喷嘴。这样设置，在保证高增压风分布均匀性和高传热效率的前提下，避免了设置在下的大环管分布器冲蚀磨损。

在本发明的一种具体实施方式，当小环管分布器设置在大环管分布器的上方时，小环管分布器的圆周上均匀设置有一圈向下喷射且倾斜向内的第一喷嘴；大环管分布器的圆周上均匀设置有一圈向下喷射且倾斜向内的第二喷嘴和一圈向下喷射且倾斜向外的第二喷嘴；其中，倾斜向内的第二喷嘴和倾斜向外的第二喷嘴间隔设置。

在本发明的一些实施方式中，优选地，如图2所示，当所述大环管分布器4设置在所述小环管分布器3的上方，所述大环管分布器4设置有倾斜向外的第二喷嘴，所述小环管分布器3设置有倾斜向内和倾斜向外的第一喷嘴。这样设置，在保证高增压风分布均匀性和高传热效率的前提下，避免了设置在下的小环管分布器冲蚀磨损。

在本发明的另一种具体实施方式，当大环管分布器设置在小环管分布器的上方时，大环管分布器的圆周上均匀设置有一圈向下喷射且倾斜向外的第二喷嘴；小环管分布器的圆周上均匀设置有一圈向下喷射且倾斜向内的第一喷嘴和一圈向下喷射且倾斜向外的第一喷嘴；其中，倾斜向内的第一喷嘴和倾斜向外的第一喷嘴间隔设置。

在本发明中，没有特殊情况说明下，倾斜向内是指喷嘴轴线的延伸线指向筒体的中轴线；倾斜向外是指喷嘴轴线的延伸线指向筒体的内壁。

在本发明的一些实施方式中，优选地，所述第一喷嘴的倾斜角α为20-50°，所述第二喷嘴的倾斜角α’为20-50°。其中，倾斜角是指喷嘴轴线和铅垂线的夹角。

在本发明的一些实施方式中，优选地，所述第一喷嘴和第二喷嘴分别贯穿所述小环管分布器和大环管分布器。

在本发明中，为保证布气均匀性。优选地，所述第一喷嘴和第二喷嘴各自独立地为双直径喷嘴；进一步优选地，沿所述增压风的流动方向，所述第一喷嘴和第二喷嘴各自独立地包括：小径段、可选的扩径段和大径段。

在本发明中，为保证布气均匀性并抑制颗粒磨损。所述增压风通过小径段的气速为30-70m/s，所述增压风通过大径段的气速为10-30m/s。

在本发明中，没有特殊情况说明下，所述双环管分布器上设置的第一喷嘴和第二喷嘴在外取热器的横截面上均匀分布，避免出现大面积无喷嘴的区域出现。

在本发明的一些实施方式中，优选地，所述小径段和大径段的内径比为1：1.3-2.5，例如，1:1.3、1:1.5、1:1.8、1:2、1:2.5，以及任意两个数值组成的范围中的任意值；所述小径段和大径段的长度比为1：2-10，例如，1:2、1:4、1:5、1:6、1:8、1:10，以及任意两个数值组成的范围中的任意值。

在本发明的一些实施方式中，优选地，所述扩径段的锥角＞90°，优选为120-180°，例如，120°、150°。其中，所述扩径段的锥角指所述扩径段和大径段的夹角。

本发明提供的一种设置在小环管分配器上的第一喷嘴的结构示意图如图4所示，由图4可知，第一喷嘴9贯穿小环管分配器，且第一喷嘴9为双直径喷嘴；沿增压风的流动方向，所述第一喷嘴9包括：小径段10、扩径段11和大径段12。

根据本发明，优选地，如图1所示，所述外热取热器还包括：设置在所述筒体1的顶部的颗粒进料管5和气体出料管6，以及设置在所述筒体1的底部的颗粒出料管8。

根据本发明，优选地，如图1所示，所述外取热器还包括：设置在所述筒体1的侧壁的2个气体进料管7，且所述气体进料管7连接所述双环管分布器。即，气体进料管7分别连接小环管分布器3和大环管分布器4。

本发明第二方面提供一种第一方面提供的外取热器在催化裂化工艺、煤化工工艺中的应用。

本发明第三方面提供一种催化裂化装置，所述催化裂化装置包括：依次连接的反应器、再生器和第一方面提供的外取热器；

其中，所述反应器用于将油品和催化剂接触并进行反应，得到油气产物和待生剂；所述再生器用于将所述待生剂进行再生，得到再生剂；所述外取热器用于在增压风均匀分布氛围中，将所述再生剂和换热介质进行换热，得到换热后再生剂。

根据本发明，优选地，所述外取热器还连接所述再生器，用于调控所述再生器的温度。

本发明第四方面提供一种催化裂化的方法，所述方法在第三方面提供的催化裂化装置中进行；其中，所述方法包括以下步骤：

(1)将油品和催化剂接触并进行反应，得到油气产物和待生剂；

(2)将所述待生剂进行再生，得到再生剂；

(3)在增压风均匀分布氛围中，将所述再生剂和换热介质进行换热，得到换热后再生剂。

在本发明的一些实施方式中，优选地，将步骤(3)得到的换热后再生剂返回步骤(2)用于调控所述再生的温度。

在本发明的一些实施方式中，优选地，步骤(3)中，所述增压风的表观气速≥0.2m/s，优选为0.2-0.8m/s；所述再生剂的颗粒循环流率≤100kg/(m²·s)，优选为0-100kg/(m²·s)。

在本发明中，没有特殊情况说明下，表观气速参数是指增压风工况总体积流量与外取热器的横截面积之比；颗粒循环流率参数是指单位时间内流经单位外取热器的横截面积上的颗粒(例如，再生剂)质量。

根据本发明一种特别优选的实施方式，一种外取热器，所述外取热器包括：筒体，所述筒体的内部设置有N个垂直换热管束，N为自然数且N≥10，以及双环管分布器，所述双环管分布器设置在所述垂直换热管束的下方且围绕所述筒体的中心轴环形设置；

其中，当所述双环管分布器注入增压风时，通过调控所述双环管分布器的结构设置，使得经所述双环管分布器喷射的增压风在所述筒体内形成分界线，用于将所述筒体的内部分为中心区和环形区；

其中，所述双环管分布器选自设置高度不同的小环管分布器和大环管分布器，且所述小环管分布器和大环管分布器分别设置有向下喷射的第一喷嘴和第二喷嘴；

其中，所述小环管分布器和大环管分布器的垂直距离为0.3-0.8m；

其中，所述小环管分布器的中心径和所述中心区的直径的比值为0.4-0.8：1；所述筒体的内径和所述中心区的直径的平均值与所述大环管分布器的中心径的比值为1：0.9-1.1；

其中，优选地，所述中心区的横截面面积S和环形区的横截面面积S’比为1：1-3。

以下将通过实施例对本发明进行详细描述。

示例1

本发明提供的一种外取热器的结构示意图如图1所示，由图1可知，该外取热器包括：筒体1、设置在筒体1的顶部的颗粒进料管5和气体出料管6，设置在筒体1的侧壁上的2个气体进料管，设置在筒体1的底部的颗粒出料管8，以及由上到下依次设置在筒体1的12个垂直换热管束2(外直径为40mm)、小环管分布器3和大环管分布器4；

其中，垂直换热管束2和设置在上的小环管分布器3的最短距离≥0.2m；

其中，小环管分布器3和大环管分布器4的垂直距离为0.3-0.8m；

其中，小环管分布器3的中心径和中心区的直径的比值为0.4-0.8：1；筒体1的内径和中心区的直径的平均值与大环管分布器4的中心径的比值为1：0.9-1.1；

其中，小环管分布器3的圆周上均匀设置有一圈向下喷射且倾斜向内的第一喷嘴9，大环管分布器4的圆周上均匀设置有一圈向下喷射且倾斜向内的第二喷嘴13，还设置有一圈向下喷射且倾斜向外的第二喷嘴13，且倾斜向内和倾斜向外的第二喷嘴交错设置；

其中，第一喷嘴的倾斜角α为20-50°，所述第二喷嘴的倾斜角α’为20-50°；

其中，第一喷嘴和第二喷嘴各自独立地为双直径喷嘴；沿增压风的流动方向，第一喷嘴和第二喷嘴均包括：小径段、扩径段和大径段，其中，小径段和大径段的内径比为1：1.3-2.5，长度比为1：2-10；扩径段的锥角为120-180°；

其中，中心区的横截面面积S和环形区的横截面面积S’比为1:3；通入小环管分布器的增压风流量Q和通入大环管分布器的增压风流量Q’比为1:3；增压风通过第一喷嘴和第二喷嘴的小径段的气速均为35-60m/s，增压风通过第一喷嘴和第二喷嘴的大径段的气速均为13-22m/s。

示例2

本发明提供的另一种外取热器的结构示意图如图2所示，与示例1不同的是，大环管分布器4设置在上，小环管分布器3设置在下；

其中，大环管分布器4的圆周上均匀设置有一圈向下喷射且下喷射且倾斜向外的第二喷嘴；小环管分布器3的圆周均匀设置有一圈向下喷射且倾斜向内的第一喷嘴，一圈向下喷射且倾斜向外的第一喷嘴，其中，倾斜向内的第一喷嘴和倾斜向外的第一喷嘴的交错设置；

其中，中心区的横截面面积S和环形区的横截面面积S’比为1:1；通入小环管分布器的增压风流量Q和通入大环管分布器的增压风流量Q’比为1:1。

实施例1

本发明提供的一种外取热器的结构示意图如图1所示，由图1可知，该外取热器包括：筒体1、设置在筒体1的顶部的颗粒进料管5和气体出料管6，设置在筒体1的侧壁上的2个气体进料管，设置在筒体1的底部的颗粒出料管8，以及由上到下依次设置在筒体1的12个垂直换热管束2(外直径为40mm)、小环管分布器3和大环管分布器4；

如图5(c)所示，小环管分布器3的圆周上均匀设置有一圈向下喷射且倾斜向内的10个第一喷嘴9，大环管分布器4的圆周上均匀设置有一圈向下喷射且倾斜向内的15个第二喷嘴13(见图中○标志)，设置有一圈向下喷射且倾斜向外的15个第二喷嘴13(见图中⊕标志)，且倾斜向内和倾斜向外的第二喷嘴交错设置；

其中，第一喷嘴的倾斜角α为45°，第一喷嘴中小径段和大径段的内径比为1：1.5，扩径段和大径段的夹角β为150°；第二喷嘴的倾斜角α’为45°，第二喷嘴中小径段和大径段的内径比为1:1.7，扩径段和大径段的夹角β为150°；

其中，垂直换热管束和设置在上的小环管分布器3的最短距离为0.2m；

其中，中心区的横截面面积S和环形区的横截面面积S’比为1:3；通入小环管分布器的增压风流量Q和通入大环管分布器的增压风流量Q’比为1:3；增压风通过第一喷嘴和第二喷嘴的小径段的气速均为35-60m/s，增压风通过第一喷嘴和第二喷嘴的大径段的气速均为13-22m/s。

对比例1

按照实施例1的外取热器，不同的是，外取热器的内部设置有单环管分布器，该单环管分布器的俯视示意图如图5(a)所示；

单环管分布器的直径为280mm，设置有24个向下喷射、倾斜向外的喷嘴，喷嘴的倾斜角为45°，喷嘴为双直径喷嘴，且喷嘴中小径段和大径段的内径比为1:1.7，扩径段和大径段的夹角β为150°。

对比例2

按照实施例1的外取热器，不同的是，外取热器的内部设置有树枝分布器，该树枝状分布器的俯视示意图如图5(b)所示；

该树枝状分布器设置有45个垂直向下的开孔。

测试例1

将实施例1和对比例1-2设置的外取热器进行传热性能和操作性能的测试，其中，测试结果列于表1。

表1

通过表1数据可知，相比对比例1采用单环管气体分布器，对比例2采用树枝状分布器具有较高的传热系数，提高幅度平均在15-25％。而实施例1采用双环管分布器，其传热性能不仅高于对比例1，而且也高于对比例2，即，相比对比例2，实施例1的平均传热系统进一步提高5％。

同时，在所测试的表观气速范围内，当颗粒循环流率增大到40-50kg/(m²·s)后，对比例2采用含树枝状分布器的外取热器，在树枝状分布器的设置处常会出现颗粒架桥、分布器下方脱空的现象，这时装置操作将出现大幅剧烈波动。相比之下，对比例1采用含单环管分布器的取热器和实施例1采用含双环管分布器的外取热器，在实验所能达到的最大颗粒循环流率范围内(0-100kg/(m²·s))均没有出现这种问题。

因此，采用本发明的提供的含双环管分布器的外取热器可以同时实现良好的传热性能和操作稳定性。

测试例2

将采用分别含有图5(a)、5(b)和5(c)的分布器的外取热器用于催化裂化装置，进行取热负荷性能测试。

处理量80万吨/年的工业催化裂化装置原设计有一个内径2.3m的密相下流型外取热器中，该外取热器采用了42根密集排布的垂直换热管束，底部采用的是一个圆周直径为1.8m的环管分布器，分布器上设置有104个斜向下、向外喷射的喷嘴，如图5(a)所示。在装置操作过程中，该外取热器的最大取热负荷远低于原设计值，外取热器内局部温度测量测得的温度会出现100-200℃的情况，这时常常伴随着取热器振动加剧和取热负荷大幅下降的情况。初步判断是内部局部出现死床或失流化，造成取热器性能和操作稳定性下降。

为了解决上述问题，将该外取热器底部的气体分布器改造成了类似催化裂化再生器的树枝状分布器，如图5(b)所示。改造完成后，催化剂循环量较低时外取热器内死床和振动的现象显著减缓，但当催化剂颗粒循环量升高到一定阶段后，依然会出现死床和振动的问题。

又对该外取热器的气体分布器进行了改造，采用了图5(c)所示的双环管分布器结构，小环管分布器直径为0.6m，设置有42个斜向下、向内喷射的气体喷嘴，大环管分布器直径为1.8m，设置有122个喷嘴，其喷射方向既有斜向下、向内喷射的，也有斜向下、向外喷射的；双环管分布器设置高度差为0.4m。含有双环管分布器的外取热器运行一年内，不仅外取热器的最大取热负荷相比原设计值增大了30％，而且无论颗粒循环量如何变化，均没有再出现严重死床和振动的问题，表明其取热性能和操作稳定性均有了显著的改善。

以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于此。在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，包括各个技术特征以任何其它的合适方式进行组合，这些简单变型和组合同样应当视为本发明所公开的内容，均属于本发明的保护范围。

Claims (11)

1.一种外取热器，其特征在于，所述外取热器包括：筒体，所述筒体的内部设置有N个垂直换热管束，N为自然数且N≥10，以及双环管分布器，所述双环管分布器设置在所述垂直换热管束的下方且围绕所述筒体的中心轴环形设置；

其中，当所述双环管分布器注入增压风时，通过调控所述双环管分布器的结构设置，使得经所述双环管分布器喷射的增压风在所述筒体内形成分界线，用于将所述筒体的内部分为中心区和环形区。

2.根据权利要求1所述的外取热器，其中，所述双环管分布器选自设置高度不同的小环管分布器和大环管分布器，且所述小环管分布器和大环管分布器分别设置有向下喷射的第一喷嘴和第二喷嘴；

优选地，所述小环管分布器和大环管分布器的垂直距离≥0.3m，优选为0.3-0.8m；

优选地，所述小环管分布器的中心径＜所述中心区的直径＜所述大环管分布器的中心径＜所述筒体的内径；

优选地，所述小环管分布器的中心径和所述中心区的直径的比值为0.4-0.8：1；所述筒体的内径和所述中心区的直径的平均值与所述大环管分布器的中心径的比值为1：0.9-1.1；

进一步优选地，所述小环管分布器的中心径和所述中心区的直径的比值为0.6-0.7：1；所述筒体的内径和所述中心区直径的平均值与所述大环管分布器的中心径的比值为1：0.95-1.05。

3.根据权利要求1或2所述的外取热器，其中，所述垂直换热管束和设置在上的环管分布器的最短距离≥0.2m，优选为0.2-1m；

优选地，所述垂直换热管束用于将待换热颗粒和换热介质进行换热，得到换热后颗粒；所述双环管分布器用于将所述增压风在所述中心区和环形区均匀分布。

4.根据权利要求2或3所述的外取热器，其中，所述中心区的横截面面积S和环形区的横截面面积S’比为1：1-3；

优选地，通入所述小环管分布器的增压风流量Q与所述中心区的横截面面积S满足：Q＝a×S，其中，a＞0，优选为0.1-0.5；通入所述大环管分布器的增压风流量Q’与所述环形区的横截面面积S’满足：Q’＝a’×S’，其中，a’＞0，优选为0.1-0.5；

优选地，通入所述小环管分布器的增压风流量Q、通入所述大环管分布器的增压风流量Q’、中心区的横截面面积S和环形区的横截面面积S’满足：

优选地，通入所述小环管分布器的增压风流量Q与第一喷嘴的数量N满足：Q＝b×N，其中，b＞0；通入所述大环管分布器的增压风流量Q’与第二喷嘴的量N’满足：Q’＝b’×N’，其中，b’＞0。

5.根据权利要求2-4中任意一项所述的外取热器，其中，当所述小环管分布器设置在所述大环管分布器的上方，所述小环管分布器设置有倾斜向内的第一喷嘴，所述大环管分布器设置有倾斜向内和倾斜向外的第二喷嘴；或者，

当所述大环管分布器设置在所述小环管分布器的上方，所述大环管分布器设置有倾斜向外的第二喷嘴，所述小环管分布器设置有倾斜向内和倾斜向外的第一喷嘴；

优选地，所述第一喷嘴的倾斜角α为20-50°，所述第二喷嘴的倾斜角α’为20-50°。

6.根据权利要求5所述的外取热器，其中，所述第一喷嘴和第二喷嘴分别贯穿所述小环管分布器和大环管分布器；

优选地，所述第一喷嘴和第二喷嘴各自独立地为双直径喷嘴；进一步优选地，沿所述增压风的流动方向，所述第一喷嘴和第二喷嘴各自独立地包括：小径段、可选的扩径段和大径段；

优选地，所述小径段和大径段的内径比为1：1.3-2.5；所述小径段和大径段的长度比为1：2-10；

优选地，所述扩径段的锥角＞90°，优选为120-180°。

7.根据权利要求1-6中任意一项所述的外取热器，其中，所述外热取热器还包括：设置在所述筒体的顶部的颗粒进料管和气体出料管，以及设置在所述筒体的底部的颗粒出料管；

优选地，所述外取热器还包括：设置在所述筒体的侧壁的2个气体进料管，且所述气体进料管连接所述双环管分布器。

8.权利要求1-7中任意一项所述的外取热器在催化裂化工艺、煤化工工艺中的应用。

9.一种催化裂化装置，其特征在于，所述催化裂化装置包括：依次连接的反应器、再生器和权利要求1-7中任意一项所述的外取热器；

其中，所述反应器用于将油品和催化剂接触并进行反应，得到油气产物和待生剂；所述再生器用于将所述待生剂进行再生，得到再生剂；所述外取热器用于在增压风均匀分布氛围中，将所述再生剂和换热介质进行换热，得到换热后再生剂；

优选地，所述外取热器还连接所述再生器，用于调控所述再生器的温度。

10.一种催化裂化的方法，其特征在于，所述方法在权利要求9所述的催化裂化装置中进行；其中，所述方法包括以下步骤：

(1)将油品和催化剂接触并进行反应，得到油气产物和待生剂；

(2)将所述待生剂进行再生，得到再生剂；

(3)在增压风均匀分布氛围中，将所述再生剂和换热介质进行换热，得到换热后再生剂。

11.根据权利要求10所述的方法，其中，步骤(3)中，所述增压风的表观气速≥0.2m/s，优选为0.2-0.8m/s；所述再生剂的颗粒循环流率≤100kg/(m²·s)，优选为0-100kg/(m²·s)。