本發(fā)明涉及化工領(lǐng)域，具體的說，本發(fā)明涉及一種催化裂解床層再生器外補(bǔ)熱裝置及系統(tǒng)和方法。

背景技術(shù)：

1、富含飽和烴類原料的鏈烷烴含量高，是催化裂解生產(chǎn)低碳烯烴的優(yōu)質(zhì)原料。由于短鏈與環(huán)烷飽和烴類的碳碳鍵能大，裂解反應(yīng)制低碳烯烴需要提供大量熱能才能實(shí)現(xiàn)碳碳鍵充分?jǐn)嗔眩徊⑶?，原料中芳碳結(jié)構(gòu)的烴類在催化裂解過程中無法生成低碳烯烴，在高溫條件下只發(fā)生縮合反應(yīng)生成焦炭，焦炭沉積在催化劑上在再生時(shí)燃燒釋放熱量和二氧化碳。未來環(huán)境法規(guī)對(duì)催化裂解裝置碳排放要求日趨嚴(yán)格，原料中的芳碳含量必然會(huì)受到限制。因此，由于飽和烴類催化裂解產(chǎn)生的焦炭少，易生成焦炭的芳碳烴類在原料中將受到限制，積炭催化劑燒焦再生產(chǎn)生的熱量不能維持催化裂解反應(yīng)-再生系統(tǒng)熱平衡，需要通過外部補(bǔ)熱才能實(shí)現(xiàn)反應(yīng)和再生需熱。通過常規(guī)燃燒化石燃料向催化裂解反應(yīng)-再生系統(tǒng)補(bǔ)充熱量會(huì)造成二氧化碳過度排放，而通過強(qiáng)化傳熱的電加熱裝置，是飽和烴類催化裂解裝置實(shí)現(xiàn)增產(chǎn)低碳烯烴、減少碳排放的最有效途徑之一。

2、發(fā)明專利cn200510017540.1申請(qǐng)公開了一種烴類加工裝置反應(yīng)系統(tǒng)的加熱或補(bǔ)熱方法，是通過烴類加工裝置的催化劑自動(dòng)補(bǔ)充系統(tǒng)和/或催化助劑加入系統(tǒng)，將顆粒度在10-140μm之間的煤粉連續(xù)或間歇式加入催化劑再生器。使用該方法煤粉燃燒產(chǎn)生的再生煙氣里會(huì)含有更多的固體雜質(zhì)顆粒，增加了再生煙氣的處理難度，并且煤粉燃燒會(huì)造成二氧化碳排放量加大。

3、發(fā)明專利cn201510833567.1申請(qǐng)公開了補(bǔ)熱器、催化裂解再生裝置及外補(bǔ)熱量的方法，通過將補(bǔ)熱器設(shè)置于催化劑再生器旁，且通過催化劑輸送管道與催化劑再生器相連并形成回路。通過柴油或自燃點(diǎn)低于380℃的重質(zhì)油品在補(bǔ)熱器內(nèi)燃燒，從而在催化劑表面形成均勻附加焦炭后再經(jīng)管道和控制滑閥送入再生器進(jìn)行完全燃燒放熱，從而實(shí)現(xiàn)催化劑顆粒表面溫升均勻，達(dá)到保護(hù)催化劑的物理性能與化學(xué)活性的目的。但是，油品在補(bǔ)熱器內(nèi)燃燒必然產(chǎn)生大量的水蒸氣，嚴(yán)苛的高溫水熱環(huán)境會(huì)加速再生劑的失活，并且油品燃燒補(bǔ)熱容易造成催化劑局部溫度過高，達(dá)1000℃以上，造成再生劑孔道坍塌和顆粒破碎，增加催化劑的消耗。

4、另外，目前還有一些內(nèi)外補(bǔ)熱的設(shè)備，是在再生器內(nèi)外分別設(shè)置補(bǔ)熱設(shè)備，其中的內(nèi)補(bǔ)熱器是設(shè)置于再生器床層或主風(fēng)管線，由于加熱器缺少殼體保護(hù)，在主風(fēng)或流化介質(zhì)作用下容易出現(xiàn)斷裂，并且再生器床層或主風(fēng)熱容小，與加熱器之間換熱效率低，難以保證安全，無法高效長周期使用；其中的外補(bǔ)熱器通過在再生器外設(shè)置加熱器，采用提升立管結(jié)構(gòu)從再生器某一床層引出催化劑，經(jīng)外補(bǔ)熱設(shè)備加熱后，再返回同一床層，但是未考慮外補(bǔ)熱設(shè)備內(nèi)催化劑的床層密度以保證充足的熱容實(shí)現(xiàn)高效傳熱，并且也缺少外補(bǔ)熱設(shè)備與再生器之間催化劑的循環(huán)量，無法保證實(shí)現(xiàn)再生器內(nèi)700～800℃的催化劑溫度。

5、對(duì)于催化裂解裝置，床層再生器是一種常用的密相流化床再生方式，操作線速度低，床層催化劑返混程度高，偏向全混流操作狀態(tài)。當(dāng)催化裂解反應(yīng)產(chǎn)生的焦炭少、催化劑上焦炭含量低時(shí)，焦炭燃燒釋放的熱量難以維持正常的燒焦溫度，需要對(duì)再生裝置外補(bǔ)熱量。而上述技術(shù)都存在應(yīng)用方面的局限性，主要是在當(dāng)前背景下，這些技術(shù)都增加了裝置的二氧化碳排放，此外還存在燃料燃燒形成的高溫水熱環(huán)境對(duì)再生催化劑造成失活或破碎等不良影響。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的一個(gè)目的在于提供一種催化裂解床層再生器外補(bǔ)熱裝置；

2、本發(fā)明的另一目的在于提供一種催化裂解床層再生系統(tǒng)；

3、本發(fā)明的再一目的在于提供一種催化裂解床層再生器補(bǔ)熱方法。

4、為達(dá)上述目的，一方面，本發(fā)明提供了一種催化裂解床層再生器外補(bǔ)熱裝置，其中，所述外補(bǔ)熱裝置1包括電供能加熱裝置2和外殼3；所述電供能加熱裝置2由多根電加熱管4組成。

5、根據(jù)本發(fā)明一些具體實(shí)施方案，其中，電加熱管4為2-50根。

6、根據(jù)本發(fā)明一些具體實(shí)施方案，其中，電加熱管4為5-40根。

7、根據(jù)本發(fā)明一些具體實(shí)施方案，其中，電加熱管4為10-30根。

8、根據(jù)本發(fā)明一些具體實(shí)施方案，其中，電加熱管4為集束排列的。

9、根據(jù)本發(fā)明一些具體實(shí)施方案，其中，電加熱管4固定安裝在外補(bǔ)熱裝置1的法蘭蓋10上。

10、根據(jù)本發(fā)明一些具體實(shí)施方案，其中，電加熱管4并聯(lián)連接。

11、電加熱管4通過外部的控制線路分別控制，實(shí)現(xiàn)電加熱管逐個(gè)、部分或全部通電加熱。

12、每個(gè)電加熱管4的加熱功率相同，總加熱功率等于電供能加熱裝置2的總功率。

13、根據(jù)本發(fā)明一些具體實(shí)施方案，其中，所述電加熱管4包括加熱管外殼41、設(shè)置在加熱管外殼內(nèi)部的電加熱發(fā)熱組件42、以及設(shè)置在加熱管外殼41外表面的翅片43。

14、根據(jù)本發(fā)明一些具體實(shí)施方案，其中，電加熱發(fā)熱組件42要求耐受1400℃。

15、根據(jù)本發(fā)明一些具體實(shí)施方案，其中，加熱管外殼41為陶瓷的加熱管外殼。

16、根據(jù)本發(fā)明一些具體實(shí)施方案，其中，陶瓷的加熱管外殼能夠長期承受超過1200℃的高溫。

17、本發(fā)明利用陶瓷材料制成加熱管外殼，陶瓷材料的高硬度特征解決了高溫、催化劑流化狀態(tài)下對(duì)電加熱管4外表面需要長期承受高耐磨性能的難題。

18、根據(jù)本發(fā)明一些具體實(shí)施方案，其中，所述翅片43自上而下圍繞加熱管外殼41盤旋設(shè)置。

19、根據(jù)本發(fā)明一些具體實(shí)施方案，其中，翅片43盤旋設(shè)置的盤旋角度為30°-60°。

20、根據(jù)本發(fā)明一些具體實(shí)施方案，其中，翅片43的寬度為加熱管外殼41直徑的0.1-1.0倍。

21、本發(fā)明的翅片增加了外補(bǔ)熱裝置內(nèi)催化劑顆粒的擾動(dòng)及傳熱面積，提高電供能加熱裝置的供熱效率。

22、根據(jù)本發(fā)明一些具體實(shí)施方案，其中，所述電加熱管4還包括設(shè)置在加熱管外殼41內(nèi)部的測溫傳感器和超溫保護(hù)組件44。

23、根據(jù)本發(fā)明一些具體實(shí)施方案，其中，所述外補(bǔ)熱裝置1還包括用于和催化裂解床層再生器連通的第一催化劑輸送通道5和第二催化劑輸送通道6；第一催化劑輸送通道5設(shè)置在外補(bǔ)熱裝置1的上部，第二催化劑輸送通道6設(shè)置在外補(bǔ)熱裝置1的下部。

24、根據(jù)本發(fā)明一些具體實(shí)施方案，其中，第一催化劑輸送通道5內(nèi)部在與外補(bǔ)熱裝置1連接處設(shè)置水平轉(zhuǎn)向結(jié)構(gòu)7。

25、根據(jù)本發(fā)明一些具體實(shí)施方案，其中，水平轉(zhuǎn)向結(jié)構(gòu)7與輸送通道5的夾角為30度-60度。

26、根據(jù)本發(fā)明一些具體實(shí)施方案，其中，水平轉(zhuǎn)向結(jié)構(gòu)7高度h(圖1中的h)小于管徑(圖1中的r)的1/4。

27、根據(jù)本發(fā)明一些具體實(shí)施方案，其中，第二催化劑輸送通道6上設(shè)置閥門8。

28、根據(jù)本發(fā)明一些具體實(shí)施方案，其中，所述閥門8為滑閥。

29、根據(jù)本發(fā)明一些具體實(shí)施方案，其中，所述外補(bǔ)熱裝置1在內(nèi)腔的底部設(shè)置催化劑流化分布器9。

30、根據(jù)本發(fā)明一些具體實(shí)施方案，其中，所述外補(bǔ)熱裝置1設(shè)置1-2個(gè)。

31、另一方面，本發(fā)明還提供了一種催化裂解床層再生系統(tǒng)，其中，所述再生系統(tǒng)包括催化裂解床層再生器11和本發(fā)明所述的催化裂解床層再生器外補(bǔ)熱裝置1；所述外補(bǔ)熱裝置1通過第一催化劑輸送通道5和第二催化劑輸送通道6與催化裂解床層再生器11連通。

32、根據(jù)本發(fā)明一些具體實(shí)施方案，其中，所述催化裂解床層再生器外補(bǔ)熱裝置1為兩個(gè)，并對(duì)稱設(shè)置在催化裂解床層再生器11的兩側(cè)。

33、根據(jù)本發(fā)明一些具體實(shí)施方案，其中，所述外補(bǔ)熱裝置1設(shè)置2個(gè)，并且對(duì)稱分布在催化裂解床層再生器5的兩側(cè)。

34、再一方面，本發(fā)明還提供了一種催化裂解床層再生器補(bǔ)熱方法，其中，所述方法包括利用本發(fā)明前面任意一項(xiàng)所述的催化裂解床層再生器外補(bǔ)熱裝置對(duì)催化裂解床層再生器進(jìn)行熱量補(bǔ)充。

35、根據(jù)本發(fā)明一些具體實(shí)施方案，其中，外補(bǔ)熱裝置1內(nèi)的流化氣體線速度為0.05-1m/s。

36、根據(jù)本發(fā)明一些具體實(shí)施方案，其中，外補(bǔ)熱裝置1內(nèi)的流化氣體線速度為0.1-0.4m/s。

37、根據(jù)本發(fā)明一些具體實(shí)施方案，其中，外補(bǔ)熱裝置1內(nèi)的操作溫度為650～950℃。

38、根據(jù)本發(fā)明一些具體實(shí)施方案，其中，外補(bǔ)熱裝置1內(nèi)的操作溫度為700～850℃。

39、根據(jù)本發(fā)明一些具體實(shí)施方案，其中，外補(bǔ)熱裝置1內(nèi)的催化劑床層(即催化劑堆積層)密度為200～700kg/m3。

40、根據(jù)本發(fā)明一些具體實(shí)施方案，其中，外補(bǔ)熱裝置1內(nèi)的催化劑床層密度為300～650kg/m3。

41、根據(jù)本發(fā)明一些具體實(shí)施方案，其中，外補(bǔ)熱裝置1內(nèi)的催化劑床層密度為400～650kg/m3。

42、根據(jù)本發(fā)明一些具體實(shí)施方案，其中，外補(bǔ)熱裝置1內(nèi)的催化劑床層密度為450～650kg/m3。

43、根據(jù)本發(fā)明一些具體實(shí)施方案，其中，外補(bǔ)熱裝置1內(nèi)的催化劑床層密度為600-650kg/m3。

44、根據(jù)本發(fā)明一些具體實(shí)施方案，其中，外補(bǔ)熱裝置1與催化裂解床層再生器之間催化劑的循環(huán)量(簡稱催化劑循環(huán)量)為催化裂解反再系統(tǒng)催化劑循環(huán)量的0.05～1.0倍，優(yōu)選為0.1～0.5倍。

45、根據(jù)本發(fā)明一些具體實(shí)施方案，其中，外補(bǔ)熱裝置1與催化裂解床層再生器之間催化劑的循環(huán)量為催化裂解反再系統(tǒng)催化劑循環(huán)量的0.25-0.35倍。

46、本發(fā)明的催化裂解反再系統(tǒng)包括催化裂解床層再生系統(tǒng)與催化裂解反應(yīng)系統(tǒng)(例如提升管反應(yīng)器或湍動(dòng)流化床反應(yīng)器)。

47、所述的催化裂解床層再生系統(tǒng)與催化裂解反應(yīng)系統(tǒng)均可以是本領(lǐng)域常規(guī)的催化裂解床層再生系統(tǒng)與催化裂解反應(yīng)系統(tǒng)。

48、根據(jù)本發(fā)明一些具體實(shí)施方案，其中，外補(bǔ)熱裝置1的補(bǔ)熱系數(shù)為0.05～5.0。

49、根據(jù)本發(fā)明一些具體實(shí)施方案，其中，外補(bǔ)熱裝置1的補(bǔ)熱系數(shù)為0.5～2。

50、根據(jù)本發(fā)明一些具體實(shí)施方案，其中，外補(bǔ)熱裝置1內(nèi)的催化劑床層密度為600-650kg/m3，外補(bǔ)熱裝置1與催化裂解床層再生器之間催化劑的循環(huán)量為催化裂解反再系統(tǒng)催化劑循環(huán)量的0.25-0.35倍。

51、根據(jù)本發(fā)明一些具體實(shí)施方案，其中，外補(bǔ)熱裝置1內(nèi)的催化劑床層密度為650kg/m3，外補(bǔ)熱裝置1與催化裂解床層再生器之間催化劑的循環(huán)量為催化裂解反再系統(tǒng)催化劑循環(huán)量的0.3倍。

52、本發(fā)明的外補(bǔ)熱裝置1的總補(bǔ)熱量＝補(bǔ)熱系數(shù)*(催化裂解反應(yīng)器需熱量-焦炭燃燒熱量)；焦炭的燃燒熱＝焦炭燃燒焓×原料加工量×焦炭產(chǎn)率；外補(bǔ)熱裝置1的電供能加熱裝置2的總功率等于單位時(shí)間的外補(bǔ)熱裝置總補(bǔ)熱量。

53、綜上所述，本發(fā)明提供了一種催化裂解床層再生器外補(bǔ)熱裝置及系統(tǒng)和方法。本發(fā)明的裝置具有如下優(yōu)點(diǎn)：

54、使用電供能外補(bǔ)熱裝置對(duì)再生催化劑進(jìn)行外補(bǔ)熱，外補(bǔ)熱裝置內(nèi)無水熱環(huán)境產(chǎn)生，即使過熱條件下也可避免催化劑結(jié)構(gòu)性失活，從而減少催化劑消耗并實(shí)現(xiàn)催化裂解反應(yīng)-再生系統(tǒng)熱量平衡。

55、通過采用電供能的方式對(duì)再生催化劑進(jìn)行補(bǔ)熱，代替現(xiàn)有加入燃料油或者煤粉燃燒補(bǔ)熱的方式，無新增二氧化碳排放；

56、本發(fā)明通過靈活調(diào)節(jié)外補(bǔ)熱裝置催化劑床層密度以及催化劑循環(huán)量倍數(shù)，可以高效將電能轉(zhuǎn)化的熱能傳遞到再生器和催化裂解反應(yīng)器內(nèi)，實(shí)現(xiàn)待生催化劑的高溫再生并提高補(bǔ)熱的效率而達(dá)到節(jié)能效果。

57、本發(fā)明使用配備電加熱管束的外補(bǔ)熱裝置，可通過調(diào)節(jié)電流或電壓實(shí)現(xiàn)對(duì)再生器中催化劑的溫度進(jìn)行快速精確調(diào)控，靈活調(diào)節(jié)反應(yīng)器的工藝條件；

58、本發(fā)明將補(bǔ)熱裝置設(shè)置在再生器外部，可以防止高溫下補(bǔ)熱裝置老化，避免補(bǔ)熱裝置設(shè)備故障對(duì)再生器的影響，可以確保設(shè)備的安全使用，并且顯著延長了使用壽命。