本實(shí)用新型涉及一種催化劑冷卻器，適用于固體顆粒冷卻換熱，特別適用于氣固流化床反應(yīng)過(guò)程中取出氣固流化床過(guò)剩熱量的催化劑冷卻器。

背景技術(shù)：

在催化裂化反應(yīng)再生、流化床甲醇制烯烴、流化床甲醇制芳烴、流化床甲醇制汽油等放熱氣固流化床反應(yīng)過(guò)程中,需要取出部分熱量或?qū)Υ呋瘎┑裙腆w顆粒冷卻取熱。通常采用催化劑冷卻器來(lái)吸收這部分熱量，保證工藝操作的平穩(wěn)進(jìn)行。同時(shí)，催化劑冷卻器也利用這部分過(guò)剩熱量發(fā)生蒸汽或加熱其他介質(zhì)，成為裝置中的一項(xiàng)重要節(jié)能措施。

現(xiàn)有的催化劑冷卻器有多種型式，但大多僅考慮設(shè)備自身問(wèn)題。盡管常規(guī)催化劑冷卻器通過(guò)調(diào)節(jié)流化狀態(tài)或催化劑流量能夠改變實(shí)際操作的換熱負(fù)荷，由于反應(yīng)裝置加工原料性質(zhì)、產(chǎn)品目的、反應(yīng)再生方案等工藝方案的變化，經(jīng)常需要催化劑冷卻器滿足特殊的工藝要求。比較常見的是反應(yīng)過(guò)程要求催化劑冷卻器可以適應(yīng)的取熱負(fù)荷范圍盡量寬，如要求50%到120%、甚至10到120%的設(shè)計(jì)負(fù)荷都能穩(wěn)定運(yùn)行。這對(duì)化工裝置的催化劑冷卻器的技術(shù)是很大的挑戰(zhàn)。

已有技術(shù)中，參與換熱的換熱管面積是固定的，限制了換熱負(fù)荷的調(diào)節(jié)范圍。

發(fā)明目的

本實(shí)用新型的目的是提供一種催化劑冷卻器，既保證高的換熱效率，又可實(shí)現(xiàn)寬的負(fù)荷范圍。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為解決上述問(wèn)題，本實(shí)用新型采用的技術(shù)方案是：

一種催化劑冷卻器，設(shè)置主殼體、催化劑入口、高度為L(zhǎng)的共用催化劑和流化介質(zhì)混合區(qū)、共用催化劑和流化介質(zhì)混合區(qū)下方的換熱區(qū)；換熱區(qū)設(shè)置獨(dú)立的主換熱單元和副換熱單元，主換熱單元和副換熱單元分別設(shè)置殼體，換熱管，流化介質(zhì)分布器；來(lái)自催化劑入口的催化劑進(jìn)入共用催化劑和流化介質(zhì)混合區(qū)，然后分別進(jìn)入主換熱單元和副換熱單元，主換熱單元、副換熱單元底部分別設(shè)置流化介質(zhì)分布器，流化介質(zhì)通過(guò)流化介質(zhì)分布器進(jìn)入各自換熱區(qū)，使換熱區(qū)形成流化床條件，實(shí)現(xiàn)分別與所在區(qū)的換熱管內(nèi)的取熱介質(zhì)換熱，使催化劑冷卻；控制各進(jìn)入主換熱單元和副換熱單元的流化介質(zhì)量、改變流化狀態(tài)調(diào)節(jié)傳熱系數(shù)，從而改變換熱量；同時(shí)主換熱單元或副換熱單元的兩個(gè)獨(dú)立換熱單元結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，既可以同時(shí)工作，也可以單獨(dú)工作；主換熱單元或副換熱單元均可以通過(guò)關(guān)閉流化介質(zhì)終止換熱發(fā)生，實(shí)現(xiàn)了在一臺(tái)設(shè)備中換熱管面積的可調(diào)，增加了換熱負(fù)荷的控制范圍。

該催化劑冷卻器主換熱單元和副換熱單元兩個(gè)換熱單元都由換熱單元?dú)んw、底部的流化介質(zhì)分布器，換熱管組成；副換熱單元?dú)んw設(shè)置在主換熱單元?dú)んw內(nèi)，副換熱單元?dú)んw實(shí)際把主換熱單元?dú)んw內(nèi)的空間分成內(nèi)外兩部分形成了兩個(gè)單元，兩部分的催化劑、流化介質(zhì)和換熱管都相互隔離；兩單元的流化介質(zhì)在換熱區(qū)上部的共用催化劑和流化介質(zhì)混合區(qū)合并，一起通過(guò)催化劑入口或獨(dú)立的排氣管排出。

該催化劑冷卻器在主換熱單元和副換熱單元的其中一個(gè)換熱單元底部設(shè)置冷卻后的催化劑出口，實(shí)現(xiàn)催化劑的循環(huán)流動(dòng)。

在設(shè)置催化劑出口的主換熱單元或副換熱單元底部、催化劑出口前設(shè)置蒸汽汽提區(qū)，其內(nèi)設(shè)置汽提內(nèi)件擋板或格柵提高汽提效果；汽提內(nèi)件下方設(shè)置蒸汽分布器；汽提內(nèi)件上方換熱管下方設(shè)置流化介質(zhì)分布器。

設(shè)置催化劑出口的主換熱單元或副換熱單元底部汽提區(qū)的汽提內(nèi)件目的是提高汽提效果，不限于附圖給出的形式。

該催化劑冷卻器在共用催化劑和流化介質(zhì)混合區(qū)以上設(shè)置汽水分離器，該汽水分離器直接與共用催化劑和流化介質(zhì)混合區(qū)殼體一體設(shè)計(jì)，用法蘭連接，用汽水分離器底板或封頭把共用催化劑和流化介質(zhì)混合區(qū)及換熱區(qū)與汽水分離器隔開；汽水分離器自下而上設(shè)計(jì)液相區(qū)，氣液轉(zhuǎn)向慣性分離區(qū)，液體沉降區(qū)，聚結(jié)氣液分離區(qū)；汽水分離器液相區(qū)殼體內(nèi)設(shè)有內(nèi)筒和進(jìn)水管固定板，該內(nèi)筒與汽水分離器殼體間的環(huán)隙形成受熱后的氣液上升通道；該氣液上升通道出口是氣液混合物轉(zhuǎn)向分離器；換熱區(qū)的換熱管直接焊接在汽水分離器底板或底封頭上，進(jìn)水管連接在進(jìn)水管固定板上；形成兩區(qū)換熱共用汽水分離的一體催化劑冷卻器。

該催化劑冷卻器的副換熱單元設(shè)置在主換熱單元的下方，主換熱單元的部分換熱管直接作為副換熱單元的換熱管或副換熱單元獨(dú)立設(shè)置換熱管。

設(shè)置催化劑出口的主換熱單元或副換熱單元底部汽提區(qū)的汽提內(nèi)件目的是提高汽提效果，不限于附圖給出的形式。

實(shí)用新型效果

本實(shí)用新型的催化劑冷卻器與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下的有益效果：

1、設(shè)備自身實(shí)現(xiàn)換熱管分區(qū)，兩區(qū)的換熱管獨(dú)立工作，流化介質(zhì)相互獨(dú)立，除可以通過(guò)各區(qū)的流化介質(zhì)量控制換熱負(fù)荷外，還可以實(shí)現(xiàn)參與換熱的換熱面積的調(diào)節(jié)，使換熱負(fù)荷更方便調(diào)節(jié)控制，適應(yīng)的換熱負(fù)荷范圍更寬；

2、催化劑出入口和流化介質(zhì)出口共用，使設(shè)備結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化，一臺(tái)設(shè)備內(nèi)完成兩個(gè)設(shè)備的功能，方便安裝、操作，投資省。

附圖說(shuō)明

圖1-圖8均為催化劑冷卻器結(jié)構(gòu)示意圖。

圖1 催化劑冷卻器示意圖。

圖2 在主換熱單元設(shè)催化劑出口的催化劑冷卻器示意圖。

圖3 在副換熱單元設(shè)催化劑出口的示意圖。

圖4 副換熱單元和主換熱單元上下串聯(lián)布置的示意圖。

圖5 副換熱單元和主換熱單元上下串聯(lián)布置，催化劑出口在主換熱單元的示意圖。

圖6 副換熱單元使用部分主換熱單元換熱管的示意圖。

圖7 為設(shè)置流出的催化劑攜帶氣體汽提區(qū)的催化劑冷卻器示意圖。

圖8 主換熱單元和副換熱單元橫截面內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖。

圖中符號(hào)說(shuō)明：

1 主換熱單元，11主換熱單元?dú)んw，12主換熱單元換熱管，14主換熱單元冷卻介質(zhì)進(jìn)入管，15主換熱單元加熱后的冷卻介質(zhì)出口，16主換熱單元流化介質(zhì)分布器，16A主換熱單元蒸汽分布器；17主換熱單元汽提器；17A主換熱單元汽提內(nèi)件；18人孔；2副換熱單元，21副換熱單元?dú)んw，22副換熱單元換熱管，24副換熱單元冷卻介質(zhì)進(jìn)入管，25副換熱單元加熱后的冷卻介質(zhì)出口，26副換熱單元流化介質(zhì)分布器，26A副換熱單元蒸汽分布器；27副換熱單元汽提器，27A副換熱單元汽提內(nèi)件；28人孔；3催化劑入口；4催化劑出口；11B法蘭，11C封頭；6共用催化劑和流化介質(zhì)混合區(qū)，L共用催化劑和流化介質(zhì)混合區(qū)高度，L1內(nèi)換熱區(qū)到催化劑入口上沿的距離；5汽水分離器，51汽水分離器液相區(qū)殼體，51A汽水分離器底封頭或底板，52內(nèi)筒，54氣液混合物轉(zhuǎn)向分離器，55冷卻介質(zhì)氣化氣體出口，56冷卻介質(zhì)入口，58進(jìn)水管固定板，59聚結(jié)器，501氣液上升通道，502氣液轉(zhuǎn)向通道，503液體沉降區(qū)；7，流化介質(zhì)、汽提氣出口；G流化介質(zhì)， W冷卻介質(zhì)、水；S蒸汽、氣化氣體；C催化劑；GA流出的氣體。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳細(xì)的說(shuō)明，旨在幫助讀者理解本實(shí)用新型的特點(diǎn)和實(shí)質(zhì)，但附圖和具體實(shí)施方式內(nèi)容并不限制本實(shí)用新型的可實(shí)施范圍。

如圖1所示,再生劑C從催化劑入口3進(jìn)入共用催化劑和流化介質(zhì)混合區(qū)6，該共用催化劑和流化介質(zhì)混合區(qū)高度L，進(jìn)入主換熱單元?dú)んw11內(nèi)，與主換熱單元換熱管12接觸，熱量傳遞到主換熱單元換熱管12內(nèi)的冷卻介質(zhì) W；流化介質(zhì)G從主換熱單元流化介質(zhì)分布器16進(jìn)入該換熱區(qū)，使催化劑流化，控制該流化介質(zhì)的數(shù)量，可以改變換熱系數(shù)，從而改變?nèi)崃?；副換熱單元設(shè)置在主換熱單元內(nèi)部，來(lái)自催化劑入口3的循環(huán)催化劑一部分進(jìn)入副換熱單元?dú)んw21內(nèi)，與副換熱單元換熱管22接觸，熱量傳遞到副換熱單元換熱管22內(nèi)的冷卻介質(zhì)，流化介質(zhì)G從副換熱單元流化介質(zhì)分布器26進(jìn)入該換熱區(qū)，使催化劑流化，實(shí)現(xiàn)催化劑和換熱管的傳熱，副換熱單元?dú)んw21與主換熱單元?dú)んw11距催化劑入口3上沿距離L1。

控制流化介質(zhì)的數(shù)量，可以改變換熱系數(shù)，從而改變?nèi)崃俊?/p>

當(dāng)需要大幅度降低換熱量，僅靠改變流化介質(zhì)量無(wú)法滿足時(shí)，關(guān)閉任意換熱單元的流化介質(zhì)，該換熱單元即停止換熱，兩個(gè)換熱單元均可全部工作也可分別工作，實(shí)現(xiàn)工作換熱管面積的可調(diào)，擴(kuò)大換熱負(fù)荷的范圍。

流化介質(zhì)G從主換熱單元流化介質(zhì)分布器16和副換熱單元流化介質(zhì)分布器26進(jìn)入主副換熱單元，在主副換熱單元使催化劑流化實(shí)現(xiàn)換熱后，流入共用催化劑和流化介質(zhì)混合區(qū)6，形成氣體GA從催化劑入口3流出返回再生器。

冷卻介質(zhì)分別從主換熱單元冷卻介質(zhì)進(jìn)入管14和副換熱單元冷卻介質(zhì)進(jìn)入管24進(jìn)入主換熱單元換熱管12和副換熱單元換熱管22，吸收熱量后從主換熱單元加熱后的冷卻介質(zhì)出口15和副換熱單元加熱后的冷卻介質(zhì)出口25流出。

換熱區(qū)高度3米到10米；副換熱單元流化介質(zhì)用量按表觀流速0.2~0.6m/s提供；主換熱單元流化介質(zhì)按表觀流速0.15~0.6m/s提供。

如圖2所示，在主換熱單元1設(shè)置催化劑出口4，提高主換熱區(qū)的換熱能力上限，同時(shí)設(shè)置獨(dú)立的流化介質(zhì)、汽提氣出口7，催化劑冷卻器內(nèi)的氣體GA從該口流出返回再生器。

如圖3所示，在副換熱單元2設(shè)置催化劑出口4，增加副換熱區(qū)的換熱能力；同時(shí)在催化劑出口前設(shè)置副換熱單元汽提器27和副換熱單元汽提內(nèi)件27A，置換出催化劑從催化劑入口3攜帶來(lái)的煙氣；副換熱單元汽提器27設(shè)置在副換熱單元流化介質(zhì)分布器26下方，副換熱單元蒸汽分布器26A設(shè)置在副換熱單元汽提內(nèi)件27A下方；汽提蒸汽S、流化介質(zhì)G以及催化劑攜帶來(lái)的氣體形成氣體GA，從催化劑入口3返回再生器。

如圖4所示，副換熱單元設(shè)置在主換熱單元下方，主換熱單元的部分換熱管繼續(xù)用作副換熱單元的換熱管，催化劑出口設(shè)在主換熱單元底部。

如圖5所示，副換熱單元設(shè)置在主換熱單元下方，兩者用法蘭連接，副換熱單元獨(dú)立設(shè)置換熱管，催化劑出口設(shè)在主換熱單元底部。

如圖6所示，副換熱單元設(shè)置在主換熱單元下方，主換熱單元的部分換熱管繼續(xù)用作副換熱單元的換熱管，催化劑出口設(shè)在副換熱單元底部。

如圖7所示，該催化劑冷卻器的取熱介質(zhì)為水W，吸收的熱量產(chǎn)生蒸汽S；在共用催化劑和流化介質(zhì)混合區(qū)6以上設(shè)置汽水分離器5，該汽水分離器5直接與主換熱單元?dú)んw11為一體設(shè)計(jì),用法蘭11B連接，主換熱單元換熱管12、副換熱單元換熱管22直接焊接在汽水分離器底板或底封頭51A上，主換熱單元冷卻介質(zhì)進(jìn)入管14、副換熱單元冷卻介質(zhì)進(jìn)入管24用進(jìn)水管固定板58固定；水W通過(guò)冷卻介質(zhì)入口56先進(jìn)入汽水分離器5，從汽水分離器液相區(qū)進(jìn)入換熱管的主換熱單元冷卻介質(zhì)進(jìn)入管14、副換熱單元冷卻介質(zhì)進(jìn)入管24，受熱后水汽從換熱管進(jìn)入汽水分離器液相區(qū)內(nèi)筒52和汽水分離器液相區(qū)殼體51的環(huán)隙即氣液上升通道501，換熱區(qū)加熱后的水汽混合物在該環(huán)隙向上流動(dòng)，在汽水分離器水位以上的氣液轉(zhuǎn)向通道502經(jīng)180°轉(zhuǎn)向進(jìn)入汽水分離器水位上方的氣液混合物轉(zhuǎn)向分離器54，轉(zhuǎn)向過(guò)程實(shí)現(xiàn)水汽分離，蒸汽則在氣液混合物轉(zhuǎn)向分離器54繼續(xù)向上流動(dòng)，攜帶的部分液體靠重力沉降下降到下方的液體沉降區(qū)503，蒸汽到達(dá)汽水分離器頂部的聚結(jié)器59，經(jīng)過(guò)聚結(jié)器59進(jìn)一步分離出攜帶的水，蒸汽S經(jīng)冷卻介質(zhì)氣化氣體出口55排除。

副換熱單元2設(shè)置在主換熱單元1內(nèi)部；在主換熱單元1底部設(shè)置催化劑出口4；催化劑出口4上方換熱區(qū)下方設(shè)置主換熱單元汽提器17；主換熱單元汽提器17內(nèi)設(shè)置主換熱單元汽提內(nèi)件17A，內(nèi)件下方設(shè)置主換熱單元蒸汽分布器16A，內(nèi)件上方設(shè)置主換熱單元流化介質(zhì)分布器16。

如圖8所示，主換熱單元和副換熱單元橫截面布置情況。副換熱單元布置在主換熱單元內(nèi)部中心區(qū)，副換熱單元?dú)んw21為圓柱形。

附圖提供了本實(shí)用新型的基本示意，實(shí)際實(shí)施不限于附圖提供的具體設(shè)計(jì)形式。

本實(shí)用新型的取熱介質(zhì)可以為氣體,也可以為液體，如反應(yīng)原料。

實(shí)施例：汽水分離一體設(shè)計(jì)：主換熱單元?dú)んw11內(nèi)徑2300mm為例。副換熱單元?dú)んw21直徑1500mm。內(nèi)部設(shè)總面積60m²換熱管；外部換熱區(qū)設(shè)總面積90m²換熱管；換熱區(qū)內(nèi)副換熱單元?dú)んw高度6m ；L1=1.0m ；

催化劑入口直徑1300mm，不設(shè)催化劑出口；

汽水分離器直徑2400mm，高度4500mm；

液相區(qū)內(nèi)筒直徑2300mm，氣液轉(zhuǎn)向慣性分離區(qū)內(nèi)筒直徑2200mm：

聚結(jié)氣液分離區(qū)高150mm，聚結(jié)氣液分離區(qū)使用除霧網(wǎng)結(jié)構(gòu)。