CN2463042Y - 流化催化转化汽提器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种流化催化转化汽提器,对现有汽提器的挡板结构进行了改进。在内挡板5和外环挡板7的开孔6的下方设置分配盘8,向下流动的固相催化剂通过开孔6流入分配盘,经分配盘二次分布后到达挡板下方,填充了挡板下方的空腔,增加了汽固接触面积。此外还对挡板裙体和挡板倾角进行了改进。本实用新型可用作多种流化催化转化装置的汽提器,以脱除催化剂夹带的油气或烟气,具有较高的汽固传质速率和汽提效率。

Description

流化催化转化汽提器

本实用新型涉及一种用于流化催化转化装置的催化剂汽提器。

流化催化裂化(FCC)是石油炼制工业中一种重要的二次加工过程，用于从重质油中生产汽油、柴油和液化石油气。在流化催化裂化沉降器内，催化剂颗粒之间和颗粒的微孔内部充满着油气，这部分油气约占产品总量的2％～4％(重量)，若不除去相当于增加了2％～4％(重量)的焦炭，减少了轻质油收率。Exxon公司的研究结果表明，如果从催化剂上汽提出全部可汽提的油气，焦炭量将减少20％～40％(重量)。由于汽提不完全而使焦炭产率升高，将增加再生器的烧焦负荷；特别是对于重油催化裂化，再生器的烧焦能力可能成为限制装置处理能力的控制因素。

近年来，为适应石油化工的发展，在催化裂化工艺的基础上，又开发出了新的流化催化转化工艺，如中国专利ZL92105507.2所公开的重油直接催化裂解制烯烃的HCC工艺。HCC工艺采用类似于FCC的流态化“反应--再生”工艺技术和设备，其在沉降器汽提段的油气汽提过程基本上与FCC工艺相同。此外，对于HCC工艺，其产品乙烯、丙烯的纯度要求很高，气体分离非常重要，减少杂质气的来源是更有效的途径。因此，在再生催化剂进入反应器前需设置烟气汽提器，以减少进入提升管的再生催化剂携带的烟气量，从而降低烯烃产品中的杂质含量，如N₂、CO₂、CO、SOx、NOx等。

汽提器内的汽提过程是一个典型的汽固逆流接触过程，在逆流流动过程中实现油气的置换和脱附。因此，汽提蒸汽和催化剂之间的接触状况直接影响汽提器的效率，而汽提蒸汽与催化剂之间的接触主要取决于汽提器的结构形式。国内外使用的汽提器主要有三种结构形式：即人字形挡板、盘环挡板和无构件(空筒)三种，其中无构件汽提器在由S&W公司引进的RFCC(重油FCC)装置采用。从理论上讲，有挡板的汽提器无疑会改善汽固接触，提高汽提效率。目前，S&W公司也已采用有挡板结构的汽提器。目前国内大多数FCC装置汽提蒸汽用量在23～50千克/吨原料(或3～6千克/吨催化剂)，焦炭中氢含量多数在8％(体积)左右，有的甚至高达10％(体积)以上，尚没有一套装置能够长期保持焦炭氢含量在6％(体积)以下的报道，包括引进的几套RFCC装置。二十世纪九十年代以来的新催化装置设计中，汽提段高度有加长的趋势，其目的是为了延长汽固接触时间，改善汽提效果。

对于FCC工艺，国外专利主要集中于UOP、Mobil两家公司。UOP汽提器的特点是内外环挡板的裙板上开有许多小孔或短管，用以加强汽固交换。美国专利US5549814提出了多层格栅结构，每层格栅象车辐条一样布置，每根辐条上开有窗口，以便于汽固交换。Mobil的汽提器挡板形式与UOP基本类同，但内外环挡板上细微结构有所不同。美国专利US5910240在内外环挡板上附加了许多三角形旋转板(叶片)，对向下流动的催化剂有旋转导流作用，以改善汽固接触。上述专利除应用在沉降器下部常规汽提段外，还应用于沉降器闭路旋风系统中，如UOP的VDS(Vented direct separation)和VSS(Vortex separation system)系统、Mobil的粗旋分离器内。它们共同的缺点是：汽提器有效空间利用率较低，在55％～85％，各层挡板下方催化剂填充率小于30％，因此汽提器的汽提效率尚不够理想。

美国专利US5531884介绍的Mobil公司的一种用于FCC的汽提设备(参见图1)，由筒体3、蒸汽盘管2、内提升管1以及带裙体的内环挡板5和外环挡板7等部件组成。内环挡板5和外环挡板7沿筒体轴线方向交替布置，分别固定在内提升管与筒体上。裙体4连接在内环挡板5和外环挡板7的下方。内环挡板5和外环挡板7上设有多个下料管19，向下流动的部分催化剂11从该下料管通过，另一部分催化剂11则从内环挡板和外环挡板的环隙通过。这些催化剂与上升的汽提蒸汽逆流接触，进行油气置换，汽提蒸汽与催化剂的接触效果得到改善。与传统的挡板上不开孔(管)的汽提器相比，空腔占有率由20.7％下降为14.8％，催化剂占有率提高了近6个百分点。尽管如此，这种汽提器的挡板下方除下料管19内有催化剂外，其余较大空间仍是空腔。该汽提设备内固相催化剂填充率约为85.2％，说明仍有14.8％的汽提器空间未被有效利用。

现有的用于外提升管式流化催化转化装置的圆盘挡板和外环挡板式汽提器以及人字形挡板和外环挡板式汽提器，也存在着类似的问题。

本实用新型的目的是提供一种能够提高汽提蒸汽与催化剂的接触效率、使汽提蒸汽与催化剂能够更充分地接触的流化催化转化装置的催化剂汽提设备。

为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案是：一种流化催化转化汽提器，它包括筒体，筒体内设有内挡板、外环挡板和蒸汽盘管，内挡板和外环挡板沿筒体的轴线方向交替布置，内挡板和外环挡板上设有开孔并带有裙体，其特征在于：内挡板和外环挡板上开孔的下方设有分配盘。

采用本实用新型，具有如下的有益效果：催化剂通过挡板上的开孔流入挡板下方，充满了挡板下方区域，所以本实用新型使流化催化转化汽提器内固相催化剂的填充率大大提高；与美国专利US5531884所述汽提器相比，由85.2％提高到95％～98％，汽固接触效率提高10％～13％。本实用新型汽提器挡板上的分配盘对挡板上的催化剂进行了二次分配，实现了固汽的更充分的接触，强化了汽相与固相的传质；与美国专利US5531884所述汽提器相比，汽提效率可提高15％以上。

此外，本实用新型还对汽提器的挡板裙体和挡板倾角α进行了改进，使更多的催化剂流入挡板上的分配盘，并增加了催化剂流过挡板的停留时间，从而进一步提高了油气或烟气置换率。

对于沉降器汽提段油气的汽提，可从催化剂上汽提出更多的油气，从而降低再生器负荷，并可节约汽提蒸汽用量，降低能耗。挡板上的分配盘加大了汽提器内催化剂的流率，除提高汽提效率外，还可提高装置的处理能力；装置处理能力可提高5％～20％。

对于重油直接催化裂解制烯烃的工艺(如HCC等工艺)，在再生催化剂输送管路设置烟气汽提器，可减少进入提升管的再生催化剂携带的烟气量，以降低烯烃产品中的杂质含量，提高稀烃产品纯度，并可降低气体分离设备生产成本。另外，进入产品物流中的SOx减少后，也减轻了后续处理设备的腐蚀。采用本实用新型，进入提升管的再生烟气量可减少98％以上，使干气中的非烃成分含量减少50％以上。

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步详细的说明。

图1是美国专利US5531884介绍的一种内提升管式汽提器的轴向剖面图。

图2是本实用新型内提升管式汽提器的轴向剖面图。

图3是图2所示汽提器的一种挡板(外环挡板或内环挡板)的局部剖面图。

图4是图2所示汽提器的另一种挡板(外环挡板或内环挡板)的局部剖面图。

图5是图2所示汽提器的一种水平结构挡板(外环挡板或内环挡板)的局部剖面图。

图6是图11所示汽提器的一种内挡板(圆盘挡板)的剖面图。

图7是图11所示汽提器的另一种内挡板(圆盘挡板)的剖面图。

图8是图11所示汽提器的一种水平结构内挡板(圆盘挡板)的剖面图。

图9是分配盘及其与挡板相连接的立体结构示意图(放大)。

图10是分配盘的俯视图。

图11是本实用新型一种汽提器的轴向剖面图(内挡板为圆盘挡板)。

图12是本实用新型另外一种汽提器的轴向剖面图(内挡板为人字形挡板)。

图13是本实用新型汽提器用于脱除再生催化剂夹带气体杂质的示意图(再生立管位于再生器的侧面)。

图14是本实用新型汽提器用于脱除再生催化剂夹带气体杂质的示意图(再生立管位于再生器的底部)。

在图2所示的内提升管式流化催化转化汽提器中，内提升管1位于筒体3的中心，内挡板5与外环挡板7沿筒体的轴线方向交替布置，分别固定在内提升管1的外壁与筒体3的内壁上；其中内挡板5为内环挡板。内挡板5与外环挡板7的下端分别连接着裙体4。蒸汽盘管2设于筒体3的下方。

内挡板5与外环挡板7上设有开孔6，开孔6在垂直方向上的投影为圆形。开孔6的下方设有分配盘8，分配盘8为圆形板，用支撑筋801(圆钢或钢带)与挡板固定连接，参见图9和图10。一般，挡板上开孔6的孔直径为φ30～φ300毫米，挡板开孔率为1％～40％。分配盘8的直径为挡板上开孔6直径的0.5～3倍，分配盘8距其上方挡板上相应开孔中心点的距离为开孔直径的1～6倍。开孔6还可以是其它形状(例如椭圆形孔)，分配盘8的形状则与各种开孔形状相适应。各挡板上开孔6的数量、形状和孔径可以不同。

在图2所示的汽提器中，催化剂11从沉降器或再生器进入汽提器，首先与上方的挡板开始接触。一部分催化剂通过了挡板上的开孔6，经过孔分布后又进入分配盘8，进一步使催化剂分散，实现了与汽提蒸汽的充分接触。流入挡板下方区域后，内挡板5与外环挡板7下方充满了汽固催化剂混合物。另一部分催化剂则从内挡板和外环挡板的环隙通过。这些催化剂与由蒸汽分布环2喷出的上升的汽提蒸汽逆流接触，当固相催化剂混合物通过下面的各层挡板后，其夹带的油气或杂质气含量逐渐改变，催化剂中所含油气或杂质气分率降低，即油气或杂质气被逐渐置换出来。与已有的技术相比，图2所示汽提器的内外环挡板下方空腔得到了充分利用，催化剂的填充率大大提高；同时挡板上的分配盘对催化剂进行了二次分配，提高了汽固接触效率，强化了传质效果，从而提高了汽提效率。

本实用新型对挡板裙体4和挡板倾角α也作了改进。图3、图4、图5示出了本实用新型三种典型的挡板结构及其裙体4的局部剖面图。

在图3所示的挡板(外环挡板或内环挡板)结构中，挡板倾角0°＜α≤45°，挡板上开孔6的下方设有分配盘8，裙体4水平设置。

与图1所示汽提器的挡板裙体相比，该裙体结构是水平布置的，它使催化剂的流路和汽固接触停留时间增长，并增加了挡板上催化剂的持有量，配合了部分催化剂从挡板上的分配盘6充分下料，使改进的内外环挡板性能更优、更具特色。

在图4所示的挡板(外环挡板或内环挡板)结构中，挡板倾角0°＜α≤45°，挡板上开孔6的下方设有分配盘8。裙体4垂直设置，裙体4与挡板(外环挡板或内环挡板)之间设有水平段9。

挡板倾角α的一个特例是α=0°，即挡板(外环挡板或内环挡板)是水平的。挡板下方连接着垂直设置的裙体4，裙体4与挡板(外环挡板或内环挡板)之间设有倾斜段10(见图5)。此种情况下，汽提器内催化剂的停留时间与其它α角度的挡板相比为最长。

对于现有的汽提器，挡板在汽提器内倾斜布置，挡板倾角α一般为36°或45°，目的是使挡板倾角大于流化催化转化催化剂的休止角(约为32°)。但这个数值是对静止的催化剂而言；对于汽提器内流动的催化剂物流，汽固混合物密度只有静止催化剂堆积密度的1/2～1/4，流动中的催化剂的“休止角”要小于32°。因此挡板倾角α可以减小(特例为0°)，这并不影响催化剂的流动。挡板倾角α的减小可使挡板上的催化剂流速减慢，增加催化剂在汽提器内的停留时间，有利于汽提出更多的油气或杂质气。

挡板(外环挡板或内环挡板)设置如图3、图4、图5所示结构的裙体，其目的在于：(1)增加挡板上催化剂的停留时间；(2)增加挡板上催化剂的持有量，以使催化剂从挡板上的孔充分下料；(3)使上升的气体(蒸汽)通过挡板上分配盘的侧部达到更均匀地布汽，与挡板上的催化剂层更均匀地接触。

对于内提升管式流化催化转化汽提器，其内部空间较外提升管式汽提器小，内环挡板和外环挡板布置的角度α可以大一些，以扩大催化剂流通面积。内环挡板和外环挡板下方的裙体结构尺寸亦做相应调整。

在图11所示的汽提器中，内挡板5与外环挡板7沿筒体3的轴线方向交替布置，其中内挡板5为圆盘挡板。内挡板5与外环挡板7的下端分别连接着裙体4。蒸汽盘管2设于筒体3的下方。内挡板5与外环挡板7上设有开孔6，开孔6的下方设有分配盘8。

这种汽提器挡板上的分配盘8和外环挡板7及其裙体4的设置与图2所示内提升管式汽提器的相同，参见图9、图10以及图3、图4、图5。内挡板5为圆盘挡板，在垂直方向上呈圆形，其剖面结构参见图6、图7、图8。

图6所示的内挡板(圆盘挡板)，挡板倾角0°＜α≤45°，挡板上开孔6的下方设有分配盘8，裙体4水平设置。

图7所示的内挡板(圆盘挡板)，挡板倾角0°＜α≤45°，挡板上开孔6的下方设有分配盘8。裙体4垂直设置，裙体4与内挡板5之间设有水平段9。

图8是内挡板5(圆盘挡板)的一个特例。挡板倾角α为0°，内挡板5呈平面结构，水平设置。裙体4垂直设置，裙体4与内挡板5之间设有倾斜段10。

图11所示汽提器既可用作沉降段汽提器以除去催化剂夹带的油气，又可用作再生催化剂进入反应器前的烟气汽提器以除去催化剂夹带的烟气。其工作情况是这样的：催化剂11进入汽提器，与上方的挡板开始接触。催化剂一部分通过内挡板5与外环挡板7上的开孔6和分配盘8流入挡板下方，使内挡板5与外环挡板7下方充满蒸汽和催化剂的混合物；另一部分催化剂则从内挡板5与外环挡板7的环隙通过。这些催化剂与由蒸汽盘管2喷出的上升的汽提蒸汽逆流接触，进行传质与传热，将催化剂中夹带的油气(或烟气)置换出来。

在图12所示的另外一种汽提器中，内挡板5为人字形挡板，人字形挡板呈长条形分布在汽提器内部，上下两层挡板错开布置。外环挡板和人字形挡板上均设有开孔6，开孔6的下方设有分配盘8。

人字形挡板下端连接有裙体4。由于人字形挡板是长条形的，所以裙体也为长条形。当挡板倾角0°＜α≤45°时，裙体4可水平设置(见图12)，还可垂直设置。垂直设置时，裙体与人字形挡板之间设置水平段；此种情况下裙体结构的剖面形状可参考图7。

当人字形挡板的挡板倾角α为0°时，成为平面结构、水平布置。此时裙体垂直设置，裙体与人字形挡板之间设有倾斜段。此种情况下裙体结构的剖面形状可参考图8。

这种汽提器挡板上的分配盘8和外环挡板7及其裙体4的设置与图2所示内提升管式汽提器的相同，参见图9、图10以及图3、图4、图5。

图12所示汽提器的工作情况与图11所示汽提器的工作情况基本相同。

本实用新型所述的各种汽提器，内挡板和外环挡板的层数均视具体工艺条件要求而定。

为防止流动的催化剂对内挡板和外环挡板以及分配盘的磨损，可采用各种常规工艺在其表面喷涂抗高温合金耐磨涂层，比如2Cr13、15CrMo等合金涂层。

图13与图14为本实用新型汽提器用于两类基本的HCC反一再系统再生立管入口的脱除再生催化剂夹带气体杂质的示意图。

如图13所示，再生立管16位于再生器13的侧面。汽提器12设于再生器13的侧面。再生器13中的催化剂经下料管14进入汽提器12，首先与上方的挡板开始接触。一部分催化剂通过挡板上的开孔和分配盘流入挡板下方区域，使内挡板5与外环挡板7下方充满汽固催化剂混合物；另一部分催化剂则从内挡板5和外环挡板7的环隙通过。这些催化剂与由设于汽提器中部和下部的二个蒸汽分布环2喷出的上升的汽提蒸汽逆流接触；当固相催化剂混合物通过下面的各层挡板后，其夹带的杂质气含量逐渐改变，催化剂中所含烟气分率逐步降低，即烟气逐渐被水蒸气置换出来。汽提出的蒸汽与烟气从汽提器12的上方管线15返回再生器13的稀相段。被置换后的催化剂经再生立管16流入提升管17的下部，与原料油进行裂解反应。

图14与图13的不同之处是，再生立管16位于再生器13的底部，汽提器12设于再生器13的下面，再生催化剂下料管14的出口设有防倒锥18。图14所示汽提器的工作情况与图13所示汽提器的相同。图14中未注明的附图标记均与图13相同。

下面列举本实用新型的二个具体的实施例。

实施例1：本实用新型汽提器用于100×10⁴吨/年FCC装置沉降器汽提段上。汽提段直径为φ2800毫米，高度为6580毫米，内提升管直径为φ1020毫米，改造后结构示意图参见图2。内外环挡板开孔直径为φ80毫米，开孔率7％，挡板倾角α=36°。挡板上分配盘的设计参数为：分配盘直径为φ150毫米，与挡板的距离为300毫米。工业应用后，氢碳比H/C(体积比)由10％降低到7％。

实施例2：本实用新型汽提器用于80×10⁴吨/年HCC装置再生立管入口，以脱除再生催化剂夹带的气体杂质。其结构示意图参见图13。汽提段直径为φ2200毫米，高度为4800毫米，内挡板(圆盘挡板)和外环挡板上的开孔直径为φ90毫米，开孔率为12％，挡板倾角α=30°。挡板上分配盘的设计参数为：分配盘直径为φ160毫米，与挡板的距离为400毫米。工业应用后，再生催化剂杂质气含量降低了96％(体积)。

本实用新型可广泛用作FCC、RFCC以及重油裂解制稀烃等多种流化催化转化装置的汽提器。

Claims (7)

1．一种流化催化转化汽提器，它包括筒体(3)，筒体(3)内设有内挡板(5)、外环挡板(7)和蒸汽盘管(2)，内挡板(5)和外环挡板(7)沿筒体(3)的轴线方向交替布置，内挡板(5)和外环挡板(7)上设有开孔(6)并带有裙体(4)，其特征在于：内挡板(5)和外环挡板(7)上开孔(6)的下方设有分配盘(8)。

2．根据权利要求1所述的流化催化转化汽提器，其特征在于：内挡板(5)和外环挡板(7)上的开孔(6)为圆形孔，分配盘为圆形板，其直径为开孔(6)直径的0.5～3倍，分配盘至其上方挡板开孔(6)中心点的距离为开孔(6)直径的1～6倍。

3．根据权利要求2所述的流化催化转化汽提器，其特征在于：开孔(6)的直径为30～300毫米，内挡板(5)和外环挡板(7)的开孔率为1％～40％。

4．根据权利要求1、2或3所述的流化催化转化汽提器，其特征在于：所述内挡板(5)和外环挡板(7)相对于水平面有一倾角α,0°＜α≤45°，所述内挡板(5)和外环挡板(7)的裙体(4)水平设置。

5．根据权利要求1、2或3所述的流化催化转化汽提器，其特征在于：所述内挡板(5)和外环挡板(7)相对于水平面有一倾角α,0°＜α≤45°，所述内挡板(5)和外环挡板(7)的裙体(4)垂直设置，裙体(4)与内挡板(5)和外环挡板(7)之间设有水平段(9)。

6．根据权利要求1、2或3所述的流化催化转化汽提器，其特征在于：所述内挡板(5)和外环挡板(7)呈平面结构，水平设置，内挡板(5)和外环挡板(7)的裙体(4)垂直设置，裙体(4)分别与内挡板(5)和外环挡板(7)之间设有倾斜段(10)。

7．根据权利要求1、2或3所述的流化催化转化汽提器，其特征在于：内挡板(5)和外环挡板(7)以及分配盘(8)的表面具有抗高温合金耐磨涂层。

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