專利名稱：用于提高石油化學和其它反應中微粒固體流通的豎管入口的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種用于提高微粒循環(huán)并減少氣體運移的豎管入口結(jié)構(gòu)，該入口適用于流化床催化裂化(FCC)單元和其它反應，例如硫化焦化裝置，軟化焦化裝置(flexicoker)和液化床煤燃器，大量的微粒固體在連接豎管(standpipe)和立管(riser)的不同容器之間流通。
背景技術：
在常規(guī)的流化床催化裂化(FCC)反應中通常包括一個再生器，一個立管反應器和一個洗提器(stripper)，如授權給Hedrick的美國專利5562 818所示，被細分的再生催化劑留在再生器內(nèi)并與反應器立管下部的碳氫化合物原料相接觸。碳氫化合物原料和蒸汽通過進料噴嘴進入立管。溫度約為200℃至約700℃的進料、蒸汽及再生催化劑的混合物向上流過立管反應器，并將進料轉(zhuǎn)化成較輕的產(chǎn)品，而焦炭層則沉積在催化劑表面上。接著，碳氫化合物的蒸汽和來自豎管頂部的催化劑流過旋流器，以將用過的催化劑從蒸汽產(chǎn)品流中分離出來。用過的催化劑進入洗提器中，蒸汽被導入該洗提器內(nèi)，以從催化劑中除去碳氫化合物產(chǎn)品。含有焦炭的已用過催化劑穿過洗提器的豎管進入存在有空氣而且溫度介于620℃與760℃之間的再生器中，焦炭層的燃燒形成了再生催化劑和煙氣。煙氣通過旋流器在再生器的上部區(qū)域從夾帶的催化劑中分離出來，同時再生的催化劑返回到再生器的流化床內(nèi)。接著，通過再生器的豎管將再生的催化劑從再生器流化床內(nèi)抽出，重復上述的循環(huán)，使再生的催化劑與反應區(qū)內(nèi)的進料接觸。
催化劑的流通對FCC單元的整體性能和可靠性十分重要。用于催化劑流通的主要動力來自形成于豎管內(nèi)的穩(wěn)定和足夠的壓力。豎管設計的一個關鍵部件就是入口設計，因為該入口設計決定了催化劑的入口條件，而入口條件又影響著整個豎管的操作。
在現(xiàn)有技術中，洗提器豎管和再生器豎管的入口設計是一個錐形的料斗，例如在由R.A.Meyers撰寫的“石油提煉工藝手冊”第二版(Handbookof Petroleum Refining Process)的公開出版文獻中示出的那樣。現(xiàn)有技術中入口料斗設計的關鍵內(nèi)容在于當將催化劑顆粒從流化床抽入豎管內(nèi)時，氣泡也與催化劑一起被吸入。入口料斗為氣泡提供了停留時間，以在進入豎管之前，聚結(jié)并發(fā)展成一個大氣泡。由于大氣泡具有較高的立管速度，因此大氣泡就有更好的機會回到流化床內(nèi)，這樣就減少了進入豎管的氣體夾帶量。
但是，現(xiàn)有技術中豎管入口的設計構(gòu)思具有幾個缺陷。如果入口料斗過小，那么被吸入入口料斗內(nèi)的大量氣泡就不會有足夠的時間長大，而是直接流入豎管，從而導致氣體夾帶量高的問題。另一方面，如果當為了能夠允許小氣泡長大而使入口料斗足夠大時，那么就可能形成大氣泡，而且氣泡將在克服催化劑向下的流動同時試圖上升的過程中靜止懸掛在料斗的內(nèi)部。這些巨大的懸掛氣泡可能會暫時限制催化劑流入到豎管內(nèi)。當氣泡最終成長得足夠大從而逸入流體床內(nèi)時，大氣泡的釋放將使催化劑突然涌入豎管內(nèi)，從而在豎管內(nèi)產(chǎn)生劇烈的壓力擺動。大氣泡的成長和釋放將使豎管的工作不穩(wěn)定，這不是我們所希望的?，F(xiàn)有技術的主要缺陷在于豎管入口設計的目標是為了減少夾帶進入豎管的氣體量，實際上，這種設計反而會促使大量氣泡被吸入。這樣必然會使效率非常低下。另外，在現(xiàn)有技術中，入口料斗的設計是一個龐大的結(jié)構(gòu)，這樣對于許多FCC單元而言就沒有足夠的空間放置這種入口料斗。一種公認的折衷方案就是或者將一個直管或一個非對稱料斗用作豎管的入口，但這樣就會使上述的問題進一步惡化。
豎管入口的幾何形狀不僅影響催化劑的流通，而且被夾帶的氣體還可能對FCC單元的洗提器的性能產(chǎn)生負面沖擊。一般情況下，洗提器包括多個特殊的托架，如發(fā)明人為johnson等人的國際申請PCT/US95/09335所示。主容器內(nèi)的特殊托架提高了通過蒸汽沖洗的碳氫化合物蒸汽的效率。接著，用過的催化劑通過帶有料斗入口的洗提器豎管被輸送至再生器，如現(xiàn)有技術所述。洗提器豎管的料斗入口在減少氣體夾帶量方面效率很低。第二FCC論壇(Second FCC Forum(1996年5月15至17，得克薩斯州林區(qū)))的Nougier等人的研究結(jié)果表明即使在主容器中的強化洗提之后，留在洗提器內(nèi)的蒸汽仍然含20至25％克分子(或約為40％重量比)的碳氫化合物產(chǎn)品。從洗提豎管進入再生器的夾帶量除了對上述的催化劑流通產(chǎn)生影響外還有兩個負面作用。首先，從洗提器夾帶到再生器內(nèi)的氣體意味著碳氫化合物產(chǎn)品的損失，但這部分損失可能已被還原成產(chǎn)品。第二，被夾帶的碳氫化合物已在再生器內(nèi)被燃燒，而這種燃燒消耗了再生器內(nèi)有限的空氣并產(chǎn)生了必須除去的多余熱量。因此，必須減少夾帶到洗提器豎管中的氣體量。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個目的在于通過一個豎管入口設計來減少進入到豎管內(nèi)的氣體夾帶量。這將使形成于豎管內(nèi)的整體壓力和催化劑的流通速度得以提高，同時還提高了豎管的穩(wěn)定性。氣體夾帶量的減少還將減少上述從洗提器夾帶到FCC單元之再生器內(nèi)的碳氫化合物。
這樣目的可由下述的裝置來實現(xiàn)。該裝置包括用于在一容器中使微粒固體床處于流化床模式的裝置；一根用于將所述微粒固體輸送到最終的流化床的導管；和一根延伸到所述流化床內(nèi)用于將微粒固體運送到流化床外部的豎管，其中一個包圍豎管的盤設置于豎管上部之下，在該豎管的上部包括有一個用于接收來自流化床的固體的入口。
本申請人發(fā)現(xiàn)通過使用本發(fā)明的裝置，固體能夠以較少的氣體夾帶量平滑地流入豎管內(nèi)。其它優(yōu)點如下所述。
用于使催化劑在FCC單元內(nèi)循環(huán)流通的主動力源來自形成于豎管內(nèi)的溫度和足夠的壓力。豎管設計的一個關鍵部件在于入口設計，因為它決定了催化劑的入口條件，而催化劑的入口條件又影響整個豎管的操作。因此，必須通過恰當?shù)卦O計豎管入口來減少氣體的夾帶量。
本發(fā)明的豎管入口設計的關鍵構(gòu)思與具有許多上述缺陷的現(xiàn)有技術之入口料斗設計完全不同。本發(fā)明的設計構(gòu)思依賴于部分流態(tài)化停滯，而不是氣泡在料斗內(nèi)的聚結(jié)和長大，從而減少氣體夾帶量，其具體內(nèi)容如下所述。
使FCC催化劑在再生器或洗提器內(nèi)保持流化狀態(tài)的原因在于流化氣體向上的連續(xù)供給。因此，只要流化氣體的供給被切斷，那么被流化的催化劑就會開始沉降，或立即停止流化態(tài)作用。在這種流化態(tài)停止的最初階段，氣泡從流化床內(nèi)快速逸出，如Khoe等人在“粉末技術(PowderTechnology)”第66卷(1991)發(fā)表的文章所述，該文章在本說明書中作為參考引用。當所有的氣泡被耗盡后，F(xiàn)CC催化劑仍然能夠在完全停止流化之前的一定時間內(nèi)保持在致密的流化狀態(tài)下，如Khoe等人的文章所述。在Khoe等人的實驗中，反流化態(tài)過程可通過切斷流化氣體源而起動。本申請人發(fā)現(xiàn)通過在選定的區(qū)域內(nèi)有策略地關閉向上流動的流化氣體而在流化床內(nèi)實現(xiàn)局部的反流化過程。本發(fā)明的豎管入口設計在關鍵區(qū)域采用這種局部反流化作用，以消除氣泡并允許被流化的催化劑流入豎管內(nèi)。


現(xiàn)結(jié)合非限制性的附圖，對本發(fā)明作出進一步的說明。
圖1為包括有一個再生器豎管的FCC單元之再生器下部的剖視圖；圖2為圖1所示的再生器豎管入口的局部放大剖視圖；圖3為圖2所示的再生器豎管入口的另一實施例；圖4為當將催化劑從靠近FCC單元的再生器容器底壁的空間內(nèi)抽出時，再生器豎管入口的又一實施例。
具體實施例方式
參照圖1，圖1為根據(jù)本發(fā)明，F(xiàn)CC單元的常規(guī)再生器容器20之下部的剖視圖，其中FCC單元設置有一個再生器豎管10，該豎管10包括一個用于吸入再生催化劑的入口部分60。用過的催化劑通過一個常規(guī)的剩余催化劑輸送管70從洗提器(未示出)輸送出來并進入再生器20，在再生器20內(nèi)，沉積在催化劑上的焦炭被主要空氣格柵送進的空氣燒掉。來自格柵30的空氣和所形成的燃燒氣體通過再生器上升，以使流化床40內(nèi)的催化劑被流化。燃燒氣體和夾帶的再生催化劑在再生器的上部被旋流器(未示出)分離。燃燒氣體從再生器的上部排出，而被旋流器(未示出)分離的再生催化劑返回流化床40內(nèi)。再生器20內(nèi)的流化床40的常規(guī)密度介于0.32-0.64g/cm3(20至40lb/ft3)的范圍內(nèi)，同時還存在許多上升的氣泡。流化床40的密度主要由從空氣格柵30流入的空氣所控制，較大流量的流化空氣將產(chǎn)生更多的氣泡和低密度的流化床40。流化床40通過一個設置于再生器豎管10之底部并用于控制再生催化劑吸入再生器豎管10內(nèi)的速度的滑閥(未示出)或其它裝置保持在一定的水平50上。再生器豎管10的頂部包括一個根據(jù)本發(fā)明的豎管入口60，該豎管入口60在圖中被一個斷開圓所包圍，其完全浸沒在位于再生器20內(nèi)的流化床40中。盡管豎管10在圖1中以垂直狀態(tài)被示出并從底部延伸到再生器20內(nèi)，但本發(fā)明的豎管入口60還可不通過底部而是通過側(cè)壁延伸到再生器20內(nèi)，而且豎管入口還可以是傾斜的，而不是垂直的。
參照圖2，圖2示出了圖1中的豎管入口60的細節(jié)，再生器豎管10一般為一個直徑約為1至5英寸的圓筒形導管。再生的催化劑最好通過兩種類型的開口中的一個或兩個被吸入到豎管10內(nèi)。開口的第一最佳實施例是一個豎管的頂部開口11。開口的第二最佳實施例是多個貫穿豎管10之上部壁的開口12。盡管在圖2中開口12以狹槽示出，但也可采用其它形式，例如圓形孔。位于開口11和/或12下方的是一個圍繞豎管10的水平圓盤13。在下面的說明中，部件13將被稱為“圓盤”，對于圓筒形的容器而言，這是最合理的稱呼。但，應該理解部件13可以是任意所需形狀的盤。由于整個豎管入口都浸沒在流化床40內(nèi)，而催化劑在流化床40內(nèi)被來自空氣格柵30(見圖1)的連續(xù)向上的流化氣體所流化，圓盤13基本上擋住了從下方供給的流化氣體并在恰好位于圓盤13上方的區(qū)域內(nèi)起動反流化過程。當完全被流化的再生催化劑與氣泡一起被吸向豎管開口11和12時，流化氣體被圓盤13擋住(除非在下文中另有說明)，而且朝向豎管開口11和12流動的氣泡也非常迅速地離開連續(xù)供給的流化氣體。這樣就形成了一個致密的流化區(qū)域14，該區(qū)域在圖2中以被斷開線封閉的形式示出，而且在豎管開口11和12附近幾乎不存在氣泡。這樣就可通過在進入豎管10之前消除氣泡而使催化劑局部流化，但并未達到使催化劑不再流動的完全反流化狀態(tài)。為防止在圓盤13上方的致密流化區(qū)域14內(nèi)完全反流化，最好還供給少量的氣體流。小流量的氣體最好通過圓盤13上的通風口13c和/或通過位于圓盤上方的氣體噴射環(huán)15進給。盡管氣體噴射環(huán)15已在圖2中示出，但也可采用其它裝置例如氣體注入格柵來達到防止在位于圓盤13上方的致密流化區(qū)域內(nèi)完全反流化的目的。
圓盤13可包括一個向下凸出的側(cè)面或凸緣13a，該凸緣環(huán)繞著圓盤13，最好環(huán)繞著圓盤的圓周。圓盤13下方被凸緣13a所環(huán)繞的空間允許圓盤收集來自下方的流化氣體。為連續(xù)地流過流化氣體，凸緣13a還可包括多個允許流化氣體流向致密流化區(qū)域14外部的通風口13b?；蛘?，也可采用一個通風管16，以將來自圓盤13之下方的流化氣體排向位于致密流化區(qū)域14之上方的位置。盡管我們建議將圓盤13樣子一個在圖2中的致密流化區(qū)域?qū)崿F(xiàn)局部反流化的裝置，但也可采用其它裝置完成同樣的目的。其中一種可選方案如圖3所示。
參照圖3，再生催化劑通過頂部開口11′或多個開口12′或者通過開口11′和開口12′再次被吸入豎管10′內(nèi)。替代圖2所示的水平圓盤13，圖3示出了一個位于開口11′和12′并環(huán)繞豎管10′的錐形圓盤13′。錐形圓盤13′的功能在于有策略地阻擋從下方流入的流化氣體并在恰位于圓盤13′上方的區(qū)域內(nèi)起動局部反流化過程。這樣就形成了一個致密的流化區(qū)域14′，該區(qū)域在圖3中被斷開線所包圍。為防止在致密流化區(qū)域14′內(nèi)產(chǎn)生完全反流化作用，最好通過圓盤13′上的通風口13c′和/或通過設置于圓盤13′上方的氣體噴射環(huán)15′供給少量的氣體流。盡管在圖3中示出了氣體噴射環(huán)15′，但還可采用其它裝置例如氣體注入格柵來實現(xiàn)相同的目的，即防止在圓盤13′上方的致密流化區(qū)域14′內(nèi)完全反流化的作用。位于錐形圓盤13′下方的空間允許圓盤收集來自下方的流化氣體。為能夠連續(xù)地流過流化氣體，圓盤13′還可包括多個具有延長管13b′，以允許流化氣體流向致密流化區(qū)域14′的外部?；蛘?，也可采用一個通風管16′，以將來自圓盤13′下方的流化氣體排向位于致密流化區(qū)域14′上方的位置。與圖2所示的水平圓盤13相比，錐形圓盤13′的一個優(yōu)點在于當來自氣體噴射環(huán)15′的氣體流被關閉時，催化劑停滯的可能性變小。
圖4示出了再生器豎管入口的另一實施例，除了FCC過程最好從非常接近再生器120底部的區(qū)域吸入再生催化劑外，該實施例使用了與圖1所示的構(gòu)思相似的設計方案。用過的催化劑從洗提器(未示出)通過一個用過的催化劑之輸送管170被輸送到再生器容器120內(nèi)。再生的催化劑在再生器的上部通過旋流器(未示出)與煙氣分離。煙氣從再生器容器的上部排出，而且通過旋流器(未示出)分離的再生催化劑返回再生器容器120的下部，以通過流化空氣連續(xù)向上的流動和來自空氣格柵130的氣體燃燒形成流化床140。流化床140通過一個滑閥(未示出)或其它設置于再生器豎管10底部的裝置保持在水平150上，以控制吸入再生器豎管110內(nèi)的催化劑的速度。
在該實施例中，環(huán)繞豎管110的圓盤是再生器容器120之下端的一部分。再生器豎管110仍設置有兩種入口中的一種或兩種，以從再生器容器的流化床140內(nèi)吸入催化劑。第一開口是豎管110頂部的開口111，第二開口是多個貫穿豎管110之上部壁的開口，其中豎管的上部壁恰好位于再生器120的底部容器壁113上方。盡管在圖4中以垂直形式示出了豎管110，但本發(fā)明的豎管入口還可以應用到豎管110可能傾斜的其它結(jié)構(gòu)中。圖4所示的再生器容器的下端壁之功能與圖2所示的圓盤13的功能相似，即產(chǎn)生局部反流化作用并形成一個致密的流化區(qū)域114(與圖2中的區(qū)域14相同)，同時在豎管開口111和112附近幾乎不存在氣泡。為防止在容器壁附近產(chǎn)生完全的反流化作用，可通過一個氣體噴射環(huán)115供給少量氣體流。盡管在圖4中示出了一個氣體噴射環(huán)115，但也可采用其它裝置例如氣體噴射格柵來實現(xiàn)同樣的目的，即防止在位于容器壁113上方的致密流化區(qū)域114內(nèi)產(chǎn)生完全反流化作用。
根據(jù)圖4的再生器豎管入口被安裝到受讓人的FCC單元內(nèi)，該FCC單元最初設置有一個現(xiàn)有技術的料斗豎管入口?？刹鸬糇畛醯娜肟诹隙凡⒃谪Q管壁上制成四個6英寸寬、40英寸長的狹槽。當安裝了這種新式再生器豎管入口后，F(xiàn)CC單元的催化劑流通速度增加了30％，同時在再生器豎管內(nèi)產(chǎn)生了額外的3psi的壓力。這清楚地說明本發(fā)明的豎管入口在減少再生器的氣體夾帶量方面十分有效，從而允許豎管以更高的密度工作并為催化劑的流通產(chǎn)生了更高的壓力。此外，與先前的操作條件相比，即使催化劑在較高速度下流通，豎管的操作也能夠更加平穩(wěn)。
上面的說明證明，與現(xiàn)有技術相比，當將本發(fā)明的豎管設計應用到FCC單元的再生器豎管上時，其具有以下優(yōu)點更穩(wěn)定的操作-本發(fā)明的入口設計不依賴于現(xiàn)有技術的入口料斗機構(gòu)吸入大量的氣泡，以使氣泡聚集并形成大氣泡。相反，這種新式入口設計通過有策略地消除包圍豎管入口區(qū)域的氣泡和局部反流化處理使氣泡的夾帶量最少。因為這種新式設計不需要在料斗結(jié)構(gòu)中形成并釋放氣泡，而氣泡的產(chǎn)生和釋放都將使豎管工作不穩(wěn)定，所以本發(fā)明的設計必然更為穩(wěn)定。
更加有效地減少氣體夾帶量-現(xiàn)有技術的構(gòu)思在于吸入大量的氣泡，同時試圖減少氣體的夾帶量。另一方面，本發(fā)明的基本構(gòu)思在于在催化劑進入豎管之前通過使催化劑產(chǎn)生局部反流化作用來有策略地消除氣泡。這樣，本發(fā)明的設計在減少氣體夾帶到豎管內(nèi)方面更為有效。
更好地控制-現(xiàn)有技術的料斗設計對入口周圍的氣體夾帶控制較少。隨著催化劑流通速度的增加，越來越多的氣泡被吸入料斗，從而導致越來越多的氣體夾帶。而，本發(fā)明的設計通過消除所有的氣泡，接著導入平滑運轉(zhuǎn)所需的少量氣體而在入口附近保持對流動條件的完全控制。
結(jié)構(gòu)簡單-與現(xiàn)有技術的料斗結(jié)構(gòu)相比，本發(fā)明的設計更為簡單和耐用。
當本發(fā)明的豎管入口設計被應用于洗提器豎管上時，相對現(xiàn)有技術中用于提高FCC單元的洗提器和再生器性能的入口料斗設計，本發(fā)明能夠提供更多的優(yōu)點。除了上述將本發(fā)明應用于再生器豎管上以提高催化劑流通和豎管穩(wěn)定性的益處外本發(fā)明還有其它優(yōu)點更高的洗提效率-本發(fā)明的豎管入口設計在減少氣體夾帶到豎管內(nèi)方面更加有效。由于洗提器豎管的氣體夾帶量可能包含約40％重量比的碳氫化合物產(chǎn)品，本發(fā)明的豎管入口設計通過減少由于氣體夾帶而造成的碳氫化合物損失來有效增加碳氫化合物的產(chǎn)量。
較低的再生器負載-由于本發(fā)明的洗提器豎管設計在減少氣體夾帶方面更加有效，因此將會有更少的碳氫化合物進入再生器。這樣就會使空氣的需要量減少，而且由于在再生器內(nèi)燃燒的碳氫化合物更少，因此需要除去的熱量也更少。更為重要的是，現(xiàn)在許多FCC單元受到再生器內(nèi)空氣源或除熱能力的限制。因此，本發(fā)明可被用于消除該單元的瓶頸效應。
盡管上面的說明集中于將本發(fā)明應用于FCC單元內(nèi)，但還可采用類似的豎管入口設計提高微粒固體的流通并減少在其它石油化學反應中的氣體夾帶量，例如流化焦化裝置和軟化焦化裝置和除石油化學之外的工藝，例如循環(huán)的流化床燃燒器，在該燃燒器內(nèi)，大量的微粒固體在由豎管和立管連接起來的不同容器之間流通。
權利要求
1.一種裝置，其包括用于在一容器中保持微粒固體床處于流化床模式的裝置，一根用于將所述微粒固體輸送到所形成的流化床內(nèi)的導管，和一根延伸到所述流化床內(nèi)并用于將微粒固體輸送到流化床之外的豎管，其中一個環(huán)繞豎管的盤設置于豎管上部之下，豎管的上部包括一個用于從流化床接收固體的入口。
2.根據(jù)權利要求1所述的裝置，其特征在于豎管上部的開口包括多個貫穿位于上端之下和圓盤之上的豎管壁的開口。
3.根據(jù)權利要求1或2所述的裝置，其特征在于在盤的上方設置一個用于噴射流化氣體而使位于其上方的微粒固體保持流化狀態(tài)的裝置。
4.根據(jù)權利要求1至3之一所述的裝置，其特征在于豎管的上端是開口的。
5.根據(jù)權利要求1至4之一所述的裝置，其特征在于在盤下方設置一個用于使氣體通風的裝置。
6.根據(jù)權利要求5所述的裝置，其特征在于通風裝置是盤上的孔。
7.根據(jù)權利要求5所述的裝置，其特征在于通風裝置是連接盤下方的區(qū)域和豎管上端上方的區(qū)域的一個導管。
8.根據(jù)權利要求1至7之一所述的裝置，其特征在于在盤的周邊上設置有一個向下突出的凸緣。
9.根據(jù)權利要求8所述的裝置，其特征在于凸緣包括多個通風口。
10.根據(jù)權利要求1至9之一所述的裝置，其特征在于盤的形狀為面朝豎管上端的一個圓錐形。
11.根據(jù)權利要求1至3之一所述的裝置，其特征在于盤是容器下端的一部分。
12.一種流體催化裂化設備的再生器裝置，其包括根據(jù)權利要求1至11之一所述的裝置。
13.一種流體催化裂化設備的洗提器裝置，其包括根據(jù)權利要求1至11之一所述的裝置。
全文摘要
一種裝置,其包括:用于在一容器中保持微粒固體床處于流化床模式的裝置,一根用于將所述微粒固體輸送到所形成的流化床內(nèi)的導管,和一根延伸到所述流化床內(nèi)并用于將微粒固體輸送到流化床之外的豎管,其中:一個環(huán)繞豎管的盤設置于豎管上部之下,豎管的上部包括一個用于從流化床接收固體的入口。
文檔編號C10G11/18GK1341040SQ00804143
公開日2002年3月20日 申請日期2000年2月18日 優(yōu)先權日1999年2月22日
發(fā)明者戴維·J·布羅斯騰, 陳岳孟 申請人:國際殼牌研究有限公司