内外取热器

2．1 垂直盘管式内取热器
由于垂直盘管式内取热器不容易产生气、水的分层现 象，因而可以采用较低的水循环倍率，降低能耗；管子垂 直设置，容易固定，且安装方便；热补偿问题容易解决。 但其缺点是当管内流速过低时，会增加管内空气排除的难 度，产生气、水流动的停滞，给自然循环带来困难。
2．2 水平盘管式内取热器
3．6 输送管路取热器
抚顺石油学院亓玉台等人开发出一种再生剂输送管路取热新技 术，在保证足够高的再生器温度和良好的再生效果的前提下， 降低进入反应器的再生剂的温度，提高原料油预热温度，改善 原料雾化效果，提高剂油比，改善产品分布，提高液体收率。 该专利技术是在再生剂由再生器向反应器输送管路上设置取热 器，其结构如图7。输送管路既包括再生斜管，也包括提升管反 应器的预提升段，并且冷却后的再生剂直接去反应系统而不需 返回再生器。当然，如果工艺需要，也可以通过在取热器与再 生器之间设置管路，将部分冷却后的再生剂返回再生器，用以 控制再生器烧焦温度。该技术在平衡两器过剩热量的同时能有 效地优化反应系统的操作，实现高再生温度、高剂油比、高原 料预热温度的“三高”操作，从而可提高转化率，提高掺渣比， 改善产品分布。输送管路取热技术与现有取热技术相比有如下 优点：在不降低再生温度的条件下，通过降低再生催化剂温度， 使剂油比成为独立可调变量。在相同提升管混合温度下，可提 高剂油比，提高原料预热温度；再生温度不受剂油比和原料预 热温度的制约，高的再生温度，有利于高效再生，并起到钝化 重金属的作用，烟气带出热量增多，取热量减少；再生剂温度 的降低，能减少催化裂化过程热反应，以及再生剂在提升管预 提升段的水热失活；高再生温度、高剂油比特别适用于超稳分 子筛催化剂的应用；取热温位高，热量利用更加合理；能与现 行密相段取热技术、终止剂注入技术共同使用。
3．3 下流式外取热器
催化剂自上而下通过取热器的密相床层， 流化空气以0．3～0．5 m／s的表观流速 自下而上穿过鼓泡床的密相区和稀相区， 夹带了少量催化剂的气体从取热器上部 的排气管返回再生器的稀相区或快速床 上部。这种取热器称为下流式取热器。 催化剂循环量靠出口管线上的滑阀调节， 密相料面高度则靠热催化剂进口管线上 的滑阀调节。80年代初中国石化北京设 计院设计的密相下流式外取热器(如图4 所示)，催化剂以密相向下流动，流化风 鼓泡上升搅动催化剂强密相形式自上而 下流动而被冷却。该外取热器现已被广 泛应用于中国各种规模的20多套重油催 化裂化装置上，并取得了满意的效果。 同时通过美国石伟工程公司已将本技术 应用于韩国和新加坡的炼油厂。本技术 已在中国和美国获得专利。
3 外取热技术
3．1 外取热器的形式 重油催化裂化装置外取热器的类型较多，按 冷热催化剂的流动方式及控制方法分为上流 式、下流式、返混式和气控式等。按蒸发管 的形式分为排管式、多套管式和单程多管式。 按水循环方式分为强行循环与自然循环等方 式。
3．2 上流式外取热器
热催化剂进入取热器底部，输送空气以1．0～1．5 m／s的表观流速携带催化 剂自下而上经过取热器内部，然后经顶部出口管线返回再生器的密相床或快速 床的中、下部，器内催化剂密度一般100～200 kg／m3，属于快速床范畴，这 种取热器称为上流式取热器l j。催化剂循环由入口管线上的滑阀调节，催化 剂和空气也可以一起自下而上通过取热器的管束返回密相床，由于其传热系数 只有100～200w／(m2·K) ，现已不再使用，这种类型的取热器是40年代开发的。 Kellogg公司初期设计的上流式外取热器(如图3所示)，催化剂稀相上流、线速 高、密度小、传热效率低，初期磨损严重，后经改进得到克服。80年代中期， 洛阳石化工程公司充分考虑和吸收了国外的设计经验教训，采用了新的设计思 路设计开发的新一代上流式外取热器，它利用输送风(提升风)在密相状态下强 化传热，线速较低，排除了磨损问题。经过几年的工业运转证明这种专有的催 化剂冷却器技术具有灵活、简单、可靠和高效的特点。
3．4 返混式外取热器
热催化剂从再生器底部或下部的较大直径的 连通管进入下方的卧式或立式取热器的壳体内， 用少量流化空气保持床层内的流化态并使空气夹 带冷却的催化剂自下而上经同一连通管返回再生 器的密相床，或者大部分空气经过取热器顶部隔 板与大量冷催化剂分开后通过另一根排气管去再 生器稀相区。这种取热器称为返混式外取热器， 其结构如图5所示。返混式外取热器的热冷催化剂 入口和出口在同一处。即再生器与外取热器相连 部位靠返混实现热冷催化剂置换，所以有相当部 分热催化剂未能和外取热器内的取热管接触就返 回到了再生器密相段，而冷却后的催化剂又有一 部分在外取热器内停留时间过长，从而影响传热 效果。返混式取热器是UOP公司80年代中期开发的 新型设备，它与再生器连成一体，取消了带衬里 的热催化剂管道及昂贵的滑阀，造价低廉，运行 可靠。唯一不足的是冷热催化剂同在上部一个口 进出，导致取热器底部催化剂温度过低，冷热催 化剂置换不良，因而导致平均热强度降低。为缓 解这一矛盾，返混式取热器的高径比不能过大， 这也是一个重要不利因素。
术由此诞生。随着取热技术的不断进步，到了70～80年
代，外取热器又有了上流式和下流式之分。90年代，气
控式取热器又开始占领市场；目前，由于催化裂化工艺
的发展，重油掺炼量不断上升，导致生焦率上升、高温
烟气余热量进一步加大，因此又出现了高温烟气取热技
术。
2.内取热技术
内取热器又称床层冷却盘管，有水平布置和 垂直布置两种形式。美国Kellogg工程公司于1961 年在菲利普斯(Phillips)石油公司的博格(Borger) 建一套重油催化裂化装置，该装置的再生器内设 置了盘管式内取热器，加工常压重油，这是世界 上较早采用盘管式取热器的重油加工装置。该取 热器设备结构复杂，而且管子入口端及催化剂出 口端变径处腐蚀严重，操作周期短。缺点很多， 但在当时已用于22套工业装置上，对维持高焦炭 产率下的热平衡起到了一定的作用。80年代中国 石化北京设计院也推出了自己的内取热器，有垂 直盘管式和水平盘管式两种。
水平盘管式内取热器的主要特点是盘管水平布置，管内是气、水两相流动，当质量流 速较低时，容易产生气一液分层现象，因而需要较大的质量流速。水力偏差和热偏差较垂 直式取热盘管大些，尤其是水力偏差增加将会引起循环倍率不一致，影响操作的安全性。 取热盘管水平放置时，为了防止管子往下挠曲，在设计中需要较多的水平支架，另外，水 平支架还会往下膨胀，膨胀量的限制是设计时必须考虑的因素。因此，水平管的支架远比 垂直管的支架复杂，合金钢用量也较多。盘管安装较为困难，尤其在老装置改造中增设内 取热盘管时盘管会与旋风分离器的料腿产生碰撞，必须移动料腿的位置，改造的工作量也 较大。内取热器的取热能力由于面积固定，虽然床层温度、床层密度和气体流速可能带来 少许变动，但基本上变化不大，没有可操作调节的手段，因此只适用于原料组成和产品收 率变化很小的场合。
3．5 气控式外取热器
催化剂进入取热器的方式与返混式的相似，但在返混密相床内设有开口向下的提升 管，引入提升空气将大部分冷却后的催化剂经提升管返回再生器密相床。这种取热 器称为气控式内循环取热器。这一类型的传热系数比返混式的高，催化剂循环量和 热负荷主要靠改变提升管空气量调节，省去了滑阀。洛阳石油化工工程公司在吸收、 借鉴国内外取热技术的经验教训的基础上，也开发研制了一种气控式外取热器，其 结构见图6。它比一般上流式、下流式取热器节省了带隔热耐磨衬里的热催化剂管 道、膨胀节以及价格昂贵的单动滑阀。同时热冷催化剂上进下出，又排除了取热器 底部低温区。采用单套管肋片管束，使传热效果大幅度提高，但绝非仅单套管才能 加肋片强化，其它集合管束同样可以采用肋片强化技术，这可明显提高取热器内部 管面积。因而，它比返混式取热器的平均热强度高。实践证明在取热器冷热负荷的 调节手段中，最有效最灵敏的是流化风，因而便于采用气控方式。与其他相似的取 热器相比，有取热能力强、使用寿命长、管束磨损小、开停工方便、安全可靠等特 点，并且取热量的调节范围可达0～100％，在灵敏区取热量的可调范围在50％以上。
1.取热技术进展

20世纪40年代，出现了流化催化裂化，最初催化剂
性能很低，虽然用残炭值很低的蜡油作原料，但生焦率
仍然高达12％ 。为了适应生产的需要出现了内取热技
术，对再生过程中产生的过多热量，Kellogg公司采用
在再生器内部对催化剂进行冷却的内取热技术。由于催
化剂在管程内流动，上流式稀相输送，传热系数很小，
谢谢！
催化裂化内外取热器 知识
主讲人：岳东利
由于重油或渣油的残炭值很高，在催化剂 的再生一烧焦过程中放出的热量远大于系统所 需要的热量，为了维持系统的热平衡，过剩的 热量必须转移出去，其办法就是采用取热技术 对再生系统的催化剂进行冷却。催化剂的冷却 可以在再生器内部或外部进行，前者称为内取 热，后者称为外取热。内取热的方法是在再生 器内部安装冷却盘管，当给水通过盘管从催化 剂中吸取热量转化为蒸汽时，催化剂得到冷却， 外取热的方法是在再生器外部设置一个外取热 器，从再生器出来的再生催化剂在外取热器内 被冷却。
取热效率低，管程磨损严重，生产周期短。其后由于催
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化剂的不断改进，催化剂生焦率已大大下降，自20世纪
50年代初以来，用馏分油催化裂化不存在热量过剩问题，
催化剂冷却器也逐渐不为人们重视，因而中断了对取热
技术的发展。20世纪60年代初，由于原油的重质化及对
轻质燃料油需求量的增加，出现了重油催化裂化。显然
只用内取热器已不能满足再生器的取热要求，外取热技