CN1170637C

CN1170637C - 一种催化剂脱气塔和脱除催化剂携带气体的方法

Info

Publication number: CN1170637C
Application number: CNB001033840A
Authority: CN
Inventors: 鲁维民; 汪燮卿; 钟孝湘; 李松年
Original assignee: Sinopec Research Institute of Petroleum Processing; China Petrochemical Corp
Current assignee: Sinopec Research Institute of Petroleum Processing; China Petrochemical Corp
Priority date: 2000-03-03
Filing date: 2000-03-03
Publication date: 2004-10-13
Anticipated expiration: 2020-03-03
Also published as: CN1311059A

Abstract

一种催化剂脱气塔和脱除催化剂携带气体的方法，圆筒状的催化剂脱气塔内主要包括纵轴线上的脱气管、与脱气管末端相连的水平管、沿垂直方向交错排列的内环挡板和外环挡板；催化剂从脱气塔上部进入塔内，与来自环形水蒸气管的水蒸气逆流、错流接触，脱除气体后的催化剂从塔底出塔，脱出的气体和过量水蒸气进入脱气管，在来自水平管的水蒸气或空气的作用下，从塔顶端出塔。利用该脱气塔可以使催化剂携带的气体量减至最小。

Description

一种催化剂脱气塔和脱除催化剂携带气体的方法

技术领域

本发明属于从固体中分离出气体的设备和方法，更具体地说，是一种从石油烃类催化转化过程的催化剂中所携带气体的设备和方法。

背景技术

催化热裂解是以重质石油烃为原料生产以乙烯、丙烯等轻烯烃为主要目的产品的方法。该方法的主要过程为：重质石油烃原料在提升管或下行式输送线反应器内，在高温蒸气存在下与固体酸催化剂接触，在反应温度650～750℃、反应压力0.15～0.4MPa、反应时间0.2～5秒、催化剂与原料油的重量比(以下简称剂油比)为15～40∶1，水蒸气与原料油的重量比为0.3～1∶1的条件下，进行催化热裂解反应。反应产物、水蒸气和待生催化剂经快速气固分离后，分离反应产物得到主要目的产品乙烯、丙烯；待生催化剂经水蒸气汽提后进入再生器，与含氧气体接触进行烧焦再生，热的再生催化剂返回反应器循环使用。

由于催化剂颗粒中有大量的孔，在再生催化剂孔内和外表面上留存有烟气，尽管催化剂上每个孔内留存的烟气量很小，但由于采用的剂油比很大，催化剂循环量很多，有相当多量的烟气被再生催化剂带入反应器。对于一套年处理量为100万吨的催化热裂解装置，按回炼比0.4、剂油比20计，催化剂的循环量为3500吨/小时，带到反应器的烟气量约为3500米³/小时，占反应干气量的10％以上。烟气中含有N₂、O₂、CO₂、CO、NO_X、SO_X等气体，若直接将再生催化剂流化输送到反应器，则烟气被再生催化剂夹带进入反应器成为杂质气体，这不仅增大气体压缩机负荷，而且阻碍后续深冷分离过程的正常进行。因此，对再生催化剂进行脱除烟气的处理，是催化热裂解必须解决的问题。对于其它的催化转化方法，当剂油比较大时都存在较多烟气进入反应器的问题。

USP4,051,013采用再生催化剂汽提塔，以汽提介质(一般为水蒸气)与再生催化剂逆流接触的方式，将催化剂吸附的再生烟气以及颗粒间的再生烟气汽提掉。汽提介质从塔底引入汽提塔，汽提塔中有挡板，但该专利中未说明挡板的具体形状和结构。由于该专利未考虑水蒸气会引起高温再生催化剂水热减活的问题，实际上无法应用。

CN1154400A提出：采用调温脱气罐对再生催化剂进行处理，流化、汽提介质为催化干气。由于其主要目的是为了改变催化剂进入反应器的温度，所以调温脱气罐内的构件为垂直取热管。此种结构无法控制气泡的长大，导致气固接触变差，汽提效率不高。而且干气的竞争吸附能力不强，置换效率不够高，在达到相同的汽提后再生催化剂含烟气量时，消耗的干气量较多，并且在使用过程中干气与再生烟气混在一起，被稀释了，无法进一步利用，效益不够好。

在催化热裂解过程中，再生后的催化剂为700～750℃，若与水蒸气长时间接触会引起催化剂减活，因此USP4,051,013提出的再生催化剂汽提方法不适合催化热裂解再生催化剂的脱烟气处理，CN1154400A提出的方法和设备结构也存在不足之处。

发明内容

本发明的目的之一是提供一种催化剂脱气塔。

本发明的目的之二是提供一种脱除催化剂所携带气体的方法。

本发明提供的催化剂脱气塔结构特征为：

催化剂脱气塔为一个直立的圆筒，筒内包括：包括：(1)、位于纵轴线上的脱气管，(2)、与脱气管末端相连的水平管，(3)、固定在脱气管上的内环挡板，(4)、固定在圆筒的内表面的外环挡板，(5)、在外环挡板的下方空间内的、开有若干小孔的环形水蒸气管，(6)、与环形水蒸气管相连的水蒸气引入管，(7)、顶端的气体出口，(8)、上部的催化剂入口。

本发明提供的脱除催化剂杂质气体的方法为：

催化剂从脱气塔上部进入塔内，水蒸气经引入管进入环形水蒸气管，穿过外环挡板上的小孔，与催化剂进行逆流、错流接触，水蒸气迅速置换催化剂携带的气体，脱除气体后的催化剂从塔底出塔，脱出的气体和过量水蒸气进入脱气管，在来自水平管的水蒸气或空气的作用下，从塔顶端出塔。

采用本发明提供的脱气塔和脱气方法，能有效地脱除催化剂中的杂质气体。

附图说明

附图为催化剂脱气塔的结构示意图。

具体实施方式

本发明提供的催化剂脱气塔结构特征为：

所述的圆筒的高度与其直径之比为5～20∶1。脱气管与水平管的直径相等，均为圆筒横截面圆的直径的2～20％。脱气管上端通过金属拉筋与塔内表面相连，起支承作用

内环挡板和外环挡板沿垂直方向间隔一定距离交错排列。

内环挡板由上部的斜面和下部的裙罩组成，斜面和裙罩上不开孔，斜面的正视图为梯形，俯视图为圆环，圆环的外径为圆筒的直径之比为0.4～0.7∶1；裙罩的正视图为矩形，俯视图为圆，该圆的直径与圆环的外径相等。所述的脱气管在内环挡板下方部分为多孔隙的陶瓷管、开有若干小孔并覆盖金属丝网的普通金属管或者金属丝网卷成的管。内环挡板通过金属拉筋与塔内表面相连，起支承作用。

外环挡板由上部的斜面和下部的裙罩组成，斜面和裙罩上均开有若干小孔，开孔率为1～5％。斜面的正视图为梯形，俯视图为圆环，圆环的外径为圆筒的直径之比为0.4～0.7∶1；裙罩的正视图为矩形，俯视图为圆，该圆的直径与圆环的外径相等。

上部的催化剂入口与催化剂斜管相连，斜管与垂直方向之间的夹角小于等于45°，直径为脱气塔直径的1/10～1/2倍，直径较大则有利于分层流动和催化剂脱气。

脱气塔底端为催化剂出口，该出口通过过渡段与催化剂输送管线相连。

下面结合附图说明催化剂脱气塔的结构。

附图为催化剂脱气塔的结构示意图。

催化剂脱气塔的结构为：催化剂脱气塔为一个直立的圆筒，在圆筒的纵轴线上设一个直立的脱气管1，在该脱气管的下端与一个水平管2相连，在脱气塔的外表面沿垂直方向设有若干水蒸气引入管3。在圆筒内沿垂直方向间隔一定距离交错设置内环挡板4和外环挡板5，其中内环挡板固定在脱气管1上，内环挡板4分为斜面4a与裙罩4b，脱气管1在内环挡板4下方部分为多孔隙的陶瓷管、开有若干小孔并覆盖金属丝网的普通金属管或是金属丝网卷成的管；外环挡板5固定在圆筒的内表面，在外环挡板的斜面5a与裙罩5b之间的空间5c，设有环形水蒸气管6，该水蒸气管四周开有若干小孔。脱气塔的上端与气体出口管线7连接，脱气塔的下端依次通过圆台锥筒状的过渡段8与催化剂出口管线9相连，在脱气塔的上部连有催化剂入口管10。

本发明提供的脱除催化剂杂质气体的方法为：

脱气塔内的催化剂呈密相状态流动，质量流率为20～200千克·米^-2·秒^-1，脱气塔内的催化剂流速为0.05～0.3米/秒。

所述的催化剂为来自催化转化过程的再生催化剂或待生催化剂。如果该方法处理再生催化剂，那么脱除的气体为含有N₂、O₂、CO₂、CO、NO_X、SO_X等的烟气；如果该方法处理待生催化剂，那么脱除的气体主要为待生催化剂携带的烃蒸气。

所述的催化转化过程可以是常规的催化裂化、催化裂解或催化热裂解，也可以是其它改进的催化转化过程，但该脱气塔和方法用于脱除催化热裂解过程的再生催化剂烟气时效果最明显。

下面以脱除催化热裂解过程的再生催化剂烟气为例，具体描述本发明提供的设备、方法及工作原理：来自再生器的含有大量烟气的再生催化剂从脱气塔上部进入塔内，催化剂进入脱气塔后由于重力作用向下流动，内环挡板使催化剂向外流向外环挡板，外环挡板又使催化剂转向向内流向内环挡板，位于不同高度的一系列外环挡板、内环挡板使催化剂曲折流动，避免出现较大流通截面积的、自由垂直的催化剂流通通道。水蒸气通过引入管进入环形水蒸气管，然后自环形水蒸气管的小孔喷出，喷出的水蒸气穿过外环挡板斜面和裙罩上的小孔，与向下流动的催化剂进行逆流、错流接触，置换出催化剂颗粒之间和颗粒孔隙内的烟气。大部分水蒸气从外环挡板直接流向内环挡板的下部空间，由于内环挡板斜面和裙罩上没有小孔，因此这部分水蒸气从内环挡板下方空间内进入脱气管。由于脱气塔内催化剂密相床层与脱气管内空间之间存在一个差压压力场，脱气管内压力场低于脱气塔内催化剂密相床层任一点的压力场，因此脱气塔内的气体在向上流动的同时向脱气塔中心靠拢，大部分气体将汇集在内环挡板下方，从内环挡板下方通过脱气管上的孔进入脱气管，在脱气管中上升至脱气塔床层料面之上，最后从烟气出口管线出塔。从脱气管下端的水平管引入水蒸气或空气，其流速应保证进入上述陶瓷管、覆盖金属丝网的普通金属管或金属丝网管的催化剂细粉能被吹送至脱气塔上部床层料面之上，以避免进入的细粉集聚堵塞脱气管。

本发明的优点如下：

1、采用本发明提供的脱气塔和脱气方法，能有效地脱除催化剂中的杂质气体，以脱除催化热裂解过程的再生催化剂烟气为例，烟气脱除效率达80％～90％。

2、由于大部分水蒸气从外环挡板直接流向内环挡板，然后从内环挡板下方进入脱气管，水蒸气在脱气塔内与催化剂的接触时间很短，从而避免了再生催化剂的水热减活，或避免了待生催化剂上已汽提出烃蒸汽的再吸附。

3、由于脱除了催化剂中的气体，增加催化剂的密度，提高了催化剂循环的推动力。

下面的实施例将对本发明提供的方法予以进一步的说明，但并不因此而限制本发明。

实施例

试验所用的中型脱气塔内径为150毫米，总高为3.0米，脱气塔入口斜管的内径为100毫米，脱气塔中的脱气管内径30毫米，脱气塔内设三组内、外环挡板，挡板间距300毫米，外环挡板开孔，其开孔率为5％。再生器催化剂床层流化介质为空气，空床气体线速为0.6米/秒；脱气塔的汽提介质为氮气，汽提介质总量折合成脱气塔的空塔气体线速为0.2米/秒。脱气塔中的催化剂质量流率约为90千克·米^-2·秒^-1。脱气塔入口处催化剂携带的气体为空气，其中的氧浓度为21％，由于氮气的吹扫置换作用，脱气塔中的氧浓度逐渐下降，根据脱气塔下部出口处气体中的氧浓度确定脱气塔的相对脱气效率。结果表明：在上述检验范围内，脱气塔出口氧浓度减少了88％，也即脱气塔的相对脱气效率为88％。

采用氢气示踪的方法测得：80％以上的汽提介质进入脱气管，向上流动快速离开床层，其平均停留时间小于5秒。其余不到20％的汽提介质与催化剂一起向下流动，离开脱气塔。

对比例

与实施例相比，不同的是，对比例采用没有脱气管和挡板的空筒脱气塔，其它尺寸和测试条件基本相同。结果脱气效率只有50％左右。

Claims

1、一种催化剂脱气塔，其特征在于该塔为一个直立的圆筒，包括：(1)、位于纵轴线上的脱气管，(2)、与脱气管下端相连的水平管，(3)、固定在脱气管上的内环挡板，(4)、固定在圆筒的内表面的外环挡板，(5)、在外环挡板的下方空间内的、开有若干小孔的环形水蒸气管，(6)、与环形水蒸气管相连的水蒸气引入管，(7)、顶端的气体出口，(8)、上部与斜管相连的非切向入口，斜管与垂直方向之间的夹角小于等于45°，直径为脱气塔直径的1/10～1/2倍。

2、按照权利要求1的脱气塔，其特征在于所述的圆筒的高度与其直径之比为5～20∶1。

3、按照权利要求1的脱气塔，其特征在于所述的脱气管与水平管的直径相等，均为圆筒直径的2～20％。

4、按照权利要求1的脱气塔，其特征在于所述的内环挡板由上部的斜面和下部的裙罩组成，斜面的正视图为梯形，俯视图为圆环，圆环的外径与圆筒的直径之比为0.4～0.7∶1；裙罩的正视图为矩形，俯视图为圆，该圆的直径与圆环的外径相等。

5、按照权利要求1的脱气塔，其特征在于所述的脱气管在内环挡板下方部分为多孔隙的陶瓷管、开有若干小孔并覆盖金属丝网的普通金属管或者金属丝网卷成的管。

6、按照权利要求1的脱气塔，其特征在于所述的外环挡板由上部的斜面和下部的裙罩组成，斜面和裙罩上均开有若干小孔，斜面的正视图为梯形，俯视图为圆环，圆环的外径与圆筒的直径之比为0.4～0.7∶1；裙罩的正视图为矩形，俯视图为圆，该圆的直径与圆环的外径相等。

7、按照权利要求1的脱气塔，其特征在于所述的内环挡板和外环挡板沿垂直方向间隔一定距离交错排列。

8、按照权利要求1的脱气塔，其特征在于脱气塔底端为催化剂出口，该出口通过过渡段与催化剂输送管线相连。

9、一种脱除催化剂携带气体的方法，其特征在于催化剂从如权利要求1所述的脱气塔上部进入塔内，水蒸气经引入管进入环形水蒸气管，穿过外环挡板上的小孔，与催化剂进行逆流、错流接触，水蒸气迅速置换催化剂携带的气体，脱除气体后的催化剂从塔底出塔，脱出的气体和过量水蒸气进入脱气管，在来自水平管的水蒸气或空气的作用下，从塔顶端出塔。

10、按照权利要求9的方法，其特征在于所述的催化剂为来自催化转化过程的再生催化剂或待生催化剂。

11、按照权利要求10的方法，其特征在于所述的催化转化过程可以是催化热裂解。

12、按照权利要求9的方法，其特征在于脱气塔内催化剂流速为0.05～0.3米/秒。