一種催化劑自動加料器和催化劑自動加料方法

專利名稱：一種催化劑自動加料器和催化劑自動加料方法
技術領域：
本發明涉及一種催化劑自動加料器和催化劑自動加料方法，用于將催化劑從催化劑儲罐輸送至目的容器。
背景技術：
在石油煉制與石油化工領域的流化催化裂化(FCC)等工藝過程中，粉體催化劑是參與反應的重要物料。各種催化劑輸送設備廣泛應用于工業現場，其中用于補充催化劑消耗的輸送設備一般稱為加料器。以前，催化劑加料采用人工加料，通常是把一天內需要補充的催化劑在數小時內加入到工藝裝置的目的容器(例如FCC再生器)，造成工藝裝置操作不穩定。并且人工加料無法計量加入量，造成催化劑浪費。中國專利CN2360147Y公開的粉體物料自動計量加料器，《煉油設計》雜志2002年第9期“LPEC-2型小型催化劑自動加料器的研制”一文所介紹的催化劑自動加料器，以及CN2467174Y介紹的催化劑自動加料裝置，用自動加料取代了傳統的人工加料。技術特點是把一天內需要補充的催化劑分成更多的批次，稱量出每個批次的催化劑重量，然后用輸送氣體作為動力輸送到目的容器；各個批次的間隔時間和每批輸送的催化劑重量都是可以設置和控制的。存在的一個問題是，各批次輸送的間隔時間通常有幾分鐘到幾十分鐘，不是真正意義上的連續輸送，仍然會影響到工藝裝置化學反應的平穩性、造成工藝裝置運行波動。另外，例如在FCC工藝過程中，采用上述加料器只能把常溫的催化劑從催化劑儲罐輸送到再生器，而再生器溫度通常有600 700°C。一些FCC裝置的操作者發現，在向再生器補充新鮮催化劑、特別是大量置換催化劑時，FCC裝置煙 的排煙粉塵濃度明顯升高，并且補充催化劑后實測催化劑藏量低于計算的藏量。據此分析，可能是由于常溫催化劑突然進入高溫環境造成部分催化劑熱崩，催化劑熱崩在一定程度上造成了加料過程中的催化劑跑損。實驗室研究表明，把常溫催化劑注入700°C的實驗裝置，催化劑的平均熱崩率為10. 0w% (w%表示重量百分數)，表觀熱崩率為8.4w%。由于催化劑非常昂貴，因而熱崩會造成較大的損失。采用上述加料器只能把常溫催化劑從催化劑儲罐輸送到再生器，是由于前兩種加料器的稱重傳感器設置在流化罐內，耐溫范圍有限。如果選用耐高溫的稱重傳感器，將大幅度提高成本。第三種加料器(CN2467174Y所述)的稱重傳感器設置在流化罐外部(底部)，流化罐內設有流化膜。輸送氣體通入流化罐后，以流化膜作為氣體分布器使催化劑流化起來，繼而再輸送出去。流化膜通常為羊毛氈或其它的化學纖維紡織品，不耐高溫。所用的稱重傳感器為氣動稱重傳感器，內設有橡膠薄膜等部件，也不耐高溫。因此，上述的三種加料器只能輸送常溫催化劑，輸送氣體只能使用常溫氣體(例如普通壓縮空氣)而不能使用高溫氣體
發明內容
本發明的目的是提供一種催化劑自動加料器和催化劑自動加料方法，以解決現有加料技術所存在的不能連續輸送催化劑、而且只能向目的容器輸送常溫催化劑的問題。為解決上述問題，本發明采用的技術方案是一種催化劑自動加料器，設有料倉、進料管和下料管，進料管的出口連接于料倉的頂部，進料管上設有進料閥，下料管上設有下料閥，料倉的外部設有用于稱量料倉內催化劑重量的稱重傳感器，其特征在于進料管上設有第三波紋管，稱重傳感器為電子稱重傳感器，料倉通過支柱支承于稱重傳感器上，支柱的底部設有隔熱板，料倉的下方設有出料管，出料管的一端為入口端，自出料管入口依次設有輸送閥和第一波紋管，出料管的另一端為出口端，設有第二波紋管，出料管位于第一波紋管和第二波紋管之間的管段為出料管的中段，下料管設于料倉的底部與出料管的中段之間，下料管上所設的下料閥為調節閥，出料管的中段與料倉的頂部之間設有壓力平衡管，壓力平衡管上設有壓力平衡閥，上述管道和閥門以及料倉的外部均設有保溫層。采用上述催化劑自動加料器進行催化劑自動加料的方法，將催化劑儲罐內的催化劑輸送至目的容器，催化劑儲罐處于充壓狀態，其特征在于首次操作前料倉內預先儲存有高于催化劑下限儲存重量的催化劑，所述的催化劑自動加料方法依次包括如下步驟A、通氣操作進料閥、下料閥關閉，輸送閥打開，與出料管入口相連的輸送氣源中的輸送氣體進入出料管，之后壓力平衡閥打開，出料管內的一部分輸送氣體經壓力平衡管進入料倉，使料倉內上部的壓力與出料管內的壓力相等，之后開始執行下述的步驟B;B、連續加料與計量調整操作下料閥打開，料倉內的催化劑經下料管連續地進入出料管，在輸送氣體的作用下在出料管內流動，并經設于出料管出口與目的容器之間的輸送管連續地進入目的容器；操作過程中，將連續加料與計量調整操作時間劃分為多個連續的間隔時間，在每個間隔時間的開始和結束時讀取稱重傳感器稱量出的料倉內催化劑的重量，計算出相應間隔時間內料倉內催化劑重量的減少量，并除以相應的間隔時間，得到相應間隔時間內的加料速度，將該加料速度與需要的加料速度進行比較，如果誤差處于需要的加料速度的允許誤差范圍內，則下料閥的開度或下料閥輸送氣的流量保持不變，進入下一個間隔時間的操作，如果誤差超過需要的加料速度的允許誤差范圍，則在相應間隔時間結束的時刻調節下料閥的開度或下料閥輸送氣的流量，使后續間隔時間的加料速度處于需要的加料速度的允許誤差范圍內，上述的操作為連續加料與計量調整操作過程中的計量調整操作；連續加料與計量調整操作持續進行，至料倉內的催化劑減少到催化劑下限儲存重量時計量調整操作停止，之后各閥門的開關狀態保持不變，開始執行下述的步驟C ;C、補劑操作進料閥打開,催化劑儲罐內的催化劑經進料管進入料倉,當料倉內的催化劑增加到催化劑上限儲存重量時，進料閥關閉，補劑操作結束，步驟C結束、經過一個穩定時間后，重新開始執行上述步驟B中的計量調整操作。本發明的操作過程，詳見本說明書具體實施方式
部分的說明。由本發明的結構特征和操作過程的說明可以看出，采用本發明具有如下的有益效果(1)可以實現真正意義上的催化劑連續輸送，不存在現有加料器分批次輸送所存在的間歇，極大地降低了催化劑輸送過程中的脈動，使輸送過程更加平穩。這對于提高工藝裝置化學反應的平穩性、降低工 藝裝置的運行波動有利。(2)本發明加料器的工作溫度可以較高，能夠使用高溫輸送氣體輸送催化劑、在輸送管路中對催化劑進行預熱，使補充的催化劑能以較高的溫度進入目的容器。在目的容器是FCC再生器時，由于本發明能夠縮小補充的催化劑與FCC再生器內高溫環境之間的溫差，從而可以減少催化劑的熱崩，降低工藝裝置的催化劑消耗。下面結合附圖具體實施方式
和實施例對本發明作進一步詳細的說明。附圖具體實施方式
和實施例并不限制本發明要求保護的范圍。


圖I是本發明催化劑自動加料器的結構示意圖。
圖2是本發明催化劑自動加料器用于催化劑自動加料的示意圖。圖I和圖2中，相同附圖標記表示相同的技術特征。
具體實施例方式參見圖1，本發明的催化劑自動加料器(簡稱為加料器)，設有料倉I、進料管2和下料管3。進料管2的出口連接于料倉I的頂部，進料管2上設有進料閥10。下料管3上設有下料閥12，料倉I的外部設有用于稱量料倉I內催化劑重量的稱重傳感器7。所述的進料管2上設有第三波紋管93，稱重傳感器7為電子稱重傳感器。料倉I的整體形狀可以是圓筒形(如圖I、圖2所示)或方箱形(圖略)，下部形狀為漏斗形，以利于催化劑的流動。料倉I通過支耳5和支柱6支承于稱重傳感器7上，支柱6的底部設有隔熱板11。隔熱板11通常采用傳熱系數較低且有一定強度的材料，例如聚四氟乙烯板。稱重傳感器7固定于基礎支柱8上，基礎支柱8固定于地面上。稱重傳感器7通常使用3 4個，支耳5、支柱6和基礎支柱8相應地設置3 4組。料倉I的下方設有出料管13，水平設置。出料管13的一端為入口端，自出料管入口 19依次設有輸送閥14和第一波紋管91。出料管13的另一端為出口端，設有第二波紋管92。出料管13位于第一波紋管91和第二波紋管92之間的管段為出料管13的中段。下料管3設于料倉I的底部與出料管13的中段之間，下料管3上所設的下料閥12為調節閥。出料管13的中段與料倉I的頂部之間設有壓力平衡管4，壓力平衡管4上設有壓力平衡閥18。壓力平衡管4與出料管13中段的連接處，可以在出料管13位于下料管3與出料管13中段的連接處至第二波紋管92之間的管段上(如圖I、圖2所示)，也可以在出料管13位于第一波紋管91至下料管3與出料管13中段的連接處之間的管段上(圖略)。料倉I、進料管2、進料閥10、下料管3、下料閥12、出料管13、輸送閥14、壓力平衡管4和壓力平衡閥18 (以及圖2中輸送管26)的外部均設有保溫層。料倉I外部所設的保溫層以附圖標記15表示，其余管道、閥門外部所設的保溫層未示出。保溫層的材料可以是巖棉或玻璃棉等。進料管2的公稱直徑一般為25 300毫米。下料管3和出料管13的公稱直徑一般相等，為進料管2公稱直徑的1/2 1/3。壓力平衡管4的公稱直徑一般為15 50毫米。下料管3位于料倉I的底部至下料閥12之間的管段，出料管13位于第一波紋管91至下料管3與出料管13中段的連接處之間的管段，兩個管段之間可以設有松動風管16 ；松動風管16上設有松動風閥17。松動風管16的公稱直徑一般為10 50暈米。參見圖2以及圖1，本發明加料器用于催化劑自動加料時，設于催化劑儲罐22的下方。進料管2設于料倉I的頂部與催化劑儲罐22的底部之間。出料管入口 19與輸送氣源21相連，出料管出口 20與目的容器27之間設有輸送管26，輸送管26的公稱直徑一般等于出料管13的公稱直徑。輸送管26上設有熱電偶28，設于靠近目的容器27的管段上。目的容器27的頂部設有旋風分離器29。催化劑儲罐22的上部與充壓管23的一端相連，充壓管23的另一端與充壓氣源25相連。充壓管23上設有充壓閥24。對于工業裝置(例如FCC裝置)，催化劑儲罐22的容積通常遠遠大于加料器料倉I的容積，一般為100 900立方米；催化劑存儲量一般為80 700噸。圖2以及圖I中，所有的容器(包括料倉I、催化劑儲罐22和目的容器27)、管道，還有支耳5、支柱6、基礎支柱8等部件，一般采用碳鋼材料制作。各波紋管(第一波紋管91、第二波紋管92、第三波紋管93) —般均使用工業上常用的內設導流管的不銹鋼波紋管。各容器與相關管道的連接，一般采用焊接；相關管道之間的連接，一般采用法蘭連接。下料閥12可以采用兩大類型的調節閥，以控制下料管3內催化劑的流量。第一大類的調節閥，為手動、氣動或電動的球閥、閘閥或蝶閥等形式的調節閥(如圖I、圖2所示)，通過調節閥門開度(即調節流通面積的大小)來控制下料管3內催化劑的流量。第二大類的調節閥，為手動、氣動或電動的料封閥或氣控閥，通過調節通入調節閥的下料閥輸送氣的流量來控制下料管3內催化劑的流量(圖略)。根據實際操作情況，第二大類調節閥所用的下料閥輸送氣可以是壓縮空氣、過熱水蒸汽或流化催化裂化裝置副產品干氣。本發明所使用的其它閥門，一般為手動、氣動或電動的兩位兩通開關閥門(閘閥、球閥等)。在使用高溫輸送氣體輸送催化劑時，輸送閥14、壓力平衡閥18、下料閥12、進料閥10和松動風閥17應當使用能夠承受高溫輸送氣體溫度的閥門；各波紋管也應當使用能夠承受高溫輸送氣體溫度的波紋管。各條管道上所設的閥門、波紋管，其公稱直徑分別與所在管道的公稱直徑相同。由于料倉I、進料管2、進料閥10、下料管3、下料閥12、出料管13、輸送閥14、壓力平衡管4、壓力平衡閥18和輸送管26的外部均設有保溫層，可以防止熱量散失，并且稱重傳感器7為電子稱重傳感器且設置在料倉I的外部，因而本發明加料器的工作溫度可以較高，能夠使用高溫輸送氣體輸送催化劑、在輸送管路(出料管13和輸送管26)中對催化劑進行預熱。稱重傳感器7可以采用普通溫度環境使用的電子稱重傳感器，原因是①稱重傳感器7設置在料倉I的外部，且所述的電子稱重傳感器也有一定的耐溫度能力。②支柱6的底部設有隔熱板11，可以防止料倉I內的熱量經支耳5和支柱6傳遞至稱重傳感器7。③高溫輸送氣體的主要通路是出料管13和輸送管26。盡管加料過程中壓力平衡閥18打開時高溫輸送氣體會經壓力平衡管4進入料倉1，但這只是起到壓力平衡的作用。高溫輸送氣體不能在料倉I內形成通路，對料倉I內溫度的提高不大，因而對稱重傳感器7所處位置的溫度影響很小。④保溫層還可以防止料倉I、下料管3、下料閥12、出料管13、輸送閥14、壓力平衡管4和壓力平衡閥18等構件向稱重傳感器7散發熱量。 在本發明使用高溫輸送氣體的加料操作過程中，稱重傳感器7所處位置的溫度基本上可以保持在常溫。由于進料管2、出料管13上設置了具有彈性的波紋管，因此裝載有催化劑的料倉I處于一個彈性環境中，可以通過支耳5、支柱6與稱重傳感器7接觸，被稱重傳感器7稱量出其內催化劑的重量。波紋管對稱重造成的影響，可以進行校正。稱重傳感器7能夠將稱重數據傳送給稱重信號顯示器和/或程序控制器，所以可以掌握料倉I內催化劑的重量和重量變化。圖2所示的加料系統還要使用流量計測量輸送氣體的流量，使用壓力表測量有關部位的壓力；這些在圖2中都沒有示出。流量計和壓力表可以使用工業上常用的各種類型。當使用高溫輸送氣體輸送催化劑時，如果流量計和壓力表與高溫輸送氣體接觸，則應當使用能夠承受高溫輸送氣體溫度的流量計和壓力表。下面結合圖2和圖1，說明采用本發明的催化劑自動加料器進行催化劑自動加料(簡稱為加料)的方法；加料的目的是將催化劑儲罐22內的催化劑輸送至目的容器27。正式加料前，先進入準備階段，包括如下內容準備①加料器安裝完成后，檢驗各波紋管對稱重的影響，并進行稱重準確度標定 和數學校正。盡管波紋管具有彈性，稱重數據仍會有少量的誤差偏移，需要進行這項操作。方法是，從料倉I的催化劑下限儲存重量開始，用人工將多個標準砝碼逐個添加到料倉I上；達到料倉I的催化劑上限儲存重量后，將標準砝碼逐個卸下，至料倉I的催化劑下限儲存重量。每個標準砝碼的重量一般為5 20千克。通過上述的加載和卸載實驗，標定各波紋管對稱重的影響。記錄料倉I上標準砝碼真實增加和減少的重量數值，以及稱重傳感器7稱量并在稱重信號顯示器和/或程序控制器上顯示的料倉I上標準砝碼增加和減少的重量數值(受到各波紋管影響的重量數值)。之后，可以做出表格，對稱重信號顯示器和/或程序控制器上顯示的重量數值予以校正；或者是用數學方法作出線性擬合曲線，對稱重信號顯示器和/或程序控制器上顯示的重量數值直接在稱重信號顯示器和/或程序控制器上予以校正，使之直接顯示出校正后的真實重量數值(消除了各波紋管的影響)。上述工作在加料器安裝完成后進行一次，以后就不再進行。此項工作屬于常規技術，故不做進一步的深入敘述。另外，以后提到的催化劑重量，除說明的以外，均為校正后的真實重量。準備②向催化劑儲罐22內裝入足夠的催化劑。打開充壓閥24，充壓氣源25中的充壓氣體經充壓管23進入催化劑儲罐22的上部，使催化劑儲罐22處于充壓狀態。充壓氣體一般使用常溫壓縮空氣。催化劑儲罐22充壓后的壓力(指催化劑儲罐22內催化劑料面上方空間的壓力)，一般要求比出料管13內的壓力(在出料管13的中段測量)高出O. 05 O. IMPa。本發明提到的壓力，均為表壓。準備③首次加料操作前，料倉I內預先儲存高于催化劑下限儲存重量的催化劑；通常是預先儲存催化劑上限儲存重量的催化劑。本發明料倉I的催化劑儲存容量，一般按補劑一次可以維持I 2小時的加料操作設計。例如需要的加料速度為150千克/小時，則可以設計料倉I存儲400千克催化劑。人為確定料倉I的催化劑下限儲存重量為50千克，催化劑上限儲存重量為350千克。一次補劑量為350千克-50千克=300千克，補劑一次可以維持2小時的加料操作。在首次加料操作前，料倉I內可以預先儲存例如300千克的催化劑；該操作一般采用人工方法。上述準備階段結束后，就可以開始正式的連續加料運行操作。連續加料運行操作依次包括如下步驟A、通氣操作進料閥10、下料閥12關閉。輸送閥14打開，與出料管入口 19相連的輸送氣源21中的輸送氣體進入出料管13。之后壓力平衡閥18打開，出料管13內的一部分輸送氣體經壓力平衡管4進入料倉I，使料倉I內上部的壓力與出料管13內的壓力相等。料倉I內上部的壓力，是指料倉I內催化劑料面上方空間的壓力。輸送閥14打開后至壓力平衡閥18打開，通常需延時幾秒至十幾秒，用輸送氣體對輸送管路(出料管13和輸送管26)進行吹掃，吹走殘留物。當用高溫輸送氣體輸送催化劑時，輸送閥14打開后至壓力平衡閥18打開，吹掃后通常還需再延時3 10分鐘，用高溫輸送氣體對輸送管路進行預熱。之后，開始執行下述的步驟B。B、連續加料與計量調整操作下料閥12打開，其開度或下料閥輸送氣的流量根據需要的加料速度設置。料倉I內的催化劑經下料管3連續地進入出料管13，在由輸送氣源 21進入出料管13內的輸送氣體的作用下在出料管13內流動，并經設于出料管出口 20與目的容器27之間的輸送管26連續地進入目的容器27。操作過程中，將連續加料與計量調整操作時間劃分為多個連續的間隔時間。在每個間隔時間的開始和結束時讀取稱重傳感器7稱量出的料倉I內催化劑的重量，計算出相應間隔時間內料倉I內催化劑重量的減少量，并除以相應的間隔時間，得到相應間隔時間內的加料速度。將該加料速度與需要的加料速度進行比較如果誤差處于需要的加料速度的允許誤差范圍內，則下料閥12的開度或下料閥輸送氣的流量保持不變，進入下一個間隔時間的操作；如果誤差超過需要的加料速度的允許誤差范圍，則在相應間隔時間結束的時刻調節下料閥12的開度或下料閥輸送氣的流量，使后續間隔時間(下一個或以后第幾個)的加料速度處于需要的加料速度的允許誤差范圍內。上述的操作為連續加料與計量調整操作過程中的計量調整操作。上述的連續加料與計量調整操作時間，為連續加料與計量調整操作同時進行的時間。連續加料與計量調整操作持續進行，至料倉I內的催化劑減少到催化劑下限儲存重量時計量調整操作停止。之后各閥門的開關狀態保持不變，開始執行下述的步驟C。C、補劑操作進料閥10打開，催化劑儲罐22內的催化劑經進料管2進入料倉I。當料倉I內的催化劑增加到催化劑上限儲存重量時，進料閥10關閉，補劑操作結束。步驟C結束、經過一個穩定時間后，重新開始執行上述步驟B中的計量調整操作。上述的步驟B、C連續循環進行，是連續加料運行操作的主要過程。上述操作過程中，各閥門在某一步驟的開關狀態，除說明變動的之外，均保持與上一步驟相同。下料閥12開度或下料閥輸送氣流量的調節，可以根據具體的加料操作情況、試驗、經驗等來確定。其中，下料閥12開度的調節，是對于前文所述的第一大類調節閥而言；下料閥12下料閥輸送氣流量的調節，是對于前文所述的第二大類調節閥而言。上述操作過程中，如果輸送的是FCC催化劑并且需預熱，輸送氣體可以使用過熱水蒸汽或流化催化裂化裝置副產品干氣，或者是使用其它高溫氣體。過熱水蒸汽的溫度一般為200 300°C，干氣的溫度一般為40 80°C。本發明所述的高溫輸送氣體，其溫度即是指上述溫度。如果采用300°C的過熱水蒸汽，在輸送管路中對催化劑進行預熱，本發明最多可以使補充的催化劑能以80 200°C的溫度進入目的容器27。另外，本發明所述的常溫，指的是25°C。如果輸送的是FCC催化劑或類似的粉體物料，并且不需要預熱，則輸送氣體可以使用常溫壓縮空氣等氣體。在這種情況下，催化劑或類似的粉體物料將以常溫進入目的容器27。各種來自輸送氣源21的輸送氣體,壓力一般均為O. 4 O. 7MPa。該壓力要保證輸送氣體能夠將進入出料管13的催化劑經輸送管26輸送至目的容器27。確定輸送氣體的壓力，主要應考慮輸送管路壓降和目的容器27內的壓力。如果目的容器27是FCC再生器，其內壓力一般為O. 15 O. 3MPa。上述操作過程中，加料速度一般為50 500千克催化劑/小時，需要的加料速度的允許誤差范圍一般為-10% +10%。由輸送氣源21進入出料管13的輸送氣體的流量一般為30 150標準立方米/小時。輸送氣體的溫度、壓力、流量，均在輸送氣源21的出口處測量。在步驟B的單次操作過程中，連續加料與計量調整操作時間一般為I 2小時，一個間隔時間一般為I 3分鐘。在步驟C的單次操作過程中，補劑操作時間一般為5 20秒，補劑操作結束后經過的穩定時間一般為I 3分鐘。由本發明加料操作過程的說明可以看出，在步驟C補劑操作時下料閥12依然是打開的，所以加料過程并未中斷；料倉I內的催化劑仍經下料管3 —出料管13 —輸送管26連續地進入目的容器27。由于進料管2的公稱直徑相對于下料管3和出料管13較大，加之催化劑儲罐22處于充壓狀態，所以盡管加料仍在繼續，催化劑儲罐22內的催化劑仍然能以很快的速度經進料管2進入料倉1，對料倉I的補劑操作可以很快地結束。步驟C補劑操作開始時，計量調整操作停止(包括停止間隔時間計量、加料速度的計算、加料速度誤差的判斷以及下料閥12開度或下料閥輸送氣流量的調節)，直至步驟C結束、經過一個穩定時間后開始執行下一循環步驟B中的計量調整操作。本發明步驟B單次操作過程中的連續加料與計量調整操作時間，實際上是按照計量調整操作時間計算的。補劑操作結束后留出一段穩定時間，是為了防止料倉I內催化劑重量的急劇增加引起的波動，保證下一循環步驟B中催化劑稱重的穩定性。穩定時間內加料過程仍然進行，只是停止加料速度的計算、加料速度誤差的判斷以及下料閥12開度或下料閥輸送氣流量的調節。某次步驟B、C操作過程中，步驟C結束后所經過的穩定時間內的催化劑加料量(輸送至目的容器27內的催化劑重量)，計入下一次步驟B、C操作過程中的催化劑加料量。在步驟B、C的某一個單次操作過程中，上一次步驟B、C操作過程中步驟C結束時讀取的料倉I內催化劑的重量(催化劑上限儲存重量)至本次步驟B、C操作過程中步驟B結束時讀取的料倉I內催化劑的重量(催化劑下限儲存重量)的差值，為本次步驟B、C操作過程中的催化劑加料量(步驟B的首次操作除外)。步驟C補劑操作過程中的催化劑加料量不進行計量。這是由于補劑操作時間很短、這部分催化劑的重量很少，對于因此引起的催化劑加料量的誤差，可以忽略不計。步驟B、C多個循環操作過程中的催化劑加料量相加，即可得到連續加料運行操作過程中的催化劑總累計加料量。加料操作過程中，如果下料閥12被催化劑堵塞，可以打開松動風閥17，使出料管13內的輸送氣體經松動風管16進入下料管3位于料倉I的底部至下料閥12之間的管段，再流經下料閥12，將堵塞下料閥12的催化劑吹走(吹入出料管13內)。之后，可以將松動風閥17關閉。催化劑和輸送氣體經輸送管26進入目的容器27后，催化劑沉積于目的容器27、內。輸送氣體向上流動，經目的容器27頂部的旋風分離器29分離出催化劑后排出。加料操作需要停止時，先將進料閥10、壓力平衡閥18、下料閥12、充壓閥24等閥門關閉。輸送閥14仍打開，繼續向輸送管路通入輸送氣體對其進行吹掃，將輸送管路中殘留的催化劑吹入目的容器27內，使輸送管路保持暢通。吹掃若干秒(例如5 10秒,視輸送管路的長度而定)，再關閉輸送閥14。圖2中，以未注明附圖標記的箭頭表示催化劑、輸送氣體或充壓氣體的流動方向。本發明的加料操作過程中，充壓閥24和松動風閥17—般是手動操作。其余各閥門的開關、下料閥12開度或下料閥輸送氣流量的調節，還有加料操作過程中所有的催化劑稱重、時間控制與計量、加料速度及誤差計算等操作，可以采用人工方式進行(仍需借助于工業上常用的各種儀表、控制器件等)，但最好是采用自動控制。例如采用常用的程序控制 器，按本發明提出的步驟、參數編制出程序并進行調整，自動執行加料操作。自動控制技術屬于本領域技術人員熟知的內容，詳細說明從略，在下面的實施例中舉例說明。實施例采用圖I所示的加料器、按圖2所示的設置在實驗室進行中型試驗。使用高溫輸送氣體，將催化劑儲罐22內的常溫FCC催化劑(牌號為GRV-C)輸送至目的容器27 ;在輸送管路中對催化劑進行預熱，使催化劑以較高的溫度進入目的容器27。料倉I的內直徑D為O. 7米，容積為O. 305立方米，催化劑儲存容量為300千克；設定催化劑下限儲存重量為50千克，催化劑上限儲存重量為250千克。催化劑儲罐22和目的容器27均為立式圓筒形結構，內直徑均為I米，容積均為O. 955立方米。目的容器27內的壓力為O. 55MPa。料倉I通過支耳5和支柱6支承于稱重傳感器7上，支柱6的底部所設的隔熱板11為聚四氟乙烯板。稱重傳感器7使用3個，型號均為MTB-300，準確度均為2%。，工作溫度范圍均為-20 +65°C。除去各波紋管、閥門外，所有的容器、管道等部件，均采用碳鋼材料制作。各波紋管均使用內設導流管的不銹鋼波紋管，耐壓O. 7MPa，耐溫300°C。料倉I、進料管2、進料閥10、下料管3、下料閥12、出料管13、輸送閥14、壓力平衡管4、壓力平衡閥18、輸送管26和目的容器27的外部均設有保溫層，保溫層的材料為巖棉。進料管2的公稱直徑為100毫米，垂直高度為I. 5米。下料管3、出料管13和輸送管26的公稱直徑相等，均為進料管2公稱直徑的1/2 (50毫米)。下料管3的垂直高度為
O.3米，出料管13的水平長度為O. 8米，輸送管26的垂直高度為15米。壓力平衡管4的公稱直徑為50暈米，松動風管16的公稱直徑為15暈米。充壓管23的公稱直徑為25暈米。下料閥12為V形球閥，型號為V2100 ;配備有氣動執行機構(型號為RB200-SR-K3)和閥門調節定位器(型號為HEP-15)。進料閥10、輸送閥14、壓力平衡閥18也為V形球閥，型號均為V2100 ;配備有氣動執行機構(型號均為RB200-SR-K3)和兩位兩通電磁閥(型號均為K23D-8)。上述幾個閥門均為高溫型閥門，工作溫度范圍均為180 530°C。松動風閥17為兩位兩通手動高溫球閥，型號為Q341H，工作溫度范圍為80 300°C。充壓閥24為常溫下使用的兩位兩通手動球閥，型號為M050-616J-A。輸送管26上所設的熱電偶28為鎳鉻-康銅熱電偶，型號為WREK-E。目的容器27的頂部所設的旋風分離器29為自制的小型旋風分離器，結構與FCC裝置中常用的PV型旋風分離器相似。參見圖2，中型試驗加料系統設有程序控制器30。程序控制器30設有一個PLC基本模塊31、一個PLC擴展模塊32、一個重量變送器33和一個觸摸屏顯示器34。PLC為可編程序控制器。PLC基本模塊31的型號為TWD LCAE40DRF，PLC擴展模塊32的型號為TWDAMM3HT，重量變送器33的型號為INllO ;上述元件裝在一個控制箱內。觸摸屏顯示器34的型號為XBTG2330，裝在控制箱的面板上。參見圖2，PLC基本模塊31與PLC擴展模塊32直接相連。重量變送器33與PLC擴展模塊32之間、觸摸屏顯示器34與PLC基本模塊31之間，進料閥10、壓力平衡閥18、輸送閥14與PLC基本模塊31之間，下料閥12、熱電偶28與PLC擴展模塊32之間，各稱重傳感器7與重量變送器33之間，分別用導線連接。圖2中，導線用虛線表示。實施例在圖2所示的加料系統中使用V錐蒸汽流量計(型號為V10F-SZDN50GHHL)測量輸送氣體的流量，使用普通的彈簧壓力表測量有關部位的壓力(在圖2中沒有示出)。 本實施例加料操作的主要步驟，參見本說明書具體實施方式
部分結合圖2和圖I所做的說明，本實施例主要是給出具體的操作參數。實施例采用高溫輸送氣體輸送催化劑，在輸送管路中對催化劑進行預熱后使之進入目的容器27。正式加料前，先進入準備階段。準備①加料器安裝完成后，檢驗各波紋管對稱重的影響，并進行稱重準確度標定和數學校正。從料倉I的催化劑下限儲存重量(50千克)開始，用人工將多個標準砝碼逐個添加到料倉I上；達到料倉I的催化劑上限儲存重量(250千克)后，將標準砝碼逐個卸下，至料倉I的催化劑下限儲存重量。每個標準砝碼的重量為10千克。將料倉I上標準砝碼真實增加和減少的重量數值，以及稱重傳感器7稱量并在程序控制器30上顯示的料倉I上標準砝碼增加和減少的重量數值(受到波紋管影響的重量數值)，記錄為2組數據。建立一個坐標系，水平坐標軸為料倉I上標準砝碼真實增加和減少的重量數值，垂直坐標軸為稱重傳感器7稱量并在程序控制器30上顯示的料倉I上標準砝碼增加和減少的重量數值。根據前一組數據做出一條直線(直線I)，計算出斜率。后一組數據輸入辦公軟件Excel表格，使用Excel軟件自帶的數據擬合工具，選擇“添加趨勢線”、類型選“線性”，得到一條趨勢直線(直線2)及其斜率。將直線2的斜率除以直線I的斜率，得到校正系數O. 955。這樣，對以后稱重傳感器7稱量出的所有料倉I內催化劑的重量都除以O. 955，就可以得到校正后的料倉I內催化劑的真實重量數值(消除了各波紋管的影響)。本實施例以后提到的催化劑重量，均為校正后的真實重量。程序控制器30可以用程序計算的方法自動計算出上述的真實重量，并直接在觸摸屏顯示器34上顯示出來。準備②向催化劑儲罐22內裝入700千克催化劑(采用人工操作)。打開充壓閥24，對催化劑儲罐22進行充壓。充壓氣體使用常溫壓縮空氣，壓力為
O.7MPa (在充壓氣源25的出口處測量)。催化劑儲罐22充壓后的壓力為O. 7MPa，比出料管13內的壓力(O. 6MPa)高出O. IMPa0準備③首次加料操作前，料倉I內預先儲存250千克催化劑(采用人工操作)。設定需要的加料速度為100千克/小時。上述準備階段結束后，開始正式的連續加料運行操作。A、通氣操作進料閥10、下料閥12關閉。輸送閥14打開，由輸送氣源21進入出料管13的輸送氣體的流量為80標準立方米/小時。輸送氣體為過熱水蒸汽，溫度為220°C，壓力為O. 6MPa。輸送閥14打開,延時10秒,用輸送氣體對輸送管路進行吹掃；吹掃后再延時3分鐘，用高溫輸送氣體對輸送管路進行預熱。之后壓力平衡閥18打開。料倉I內上部的壓力與出料管13內的壓力相等，為0.6MPa。之后，開始執行下述的步驟B。B、連續加料與計量調整操作下料閥12打開，其初始開度為36%。料倉I內的催化劑經下料管3連續地進入出料管13，并經輸送管26連續地進入目的容器27。操作過程中，需要的加料速度的允許誤差范圍設定為-10% +10%。一個間隔時間為I分鐘。測量、計算出第一個間隔時間內的加料速度為120千克/小時(2千克/分鐘)，相對于需要的加料速度的誤差為+20%。此時，在第一個間隔時間結束的時刻調節下料閥12的開度，由36%減少為34%，進行下一個間隔時間的操作。以后，每間隔I分鐘，計算一次加料速度及其誤差，決定是否調節下料閥12的開度。每個間隔時間內的加料速度相對于需要的加料速度的誤差，①如果超過+10% (+號表示正向誤差)，將下料閥12的開度減少I 2% ;②如果超過-10% (_號表示負向誤差)，將下料閥12的開度增大I 2% 如果在-10% +10%的范圍內，下料閥12的開度不予調整，保持不變。本次步驟B的連續加料與計量調整操作持續時間為I小時52分鐘(劃分為112個連續的間隔時間)，料倉I內催化劑的重量由催化劑上限儲存重量250千克減少到催化劑下限儲存重量50千克，亦即向目的容器27輸送了 200千克催化劑(這就是本次步驟B、C操作過程中的催化劑加料量)。平均加料速度為200千克+1小時52分鐘=107. 14千
克/小時。本次步驟B的計量調整操作停止后，各閥門的開關狀態保持不變，開始執行下述的步驟C。C、補劑操作進料閥10打開，催化劑儲罐22內的催化劑經進料管2進入料倉I。當料倉I內的催化劑增加到催化劑上限儲存重量250千克時，進料閥10關閉，補劑操作結束。本次補劑操作，歷時6秒。至此，完成了步驟B、C的第一次操作。步驟C結束、經過I分鐘的穩定時間后，重新開始執行上述步驟B中的計量調整操作，亦即開始步驟B、C的第二次操作。步驟B、C的第一次操作過程中，在步驟C補劑操作時，加料過程仍在繼續，但對加料量不進行計量；步驟C結束后I分鐘穩定時間內的加料量，計入步驟B、C第二次操作過程中的加料量。步驟B、C的第二次操作，未提及的操作步驟、條件同步驟B、C的第一次操作B、連續加料與計量調整操作開始時，下料閥12的開度為33%。測量、計算出第一個間隔時間內的加料速度為92千克/小時(I. 53千克/分鐘)，相對于需要的加料速度的誤差為_8%。此時，下料閥12的開度保持不變，進行下一個間隔時間的操作。以后，每間隔I分鐘，計算一次加料速度及其誤差，決定是否調節下料閥12的開度。 本次步驟B的連續加料與計量調整操作持續時間為2小時5分鐘(劃分為125個連續的間隔時間)，料倉I內催化劑的重量減少到催化劑下限儲存重量50千克，亦即向目的容器27輸送了 200千克催化劑(為本次步驟B、C操作過程中的催化劑加料量；包括步驟B、C第一次操作過程中步驟C結束后I分鐘穩定時間內的加料量)。平均加料速度為200千克—2小時6分鐘(該時間包 括步驟B、C第一次操作過程中步驟C結束后的I分鐘穩定時間)= 95. 24千克/小時。本次步驟B的計量調整操作停止后，各閥門的開關狀態保持不變，開始執行下述的步驟C。C、補劑操作進料閥10打開，催化劑儲罐22內的催化劑經進料管2進入料倉I。當料倉I內的催化劑增加到催化劑上限儲存重量250千克時，進料閥10關閉，補劑操作結束。本次補劑操作，歷時8秒。至此，完成了步驟B、C的第二次操作。步驟C結束、經過I分鐘的穩定時間后，重新開始執行上述步驟B中的計量調整操作，亦即開始步驟B、C的第三次操作。步驟B、C的第二次操作過程中，在步驟C補劑操作時，加料過程仍在繼續，但對加料量不進行計量；步驟C結束后I分鐘穩定時間內的加料量，計入步驟B、C第三次操作過程中的加料量。步驟B、C的第三次操作，未提及的操作步驟、條件同步驟B、C的第一、第二次操作B、連續加料與計量調整操作每間隔I分鐘，計算一次加料速度及其誤差，決定是否調節下料閥12的開度。本次步驟B的連續加料與計量調整操作持續時間為I小時50分鐘(劃分為110個連續的間隔時間)，料倉I內催化劑的重量減少到催化劑下限儲存重量50千克，亦即向目的容器27輸送了 200千克催化劑(為本次步驟B、C操作過程中的催化劑加料量；包括步驟B、C第二次操作過程中步驟C結束后I分鐘穩定時間內的加料量)。平均加料速度為200千克+1小時51分鐘(該時間包括步驟B、C第二次操作過程中步驟C結束后的I分鐘穩定時間)=108. 11千克/小時。本次步驟B的計量調整操作停止后，受實驗所用催化劑儲罐22和目的容器27催化劑容量的限制，整個加料操作停止，不再執行步驟C。此時，先將進料閥10、壓力平衡閥
18、下料閥12、充壓閥24等閥門關閉。輸送閥14仍打開，繼續向輸送管路通入輸送氣體對其進行吹掃，將輸送管路中殘留的催化劑吹入目的容器27內，使輸送管路保持暢通。吹掃5秒后，關閉輸送閥14。最后，切斷所有電源。本實施例的連續加料運行操作過程包括以上的步驟A，以及三次步驟B、C的操作(最后一次即第三次的步驟C未執行)，累計向目的容器27輸送了 200千克X3 = 600千克催化劑。加料過程中，熱電偶28的指示溫度為166. O 169. 2V (該溫度為輸送管26在熱電偶28所處位置的管段內催化劑與水蒸汽的混合溫度)，表明常溫催化劑被高溫輸送氣體預熱后能以此溫度進入目的容器27。加料過程中，稱重傳感器7所處位置的溫度基本上為常溫。催化劑和輸送氣體經輸送管26進入目的容器27后，催化劑沉積于目的容器27內。輸送氣體向上流動，經目的容器27頂部的旋風分離器29分離出催化劑后排出。實施例的加料操作過程中，充壓閥24、松動風閥17采用手動操作(松動風閥17 —直關閉)。其余操作，除說明的以外，大都可以編制出程序，在程序控制器30的控制下自動執行。主要項目有進料閥10、輸送閥14、壓力平衡閥18、下料閥12的開關，下料閥12的開度調節，料倉I內催化劑重量的稱量及考慮到波紋管影響時的校正計算，時間控制與計量，加料速度及誤差計算，連續加料運行操作過程中每次步驟B、C的催化劑累計加料量以及所有步驟B、C的催化劑總累計加料量的計算，熱電偶28對預熱后催化劑的溫度測量。可以在程序控制器30的觸摸屏顯示器34上顯示的主要項目有熱電偶28測量出的預熱后催化劑的溫度，料倉I內催化劑的重量，料倉I的催化劑上限和下限儲存重量，時間(包括連續加料與計量調整操作時間、間隔時間)，加料速度及誤差，連續加料運行操作過程中每次步驟B、C的催化劑累計加料量以及所有步驟B、C的催化劑總累計加料量，進料閥10、輸送閥14、壓力平衡閥18、下料閥12的開關狀態，下料閥12的開度。可以在程序控制器30的觸摸屏顯示器34上設定的主要項目有需要的加料速度及其允許誤差范圍，時間(包括連續加料與計量調整操作時間、間隔時間)，料倉I的催化劑上限和下限儲存重量，下料閥12的初始開度，加料速度超出需要的加料速度誤差范圍時下料閥12的開度調節量。其它的溫度(熱電偶28測量出的預熱后催化劑的溫度除外)、壓力、輸送氣體流量的測量數據，在現場直接讀取。以上對本發明的催化劑自動加料器和催化劑自動加料方法進行了說明。本發明主要用于石油煉制與石油化工領域的FCC工藝過程，將補充的催化劑輸送至再生器。與此類似的其它工藝過程，也可以采用本發明的方案。權利要求
1.一種催化劑自動加料器，設有料倉(I)、進料管⑵和下料管(3)，進料管(2)的出口連接于料倉(I)的頂部，進料管(2)上設有進料閥(10)，下料管(3)上設有下料閥(12)，料倉(I)的外部設有用于稱量料倉(I)內催化劑重量的稱重傳感器(7)，其特征在于進料管(2)上設有第三波紋管(93)，稱重傳感器(7)為電子稱重傳感器，料倉(I)通過支柱(6)支承于稱重傳感器(7)上，支柱￠)的底部設有隔熱板(11)，料倉(I)的下方設有出料管(13)，出料管(13)的一端為入口端，自出料管入口(19)依次設有輸送閥(14)和第一波紋管(91)，出料管(13)的另一端為出口端，設有第二波紋管(92)，出料管(13)位于第一波紋管(91)和第二波紋管(92)之間的管段為出料管(13)的中段，下料管(3)設于料倉(I)的底部與出料管(13)的中段之間，下料管(3)上所設的下料閥(12)為調節閥，出料管(13)的中段與料倉(I)的頂部之間設有壓力平衡管(4)，壓力平衡管(4)上設有壓力平衡閥(18)，上述管道和閥門以及料倉(I)的外部均設有保溫層。
2.根據權利要求I所述的催化劑自動加料器，其特征在于進料管(2)的公稱直徑為.25 300毫米，下料管(3)和出料管(13)的公稱直徑相等，為進料管(2)公稱直徑的1/2 .1/3，壓力平衡管(4)的公稱直徑為15 50毫米。
3.根據權利要求I或2所述的催化劑自動加料器，其特征在于下料管(3)位于料倉(I)的底部至下料閥(12)之間的管段，出料管(13)位于第一波紋管(91)至下料管(3)與出料管(13)中段的連接處之間的管段，兩個管段之間設有松動風管(16)，松動風管(16)上設有松動風閥(17),松動風管(16)的公稱直徑為10 50暈米。
4.采用權利要求I所述的催化劑自動加料器進行催化劑自動加料的方法，將催化劑儲罐(22)內的催化劑輸送至目的容器(27)，催化劑儲罐(22)處于充壓狀態，其特征在于首次操作前料倉(I)內預先儲存有高于催化劑下限儲存重量的催化劑，所述的催化劑自動加料方法依次包括如下步驟 A、通氣操作進料閥(10)、下料閥(12)關閉，輸送閥(14)打開，與出料管入口(19)相連的輸送氣源(21)中的輸送氣體進入出料管(13)，之后壓力平衡閥(18)打開，出料管(13)內的一部分輸送氣體經壓力平衡管(4)進入料倉(1)，使料倉(I)內上部的壓力與出料管(13)內的壓力相等，之后開始執行下述的步驟B; B、連續加料與計量調整操作下料閥(12)打開，料倉(I)內的催化劑經下料管(3)連續地進入出料管(13)，在輸送氣體的作用下在出料管(13)內流動，并經設于出料管出口(20)與目的容器(27)之間的輸送管(26)連續地進入目的容器(27)； 操作過程中，將連續加料與計量調整操作時間劃分為多個連續的間隔時間，在每個間隔時間的開始和結束時讀取稱重傳感器(7)稱量出的料倉(I)內催化劑的重量，計算出相應間隔時間內料倉⑴內催化劑重量的減少量，并除以相應的間隔時間，得到相應間隔時間內的加料速度，將該加料速度與需要的加料速度進行比較，如果誤差處于需要的加料速度的允許誤差范圍內，則下料閥(12)的開度或下料閥輸送氣的流量保持不變，進入下一個間隔時間的操作，如果誤差超過需要的加料速度的允許誤差范圍，則在相應間隔時間結束的時刻調節下料閥(12)的開度或下料閥輸送氣的流量，使后續間隔時間的加料速度處于需要的加料速度的允許誤差范圍內，上述的操作為連續加料與計量調整操作過程中的計量調整操作； 連續加料與計量調整操作持續進行，至料倉(I)內的催化劑減少到催化劑下限儲存重量時計量調整操作停止，之后各閥門的開關狀態保持不變，開始執行下述的步驟C ； C、補劑操作進料閥(10)打開，催化劑儲罐(22)內的催化劑經進料管(2)進入料倉(1)，當料倉⑴內的催化劑增加到催化劑上限儲存重量時，進料閥(10)關閉，補劑操作結束，步驟C結束、經過一個穩定時間后，重新開始執行上述步驟B中的計量調整操作。
5.根據權利要求4所述的催化劑自動加料方法，其特征在于輸送氣體為過熱水蒸汽或流化催化裂化裝置副產品干氣，過熱水蒸汽的溫度為200 300°C，干氣的溫度為40 80°C，輸送氣體的壓力為O. 4 O. 7MPa。
6.根據權利要求4或5所述的催化劑自動加料方法，其特征在于加料速度為50 500千克催化劑/小時，需要的加料速度的允許誤差范圍為-10% +10%，由輸送氣源(21)進入出料管13的輸送氣體的流量為30 150標準立方米/小時，在步驟B的單次操作過程中，連續加料與計量調整操作時間為I 2小時，一個間隔時間為I 3分鐘，在步驟C的單次操作過程中，補劑操作時間為5 20秒，補劑操作結束后經過的穩定時間為I 3分鐘。
全文摘要
本發明公開了一種催化劑自動加料器和催化劑自動加料方法，以解決現有加料技術所存在的不能連續輸送催化劑、而且只能向目的容器輸送常溫催化劑的問題。本發明加料器設有料倉(1)、進料管(2)、下料管(3)、出料管(13)和壓力平衡管(4)。進料管上設有進料閥和第三波紋管，下料管上設有下料閥，出料管上設有輸送閥、第一波紋管和第二波紋管，壓力平衡管上設有壓力平衡閥。下料閥為調節閥。料倉通過支柱支承于設于其外部的電子稱重傳感器上，支柱的底部設有隔熱板。上述管道和閥門以及料倉的外部均設有保溫層。本發明還公開了采用上述加料器進行催化劑自動加料的方法。本發明主要用于石油煉制與石油化工領域的FCC工藝過程。
文檔編號B01J4/02GK102631870SQ201110039830
公開日2012年8月15日 申請日期2011年2月14日 優先權日2011年2月14日
發明者劉丹, 夏金法, 張振千, 王龍延, 蘇秦豫, 閆鴻飛 申請人:中國石化集團洛陽石油化工工程公司, 中國石油化工股份有限公司