CN1332747C - 一种催化裂化汽提器内构件及其设置方法 - Google Patents
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Abstract
一种催化裂化汽提器内构件及其设置方法，所述内构件包括两片以上的辅助导流叶片以及与辅助导流叶片固定连接的呈八字型设置的两片主导流叶片。该内构件既可以逐一地填充于催化裂化汽提器中，也可以先加工成填料块，然后再填充于汽提器中。采用该内构件及其相应的设置方法可显著提高汽提效率。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于催化裂化过程的汽提器内构件及其设置方法。
背景技术
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，使用重质原料油生产汽油、柴油、液化石油气等轻质油品。其主要步骤如下，烃类原料与热的再生催化剂在提升管中接触，在450℃～550℃下进行催化裂化反应；反应后油气和待生催化剂的混合物进入沉降器，在沉降器中旋风分离器将待生催化剂分离下来，进入到汽提器，油气则进入到后续产品分离系统。待生催化剂在汽提器内与水蒸汽逆流接触，除去夹带的烃类物质后，进入到再生器内进行烧焦再生，使催化剂恢复活性；再生后的催化剂重新进入提升管反应器中，进行下一轮的反应。
由于催化裂化催化剂为多孔的硅铝氧化物，进入汽提段的催化剂中有一部分油气吸附或夹带在催化剂内孔中或催化剂颗粒之间，据统计，这部分油气约占产品总量的2～4％，所以必须采取措施先汽提出油气后，再让这部分催化剂进入到再生器中。否则不仅造成有用的轻质油品的损失，而且由于这部分油气的带入，会增加再生器负荷；其次，由于这部分油气中H/C比较高，燃烧后会导致大量水蒸汽的产生，在高温的环境下，大大加剧了催化剂的水热失活。随着催化裂化原料日趋变重，原料的品质的下降和杂质含量的增加，会带来诸如环保、再生负荷不够、催化剂失活严重、产品分布变差等一系列问题，而改善待生催化剂的汽提是缓解上述问题的一条有效途径。
传统的催化剂汽提器是在汽提段中加入人字挡板或盘环形挡板来增强汽提效果，但两种汽提挡板结构除了汽提效率较低，在操作中还存在催化剂分布不均、局部失流态化以及由此导致的“架桥”等诸多问题，当装置中催化剂循环量的较大时，这些问题就更容易发生。随着催化裂化原料油的变重，反应产生的焦炭和所需的催化剂循环量也相应的增加，这两种结构在汽提效率和操作弹性方面已不能满足装置在经济效益和稳定操作的要求，所以需要开发新型的汽提器、采用新的汽提方法。
在新型汽提器方面，国内外已提出了许多专利技术，其中一个重要方面就是采用填料式内构件，其思路是将床层均分为多个小的流动单元，用以减小流化床内气泡直径，从而达到提高气固传质效率，提高汽提效率的目的。这方面相关的专利技术有：
CN1335356A提出了一种具有交叉成菱形孔道的栅板填料，其菱形孔道与汽提器的轴向平行，据称可以有效提高汽提器效率，若用于催化转化制烯烃工艺，可以使再生剂中烟气杂质体积含量小于0.05％。但这种填料结构易于造成汽提介质分布不均，易造成气体局部节涌或固体局部架桥等问题，操作弹性较差。
CN1403190A提出了一种用于气液、气固和气液固系统强化传质的填料式内构件，它由一系列开有舌形斜孔的构件板交叉而成，从而起到破碎气泡的作用，达到提高传质效率的目的。
USP 5,716,585提出了一种用于流化催化裂化装置的波浪形汽提填料，该汽提填料由波浪形的栅板交错排列，分成几层放置在汽提器中，气固两相在填料中迂回流动的过程达到了强化接触和传质的目的。这种结构的汽提填料有一个缺点就是局部区域容易形成流化死区，在催化剂质量流率较大的情况下，催化剂容易产生流动不畅、“架桥”等问题。
USP 6,224,833提出了一种由多组互为交叉的板状构件组成的流化床内构件，据称可以大大提高流化床内气固传质效率，当用作催化剂汽提内构件时，汽提效率可以提高近20个百分点。但这种汽提填料结构也存在局部流化死区，当用于待生剂汽提时，易产生油气结焦等问题。
发明内容
本发明的目的之一是在现有技术的基础上提供一种用于催化裂化过程的汽提器内构件，以提高汽提效果。
本发明的另一个目的是提供相应的本发明所述汽提器内构件的设置方法。
本发明所提供的用于催化裂化过程的汽提器内构件包括两片以上的辅助导流叶片以及与辅助导流叶片固定连接的呈八字形设置的两片主导流叶片，辅助导流叶片的宽边与呈八字形的主导流叶片直线距离相对较小的两个长边相连接。
本发明提供的汽提器内构件的设置方法如下：使两个以上的所述内构件的主导流叶片的长边与水平方向所形成的夹角β为25-60°，将两个以上的所述内构件按照上述角度要求逐一地紧凑地平行排列在一起，并与另一组按照同样方法排列的内构件交错叠置，两组内构件间的交错角为60-120°，并且使相邻的内构件之间固定连接。
本发明提供的汽提器内构件还可以采用以下方法设置：将所需数量的内构件先加工成填料块，然后用填料块将汽提空间填充满；在所述填料块中，两个以上的内构件的主导流叶片的长边与水平方向所形成的夹角β为25-60°，将两个以上的所述内构件按照上述角度要求逐一地紧凑地平行排列在一起，并与另一组按照同样方法排列的内构件交错叠置，两组内构件间的交错角为60-120°，并且使相邻的内构件之间固定连接。
与现有技术相比，本发明所提供的汽提器内构件及其设置方法，具有以下特点：
采用本发明所述汽提器内构件及其设置方法可以有效地减小汽提段内的气泡的平均直径，从而增强气固两相之间的接触效果、提高汽提效率；
采用本发明所述内构件并按照所述设置方法设置的汽提器，没有流化死区，即没有任何可以让催化剂停止流动的地方，从而避免了油气的停留，避免了油气的结焦，同时还可以避免催化剂质量流率波动时产生的催化剂流动不畅等问题，提高了装置的操作弹性；
由于本发明所述内构件结构简单且易于设置，避免了内构件占用过大的汽提段有效空间，因而具有更大的催化剂藏量，从而可以提高催化剂在汽提段中的停留时间，可达到提高汽提效率和增大处理量的目的。
本发明提供的内构件既可用于催化裂化待生催化剂汽提，又可用于再生催化剂汽提。该内构件不仅可以增强催化剂和汽提蒸汽之间的接触效果，而且还具有不存在流化死区、防止油气结焦、处理量大、操作弹性大的优点。
附图说明
图1为本发明所述内构件的正视图。
图2为本发明所述内构件的A-A向的剖视图。
图3为本发明所述内构件的立体示意图。
图4为本发明所述内构件的设置方式示意图。
图5为采用本发明所述内构件的FCC再生催化剂汽提器示意图。
图6为采用本发明所述内构件的FCC待生催化剂汽提器示意图。
图7为实施例中所述冷态实验装置示意图。
具体实施方式
下面结合附图进一步说明本发明所提供的汽提器内构件，但本发明并不因此而受到任何限制。
本发明所提供的汽提器内构件如图1、图2和图3所示，该内构件由两种叶片构成，如图所示，辅助导流叶片1和主导流叶片2，其中辅助导流叶片1的作用是使催化剂自上而下地沿该辅助导流叶片的方向流动；主导流叶片2是与辅助导流叶片1固定连接的两片呈八字形设置的叶片，其作用是使催化剂自辅助导流叶片流下后在流经主导流叶片的过程中再次改变流动方向，使部分催化剂沿主导流叶片流下时，同时向该内构件的两边流动。由于催化剂的水平运动有利于减少床层气泡直径，该内构件适当强化催化剂的迂回流动，从而达到了减小气泡直径、增强气固接触传质的效果。
如图1-3所示，本发明所述内构件包含两块或两块以上的相互平行设置的辅助导流叶片1，优选包含两块以上的相互平行设置的辅助导流叶片1。所述两块或两块以上的辅助导流叶片1最好是由尺寸基本相同的辅助导流叶片构成。所述辅助导流叶片的宽度W1与高度H1的比值为0.1-10∶1，优选0.8-5∶1。
本发明所述内构件还包含两片与辅助导流叶片1固定连接的呈八字形设置的主导流叶片2，这两片主导流叶片最好是尺寸基本相同的叶片。所述主导流叶片的宽度W2与高度H2的比值为5-100∶1，优选10-90∶1。所述主导流叶片的宽度W2应具体根据汽提器的形状及主导流叶片的长边与水平方向所形成的夹角β的大小确定。所述的两片主导流叶片之间的夹角γ(见图2)为60-120°，优选65-110°，进一步优选70-100°。而这两片呈八字形设置的主导流叶片与辅助导流叶片固定连接一侧的两个边之间的垂直距离为辅助导流叶片宽度的5-30％，即0.05-0.3W1。
在本发明所述内构件中，如图1所示，所述辅助导流叶片1所确定的平面与主导流叶片2中和辅助导流叶片1相连接的两个边所确定的平面的夹角α为60-120°，优选65-110°，进一步优选70-100°。
此外，本发明优选辅助导流叶片的宽度W1等于呈八字形设置的两片主导流叶片之间的最大直线距离W3。本发明所述主导流叶片的宽度W2与汽提器或汽提段内径D的比值为1∶50-200，优选1∶80-180。
本发明所提供的内构件在汽提器中的设置方法如下：首先，如图1所示，确保所述内构件的主导流叶片的长边与水平方向所形成的夹角β为25-60°，优选30-55°。然后，将两个以上的上述内构件按照夹角β的角度要求逐一地紧凑地平行排列在一起，并与另一组按照同样方法排列的内构件按照图4所示方法交错叠置。上述两组内构件间的交错角为60-120°，优选70-110°，并且使相邻的内构件之间固定连接。按照上述方法设置其它内构件，将汽提空间填充满即可。这里所说的固定连接采用本领域常用的填料加工方法实现即可，本发明没有特殊要求。而所说的汽提空间是指汽提器或汽提段中催化剂床层所占有的空间。
此外，本发明所述内构件的设置还可以采用以下方法：内构件的基本设置方法与上述方法相同，但可以将所需数量的内构件先加工成若干正方形或长方形或其它规则形状的易于填装的填料块。使每一填料块包含若干组交错排列的内构件组，而每一组包含若干平行排列的内构件，并且相邻的内构件之间固定连接。本发明对于上述填料块的具体尺寸以及所包含的内构件的数量没有特别要求，本领域技术人员可以根据装置的结构尺寸并结合汽提要求来确定，只要在满足汽提要求的前提下，能够方便施工和安装即可。此外，上述填料块还可以根据汽提空间填装的要求加工成不同的形状，以满足装填的要求。
图5是采用本发明所述内构件并按照上述设置方法设置的催化裂化再生催化剂汽提器示意图。如图所示，再生催化剂从斜管13引入到再生催化剂汽提器12中，在从分布器15出来的汽提蒸汽的作用下，再生催化剂自上而下流经本发明所述的内构件14，最后经再生斜管16进入到提升管反应器中。汽提蒸汽和汽提出来的烟气通过管道11排入再生器稀相空间中。
图6是采用本发明所述内构件并按照上述设置方法设置的催化裂化待生催化剂汽提器示意图。如图所示，从提升管反应器21中出来的油气和待生催化剂，经过一级旋风分离器25后，油气和待生催化剂快速分离，催化剂从分离器料腿流出，进入汽提段；而油气则仅从分离器顶部出来，进入第二级旋风分离器27，分离出剩余的催化剂颗粒，最后通过集气管28进入后续的工艺管道中。从两级旋风分离器中分离出来的催化剂则进入到汽提段中，并从上而下流经由本发明所述内构件构成的汽提空间24，与从分布器23出来的汽提蒸汽逆流接触，最终，催化剂从待生催化剂斜管22流入到再生器中，进行再生，恢复活性，而油气和汽提蒸汽则进入沉降器26稀相空间，和油气一起经二级旋风分离器27，进入后续的工艺管道中。
对于采用本发明所述内构件的汽提器，在汽提过程中其主要操作条件与常规FCC汽提器基本相同，例如，汽提线速可控制在0.05-3m/s、催化剂质量流率可控制在30-130kg.(m2.s)-1。
下面的实施例将进一步说明本发明所述内构件的实施效果，但本发明并不因此而受到任何限制。
实施例
该实施例说明：本发明所述内构件的实施效果。
图7是该实施例所采用的冷态实验装置的结构简图。该装置为一循环流化装置，如图所示，催化剂在提升管37中提升至沉降器32，经旋流头38和旋风分离器31的两级分离后，进入汽提段33，汽提完毕后，进入储料仓34，经螺旋加料器35定量加入预提升器36，再进入到提升管37，进行下一轮循环。实验所采用的汽提段直径为200mm，总高为1.5m，提升管直径80mm，高4.5m。实验中用二氧化碳气体作为汽提段33的流化气体，以从沉降器32流下的催化剂颗粒夹带的空气模拟工业汽提器中催化剂夹带的的油气或烟气。催化剂夹带的空气中氮气的初始浓度为78％，在经过汽提后，氮气浓度不断降低，以汽提段33底部的催化剂中夹带的气体中的氮气浓度的降低值作为汽提相对效率。在汽提线速为0.2m/s，催化剂质量流率为90kg.(m2.s)-1的条件下，采用本发明所述内构件的汽提段的汽提效率为92％。
汽提效率的计算方法如下：
其中，η-汽提效率，％
y0-从提升管出来的催化剂所夹带的气体中氮气的百分浓度，％
y-汽提段内流化床乳化相间气体中氮气的百分浓度，％
对比例
采用与上述实施例相同的试验装置，但在汽提段采用传统的盘环形挡板，试验流程和其它操作条件均与实施例相同，汽提效率为67％。
Claims (18)
1、一种催化裂化汽提器内构件，其特征在于该内构件包括两片以上的辅助导流叶片以及与辅助导流叶片固定连接的呈八字形设置的两片主导流叶片，辅助导流叶片的宽边与呈八字形的主导流叶片直线距离相对较小的两个长边相连接。
2、按照权利要求1的内构件，其特征在于所述的辅助导流叶片是相互平行的，且它们的尺寸相同。
3、按照权利要求1的内构件，其特征在于所述主导流叶片的宽度W2与汽提器或汽提段内径D的比值为1∶50-200。
4、按照权利要求1的内构件，其特征在于所述辅助导流叶片的宽度W1与高度H1的比值为0.1-10∶1。
5、按照权利要求4的内构件，其特征在于所述辅助导流叶片的宽度W1与高度H1的比值为0.8-5∶1。
6、按照权利要求1的内构件，其特征在于所述的两片主导流叶片的尺寸是相同的。
7、按照权利要求1的内构件，其特征在于所述主导流叶片的宽度W2与高度H2的比值为5-100∶1。
8、按照权利要求7的内构件，其特征在于所述主导流叶片的宽度W2与高度H2的比值为10-90∶1。
9、按照权利要求1的内构件，其特征在于所述两片主导流叶片之间的夹角γ为60～120°。
10、按照权利要求9的内构件，其特征在于所述两片主导流叶片之间的夹角γ为65-110°。
11、按照权利要求1的内构件，其特征在于所述呈八字形设置的两片主导流叶片与辅助导流叶片固定连接一侧的两个边之间的垂直距离为辅助导流叶片宽度的5-30％。
12、按照权利要求1的内构件，其特征在于所述辅助导流叶片所确定的平面与主导流叶片中和辅助导流叶片相连接的两个边所确定的平面的夹角α为60-120°。
13、按照权利要求12的内构件，其特征在于所述辅助导流叶片所确定的平面与主导流叶片中和辅助导流叶片相连接的两个边所确定的平面的夹角α为65-110°。
14、按照权利要求1的内构件，其特征在于所述辅助导流叶片的宽度W1等于呈八字形设置的两片主导流叶片之间的最大直线距离W3。
15、一种权利要求1所述催化裂化汽提器内构件的设置方法，其特征在于使两个以上所述内构件的主导流叶片的长边与水平方向所形成的夹角β为25-60°，将两个以上的所述内构件按照上述角度要求逐一地紧凑地平行排列在一起，并与另一组按照同样方法排列的内构件交错叠置，两组内构件间的交错角为60-120°，并且使相邻的内构件之间固定连接。
16、按照权利要求15的方法，其特征在于用所述内构件填充汽提空间。
17、一种权利要求1所述催化裂化汽提器内构件的设置方法，其特征在于将所需数量的内构件先加工成填料块，然后用填料块填充汽提空间；在所述填料块中，两个以上内构件的主导流叶片的长边与水平方向所形成的夹角β为25-60°，将两个以上的所述内构件按照上述角度要求逐一地紧凑地平行排列在一起，并与另一组按照同样方法排列的内构件交错叠置，两组内构件间的交错角为60-120°，并且使相邻的内构件之间固定连接。
18、按照权利要求17的方法，其特征在于所述填料块为规则形状的填料块。
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