一種催化劑快速分散方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及催化劑快速分散方法，特別涉及基于顆粒流型檢測(cè)的催化劑快速分散的技術(shù)。
【背景技術(shù)】
[0002]催化反應(yīng)過(guò)程廣泛應(yīng)用于各個(gè)工業(yè)領(lǐng)域，在反應(yīng)過(guò)程中，催化劑在原料中能夠均勻分散是此類反應(yīng)過(guò)程能否保持穩(wěn)定、高效的關(guān)鍵。在催化裂化反應(yīng)過(guò)程中，催化劑分布不均將導(dǎo)致局部原料油過(guò)度裂解，并使得催化劑結(jié)焦失活。在烯烴聚合過(guò)程中，局部催化劑濃度過(guò)高時(shí)，局部反應(yīng)將過(guò)于劇烈，從而產(chǎn)生大量聚合熱無(wú)法及時(shí)移除，反應(yīng)器內(nèi)將形成聚合物結(jié)塊，影響裝置穩(wěn)定運(yùn)行。
[0003]催化裂化反應(yīng)器為一種典型快速流化床反應(yīng)器，CN102311758B公開(kāi)了一種催化劑與原料快速均勻混合的方法。該方法通過(guò)改變催化劑的注入角度使催化劑從徑向或者切線方向注入提升管反應(yīng)器。CN101161618B公開(kāi)了一種用于采用醋酸或丙酮等原料經(jīng)裂解制備乙烯酮及其衍生物時(shí)催化劑的注入方法和裝置。采用喇叭口形擴(kuò)徑管利用流體的撞擊和卷吸作用，使液體在短距離內(nèi)均勻分散。文獻(xiàn)1通過(guò)分層注入催化劑改善了提升管內(nèi)催化劑分散的均勻性。對(duì)于淤漿反應(yīng)器而言，CN201372260Y公開(kāi)了漿液法生產(chǎn)高密度聚乙烯的催化劑注入裝置，通過(guò)改變?nèi)ㄩy的位置縮短催化劑和己烷的混合時(shí)間，并調(diào)整催化劑進(jìn)料角度降低催化劑堵塞的頻率。
[0004]分析現(xiàn)有文獻(xiàn)專利可知，目前改善催化劑均勻分散的方法主要有兩種:一種通過(guò)改變催化劑進(jìn)料管結(jié)構(gòu)或進(jìn)料角度優(yōu)化催化劑分散；另一種通過(guò)分層注入催化劑實(shí)現(xiàn)其均勻分散。但是，改變催化劑注入管結(jié)構(gòu)和角度僅能保證催化劑在注入管入口處均勻分散，無(wú)法保證反應(yīng)器內(nèi)部催化劑分散的均勻性；而催化劑分層注入將使得催化劑注入工藝更為復(fù)雜化。與此同時(shí)，現(xiàn)有改進(jìn)方案均未考慮反應(yīng)器內(nèi)顆粒流動(dòng)結(jié)構(gòu)對(duì)催化劑分散的影響。對(duì)于氣相法聚乙烯工藝而言，CN100405027C公布了一種流化床反應(yīng)器顆粒流型的檢測(cè)方法，檢測(cè)發(fā)現(xiàn)氣固流化床中的顆粒流動(dòng)結(jié)構(gòu)存在含滯留區(qū)的大、小循環(huán)雙循環(huán)流動(dòng)模式。在氣相法聚乙烯工藝中，若催化劑注入管出口位置過(guò)高，催化劑進(jìn)入反應(yīng)器后將很快達(dá)到床層料面，單體在催化劑孔道中聚合時(shí)間較短，所形成的聚合物顆粒粒徑較小，極易被循環(huán)氣夾帶離開(kāi)床層進(jìn)入循環(huán)氣管路內(nèi)，不僅造成嚴(yán)重的催化劑損失，還會(huì)造成循環(huán)氣管路換熱器堵塞。若催化劑注入管出口位于滯留區(qū)，催化劑顆粒進(jìn)入床層后將在該區(qū)域堆積，無(wú)法均勻分散到反應(yīng)器內(nèi)，從而在催化劑注入管出口處形成結(jié)塊，堵塞催化劑進(jìn)料、影響反應(yīng)器穩(wěn)定運(yùn)行。此外，如果催化劑注入管出口處距離壁面過(guò)近，噴入床層的催化劑將容易粘結(jié)在壁面上形成聚合物結(jié)片，進(jìn)而影響反應(yīng)器穩(wěn)定運(yùn)行。
[0005]為了使催化劑能夠在反應(yīng)器內(nèi)部快速均勻分散，并考慮顆粒流型對(duì)催化劑分散的影響，需要發(fā)明一種基于反應(yīng)器內(nèi)部顆粒流型檢測(cè)的催化劑快速分散技術(shù)，使得催化劑在顆粒循環(huán)的帶動(dòng)下快速分散，并避免由于催化劑注入管出口位置選取不合理而造成的粘壁、結(jié)塊。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明目的是發(fā)展一種基于顆粒流型檢測(cè)的催化劑快速分散方法，可以使催化劑在反應(yīng)器內(nèi)快速分散均勻，所述方法包括以下步驟:
[0007]a.確定反應(yīng)器內(nèi)顆粒流型；
[0008]b.基于顆粒流型確定催化劑注入管出口軸向高度及徑向深度；
[0009]c.向反應(yīng)器內(nèi)噴射催化劑，通過(guò)聲波檢測(cè)調(diào)控催化劑噴射效果。
[0010]反應(yīng)器內(nèi)部顆粒流型的檢測(cè)可采用聲波檢測(cè)方法、射線檢測(cè)方法、計(jì)算流體力學(xué)模擬等方法。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，選用聲波檢測(cè)方法確定反應(yīng)器中顆粒流型，具體步驟如下:(1)通過(guò)聲波檢測(cè)系統(tǒng)接收反應(yīng)器內(nèi)部的聲發(fā)射信號(hào)；(2)分析接收到的聲發(fā)射信號(hào)，選取聲波信號(hào)的頻率f、振幅A、能量E、時(shí)間t作為特征值；(3)檢測(cè)出床層軸向不同高度處特征頻率f下的能量E和/或振幅A的分布變化，確定流化床內(nèi)顆粒的流動(dòng)模式。其中聲波檢測(cè)系統(tǒng)包括依次連接的聲波傳感器、信號(hào)放大裝置、信號(hào)采集裝置、信號(hào)處理裝置、結(jié)果顯示裝置，聲波檢測(cè)系統(tǒng)包含至少一個(gè)聲波傳感器，且聲波傳感器采用非侵入式的安裝方式。聲波傳感器的分布范圍為反應(yīng)器的分布板至床內(nèi)物料高度Η的壁面處。
[0011]反應(yīng)器內(nèi)部的動(dòng)態(tài)聲波信號(hào)通過(guò)設(shè)置在反應(yīng)器分布板以上的壁面處的聲波接收裝置進(jìn)入放大裝置進(jìn)行信號(hào)的放大，以保證在長(zhǎng)距離內(nèi)信號(hào)不衰減，然后進(jìn)入聲信號(hào)采集裝置進(jìn)行信號(hào)的A/D轉(zhuǎn)換，最后進(jìn)入聲波信號(hào)處理裝置(計(jì)算機(jī))進(jìn)行處理和分析。
[0012]采集得到流化床料位上方、料位附近和料位下方的聲波信號(hào)隨時(shí)間t變化，在料位上方，聲波信號(hào)的振幅很小，且較為稀疏，這是因?yàn)樵诹衔簧戏綄儆诹骰蚕∠?，顆粒稀少且粒徑相對(duì)較小，使得顆粒碰撞壁面產(chǎn)生的振幅較小。而在料位附近，由于氣泡逸出床面時(shí)的彈射作用和夾帶作用，致使來(lái)自氣泡頂部和來(lái)自氣泡尾渦的顆粒因氣泡破碎被拋入流化床的自由空域，此處顆粒運(yùn)動(dòng)最為活躍，即顆粒碰撞壁面產(chǎn)生的聲能量和聲波信號(hào)的波動(dòng)也就越大，致使聲信號(hào)振幅較大，且大小變化劇烈。在料位下方，聲波信號(hào)的振幅總體較料位附近低，且振幅較均勻、穩(wěn)定，同時(shí)由于顆粒濃度較大，因此信號(hào)十分密集，表明該區(qū)域?qū)儆陬w粒活動(dòng)相對(duì)不活躍的密相區(qū)。
[0013]在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，通過(guò)聲波檢測(cè)方法得到流化床反應(yīng)器中顆粒流型為含有滯留區(qū)的大、小循環(huán)雙循環(huán)流動(dòng)結(jié)構(gòu)，其中顆粒主循環(huán)長(zhǎng)度為L(zhǎng)。
[0014]在本發(fā)明的一種實(shí)施方式中，催化劑的注入管出口軸向高度位于顆粒主體循環(huán)區(qū)下部0?1/4L范圍內(nèi)，可以保證催化劑快速均勻的分散在反應(yīng)器內(nèi)。這是因?yàn)椋呋瘎┳⑷牍艹隹谖挥谥餮h(huán)區(qū)下部時(shí)，催化劑進(jìn)入反應(yīng)器后具有足夠的時(shí)間進(jìn)行聚合反應(yīng)，從而生成較大的聚合物顆粒，并隨著顆粒主循環(huán)在反應(yīng)器內(nèi)快速分散。如果催化劑注入管出口過(guò)高，位于顆粒主循環(huán)區(qū)中上部，催化劑進(jìn)入反應(yīng)器后很快到達(dá)床層表面，沒(méi)有足夠的時(shí)間進(jìn)行聚合反應(yīng)，所生成的聚合物顆粒粒徑較小，將很容易被循環(huán)氣夾帶離開(kāi)床層進(jìn)入循環(huán)氣管路，由此造成較大的催化劑跑損，并堵塞循環(huán)氣管路換熱器。如果催化劑注入管出口位于滯留區(qū)，催化劑進(jìn)入反應(yīng)器后將積聚在滯留區(qū)內(nèi)無(wú)法分散，從而形成結(jié)塊，影響反應(yīng)器穩(wěn)定運(yùn)行。同樣，如果催化劑入口位于顆粒小循環(huán)內(nèi)，催化劑進(jìn)入反應(yīng)器后大部分催化劑將在小循環(huán)內(nèi)隨著顆粒的循環(huán)分散，同樣造成催化劑在反應(yīng)器內(nèi)分散不均。
[0015]本發(fā)明的一種實(shí)施方式中，催化劑注入管出口徑向深度在反應(yīng)器內(nèi)循環(huán)區(qū)內(nèi)部，約1/4D-3/4D之間，D為反應(yīng)器直徑，可以有效防止催化劑噴射到壁面產(chǎn)生粘壁、結(jié)片。這是因?yàn)槌隹谖恢眠^(guò)于靠近反應(yīng)器壁面時(shí)，催化劑進(jìn)入反應(yīng)器后隨著顆粒循環(huán)的流動(dòng)極易粘附于反應(yīng)器壁面，從而產(chǎn)生粘壁、結(jié)片，當(dāng)結(jié)片過(guò)大時(shí)將掉落到反應(yīng)器內(nèi)影響反應(yīng)器出料，從而影響反應(yīng)器穩(wěn)定運(yùn)行。
[0016]本發(fā)明的一種實(shí)施方式中，催化劑注入管線中氮?dú)饬魉贋??20m/s，催化劑的流量為0.03?0.08m3/s，注入管套管中乙烯氣體流速為1?20m/s。
[0017]本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式中，通過(guò)聲波檢測(cè)系統(tǒng)接收催化劑噴射管壁面處聲波信號(hào)，分析聲波信號(hào)選取振幅A作為特征值，通過(guò)檢測(cè)振幅A隨時(shí)間的變化檢測(cè)催化劑噴射是否暢通。催化劑注入過(guò)程中并非連續(xù)注入，而是通過(guò)轉(zhuǎn)盤式注入設(shè)備在注入管線中氮?dú)獾妮斔拖麻g歇注入到反應(yīng)器內(nèi)。在反應(yīng)器注入過(guò)程中，催化劑顆粒將與注入管壁面相互摩擦、碰撞，并產(chǎn)生特性頻段的聲波信號(hào)。通過(guò)聲波檢測(cè)系統(tǒng)便可接收催化劑注入過(guò)程中所產(chǎn)生的聲波信號(hào)，當(dāng)催化劑正常注入反應(yīng)器時(shí)，聲波信號(hào)振幅A將產(chǎn)生間歇的峰值；當(dāng)催化劑注入管線堵塞時(shí)，聲波信號(hào)振幅A將一直保持在較低水平，這時(shí)通過(guò)增大氮?dú)鈿馑倏梢允孤暡ㄐ盘?hào)振幅A產(chǎn)生間歇的峰值；當(dāng)催化劑注入量過(guò)大時(shí)可以通過(guò)降低氮?dú)鈿馑賮?lái)得到正常的聲波信號(hào)。
[0018]本發(fā)明提出的催化劑快速分散技術(shù)能夠使催化劑快速、均勻的在反應(yīng)器內(nèi)部分散，并且防止由于催化劑分散不均勻或噴射到壁面而產(chǎn)生粘壁、結(jié)塊。
【附圖說(shuō)明】
[0019]圖1是流化床顆粒流型聲波檢測(cè)結(jié)果示意圖；
[0020]圖2是基于顆粒流型檢測(cè)的催化劑快速分散流程示意圖；
[0021]圖3是催化劑注入過(guò)程的聲波在線檢測(cè)；
[0022]圖4是用于測(cè)量二元體系混合程度的裝置；
[0023]圖5是從圖2中注入點(diǎn)1注入催化劑時(shí)催化劑的分散情況；
[0024]圖6是從圖2中注入點(diǎn)2注入催化劑時(shí)催化劑的分散情況；
[0025]圖7是從圖2中注入點(diǎn)3注入催化劑時(shí)催化劑的分散情況；
[0026]圖8是從圖2中注入點(diǎn)4注入催化劑時(shí)催化劑的分散情況。
【具體實(shí)施方式】
[0027]—種催化劑的快速分散技術(shù)，其方法包括以下步驟:
[0028]a.確定反應(yīng)器內(nèi)顆粒流型；
[0029]b.基于顆粒流型確定催化劑注入管出口的軸向高度及徑向深度；
[0030]c.確保催化劑快速順暢噴射到反應(yīng)器內(nèi)。
[0031]首先，需要對(duì)反應(yīng)器內(nèi)部的流型進(jìn)行判斷，可以利用聲波檢測(cè)、射線檢測(cè)、計(jì)算流體力學(xué)模擬中的任一種方法。在本發(fā)明一個(gè)具體實(shí)施例中采用聲波檢測(cè)技術(shù)監(jiān)測(cè)反應(yīng)器內(nèi)顆粒流型，其中聲波檢測(cè)系統(tǒng)包括聲波傳感器、放大裝置、信號(hào)采集裝置、信號(hào)處理裝置，其方法包括以下步驟:(1)通過(guò)聲波檢測(cè)系統(tǒng)接收反應(yīng)器內(nèi)部的聲發(fā)射信號(hào)；(2)分析接收到的聲發(fā)射信號(hào)，選取聲波信號(hào)的頻率f、振幅A、能量E、時(shí)間t作為特征值；(3)檢測(cè)出床層軸向不同高度處特征頻率f下的能量E和/或振幅A的分布變化，確定流化床內(nèi)顆粒的流動(dòng)模式。
[0032]保持流化床內(nèi)顆粒流化狀況及其他實(shí)驗(yàn)