[发明专利]用于提高石油化学和其它反应中微粒固体流通的竖管入口

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于提高微粒循环并减少气体运移的竖管入口结构，该入口适用于流化床催化裂化(FCC)单元和其它反应，例如硫化焦化装置，软化焦化装置(flexicoker)和液化床煤燃器，大量的微粒固体在连接竖管(standpipe)和立管(riser)的不同容器之间流通。

背景技术

在常规的流化床催化裂化(FCC)反应中通常包括一个再生器，一个立管反应器和一个洗提器(stripper)，如授权给Hedrick的美国专利5562 818所示，被细分的再生催化剂留在再生器内并与反应器立管下部的碳氢化合物原料相接触。碳氢化合物原料和蒸汽通过进料喷嘴进入立管。温度约为200℃至约700℃的进料、蒸汽及再生催化剂的混合物向上流过立管反应器，并将进料转化成较轻的产品，而焦炭层则沉积在催化剂表面上。接着，碳氢化合物的蒸汽和来自竖管顶部的催化剂流过旋流器，以将用过的催化剂从蒸汽产品流中分离出来。用过的催化剂进入洗提器中，蒸汽被导入该洗提器内，以从催化剂中除去碳氢化合物产品。含有焦炭的已用过催化剂穿过洗提器的竖管进入存在有空气而且温度介于620℃与760℃之间的再生器中，焦炭层的燃烧形成了再生催化剂和烟气。烟气通过旋流器在再生器的上部区域从夹带的催化剂中分离出来，同时再生的催化剂返回到再生器的流化床内。接着，通过再生器的竖管将再生的催化剂从再生器流化床内抽出，重复上述的循环，使再生的催化剂与反应区内的进料接触。

催化剂的流通对FCC单元的整体性能和可靠性十分重要。用于催化剂流通的主要动力来自形成于竖管内的稳定和足够的压力。竖管设计的一个关键部件就是入口设计，因为该入口设计决定了催化剂的入口条件，而入口条件又影响着整个竖管的操作。

在现有技术中，洗提器竖管和再生器竖管的入口设计是一个锥形的料斗，例如在由R.A.Meyers撰写的“石油提炼工艺手册”第二版(Handbookof Petroleum Refining Process)的公开出版文献中示出的那样。现有技术中入口料斗设计的关键内容在于：当将催化剂颗粒从流化床抽入竖管内时，气泡也与催化剂一起被吸入。入口料斗为气泡提供了停留时间，以在进入竖管之前，聚结并发展成一个大气泡。由于大气泡具有较高的立管速度，因此大气泡就有更好的机会回到流化床内，这样就减少了进入竖管的气体夹带量。

但是，现有技术中竖管入口的设计构思具有几个缺陷。如果入口料斗过小，那么被吸入入口料斗内的大量气泡就不会有足够的时间长大，而是直接流入竖管，从而导致气体夹带量高的问题。另一方面，如果当为了能够允许小气泡长大而使入口料斗足够大时，那么就可能形成大气泡，而且气泡将在克服催化剂向下的流动同时试图上升的过程中静止悬挂在料斗的内部。这些巨大的悬挂气泡可能会暂时限制催化剂流入到竖管内。当气泡最终成长得足够大从而逸入流体床内时，大气泡的释放将使催化剂突然涌入竖管内，从而在竖管内产生剧烈的压力摆动。大气泡的成长和释放将使竖管的工作不稳定，这不是我们所希望的。现有技术的主要缺陷在于：竖管入口设计的目标是为了减少夹带进入竖管的气体量，实际上，这种设计反而会促使大量气泡被吸入。这样必然会使效率非常低下。另外，在现有技术中，入口料斗的设计是一个庞大的结构，这样对于许多FCC单元而言就没有足够的空间放置这种入口料斗。一种公认的折衷方案就是或者将一个直管或一个非对称料斗用作竖管的入口，但这样就会使上述的问题进一步恶化。

竖管入口的几何形状不仅影响催化剂的流通，而且被夹带的气体还可能对FCC单元的洗提器的性能产生负面冲击。一般情况下，洗提器包括多个特殊的托架，如发明人为johnson等人的国际申请PCT/US95/09335所示。主容器内的特殊托架提高了通过蒸汽冲洗的碳氢化合物蒸汽的效率。接着，用过的催化剂通过带有料斗入口的洗提器竖管被输送至再生器，如现有技术所述。洗提器竖管的料斗入口在减少气体夹带量方面效率很低。第二FCC论坛(Second FCC Forum(1996年5月15至17，得克萨斯州林区))的Nougier等人的研究结果表明：即使在主容器中的强化洗提之后，留在洗提器内的蒸汽仍然含20至25％克分子(或约为40％重量比)的碳氢化合物产品。从洗提竖管进入再生器的夹带量除了对上述的催化剂流通产生影响外还有两个负面作用。首先，从洗提器夹带到再生器内的气体意味着碳氢化合物产品的损失，但这部分损失可能已被还原成产品。第二，被夹带的碳氢化合物已在再生器内被燃烧，而这种燃烧消耗了再生器内有限的空气并产生了必须除去的多余热量。因此，必须减少夹带到洗提器竖管中的气体量。

发明内容