一种流化床外取热器的制造方法
【专利摘要】一种流化床外取热器，其特征在于该外取热器为深床层操作，且表观气速范围在0.05～0.8m／s之间，外取热器底部至少设置一个主流化风分布器，主要的流化风由此分布器进入外取热器密相床层，主流化风分布器上部、换热管束与取热器内壁之间设置1个或多个管式气体分布器，用于改善密相床层的流化质量和提高外取热器的取热负荷。
【专利说明】一种流化床外取热器
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种流化床外取热器，属于石油加工、化工等【技术领域】。
技术背景
[0002]由于气固流化床反应器容易控制反应温度及避免床层出现热点、具有更好的传热及传质特性、可以方便地实现大量固体颗粒的连续输送，因此在石油加工、煤化工、化工合成等领域的非均相气固反应过程中得到了广泛应用。在一些放热的气固流化床反应器中，常设置有流化床取热器，用以从反应器中取热，以满足系统热平衡以及控制反应温度的需要。通常，这类流化床取热器一般为气速较低的密相流化床，即操作在鼓泡及湍动流化域中，通过取热器中的取热介质(如水)和热颗粒在取热管壁内外实现间壁接触传热。
[0003]例如，在石油炼制催化裂化装置中，由于反应过程要求系统实现热平衡，即吸热的裂化反应过程所需的热量由放热的烧焦再生过程提供，随着催化裂化原料的重质化和劣质化，装置生焦量提高致使烧焦再生释放的热量不断增大，已经超过了反应系统所需的热量，因此，再生系统内需安装流化床取热器以实现系统的热平衡。这类取热器内的取热介质是饱和水，在取热过程中它吸收了来自取热管外的热催化剂的热量后变成了饱和蒸汽，并同时降低了催化剂颗粒的温度。
[0004]由于负荷调节灵活、适应性和可靠性更强，设置在再生器外的催化剂取热器(简称外取热器)获得了更为广泛的应用。工业中应用的外取热器有很多型式，其中密相外取热器应用最为广泛，这主要由于其具有取热效率更高、流化气体用量少、负荷调节灵活等优点。
[0005]在其他工业领域的气固流化床反应器中，也常采用此类气固流化床外取热器。例如，煤化工领域的甲醇制烯烃过程(MTO)和石油加工工业中的一些高温催化裂解过程均需要采用这类气固流化床外取热器，其他化学合成工业中的气固流化床反应器由于控制反应温度的需要，也需要采用取热设备，因此也可以采用这类外取热器。
[0006]这类取热器的共同特点是设置在主流化床反应器外部，通过和主反应器联通的立管使颗粒进出外取热器，有的立管上还设置有关闭或控制颗粒流量的机构以方便实现取热器与主反应器间的隔离以及取热负荷的定量控制。这类外取热器中一般设置有多根平行的垂直取热管束。有时，为了提高设备的整体可靠性，每根取热管均设置有独立的冷却介质进出口，其目的是当某一根取热管损坏时可以单独关闭，而其他取热管仍然可以正常工作。这类取热器的另一个共同特点是操作气速较低，一般属低气速密相床操作，在这样的操作条件下床层和管壁间的传热系数较高，取热器的整体取热负荷较大。
[0007]但是，在目前工业上很多使用的气固流化床外取热器中，密相床层的设计和操作高度均很高，少则2?3m，多则8?10m，在这种深层流化床中，由于床层总压降较高，气体压缩很容易造成局部床层死床或气体偏流等不正常流化现象。另外，很多这类外取热器中取热管束的布置十分紧密，导致床内壁面效应增强，很容易造成节涌、架桥等不正常流化状况。尤其在换热管与流化床内壁之间的区域，壁面效应更强，更容易形成死床现象。
[0008]这些不正常流化现象将导致床层流化质量下降和传热效果恶化，其结果是设备振动大、使用寿命缩短、取热负荷达不到设计要求等。如果取热器中出现局部死床，还有可能造成取热器中不同取热管的取热负荷不同，不同取热管的热膨胀不一致可能导致设备损坏，严重时甚至出现局部取热管干烧损坏等事故。另外，气体的偏流还有可能造成局部取热管磨损加剧，缩短其使用寿命。
【发明内容】
[0009]本发明提供了一种改进的流化床外取热器，主要用于解决现有气固流化床外取热器中由于深床层和壁面效应强而导致的流化质量下降、传热效果变差以及设备可靠性降低的问题。具体实施方案如下:
[0010]1.一种流化床外取热器，其特征在于外取热器为深床层操作，其表观气速(总流化风量与取热器横截面之比)的范围为0.05?0.8m/s，外取热器底部至少设置一个主流化风分布器，主要的流化风由此分布器进入外取热器密相床层，主流化风分布器上部、换热管束与取热器内壁之间设置I个或多个管式气体分布器。
[0011]2.如上述第I条所述的流化床外取热器，其特征在于密相床层的高度在I?1m ;
[0012]3.如上述第I或第2条所述的流化床外取热器，其特征在于密相床层底部设置的主流化风分布器是任何能够均匀分布气体且同时不影响颗粒循环的气体分布器；
[0013]4.如上述第I或第2条所述的流化床外取热器，其特征在于主流化风分布器上部设置的第一个管式气体分布器距离主流化风分布器的高度W1范围为0.3?1.5m,各个管式气体分布器之间的相互间距W的范围为0.3?1.5m。
[0014]5.如上述第I或第2条所述的流化床外取热器，其特征在于进入主流化风分布器中流化风量占总流化风量的70?90%，进入所有管式分布器中的流化风量占总流化风量的10?30%。
[0015]利用上述措施，可以在取热管束与取热器内壁之间区域缓解或避免出现死床或架桥现象，有利于外取热器整个密相床层实现更好的流化质量，用以改善外取热器的操作并延长取热管的使用寿命。同时，也有助于改善颗粒在传热管壁面的更新，提高颗粒与换热管壁面的传热系数和增大外取热器的取热能力。
[0016]本发明适用于任何外置于主流化床反应器、用于热量回收、密相床层较高且设置有多根垂直换热管束的外置流化床取热器，例如催化裂化过程的外取热器、再生剂调温取热器、醇类制烯烃工艺(MTO)的外取热器以及其他类似过程中采用的外置流化床取热器。
【专利附图】
【附图说明】
[0017]图1为普通催化裂化密相下行式外取热器的一种典型型式；
[0018]图2为采用不同取热管形式的普通催化裂化密相下行式外取热器的横截面剖视图；
[0019]图3为本发明在催化裂化外取热器中的一种典型实施方案；
[0020]图4为图3所示外取热器管式气体分布器(8)处的横截面剖视图。
[0021]图中:1-催化剂出口，2-主流化风分布器，3-换热管，4-密相流化床，5-流化风出口，6-催化剂进口，7-传热强化元件，8-管式气体分布器。
【具体实施方式】
[0022]下面结合附图进一步说明本发明所提供的一种流化床外取热器的实施方法，但本发明并不因此而受到任何限制。
[0023]对比例
[0024]图1给出了普通催化裂化密相下行式外取热器的一种典型形式。如图所示，该外取热器实际上是一个设置有多根垂直换热管束的流化床，包括催化剂出口(I)、主流化风分布器(2)、换热管(3)、密相流化床(4)流化风出口(5)、催化剂进口(6)等主要结构。换热管(3)从外取热器顶部一直延伸至底部，换热管(3)底部段浸没在外取热器底部的密相流化床(4)中。热催化剂颗粒C从外取热器中上部的催化剂进口(6)流入到密相流化床(4)中，和换热管(3)管壁接触冷却后，冷催化剂D再从底部的催化剂出口(I)流出。密相流化床(4)的流化气体A从底部的气体分布器(2)引入，经过密相流化床(4)后通过气体出口
(5)离开。
[0025]带有换热管(3)的密相流化床(4)的横截面剖视图如图2(a)所示，由于换热管(3)的插入，取热器壁面效应将显著增强。另外，为了提高外取热器的取热负荷，有的外取热器常采用在换热管(3)上焊接传热强化元件(7)(如翅片或钉头传热强化元件等)以增加传热面积，带有传热强化元件(7)的换热管(3)的密相流化床(4)的横截面剖视图如图2 (b)所示，这将进一步增强取热器内的壁面效应。将很容易造成节涌、架桥等不正常流化现象。
[0026]另外，这种外取热器的密相床层高度一般很高，通常在I?1m的范围内，在这种深层流化床中，由于床层总压降较高，气体压缩很容易造成局部床层死床和气体偏流等不正常流化现象。这些不正常流化现象将导致床层流化质量下降和传热效果的恶化，其结果是设备振动大、使用寿命缩短、取热负荷达不到设计要求等。如果取热器中出现局部死床，还有可能造成取热器中不同取热管的取热负荷不同，不同取热管的热膨胀不一致可能导致设备损坏，严重时甚至出现局部取热管干烧损坏的事故。另外，气体的偏流还有可能造成局部取热管磨损加剧，缩短其使用寿命。
[0027]实施例
[0028]图3显示的是一种本发明在催化裂化外取热器的典型实施方案，和图1和图2所示的普通催化裂化密相下行式外取热器不同是，该外取热器底部主流化风分布器(2)上部设置了 I个或多个管式气体分布器(8)。如图4所示，管式气体分布器(8)设置在换热管
(3)束和取热器内壁之间的环形区域。主流化风分布器(2)上部设置的第一个管式气体分布器(8)距离主流化风分布器(2)的高度W1范围为0.3?1.5m，各个管式气体分布器(8)之间的相互间距W的范围为0.3?1.5m。绝大多数的流化风通过主流化风分布器(2)进入外取热器密相床层(4)，其流化风量占总流化风量的70?90%，进入管式分布器(8)中的流化风量占总流化风量的10?30%。
[0029]冷模实验研究结果表明，外取热器密相床层(4)中设置多个管式气体分布器(8)后，换热管(3)的震动明显减弱，表明床层内流化质量得到了明显改善。另外，实验结果还发现，换热管壁与流化床料之间的传热系数也提高了约10?25%，表明外取热器的取热负荷得到了显著的提高。
【权利要求】
1.一种流化床外取热器，其特征在于该外取热器为深床层操作，其表观气速的范围为0.05?0.8m/s，外取热器底部至少设置一个主流化风分布器，主要的流化风由此分布器进入外取热器密相床层，主流化风分布器上部、换热管束与取热器内壁之间设置I个或多个管式气体分布器。
2.如权利要求1所述的流化床外取热器，其特征在于密相床层的高度在I?10m。
3.如权利要求1或2任一项所述的流化床外取热器，其特征在于密相床层底部设置的主流化风分布器是任何能够均匀分布气体且同时不影响颗粒循环的气体分布器。
4.如权利要求1或2任一项所述的流化床外取热器，其特征在于主流化风分布器上部设置的第一个管式气体分布器距离主流化风分布器的高度W1范围为0.3?1.5m,各个管式气体分布器之间的相互间距W的范围为0.3?1.5m。
5.如权利要求1或2任一项所述的流化床外取热器，其特征在于进入主流化风分布器中流化风量占总流化风量的70?90%，进入管式分布器中的流化风量占总流化风量的.10 ?30%。
【文档编号】F28D13/00GK203928823SQ201420122096
【公开日】2014年11月5日 申请日期:2014年3月18日 优先权日:2014年3月18日
【发明者】张永民, 姚秀颖, 韩霄, 孙富伟 申请人:中国石油大学(北京)