CN1208433C - 流化催化裂化装置待生催化剂分配器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于石油化工行业流化催化裂化装置的待生催化剂分配器，以解决现有的待生催化剂分配器所存在的分配均匀性较差的问题。它包括一个水平设置的流通主管(2)，流通主管与待生催化剂引入管线(8)的出口相连的入口(201)端沿流通主管的轴向设有催化剂输送风管(5)和流化风管(6)，流化风管设于输送风管的下方。流通主管的两侧分别设有水平或倾斜向下设置的流通支管(3)，流通支管的一端与流通主管相连，另一端为其出口(302)。流通支管的下部管壁上设有耐磨喷嘴(4)，耐磨喷嘴出口向下设置。本发明的一个特例是流通支管垂直向下设置于流通主管的下部。本发明的分配器可以将待生催化剂更为均匀地分配于再生器中。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于石油化工行业烃类原料流化催化裂化装置的待生催化剂分配器。
背景技术
在石油化工行业的流化催化裂化(即FCC)装置中，在提升管反应器中反应过的催化剂经旋风分离器分离后进入汽提段，用汽提蒸汽从催化剂上脱除大部分的附着油气；然后这部分催化剂(即待生催化剂)再经过待生催化剂引入管线(指待生斜管或待生立管)进入再生器，经烧焦再生后，重新进入提升管反应器与原料油进行反应，从而完成整个循环。在我国的部分流化催化裂化装置中，汽提后的催化剂没有经过任何分配就直接从待生催化剂引入管线进入再生器的一侧，在再生器中的分布及烧焦很不均匀，严重影响了催化剂的再生效果与再生催化剂的含碳量分布，从而也影响了提升管反应深度的均匀性及产品质量。特别是近年来，流化催化裂化装置向大型化发展，处理量由原来的1.0百万吨/年发展到3.5百万吨/年；再生器的直径一般都很大，从5米到10米不等，催化剂的径向分布更成为一个值得考虑的重要问题。具体来说，一方面，再生器中待生催化剂进口侧的再生催化剂含碳量明显高于其对面部位的再生催化剂含碳量，而且在烧焦的过程中，由于进口侧的碳较多，从而使烧焦产生的热量也较多，因此该部位的温度也较其它部位的温度高，使再生器内的径向温差较大，有的再生器径向温差可达几十摄氏度。另一方面，由于待生催化剂在再生器中分布不均匀，还可能导致部分催化剂因缺少氧气而未被完全还原(指再生催化剂含碳量高于其平均值)就直接进入提升管反应器的情况，从而直接影响了催化反应能力与产品的质量。第三，由于催化剂的分配不均，导致密相催化剂床中的一氧化碳与氧气在稀相催化剂床中混合而燃烧，产生稀相尾燃；稀相温度急剧上升，比密相催化剂床中的温度高几十度以上，从而对该部分设备的耐温及强度问题提出了较高的要求，或由此导致再生器稀相段内设备的损坏。因此，开发待生催化剂分配器、将待生催化剂均匀分配于再生器，对减少再生器内的径向温差、消除稀相尾燃、稳定与提高催化反应能力和产品质量，有着十分重要的意义。待生催化剂良好的径向分布还可充分利用气固初始接触时的最大浓度差，提高传递速率，从而提高烧焦能力。
目前，国外有一些关于流化催化裂化装置待生催化剂分配器方面的专利，如美国专利USP5773378和USP5635140。USP5635140所述的分配器是，待生催化剂经待生催化剂引入管线进入待生催化剂分配器的套筒，然后向上输送至位于套筒上部的槽臂。该分配器一般设有六个向下倾斜的槽臂，每个槽臂是一个催化剂流动槽。待生催化剂主要从各槽臂的端部出口流出进入再生器，而各槽臂的下方待生催化剂的分布较差。USP5773378专利描述的是，待生催化剂由再生器的侧面进入再生器，待生催化剂分配器与待生催化剂引入管线的出口相连，通过供气管线通入空气把待生催化剂由待生催化剂引入管线输送到分配器的水平管，然后向下输送至一个与水平管相连的垂直管段。在一种具体实施方式中，待生催化剂通过设置在垂直管段下部的典型地设置为六个的倾斜向下的臂端部的出口进入再生器内；由于催化剂只能从各臂端部出口流入再生器，在分配器自身半径范围内无催化剂下落，所以待生催化剂的分配均匀性有限。因此，导致该专利的再生器排出的再生烟气中氧气含量保持在2体积％，再生催化剂上的残炭含量为0.05重量％，烧焦效果还不是很理想。再生催化剂含碳量较高会导致催化剂的活性降低等一系列问题。因此，对于待生催化剂分配器的分配效果还需要提高。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：上述现有的待生催化剂分配器所存在的待生催化剂的分配均匀性较差，导致再生器的烧焦效果不理想、再生催化剂含碳量较高的问题。
为解决上述问题，本发明采用的技术方案是：一种流化催化裂化装置待生催化剂分配器，包括一个水平设置的流通主管，流通主管的一端为入口，与待生催化剂引入管线的出口相连，其特征在于：流通主管的入口端沿流通主管的轴向设有催化剂输送风管和流化风管，流化风管设于输送风管的下方，流通主管的两侧分别至少设有一个流通支管，流通支管的一端与流通主管相连，另一端为出口，流通支管水平或倾斜向下设置，流通支管的下部管壁上设有耐磨喷嘴，耐磨喷嘴出口向下设置。
作为本发明特例的一种流化催化裂化装置待生催化剂分配器，包括一个水平设置的流通主管，流通主管的一端为入口，与待生催化剂引入管线的出口相连，其特征在于：流通主管的入口端沿流通主管的轴向设有催化剂输送风管和流化风管，流化风管设于输送风管的下方，流通主管的下部至少设有一个垂直向下的流通支管，流通支管的上端与流通主管相连，下端为出口，流通支管在与通过流通主管轴心线的垂直平面相对的两侧管壁上设有耐磨喷嘴，耐磨喷嘴出口倾斜向下设置。
采用本发明，可取得如下的有益效果：本发明的待生催化剂分配器设于流化催化裂化装置的再生器内，待生催化剂经待生催化剂引入管线的出口进入待生催化剂分配器后，在由催化剂输送风管和流化风管通入的输送风和流化风的作用下，在分配器的流通主管中呈流化状态流动(输送风的作用是将待生催化剂由流通主管与待生催化剂引入管线的出口相连的入口端输送至该管的另一端，流化风的作用是使催化剂在分配器中始终处于流化状态)，使待生催化剂在进入再生器后首先在其直径方向上有一定的分配。流通主管中的待生催化剂再分别流入流通主管两侧的各流通支管，然后由各流通支管端部的出口和流通支管下部管壁上设置的多个耐磨喷嘴的出口流出，进入再生器。这样，使待生催化剂可以在再生器的整个横截面上更为均匀地分布。作为本发明特例的一种流通主管的下部设置垂直向下的流通支管的待生催化剂分配器，也具有类似的分配效果。上述待生催化剂的分配情况将在具体实施方式部分结合附图和分配器的操作过程进行进一步的说明。
由于待生催化剂经本发明的待生催化剂分配器分配后，能够更加均匀地进入再生器进行烧焦，所以待生催化剂可以在再生器内均匀燃烧，以实现完全再生。可显著地降低再生器内的径向温差以及再生器内各区域的温差，提高催化剂的再生质量，抑制并防止再生器稀相段发生尾燃，减少二次燃烧，并可增加再生系统的操作稳定性与操作弹性。还能够提高再生器的烧焦强度，降低再生催化剂的含碳量，从而使催化剂的催化能力保持在较高的水平上。同现有的待生催化剂分配器(如USP5773378所述)相比，以流化催化裂化分子筛催化剂的再生情况为例来说，在目前工业上通常采用的再生操作条件下，可将待生催化剂在再生器内的分布均匀度提高30％，再生器内部的径向温差可降低到10℃以内。待生催化剂经再生烧焦后，再生催化剂的含碳量小于0.03重量％。其中，待生催化剂在再生器内的分布均匀度是再生器边壁的催化剂含碳量(重量％)减去再生器中心的催化剂含碳量(重量％)，其差值与再生器中心的催化剂含碳量(重量％)的比值(以百分数表示)。目前工业上通常采用的再生操作条件(也是本发明所适用的再生操作条件)是：再生器的顶部压力为0.1至0.2MPa(表压)，顶部再生温度为670至690℃，再生器中密相催化剂床温度为660至665℃，密相催化剂床气体线速为0.6至0.9米/秒。此外，本发明的待生催化剂分配器还具有结构简单、操作方便的优点。
本发明的待生催化剂分配器，一般适用于直径小于15米的再生器。
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。
附图说明
图1是本发明的待生催化剂分配器在再生器轴向截面内布置的示意图。
图2是图1中待生催化剂分配器的俯视图，未示出再生器内主风分布器等部件。待生斜管断开，示出待生催化剂分配器的输送风管和流化风管。
图3是图1中的A-A向放大剖视图。
图4是图3中的B-B向放大剖视图，示出待生催化剂分配器的流通支管和耐磨喷嘴的剖面形状；流通支管的下部管壁上设有两排耐磨喷嘴。
图5是图4中的C-C向剖面图，示意出流通支管的一段及其所设的两个耐磨喷嘴。
图6是本发明的一种流通支管垂直向下设置的待生催化剂分配器在垂直于流通主管的轴心线的截面内的剖视图。
图7是图6中的D向视图，示意出流通主管的一段和一个流通支管。
具体实施方式
参见图1和图2，本发明的待生催化剂分配器1(简称为分配器)设于再生器10的中部。它包括一个水平设置的流通主管2，流通主管2的一端为入口201，与待生催化剂引入管线8(本实施方式中为待生斜管8)的出口相连，流通主管2的另一端202封闭。流通主管2沿再生器10的直径设置，其两端的下部分别由支架7支撑。流通主管2在再生器10内的长度一般为再生器10直径的0.7至0.98倍。考虑到热膨胀问题，其封闭端202与再生器10的器壁之间留有一定距离。流通主管2的直径一般为待生斜管8直径的0.5至1.5倍；当直径不相等时，两者用变径段相连接。
流通主管2与待生斜管8的出口相连的入口201端沿流通主管2的轴向设有催化剂输送风管5和流化风管6，流化风管6设于输送风管5的下方。催化剂输送风管5一般设置一个，设于流通主管2的轴心线上或轴心线的附近。输送风管5的一端501与供风装置相连，另一端为其出口502；出口502伸入流通主管2内，伸入长度为流通主管2长度的5％至20％。流化风管6的一端601与供风装置相连，另一端602封闭。由图1和图2可见，流化风管6伸入流通主管2内的长度基本上与流通主管2的长度相等。流化风管6的管壁上设有若干小孔(图略)，供流化风管6内的流化风流出；小孔的大小、形状、数量、开孔率，与现有的气体分布器的设计相类似。流化风管6可设置1至4个，最常用的是设置2至3个。如图1和图2所示的分配器，设置的是2个流化风管6。
流通主管2的两侧分别至少设有一个流通支管3，流通支管3的一端与流通主管2相连(一般采用焊接连接)，另一端为其出口302，参见图1、图3和图5。流通支管3水平或倾斜向下设置，并大致与流通主管2相垂直。一般来说，流通支管3的轴心线与水平面之间所成的夹角α最好为0°至70°(即0°≤α≤70°)，参见图3。流通主管2的两侧可分别设置多个流通支管3，设置个数由再生器10的直径加以确定。流通支管3的长度也由再生器10的直径加以确定，流通支管3的出口302距再生器10器壁的距离一般为150至1500毫米，而流通支管3的直径则取决于待生斜管8的直径。一般来说，流通支管3的总横截面积为流通主管2横截面积的0.5至1.0倍。如图1和图2所示的分配器1，其流通主管2的两侧分别设有4个流通支管3。
各流通支管3的下部管壁上分别设有多个耐磨喷嘴4，供分配器1内的待生催化剂流出。耐磨喷嘴4的材料可以是各种耐磨材料，如耐磨陶瓷、硬质合金等。如图3、图4和图5所示，耐磨喷嘴4一般为圆管形，其一端采用焊接等方法连接于流通支管3上，另一端为出口402。耐磨喷嘴4的长度一般为流通支管3直径的0.2至2倍。耐磨喷嘴4出口402向下设置；可以垂直向下，也可以倾斜向下。一般来说，耐磨喷嘴4的轴心线与流通支管3的轴心线之间所成的夹角β最好为10°至90°，参见图5。各流通支管3的下部管壁(指各流通支管轴心线以下的管壁)所设耐磨喷嘴4的直径及其总数量，则取决于待生催化剂分配器的开孔率。待生催化剂分配器的开孔率是耐磨喷嘴4的总横截面积与流通主管2的横截面积之比(以百分数表示)。对于本发明而言，待生催化剂分配器的开孔率可以为10％至90％，最好为30％至50％。在图3和图4中，分配器1的一个流通支管3的下部管壁上设置的是两排耐磨喷嘴4(见图4)，每排为4个。
下面对本发明待生催化剂分配器的操作过程进行说明。参照图1以及图2、图3、图4和图5，在流化催化裂化装置反应部分反应后的待生催化剂经汽提蒸汽汽提后通过待生斜管8进入再生器10进行再生。待生催化剂经待生斜管8流入本发明待生催化剂分配器1的流通主管2，在由催化剂输送风管5和流化风管6通入的输送风和流化风的作用下(注：输送风和流化风均为空气)，待生催化剂在流通主管2内呈流化状态流动，并经分配器1的各流通支管3端部的出口302和各流通支管3下部管壁上设置的多个耐磨喷嘴4的出口402均匀流入再生器10的各个象限内，在再生器10的整个横截面区域内均匀分布。再生器10的下部装有主风分布器11，用来引入主风，如图1中的箭头所示。待生催化剂在再生器10内呈鼓泡床流化状态，与主风逆向均匀接触进行烧焦；待生催化剂在这个过程中得以完全再生，充分恢复其活性。再生烟气经旋风分离器12分离出夹带的催化剂后，经烟气集合管13排出再生器外，如图1中的箭头所示。再生后的催化剂经再生斜管9流入提升管，在预提升气的作用下，与原料油接触进行催化裂化反应。上述再生反应的条件如本发明说明书的有益效果部分所述。流化催化裂化装置反应部分的附图以及说明省略。
本发明待生催化剂分配器的一个特例是，流通支管3垂直向下设置于流通主管2的下部，亦即相当于图3中流通支管3的轴心线与水平面之间所成的夹角α为90°的情况。这种待生催化剂分配器，适用于直径较小的再生器(直径一般小于4米)。参见图6和图7，它同样包括一个水平设置的流通主管2，流通主管2的一端为入口，与待生斜管的出口相连，流通主管2的另一端封闭。流通主管2的入口端沿流通主管2的轴向设有催化剂输送风管5和流化风管6，流化风管6设于输送风管5的下方。上述内容与流通支管3水平或倾斜向下设置的分配器完全相同，可参照有关的附图及说明。
这种结构的分配器，其流通主管2的下部至少设有一个垂直向下的流通支管3。流通支管3的上端与流通主管2相连(一般采用焊接连接)，下端为出口302。流通主管2的下部可设置多个垂直向下的流通支管3，设置个数同样由再生器的直径加以确定。各流通支管3在流通主管2的长度方向上成单排布置(图略)。
流通支管3在与通过流通主管2轴心线的垂直平面相对的两侧管壁上设有耐磨喷嘴4，耐磨喷嘴4出口402倾斜向下设置。一般来说，耐磨喷嘴4的轴心线与流通支管3的轴心线之间所成的夹角γ最好为10°至70°，参见图6。所设耐磨喷嘴4的直径及其总数量，同样取决于待生催化剂分配器的开孔率。对于这种结构的分配器，待生催化剂分配器的开孔率同样可以为10％至90％，最好为30％至50％。在图6和图7中，分配器1的一个流通支管3的两侧管壁上各设有一排耐磨喷嘴4，每排为2个。
下面对这种结构的待生催化剂分配器的操作过程进行简要说明。参照图6和图7，在流化催化裂化装置反应部分反应后的待生催化剂经汽提蒸汽汽提后通过待生斜管流入待生催化剂分配器1的流通主管2，在由催化剂输送风管5和流化风管6通入的输送风和流化风的作用下，待生催化剂在流通主管2内呈流化状态流动，并经流通主管2下部垂直向下设置的流通支管3下端的出口302和流通支管3两侧管壁上设置的耐磨喷嘴4的出口402流出，均匀地分布于再生器中。催化剂的再生过程与上述流通支管水平或倾斜向下设置的分配器的情况相同，可参见有关的说明。
本发明的待生催化剂分配器，其流通主管、输送风管、流化风管、流通支管以及耐磨喷嘴一般为圆管形。各种管子以及耐磨喷嘴的直径均指其内径，有关的横截面积均根据内径计算。
在以上的具体实施方式中，待生催化剂引入管线均为待生斜管。待生催化剂引入管线还可以采用待生立管。采用待生立管时，其与待生催化剂分配器流通主管的连接、待生催化剂分配器及其各部件的结构、设置以及结构参数等，均与采用待生斜管时的情况相同。有关的附图和说明从略。
以上结合附图和具体实施方式对本发明待生催化剂分配器的结构和操作过程进行了详细的说明。但附图和具体实施方式以及所列举的一些结构参数只是对本发明待生催化剂分配器的结构及其变化进行举例说明，或是本发明的优选实施方式，并不限制本发明要求保护的范围。所属技术领域的技术人员可根据本发明说明书的说明或运用本技术领域的技术常识，对所述待生催化剂分配器进行各种部件结构、形状、数量或结构参数等方面的改变或选择，以满足各种具体的操作要求并取得有益的技术效果。
在本发明说明书中，用重量％表示重量百分含量，用体积％表示体积百分含量。本发明图2至图7各图中，所有未说明的附图标记的含义均与图1或其它有关附图中的相同。
本发明的待生催化剂分配器主要用于石油化工行业烃类原料流化催化裂化装置的再生器，以将待生催化剂更为均匀地分配于再生器中。本发明既可用于新建的流化催化裂化装置再生器的设计，也可用于已有的流化催化裂化装置再生器的改造。采用本发明，可有效地提高再生器的烧焦能力或烧焦负荷，降低装置生产成本，并可提高装置的处理量。
应用实例：
某流化催化裂化装置按照本发明图1所示的待生催化剂分配器的结构和设置方式对再生器进行改造(改造前，再生器内未设待生催化剂分配器)。来自于待生斜管的含碳量为1.2重％的待生催化剂进入待生催化剂分配器，经待生催化剂分配器均匀分配后进入再生器内进行烧焦。待生催化剂为市场上销售的RHZ-300型流化催化裂化催化剂。待生催化剂的分配过程和再生过程如具体实施方式部分所述。一些主要的操作条件和结构参数如下：
再生器的顶部压力为0.171MPa，再生器稀相催化剂床温度为680℃(改造前为695℃)，再生器密相催化剂床温度为665℃(改造前为675℃)。再生器直径为φ5000毫米。再生器密相催化剂床气体线速为0.7米/秒(改造前为0.8米/秒)，主风量为44000标准立方米/小时(改造前为52000标准立方米/小时)。待生催化剂分配器流通主管的直径为φ740毫米，在再生器内的长度为4000毫米。输送风管设置一根，直径为φ200毫米，输送风量为6500标准立方米/小时。流化风管设置2根，直径均为φ150毫米，开孔率为0.1％，总流化风量为1500标准立方米/小时。输送风和流化风均为空气。流通主管的两侧分别设有4个流通支管，流通支管共有8个。其中流通主管每侧中间的2个流通支管(共4个)的直径为φ300毫米，两端的2个流通支管(共4个)的直径为φ200毫米。各流通支管向下倾斜的角度(亦即各流通支管的轴心线与水平面之间所成的夹角α)均为30°。各流通支管的出口距再生器器壁的距离均为400毫米。各流通支管的下部管壁上均设置两排耐磨喷嘴(参照图4)，每排耐磨喷嘴的各耐磨喷嘴以相等的间距布置。所设耐磨喷嘴均为直径为φ30毫米的圆管形陶瓷喷嘴，总数量为300个。
再生后的催化剂含碳量为0.02重％。而再生器改造前，再生后的催化剂含碳量为0.07重％。
Claims (6)
1、一种流化催化裂化装置待生催化剂分配器，包括一个水平设置的流通主管(2)，流通主管(2)的一端为入口(201)，与待生催化剂引入管线(8)的出口相连，其特征在于：流通主管(2)的入口(201)端沿流通主管(2)的轴向设有催化剂输送风管(5)和流化风管(6)，流化风管(6)设于输送风管(5)的下方，输送风管(5)的出口(502)伸入流通主管(2)内的长度为流通主管(2)长度的5％至20％，流化风管(6)伸入流通主管(2)内的长度与流通主管(2)的长度相等，流通主管(2)的两侧分别至少设有一个流通支管(3)，流通支管(3)的一端与流通主管(2)相连，另一端为出口(302)，流通支管(3)水平或倾斜向下设置，并与流通主管(2)相垂直，流通支管(3)的轴心线与水平面之间所成的夹角为0°至70°，流通支管(3)的下部管壁上设有耐磨喷嘴(4)，耐磨喷嘴(4)出口(402)向下设置，耐磨喷嘴(4)的轴心线与流通支管(3)的轴心线之间所成的夹角为10°至90°。
2、根据权利要求1所述的待生催化剂分配器，其特征在于：待生催化剂分配器的开孔率为10％至90％。
3、根据权利要求2所述的待生催化剂分配器，其特征在于：待生催化剂分配器的开孔率为30％至50％。
4、一种流化催化裂化装置待生催化剂分配器，包括一个水平设置的流通主管(2)，流通主管(2)的一端为入口，与待生催化剂引入管线的出口相连，其特征在于：流通主管(2)的入口端沿流通主管(2)的轴向设有催化剂输送风管(5)和流化风管(6)，流化风管(6)设于输送风管(5)的下方，输送风管(5)的出口伸入流通主管(2)内的长度为流通主管(2)长度的5％至20％，流化风管(6)伸入流通主管(2)内的长度与流通主管(2)的长度相等，流通主管(2)的下部至少设有一个垂直向下的流通支管(3)，流通支管(3)的上端与流通主管(2)相连，下端为出口(302)，流通支管(3)在与通过流通主管(2)轴心线的垂直平面相对的两侧管壁上设有耐磨喷嘴(4)，耐磨喷嘴(4)出口(402)倾斜向下设置，耐磨喷嘴(4)的轴心线与流通支管(3)的轴心线之间所成的夹角为10°至70°。
5、根据权利要求4所述的待生催化剂分配器，其特征在于：待生催化剂分配器的开孔率为10％至90％。
6、根据权利要求5所述的待生催化剂分配器，其特征在于：待生催化剂分配器的开孔率为30％至50％。
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