CN1388212A - 一种用于催化裂化提升管反应器的油剂混合室 - Google Patents
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Abstract
一种用于催化裂化提升管反应器的油剂混合室,包含预提升管1、内输送管4、外输送管5、提升介质分布器8、10和11、烃油分布器3和6;预提升管和内输送管自下而上地同轴设置,两者之间为圆台状过渡段2;外输送管位于内输送管的外侧,并与内输送管同轴;外输送管的上部缩径后与提升管7相连,而其下部缩径后与圆台状过渡段2相连;烃油分布器3和6分别位于外输送管的下部和上部。本发明具有良好的油剂混合效果。
Description
本发明属于烃油催化裂化设备，更具体地说，是一种用于催化裂化提升管反应器的油剂混合室。
世界范围内原油价格的上涨使炼油企业的生存和发展受到严重影响，炼油业只能依靠规模效益和技术进步谋求发展。从长远的观点来看，催化裂化仍将是生产汽油燃料的主要手段之一，而对于柴油及化工原料，如气体烯烃、芳烃等的需求也将促进催化裂化工艺过程的发展。
提升管作为催化裂化反应器已有50年的历史。在这50年中，提升管反应器在工艺工程方面的进步主要体现在以下方面：烃油雾化喷嘴的设计、烃油沿提升管分段进料、激冷技术以及提升管出口油剂快速分离技术等；而关于提升管下部油剂初始接触段结构改进的报道并不是很多。
USP4820493公开了一种改进的油剂混合室。该混合室设置在提升管反应器的底部，且混合室内径略大于提升管内径；在混合室内沿轴向自下而上地设置提升介质导入管和催化剂内输送管；提升介质导入管、催化剂内输送管与混合室之间形成一环形空间，密相的再生催化剂充满该环形空间的下部；再生催化剂在环形空间上部压力及催化剂床层压力的作用下、经提升介质导入管与催化剂内输送管之间的缝隙进入催化剂内输送管，并在提升介质的作用下送入提升管。这种油剂混合室的设计虽然可以在一定程度上改善提升管内催化剂的流动状态，但由于混合室上部的气相压力不仅直接影响催化剂的循环量，而且还会影响再生斜管的下料量，造成装置的操作波动。
CN1174094A所公开的油剂混合室的结构与USP4820493相似，只是将再生催化剂的下料管浸没于催化剂密相床层中，从而避免了混合室内气相压力对再生催化剂下料量的直接影响，主要靠改变内输送管线速调节催化剂循环量。这种设计不可避免地会对提升管内催化剂的流动状况产生不良影响，使催化剂的径向分布更加不均匀。
USP5318691公开了一种可改善进料区油剂接触效果的结构设计。该设计使再生催化剂经一环形空间后进入减速区，由于减速区管道横截面积突然增大，导致催化剂密度增大、并呈涡旋流动；烃油经圆锥状的进料分布器、以较低的线速注入上述催化剂减速区中。在该设计中，由于烃油原料所接触到的催化剂呈密相分布，因而可以得到较为理想的雾化效果；催化剂呈涡旋流动虽可在一定程度上强化油剂接触效果，但不可避免地会造成催化剂返混，使部分新鲜的烃油原料与已积炭的催化剂接触，对产品选择性造成不良影响。
CN1217366A通过缩小提升管直径、增设轴切向二次提升风的方法，提高喷嘴区域的剂油接触效率，并采用缩颈结构防止边壁催化剂轴向滑落。但由于切向喷嘴数目及切向提升风流量的限制，对提升管内“边壁浓、中心稀”的流动状况只能起到一定的缓解作用，提升管催化剂径向分布不均的问题依然没有得到解决。
综上所述，现有技术中所公开的提升管油剂初始接触段的结构并未使得提升管内催化剂的流动状态得到明显改善，有的结构改进甚至会对提升管的反应性能造成不良影响。
本发明的目的在于提供一种新型的用于催化裂化提升管反应器的油剂混合室，该油剂混合室可使烃油和催化剂在提升管内的流动状态得到改善、提升管的反应性能得到优化。
本发明所提供的用于催化裂化提升管反应器的混合室包含以下构件：预提升管1、内输送管4、外输送管5、提升介质分布器8、10和11、烃油分布器3和6；其中，预提升管1和内输送管4自下而上地同轴设置，两者之间为圆台状过渡段2，且沿该圆台的圆周方向均匀开孔；外输送管位于内输送管的外侧，并与内输送管同轴，它们两者之间形成环形空腔；外输送管的上部缩径后与提升管7相连，而其下部缩径后与预提升管和内输送管之间的圆台状过渡段2相连；提升介质分布器8、10和11分别设置于内输送管、预提升管以及由内、外输送管所形成的环形空腔的底部；烃油分布器3和6分别设置于外输送管的下部和上部。
下面详细说明本发明所提供的油剂混合室的结构。
图1是本发明所提供的油剂混合室的结构示意图。
图2是本发明所提供的油剂混合室在催化裂化装置中的位置示意图。
如图1所示，本发明所提供的油剂混合室的下部为圆柱状的预提升管1，其高度与提升管有效长度的比值为1∶3～20，其直径与提升管平均直径的比值为1∶0.5～2。预提升管1与再生催化剂下料管9相连，且两者之间的夹角为20～60°。预提升管的下端密封，其上端通过圆台状的过渡段2与内输送管4相连。与提升介质供应管线相连的提升介质分布器10位于预提升管的底部，该分布器可采用任何适用于分散提升介质的分布器，例如，分布环、喷嘴、莲蓬头等。
预提升管1的上端与一圆台状的过渡段2相连。该过渡段的上端直径与内输送管的下端直径相同，而其下端直径与预提升管的直径相同，变径锥角θ为15～75°。该过渡段沿圆周方向均匀开孔，开孔面积与该过渡段外表面积的比值为1∶2～10。本发明对上述开孔的形状没有限制，圆孔、方孔、长方孔等均可。
内输送管4位于圆台状过渡段2的上部，它与圆台过渡段、预提升管是同轴设置的。内输送管的直径自下而上逐渐扩大，其下端直径与上端直径的比值为1∶1.2～2，优选1∶1.2～1.5。内输送管的高度与提升管有效长度的比值为1∶3～40，优选1∶10～30。
在内输送管内部设置与提升介质供应管线相连的提升介质分布器8，该分布器的下沿至内输送管底部的距离与内输送管下端直径的比值为0.2～1.5∶1。该分布器可采用任何适用于分散提升介质的分布器，例如，分布环、喷嘴、莲蓬头等。
外输送管5位于在内输送管4的外侧，并与内输送管同轴设置。外输送管5的直径与内输送管平均直径的比值为1.3～5∶1，优选1.5～3∶1；外输送管与内输送管的高度之比为1.1～3∶1，优选1.2～1.5∶1。外输送管的直径与提升管反应器7的平均直径之比为1.5～4∶1，优选1.5～3∶1。内输送管4和外输送管5之间形成一环形空腔。外输送管的上部通过圆台状的缩径段5a与提升管7相连，变径锥角α为30～50°。外输送管的下部通过圆台状的缩径段5b与预提升管1和内输送管4之间的圆台状过渡段2相连，变径锥角β为30～50°。
在内输送管4和外输送管5所形成的环形空腔的底部设置提升介质分布器11，该分布器与提升介质供应管线相连。该分布器可采用任何适用于分散提升介质的分布器，例如，分布环、喷嘴、莲蓬头等。
烃油分布器3位于外输送管5的下部。该分布器应设置在提升介质分布器11的上方，其上端至提升介质分布器11的垂直距离与外输送管直径的比值为0.05～0.5，优选0.08～0.15。烃油分布器3可以是由3～20个沿圆周方向均匀分布的烃油雾化喷嘴组成的，也可以选用适于分散烃油的分布环、莲蓬头、筛板等型式的分布器。
烃油喷嘴6设置于内输送管4的上方、缩径段5a的下方，其与垂直方向的夹角γ为30～50°，优选40～50°。烃油分布器6可以由3～20个沿圆周方向均匀设置的喷嘴组成，该分布器可选用任何型式的高效雾化喷嘴，例如，LPC型喷嘴、KH型喷嘴等。
下面结合附图2进一步说明本发明提供的油剂混合室的工作方式。
如图2所示，来自再生器的高温再生催化剂经再生催化剂下料管9进入预提升管1中，提升介质，例如蒸汽和/或干气，经分布器10注入预提升管下部，提升再生催化剂，使之加速向上流动。一部分再生催化剂经圆台状过渡段2进入内输送管4中，提升介质经分布器8注入内输送管，使该管内的催化剂继续加速向上流动；另一部分催化剂经圆台状过渡段2上的开孔进入环形空腔中，提升介质经分布器11注入该环形空腔，以利于催化剂的流化、输送。烃油原料经喷嘴3注入环形空腔，与空腔内的催化剂接触，并在催化裂化反应条件下进行反应，反应油气和催化剂的混合物沿环形空腔向上流动。烃油分布器3可根据生产方案的要求选择注入不同性质的烃油原料，也可以仅注入适量的保护蒸汽，而不注入烃油原料。在外输送管的上部，来自环形空腔的油剂混合物与来自内输送管的催化剂汇合；与此同时，烃油原料经喷嘴6注入，与上述物流混合，并在催化裂化反应条件下进行反应。反应物流继续向上流动，并进入提升管反应器7中。反应物流流经提升管反应器后，通过提升管出口粗旋12和旋分器13分离反应油气和反应后积炭的催化剂，油气引入后续分离系统，进一步分离为各种产品。积炭的催化剂进入汽提器14，经水蒸汽汽提后，通过待生管线15送入再生器烧焦再生，再生后的催化剂经下料管9返回预提升管1循环使用。
与现有技术相比，本发明的有益效果主要体现在以下几个方面：
1.本发明可改善油剂接触效果、为烃油的催化裂化反应创造良好的初始反应条件。在本发明中，内输送管的直径自下而上逐渐增大，使得该管出口处的气体线速降低、催化剂的密度提高；此外，环形空腔内的催化剂在提升介质的作用下，以较高的流速沿边壁进入外输送管上部，可以防止该区域内的催化剂沿边壁轴向滑落。由于存在上述两方面的影响，由外输送管上部注入的烃油原料所接触到的是避免轴向滑落的密度较高的催化剂物流，这样既有利于烃油原料的雾化，又可以使反应选择性得到提高。
2.本发明可使提升管内催化剂物流的径向分布更加均匀。由于本发明在油剂混合室的出口处适当缩径，然后再与提升管反应器相连。这种设计可提高提升管入口线速，并在一定程度上防止催化剂轴向滑落，使提升管内催化剂的径向分布更加均匀。
3.本发明提供的油剂混合室可根据生产方案的要求灵活调整操作方式，从而提高目的产物的收率及其品质。
4.本发明提供的油剂混合室结构简单，易于制造，便于操作。
下面的实施例将对本发明予以进一步说明，但并不因此而使本发明受到任何限制。
实施例1
本实施例是在催化裂化中型装置上应用本发明所提供的油剂混合室所得到的试验结果。
该实施例中所使用的催化剂是由齐鲁石化公司催化剂厂工业生产的，商品牌号为DVR-1，其主要物化性质列于表1。原料油为大庆减压渣油，其性质列于表2。在处理量为0.24t/d的催化裂化中型装置上，采用本发明所提供的油剂混合室进行试验研究，反应部分的结构示意图参见附图2。主要试验步骤如下：来自再生器的高温再生催化剂经再生催化剂下料管9进入预提升管1中，在预提升蒸汽的作用下加速向上流动；一部分再生催化剂经圆台状过渡段2进入内输送管4中，并在提升介质的作用下继续向上流动；其余部分的再生催化剂经圆台状过渡段2上的开孔进入环形空腔中，并在提升蒸汽的作用下沿环形空腔向上流动；在外输送管的上部，来自环形空腔的催化剂与来自内输送管的催化剂汇合，原料油经喷嘴6注入，与催化剂接触并在催化裂化反应条件下进行反应；反应物流继续向上流动，并进入提升管反应器7中；反应物流流经提升管反应器后，通过提升管出口粗旋12和旋分器13分离反应油气和反应后积炭的催化剂，油气引入后续分离系统，进一步分离为各种产品，对它们分别进行计量、分析；积炭的催化剂进入沉降器14，经水蒸汽汽提后，通过待生管线15送入再生器烧焦再生，再生后的催化剂经下料管9返回预提升管1循环使用。主要操作条件、试验结果以及主要产品性质见表3。
对比例1
该对比例是在催化裂化中型装置上采用USP5318691中附图1所示的油剂混合结构所得到的试验结果。
试验所用的原料油、催化剂、主要操作条件以及试验步骤均与实施例相同，产品分布和主要产品性质见表3。
比较表3中实施例和对比例的试验结果，可以看出，在原料油、催化剂以及主要操作条件基本相同的前提下，采用本发明所提供的油剂混合室可以使产品分布得到改善，高价值产品的收率得到提高。说明本发明所提供的油剂混合室具有较理想的油剂接触效果，可以为烃油的催化裂化创造良好的初始反应条件。
表1
表2
表3
| 催化剂名称 | DVR-1 |
| 化学组成，重％Na2OAl2O3Fe2Q3堆积密度，kg/m3孔体积，cm3/g比表面，m2/g筛分组成，重％0～20μm20～40μm40～80μm80～100μm＞100μm催化剂微反活性(800℃，4h) | 0.1448.50.296700.412961.517.255.615.99.875 |
| 密度(20℃)，千克/米3运动粘度(100℃)，毫米2/秒残炭，重％凝点，℃元素组成，重％CHS重金属，ppmFeVNaCuNi馏程，℃初馏点10％500℃馏出率，V％ | 910.251.167.53788.8111.080.115.00.12.20.16.937842021 |
| 项目 | 实施例1 | 对比例1 |
| 主要操作条件： | ||
| 反应温度，℃ | 510 | 512 |
| 反应压力(表压)，kPa | 0.131 | 0.132 |
| 原料预热温度，℃ | 220 | 220 |
| 再生剂温度，℃ | 668 | 665 |
| 剂油比 | 7.4 | 6.5 |
| 反应时间，s | 2.6 | 3.1 |
| 产品分布，重％ | ||
| 干气 | 5.21 | 5.10 |
| 液化气 | 12.97 | 13.98 |
| 汽油 | 42.93 | 41.92 |
| 柴油 | 24.09 | 22.97 |
| 重油 | 5.53 | 5.64 |
| 焦炭 | 8.9 | 10.08 |
| 损失 | 0.37 | 0.31 |
| 转化率，重％ | 70.38 | 71.39 |
| 轻质油收率，重％ | 67.02 | 64.89 |
| 主要产品性质： | ||
| 汽油密度，g/cm3 | 0.7221 | 0.7224 |
| 汽油RON | 90.4 | 90.6 |
| MON | 78.6 | 78.7 |
| 柴油密度，g/cm3 | 0.8745 | 0.8703 |
| 柴油凝点，℃ | -3 | -1 |
Claims (10)
1、一种用于催化裂化提升管反应器的油剂混合室，其特征在于该混合室包含以下构件：预提升管1、内输送管4、外输送管5、提升介质分布器8、10和11、烃油分布器3和6；其中，预提升管1和内输送管4自下而上地同轴设置，两者之间为圆台状过渡段2，且沿该圆台的圆周方向均匀开孔；外输送管位于内输送管的外侧，并与内输送管同轴，它们两者之间形成环形空腔；外输送管的上部缩径后与提升管7相连，而其下部缩径后与预提升管和内输送管之间的圆台状过渡段2相连；提升介质分布器8、10和11分别设置于内输送管、预提升管以及由内、外输送管所形成的环形空腔的底部；烃油分布器3和6分别设置于外输送管的下部和上部。
2、按照权利要求1的油剂混合室，其特征在于所述的预提升管1为圆柱状，其直径与提升管平均直径的比值为1∶0.5～2，其高度与提升管有效长度的比值为1∶3～20；该管与再生催化剂下料管9相连，且两者之间的夹角为20～60°。
3、按照权利要求1的油剂混合室，其特征在于所述的圆台状过渡段2的上端直径与内输送管的下端直径相同，而其下端直径与预提升管的直径相同，变径锥角θ为15～75°；该过渡段沿圆周方向均匀开孔，开孔面积与该过渡段外表面积的比值为1∶2～10。
4、按照权利要求1的油剂混合室，其特征在于所述的内输送管4的直径自下而上逐渐扩大，其下端直径与上端直径的比值为1∶1.2～2；内输送管的高度与提升管有效长度的比值为1∶3～40；
5、按照权利要求1的油剂混合室，其特征在于所述的外输送管5的直径与内输送管平均直径的比值为1.3～5∶1，它们的高度之比为1.1～3∶1；外输送管的直径与提升管反应器7的平均直径之比为1.5～4∶1。
6、按照权利要求5的油剂混合室，其特征在于所述外输送管5的上部通过圆台状的缩径段5a与提升管7相连，变径锥角α为30～50°；其下部通过圆台状的缩径段5b与圆台状过渡段2相连，变径锥角β为30～50°。
7、按照权利要求1的油剂混合室，其特征在于所述的烃油分布器3设置在提升介质分布器11的上方，其上端至提升介质分布器11的垂直距离与外输送管直径的比值为0.05～0.5，而烃油分布器6位于内输送管4的上方、缩径段5a的下方，其与垂直方向的夹角γ为30～50°。
8、按照权利要求7的油剂混合室，其特征在于所述的烃油分布器3和6均由3～20个沿圆周方向均匀设置的喷嘴组成。
9、按照权利要求7的油剂混合室，其特征在于所述的烃油分布器3可选用分布环、莲蓬头或筛板。
10、按照权利要求1的油剂混合室，其特征在于提升介质分布器8的下沿至内输送管底部的距离与内输送管下端直径的比值为0.2～1.5∶1。
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