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
技術領域：
本發明屬于從固體中分離出氣體的設備和方法，更具體地說，是一種從石油烴類催化轉化過程的再生催化劑中分離出煙氣的設備和方法。
催化熱裂解是以重質石油烴為原料生產以乙烯、丙烯等輕烯烴為主要目的產品的方法。該方法的主要過程為重質石油烴原料在提升管或下行式輸送線反應器內，在高溫蒸氣存在下與固體酸催化劑接觸，在反應溫度650～750℃、反應壓力0.15～0.4MPa、反應時間0.2～5秒、催化劑與原料油的重量比(以下簡稱劑油比)為15～40∶1，水蒸氣與原料油的重量比為0.3～1∶1的條件下，進行催化熱裂解反應。反應產物、水蒸氣和待生催化劑經快速氣固分離后，分離反應產物得到主要目的產品乙烯、丙烯；待生催化劑經水蒸氣汽提后進入再生器，與含氧氣體接觸進行燒焦再生，熱的再生催化劑返回反應器循環使用。
由于催化劑顆粒中有大量的孔，在再生催化劑孔內和外表面上留存有煙氣，盡管催化劑上每個孔內留存的煙氣量很小，但由于采用的劑油比很大，催化劑循環量很多，有相當多量的煙氣被再生催化劑帶入反應器。對于一套年處理量為100萬噸的催化熱裂解裝置，按回煉比0.4、劑油比20計，催化劑的循環量為3500噸/小時，帶到反應器的煙氣量約為3500米3/小時，占反應干氣量的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器，則煙氣被再生催化劑夾帶進入反應器成為雜質氣體，這不僅增大氣體壓縮機負荷，而且阻礙后續深冷分離過程的正常進行。因此，對再生催化劑進行脫除煙氣的處理，是催化熱裂解必須解決的問題。對于其它的催化轉化方法，當劑油比較大時都存在較多煙氣進入反應器的問題。
USP4,051,013采用再生催化劑汽提塔，以汽提介質(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構。由于該專利未考慮水蒸氣會引起高溫再生催化劑水熱減活的問題，實際上無法應用。
CN1154400A提出采用調溫脫氣罐對再生催化劑進行處理，流化、汽提介質為催化干氣。由于其主要目的是為了改變催化劑進入反應器的溫度，所以調溫脫氣罐內的構件為垂直取熱管。此種結構無法控制氣泡的長大，導致氣固接觸變差，汽提效率不高。而且干氣的競爭吸附能力不強，置換效率不夠高，在達到相同的汽提后再生催化劑含煙氣量時，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℃，若與水蒸氣長時間接觸會引起催化劑減活，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提出的方法和設備結構也存在不足之處。
本發明的目的之一是提供一種再生催化劑汽提塔。
本發明的目的之二是提供一種汽提再生催化劑煙氣的方法。
本發明提供的再生催化劑汽提塔結構特征為再生催化劑汽提塔為一個直立的圓筒，筒內包括(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環擋板，(4)、固定在圓筒的內表面的外環擋板，(5)、在外環擋板的下方空間內的、開有若干小孔的環形水蒸氣管，(6)、與環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表面相連，起支承作用。
內環擋板和外環擋板沿垂直方向間隔一定距離交錯排列。
內環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，圓環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，該圓的直徑與圓環的外徑相等。所述的脫氣管在內環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的普通金屬管或者金屬絲網卷成的管。內環擋板通過金屬拉筋與塔內表面相連，起支承作用。
外環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，圓環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。
下面結合
再生催化劑汽提塔的結構。
附圖為再生催化劑汽提塔的結構示意圖。
再生催化劑汽提塔的結構為再生催化劑汽提塔為一個直立的圓筒，在圓筒的縱軸線上設一個直立的脫氣管1，在該脫氣管的下端與一個水平管2相連，在脫氣塔的外表面沿垂直方向設有若干水蒸氣引入管3。在圓筒內沿垂直方向間隔一定距離交錯設置內環擋板4和外環擋板5，其中內環擋板固定在脫氣管1上，內環擋板分為斜面4a與裙罩4b，脫氣管1在內環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的普通金屬管或是金屬絲網卷成的管；外環擋板固定在圓筒的內表面，在外環擋板的斜面5a與裙罩5b之間的空間5c，設有環形水蒸氣管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入塔內，水蒸氣經引入管進入環形水蒸氣管，穿過外環擋板上的小孔，與催化劑進行逆流、錯流接觸，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入脫氣管，從塔頂端出塔。
再生催化劑切向進入汽提塔內的流速為10～18米/秒，汽提塔內的催化劑呈密相狀態流動，質量流率為20～200千克·米-2·秒-1，汽提塔內的催化劑流速為0.05～0.3米/秒。
所述的催化轉化過程可以是劑油比較大的催化裂解或催化熱裂解，也可以是常規的催化裂化或其它改進的催化轉化過程。
下面具體描述本發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入塔內。由于離心力的作用，催化劑趨于流向塔內表面，氣體趨于流向塔中心位置，從而將煙氣與催化劑進行粗分離。催化劑進入汽提塔后由于重力作用向下流動，內環擋板使催化劑向外流向外環擋板，外環擋板又使催化劑轉向向內流向內環擋板，位于不同高度的一系列外環擋板、內環擋板使催化劑曲折流動，避免出現較大流通截面積的、自由垂直的催化劑流通通道。水蒸氣通過引入管進入環形水蒸氣管，然后自環形水蒸氣管的小孔噴出，噴出的水蒸氣穿過外環擋板斜面和裙罩上的小孔，與向下流動的催化劑進行逆流、錯流接觸，置換出催化劑顆粒之間和顆粒孔隙內的煙氣。大部分水蒸氣從外環擋板直接流向內環擋板的下部空間，由于內環擋板斜面和裙罩上沒有小孔，因此這部分水蒸氣匯集在內環擋板下方。由于汽提塔內催化劑密相床層與脫氣管內空間之間存在一個差壓壓力場，脫氣管內壓力場低于汽提塔內催化劑密相床層任一點的壓力場，因此汽提塔內的氣體在向上流動的同時向汽提塔中心靠攏，大部分氣體將匯集在內環擋板下方，從內環擋板下方通過脫氣管上的孔進入脫氣管，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，其流速應保證進入上述陶瓷管、覆蓋金屬絲網的普通金屬管或金屬絲網管的催化劑細粉能被吹送至脫氣塔上部床層料面之上，以避免進入的細粉集聚堵塞脫氣管。
本發明的優點如下1、采用本發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擋板直接流向內環擋板，然后從內環擋板下方進入脫氣管，水蒸氣在汽提塔內與高溫再生催化劑的接觸時間很短，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，提高了催化劑循環的推動力。
下面的實施例將對本發明提供的方法予以進一步的說明，但并不因此而限制本發明。
實施例試驗所用的中型汽提塔內徑為150毫米，總高為3.0米，汽提塔切向入口管線的內徑為75毫米，汽提塔中的脫氣管內徑30毫米，汽提塔內設三組內、外環擋板，擋板間距300毫米，外環擋板開孔，其開孔率為5％。再生器催化劑床層流化介質為空氣，空床氣體線速為0.6米/秒；汽提塔的汽提介質為氮氣，汽提介質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％，由于氮氣的吹掃置換作用，汽提塔中的氧濃度逐漸下降，根據汽提塔下部出口處氣體中的氧濃度確定汽提塔的相對脫氣效率。結果表明在上述檢驗范圍內，汽提塔出口氧濃度減少了80％，也即汽提塔的相對脫氣效率為80％。
采用氫氣示蹤的方法測得80％以上的汽提介質進入脫氣管，向上流動快速離開床層，其平均停留時間小于5秒。其余不到20％的汽提介質與催化劑一起向下流動，離開汽提塔。
權利要求
1.一種再生催化劑汽提塔，其特征在于該塔為一個直立的圓筒，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環擋板，(4)、固定在圓筒的內表面的外環擋板，(5)、在外環擋板的下方空間內的、開有若干小孔的環形水蒸氣管，(6)、與環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.按照權利要求1的汽提塔，其特征在于所述的內環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，圓環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，該圓的直徑與圓環的外徑相等。
5.按照權利要求1的汽提塔，其特征在于所述的脫氣管在內環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的普通金屬管或者金屬絲網卷成的管。
6.按照權利要求1的汽提塔，其特征在于所述的外環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，圓環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，該圓的直徑與圓環的外徑相等。
7.按照權利要求1的汽提塔，其特征在于所述的內環擋板和外環擋板沿垂直方向間隔一定距離交錯排列。
8.按照權利要求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入塔內，水蒸氣經引入管進入環形水蒸氣管，穿過外環擋板上的小孔，與再生催化劑進行逆流、錯流接觸，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化過程。
11.按照權利要求10的方法，其特征在于所述的催化轉化過程可以是催化熱裂解，也可以是催化裂解。
12.按照權利要求9的方法，其特征在于再生催化劑切向進入汽提塔內的流速為10～18米/秒。
13.按照權利要求9的方法，其特征在于過量的水蒸氣在汽提塔內的停留時間小于10秒。
14.按照權利要求9的方法，其特征在于汽提塔內再生催化劑流速為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、沿垂直方向交錯排列的內環擋板和外環擋板;再生催化劑從汽提塔上部進入塔內,與來自環形水蒸氣管的水蒸氣逆流、錯流接觸,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B01J38/00GK1311060SQ0010338
公開日2001年9月5日 申請日期2000年3月3日 優先權日2000年3月3日
發明者魯維民, 汪燮卿, 鐘孝湘, 李松年 申請人:中國石油化工集團公司, 中國石油化工集團公司石油化工科學研究院