專利名稱：一種用于催化裂化提升管反應(yīng)器的油劑混合室的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于烴油催化裂化設(shè)備，更具體地說，是一種用于催化裂化提升管反應(yīng)器的油劑混合室。
世界范圍內(nèi)原油價格的上漲使煉油企業(yè)的生存和發(fā)展受到嚴(yán)重影響，煉油業(yè)只能依靠規(guī)模效益和技術(shù)進(jìn)步謀求發(fā)展。從長遠(yuǎn)的觀點來看，催化裂化仍將是生產(chǎn)汽油燃料的主要手段之一，而對于柴油及化工原料，如氣體烯烴、芳烴等的需求也將促進(jìn)催化裂化工藝過程的發(fā)展。
提升管作為催化裂化反應(yīng)器已有50年的歷史。在這50年中，提升管反應(yīng)器在工藝工程方面的進(jìn)步主要體現(xiàn)在以下方面烴油霧化噴嘴的設(shè)計、烴油沿提升管分段進(jìn)料、激冷技術(shù)以及提升管出口油劑快速分離技術(shù)等；而關(guān)于提升管下部油劑初始接觸段結(jié)構(gòu)改進(jìn)的報道并不是很多。
USP4820493公開了一種改進(jìn)的油劑混合室。該混合室設(shè)置在提升管反應(yīng)器的底部，且混合室內(nèi)徑略大于提升管內(nèi)徑；在混合室內(nèi)沿軸向自下而上地設(shè)置提升介質(zhì)導(dǎo)入管和催化劑內(nèi)輸送管；提升介質(zhì)導(dǎo)入管、催化劑內(nèi)輸送管與混合室之間形成一環(huán)形空間，密相的再生催化劑充滿該環(huán)形空間的下部；再生催化劑在環(huán)形空間上部壓力及催化劑床層壓力的作用下、經(jīng)提升介質(zhì)導(dǎo)入管與催化劑內(nèi)輸送管之間的縫隙進(jìn)入催化劑內(nèi)輸送管，并在提升介質(zhì)的作用下送入提升管。這種油劑混合室的設(shè)計雖然可以在一定程度上改善提升管內(nèi)催化劑的流動狀態(tài)，但由于混合室上部的氣相壓力不僅直接影響催化劑的循環(huán)量，而且還會影響再生斜管的下料量，造成裝置的操作波動。
CN1174094A所公開的油劑混合室的結(jié)構(gòu)與USP4820493相似，只是將再生催化劑的下料管浸沒于催化劑密相床層中，從而避免了混合室內(nèi)氣相壓力對再生催化劑下料量的直接影響，主要靠改變內(nèi)輸送管線速調(diào)節(jié)催化劑循環(huán)量。這種設(shè)計不可避免地會對提升管內(nèi)催化劑的流動狀況產(chǎn)生不良影響，使催化劑的徑向分布更加不均勻。
USP5318691公開了一種可改善進(jìn)料區(qū)油劑接觸效果的結(jié)構(gòu)設(shè)計。該設(shè)計使再生催化劑經(jīng)一環(huán)形空間后進(jìn)入減速區(qū)，由于減速區(qū)管道橫截面積突然增大，導(dǎo)致催化劑密度增大、并呈渦旋流動；烴油經(jīng)圓錐狀的進(jìn)料分布器、以較低的線速注入上述催化劑減速區(qū)中。在該設(shè)計中，由于烴油原料所接觸到的催化劑呈密相分布，因而可以得到較為理想的霧化效果；催化劑呈渦旋流動雖可在一定程度上強(qiáng)化油劑接觸效果，但不可避免地會造成催化劑返混，使部分新鮮的烴油原料與已積炭的催化劑接觸，對產(chǎn)品選擇性造成不良影響。
CN1217366A通過縮小提升管直徑、增設(shè)軸切向二次提升風(fēng)的方法，提高噴嘴區(qū)域的劑油接觸效率，并采用縮頸結(jié)構(gòu)防止邊壁催化劑軸向滑落。但由于切向噴嘴數(shù)目及切向提升風(fēng)流量的限制，對提升管內(nèi)“邊壁濃、中心稀”的流動狀況只能起到一定的緩解作用，提升管催化劑徑向分布不均的問題依然沒有得到解決。
綜上所述，現(xiàn)有技術(shù)中所公開的提升管油劑初始接觸段的結(jié)構(gòu)并未使得提升管內(nèi)催化劑的流動狀態(tài)得到明顯改善，有的結(jié)構(gòu)改進(jìn)甚至?xí)μ嵘艿姆磻?yīng)性能造成不良影響。
本發(fā)明的目的在于提供一種新型的用于催化裂化提升管反應(yīng)器的油劑混合室，該油劑混合室可使烴油和催化劑在提升管內(nèi)的流動狀態(tài)得到改善、提升管的反應(yīng)性能得到優(yōu)化。
本發(fā)明所提供的用于催化裂化提升管反應(yīng)器的混合室包含以下構(gòu)件預(yù)提升管1、內(nèi)輸送管4、外輸送管5、提升介質(zhì)分布器8、10和11、烴油分布器3和6；其中，預(yù)提升管1和內(nèi)輸送管4自下而上地同軸設(shè)置，兩者之間為圓臺狀過渡段2，且沿該圓臺的圓周方向均勻開孔；外輸送管位于內(nèi)輸送管的外側(cè)，并與內(nèi)輸送管同軸，它們兩者之間形成環(huán)形空腔；外輸送管的上部縮徑后與提升管7相連，而其下部縮徑后與預(yù)提升管和內(nèi)輸送管之間的圓臺狀過渡段2相連；提升介質(zhì)分布器8、10和11分別設(shè)置于內(nèi)輸送管、預(yù)提升管以及由內(nèi)、外輸送管所形成的環(huán)形空腔的底部；烴油分布器3和6分別設(shè)置于外輸送管的下部和上部。
下面詳細(xì)說明本發(fā)明所提供的油劑混合室的結(jié)構(gòu)。


圖1是本發(fā)明所提供的油劑混合室的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2是本發(fā)明所提供的油劑混合室在催化裂化裝置中的位置示意圖。
如圖1所示，本發(fā)明所提供的油劑混合室的下部為圓柱狀的預(yù)提升管1，其高度與提升管有效長度的比值為1∶3～20，其直徑與提升管平均直徑的比值為1∶0.5～2。預(yù)提升管1與再生催化劑下料管9相連，且兩者之間的夾角為20～60°。預(yù)提升管的下端密封，其上端通過圓臺狀的過渡段2與內(nèi)輸送管4相連。與提升介質(zhì)供應(yīng)管線相連的提升介質(zhì)分布器10位于預(yù)提升管的底部，該分布器可采用任何適用于分散提升介質(zhì)的分布器，例如，分布環(huán)、噴嘴、蓮蓬頭等。
預(yù)提升管1的上端與一圓臺狀的過渡段2相連。該過渡段的上端直徑與內(nèi)輸送管的下端直徑相同，而其下端直徑與預(yù)提升管的直徑相同，變徑錐角θ為15～75°。該過渡段沿圓周方向均勻開孔，開孔面積與該過渡段外表面積的比值為1∶2～10。本發(fā)明對上述開孔的形狀沒有限制，圓孔、方孔、長方孔等均可。
內(nèi)輸送管4位于圓臺狀過渡段2的上部，它與圓臺過渡段、預(yù)提升管是同軸設(shè)置的。內(nèi)輸送管的直徑自下而上逐漸擴(kuò)大，其下端直徑與上端直徑的比值為1∶1.2～2，優(yōu)選1∶1.2～1.5。內(nèi)輸送管的高度與提升管有效長度的比值為1∶3～40，優(yōu)選1∶10～30。
在內(nèi)輸送管內(nèi)部設(shè)置與提升介質(zhì)供應(yīng)管線相連的提升介質(zhì)分布器8，該分布器的下沿至內(nèi)輸送管底部的距離與內(nèi)輸送管下端直徑的比值為0.2～1.5∶1。該分布器可采用任何適用于分散提升介質(zhì)的分布器，例如，分布環(huán)、噴嘴、蓮蓬頭等。
外輸送管5位于在內(nèi)輸送管4的外側(cè)，并與內(nèi)輸送管同軸設(shè)置。外輸送管5的直徑與內(nèi)輸送管平均直徑的比值為1.3～5∶1，優(yōu)選1.5～3∶1；外輸送管與內(nèi)輸送管的高度之比為1.1～3∶1，優(yōu)選1.2～1.5∶1。外輸送管的直徑與提升管反應(yīng)器7的平均直徑之比為1.5～4∶1，優(yōu)選1.5～3∶1。內(nèi)輸送管4和外輸送管5之間形成一環(huán)形空腔。外輸送管的上部通過圓臺狀的縮徑段5a與提升管7相連，變徑錐角α為30～50°。外輸送管的下部通過圓臺狀的縮徑段5b與預(yù)提升管1和內(nèi)輸送管4之間的圓臺狀過渡段2相連，變徑錐角β為30～50°。
在內(nèi)輸送管4和外輸送管5所形成的環(huán)形空腔的底部設(shè)置提升介質(zhì)分布器11，該分布器與提升介質(zhì)供應(yīng)管線相連。該分布器可采用任何適用于分散提升介質(zhì)的分布器，例如，分布環(huán)、噴嘴、蓮蓬頭等。
烴油分布器3位于外輸送管5的下部。該分布器應(yīng)設(shè)置在提升介質(zhì)分布器11的上方，其上端至提升介質(zhì)分布器11的垂直距離與外輸送管直徑的比值為0.05～0.5，優(yōu)選0.08～0.15。烴油分布器3可以是由3～20個沿圓周方向均勻分布的烴油霧化噴嘴組成的，也可以選用適于分散烴油的分布環(huán)、蓮蓬頭、篩板等型式的分布器。
烴油噴嘴6設(shè)置于內(nèi)輸送管4的上方、縮徑段5a的下方，其與垂直方向的夾角γ為30～50°，優(yōu)選40～50°。烴油分布器6可以由3～20個沿圓周方向均勻設(shè)置的噴嘴組成，該分布器可選用任何型式的高效霧化噴嘴，例如，LPC型噴嘴、KH型噴嘴等。
下面結(jié)合附圖2進(jìn)一步說明本發(fā)明提供的油劑混合室的工作方式。
如圖2所示，來自再生器的高溫再生催化劑經(jīng)再生催化劑下料管9進(jìn)入預(yù)提升管1中，提升介質(zhì)，例如蒸汽和/或干氣，經(jīng)分布器10注入預(yù)提升管下部，提升再生催化劑，使之加速向上流動。一部分再生催化劑經(jīng)圓臺狀過渡段2進(jìn)入內(nèi)輸送管4中，提升介質(zhì)經(jīng)分布器8注入內(nèi)輸送管，使該管內(nèi)的催化劑繼續(xù)加速向上流動；另一部分催化劑經(jīng)圓臺狀過渡段2上的開孔進(jìn)入環(huán)形空腔中，提升介質(zhì)經(jīng)分布器11注入該環(huán)形空腔，以利于催化劑的流化、輸送。烴油原料經(jīng)噴嘴3注入環(huán)形空腔，與空腔內(nèi)的催化劑接觸，并在催化裂化反應(yīng)條件下進(jìn)行反應(yīng)，反應(yīng)油氣和催化劑的混合物沿環(huán)形空腔向上流動。烴油分布器3可根據(jù)生產(chǎn)方案的要求選擇注入不同性質(zhì)的烴油原料，也可以僅注入適量的保護(hù)蒸汽，而不注入烴油原料。在外輸送管的上部，來自環(huán)形空腔的油劑混合物與來自內(nèi)輸送管的催化劑匯合；與此同時，烴油原料經(jīng)噴嘴6注入，與上述物流混合，并在催化裂化反應(yīng)條件下進(jìn)行反應(yīng)。反應(yīng)物流繼續(xù)向上流動，并進(jìn)入提升管反應(yīng)器7中。反應(yīng)物流流經(jīng)提升管反應(yīng)器后，通過提升管出口粗旋12和旋分器13分離反應(yīng)油氣和反應(yīng)后積炭的催化劑，油氣引入后續(xù)分離系統(tǒng)，進(jìn)一步分離為各種產(chǎn)品。積炭的催化劑進(jìn)入汽提器14，經(jīng)水蒸汽汽提后，通過待生管線15送入再生器燒焦再生，再生后的催化劑經(jīng)下料管9返回預(yù)提升管1循環(huán)使用。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果主要體現(xiàn)在以下幾個方面1.本發(fā)明可改善油劑接觸效果、為烴油的催化裂化反應(yīng)創(chuàng)造良好的初始反應(yīng)條件。在本發(fā)明中，內(nèi)輸送管的直徑自下而上逐漸增大，使得該管出口處的氣體線速降低、催化劑的密度提高；此外，環(huán)形空腔內(nèi)的催化劑在提升介質(zhì)的作用下，以較高的流速沿邊壁進(jìn)入外輸送管上部，可以防止該區(qū)域內(nèi)的催化劑沿邊壁軸向滑落。由于存在上述兩方面的影響，由外輸送管上部注入的烴油原料所接觸到的是避免軸向滑落的密度較高的催化劑物流，這樣既有利于烴油原料的霧化，又可以使反應(yīng)選擇性得到提高。
2.本發(fā)明可使提升管內(nèi)催化劑物流的徑向分布更加均勻。由于本發(fā)明在油劑混合室的出口處適當(dāng)縮徑，然后再與提升管反應(yīng)器相連。這種設(shè)計可提高提升管入口線速，并在一定程度上防止催化劑軸向滑落，使提升管內(nèi)催化劑的徑向分布更加均勻。
3.本發(fā)明提供的油劑混合室可根據(jù)生產(chǎn)方案的要求靈活調(diào)整操作方式，從而提高目的產(chǎn)物的收率及其品質(zhì)。
4.本發(fā)明提供的油劑混合室結(jié)構(gòu)簡單，易于制造，便于操作。
下面的實施例將對本發(fā)明予以進(jìn)一步說明，但并不因此而使本發(fā)明受到任何限制。
實施例1本實施例是在催化裂化中型裝置上應(yīng)用本發(fā)明所提供的油劑混合室所得到的試驗結(jié)果。
該實施例中所使用的催化劑是由齊魯石化公司催化劑廠工業(yè)生產(chǎn)的，商品牌號為DVR-1，其主要物化性質(zhì)列于表1。原料油為大慶減壓渣油，其性質(zhì)列于表2。在處理量為0.24t/d的催化裂化中型裝置上，采用本發(fā)明所提供的油劑混合室進(jìn)行試驗研究，反應(yīng)部分的結(jié)構(gòu)示意圖參見附圖2。主要試驗步驟如下來自再生器的高溫再生催化劑經(jīng)再生催化劑下料管9進(jìn)入預(yù)提升管1中，在預(yù)提升蒸汽的作用下加速向上流動；一部分再生催化劑經(jīng)圓臺狀過渡段2進(jìn)入內(nèi)輸送管4中，并在提升介質(zhì)的作用下繼續(xù)向上流動；其余部分的再生催化劑經(jīng)圓臺狀過渡段2上的開孔進(jìn)入環(huán)形空腔中，并在提升蒸汽的作用下沿環(huán)形空腔向上流動；在外輸送管的上部，來自環(huán)形空腔的催化劑與來自內(nèi)輸送管的催化劑匯合，原料油經(jīng)噴嘴6注入，與催化劑接觸并在催化裂化反應(yīng)條件下進(jìn)行反應(yīng)；反應(yīng)物流繼續(xù)向上流動，并進(jìn)入提升管反應(yīng)器7中；反應(yīng)物流流經(jīng)提升管反應(yīng)器后，通過提升管出口粗旋12和旋分器13分離反應(yīng)油氣和反應(yīng)后積炭的催化劑，油氣引入后續(xù)分離系統(tǒng)，進(jìn)一步分離為各種產(chǎn)品，對它們分別進(jìn)行計量、分析；積炭的催化劑進(jìn)入沉降器14，經(jīng)水蒸汽汽提后，通過待生管線15送入再生器燒焦再生，再生后的催化劑經(jīng)下料管9返回預(yù)提升管1循環(huán)使用。主要操作條件、試驗結(jié)果以及主要產(chǎn)品性質(zhì)見表3。
對比例1該對比例是在催化裂化中型裝置上采用USP5318691中附圖1所示的油劑混合結(jié)構(gòu)所得到的試驗結(jié)果。
試驗所用的原料油、催化劑、主要操作條件以及試驗步驟均與實施例相同，產(chǎn)品分布和主要產(chǎn)品性質(zhì)見表3。
比較表3中實施例和對比例的試驗結(jié)果，可以看出，在原料油、催化劑以及主要操作條件基本相同的前提下，采用本發(fā)明所提供的油劑混合室可以使產(chǎn)品分布得到改善，高價值產(chǎn)品的收率得到提高。說明本發(fā)明所提供的油劑混合室具有較理想的油劑接觸效果，可以為烴油的催化裂化創(chuàng)造良好的初始反應(yīng)條件。
表1
表2
表權(quán)利要求
1.一種用于催化裂化提升管反應(yīng)器的油劑混合室，其特征在于該混合室包含以下構(gòu)件預(yù)提升管1、內(nèi)輸送管4、外輸送管5、提升介質(zhì)分布器8、10和11、烴油分布器3和6；其中，預(yù)提升管1和內(nèi)輸送管4自下而上地同軸設(shè)置，兩者之間為圓臺狀過渡段2，且沿該圓臺的圓周方向均勻開孔；外輸送管位于內(nèi)輸送管的外側(cè)，并與內(nèi)輸送管同軸，它們兩者之間形成環(huán)形空腔；外輸送管的上部縮徑后與提升管7相連，而其下部縮徑后與預(yù)提升管和內(nèi)輸送管之間的圓臺狀過渡段2相連；提升介質(zhì)分布器8、10和11分別設(shè)置于內(nèi)輸送管、預(yù)提升管以及由內(nèi)、外輸送管所形成的環(huán)形空腔的底部；烴油分布器3和6分別設(shè)置于外輸送管的下部和上部。
2.按照權(quán)利要求1的油劑混合室，其特征在于所述的預(yù)提升管1為圓柱狀，其直徑與提升管平均直徑的比值為1∶0.5～2，其高度與提升管有效長度的比值為1∶3～20；該管與再生催化劑下料管9相連，且兩者之間的夾角為20～60°。
3.按照權(quán)利要求1的油劑混合室，其特征在于所述的圓臺狀過渡段2的上端直徑與內(nèi)輸送管的下端直徑相同，而其下端直徑與預(yù)提升管的直徑相同，變徑錐角θ為15～75°；該過渡段沿圓周方向均勻開孔，開孔面積與該過渡段外表面積的比值為1∶2～10。
4.按照權(quán)利要求1的油劑混合室，其特征在于所述的內(nèi)輸送管4的直徑自下而上逐漸擴(kuò)大，其下端直徑與上端直徑的比值為1∶1.2～2；內(nèi)輸送管的高度與提升管有效長度的比值為1∶3～40；
5.按照權(quán)利要求1的油劑混合室，其特征在于所述的外輸送管5的直徑與內(nèi)輸送管平均直徑的比值為1.3～5∶1，它們的高度之比為1.1～3∶1；外輸送管的直徑與提升管反應(yīng)器7的平均直徑之比為1.5～4∶1。
6.按照權(quán)利要求5的油劑混合室，其特征在于所述外輸送管5的上部通過圓臺狀的縮徑段5a與提升管7相連，變徑錐角α為30～50°；其下部通過圓臺狀的縮徑段5b與圓臺狀過渡段2相連，變徑錐角β為30～50°。
7.按照權(quán)利要求1的油劑混合室，其特征在于所述的烴油分布器3設(shè)置在提升介質(zhì)分布器11的上方，其上端至提升介質(zhì)分布器11的垂直距離與外輸送管直徑的比值為0.05～0.5，而烴油分布器6位于內(nèi)輸送管4的上方、縮徑段5a的下方，其與垂直方向的夾角γ為30～50°。
8.按照權(quán)利要求7的油劑混合室，其特征在于所述的烴油分布器3和6均由3～20個沿圓周方向均勻設(shè)置的噴嘴組成。
9.按照權(quán)利要求7的油劑混合室，其特征在于所述的烴油分布器3可選用分布環(huán)、蓮蓬頭或篩板。
10.按照權(quán)利要求1的油劑混合室，其特征在于提升介質(zhì)分布器8的下沿至內(nèi)輸送管底部的距離與內(nèi)輸送管下端直徑的比值為0.2～1.5∶1。
全文摘要
一種用于催化裂化提升管反應(yīng)器的油劑混合室,包含預(yù)提升管1、內(nèi)輸送管4、外輸送管5、提升介質(zhì)分布器8、10和11、烴油分布器3和6;預(yù)提升管和內(nèi)輸送管自下而上地同軸設(shè)置,兩者之間為圓臺狀過渡段2;外輸送管位于內(nèi)輸送管的外側(cè),并與內(nèi)輸送管同軸;外輸送管的上部縮徑后與提升管7相連,而其下部縮徑后與圓臺狀過渡段2相連;烴油分布器3和6分別位于外輸送管的下部和上部。本發(fā)明具有良好的油劑混合效果。
文檔編號B01J8/08GK1388212SQ01118430
公開日2003年1月1日 申請日期2001年5月30日 優(yōu)先權(quán)日2001年5月30日
發(fā)明者侯栓弟, 鐘孝湘, 許克家, 李松年, 張瑞馳, 武雪峰, 常學(xué)良, 張執(zhí)剛, 俞祥麟 申請人:中國石油化工股份有限公司, 中國石油化工股份有限公司石油化工科學(xué)研究院