專利名稱：催化裂化提升管反應器的制作方法
技術領域：
本實用新型屬于石油煉制領域，尤其涉及對催化裂化裝置的提升管反應器進行改進。
眾所周知催化裂化裝置是煉油工業(yè)中最為重要的二次加工手段，而該裝置的反應器—再生器系統(tǒng)又是催化裂化反應過程中最主要的設備之一，幾十年來，隨著原料及加工工藝的不斷改變，其工藝流程和加工設備也不斷地改進，反應過程也逐漸由床層裂化發(fā)展成為提升管裂化。提升管反應器可分為三個工況區(qū)底部預提升區(qū)(I)，反應區(qū)(II)和出口快速分離區(qū)(III)(見附


圖1)，在提升管底部預提升區(qū)來自再生器的催化劑經(jīng)再生斜管進入其中，在預提升氣體的作用下，沿提升管上升的同時與噴嘴噴出的油汽接觸反應，在提升管出口處進行快速分離，分離出的油汽進入分餾系統(tǒng)，而催化劑則經(jīng)汽提后進入再生器進行再生，燒掉催化劑表面的積碳，然后，再由再生斜管進入提升管，完成一個催化劑的循環(huán)過程。目前國內(nèi)工業(yè)裝置所使用的提升管反應器，大多是直筒式和底部縮徑兩種。由于這兩種結(jié)構(gòu)形式的提升管反應器底部無緩沖空間，且預提升蒸汽直向上吹，對再生斜管下料口有阻遏作用，使再生斜管催化劑下料阻力加大，從而造成催化劑進入提升管反應器時下料不穩(wěn)即產(chǎn)生壓力波動，影響平穩(wěn)操作。這也是目前多數(shù)工業(yè)裝置中催化劑循環(huán)強度小，劑油比操作彈性低的主要原因。同時再生催化劑經(jīng)斜管進入提升管反應器的一側(cè)易形成偏流；且使得催化劑顆粒群具有側(cè)向速度，在其向上提升過程中與提升管器壁反復碰撞、彈射，形成“S”型運動軌跡，直到一定高度后才能消失。這就加劇了提升管下部區(qū)域，由邊壁效應所造成徑向分布不均勻狀況，從模擬試驗中可看出，目前的工業(yè)裝置中催化劑的徑向密度分布，邊壁比中心區(qū)密度高出3倍左右。為了解決這些問題，工業(yè)采用加長預提升管高度的辦法來解決這一矛盾，現(xiàn)工業(yè)提升管反應器預提升段高度大多在2～4m范圍，個別裝置甚至達到6m左右。但增加預提升高度只能減小催化劑在與原料油接觸反應前的“S”型軌跡分布；而對改善邊壁效應及壓力波動效果不明顯。目前生產(chǎn)裝置的預提升線速大多在1m/s左右，有時為了提高催化劑循環(huán)量，將線速提高到2～3m/s，但因預提升速度的提高相應增加了斜管下料阻力，所以預提升線速的提高對循環(huán)量的增加并無明顯效果。綜上所述，在目前的裝置結(jié)構(gòu)及操作條件下，原料油進入提升管反應器與分布不均勻的催化劑流接觸，會產(chǎn)生過裂化和結(jié)焦，或裂化深度不夠，從而影響目的產(chǎn)品產(chǎn)率及質(zhì)量，同時裝置的操作彈性也小。有關催化裂化提升管反應器預提升方面的專利較多，比較典型的為美國專利U.S.4,820,493(如圖5)。在提升管反應器底部設擴大管(4)，管內(nèi)設輸送管(14)，預提升蒸汽通過管(3)進入輸送管(14)，催化劑經(jīng)再生斜管(10)進入擴大管(4)，頂部為氣室，下部為催化劑。催化劑在擴大管(4)氣室壓力作用下進入輸送管(20)中心。在輸送管周邊布置多個噴嘴。原料油經(jīng)噴嘴霧化后與提升管內(nèi)的催化劑流直接接觸，產(chǎn)生裂化反應，擴大管(4)內(nèi)設有蒸汽調(diào)節(jié)系統(tǒng)，通過調(diào)節(jié)(44)的蒸汽量來控制擴大管(4)的頂部氣室壓力，從而達到調(diào)節(jié)擴大管(4)料位高度的目的。對該結(jié)構(gòu)來講，由于催化劑從輸送管(14)直接噴入提升管(20)中心，使催化劑與原料油能有效接觸。在此專利中，擴大管(4)是封閉式的，擴大管(4)與提升管(20)實際上是經(jīng)過管14串聯(lián)的兩個單元，劑、汽只能經(jīng)過管(14)進入提升管(20)。其缺點是(1)進入擴大管(4)上部氣室的氣體(44)沒有出路，只能經(jīng)再生斜管上行或隨催化劑經(jīng)輸送管(14)進入提升管，這樣將直接影響斜管內(nèi)催化劑的流動；且催化劑靠氣室壓力將其壓入輸送管，這就需要較高的氣室壓力，而它會造成再生斜管下料中斷，從而大大降低裝置的操作平穩(wěn)性。(2)由于擴大管(4)內(nèi)不設流化汽，催化劑在管內(nèi)會形成移動床或死床，不利于催化劑的提升，從而導致催化劑循環(huán)量下降，影響效率。(3)由于設置料位調(diào)節(jié)系統(tǒng)使操作復雜化。
本實用新型的目的是針對上述提升管反應器存在的缺陷為了改善再生斜管的下料狀態(tài)和催化劑在預提段的分布狀態(tài)，從而改善提升管中催化劑和原料油接觸條件，提高目的產(chǎn)品的收率及質(zhì)量；提供兩種新型催化裂化提升管反應器，使其提升能力大為增強，提高裝置的操作彈性，并降低能耗。
本實用新型是一種構(gòu)思兩個方案均是針對催化裂化提升管反應器底部預提升區(qū)(I)進行改進而獲得兩種新型的催化裂化提升管反應器，a方案和b方案均為提升管反應器底部預提升區(qū)(I)是擴大管(20)(見附
圖1)，在擴大管(20)內(nèi)設置內(nèi)輸送管(25)，提升氣體管(23)，流化氣體管(21)，流體氣體分布環(huán)管(22)，這是兩個不同方案的共同構(gòu)思，由于內(nèi)輸送管(25)設置在擴大管(20)內(nèi)不同的位置及提升氣體管設置在不同位置，及擴大管(20)與提升管(27)的連接形式不同，而形成了兩種不同的方案均能達到共同的目的和相同的效果。第一種方案為(a)見附圖2，提升管反應器底部是擴大管(20a)，擴大管(20a)與提升管(27a)是相連通的，在擴大管(20a)內(nèi)安裝輸送管(25a)可以是文丘里式，其上可開設各種形式的小孔，內(nèi)輸送管(25a)的入口端(24a)見附圖4，25G有a，b，c三種形式，出口端為(26a)見附圖4，25R有d，e，f，g四種形式，內(nèi)輸送管的(25a)的入口端(24a)位于再生斜管(29a)端下部或上部，內(nèi)輸送管(25a)的出口端(26a)位于原料油噴咀(28a)之下部，提升氣體管(23a)插入內(nèi)輸送管(25a)入口端(24a)的中心部位，在擴大管(25a)的底部設置流化氣體管(21a)和流化氣體分布環(huán)管(22a)，流化氣體分布環(huán)管(22a)上有許多孔心向下的小孔，且流化氣體分布環(huán)管(22a)的中徑(D3a)大于內(nèi)輸送管(25a)入口端(24a)的直徑(M)。提升氣體(1a)經(jīng)提升氣體管(23a)進入內(nèi)輸送管(25a)內(nèi)，內(nèi)輸送管(25a)位于擴大管(20a)中心，提升氣體介質(zhì)可以是蒸汽、汽油、原料油、干氣等，用干氣作提升氣體可以鈍化重金屬對催化劑的污染。擴大管(20a)內(nèi)床層3a的催化劑是由再生催化劑流(31a)提供的，再生催化劑流(31a)是經(jīng)過滑閥(30a)及再生斜管(29a)進入擴大管(20a)內(nèi)，催化劑床層3a內(nèi)的催化劑在提升氣體(1a)的作用下，由內(nèi)輸送管(20a)的入口端(24a)的周邊進入內(nèi)輸送管(25a)內(nèi)，然后從出口端(26a)進入提升管(27a)；內(nèi)輸送管(25a)位于擴大管(20a)內(nèi)部，內(nèi)輸送管(25a)出口端(26a)距原料油噴嘴(28a)的高度Z＜4000mm，內(nèi)輸送管(25a)的長度以其伸入提升管(27a)中為原則，即保證其能伸入至提升管(27a)中即可，內(nèi)輸送管(25a)內(nèi)的氣體線速為0.1～18m/s；流化氣體(2a)經(jīng)流化氣體管(21a)進入流化氣體分布環(huán)管(22a)，從流化氣體分布環(huán)管(22a)上的許多向下的小孔噴入擴大管(20a)內(nèi)使床層(3a)內(nèi)的催化劑處于流化狀態(tài)，分布環(huán)管(22a)的中徑D3a大于內(nèi)輸送管(25a)入口端(24a)的直徑(M)即D3a＞M，就可保證流化氣體從內(nèi)輸送管(20a)外部環(huán)隙內(nèi)進入提升管(27a)內(nèi)，流化氣體分布環(huán)管(22a)距內(nèi)輸送管(25a)入口端(24a)的距離為L＞20mm，流化氣體的線速在0.01～5.0m/s。
原料油經(jīng)噴嘴(28a)霧化后進入提升管(27a)與提升管(27a)中上游來的催化劑直接均勻接觸進行催化裂化反應，反應生成的產(chǎn)物與催化劑一同經(jīng)提升管(27a)出口(37a)進入沉降器(35)(參見附
圖1)，在沉降器(35)內(nèi)催化劑經(jīng)沉降后，反應產(chǎn)物進入一級旋風分離器(36a)和二級旋風分離器(36B)，分離出的反應產(chǎn)物進入分餾塔；旋風分離下來的催化劑進入密相床層(4)，床層(4)內(nèi)的催化劑與汽提蒸汽(33)接觸，除去催化劑流攜帶的裂化產(chǎn)品，汽提段內(nèi)設擋板(34)，汽提后的催化劑離開本裝置而進入催化劑的再生器內(nèi)進行再生，然后返回預提升管區(qū)。
本實用新型(a)技術方案實現(xiàn)過程見附圖2。
再生催化劑流(31a)從再生斜管(29a)進入擴大管(20a)內(nèi)，再生催化劑靠滑閥(30a)調(diào)節(jié)，進入擴大管(20a)的催化劑有緩沖空間，既可減少壓力波動，又能消除其水平力作用。這就消除了直筒式提升管反應器催化劑的“S”型運動軌跡，有利于其在提升管中均勻分布。
擴大管(20a)內(nèi)的催化劑在壓力與預提升氣體(1a)的作用下進入內(nèi)輸送管(25a)沿管(25a)上升經(jīng)管口(26a)噴入提升管(27a)中心。由于內(nèi)輸送管管徑(25a)小于提升管(27a)管徑，噴入提升管的催化劑流將呈放射型流動狀態(tài)，在催化劑流動到提升管(27a)邊壁，還沒有形成邊壁密中心稀的地方，設置原料油噴嘴(28a)。這樣就保證了噴嘴區(qū)催化劑分布均勻，在該區(qū)內(nèi)催化劑徑向密度分布，高、低點僅相差20％左右，從而有效改善了預提升段邊壁效應對徑向密度分布的不良影響。原料油噴嘴(28a)從提升管(27a)周圍把霧化后的原料油噴入分布均勻的催化劑流中，使劑、油接觸更趨均勻，反應效率得以提高。內(nèi)輸送管(25a)是一個獨立系統(tǒng)，因其埋入擴大管(20a)催化劑密相床(3a)內(nèi)，在擴大管(20a)保持一定床層高度即維持一定的催化劑輸送推動力條件下，可大大提高內(nèi)輸送管的提升能力。在相同提升線速條件下，內(nèi)輸送管(27a)內(nèi)催化劑的循環(huán)強度比直筒式預提升結(jié)構(gòu)裝置提高一倍以上。這說明在裝置催化劑循環(huán)量相同的前題下，本實用新型結(jié)構(gòu)較直筒式結(jié)構(gòu)可減少預提升氣體用量，達到節(jié)能降耗之目的。由于采用內(nèi)輸送管提升催化劑，預提線速對催化劑循環(huán)強度的影響顯著增強，使劑、油比的調(diào)節(jié)變得靈活，整個裝置的操作彈性得以提高。
流化氣體(2a)進入擴大管(20a)內(nèi)使床層(3a)內(nèi)催化劑得以流化，在流化狀態(tài)下床層(3a)即可保證再生斜管(29a)下料暢通，又能使催化劑在提升氣體1a作用下，沿周邊進入內(nèi)輸送管入口端(24a)內(nèi)。
在擴大管(20a)底部設置流化氣體環(huán)管(22a)，使擴大管(20a)內(nèi)的催化劑處于流化狀態(tài)，流化線速在0.01～5m/s范圍內(nèi)。既可保證再生斜管下料暢通，又能保持一定的床層高度，保證輸送管(25a)的提升能力。另外流化氣體(2a)從內(nèi)輸送管入口端(24a)周圍的環(huán)隙進入提升管邊壁區(qū)，有利于催化劑在提升管反應器中心流動，降低邊壁效應的影響。
本實用新型(a)方案達到的效果如下(1)擴大管(20a)與提升管(27a)是連通的，易于實現(xiàn)連續(xù)平穩(wěn)操作。
(2)內(nèi)輸送管(25a)是一個獨立系統(tǒng)，預提升氣體進入內(nèi)輸送管，能降低再生斜管下料阻力，可用調(diào)節(jié)預提升氣體量來控制提升反應器催化劑循環(huán)量，提高裝置操作彈性。
(3)擴大管(20a)內(nèi)設流化氣體管，使擴大管內(nèi)的催化劑處于流化狀態(tài)，既可減少來波動，又有保證再生斜管下料暢通，且能提高內(nèi)輸送管(25a)的提升能力，減少預提升氣體耗量。
(4)流化氣體最終從周邊進入提升管邊壁區(qū)，促使催化劑在提升管中心流動，可降低整個提升管反應器邊壁效應的影響，有利于油、劑均勻接觸反應。
本實用新型的(b)方案見附圖3，催化裂化提升管反應器包括底部預提升區(qū)(I)，中部催化劑與油氣直接接觸反應區(qū)(II)和頂部反應產(chǎn)物與催化劑快速分離區(qū)(III)，其特征在于提升管反應器底部(I)是擴大管(20b)，而擴大管(20b)是通過內(nèi)輸送管(25b)與提升管(27b)串連的，擴大管(20b)的上部為氣室E，其下部為催化劑的密相床(3b)，內(nèi)輸送管(25b)的入口端(24b)見附圖4(a--c)，出口端見附圖4(d--f)，且內(nèi)輸送管(25b)的入口端(24b)位于再生斜管(29b)端口之上方；其距離H＞5mm，內(nèi)輸送管(25b)出口端(26b)伸出擴大管(20b)之外部并位于原料油噴嘴(28b)之下方，提升氣體管(23b)位于內(nèi)輸送管(25b)入口端(24b)之上方的氣室(E)內(nèi)，距內(nèi)輸送管入口端距離L＞5mm，流化氣體管和流化氣體分布環(huán)管(22b)設置在再生斜管(29b)下方的擴大管(20b)內(nèi)，流化氣體分布環(huán)管(22b)上有孔心向下的許多小孔，流化氣體分布環(huán)距再生斜管(29b)端口距離Lb＞20mm。
提升氣體(1b)從提升氣體管(23b)進入氣室(E)然后從內(nèi)輸送管(25b)入口端(24b)周邊進入內(nèi)輸送管(25b)，并在內(nèi)輸送管中心區(qū)形成低壓區(qū)，在吸力作用下使催化劑沿內(nèi)輸送管(25b)中心進入其內(nèi)，催化劑與氣體在內(nèi)輸送管(25b)均勻混合后噴入提升管(27b)中心；密相床(3b)的催化劑來自再生催化劑流(31b)，催化劑流(31b)經(jīng)滑閥(30b)及再生斜管(29b)進入擴大管(20b)內(nèi)，流化氣體(2b)經(jīng)流化氣體管(21b)和流化氣體分布環(huán)(22b)上的多個小孔噴入擴大管(20b)內(nèi)，使催化劑密相床(3b)內(nèi)的催化劑預流化，催化劑在氣體作用下呈現(xiàn)出較好的流動性。
本實用新型(b)實現(xiàn)過程如下參見附圖3。再生催化劑從再生斜管(29b)進入擴大管(20b)，既可減少壓力波動，又能克服水平力的作用。流化氣體(2b)使床層(3b)中的催化劑得流化，保證再生斜管下料暢通。流化氣體(2b)最終從內(nèi)輸送管(25b)進入提升管(27b)，又可起到提升風作用。提升氣體(1b)從管(23b)進入內(nèi)輸送管與擴大管環(huán)隙(B)中向內(nèi)輸送管提供預提升氣。擴大管(25b)中上部是氣室，下部是密相床。催化劑在壓力和提升氣體(1b)的作用下從內(nèi)輸送管進入提升管，催化劑沿內(nèi)輸送管(25b)入口管(24b)進入內(nèi)輸送管中心，然后經(jīng)端口(26b)噴入提升管中心。原料油噴嘴設置在適當?shù)奈恢?，就可保證噴嘴區(qū)催化劑分布均勻，使預提段的邊壁效應基本得以消除。擴大管(20b)料位高于內(nèi)輸送管入口(24b)催化劑循環(huán)量可由預提升氣量(1b)來調(diào)節(jié)。
本實用新型(b)方案達到的效果(1)流化氣體(1b)最終進入內(nèi)輸送管起到提升作用，從而減少氣體用量。
(2)提升氣體(1b)從內(nèi)輸送管入口(24b)周邊進入內(nèi)輸送管，在管中心產(chǎn)生低壓，使催化劑沿中心上升，可有效減輕內(nèi)輸送管的邊壁效應，從而有利于提升管反應器催化劑徑向分布均勻。
附圖及其說明。
附
圖1是本實用新型催化裂化提升管反應器示意圖。
附圖2是本實用新型(a)方案示意圖。
附圖3是本實用新型(b)方案示意圖。
1 1a 1b 提升氣體2 2a 2b 流化氣體3 3a 3b 擴大管(20a和20b)下部的密相床20 20a 20b 擴大管21 21a 21b 流化氣體入口管22 22a 22b 流化氣體分布環(huán)管23 23a 23b 提升氣體入口管24 24a 24b 內(nèi)輸送管(25a和25b)的入口管25 25a 25b 內(nèi)輸送管26 26a 26b 內(nèi)輸送管(25a和25b)的出口管27 27a 27b 提升管28 28a 28b 原料油噴咀29 29a 29b 再生斜管
30 30a 30b 滑閥31 31a 31b 再生后的催化劑32 去再生器的循環(huán)催化劑33 汽提蒸汽34 檔板35 沉降器36A 一級旋風分離器36B 二級旋風分離器37 提升管(27)的出口A 內(nèi)輸送管(25)的直徑B 內(nèi)輸送管(25)和提升管(27)之間的空隙空間為氣室C 為提升管(27)的直徑D1aD1b為提升氣體管直徑D2aD2b為流化氣體管直徑D3aD3b為分布環(huán)中徑，中徑是環(huán)之內(nèi)徑加上管的直徑，F(xiàn)為擴大管(20)的直徑N為內(nèi)輸送管(25)出口端直徑M內(nèi)輸送管(25)入口端直徑H1為擴大管(20)的高度H2為內(nèi)輸送管(25)的高度Z為原料油噴咀(28)至內(nèi)輸送管(25)出口端(26)之距H為再生斜管(29)與內(nèi)輸送管(25)入口端(24)之間的距離La為流化氣體分布環(huán)管22a與內(nèi)輸送管入口端24a之間的距離Lb為流化氣體分布環(huán)管22b與再生斜管(29b)端口之距離E為附圖3中擴大管(20b)的上部，由輸送管(25b)之外壁和擴大管(20b)的內(nèi)壁所形成的環(huán)隙氣室I為內(nèi)輸送管外壁與提升管內(nèi)壁形成的環(huán)隙附圖4是內(nèi)輸送管(25)形式圖，其中25G為a、b、c三種入口形式，25R為d、e、f、g四種出口形式附圖5是美國專利4,820,493提升管示意圖3—預提升蒸汽管10—再生斜管4—擴大管 14—輸送管6—擴大管的內(nèi)壁20—提升管8—蒸汽44—蒸汽
權(quán)利要求1.一種催化裂化提升管反應器包括底部預提升區(qū)(I)，中部催化劑與油氣直接接觸反應區(qū)(II)和頂部反應產(chǎn)物與催化劑快速分離區(qū)(III)，其特征在于提升管反應器底部是擴大管(20a)，擴大管(20a)與提升管(27a)是相連通的；在擴大管(20a)內(nèi)安裝內(nèi)輸送管(25a)，內(nèi)輸送管(25a)的入口端型式為25G(a，b，c)；而其出口端型式為25R(d，e，f，g)；內(nèi)輸送管上開設各種型式的小孔，內(nèi)輸送管(25a)的入口端(24a)位于再生斜管(29a)之下部，也可位于(29a)上部；而內(nèi)輸送管出口端(26a)位于原料油噴咀(28a)之下部，預提升氣體管(23a)插入內(nèi)輸送管(25a)入口端(24a)的中心部位。在擴大管(25a)的底部設置流體氣體管(21a)和流化氣體分布環(huán)管(22a)，流化氣體分布環(huán)管(22a)上有許多向下的小孔。且流化氣體分布環(huán)管(22a)的中徑(D3a)大于內(nèi)輸送管(25a)入口端(24a)的直徑(M)。
2.一種催化裂化提升管反應器包括底部預提升區(qū)(I)，中部催化劑與油氣直接接觸反應區(qū)(II)和頂部反應產(chǎn)物與催化劑快速分離區(qū)(III)，其特征在于提升管反應器底部(I)是擴大管(20b)，而擴大管(20b)是通過內(nèi)輸送管(25b)與提升管(27b)串連通的，擴大管(20b)的上部為氣室(E)，其下部為密相床(3b)，內(nèi)輸送管(25b)的入口端(24b)和出口端(26b)為25G(a，b，c)和25R(d，e，f，g)，且內(nèi)輸送管(25b)的入口端(24b)位于再生斜管(29b)入口上方；內(nèi)輸送管(25b)的出口端(26b)伸出擴大管(26b)之外部并位于原料油噴嘴(28b)之下方，提升氣體管(23b)位于內(nèi)輸送管(25b)入口端(24b)之上方的氣室(E)內(nèi)，流化氣體管(21b)和流化氣體分布環(huán)管(22b)設置在再生斜管(29b)下方的擴大管(20b)內(nèi)，流化氣體分布環(huán)管(22b)上有許多向下的小孔。
專利摘要本實用新型是對催化裂化提升管反應器中的底部預提升區(qū)進行改進使其成為擴大管,在擴大管內(nèi)由于內(nèi)輸送管和提升氣體管設置位置的不同以及擴大管與提升管連接形式的不同而獲得兩種新型催化裂化提升管反應器均能達到改善催化劑和原料油的接觸條件,提高目的產(chǎn)品的收率及質(zhì)量,提高裝置的操作彈性,并降低能耗之目的。
文檔編號B01J8/02GK2360148SQ9721654
公開日2000年1月26日 申請日期1997年5月13日 優(yōu)先權(quán)日1997年5月13日
發(fā)明者劉獻玲, 雷世遠, 畢志豫, 王欣悅 申請人:中國石化洛陽石油化工工程公司