专利名称：一种催化剂颗粒逆压输送方法及其装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种固体颗粒的输送方法和装置，更具体地说，本发明涉及一种将固体催化剂颗粒从恒低压容器输送到恒高压容器中的方法及其装置。
背景技术：
在工业中，有时需要将固体颗粒从一个恒低压容器输送到一个恒高压容器，例如石脑油连续重整过程中需要将失活的催化剂从处于低压的反应器输送到压力较高的再生器中进行再生。
法国IFP公司的一种通过使用与颗粒接触的活动机械部件将颗粒从低压上段输送到高压下段的方法和装置，是与本发明最接近的现有技术。所述装置包括低压上部容器、变压中部容器、高压下部容器，一个向中部容器供气的装置，一个中部容器放气的装置。连通上部容器和中部容器的上颗粒转移导管、连通中部容器和下部容器的下颗粒转移导管，连接于上部容器和中部容器之间的上导气管及上平衡阀，连接于上部容器和中部容器之间的催化剂输送管及上催化剂切断阀、气密阀，连接于中部容器和下部容器之间的下导气管及下平衡阀，连接于中部容器和下部容器之间的催化剂输送管及下催化剂切断阀、气密阀，以及控制装置。分别实现上述三段之间的顺序连接。变压中部容器压力的变化是由上、下导气管及其附带的上、下平衡阀，供气装置、放气装置，催化剂切断阀、气密阀的协同动作来实现的。当下平衡阀关闭、下催化剂切断阀、气密阀关闭；通过放气装置使中部容器压力与上部容器压力近似相等时，上平衡阀缓缓打开，中部容器压力降到与低压上部容器相等，上催化剂切断阀、气密阀打开，催化剂颗粒从低压上部容器进入中部容器，此时中部容器与高压下部容器之间的颗粒流动靠下催化剂切断阀关闭来中止；当中部容器装满颗粒后，上催化剂切断阀首先关闭，然后上气密阀关闭，上平衡阀关闭，通过补气装置给中部容器升压，到中部容器压力与下部容器压力近似相等时，下平衡阀缓缓打开，中部容器压力上升到与高压下部容器相等，下催化剂切断阀、气密阀打开，催化剂颗粒从中部容器进入高压下部容器，当中部容器中催化剂料位达到低料位时，关闭下催化剂切断阀，然后关闭下催化剂气密阀、下平衡阀。该方法的不足之处是在催化剂切断阀关闭时，和催化剂直接接触对阀门的强度和材质要求很高；同时对催化剂磨损严重，增大了催化剂粉尘量，增加了下游设备径向床层堵塞的可能。
发明内容
本发明的目的是在现有的将固体催化剂颗粒从低压上部容器输送到高压下部容器的方法的基础上，提供一种固体催化剂颗粒输送过程对催化剂切断阀技术要求降低，而催化剂粉尘减少的方法和装置。
本发明将固体颗粒从上位容器经中间容器输送到下位容器，下位容器的压力高于上位容器的压力，具体技术方案如下。
本发明的催化剂颗粒逆压输送方法包括以下步骤(1)降压关闭连接中间容器和下位容器的下平衡阀，关闭中间容器与下位容器之间的气密阀，打开放气装置至上位容器与中间容器压力基本相等，关闭放气装置，打开连接上位容器和中间容器的上平衡阀，接通上位容器与中间容器之间的上导气管，使中间容器的压力与上位容器的压力相等；(2)装料当上位容器达到高料位时，打开上位容器与中间容器之间的气密阀，使上位容器内的颗粒经上颗粒输送管进入中间容器，中间容器开始装料，中间容器达到高料位时，关闭上平衡阀，转入加压阶段；(3)加压打开补气装置，给中间容器升压，到中间容器压力和下部容器压力近似相等时，关闭补气装置；此时催化剂颗粒已停止流动，关闭上位容器与中间容器之间的气密阀，打开下平衡阀，接通中间容器与下位容器之间的下导气管，使中间容器的压力与下位容器的压力相等；(4)卸料打开中间容器与下位容器之间的气密阀，使中间容器内的颗粒经下颗粒输送管进入下位容器。
在上述卸料步骤之后，还可以具有一个保持步骤，保持卸料步骤后的状态，以调节颗粒输送速率，保持步骤后进入降压步骤，形成一个连续输送过程。
在本发明的输送方法中，优选上位容器和下位容器的压力差为0.05-0.7MPa。
在本发明的输送方法中，优选催化剂颗粒的大小为0.5-5mm。
实现本发明的催化剂逆压输送方法的装置，包括上位容器1、中间容器2和下位容器3以及上颗粒输送管8、下颗粒输送管11、放气装置、补气装置、上导气管4、下导气管6、缩径装置9、上气密阀10、下气密阀12、上平衡阀5、下平衡阀7；所述中间容器2位于上位容器1之下和下位容器3之上；所述上颗粒输送管8位于上位容器1之下和中间容器2之上，将上位容器1和中间容器2连通，该上颗粒输送管上设有上气密阀10；所述下颗粒输送管11位于中间容器2之下和下位容器3之上，将中间容器2之下和下位容器3连通，该下颗粒输送管上设有下气密阀12；所述放气装置是连接中间容器2与大气之间的管线，其上装有控制阀13；所述补气装置是连接惰性气体于中间容器的管线，其入口连接惰性气体，气体压力高于下位容器压力，出口连接于中间容器上部，管线上装有控制阀14；所述上导气管8上装有上平衡阀5，该上导气管与上位容器1和中间容器2相连；所述下导气管6上装有下平衡阀7，该下导气管与中间容器2和下位容器3相连；所述缩径装置9位于上颗粒输送管8上，并在上气密阀10上方。
所述上颗粒输送管8和下颗粒输送管11一般竖直安装，也可以倾斜安装，但与垂直方向的夹角应小于40度。应根据系统压差确定这段输送管的长度，这段输送管的长度同系统压差大致成正比，其比例系数简称为长度系数。长度系数范围一般在3000mm/MPa～30,000mm/MPa之间。
所述缩径装置9优选为缩径孔板，其直径优选为上颗粒输送管8直径的0.3～0.7倍。
本发明和背景技术的主要区别是去掉了原有的两个催化剂切断阀，增加了一个缩径装置，结合先加压后关阀的控制方式，实现了本发明的输送方法。催化剂切断阀是另一项国外专利技术，制造技术要求高，难度大，成本高，引进一台阀门约需2万美元。由于阀门的特殊性和重要性，这两个阀都分别留有备用阀，以备随时更换，这样一次需购买4台。由于关阀时和催化剂直接接触，阀门使用一段时间(约为1年)就需更换，增加了操作费用。另外，一些催化剂在阀门关闭时被磨碎，增加了催化剂的损耗，特别是破碎的催化剂进入后面的设备(例如连续重整的再生器)，容易造成约翰逊网堵塞，严重影响正常生产，甚至停工处理，造成更大损失。通过增加一个缩径装置，改变控制方式实现了上位容器到中间容器催化剂输送的终止。在加压过程中，开始催化剂在上颗粒输送管从上至下流动，当达到要求料位时，补气装置向中间容器补充气体升高压力，中间容器压力比上位容器高0.03兆帕时，催化剂停止流动，此时缩径装置以上充满催化剂，缩径装置以下管线充满气体，随后关闭上气密阀，保证上气密阀关闭时不与催化剂接触。催化剂颗粒从缩径装置的流出速率主要取决于缩径装置的内径，此外，下料速率还与颗粒直径、休止角、缩径装置的结构、容器结构和壁面粗糙度有关。缩径装置是本发明的关键点，它不仅替代了催化剂切断阀，节省了投资和操作费用，还是影响催化剂颗粒输送量的关键因素。本发明由于取消了催化剂切断阀，减少了催化剂磨损，保证后面设备的长周期运行，具有良好的经济效益。
本发明提供的是把催化剂颗粒从上位容器输送到下位容器的方法及装置，上位容器和中间容器之间催化剂颗粒流动的中止是靠上、下两个容器之间的压差来实现，在中部容器压力上升过程中，上颗粒输送管内催化剂停止流动，缩径装置以上充满催化剂颗粒，缩径装置以下管线为空管，然后关闭上气密阀。阀门关闭时不与催化剂颗粒接触。中间容器和下部容器之间催化剂颗粒流动的中止是依靠重力自然放净为止，此时下颗粒输送管内无催化剂颗粒，阀门关闭时不与催化剂颗粒接触。这是本发明与现有技术的本质区别，它大大减轻了对阀门材质要求的苛刻度，以及对催化剂颗粒的磨损。因而，本发明对催化剂切断阀无任何要求，可以用普通阀门代替，也可以取消这个阀门，对气密阀无过高要求。本发明不需要专门的催化剂切断阀，降低了装置投资和操作费用。
图1是实现本发明方法的一种装置的示意图。
具体实施例方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。
下面结合图1详述本发明的催化剂颗粒输送方法。
图1所示实现本发明的颗粒输送装置，包括一个上部容器1、一个中间容器2和一个下部容器3，中间容器2位于上部容器1之下和下部容器3之上。上颗粒输送管8位于上部容器1之下和中间容器2之上，将两者连通。下颗粒输送管11位于中间容器2之下和下部容器3之上，将两者连通。上导气管4的两端分别连接于上部容器1和中间容器2，其上装有上平衡阀5；下导气管6的两端分别连接于中间容器2和下部容器3，其上装有下平衡阀7。通过控制放气装置13、补气装置14、上气密阀10、下气密阀12及上平衡阀5和下平衡阀7的打开和关闭状态，可使中间容器2的压力在高压和低压之间变换。在图1所示的颗粒输送装置中，上颗粒输送管8的中部设有缩径孔板9。缩径孔板9的直径是上颗粒输送管8直径的0.3～0.7倍。
图1中，中间容器2与上位容器1之间的那一段上颗粒输送管8一般竖直安装，也可以倾斜安装，但与垂直方向的夹角应小于40度。应根据系统压差确定这段输送管的长度。这段输送管的长度同系统压差大致成正比，其比例系数简称为长度系数。长度系数范围一般在3000mm/MPa～30,000mm/MPa之间。该系数与上位容器1和该段输送管的直径比有关系，即长度系数越大，所允许的上述直径比可以越小。一般而言，系统压差增大0.1MPa，管长增加500mm，此时允许上述直径比可以小到5。
中间容器2与下位容器3之间的下颗粒输送管11，其结构和安装要求与上颗粒输送管8相同。
根据外部系统的要求，上位容器1和下位容器3需分别保持在一个稳定的压力状态，且上位容器1的压力恒低于下位容器3的压力，两个压力的差值称为系统压差。作为一个特例，在石油加工催化重整颗粒催化剂的输送过程中，上位容器1的压力范围一般在0.16～1.6MPa之间，下位容器3的压力范围一般在0.2～1.7MPa之间，系统压差一般保持在0.05～0.7MPa之间。
本发明适于输送的颗粒，颗粒大小一般为0.5～5mm。
输送固体颗粒前先进行预装料，使上部容器1和中间容器2分别处于高料位和低料位。上位容器1连通稳低压气体系统，下部容器3连通稳高压气体系统。
本发明的颗粒输送过程，包括以下四个步骤降压、装料、加压、卸料。
(a)降压关闭下平衡阀7，关闭中间容器2与下位容器3之间的下气密阀12，关闭上平衡阀5，关闭中间容器2与上位容器1之间的上气密阀10，打开放气装置13，降压到上位容器1与中间容器2压力基本相等，关闭放气装置13，打开上平衡阀5，接通上位容器1与中间容器2之间的上导气管4，使中间容器2的压力与上部容器1的压力相等；(b)装料等待上部容器1达到高料位时，打开上部容器1与中部容器2之间的上气密阀10，中部容器2开始装料。中部容器2达到高料位时，关闭上平衡阀5，转入加压阶段。
(c)加压打开补气装置14，给中间容器2升压，到中部容器2压力和下位容器3压力近似相等时，关闭补气装置14。此时催化剂颗粒已停止流动，变径孔板9以上充满催化剂，变径孔板9以下放空催化剂为空管，关闭上位容器1与中间容器2之间的上气密阀10。打开下平衡阀7，接通中间容器2与下位容器3之间的下导气管6，使中间容器2的压力与下部容器3的压力相等；转入卸料阶段。
(d)卸料打开中间容器2与下部容器3之间的下气密阀12，使中间容器2内的颗粒经下颗粒输送管11进入下位容器3，当中间容器2内的催化剂颗粒放空后，下颗粒输送管11内为空管，转至降压阶段。
本发明的颗粒输送步骤一般是连续循环进行的。例如，如果有一低压外部容器(其压力比上位容器1略高或相同)中的颗粒被不断地加入到上位容器1，使上位容器1的料位保持不低于设定的低料位，同时下位容器3中的颗粒被不断地移送到一高压外部容器(其压力比下位容器3略低或相同)，使下位容器3的料位保持不高于设定的高料位，有足够的空间保证卸料步骤顺利进行，则在步骤(d)结束后即重新开始步骤(a)的操作，就可连续地输送颗粒。
所用的稳压气体和输送气体的种类应跟与本发明相连的低压外部容器和高压外部容器内的气体介质相同，或者相对于与本发明相连的低压外部容器和高压外部容器内的气体介质而言均为惰性且不污染被输送颗粒。
连续循环操作时，步骤(d)结束后可以有一个保持过程。该过程保持步骤(d)结束时的状态，仅仅是等待下一循环的开始，用于调节颗粒的输送速率。保持过程结束后重新开始步骤(a)的操作，进行下一循环。显然，当该过程时间为零时，只进行步骤(a)至(d)的循环，装置满负荷输送颗粒。
本发明颗粒输送过程中各阀门的打开和关闭可手动操作进行，当然也可安装一个控制系统加以控制。由于本发明颗粒流动的中止易于控制，因此只需简单的常规控制系统即可。这一点在发明效果部分已经作了说明。
本发明颗粒输送方法及其装置，可广泛应用于需要将固体颗粒从低压容器向高压容器输送的工业过程，如石油和化工生产中的催化剂颗粒输送过程。
实施例1下面是本发明应用于石脑油连续重整过程的一典型实施例。对照图1加以说明。
重整反应过程伴有焦炭生成。随着重整催化剂表面积碳的增加，催化剂必须烧焦再生，使催化剂循环使用。待生催化剂在再生器中再生后送入反应器。再生后的催化剂处于再生器中，再生器压力0.56MPa，反应器底部压力0.32MPa，接上部容器1压力为0.29MPa，低于再生器压力，从反应器底部到再生器之间的催化剂输送正是本发明所能解决的。
反应后的重整催化剂颗粒从最末反应器底部(图中未示出)提升到上位容器1，并积累在上位容器1底部。上位容器1的压力比最末反应器底部的压力低30kPa左右，为0.29MPa。
中间容器2(闭锁料斗)装有料位仪，监测料位，压力监测仪表，监测压力。
下位容器3是再生器的储料段，压力为0.56MPa。
上颗粒输送管8直径(内径)为80mm，长度1500mm缩径孔板9的直径为45mm，其直径增大下料量增大。
补气装置是一根与氮气罐相连的管线，直径为80mm，其上装有可控阀门，接1.25MPa氮气源。
放气装置是一根与大气相连的管线，直径为50mm，其上装有可控阀门。
上导气管4和下导气管6以及上平衡阀5和下平衡阀7的公称直径都为40mm。
操作过程循环步骤如下(a)降压关闭下平衡阀7，关闭中间容器2与下位容器3之间的下气密阀14，关闭上平衡阀5，关闭中间容器2与上部容器1之间的上气密阀10，打开放气阀13，降压到中间容器2与上位容器1压力基本相等(压差小于0.05MPa)，关闭放气阀13，打开上平衡阀5，接通上位容器1与中间容器2之间的上导气管4，使中间容器2的压力降至与上位容器1的压力相等；(b)装料等待上位容器1达到指定的高料位(65％)时，打开上位容器1与中间容器2之间的上气密阀5，中间容器2开始装料。中间容器2内高料位出现，催化剂已经充满。上平衡阀5关闭，转入加压阶段。
(c)加压打开补气装置14，氮气给中间容器2升压，到中间容器2压力和下位容器3压力近似相等(压差小于0.05MPa)时，关闭补气装置14。此时催化剂颗粒已停止流动，变径孔板9以上充满催化剂，变径孔板9以下放空催化剂为空管，关闭上位容器1与中间容器2之间的上气密阀10。打开下平衡阀7，接通中间容器2与下位容器3之间的下导气管6，使中间容器2的压力上升到与下位容器3的压力相等；转入卸料阶段。
(d)卸料打开中间容器2与下位容器3之间的下气密阀12，使中间容器2内的催化剂颗粒经下颗粒输送管11进入下位容器3，当中间容器2内的催化剂颗粒放空后，下颗粒输送管11内为空管，转至降压阶段。
保持该过程没有任何动作，等待上位容器达到指定料位。
整个循环历时45分钟。操作点位于装置负荷的90％点。
权利要求
1.一种催化剂颗粒逆压输送方法，其特征在于它包括以下步骤(1)降压关闭连接中间容器和下位容器的下平衡阀，关闭中间容器与下位容器之间的气密阀，打开放气装置至上位容器与下位容器压力基本相等，关闭放气装置，打开连接上位容器和中间容器的上平衡阀，接通上位容器与中间容器之间的上导气管，使中间容器的压力与上位容器的压力相等；(2)装料当上位容器达到高料位时，打开上位容器与中间容器之间的气密阀，使上位容器内的颗粒经上颗粒输送管进入中间容器，中间容器开始装料，中间容器达到高料位时，关闭上平衡阀，转入加压阶段；(3)加压打开补气装置，给中间容器升压，到中间容器压力和下部容器压力近似相等时，关闭补气装置；此时催化剂颗粒已停止流动，关闭上位容器与中间容器之间的气密阀，打开下平衡阀，接通中间容器与下位容器之间的下导气管，使中间容器的压力与下位容器的压力相等；(4)卸料打开中间容器与下位容器之间的气密阀，使中间容器内的颗粒经下颗粒输送管进入下位容器。
2.如权利要求1所述的输送方法，其特征在于，在所述卸料步骤之后，具有一个保持步骤，保持卸料步骤后的状态，以调节颗粒输送速率，保持步骤后进入所述降压步骤，形成一个连续输送过程。
3.如权利要求1或2所述的输送方法，其特征在于，所述上位容器和下位容器的压力差为0.05-0.7MPa。
4.如权利要求1或2所述的输送方法，其特征在于，所述催化剂颗粒的大小为0.5-5mm。
5.一种实现权利要求1、2、3或4所述的输送方法的装置，它包括上位容器(1)、中间容器(2)和下位容器(3)以及上颗粒输送管(8)、下颗粒输送管(11)、放气装置、补气装置、上导气管(4)、下导气管(6)、上气密阀(10)、下气密阀(12)、上平衡阀(5)、下平衡阀(7)；其特征在于它还包括缩径装置(9)；所述中间容器(2)位于上位容器(1)之下和下位容器(3)之上；所述上颗粒输送管(8)位于上位容器(1)之下和中间容器(2)之上，将上位容器(1)和中间容器(2)连通，上颗粒输送管上设有上气密阀(10)；所述下颗粒输送管(11)位于中间容器(2)之下和下位容器(3)之上，将中间容器(2)和下位容器(3)连通，下颗粒输送管上设有下气密阀(12)；所述放气装置是连接中间容器(2)与大气之间的管线，其上装有控制阀(13)；所述补气装置是连接惰性气体于中间容器的管线，其入口连接惰性气体，气体压力高于下位容器压力，出口连接于中间容器上部，管线上装有控制阀；所述上导气管(8)上装有上平衡阀(5)，上导气管(8)与上位容器(1)和中间容器(2)相连；所述下导气管(6)上装有下平衡阀(7)，下导气管(6)与中间容器(2)和下位容器(3)相连；所述缩径装置(9)位于上颗粒输送管(8)上，并在上气密阀(10)上方。
6.如权利要求5所述的装置，其特征在于，所述上颗粒输送管(8)和下颗粒输送管(11)竖直安装或倾斜安装；倾斜安装时，与垂直方向的夹角应小于40度；所述上颗粒输送管(8)和下颗粒输送管(11)的长度和上位容器与下位容器之间的压差的比例在3000mm/MPa～30,000mm/MPa之间。
7.如权利要求5所述的装置，其特征在于，所述缩径装置(9)为缩径孔板，其直径是上颗粒输送管(8)直径的0.3～0.7倍。
全文摘要
本发明的催化剂颗粒逆压输送方法及其装置属于固体颗粒的输送方法和装置，为了解决现有固体催化剂颗粒输送过程对催化剂切断阀技术要求严格和减少催化剂粉尘的问题，提出了一种包括降压、装料、加压和卸料步骤的输送方法，并且在现有装置上进行了改进，增加一个缩径装置，结合先加压再切断的方法，实现了催化剂切断阀的省略，减少了催化剂的磨损。
文档编号B01J8/00GK1686603SQ20051005962
公开日2005年10月26日 申请日期2005年3月29日 优先权日2005年3月29日
发明者白跃华, 齐建勋, 何卫国, 赵建春, 田华阁 申请人:白跃华, 何卫国