專利名稱：適用于氣固并流下行床反應(yīng)器的催化劑入口裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種適用于氣固并流下行床反應(yīng)器的催化劑入口裝置，屬化工設(shè)備中的催化劑進(jìn)料設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域。
下行床反應(yīng)器利用氣固順重力場(chǎng)向下運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)，能夠適應(yīng)催化裂化/裂解快速反應(yīng)的要求。通常，其氣固混合、氣固兩相下行接觸反應(yīng)、氣固快速分離三項(xiàng)操作的總過程在1秒之內(nèi)完成。由于在超短時(shí)間內(nèi)完成氣固接觸及反應(yīng)，且反應(yīng)器中氣固兩相濃度、速度徑向分布均勻，停留時(shí)間分布近似為平推流，催化劑與油氣的返混小，有利于反應(yīng)選擇性的提高，減少催化劑和干氣產(chǎn)量。但由于其快速反應(yīng)的特點(diǎn)，要求催化劑在入口處就分布均勻。否則，由于下行床氣固兩相的停留時(shí)間只有數(shù)百個(gè)毫秒，而且其流動(dòng)近似于平推流，催化劑在整個(gè)反應(yīng)器內(nèi)都將處于一種分布不均的狀態(tài)中，這將大大降低反應(yīng)器的效率。
國(guó)內(nèi)外的石油公司及科研結(jié)構(gòu)都對(duì)下行床反應(yīng)器的催化劑入口結(jié)構(gòu)展開了研究。Stone Webster Engineering Corp.公司的專利(圖1-A，專利號(hào)US4338187)在其催化劑入口裝置中采用了多管射流的設(shè)計(jì)。其優(yōu)點(diǎn)是能夠有效地控制顆粒流量、同時(shí)能夠?qū)崿F(xiàn)顆粒的均布及氣固的混合。但是其最大的缺點(diǎn)在于結(jié)構(gòu)過于復(fù)雜，帶來易磨損、易堵塞及檢修困難等缺點(diǎn)，很難滿足實(shí)際應(yīng)用的要求。Texaco Inc.公司的專利(圖1-B與圖1-C，專利號(hào)US4514285)利用顆粒的分布板來實(shí)現(xiàn)顆粒的均布。雖然結(jié)構(gòu)上有所簡(jiǎn)化，但是分布板的壓降損失大，而且不易達(dá)到高顆粒循環(huán)量，同時(shí)其磨損也比較大。由上述已有專利的說明可以看出，利用機(jī)械裝置，如導(dǎo)流管、分布器來實(shí)現(xiàn)顆粒的均布，都會(huì)造成結(jié)構(gòu)上的復(fù)雜，導(dǎo)致在工業(yè)應(yīng)用中的一系列困難。
本發(fā)明的目的是設(shè)計(jì)一種氣固并流下行床反應(yīng)器的催化劑入口裝置，克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，將兩相流中氣固兩相本身的湍動(dòng)混合，快速實(shí)現(xiàn)催化劑顆粒的均勻分布。其最大的優(yōu)點(diǎn)就是能夠?qū)崿F(xiàn)催化劑顆粒的快速均布。同時(shí)兼?zhèn)浣Y(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作彈性大、壓降小及設(shè)備與顆粒磨損小等要求，易于在工業(yè)上實(shí)現(xiàn)。
本發(fā)明設(shè)計(jì)的適用于氣固并流下行床反應(yīng)器的催化劑入口裝置，包括裝置外殼與下行床反應(yīng)器主體的入口。裝置外殼與下行床反應(yīng)器主體同軸安裝，兩者之間形成環(huán)隙；外殼的直徑D1與下行床反應(yīng)器的直徑Dr的比例D1/Dr保持在1.3～2.0之間。裝置外殼頂部為橢球型形成氣固湍流混合區(qū)；橢球最高點(diǎn)與下行床入口端面間的垂直距離H4為1.0～2.0D1；外殼的側(cè)壁圓周上均布載氣入口管道；載氣入口管道的數(shù)量N1為4～8個(gè)，直徑D3為0.1～0.2D1，與入口裝置外殼(6)所成的角度β為15°～45°，與入口裝置下端面間的垂直距離H3為1.0～1.5倍D1；載氣入口的下部側(cè)壁上裝有一個(gè)催化劑輸送管道，其直徑D2為0.2～0.4D1，與入口裝置外殼(6)所成角度α必須小于45°，與入口裝置下端面間的垂直距離H1為0.3～0.5D1；所述的環(huán)隙下部裝有松動(dòng)風(fēng)分布器，分布器下方的外殼側(cè)壁上裝有一個(gè)松動(dòng)風(fēng)入口管道，其直徑D4為25～50mm。
上述的氣固湍流混合區(qū)可以變小，兩相湍流混合區(qū)的頂部外殼改為水平平板，其與下行床入口端面間的垂直距離H5為0.2～0.8D1；同時(shí)在水平平板的圓周邊緣有角度為γ，寬為W的倒角，可以防止死區(qū)的形成。
上述的兩相湍流混合區(qū)的頂部結(jié)構(gòu)為馬鞍型結(jié)構(gòu)，馬鞍型結(jié)構(gòu)的圓弧相交處與下行床入口端面間的垂直距離H7為0.1～0.3D1，圓弧最高點(diǎn)與下行床入口端面間的垂直距離H6為0.2～0.8D1。
上述的兩相湍流混合區(qū)還可以有一個(gè)縮徑區(qū)；縮徑區(qū)的直徑D6為0.7～0.9D1上述的裝置中的兩相湍流混合區(qū)可以加入載氣的斜噴口。
本發(fā)明的入口裝置經(jīng)過冷態(tài)流動(dòng)模型(直徑420mm，高18m)的詳細(xì)測(cè)試，實(shí)驗(yàn)表明，本入口裝置能夠?qū)崿F(xiàn)催化劑顆粒的快速均布，同時(shí)兼?zhèn)浣Y(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作彈性大、壓降小及設(shè)備與顆粒磨損小等要求。實(shí)驗(yàn)同時(shí)還證明在下行床反應(yīng)器中，經(jīng)過兩倍直徑(Dr)的距離，催化劑顆粒即可分布均勻。同時(shí)由于沒有銳孔，該入口結(jié)構(gòu)的載氣壓降大大減少，大約在200Pa之內(nèi)。實(shí)驗(yàn)還證明，在各種操作條件下，該催化劑入口裝置的催化劑流量都能保持穩(wěn)定，其波動(dòng)＜5％。同時(shí)由于該裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，沒有催化劑顆粒與設(shè)備的劇烈磨損部位，因此設(shè)備與催化劑的磨損也很少。該冷態(tài)流動(dòng)模型運(yùn)轉(zhuǎn)8個(gè)月后，其有機(jī)玻璃制成的入口結(jié)構(gòu)依然完整。


圖1-A為專利US4338187中涉及的催化劑入口裝置。
圖1-B為專利US4514285中涉及的催化劑入口裝置。
圖2為氣固兩相在本催化劑入口裝置中運(yùn)動(dòng)軌跡的示意圖。
圖3為本催化劑入口裝置的正視圖。
圖4為圖3中所示催化劑入口裝置的一種變型，主要變化是兩相湍流混合區(qū)變小。
圖5為圖4中所示催化劑入口裝置的一種變型，主要變化是兩相湍流混合區(qū)的頂部結(jié)構(gòu)發(fā)生變化。
圖6為圖4中所示催化劑入口裝置的一種變型，主要變化是兩相湍流混合區(qū)的有一個(gè)縮徑區(qū)。
圖7為圖4中所示催化劑入口裝置的一種變型，主要變化是兩相湍流混合區(qū)加入載氣的斜噴口。
下面結(jié)合附圖，詳細(xì)介紹本發(fā)明的內(nèi)容。
圖1-圖7中，1為兩相湍流混合區(qū)。2為載氣入口管道。3為催化劑顆粒輸送管道。4為松動(dòng)風(fēng)分布器。5為下行床反應(yīng)器主體。6為催化劑入口裝置的外殼。7為位于外殼與下行床反應(yīng)器主體間的環(huán)隙。8為松動(dòng)風(fēng)入口管道。9為兩相湍流混合區(qū)縮小后的頂部外殼。10為兩相湍流混合區(qū)縮小后其頂部外殼的另一種構(gòu)型。11為縮徑后的裝置外殼。12為兩相湍流混合區(qū)的載氣的斜噴口。13為兩段式提升管再生裝置。14為下行床催化劑入口裝置。15為原料油入口。16為下行床反應(yīng)器主體。17為催化劑與反應(yīng)后油氣的快速分離裝置。18為旋風(fēng)分離系統(tǒng)。19為催化劑汽提裝置。
其中的尺寸標(biāo)號(hào)為Dr為下行床反應(yīng)器主體的直徑。D1為催化劑入口裝置外殼的直徑。D2為催化劑輸送管道的直徑。D3為載氣入口管道(圖3)的直徑。D4為松動(dòng)風(fēng)入口管道的直徑。D5為兩相湍流混合區(qū)縮徑區(qū)的直徑。H1為催化劑輸送管道與入口裝置下端面間的垂直距離。H2為下行床入口端面與入口裝置下端面間的垂直距離。H3為載氣入口管道與入口裝置下端面間的垂直距離。H4為兩相湍流混合區(qū)最高點(diǎn)(圖3)與下行床入口端面間的垂直距離。H5為兩相湍流混合區(qū)縮小后(圖5)其頂部外殼與下行床入口端面間的垂直距離。H6為另一種頂部外殼(圖6)圓弧最高點(diǎn)與下行床入口端面間的垂直距離。H7為另一種頂部外殼(圖6)圓弧相交處與下行床入口端面間的垂直距離。W為兩相湍流混合區(qū)縮小后(圖5)其頂部外殼的倒角寬度。N1為載氣入口管道的數(shù)量。α為催化劑輸送管道與入口裝置殼體所成的角度。β為載氣入口管道與入口裝置殼體所成的角度。γ為兩相湍流混合區(qū)縮小后(圖5)其頂部外殼的倒角角度。
下面結(jié)合圖2、圖3介紹本發(fā)明的工作流程。催化劑離開催化劑的提升管再生裝置(14)后，由催化劑顆粒輸送管道(3)進(jìn)入由入口裝置外殼(6)與下行床反應(yīng)器主體(5)組成的環(huán)隙(7)中。在松動(dòng)風(fēng)的作用下，呈密相向上運(yùn)動(dòng)。當(dāng)其運(yùn)動(dòng)到載氣入口管道(2)附近，由于載氣的高速噴射作用，催化劑顆粒開始進(jìn)行與載氣的劇烈湍動(dòng)混合。兩相湍流混合區(qū)保證了催化劑與載氣的充分混合。催化劑顆粒在兩相湍流混合區(qū)與載氣的充分混合后，進(jìn)入下行床反應(yīng)器主體與油氣開始反應(yīng)。
如圖3所示，該下行床催化劑入口結(jié)構(gòu)主要由催化劑輸送管道(3)、載氣入口管道(2)、兩相湍流混合區(qū)、下行床反應(yīng)器入口(5)及松動(dòng)風(fēng)裝置(4、8)組成。入口裝置的特征尺寸為其外殼的直徑D1。D1與下行床反應(yīng)器的直徑Dr的比例D1/Dr保持在1.3～2.0之間。
顆粒輸送管道(3)是聯(lián)接催化劑再生裝置(14)與下行床催化劑入口裝置(15)的管道。其直徑D2為0.2～0.4D1，與入口裝置外殼(6)所成角度α必須小于45°，與入口裝置下端面間的垂直距離H1為0.3～0.5D1。
催化劑顆粒從粒輸送管道(3)進(jìn)入到由入口裝置外殼(6)與下行床反應(yīng)器主體(5)組成的環(huán)隙(7)中。在環(huán)隙下方設(shè)有松動(dòng)風(fēng)分布器(4)及松動(dòng)風(fēng)入口管道(8)。松動(dòng)風(fēng)入口管道的直徑D4為25～50mm。松動(dòng)風(fēng)的作用是攜帶顆粒以密相的形式向上運(yùn)動(dòng)。松動(dòng)風(fēng)能夠使催化劑顆粒在環(huán)隙(7)中穩(wěn)定、均勻地向上流動(dòng)，對(duì)于保證穩(wěn)定的顆粒流量至關(guān)重要。松動(dòng)風(fēng)的流量為載氣風(fēng)量的10％～30％。
載氣入口管道(2)沿入口裝置的外殼(6)圓周均勻分布，以達(dá)到氣固兩相的均勻分布。其數(shù)量N1為4～8個(gè)，直徑D3為0.1～0.2D1，與入口裝置外殼(6)所成的角度β為15°～45°，與入口裝置下端面間的垂直距離H3為1.0～1.5倍D1。
兩相湍流混合區(qū)為半橢圓型，由兩相湍流混合區(qū)外殼(1)包圍所成。其最高點(diǎn)與下行床入口端面間的垂直距離H4為1.0～2.0倍D1。
顆粒在兩相湍流混合區(qū)與載氣迅速混合后，均勻進(jìn)入下行床反應(yīng)器(5)入口。下行床入口端面與入口裝置下端面間的垂直距離H3為1.2～1.6D1。
本發(fā)明的實(shí)施例為實(shí)施例1圖4為圖3中所示催化劑入口裝置的一種變型，主要變化是兩相湍流混合區(qū)變小。兩相湍流混合區(qū)的頂部外殼改為水平平板(9)，其與下行床入口端面間的垂直距離H5為0.2～0.8D1。同時(shí)在其圓周邊緣有角度為γ，寬為W的倒角，可以防止死區(qū)的形成。
實(shí)施例2圖5為圖4中所示催化劑入口裝置的一種變型，主要變化是兩相湍流混合區(qū)的頂部結(jié)構(gòu)發(fā)生變化。頂部外殼由圖4的水平平板(9)變?yōu)轳R鞍型(10)結(jié)構(gòu)。這有助于顆粒向下行床入口處流動(dòng)。從圖5看，其過中心的軸向截面為兩個(gè)相交圓弧。圓弧相交處與下行床入口端面間的垂直距離H7為0.1～0.3D1，圓弧最高點(diǎn)與下行床入口端面間的垂直距離H6為0.2～0.8D1。
實(shí)施例3圖6為圖4中所示催化劑入口裝置的一種變型，主要變化是兩相湍流混合區(qū)有一個(gè)縮徑區(qū)?？s徑區(qū)的直徑D5為0.7～0.9D1?？s徑區(qū)能夠提高顆粒的運(yùn)動(dòng)速度，加快載氣與催化劑的混合，減少顆粒在入口裝置中的停留時(shí)間。
實(shí)施例4圖7為圖4中所示催化劑入口裝置的一種變型，主要變化是兩相湍流混合區(qū)加入載氣的斜噴口(12)。載氣的斜噴口有助于消除兩相湍流混合區(qū)的死區(qū)。
下行床反應(yīng)器利用氣固順重力場(chǎng)向下運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)，能夠適應(yīng)催化裂化/裂解快速反應(yīng)的要求。通常，其氣固混合、氣固兩相下行接觸反應(yīng)、氣固快速分離三項(xiàng)操作的總過程在1秒之內(nèi)完成。由于在超短時(shí)間內(nèi)完成氣固接觸及反應(yīng)，且反應(yīng)器中氣固兩相濃度、速度徑向分布均勻，停留時(shí)間分布近似為平推流，催化劑與油氣的返混小，有利于反應(yīng)選擇性的提高，減少催化劑和干氣產(chǎn)量。本入口結(jié)構(gòu)能夠快速、均勻地在下行床入口處分布催化劑顆粒，適應(yīng)下行床反應(yīng)器快速反應(yīng)與近似平推流流動(dòng)的特點(diǎn)。同時(shí)其兼?zhèn)浣Y(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作彈性大、壓降小及設(shè)備與顆粒磨損小等要求，易于在工業(yè)上實(shí)現(xiàn)。
權(quán)利要求
1.一種適用于氣固并流下行床反應(yīng)器的催化劑入口裝置，其特征在于，該裝置包括裝置外殼與下行床反應(yīng)器主體的入口；所述的裝置外殼與下行床反應(yīng)器主體同軸安裝，兩者之間形成環(huán)隙；外殼的直徑D1與下行床反應(yīng)器的直徑Dr的比例D1/Dr保持在1.3～2.0之間；所述的裝置外殼頂部為橢球型形成氣固湍流混合區(qū)；橢球最高點(diǎn)與下行床入口端面間的垂直距離H4為1.0～2.0D1；外殼的側(cè)壁圓周上均布有載氣入口管道；載氣入口管道的數(shù)量N1為4～8個(gè)，直徑D3為0.1～0.2D1，與入口裝置外殼所成的角度β為15°～45°，與入口裝置下端面間的垂直距離H3為1.0～1.5倍D1；載氣入口的下部側(cè)壁上裝有一個(gè)催化劑輸送管道，其直徑D2為0.2～0.4D1，與入口裝置外殼所成角度α小于45°，與入口裝置下端面間的垂直距離H1為0.3～0.5D1；所述的環(huán)隙下部裝有松動(dòng)風(fēng)分布器，分布器下方的外殼側(cè)壁上裝有一個(gè)松動(dòng)風(fēng)入口管道，其直徑D4為25～50mm。
2.如權(quán)利要求1所述裝置，其特征在于，所述的氣固湍流混合區(qū)的頂部外殼為水平平板，該水平平板與下行床入口端面間的垂直距離H5為0.2～0.8D1；在其圓周邊緣有角度為γ，寬為W的倒角。
3.如權(quán)利要求書2所述裝置，其特征在于，兩相湍流混合區(qū)的頂部為馬鞍型結(jié)構(gòu)；馬鞍型結(jié)構(gòu)的圓弧相交處與下行床入口端面間的垂直距離H7為0.1～0.3D1，圓弧最高點(diǎn)與下行床入口端面間的垂直距離H6為0.2～0.8D1。
4.如權(quán)利要求書2所述裝置，其特征在于，兩相湍流混合區(qū)有一個(gè)縮徑區(qū)；縮徑區(qū)的直徑D6為0.7～0.9D1
5.如權(quán)利要求書2所述裝置，其特征在于，兩相湍流混合區(qū)設(shè)有載氣的斜噴口。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種適用于氣固并流下行床反應(yīng)器的催化劑入口裝置,包括裝置外殼與下行床反應(yīng)器主體的入口。裝置外殼與下行床反應(yīng)器主體同軸安裝,裝置外殼頂部為湍流混合區(qū);外殼的側(cè)壁圓周上均布載氣入口管道;載氣入口的下部側(cè)壁上裝有催化劑輸送管道,環(huán)隙下部裝有松動(dòng)風(fēng)分布器,分布器下方的外殼側(cè)壁上裝有松動(dòng)風(fēng)入口管道。本發(fā)明的裝置能夠?qū)崿F(xiàn)催化劑顆粒的快速均布。結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作彈性大、壓降小及設(shè)備與顆粒磨損小等。
文檔編號(hào)B01J8/12GK1275434SQ00106169
公開日2000年12月6日 申請(qǐng)日期2000年4月28日 優(yōu)先權(quán)日2000年4月28日
發(fā)明者魏飛, 金涌, 錢震, 余皓, 汪展文 申請(qǐng)人:清華大學(xué)