用于提高提升管流体动力学性能的挡板的制作方法
【专利摘要】本发明描述了具有通过使用挡板而具有提高的流体动力学性能的提升管的流体催化裂化单元。挡板打散了较慢运动的外环状物中的高浓度催化剂，并将其重新分配到提升管流的较快运动的更稀薄的中心中。
【专利说明】用于提高提升管流体动力学性能的挡板
[0001] 在先国家申请的优先权要求
[0002] 本申请要求于2012年4月20日提交的美国申请No. 13/452, 093的优先权。
【技术领域】
[0003] 本发明总体涉及流体催化裂化单元，更具体地涉及具有通过使用挡板而具有提高 的流体动力学性能的提升管的流体催化裂化单元。
【背景技术】
[0004] 在诸如图1所示的流体催化裂化（FCC)单元中，烃（碳氢化合物）在反应区内与 由细微地分割的颗粒材料组成的催化剂接触。诸如蒸汽的惰性稀释剂进入提升管并与催化 剂混合。烃给料和诸如蒸汽的惰性稀释剂由烃给料分配器5引入提升管10,所述烃给料分 配器在烃给料进入提升管10时使其雾化。烃给料和惰性稀释剂使催化剂流化并在提升管 10中输送催化剂。催化剂促进裂化反应。随着裂化反应进行，大量被称为焦炭的高含碳材 料沉积在催化剂上。含焦炭的催化剂在分离区20内与烃产品分离并经导管30从反应器中 被去除，而烃产品经由反应器的顶部离开。焦炭在高温再生区25内通过与用作流化介质的 含氧流接触而从催化剂上被燃烧掉。含焦炭的催化剂被经由导管36来自再生区25的基本 不含焦炭的催化剂替代。在一些FCC单元中，存在这样的管道40, S卩，催化剂的一部分在该 管道40内再循环而不经过再生区25。
[0005] FCC提升管通常遭遇由于向上运动的含颗粒的流的固有不均匀性导致的蒸气-催 化剂滑差（滑移，slip)。这些不均匀性本身主要显示为芯部-环状（物）结构：流的芯部 是稀薄的并以更快的速率向上运动，而在（提升管）壁附近存在高浓度催化剂，其形成了稠 密的慢速运动的环状物。在一些情况下所述环状物可实际上向下运动。因为较快运动的稀 薄芯部转化给料不足，并且较慢运动和/或向下运动的环状物使主要的FCC产品过度裂化， 导致增加的干气体生成，所以这种环状流在提升管中造成了减少的转化。
【发明内容】
[0006] 本发明的一方面为提升管反应器。在一个实施例中，所述提升管反应器包括：具有 烃给料入口的坚向提升管；和位于烃给料入口上方超过6m处的挡板排，所述挡板的正面面 向提升管的中心，所述挡板的下端部附接至所述提升管的壁并且所述挡板以90°或更小的 角度自所述壁向内倾斜。
[0007] 在另一实施例中，所述提升管反应器包括：具有烃给料入口的坚向提升管；和位 于烃给料入口上方超过6m处的挡板排，所述挡板的正面面向提升管的中心，所述挡板的下 端部附接至所述提升管的壁，所述挡板以90°或更小的角度自所述壁向内倾斜。
【专利附图】
【附图说明】
[0008] 图1是FCC单元的一个实施例的示意图。
[0009] 图2A是具有内部挡板的提升管管道的一个实施例的截面。
[0010] 图2B是具有内部挡板的提升管管道的一个实施例的示意图。
[0011] 图3是挡板的一个实施例的沿图2A的A-A的剖视图。
[0012] 图4是挡板的另一实施例的沿图2A的A-A的剖视图。
[0013] 图5是挡板的另一实施例的沿图2A的A-A的剖视图。
[0014] 图6A-C是挡板排的两个子组的一个实施例的示意图。
【具体实施方式】
[0015] 在提升管的混合区内使用挡板改变了流动曲线（flow profile)使其接近真实的活 塞式流动，从而减轻了与芯部-环状结构相关的问题。挡板打散了外环状物并将催化剂重 新分配到提升管流的中心中。这使提升管内的转化率更高且产品较少过度裂化。
[0016] 已利用计算流体动力学（CFD)计算机模拟证实了挡板在位于烃给料入口上方的 混合区内附接至提升管壁使提升管中的催化剂截流/滞留分配更加均匀。挡板还通过减慢 向上的芯部流--这引起较少的短路（绕过）--而改善了提升管中的流动曲线。此外，挡 板使环状物的向下流动最小化。
[0017] 图2A示出提升管100的一个实施例，该提升管具有从壁110向内延伸的一排挡板 115。挡板的正面140面向提升管的中心。如图所示，挡板115环绕着提升管100的圆周等 距地隔开并基本上覆盖提升管的整个圆周。
[0018] 在一个实施例中，挡板环绕提升管的圆周对称地定位。在另一实施例中，挡板不对 称地布置。
[0019] 在一些实施例中，挡板可以按需覆盖圆周的较少部分。例如，典型地，圆周的至少 30 %、或至少40 %、或至少50 %、或至少60 %、或至少70 %、或至少80 %、或至少90 %、或至 少95 %被挡板覆盖。
[0020] 挡板从壁向内延伸距离d，该距离d最高达提升管的半径R的25 %，典型地在15 % 至25%的范围内。挡板理想地在提升管110的截面面积的1/8上延伸。
[0021] 挡板的长度典型地在0. 15至0. 30m的范围内。长度部分地取决于（挡板）与壁 所成的角度和提升管的半径。
[0022] 与陶瓷衬里联接的挡板的角度（与坚向成90°或更小的角度）确保了附接的耐腐 蚀性。
[0023] 提升管理想地沿其长度具有至少两排挡板，以使芯部-环状物结构不会随着其沿 提升管向上流动而回到原始状态。然而，如果挡板的排数过多，则向上流动的载有催化剂的 蒸气将仅完全地绕过挡板，实际上减小了提升管的直径。
[0024] 图2B示出具有三排内部挡板115AU15B和115C的提升管管道10。提升管管道 10具有上升区50和反应区55。再生的催化剂经导管35进入上升区50,并且再循环的催 化剂（如果存在的话）经导管40进入。烃给料经由使上升区50与反应区55分隔的给料 分配器5进入。三排挡板115AU15B和115C位于提升管10中。作为示例，上升区50可以 是l〇m，且反应区可以是20m。第一排挡板115A可位于给料分配器5上方6m处，第二排挡 板115B位于第一排挡板上方5m处，而第三排挡板115C位于第二排挡板上方5m处。
[0025] 对于高30m的提升管，典型地存在最多三排挡板。第一排挡板位于提升管中的最 高给料（蒸汽、经、催化剂等）入口上方高于6m处,典型地在（多个）给料入口上方6m至 6. 5m的范围内。附加排可以均匀隔开的间隔--例如，相距5m--定位。各排之间的分隔 (距离）将根据提升管的长度、挡板的排数以及任意排是否如下所述地被分割成子组而变 化。通常，各排将在5m至IOm的范围内分隔。在一个实施例中，对于所有排而言，挡板都环 绕圆周布置在相同的位置。在另一实施例中，一排中的挡板与前一排中的挡板偏置。
[0026] 在一个实施例中，每排均具有相同的挡板数目。在另一实施例中，在至少两排中可 以存在不同的挡板数目。
[0027] 挡板的底部例如通过焊接而附接至提升管的壁。挡板以最多90°的角度b从坚向 向内倾斜（即，与坚向成最多90°的角度b向内倾斜）。在一个实施例中，挡板以90°的角 度从坚向倾斜（即，与坚向成90°角）。在另一实施例中，挡板在10°至45°的范围内倾 斜。
[0028] 图3示出挡板115的一个实施例。挡板115具有支承板120。支承板120具有位 于上端部上和正面140 (面向向上流的一侧）上的陶瓷衬里125。挡板典型地被焊接在提升 管110上形成90°的角度b。挡板115可以按需由支承件130支承。支承件130可以是例 如焊接至壁110和支承板120的金属板。
[0029] 图4示出挡板115的另一实施例。在本实施例中，挡板115与提升管110的侧面 形成介于10°到45°之间的角度b。支承板120在正面140和上端部上由陶瓷125覆盖。
[0030] 在确定针对特定提升管中的挡板的适合角度时可以考虑多个因素。一个考虑因素 为混合，角度越大，则混合程度就越高。另一个因素是腐蚀量，角度越大，则腐蚀量越大。又 一个因素是因挡板产生的压降，具有较大角度的挡板产生的压降比具有较小角度的那些挡 板（产生的压降）大。此外，应该评估热差增长的效应。当角度b为90°时，壁和挡板可能 以不同速度膨胀，这可能导致破裂。对于较小的角度，例如10°至45°，相对长的倾斜的支 承板提供了较长的传热路径。这尤其在瞬时状态--诸如起动或停机--下使挡板的热差 增长最小化。
[0031] 图5示出挡板115的另一实施例。陶瓷套筒135覆盖了支承板120的正面140和 背面145。陶瓷套筒135附接至支承板。因为支承板120的两侧皆覆盖有陶瓷，所以增强了 耐腐蚀性。
[0032] 在一些实施例中，可以将一排（或多于一排）的挡板分割成一个或多个子组，其中 每个子组都位于提升管中的不同坚向高度处，如图6A-C所示。如图6A所示，子组A位于高 度A处，而子组B位于高度B处。子组A中的挡板115A可以与子组B中的挡板115B成角度 地偏置，如图6B-C所示。如图所示，子组A中的挡板环绕提升管间隔90°。子组B中的挡 板也间隔90°，但它们与子组A的挡板偏置45°。在一些实施例中这可有助于促进混合。
[0033] 尽管图6示出两个子组，其中每个子组具有四个挡板，并且从一个高度到下一个 高度偏置45°。但本领域技术人员将理解的是，可以使用多于两个的子组，每个子组中可以 存在相同或不同的挡板数目，并且可以按需使用其它偏置角度。
[0034] 在一个实施例中，多个子组中的挡板可以在提升管壁上形成阶梯梯级式布置。
[0035] 在一个实施例中，多个子组中的挡板环绕提升管壁对称地布置，而在另一些实施 例中，挡板是不对称地布置的。
[0036] 子组中的挡板将大致在彼此的1至2m范围内。
[0037] 挡板由具有充分的用于承受提升管环境的耐腐蚀性和耐热性的材料制成。合适的 材料包括至少在面向向上流的正面上覆盖有陶瓷以防止腐蚀的金属板，例如不锈钢板。背 向流的背侧（背面）可以覆盖有耐磨的耐火材料。替代地，两面皆可覆盖有陶瓷。
[0038] 挡板可以由嵌有金属的烙铸陶瓷砖-诸如St. Gobain制造的Corguard? --制成。如果在制造期间使用延伸的金属部件，则挡板可以例如如图3所示地焊接至提 升管壁。焊接区域然后可以重新涂覆标准FCC提升管耐火材料。
[0039] 另一种制造挡板的方法包括将金属部件（例如，梯形形状的金属部件）焊接至提 升管壁，如图1所示。然后可以将预制的陶瓷套筒附接至已焊接的金属部件。可以通过在 金属元件上例如通过弯曲或焊接形成唇部而进一步固定陶瓷套筒。替代地，可以利用套筒 与金属元件之间的低膨胀胶粘剂附加地固定陶瓷套筒。该方法不限于Corgiiard?砖的使 用。
[0040] 如果需要的话，挡板在提升管上的附接可就地进行（例如，在已有耐火材料的位 置处进行）。可以在挡板被安装的区域内手动地去除提升管内部的耐火材料。然后将金属 部件焊接在提升管壁上。陶瓷衬里将被附接在金属部件上。然后可将受影响的区域重新涂 覆耐火材料。
[0041] 应该理解的是，任一上述实施例的特征可与任何其它本文中披露的实施例和特征 再组合。虽然已示出和描述了方法和反应器系统内的具体特征和实施例，但本发明的其它 变型对于本领域的普通技术人员来说将是明显的。所有被视为本发明的一部分的实施例通 过所附权利要求来限定。
【权利要求】
1. 一种提升管反应器，包括： 具有烃给料入口的坚向提升管；和 位于所述烃给料入口上方超过6m处的挡板排，挡板的正面面向所述提升管的中心，所 述挡板的下端部附接至所述提升管的壁，所述挡板以90°或更小的角度自所述壁向内倾 斜。
2. 根据权利要求1所述的提升管反应器，其特征在于，所述挡板以90°的角度向内倾 斜。
3. 根据权利要求1所述的提升管反应器，其特征在于，所述挡板以10°至45°的角度 向内倾斜。
4. 根据权利要求1-3中任一项所述的提升管反应器，其特征在于，所述挡板包括具有 陶瓷衬里的支承板或具有覆盖所述正面和背面的陶瓷套筒的支承板。
5. 根据权利要求1-4中任一项所述的提升管反应器，其特征在于，具有至少两排挡板。
6. 根据权利要求1-5中任一项所述的提升管反应器，其特征在于，所述挡板排包括至 少两个挡板子组，第一子组位于第一位置，并且第二子组位于在所述第一位置上方的第二 位置。
7. 根据权利要求6所述的提升管反应器，其特征在于，所述第一子组的挡板与所述第 二子组的挡板成角度地偏置。
8. 根据权利要求1-7中任一项所述的提升管反应器，其特征在于，所述挡板环绕所述 提升管的壁对称地布置。
9. 根据权利要求1-8中任一项所述的提升管反应器，其特征在于，所述提升管反应器 还包括附接至所述挡板的背面且附接至所述壁的支承件。
10. 根据权利要求1-9中任一项所述的提升管反应器，其特征在于，所述挡板的背面涂 覆有耐火材料。
【文档编号】C07C4/06GK104271711SQ201380020768
【公开日】2015年1月7日 申请日期:2013年3月7日 优先权日:2012年4月20日
【发明者】D·R·约翰逊, L·达维多夫 申请人:环球油品公司