从气态烃中分离和汽提流化催化裂化催化剂颗粒的设备和方法

摘要

用于分离悬浮在蒸汽中的固体颗粒以及从固体颗粒中汽提吸附的和夹带的残留物的集成分离器和汽提器(2)包括:有主流化床层段(10)的分离器容器(3),以及用于将流化或汽提固体颗粒的气体注入主流化床层(10)的主注入器(12);竖直的主旋风分离器(6),它有圆筒形侧壁(15),并用有出口(19)的盖(17)封闭其上端,在下端有开口,所述的主旋风分离器(6)还有用于接收固体颗粒和蒸汽悬浮物的进口(24)以及从主旋风分离器(6)的出口(19)提供流路的第一出口管(30),其中主旋风分离器(6)的下端开口(32)向下插入主流化床层段(10)中,以致在主旋风分离器(6)的下端开口(32)内形成次流化床层段(35),其中宜有用于将汽化或汽提固体颗粒的气体注入次流化床层段(35)的次注入器(41)。

说明书

本发明波及一种用于从气态烃中分离固体颗粒以及从分离出的固体颗粒中汽提烃类的设备。另一方面，本发明涉及一种从气态烃中分离固体颗粒例如催化剂以及从分离出的固体颗粒中汽提烃类的改进方法。

从气态烃中分离固体颗粒的设备已提供多年，并已找到商业应用，例如在流化催化裂化工艺中，用于从气态产物中分离烃类裂化催化剂。

在使用固体颗粒的过程中，通常细颗粒的悬浮物和其他混合物带入气态物流中。常常，悬浮物含有细的固体颗粒，它们吸附和/或夹带有反应中涉及的残留物质。为了防止下游可能出现的有害反应或不希望的反应，必需从气态物流中分离和回收细颗粒，以及从细颗粒中汽提出残留物质。例如，在典型的催化裂化工艺中，烃类在提升管反应器中，在催化剂存在下反应。生成的烃类气体携带细的催化剂固体颗粒一起，作为气体流向反应器下游。悬浮的催化剂颗粒含有吸附的和/或夹带的烃类。为了防止在不希望有催化反应的地方发生催化反应(通常称为“过度裂化”)，催化剂颗粒必需与气体分离，并汽提出烃类。汽提也使产率提高，使催化剂可循环使用。虽然本发明的设备和方法特别着重描述烃类的催化裂化，但应当理解，它不是限制，该设备和方法也能很好地用于使用固体颗粒并产生固体颗粒在汽流中的混合物的其他体系。

随着新的高活性裂化催化剂例如沸石普遍使用，需要开发新的分离设备，以便迅速从裂化烃类蒸汽中分离出活性的裂化催化剂，从而避免烃类在反应器中过度裂化。

US 4961863和5259855公开了一种双鼓分离器，它在催化裂化提升管反应器的末端。双鼓分离器的优点是，它不容易被催化剂夹带物阻塞。大多数催化裂化工艺要求高的分离效率，以便减少催化剂带出反应容器，双鼓分离器可能不适合这样的单独使用。双鼓分离器也不能与内部汽提器床层很好的组合，因为从汽提器催化剂床层向上流动的蒸汽可干扰双鼓分离器中的竖直流动。

US 4693808和4731228公开了一种水平旋风分离器。在水平分离器中催化剂与气体的质量比限制了分离器可携带的催化剂最大数量，如果催化剂与气体的质量比太高，水平旋风分离器有阻塞的趋势。

US 4692311公开了一种所谓的“快速分离旋风分离器”，以缩短分离时间和汽提时间。该旋风分离器以离心分离和蒸汽的反向涡流起作用。涡流稳定器用来使蒸汽达到旋风分离器底部以前使涡流中止，如果涡流不中止，它可能扬起在旋风分离器底部已分离出的催化剂，并将催化剂从旋风分离器出口反冲出去。已证实这种快速分离旋风分离器可高效操作；但是，由于需要内部的催化剂汽提床层以及从旋风分离器底部伸出的竖管，所以该设备是十分大的。

除了催化裂化装置外，分离和汽提设备还用于流化焦化装置。夹带煤气化装置和使用快速流化的固体颗粒的其他工业过程。这些装置可经改造，达到更高的分离和汽提效率，以便满足环境需要和经济需要。虽然如上述的那些分离器设计已用于改造各种快速流化过程，但它们的应用可能受改造装置的限制，这些装置用于安装分离器和汽提器的空间有限和/或它们需要改造以便提高效率。

在许多催化裂化装置中，例如提升管反应器排出物进入分离容器中，在那里发生不希望有的提升管后裂化。大多数这样的分离容器在底部有流化催化剂床层，某些种类的分离设备在顶部。这些分离容器常常太小，以致不能经改造安装上述的分离器和汽提器。而且，为了安装改进的分离器，拆卸操作的催化裂化装置是昂贵的和低效的。因此，将如上所述的更高效率的分离器和汽提器安装在现有的分离容器中不一定可能或者不一定是希望的。很希望提供这样一种分离器和汽提器技术，它有高的效率，更小的尺寸和更简单的设计。

本发明的一个目的是要提供一种有高分离效率的集成分离器和汽提器。

本发明的另一目的是提供一种改型集成分离器和汽提器，它可安装在现有的催化裂化装置的分离容器中。

本发明的另一目的是提供一种改型的集成分离器和汽提器，它的制造费用低。

为此，本发明用于分离悬浮在蒸汽中的固体颗粒以及用于从固体颗粒中汽提吸附的和夹带的残留物的集成分离器和汽提器包括：

(a)一个分离器容器，它有用来装流化的固体颗粒的主流化床层段，以及将用于流化或汽提固体颗粒的气体注入主流化床层段的主设备；

(b)一个装在分离器容器内部的竖直主旋风分离器，该主旋风分离器有圆筒形侧壁，其上端用带出口的盖封闭，其下端有开口，该主旋风分离器还装有至少一个接收固体颗粒和蒸汽的悬浮物的进口；以及

(c)为主旋风分离器的出口提供流路的第一出口管，其一端连接到主旋风分离器出口，其中，主旋风分离器的下端开口向下插入主流化床层段，以便在主旋风分离器下开口端形成次流化床层段。

本发明还涉及一种在有主流化床层的分离器容器中分离固体颗粒和蒸汽混合物以及从分离出的固体颗粒中汽提吸附的和夹带的残留物的方法，本发明的这一方法包括：

(a)固体颗粒和蒸汽的混合物通过输送管线流动；

(b)固体颗粒和蒸汽的混合物从输送管线进入装在分离器容器内、有下部开口的竖直的主旋风分离器中，其中主旋风分离器的下部开口置于主流化床层中；

(c)控制主流化床的料面，以致主流化床的顶料面维持在主旋风分离器下部开口的上方，以及主流化床层的一部分在主旋风分离器下端开口处内形成次流化床层；

(d)将固体颗粒和蒸汽的混合物分离成蒸汽和含有吸附的或夹带的残留物的固体颗粒；

(e)将分离出的固体颗粒收集在次旋风分离器中的次流化床层中；

(f)送入气体，从分离出的固体颗粒中汽提残留物，形成经汽提的蒸汽和经汽提的固体颗粒；

(g)让分离出的蒸汽和汽提的蒸汽向上通过主旋风分离器；以及

(h)让经汽提的固体颗粒从主旋风分离器下部开口流入主流化床层。

现参照附图作为例子来描述本发明，其中

图1为本发明的集成分离器和汽提器的剖面图；

图2为比图1放大的图1主旋风分离器的剖面图；

图3为比图1放大的图1次旋风分离器的剖面图。

现参考图1和2，本发明用于分离悬浮在蒸汽中的固体颗粒以及用于从固体颗粒中汽提吸附的和夹带的残留物的集成分离器和汽提器2包括分离器容器3和装在分离器容器3中的竖直主旋风分离器6。

分离器容器3有用来装流化固体颗粒的主流化床层11的主流化床层段10，以及有以主注入器12的形式将流化或汽提固体颗粒的气体注入主流化床层段的主设备。

竖直的主旋风分离器6有圆筒形侧壁15的圆筒形壁，在其上端16处用盖17封闭，盖上有出口19。

主旋风分离器6还装有至少一个用于接收固体颗粒和蒸汽的悬浮物的进口24。主旋风分离器的进口24直接连接到反应器提升管27伸入分离器容器3的输送管的出口管25。

集成的分离器和汽提器2还包括为主旋风分离器6的出口19提供流路的第一出口管30，其一端连接到主旋风分离器6的出口19。

竖直的主旋风分离器6在其上端16被封闭，但在其下端32开口，有卸料开口34，其中下端开口32的内径基本上等于主旋风分离器6的上端16的内径。竖直的主旋风分离器6的开口下端32向下插入主流化床层段10，以便形成次流化床层35，在正常操作过程中，用于在主旋风分离器6的下端32内装流化固体颗粒的次流化床层36。

在正常操作中，催化裂化过程催化剂颗粒形式的固体颗粒和反应流出物形式的蒸汽的混合物通过提升管反应器27向上流动，并通过出口25进入主旋风分离器6的进口24。

在主旋风分离器6中，催化剂颗粒从反应流出物中分离出来；催化剂颗粒向下落到主旋风分离器6的下端32，反应流出物向上通过，并通过第一出口管30离开主旋风分离器6。

分离器容器3的下部装有催化剂颗粒的主流化床层11，催化剂颗粒通过主注入器12注入主流化床层段10的流化固体颗粒用的气体保持在流化状态。气体也汽提催化剂颗粒，用这种方法，从催化剂颗粒中除去吸附的或夹带的残留物，得到经汽提的催化剂颗粒，它通过卸料管38从分离器容器3中卸出。催化剂被送入再生器(未示出)，在那里催化剂再生，以致它们又可用于提升管反应器27。

因为主旋风分离器6的下端开口32向下插入主流化床层段10，卸料开口34没入主流化床层11中，这样来控制主流化床层11的料面，以致主流化床层11的顶料面39保持在主旋风分离器3的卸料开口34的上方。在主旋风分离器6的下端32内所含的主流化床层11的部分形成次流化床层36。

通过主旋风分离器6向下落的经分离的催化剂颗粒收集在次流化床层36中。

通过主注入器12送入的气体也进入次流床层36，以便从经分离的催化剂颗粒汽提出残留物，形成汽提的蒸汽和经汽提的催化剂颗粒。汽提的蒸汽和除去的反应流出物向上通过主旋风分离器6流动，并通过第一出口管30排出。而经汽提的催化剂颗粒离开主旋风分离器6的卸料开口34进入主流化床层11。

因此，流化的催化剂颗粒部分地含在主旋风分离器6的下端开口32内的次流化床层36中。这一次流化床层36在主旋风分离器6内部起快速汽提流化汽提器床层的作用，而主流化床层11在分离器容器3内部起主汽提流化汽提器床层的作用。所以，流化床层段有时也称为汽提器段。

主旋风分离器6宜在稍高于分离器容器3中的压力下操作，以致次流化床层36的顶料面40低于主流化床层11的顶料面39。

传统的主旋风分离器通常在其下端封闭，并装有料腿，以排放分离出的固体颗粒，例如催化剂，固体颗粒在主旋风分离器底部积累。为了产生足够的压头来克服旋风分离器进出口压差，从而使分离出的固体颗粒排入流化床层，通常必需有相当长的料腿。因此，整个设备需要有大的空间来适应这一长度。但是，本发明的主旋风分离器不需要料腿，因此可装在有限空间的分离器容器中。当催化剂颗粒的栓塞与蒸汽和催化剂颗粒的混合物一起沿输送管向上流时，已知的体系在开工过程中还遇到一些问题。过量的颗粒落入主旋风分离器，并将它填满。为了解决这一问题，在开工时，许多操作者不将任何催化剂放入主旋风分离器或分离器容器中。当然，在催化剂料面达到足以适合需要的汽提步骤以前，这都会使产率和效率下降。在本发明中，在开工过程中形成的任何栓塞落入主旋风分离器开口端，它们流化离开下端开口32，分布在分离器容器内的主流化床层中，消除了在主旋风分离器中催化剂不希望有的积累。

集成的分离器和汽提器宜还包括将用于流化或汽提次流化床层36中的固体颗粒的气体流入次流化床层段35中的次注入器41形式的次设备。

主旋风分离器6的进口24宜为一切线进口(见图2)，安装在靠近主旋风分离器6封闭端的圆筒形侧壁15中。通过主旋风分离器6的切线进口42进入的催化裂化过程形成的反应流出物催化剂颗粒和蒸汽的混合物在主旋风分离器6的上端16处形成旋流。因此，上端16为主旋风分离器6的旋涡区。

当第一出口管30的部分44伸入主旋风分离器6时，旋涡区的效率可提高。部分44形成主旋风分离器6的旋流出口。

主旋风分离器6宜还包括同轴安装在主旋风分离器6的中部47处的主蝶形旋流稳定器46。主旋流稳定器46的外径等于或大于第一出口管30的外径，并小于圆筒形侧壁15的内径。

主旋流稳定器46在第一出口管30的进口49的下方，相距宜等于或大于第一出口管30的直径。在图1和2所示的本发明实施方案中，第一出口管有一锥形部分44，直径为锥形部分44的最小直径。

当使用旋流稳定器时，主旋风分离器6的卸料开口34没入主流化床层11的深度与旋流稳定器的标高有关。特别是，次流化床层36的深度不应大于主旋风分离器6的卸料开口34离主旋流稳定器46的底部的距离。在使用如图1和2中所示的旋流稳定器的实施方案中，次流化床层36的最大深度应从主旋风分离器6的卸料开口34到主旋流稳定器46的最底面。

主旋流稳定器46用支架51支承，支架宜装有旋流定向器52。

主旋流稳定器46的外表面和圆筒形侧壁15的内表面之间的环形空间让分离出的颗粒向下通过环形空间进入次流化床层段35。环形空间也让汽提气体从流化床层段向上通过环形空间进入主旋流稳定器46上方的旋风分离段。次流化床层段35确定通过环形空间与上端16中的旋风分离段气体相通的汽提段。在流化床层段中，吸附的和/或夹带的残留物从颗粒中被汽提出来，从而回收残留物以及减少残留物不希望的反应。例如，在细催化剂颗粒和烃类蒸汽的悬浮物中，烃类蒸汽首先与催化剂颗粒在旋风分离段中分离。然后在流化床层段中，在催化剂上吸附的和夹带的烃类从催化剂中汽提出来，作为烃类蒸汽回收烃类，并减少不希望的过度裂化反应。

在适宜的实施方案中，本发明的集成分离器和汽提器2还包括装在分离器容器3中的次旋风分离器55，它有圆筒形侧壁56形式的圆筒形侧壁。次旋风分离器55上端用上有出口58的盖57封闭。它有下部60和与第一出口管30流体相通的进口62。集成的分离器和汽提器2还包括提供从次旋风分离器55的出口58的流路的次出口管64。

在正常操作过程中，通过第一出口管30从主旋风分离器6排出分离的蒸汽和汽提的蒸汽。这一蒸汽仍含有夹带的催化剂颗粒，它们必需在次旋风分离器55中除去。为此，将该蒸汽送入次旋风分离器55，从蒸汽中分离出夹带的催化剂颗粒。蒸汽通过出口58在次旋风分离器中向上流动，催化剂颗粒收集在次旋风分离器55的下部60。蒸汽和催化剂颗粒分别通过次出口管64以及下部60的出口68从次旋风分离器55中排出。次旋风分离器55在稍低于主旋风分离器6的压力下操作，因为该压力低于分离器容器3中的压力，所以次旋风分离器55中的压力也低于分离器容器3中的压力。

次旋风分离器55宜有料腿69。料腿69宜在底部装有阀门(未示出)，以便排出分离出的颗粒，料腿69伸入流化床层11。

次旋风分离器55与主旋风分离器6串联，它在本专业中称为“闭合连接”。术语“闭合连接”通常用在一个旋风分离器的排出口连接到另一旋风分离器的进口时。闭合连接的旋风分离器减少了提升管反应器产物不希望有的提升管后裂化，这种后裂化例如发生在(1)所有的分离都在分离器容器中进行，或(2)第一旋风分离器的排出物进入分离器容器时。

当有旋流稳定器的主旋风分离器和有旋流稳定器的次旋风分离器串联使用时，主旋风分离器起“快速分离的旋风分离器”的作用，而次旋风分离器起“高效旋风分离器”的作用。

次旋风分离器55的进口62宜为切线进口70(见图3)，安装在次旋风分离器55的上端71。通过次旋风分离器55的切线进口70进入的蒸汽和催化剂颗粒在次旋风分离器55的上端71处形成旋流。上端71为旋风分离器55的旋涡区。

当第二出口管64的一部分72伸入次旋风分离器55中时，旋涡区的效率可提高。部分72形成次旋风分离器55的旋流出口。

次旋风分离器55宜还包括同轴安装在次旋风分离器55中部76的次蝶形旋流稳定器。次旋流稳定器74的外径等于或大于第二出口管64的直径，和小于圆筒形侧壁56的内径。次旋流稳定器74在第二出口管64的进口77的下方，距离等于或大于第二出口管64的直径。在图1和3中所示的本发明实施方案中，第二出口管64有锥形部分72，直径为锥形部分72的最小直径。

次旋流稳定器74用支架79支承。它宜装有旋流定向器80。

抵偿主旋风分离器6和次旋风分离器55之间的热移动和振动移动的任何设备都可用来连接它们。在图1的实施方案中，在第一出口管30的出口83和次旋风分离器55的出口62之问有间隙82。间隙82还装有将汽提气体和分离器容器3中的汽提的蒸汽送入稍低压的次旋风分离器55的设备。

本发明的集成分离器和汽提器还宜包括文氏管(未示出)，它安装在靠近次旋风分离器55进口62的第一出口管30的出口端84。文氏管不仅有助于将第一出口管30中的气体送入次旋风分离器55，而且还使分离器容器3的内部与次旋风分离器55之间的压差减小。

主旋风分离器6和次旋风分离器55的圆筒侧壁15和56的内表面宜用耐腐蚀的难熔材料例如陶瓷衬里。因为旋风分离器衬里，这样使分离容器3的壳体在没有难熔材料衬的情况下使用。因为固体颗粒不以冲刷壁的方式在分离器容器3中流动，因此在分离器容器3中不需要衬里。在分离器容器3中去掉了衬里可减少常见的两个问题出现。首先，分离器容器不均匀受热引起的腐蚀可减少。其次，在分离器容器3中的难熔材料衬里不断碎裂。碎裂的衬里进入体系，可能堵塞阀门和设备。去掉分离器容器3的难熔材料衬里将大大减少这样的问题。

主旋风分离器6和次旋风分离器55的组合宜用用流化催化裂化装置、流化焦化装置、带煤气化装置以及有小型分离器容器或小型内旋风分离器的其他工业过程的改造。