用于精确控制温度的传热固体冷却装置，所述装置能够与吸热或放热过程相关联的制作方法

本发明涉及用于冷却催化的或非催化的固体的热交换器，所述固体充当传热固体。本发明的热交换器由此经由至少一个导管连接到所述过程。在第一构型中，用于将“热”固体从实施所述过程的单元供应朝向交换器的导管和用于使“冷”固体从交换器返回到同一个单元的导管意味着固体流穿过交换器。交换器也可借助于单个导管与流化固体的储存器连通，借助于交换器与储存器之间的湍流混合实现催化剂来回穿过该单个导管。所述交换器主要包括浸入流化床中的蒸汽发生器束，所述流化床由待冷却的固体颗粒构成。由于此原因，将在文本的其余部分中称此交换器处于流化床模式中。更确切地，本发明涉及在流化床单元中操作的催化剂的再生的领域，且更精确地涉及用于控制催化剂的温度的装置，所述催化剂从再生区的一个点被移除并且返回到所述再生区的另一点。在催化裂化单元的背景下，此装置称作“催化剂冷却器”。由于本发明超出了催化裂化（其仅构成一个应用点）的背景，所以在本文中，此后本装置将称作流化床固体交换器（échangeursursolideenlitfluidisé）或流化冷却器。更通常地，可将本发明应用于在化学或物理转变过程中将热传输到反应区的任何传热固体，该化学或物理转变过程的温度必须借助于生成蒸汽的交换器来控制。更具体地，本发明涉及催化剂在流化床中的再生，尤其由于与重烃的进料反应而带有烃残余物和焦炭。具体地，其适用于加氢催化剂、催化裂化催化剂或催化加氢裂化催化剂、重整催化剂的再生，或适用于用于热裂化的接触物质的再生，或事实上适用于循环流体燃烧（cfb）。通常，本发明可涉及需要传热固体的任何类型的过程，而不论所述过程自身是吸热的还是放热的，并且涉及在流化状态中进行使用的固体。
背景技术：
：大多数催化过程是裂化过程，在此期间具有高分子量和高沸点的烃分子被分裂成具有较低沸点的更小的分子。在此类过程中，精炼厂使用的最常见的过程是在流化床中的催化裂化过程（流体催化裂化，fluidcatalyticcracking），其缩写成fcc。在此类型的过程中，使烃的进料同时汽化并使其在高温下与裂化催化剂接触，所述裂化催化剂在进料的蒸汽中被保持悬浮。在通过裂化达到期望的分子量范围且沸点相应地减小之后，使催化剂与所获得的产物分离。在此类型的过程中，当使进料与催化剂接触时，裂化反应几乎瞬时发生。然而，由于烃被吸收到催化剂的表面上，这样会导致催化剂迅速失活，并且由于大分子的脱氢作用和缩合聚合而导致在催化剂的活性部位上形成焦炭沉积物。通过以下步骤连续地实施对于催化剂所必需的再活化：最初，汽提催化剂，例如使用蒸汽或惰性气体；然后第二，借助于受控燃烧（通常在有空气存在的情况下，该空气可以是贫氧的）来消除在反应期间形成的焦炭的全部或一部分。此贫氧的空气主要被用在其中催化剂对高温高度敏感的一些过程中。然后，通常从再生器中收回再生催化剂，然后，使其朝向反应器（在fcc单元中称作“提升管”）的底部再循环，在该反应器中发生裂化反应；催化剂和流出物处于竖直上流模式中。以此方式自然地实施fcc过程，使得裂化单元处于热平衡。换言之，由热的再生催化剂供应的能量能够满足反应段的各种热需求，即主要是：对液体进料的预热；对该进料的汽化；对裂化反应（其总体上是吸热的）所需的热的供应；以及对该单元的热损失的补偿。在过去已经提出过在再生区内的交换器，但使用在所述再生区外部的交换器是优选的，因为其具有许多优点。术语“在……外部”应理解为意指在再生区外。在流化床中的固体上使用交换器类型的外部热交换器意指，从再生区移除的催化剂能够被冷却，并且在将其重新注入到所述区中之前能够好得多地控制其温度。与位于再生区中的交换器相比较，外部交换器的另一个优点是：能够在比再生器的床中湍流更小的流化床中操作该外部交换器，这意指从磨损的角度看能够采用较不严苛的条件。以更加温和的速度流化意指能够使用未被涂覆防磨保护物的裸露钢管。外部交换器意指能够采用特定流化，且由此能够独立于设施的其余部分来控制热交换系数。许多专利描述了外部装置或将流化床固体交换器类型整合到再生区中的装置，具体地，专利us2970117、us4396531、us4822761，这些专利可被认为形成现有技术的一部分。专利us5351749描述了“catcooler”，其能够用来控制催化剂在其再生期间的温度，并且其能够与用于fcc型催化裂化过程的再生器一起使用。本发明的装置的布置与在引用的文本中所描述的装置的不同之处主要在于：位于流化床固体交换器中的冷却针（coolingpin）在水平截面中具有三角形模式；以及在于，用于冷却流体的分配和收集室（称为“歧管”）的形状也具有不同的几何结构。专利fr2932495描述了催化裂化单元，其包括具有催化剂上升流的两个反应器（称为“提升管”）：专用于生成汽油的第一反应器和专用于生成丙烯的第二反应器。这些反应器中的每一者被供应有从专用的流化床固体交换器所获得的催化剂，以便提供对两个反应器中的温度和接触时间的独立调整。所述专利并未提供流化床固体交换器的布置的准确细节，尤其是交换束的形状。专利us4965232描述了连续操作的流化床再生过程，其中来自第二再生区的催化剂的一部分被送到可在再生（区）外部的热交换器。该交换器并不是特定的，而可以是本领域技术人员已知的任何类型。本发明描述流化床冷却器的几何结构，其能够用来改进紧凑性，并且限制构成交换器的针在流化的作用下发生移动的风险。特别地，根据本发明的流化床固体交换器可理想地用在具有一个或两个“提升管”或甚至具有向下的流动的反应器（称作“下流式反应器”）的催化裂化单元。通常，流化床中的本交换器可用在需要传热固体的任何过程中，该传热固体在流化状态下与反应区连通。技术实现要素：本发明能够被限定为用于允许使传热固体进行受控热交换的装置，所述传热固体将其热供应到大体进行吸热反应的单元，或反之亦然，从大体进行放热反应的单元移除热。更精确地，本装置能够用来在将传热固体重新引入到所述过程的反应区中之前控制所述传热固体的温度。根据本发明的装置包括用于生成蒸汽的交换束，所述束浸入固体流化床中，并且所述流化床被容纳在一容器中，该容器在经由用于引入“热”固体的至少一个导管（4）与过程的反应区连通。在一些情况下，浸入流化容器中的装置经由两个不同的导管与反应区连通：用于将固体引入到流化交换器中的导管（4），和用于在交换之后排出固体的导管（3）。根据本发明的流化冷却装置的交换束包括被分成四个的竖直管的组件，即：中心卡口式管（8）/（9）在其下端处被划分成三个管（10），这三个管大致平行于管（8）/（9）并且围绕所述卡口式管（8）/（9）对称地安置，以便在顶视图中形成呈三叶纹形式的对称组件。将包括卡口式管（8）/（9）和三个平行管（10）的组件称为交换束或束模块的基本模式。根据本发明的用于冷却传热固体的装置由此具有交换束，在交换束中由卡口式管（8）/（9）和类型（10）的三个管形成的各个模块以一方式安置成三角形图案，使得尽可能完全地占据冷却装置的截面。由管（8）/（9）和三个管（10）形成的模块的下部部分优选地配备有护套（11），所述护套以一方式被放置在管（8）和三个管（10）之间的接头周围，使得在热和机械两方面上保护这些管。保护护套（11）优选地具有防磨材料作内衬，且该保护护套是自浇铸式的并且具有高密度。管（8）/（9）和三个管（10）的组件的密度通常是在冷却器截面的10-40个/m2的范围中，优选地在15-30个/m2的范围中，且更优选地在20-25个/m2的范围中。中心管（9）的直径优选地在30-150mm的范围中，且更优选地在50-75mm的范围中，并且管（8）和（10）的直径优选地在40-200mm的范围中，且更优选地在75-125mm的范围中。这些指的是这些管（8）、（9）和（10）的外部直径。根据本发明的装置可用在用于生成蒸汽的过程中，在该过程中，液态水经由中心管（9）的上端部被引入、滴落到这些管的底部，且水/蒸汽混合物沿同轴管（8）和三个平行管（10）上升。根据本发明的装置可用在以下过程中，在该过程中，流化冷却器的入口处的温度在以下两者之间的范围中：饱和蒸汽在待产生蒸汽压力下的温度；以及由交换管的金相学所设定的最大可容许温度。以实例说明，当高压蒸汽在4.5mpa下的饱和温度接近260℃时，催化剂将必然具有大于260℃的温度。本发明本质上并不强加温度上限；设定上界的只是管的金相学。在催化裂化中，815℃的温度通常被认为是最大可容许温度。根据本发明的装置还可用在用于使烃馏分催化裂化的过程中，在该过程中，冷却容器中的流化速度是在0.05-0.5m/s的范围中，且优选地在0.1-0.3m/s的范围中。附图说明图1（根据现有技术）图示性地描述了再生器（例如，催化裂化单元）与称作流化床固体交换器的容器之间的联系。图2到图5更详细地描述了根据本发明的流化床固体交换器。图2表示流化床固体交换器的内部的纵向截面，其中具有它的交换管阵列。图3表示流化床固体交换器的沿图2的轴线bb的截面，并且允许看见交换器布置成三角形图案。图4表示流化床固体交换器的顶视图，其补充图3。图5以截面图（图5a、图5b和图5c）提供关于保护模块（11）及交换器管之间的连接的细节。图6示出针对相同的内部直径的根据本发明的交换器的截面图（6a）和根据现有技术的交换器的截面图（6b）。图7将根据本发明的与根据现有技术的流化床固体交换器的几何结构的效率进行比较。具体实施方式本发明涉及用于控制催化剂的温度的装置，或更大体地用于控制在流化状态下被划分成多个颗粒的固体的温度的装置，以及此装置在催化或非催化过程中的用途，在该过程中，在流化床模式下操作所述固体的再生。本发明由此可被定义为用于允许使传热固体进行受控热交换的装置，所述传热固体将热供应到大体进行吸热反应的单元，或与此相反，所述传热固体从大体进行放热反应的单元移除热。特别地，根据本发明的装置和过程可在用于烃的加氢作用的催化剂、用于催化重整的催化剂的再生期间实施；经实施用于链烷烃或烯烃的异构化、用于由溴化甲烷产生芳香族、用于通过甲苯的甲基化产生二甲苯、用于催化裂化或用于催化加氢裂化、或事实上用于热裂化的接触物质的再生、或实际上用于流化床燃烧或循环流体燃烧。文本的下文是在催化裂化单元（其以示例的方式给出）的背景下阐述的；这决不构成对本发明的应用领域的限制。本发明的描述由图1到图7所支持。图1（根据现有技术）描述了其中流化床固体交换器（2）与再生器（1）相关联的过程布局。在催化裂化过程中，裂化反应发生在提升管（对应于流化床中用催化剂的上升流进行操作的反应器的术语）或下降管（对应于用流化催化剂的下降流进行操作的反应器的术语）中。在反应区之后，存在用于使催化剂与气态的裂化流出物分离的脱离接触区。结焦的催化剂被送到再生器（1）。事实上，在裂化反应期间，焦炭沉积物形成在催化剂的表面上，并导致催化剂失去其活性。因此，在将催化剂重新引入到反应器中之前，必须使该催化剂再生。此再生主要包括沉积在催化剂表面处的焦炭的受控燃烧。在再生期间，催化剂的温度最小为650℃，且可上升到大约800℃到900℃的温度，并且由催化剂供应的热可用来汽化烃进料以及用于吸热的裂化反应。尽管如此，在重质进料的情况下，单元的热平衡意味着存在超过该单元的需要的余热。能够使用容纳流化床固体交换器的热交换区（2），使得通常通过产生高压蒸汽来排出余热。流化的、热的催化剂经由导管（4）被送到流化床固体交换器，并且在冷却之后经由导管（3）返回到再生器，该催化剂由经由导管（6）供应的输送气体所传输，所述输送气体能够用来流化催化剂并夹带催化剂朝向所述再生器（1）。催化剂也可被引导朝向设备（例如，提升管）的其它部分。导管（7）能够用来向流化床固体交换器（2）供应气体，以便流化容器（2）中的催化剂。借助于穿过设备的固体的流速（借助于位于导管（6）上的低位置中的限制阀）来调整交换器中的固体床的温度。导管（5）能够用来将流化气体从流化床固体交换器（2）排出，并将其送到再生器（1）。管（8）、（9）和（10）能够用来向浸入流化床中的交换束供应水，并且在交换器出口处重新获得水/蒸汽混合物。在本发明的一个实施例中，流化床固体交换器（2）位于再生区（1）外部，并且借助于如上文所描述的导管（3）和（4）与其连通。本发明包括流化床固体交换器的特定布置。且特别地，包括浸入流化床中的内部交换器的束。此内部交换器呈沿穿过容器（2）的全长的大致竖直轴线延伸的一束管的形式，这些管具有两种类型，即单管（10）或者双管（称作具有内管（9）和环绕内管（9）的同心外管（8）的卡口式管）。内管（9）用来使液体下降，并且包括在两个同心管（8）与（9）之间的环形部分用来使液体/蒸汽混合物上升。在本文的下文中，在已知此管的环形部分用于使液体/蒸汽混合物上升的情况下，为了简化，将使用术语“卡口式管（8）/（9）”。图2（根据本发明）示出了流化床固体交换器（2）在其全长上的截面图，并且允许看见根据本发明的内部交换器。从再生器获得的热催化剂在通常在650℃到800℃的范围中的温度下经由导管（4）到达流化床固体交换器中。在流化床固体交换器（2）内部，这束管（8、9、10）进行热交换。根据本发明的交换器通常具有在0.5-10米的范围中、优选地在1-5米的范围中的直径。由卡口式管（8）/（9）和三个管（10）形成的组件构成了交换束的模块化模式，如下文将针对图3、图4和图5更详细解释地。为了简化，这将被称为交换束模块。内管（9）用来使液体下降，并且包括在两个同心管（8）与（9）之间的环形部分用来使液体/蒸汽混合物上升。这些管（8）和（10）在某些点处连接在一起（例如，通过焊接），并且这些连接形成收集器，其受到如图5中所描述的装置的保护。焊接到交换束的每个模块的下部部分的螺栓（14）既用于使管（9）的端部闭合，又用于悬挂三角形杆的第一组件（12），所述第一组件将交换束模块松散地连接在一起，以便缓冲这些管在大致水平方向上的移位，并且防止束的各个模块的管彼此相撞或撞上流化床固体交换器（2）的容器的壁。相对于第一组件（12）位于较上部水平处的三角形杆的第二组件（13）也能够用来限制这些管在水平平面中的振动，并且由此将它们维持在彼此相距一定距离处，所述距离始终大致恒定。入口7a和7b能够容许空气、蒸汽（或任何惰性气体）充当用于流化催化剂颗粒的气体，以便维持催化剂床处于流化状态，这保证了其不会堆积，并促进其流动朝向出口（3）。通常，流化速度被计算为流化流速与交换器的自由截面的比值，该流化速度是在0.05-0.5m/s的范围中，优选地在0.1-0.3m/s的范围中。经由入口7a和7b所引入的气体的流速还允许调节流化速度，并且由此允许调整催化剂床与交换束之间的热交换系数。已冷却的流化催化剂经由导管（3）返回到再生器。图3（根据本发明）示出了流化床固体交换器（2）沿图2的轴线bb的截面图。图3清楚地示出了管（8）、（9）和（10）的布置。水从管（9）的上端部下降到所述管的下端部，并且在液体-蒸汽状态下经由外同心管（8）和三个管（10）上升。管（8）、（9）和（10）的邻近的组件的图案是三角形，且由各个卡口式管（8）/（9）产生的图案也是三角形。此构型确保了交换束的最大紧凑性。图4（根据本发明）是位于壳体（2）上方的流化床固体交换器的顶视图，并且能够用来理解如何布置卡口式管（8）/（9）的上端部。在包括在同心管（8）与（9）之间的环形部分中向上移动的水/蒸汽混合物进入t型接头中，然后各个t型接头有可能在一或更多级中连接在一起，以便构成用于所产生的蒸汽的出口导管。图5（根据本发明）说明了关于护套（11）的实施例的若干细节。图5a能够用来理解液体是如何离开管（9）的下端部，然后液体/蒸汽混合物一方面在由两个同心管（8）和（9）限定的环形部分中上升，且另一方面在三个提升管（10）中上升。从下行管（9）的开放的下端部开始，水被划分成4个回路，即环形提升管回路（8）和用于经由三个管（10）向上流动的3个回路，所述三个管在卡口式管（8）/（9）周围安置成三角形图案。图5b和图5c示出了上部和下部保护护套（11）的定位。这些护套对管（8）周围的三个管（10）的焊接区起到防热和防磨两种作用。在图5c中，将看到，保护护套（11）不仅保护管（10）的外部，还保护在管（10）与管（8）之间延伸的内部部分。图5c还示出了护套（11）具有对称的三叶纹形状。三个管（10）由此在卡口式管（8）/（9）周围形成以卡口式管（8）/（9）为中心的三角形图案。这些保护护套（11）安置于在管（10）与管（8）之间的接头上方和下方的一定高度处。它们可通过组装压制板和/或焊接板制成，并且充当用于填充具有热绝缘和机械保护的功能的材料的模具。材料的优选示例是与用作再生区中的催化裂化单元中的涂层同种类型的耐火混凝土。此类材料的示例是来自resco或actchem85的r-maxmp；此列表并不是详尽的。还有可能使用易熔材料（聚合物），以便模制保护护套（11）；材料将在设施启动时熔化，从而使耐火的防磨材料被暴露。卡口式管（8）/（9）和三个提升管（10）的组件构成了交换束模块，所述整个交换束是通过组合各个模块构成的，并且这些各个模块布置成三角形图案，以便尽可能最佳地覆盖流化床交换器的截面。从使用流化床固体交换器（2）的截面的观点看，本发明的蒸汽发生管的三角形布置能够用来获得管的最佳化空间分布。此布置示于图6a中，而图6b示出了根据现有技术的远远不那么紧凑的布置。在圆形截面内使用三角形图案比现有技术有利得多，在现有技术中方形或矩形模式在边缘处产生极为明显的死区。这些死区导致效率损失，这不仅是由于此处不存在交换管，而且还由于它们留出的开放通道。这导致用于热催化剂的一部分的优先路径，这些路径能够很容易使交换束发生短路并返回到结果被较小程度地冷却的再生器。因此，本发明能够用来使热交换更均匀，且总体上改进热效率，并促进催化剂的流动。概括地，本发明涉及能够允许使在具有至少一个反应区的吸热或放热过程中所使用的传热固体进行受控热交换的装置，所述装置包括浸入固体流化床中的交换束，所述流化床被容纳在一容器（2）中，所述容器经由用于引入固体的至少一个导管（4）与反应区连通，并且所述交换束包括被分成四个的纵向管的组件，即：中心卡口式管（8）/（9）在其下端处被划分成三个管（10），这三个管大致平行于管（8）/（9）并且围绕所述卡口式管（8）/（9）对称地安置，以便在顶视图中形成呈三叶纹形式的对称组件，该对称组件称为交换束模块。优选地，在根据本发明的装置中，由卡口式管（8）/（9）和类型（10）的三个管形成的各个模块以一方式安置成三角形图案，使得尽可能完全占据冷却装置的截面。依据根据本发明的装置的变型，由管（8）/（9）和三个管（10）形成的每个模块的下部部分配备有护套（11），所述护套以一方式放置在管（8）和三个管（10）之间的接头周围，以在热和机械两方面保护这两种管。优选地，保护护套（11）由防磨材料制成，且该保护护套是自浇铸式并具有高密度。优选地，由管（8）/（9）和三个管（10）形成的模块的密度是在冷却器表面的10-40个组件/m2的范围中。优选地，中心管（9）的直径是在30-150mm的范围中，且管（8）和（10）的直径是在40-200mm的范围中。根据本发明，所述固体流化床优选地被容纳在容器（2）中，所述容器经由用于引入固体的至少一个导管（4）和用于排出固体的至少一个导管（3）与反应区连通。本发明还涉及用于使用根据本发明的装置来生成蒸汽的过程，在该过程中，液态水经由中心管（9）的上端部被引入、滴落到这些管的底部，且水/蒸汽混合物沿同轴管（8）和三个平行管（10）上升。本发明还涉及使用根据本发明的装置的吸热或放热过程。优选地，本发明涉及使用根据本发明的装置用于使烃馏分催化裂化的过程。在此情况下，更优选地，固体在冷却器的入口处的温度是在700℃到815℃的范围中，并且固体在冷却器的出口处的温度是在550℃到770℃的范围中；并且优选地，冷却器容器中的流化速度是在0.05-0.5m/s的范围中。根据本发明的示例下文针对具有2500mm的交换器内部直径给出了若干尺寸的示例。应用是用于催化裂化单元的交换器，所述交换器旨在以受控方式冷却催化剂。在管束模块的中心之间具有400mm的相同间距的情况下，图6a和图6b能够用来将根据本发明的布置与根据现有技术的布置相比较。根据本发明的交换器的管密度要高得多。应注意到，即使每个模块的交换面积更小，但是根据本发明的束的总交换面积更大。这是因为更好的密度，且由此容纳在交换器的流化容器中的模块的更大数量。本发明现有技术交换器的内部直径25002500mm固体的入口温度770770℃固体的出口温度620620℃制冷剂（液态水/蒸汽）的温度260260℃每个模块的管的数量45管长度（mm）63006300mm外围管的外部直径7575mm中心管的外部直径120120mm热交换系数460460kw/(m2.k)一个模块的交换面积6.88.3m2交换束中的模块的数量3119总交换面积211158m2热输出3627mw交换器的高度1500015000mm图7表示能够设在交换器的流化容器内部的管的数量随所述容器的直径的变化，并且能够用来将本发明的构型（实线曲线）与现有技术曲线（虚线曲线）相比较。它图示了根据本发明的束且针对一定范围的交换器直径的改进的紧凑性。当前第1页12