一种用于气固相反应的催化剂降温方法及其设备 【技术领域】
本发明涉及一种石油化工领域技术，特别是涉及一种用于气固相反应的催化剂降温方法及其设备。
背景技术
反应条件是气固相反应的重要因素。在气固相反应过程中反应条件的选择和控制直接关系到反应转化率和反应选择性，现行优化反应系统操作的技术很多，以催化转化反应为例，干气预提升技术、混合温度控制技术、出口区快速分离技术、急冷终止技术等都对反应结果影响明显，已在工业上得到较好应用。许多气固反应过程需要固相物如催化剂冷却，使反应条件改善后进行，尤其对如催化转化反应的气固反应过程，把催化剂适当降温可以提高剂油比，抑制热裂化反应，改进产品分布。
ZL99120517.0公开了一种重油催化裂化再生剂输送管路降温方法，是在再生剂输送管路上安装换热套管，降温后的再生催化剂进入提升管反应器与原料油接触反应。US4,875,994公开的渣油催化转化方法及其装置中，来自一段再生区115的脱金属半再生催化剂与减压渣油VB接触反应前先在降温器310中进行降温，来自二段再生区135的完全再生催化剂在降温器410中进行降温后进入提升管反应器30与减压馏分油VGO接触反应，以满足系统反应控制的需要，310、410均设置换热管。US5,800,697公开了一种催化转化反应-再生方法，在再生器12旁边设置催化剂降温区72，来自密相床66的热再生剂从出口70进入降温区72换热至适宜温度后经再生立管24、滑阀26进入提升管反应器16底部参与反应，从而使反应温度成为独立变量。ZL200610113673.3公开了一种石油烃类的转化方法，热的再生催化剂通过冷却器冷却返回到反应器底部与原料油接触并进行裂化反应，待生催化剂经汽提后输送到再生器进行烧焦再生后循环使用或部分直接进入反应器底部的混合器。ZL200610127585.9公开了一种烃油裂化方法，将烃油与再生催化剂在换热器中换热，然后使换热后的烃油与换热后的再生催化剂在反应器中接触反应。ZL200710054738.6公开了一种催化裂化装置的再生催化剂调温设备，在再生器密相床的旁边设置催化剂降温器，催化剂降温器内设有换热管，上部设有烟气返回装置，沿催化剂降温器垂直高度分段设置流化环，经降温的再生催化剂进入提升管反应器预提升器参与反应。ZL200710054737.1也公开了一种催化裂化装置再生催化剂调温设备，在再生器密相床内设置一隔板，将再生器密相床分成两个区，一个区为再生烧焦区，另一个区为催化剂降温区，隔板下部设有降温器催化剂入口，催化剂降温区内设有换热管，经降温的再生催化剂进入提升管反应器预提升器参与反应。
以上公开的专利技术中，换热管直接布置在热催化剂内，即催化剂一直在换热状态下，参与后续催化反应的催化剂均是降温后的催化剂，但工程实施过程中，由于原料性质、现场工况变化，希望进入反应器的催化剂温度能够根据对反应系统操作优化的需要灵活调节，以上现有降温技术难以达到这一要求。
【发明内容】
本发明要解决的主要技术问题，在于提供一种用于气固相反应的催化剂降温方法及其设备，通过在降温设备中分区，把需要送入反应器的催化剂分成降温区和末降温区，控制经过两区的催化剂流量比，灵活调节进入反应器的催化剂温度，从而改善催化转化反应的剂油比。
本发明采用的技术方案如下：
一种用于气固相反应的催化剂降温方法，其特征在于：进入催化转化反应器的热催化剂先进入催化剂降温器，降温器内部分成不换热的催化剂输送区、换热的催化剂降温区和降温控制区三部分，各区均设有流化介质；流经催化剂降温器的热催化剂不降温或经部分降温后进入反应器参与催化转化反应。
本发明的一种用于气固相反应的催化剂降温方法，其进一步具体的技术方案是：所述的降温器，其通过在其内部设置降温隔板、催化剂流量控制隔板，把降温器内部空间分成催化剂输送区、催化剂降温区和降温控制区，催化剂流量控制隔板与降温隔板间形成降温控制区。
本发明的的一种用于气固相反应的催化剂降温方法，所述的流经催化剂降温器的热催化剂不降温或经部分降温后进入反应器参与催化转化反应的具体方法可以是：当催化转化反应工艺不要求对热催化剂降温时，关闭进入催化剂降温区的流化介质，使该区处于非流化状态；进入降温器内不换热的催化剂输送区的催化剂进入反应器，参与反应。
本发明的的一种用于气固相反应的催化剂降温方法，所述的流经催化剂降温器的热催化剂不降温或经部分降温后进入反应器参与催化转化反应的具体方法还可以是：当催化转化反应工艺不要求对热催化剂降温时，关闭进入降温控制区的流化介质，使该区处于非流化状态，使催化剂降温区的催化剂不进入催化剂输送区，不使进入反应器的催化剂降温；进入降温器内不换热的催化剂输送区的催化剂进入反应器，参与反应。
本发明的地一种用于气固相反应的催化剂降温方法，所述的流经催化剂降温器的热催化剂不降温或经部分降温后进入反应器参与催化转化反应的具体方法还可以是：当催化转化反应工艺要求对热催化剂进行降温时，催化剂降温区、催化剂输送区和降温控制区的流化介质同时处于开启状态，此时上述三区的催化剂均处于流化状态，来自再生器的热催化剂同时进入催化剂降温区和催化剂输送区，催化剂降温区的催化剂与换热管换热降温，该降温后的催化剂流经降温控制区后与催化剂输送区的热催化剂混合，形成较低温度的催化剂进入反应器；进入反应器的催化剂的温度由催化剂降温区的流化介质量或/和进入降温控制区的流化介质量进行调节。
本发明所述流化介质一般为压缩空气或水蒸汽。当以水蒸汽为流化介质时，水蒸汽既可起到流化作用，同时还可起到汽提催化剂中夹带的氮气等含氮气体的作用，可以部分避免因催化剂携带含氮气体导致催化转化反应选择性变差的问题。本发明所述的各区流化介质均各自独立控制，流量可根据工艺要求分别由相应的气体分配器进行调节。
一种用于气固相反应的催化剂降温设备，该设备也称降温器，包括壳体，催化剂进口、催化剂出口，其特征在于：其壳体内设置降温隔板、催化剂流量控制隔板，把降温设备即降温器内部空间分成催化剂输送区、催化剂降温区和降温控制区，催化剂流量控制隔板与降温隔板间形成降温控制区；降温隔板上沿高于或低于催化剂进口，在催化剂降温区内安装换热管；催化剂输送区、催化剂降温区和降温控制区内设置一层或多层气体分配器。
本发明的一种用于气固相反应的催化剂降温设备，其具体的技术方案可以是所述的降温器顶部设有烟气排除管。
本发明的一种用于气固相反应的催化剂降温设备，其具体的技术方案也可以是：所述的降温隔板、催化剂流量控制隔板是内桶式或分割挡板式。
本发明的一种用于气固相反应的催化剂降温设备，其具体的技术方案也可以是：当降温隔板上沿高于催化剂进口时，可在该降温隔板上催化剂进口高度区域设置开口，使催化剂能同时进入降温隔板两侧。
本发明的一种用于气固相反应的催化剂降温设备，其具体的技术方案也可以是：在壳体上部安装分拆法兰，将壳体分成上部的换热管安装段、下部的主壳体二部分，换热管安装在换热管安装段上；以解决降温器内换热管易损坏、不便检修的问题。
本发明所述的换热管可为沿催化剂降温器壳体内侧设置的盘管，也可为沿壳体内侧竖向设置的间隔套管，也可为其他形式的换热管。
本发明的任务是这样实现的：
1、再生后的热催化剂进入催化剂降温器，当催化转化反应系统不要求对热催化剂进行降温时，催化剂降温区或(和)降温控制区的流化介质处于关闭状态，此时催化剂降温区的催化剂不与换热管进行换热，来自再生器的热催化剂只进入催化剂输送区，热催化剂在催化剂输送区的流化介质作用下直接流经催化剂输送区、催化剂出口，流出降温器进入反应器参与反应；
2、再生后的热催化剂进入催化剂降温器，当催化转化反应系统要求对热催化剂进行降温时，催化剂降温区、催化剂输送区和降温控制区的流化介质同时处于开启状态，此时上述三区的催化剂均处于流化状态，来自再生器的热催化剂同时进入催化剂降温区和催化剂输送区，此时进入催化剂降温区的热催化剂与换热管进行换热，温度降低，调节催化剂降温区或降温控制区的流化介质量，催化剂降温区、降温控制区的压力差使催化剂降温区的催化剂不断向降温控制区输送，从而实现催化剂交换及与催化剂输送区的热催化剂混合，形成较低温度的混合催化剂，经催化剂出口流出降温器，进入反应器参与催化反应；本发明中的再生催化剂流经降温器时，可使再生剂降温0℃-160℃，降温后的再生剂不返回再生器而是直接去反应器与原料油接触进行催化转化反应。
本发明中的降温控制区，可以作为催化剂进行降温时的通路，也可以在催化剂降温区流化介质量恒定时，根据降温控制区流化介质量来调节参与催化反应的催化剂的降温辐度。
本发明与现有技术相比，其有益效果是：
首先，本发明由于采用在催化剂降温器中进行分区，使进入提升管反应器的催化剂温度能够灵活调节，可以根据反应系统工艺条件需要和工况要求选择对热催化剂“零”换热或部分换热，从而实现对催化转化反应剂油比的优化和控制；
第二，采用成本投入低、工程上易制造的隔板结合气体分配器实现降温控制区的创造性设计，有效解决了催化剂不降温、降温之间的灵活调节；
第三，本发明在降温设备即降温器壳体上安装分拆法兰，换热管便于检修和更换，降低了使用成本；
第四，本发明的降温设备即降温器在完成调节进入反应器的催化剂温度的同时，还可以起到脱气罐的作用，采用本发明的降温方法和设备，可以省掉现有再生装置普遍采用的脱气罐，或者对再生装置已有的脱气罐进行改造，安装换热管从而改造成降温器。
【附图说明】
图1：本发明的一种用于气固相反应的催化剂降温方法反应-再生装置示意图。
图2-4：本发明的一种用于气固相反应的催化剂降温设备即降温器结构示意图。
图5-7：本发明的图2-4中催化剂降温器A-A、B-B、C-C剖视图。
图8：催化剂流经图2所示降温器不降温工艺流程示意图。
图9：催化剂流经图3所示降温器降温工艺流程示意图。
图10：催化剂流经图4所示降温器降温工艺流程示意图。
图中编号说明：I催化剂降温区；II催化剂输送区；III降温控制区；1反应器；2沉降器；3汽提段；4待生斜管；5待生滑阀；6再生器；7、9再生斜管；71催化剂进口；8a、8b、8c催化剂降温器；91催化剂出口；10再生滑阀；11烟气排除管；12壳体；19主壳体；20换热管安装段；13a、13b降温隔板；14换热管；15a、15b催化剂流量控制隔板；16a、16b、16c气体分配器；17降温隔板开口；18分拆法兰；22、23、24催化剂；33、34、35压缩空气；44烟气；α降温隔板开口角度。
【具体实施方式】
以下结合附图详细说明本发明的技术方案，但本发明的保护范围包括但是不限于此：
图1是本发明的一种用于气固相反应的催化剂降温方法反应-再生装置示意图。催化剂降温器8a安装在反应器1和再生器6之间的再生斜管7、9上，8a顶部设有烟气排除管11；其工艺流程如下：在再生器6中再生后的催化剂经再生斜管7进入降温器8a，烟气由11返回再生器6，热催化剂经不降温或部分降温后流出8a，由再生斜管9、滑阀10进入反应器1，在提升蒸汽作用下继续向上输送与原料油接触进行反应，催化剂分别在沉降器2、汽提段3经分离、汽提后由待生立管4、滑阀5进入再生器6再生。
图2为本发明的一种用于气固相反应的催化剂降温设备即降温器结构示意图，本发明的催化剂降温器8a，其A-A向剖视图如图5所示，包括壳体12，催化剂进口71、催化剂出口91，壳体12用内桶式降温隔板13a、催化剂流量控制隔板15a分为催化剂输送区II、催化剂降温区I和降温控制区III三部分，降温控制区III内竖向设置有换热管14，I、II和III各区分别设置气体分配器16a、16c和16b，降温隔板13a上沿低于催化剂进口71，降温器8a顶部设有烟气排除管11。
图3为本发明的另一种用于气固相反应的催化剂降温设备即降温器结构示意图，本发明的催化剂降温器8b，其A-A向剖视图如图5所示、B-B向剖视图如图6所示，内桶式降温隔板13a上沿高于催化剂进口71，在催化剂进口71垂直高度区域设置弧形降温隔板开口17，降温隔板开口17开口角度α在30°-360°之间；在壳体12上安装分拆法兰18，将壳体12分成上部的换热管安装段20、下部的主壳体19二部分，换热管14安装在20上；其余部位结构同图2；检修时可将20拆下，更换检修换热管14，无需大型起吊设备。
图4为本发明的第三种用于气固相反应的催化剂降温设备即降温器结构示意图，本发明的催化剂降温器8c，其C-C向剖视图如图7所示，壳体12用分隔挡板式降温隔板13b、催化剂流量控制隔板15b分为催化剂输送区II、催化剂降温区I和降温控制区III三部分；其余部位结构同图2。
图8为热催化剂通过图2所示降温器8a的不降温工艺流程示意图：热催化剂22经催化剂进口71进入降温器8a，由降温隔板13a上沿进入催化剂输送区II，沿II向下流动，经催化剂出口91流出降温器8a，烟气44由壳体12顶部的烟气排除管11返回再生器6中。该方案中降温器8a起到流通管路和脱气罐的作用。
图9为热催化剂通过图3所示降温器8b的部分降温工艺流程示意图：热催化剂22经催化剂进口71进入降温器8b后分为两部分，一部分热催化剂24经降温隔板13a上的弧形开口17进入催化剂输送区II并沿II向下流动，另一部分催化剂23进入催化剂降温区I中与换热管14进行热交换，I中催化剂的温度由进入降温控制区III和降温区I的压缩空气35和34的量控制，该降温后的催化剂23与热催化剂24接触形成混合催化剂25，经催化剂出口91流出降温器8b，烟气44由烟气排除管11返回再生器6中，该方案中降温器8b起到降温器和脱气罐的作用。
图10为热催化剂通过图4所示降温器8c的部分降温工艺流程示意图：热催化剂22经催化剂进口71进入降温器8c后分为两部分，一部分热催化剂24沿催化剂输送区II向下流动，另一部分热催化剂23进入催化剂降温区I中与换热管14进行热交换，I中催化剂的温度由进入降温控制区III和降温区I的压缩空气35和34的量控制，该降温后的催化剂23与热催化剂24接触形成混合催化剂25，经催化剂出口91流出降温器8c，烟气44由烟气排除管11返回再生器6中。
实施例：
实施例1、某年产100×104t/a的催化装置，反应物料：管输常压重油，预热220℃；采用常规催化裂化催化剂；反应器为提升管形式，提升管出口温度500℃，反应时间2.5s；再生温度685℃。反应-再生装置间的再生斜管上设置如图2所示结构的降温器，降温隔板、催化剂流量控制隔板为内桶式，换热管为套管形式，采用低温水作换热介质；60Kg/h的685℃的催化剂进入降温器，有40％的催化剂经过输送区，输送区流化空气流量为每千克催化剂每小时60升。换热后温度为640℃的催化剂经再生滑阀进入反应器。
实施例2、降温器结构如图4，降温隔板、催化剂流量控制隔板为分割挡板式，换热管为套管形式，采用低温水作换热介质；60Kg/h的685℃的催化剂进入降温器，有60％的催化剂经过输送区，输送区流化空气流量为每千克催化剂每小时70升。换热后温度为655℃的催化剂经再生滑阀进入反应器。其余部分同实施例1。