專利名稱：一種再生催化劑汽提塔和汽提再生催化劑的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于從固體中分離出氣體的設(shè)備和方法，更具體地說，是一種從石油烴類催化轉(zhuǎn)化過程的再生催化劑中分離出煙氣的設(shè)備和方法。
催化熱裂解是以重質(zhì)石油烴為原料生產(chǎn)以乙烯、丙烯等輕烯烴為主要目的產(chǎn)品的方法。該方法的主要過程為重質(zhì)石油烴原料在提升管或下行式輸送線反應(yīng)器內(nèi)，在高溫蒸氣存在下與固體酸催化劑接觸，在反應(yīng)溫度650～750℃、反應(yīng)壓力0.15～0.4MPa、反應(yīng)時(shí)間0.2～5秒、催化劑與原料油的重量比(以下簡(jiǎn)稱劑油比)為15～40∶1，水蒸氣與原料油的重量比為0.3～1∶1的條件下，進(jìn)行催化熱裂解反應(yīng)。反應(yīng)產(chǎn)物、水蒸氣和待生催化劑經(jīng)快速氣固分離后，分離反應(yīng)產(chǎn)物得到主要目的產(chǎn)品乙烯、丙烯；待生催化劑經(jīng)水蒸氣汽提后進(jìn)入再生器，與含氧氣體接觸進(jìn)行燒焦再生，熱的再生催化劑返回反應(yīng)器循環(huán)使用。
由于催化劑顆粒中有大量的孔，在再生催化劑孔內(nèi)和外表面上留存有煙氣，盡管催化劑上每個(gè)孔內(nèi)留存的煙氣量很小，但由于采用的劑油比很大，催化劑循環(huán)量很多，有相當(dāng)多量的煙氣被再生催化劑帶入反應(yīng)器。對(duì)于一套年處理量為100萬噸的催化熱裂解裝置，按回?zé)挶?.4、劑油比20計(jì)，催化劑的循環(huán)量為3500噸/小時(shí)，帶到反應(yīng)器的煙氣量約為3500米3/小時(shí)，占反應(yīng)干氣量的10％以上。煙氣中含有N2、O2、CO2、CO、NOx、SOx等氣體，若直接將再生催化劑流化輸送到反應(yīng)器，則煙氣被再生催化劑夾帶進(jìn)入反應(yīng)器成為雜質(zhì)氣體，這不僅增大氣體壓縮機(jī)負(fù)荷，而且阻礙后續(xù)深冷分離過程的正常進(jìn)行。因此，對(duì)再生催化劑進(jìn)行脫除煙氣的處理，是催化熱裂解必須解決的問題。對(duì)于其它的催化轉(zhuǎn)化方法，當(dāng)劑油比較大時(shí)都存在較多煙氣進(jìn)入反應(yīng)器的問題。
USP4,051,013采用再生催化劑汽提塔，以汽提介質(zhì)(一般為水蒸氣)與再生催化劑逆流接觸的方式，將催化劑吸附的再生煙氣以及顆粒間的再生煙氣汽提掉。汽提介質(zhì)從塔底引入汽提塔，汽提塔中有擋板，但該專利中未說明擋板的具體形狀和結(jié)構(gòu)。由于該專利未考慮水蒸氣會(huì)引起高溫再生催化劑水熱減活的問題，實(shí)際上無法應(yīng)用。
CN1154400A提出采用調(diào)溫脫氣罐對(duì)再生催化劑進(jìn)行處理，流化、汽提介質(zhì)為催化干氣。由于其主要目的是為了改變催化劑進(jìn)入反應(yīng)器的溫度，所以調(diào)溫脫氣罐內(nèi)的構(gòu)件為垂直取熱管。此種結(jié)構(gòu)無法控制氣泡的長(zhǎng)大，導(dǎo)致氣固接觸變差，汽提效率不高。而且干氣的競(jìng)爭(zhēng)吸附能力不強(qiáng)，置換效率不夠高，在達(dá)到相同的汽提后再生催化劑含煙氣量時(shí)，消耗的干氣量較多，并且在使用過程中干氣與再生煙氣混在一起，被稀釋了，無法進(jìn)一步利用，效益不夠好。
在催化熱裂解過程中，再生后的催化劑為700～750℃，若與水蒸氣長(zhǎng)時(shí)間接觸會(huì)引起催化劑減活，因此USP4,051,013提出的再生催化劑汽提方法不適合催化熱裂解再生催化劑的脫煙氣處理，CN1154400A提出的方法和設(shè)備結(jié)構(gòu)也存在不足之處。
本發(fā)明的目的之一是提供一種再生催化劑汽提塔。
本發(fā)明的目的之二是提供一種汽提再生催化劑煙氣的方法。
本發(fā)明提供的再生催化劑汽提塔結(jié)構(gòu)特征為再生催化劑汽提塔為一個(gè)直立的圓筒，筒內(nèi)包括(1)、位于縱軸線上的脫氣管，(2)、與脫氣管下端相連的水平管，(3)、固定在脫氣管上的內(nèi)環(huán)擋板，(4)、固定在圓筒的內(nèi)表面的外環(huán)擋板，(5)、在外環(huán)擋板的下方空間內(nèi)的、開有若干小孔的環(huán)形水蒸氣管，(6)、與環(huán)形水蒸氣管相連的水蒸氣引入管，(7)、頂端的氣體出口，(8)、上部的催化劑切向入口。
所述的圓筒的高度與其直徑之比為5～20∶1。脫氣管與水平管的直徑相等，均為圓筒橫截面圓的直徑的2～20％。脫氣管上端通過金屬拉筋與塔內(nèi)表面相連，起支承作用。
內(nèi)環(huán)擋板和外環(huán)擋板沿垂直方向間隔一定距離交錯(cuò)排列。
內(nèi)環(huán)擋板由上部的斜面和下部的裙罩組成，斜面和裙罩上不開孔，斜面的正視圖為梯形，俯視圖為圓環(huán)，圓環(huán)的外徑為圓筒的直徑之比為0.4～0.7∶1；裙罩的正視圖為矩形，俯視圖為圓，該圓的直徑與圓環(huán)的外徑相等。所述的脫氣管在內(nèi)環(huán)擋板下方部分為多孔隙的陶瓷管、開有若干小孔并覆蓋金屬絲網(wǎng)的普通金屬管或者金屬絲網(wǎng)卷成的管。內(nèi)環(huán)擋板通過金屬拉筋與塔內(nèi)表面相連，起支承作用。
外環(huán)擋板由上部的斜面和下部的裙罩組成，斜面和裙罩上均開有若干小孔，開孔率為1～5％。斜面的正視圖為梯形，俯視圖為圓環(huán)，圓環(huán)的外徑為圓筒的直徑之比為0.4～0.7∶1；裙罩的正視圖為矩形，俯視圖為圓，該圓的直徑與圓環(huán)的外徑相等。
上部的催化劑入口呈切向，即催化劑入塔路線與圓筒橫截面圓的任一直徑相垂直。該催化劑入口起到類似粗旋風(fēng)分離器入口的作用。
汽提塔底端為催化劑出口，該出口通過過渡段與催化劑輸送管線相連。
下面結(jié)合


再生催化劑汽提塔的結(jié)構(gòu)。
附圖為再生催化劑汽提塔的結(jié)構(gòu)示意圖。
再生催化劑汽提塔的結(jié)構(gòu)為再生催化劑汽提塔為一個(gè)直立的圓筒，在圓筒的縱軸線上設(shè)一個(gè)直立的脫氣管1，在該脫氣管的下端與一個(gè)水平管2相連，在脫氣塔的外表面沿垂直方向設(shè)有若干水蒸氣引入管3。在圓筒內(nèi)沿垂直方向間隔一定距離交錯(cuò)設(shè)置內(nèi)環(huán)擋板4和外環(huán)擋板5，其中內(nèi)環(huán)擋板固定在脫氣管1上，內(nèi)環(huán)擋板分為斜面4a與裙罩4b，脫氣管1在內(nèi)環(huán)擋板下方部分為多孔隙的陶瓷管、開有若干小孔并覆蓋金屬絲網(wǎng)的普通金屬管或是金屬絲網(wǎng)卷成的管；外環(huán)擋板固定在圓筒的內(nèi)表面，在外環(huán)擋板的斜面5a與裙罩5b之間的空間5c，設(shè)有環(huán)形水蒸氣管6，該水蒸氣管四周開有若干小孔，與水蒸氣引入管3相連。汽提塔的上端與煙氣管線7連接，在汽提塔的上部連有催化劑切向入口管8，再生催化劑從汽提塔的下端出塔。
本發(fā)明提供的汽提再生催化劑的方法為再生催化劑從汽提塔上部切向進(jìn)入塔內(nèi)，水蒸氣經(jīng)引入管進(jìn)入環(huán)形水蒸氣管，穿過外環(huán)擋板上的小孔，與催化劑進(jìn)行逆流、錯(cuò)流接觸，水蒸氣迅速置換再生催化劑攜帶的煙氣，脫除煙氣后的再生催化劑從塔底出塔，脫出的煙氣和過量水蒸氣進(jìn)入脫氣管，從塔頂端出塔。
再生催化劑切向進(jìn)入汽提塔內(nèi)的流速為10～18米/秒，汽提塔內(nèi)的催化劑呈密相狀態(tài)流動(dòng)，質(zhì)量流率為20～200千克·米-2·秒-1，汽提塔內(nèi)的催化劑流速為0.05～0.3米/秒。
所述的催化轉(zhuǎn)化過程可以是劑油比較大的催化裂解或催化熱裂解，也可以是常規(guī)的催化裂化或其它改進(jìn)的催化轉(zhuǎn)化過程。
下面具體描述本發(fā)明提供的方法及工作原理來自再生器的含有大量煙氣的再生催化劑從汽提塔上部切向進(jìn)入塔內(nèi)。由于離心力的作用，催化劑趨于流向塔內(nèi)表面，氣體趨于流向塔中心位置，從而將煙氣與催化劑進(jìn)行粗分離。催化劑進(jìn)入汽提塔后由于重力作用向下流動(dòng)，內(nèi)環(huán)擋板使催化劑向外流向外環(huán)擋板，外環(huán)擋板又使催化劑轉(zhuǎn)向向內(nèi)流向內(nèi)環(huán)擋板，位于不同高度的一系列外環(huán)擋板、內(nèi)環(huán)擋板使催化劑曲折流動(dòng)，避免出現(xiàn)較大流通截面積的、自由垂直的催化劑流通通道。水蒸氣通過引入管進(jìn)入環(huán)形水蒸氣管，然后自環(huán)形水蒸氣管的小孔噴出，噴出的水蒸氣穿過外環(huán)擋板斜面和裙罩上的小孔，與向下流動(dòng)的催化劑進(jìn)行逆流、錯(cuò)流接觸，置換出催化劑顆粒之間和顆粒孔隙內(nèi)的煙氣。大部分水蒸氣從外環(huán)擋板直接流向內(nèi)環(huán)擋板的下部空間，由于內(nèi)環(huán)擋板斜面和裙罩上沒有小孔，因此這部分水蒸氣匯集在內(nèi)環(huán)擋板下方。由于汽提塔內(nèi)催化劑密相床層與脫氣管內(nèi)空間之間存在一個(gè)差壓壓力場(chǎng)，脫氣管內(nèi)壓力場(chǎng)低于汽提塔內(nèi)催化劑密相床層任一點(diǎn)的壓力場(chǎng)，因此汽提塔內(nèi)的氣體在向上流動(dòng)的同時(shí)向汽提塔中心靠攏，大部分氣體將匯集在內(nèi)環(huán)擋板下方，從內(nèi)環(huán)擋板下方通過脫氣管上的孔進(jìn)入脫氣管，從煙氣出口管線出塔。從脫氣管下端的水平管引入水蒸氣或空氣，其流速應(yīng)保證進(jìn)入上述陶瓷管、覆蓋金屬絲網(wǎng)的普通金屬管或金屬絲網(wǎng)管的催化劑細(xì)粉能被吹送至脫氣塔上部床層料面之上，以避免進(jìn)入的細(xì)粉集聚堵塞脫氣管。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)如下1、采用本發(fā)明提供的汽提塔和脫氣方法，能有效地脫除再生催化劑中的煙氣。
2、由于大部分水蒸氣從外環(huán)擋板直接流向內(nèi)環(huán)擋板，然后從內(nèi)環(huán)擋板下方進(jìn)入脫氣管，水蒸氣在汽提塔內(nèi)與高溫再生催化劑的接觸時(shí)間很短，從而避免了再生催化劑的水熱減活。
3、由于脫除了催化劑中的氣體，增加催化劑的密度，提高了催化劑循環(huán)的推動(dòng)力。
下面的實(shí)施例將對(duì)本發(fā)明提供的方法予以進(jìn)一步的說明，但并不因此而限制本發(fā)明。
實(shí)施例試驗(yàn)所用的中型汽提塔內(nèi)徑為150毫米，總高為3.0米，汽提塔切向入口管線的內(nèi)徑為75毫米，汽提塔中的脫氣管內(nèi)徑30毫米，汽提塔內(nèi)設(shè)三組內(nèi)、外環(huán)擋板，擋板間距300毫米，外環(huán)擋板開孔，其開孔率為5％。再生器催化劑床層流化介質(zhì)為空氣，空床氣體線速為0.6米/秒；汽提塔的汽提介質(zhì)為氮?dú)?，汽提介質(zhì)總量折合成汽提塔的空塔氣體線速為0.2米/秒。汽提塔中的催化劑質(zhì)量流率約為90千克·米-2·秒-1。汽提塔入口處催化劑攜帶的氣體為空氣，其中的氧濃度為21％，由于氮?dú)獾拇祾咧脫Q作用，汽提塔中的氧濃度逐漸下降，根據(jù)汽提塔下部出口處氣體中的氧濃度確定汽提塔的相對(duì)脫氣效率。結(jié)果表明在上述檢驗(yàn)范圍內(nèi)，汽提塔出口氧濃度減少了80％，也即汽提塔的相對(duì)脫氣效率為80％。
采用氫氣示蹤的方法測(cè)得80％以上的汽提介質(zhì)進(jìn)入脫氣管，向上流動(dòng)快速離開床層，其平均停留時(shí)間小于5秒。其余不到20％的汽提介質(zhì)與催化劑一起向下流動(dòng)，離開汽提塔。
權(quán)利要求
1.一種再生催化劑汽提塔，其特征在于該塔為一個(gè)直立的圓筒，包括(1)、位于縱軸線上的脫氣管，(2)、與脫氣管下端相連的水平管，(3)、固定在脫氣管上的內(nèi)環(huán)擋板，(4)、固定在圓筒的內(nèi)表面的外環(huán)擋板，(5)、在外環(huán)擋板的下方空間內(nèi)的、開有若干小孔的環(huán)形水蒸氣管，(6)、與環(huán)形水蒸氣管相連的水蒸氣引入管，(7)、頂端的氣體出口，(8)、上部的催化劑切向入口。
2.按照權(quán)利要求1的汽提塔，其特征在于所述的圓筒的高度與其直徑之比為5～20∶1。
3.按照權(quán)利要求1的汽提塔，其特征在于所述的脫氣管直徑與水平管的直徑相等，均為圓筒直徑的2～20％。
4.按照權(quán)利要求1的汽提塔，其特征在于所述的內(nèi)環(huán)擋板由上部的斜面和下部的裙罩組成，斜面的正視圖為梯形，俯視圖為圓環(huán)，圓環(huán)的外徑與圓筒的直徑之比為0.4～0.7∶1；裙罩的正視圖為矩形，俯視圖為圓，該圓的直徑與圓環(huán)的外徑相等。
5.按照權(quán)利要求1的汽提塔，其特征在于所述的脫氣管在內(nèi)環(huán)擋板下方部分為多孔隙的陶瓷管、開有若干小孔并覆蓋金屬絲網(wǎng)的普通金屬管或者金屬絲網(wǎng)卷成的管。
6.按照權(quán)利要求1的汽提塔，其特征在于所述的外環(huán)擋板由上部的斜面和下部的裙罩組成，斜面和裙罩上均開有若干小孔，斜面的正視圖為梯形，俯視圖為圓環(huán)，圓環(huán)的外徑與圓筒的直徑之比為0.4～0.7∶1；裙罩的正視圖為矩形，俯視圖為圓，該圓的直徑與圓環(huán)的外徑相等。
7.按照權(quán)利要求1的汽提塔，其特征在于所述的內(nèi)環(huán)擋板和外環(huán)擋板沿垂直方向間隔一定距離交錯(cuò)排列。
8.按照權(quán)利要求1的汽提塔，其特征在于汽提塔底端為再生催化劑出口，該出口通過過渡段與催化劑輸送管線相連。
9.一種汽提再生催化劑的方法，其特征在于再生催化劑從汽提塔上部切向進(jìn)入塔內(nèi)，水蒸氣經(jīng)引入管進(jìn)入環(huán)形水蒸氣管，穿過外環(huán)擋板上的小孔，與再生催化劑進(jìn)行逆流、錯(cuò)流接觸，水蒸氣迅速置換再生催化劑攜帶的煙氣，脫除煙氣后的再生催化劑從塔底出塔，脫出的煙氣和過量水蒸氣進(jìn)入脫氣管，在來自水平管的水蒸氣或空氣的作用下，從塔頂端出塔。
10.按照權(quán)利要求9的方法，其特征在于所述的再生催化劑來自催化轉(zhuǎn)化過程。
11.按照權(quán)利要求10的方法，其特征在于所述的催化轉(zhuǎn)化過程可以是催化熱裂解，也可以是催化裂解。
12.按照權(quán)利要求9的方法，其特征在于再生催化劑切向進(jìn)入汽提塔內(nèi)的流速為10～18米/秒。
13.按照權(quán)利要求9的方法，其特征在于過量的水蒸氣在汽提塔內(nèi)的停留時(shí)間小于10秒。
14.按照權(quán)利要求9的方法，其特征在于汽提塔內(nèi)再生催化劑流速為0.05～0.3米/秒。
全文摘要
一種再生催化劑汽提塔和汽提再生催化劑的方法,圓筒狀的再生催化劑汽提塔內(nèi)主要包括縱軸線上的脫氣管、與脫氣管末端相連的水平管、沿垂直方向交錯(cuò)排列的內(nèi)環(huán)擋板和外環(huán)擋板;再生催化劑從汽提塔上部進(jìn)入塔內(nèi),與來自環(huán)形水蒸氣管的水蒸氣逆流、錯(cuò)流接觸,脫除煙氣后的再生催化劑從塔底出塔,脫出的煙氣和過量水蒸氣進(jìn)入脫氣管,在來自水平管的水蒸氣或空氣的作用下,從塔頂端出塔。利用該汽提塔可以使再生催化劑攜帶的煙氣量減至最小。
文檔編號(hào)B01J38/00GK1311060SQ0010338
公開日2001年9月5日 申請(qǐng)日期2000年3月3日 優(yōu)先權(quán)日2000年3月3日
發(fā)明者魯維民, 汪燮卿, 鐘孝湘, 李松年 申請(qǐng)人:中國(guó)石油化工集團(tuán)公司, 中國(guó)石油化工集團(tuán)公司石油化工科學(xué)研究院