一种催化剂快速分散方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及催化剂快速分散方法，特别涉及基于颗粒流型检测的催化剂快速分散的技术。
【背景技术】
[0002]催化反应过程广泛应用于各个工业领域，在反应过程中，催化剂在原料中能够均匀分散是此类反应过程能否保持稳定、高效的关键。在催化裂化反应过程中，催化剂分布不均将导致局部原料油过度裂解，并使得催化剂结焦失活。在烯烃聚合过程中，局部催化剂浓度过高时，局部反应将过于剧烈，从而产生大量聚合热无法及时移除，反应器内将形成聚合物结块，影响装置稳定运行。
[0003]催化裂化反应器为一种典型快速流化床反应器，CN102311758B公开了一种催化剂与原料快速均匀混合的方法。该方法通过改变催化剂的注入角度使催化剂从径向或者切线方向注入提升管反应器。CN101161618B公开了一种用于采用醋酸或丙酮等原料经裂解制备乙烯酮及其衍生物时催化剂的注入方法和装置。采用喇叭口形扩径管利用流体的撞击和卷吸作用，使液体在短距离内均匀分散。文献1通过分层注入催化剂改善了提升管内催化剂分散的均匀性。对于淤浆反应器而言，CN201372260Y公开了浆液法生产高密度聚乙烯的催化剂注入装置，通过改变三通阀的位置缩短催化剂和己烷的混合时间，并调整催化剂进料角度降低催化剂堵塞的频率。
[0004]分析现有文献专利可知，目前改善催化剂均匀分散的方法主要有两种:一种通过改变催化剂进料管结构或进料角度优化催化剂分散；另一种通过分层注入催化剂实现其均匀分散。但是，改变催化剂注入管结构和角度仅能保证催化剂在注入管入口处均匀分散，无法保证反应器内部催化剂分散的均匀性；而催化剂分层注入将使得催化剂注入工艺更为复杂化。与此同时，现有改进方案均未考虑反应器内颗粒流动结构对催化剂分散的影响。对于气相法聚乙烯工艺而言，CN100405027C公布了一种流化床反应器颗粒流型的检测方法，检测发现气固流化床中的颗粒流动结构存在含滞留区的大、小循环双循环流动模式。在气相法聚乙烯工艺中，若催化剂注入管出口位置过高，催化剂进入反应器后将很快达到床层料面，单体在催化剂孔道中聚合时间较短，所形成的聚合物颗粒粒径较小，极易被循环气夹带离开床层进入循环气管路内，不仅造成严重的催化剂损失，还会造成循环气管路换热器堵塞。若催化剂注入管出口位于滞留区，催化剂颗粒进入床层后将在该区域堆积，无法均匀分散到反应器内，从而在催化剂注入管出口处形成结块，堵塞催化剂进料、影响反应器稳定运行。此外，如果催化剂注入管出口处距离壁面过近，喷入床层的催化剂将容易粘结在壁面上形成聚合物结片，进而影响反应器稳定运行。
[0005]为了使催化剂能够在反应器内部快速均匀分散，并考虑颗粒流型对催化剂分散的影响，需要发明一种基于反应器内部颗粒流型检测的催化剂快速分散技术，使得催化剂在颗粒循环的带动下快速分散，并避免由于催化剂注入管出口位置选取不合理而造成的粘壁、结块。
【发明内容】
[0006]本发明目的是发展一种基于颗粒流型检测的催化剂快速分散方法，可以使催化剂在反应器内快速分散均匀，所述方法包括以下步骤:
[0007]a.确定反应器内颗粒流型；
[0008]b.基于颗粒流型确定催化剂注入管出口轴向高度及径向深度；
[0009]c.向反应器内喷射催化剂，通过声波检测调控催化剂喷射效果。
[0010]反应器内部颗粒流型的检测可采用声波检测方法、射线检测方法、计算流体力学模拟等方法。在本发明的一个实施例中，选用声波检测方法确定反应器中颗粒流型，具体步骤如下:(1)通过声波检测系统接收反应器内部的声发射信号；(2)分析接收到的声发射信号，选取声波信号的频率f、振幅A、能量E、时间t作为特征值；(3)检测出床层轴向不同高度处特征频率f下的能量E和/或振幅A的分布变化，确定流化床内颗粒的流动模式。其中声波检测系统包括依次连接的声波传感器、信号放大装置、信号采集装置、信号处理装置、结果显示装置，声波检测系统包含至少一个声波传感器，且声波传感器采用非侵入式的安装方式。声波传感器的分布范围为反应器的分布板至床内物料高度Η的壁面处。
[0011]反应器内部的动态声波信号通过设置在反应器分布板以上的壁面处的声波接收装置进入放大装置进行信号的放大，以保证在长距离内信号不衰减，然后进入声信号采集装置进行信号的A/D转换，最后进入声波信号处理装置(计算机)进行处理和分析。
[0012]采集得到流化床料位上方、料位附近和料位下方的声波信号随时间t变化，在料位上方，声波信号的振幅很小，且较为稀疏，这是因为在料位上方属于流化床稀相，颗粒稀少且粒径相对较小，使得颗粒碰撞壁面产生的振幅较小。而在料位附近，由于气泡逸出床面时的弹射作用和夹带作用，致使来自气泡顶部和来自气泡尾涡的颗粒因气泡破碎被抛入流化床的自由空域，此处颗粒运动最为活跃，即颗粒碰撞壁面产生的声能量和声波信号的波动也就越大，致使声信号振幅较大，且大小变化剧烈。在料位下方，声波信号的振幅总体较料位附近低，且振幅较均匀、稳定，同时由于颗粒浓度较大，因此信号十分密集，表明该区域属于颗粒活动相对不活跃的密相区。
[0013]在本发明的一个实施例中，通过声波检测方法得到流化床反应器中颗粒流型为含有滞留区的大、小循环双循环流动结构，其中颗粒主循环长度为L。
[0014]在本发明的一种实施方式中，催化剂的注入管出口轴向高度位于颗粒主体循环区下部0?1/4L范围内，可以保证催化剂快速均匀的分散在反应器内。这是因为，催化剂注入管出口位于主循环区下部时，催化剂进入反应器后具有足够的时间进行聚合反应，从而生成较大的聚合物颗粒，并随着颗粒主循环在反应器内快速分散。如果催化剂注入管出口过高，位于颗粒主循环区中上部，催化剂进入反应器后很快到达床层表面，没有足够的时间进行聚合反应，所生成的聚合物颗粒粒径较小，将很容易被循环气夹带离开床层进入循环气管路，由此造成较大的催化剂跑损，并堵塞循环气管路换热器。如果催化剂注入管出口位于滞留区，催化剂进入反应器后将积聚在滞留区内无法分散，从而形成结块，影响反应器稳定运行。同样，如果催化剂入口位于颗粒小循环内，催化剂进入反应器后大部分催化剂将在小循环内随着颗粒的循环分散，同样造成催化剂在反应器内分散不均。
[0015]本发明的一种实施方式中，催化剂注入管出口径向深度在反应器内循环区内部，约1/4D-3/4D之间，D为反应器直径，可以有效防止催化剂喷射到壁面产生粘壁、结片。这是因为出口位置过于靠近反应器壁面时，催化剂进入反应器后随着颗粒循环的流动极易粘附于反应器壁面，从而产生粘壁、结片，当结片过大时将掉落到反应器内影响反应器出料，从而影响反应器稳定运行。
[0016]本发明的一种实施方式中，催化剂注入管线中氮气流速为1?20m/s，催化剂的流量为0.03?0.08m3/s，注入管套管中乙烯气体流速为1?20m/s。
[0017]本发明的一个实施方式中，通过声波检测系统接收催化剂喷射管壁面处声波信号，分析声波信号选取振幅A作为特征值，通过检测振幅A随时间的变化检测催化剂喷射是否畅通。催化剂注入过程中并非连续注入，而是通过转盘式注入设备在注入管线中氮气的输送下间歇注入到反应器内。在反应器注入过程中，催化剂颗粒将与注入管壁面相互摩擦、碰撞，并产生特性频段的声波信号。通过声波检测系统便可接收催化剂注入过程中所产生的声波信号，当催化剂正常注入反应器时，声波信号振幅A将产生间歇的峰值；当催化剂注入管线堵塞时，声波信号振幅A将一直保持在较低水平，这时通过增大氮气气速可以使声波信号振幅A产生间歇的峰值；当催化剂注入量过大时可以通过降低氮气气速来得到正常的声波信号。
[0018]本发明提出的催化剂快速分散技术能够使催化剂快速、均匀的在反应器内部分散，并且防止由于催化剂分散不均匀或喷射到壁面而产生粘壁、结块。
【附图说明】
[0019]图1是流化床颗粒流型声波检测结果示意图；
[0020]图2是基于颗粒流型检测的催化剂快速分散流程示意图；
[0021]图3是催化剂注入过程的声波在线检测；
[0022]图4是用于测量二元体系混合程度的装置；
[0023]图5是从图2中注入点1注入催化剂时催化剂的分散情况；
[0024]图6是从图2中注入点2注入催化剂时催化剂的分散情况；
[0025]图7是从图2中注入点3注入催化剂时催化剂的分散情况；
[0026]图8是从图2中注入点4注入催化剂时催化剂的分散情况。
【具体实施方式】
[0027]—种催化剂的快速分散技术，其方法包括以下步骤:
[0028]a.确定反应器内颗粒流型；
[0029]b.基于颗粒流型确定催化剂注入管出口的轴向高度及径向深度；
[0030]c.确保催化剂快速顺畅喷射到反应器内。
[0031]首先，需要对反应器内部的流型进行判断，可以利用声波检测、射线检测、计算流体力学模拟中的任一种方法。在本发明一个具体实施例中采用声波检测技术监测反应器内颗粒流型，其中声波检测系统包括声波传感器、放大装置、信号采集装置、信号处理装置，其方法包括以下步骤:(1)通过声波检测系统接收反应器内部的声发射信号；(2)分析接收到的声发射信号，选取声波信号的频率f、振幅A、能量E、时间t作为特征值；(3)检测出床层轴向不同高度处特征频率f下的能量E和/或振幅A的分布变化，确定流化床内颗粒的流动模式。
[0032]保持流化床内颗粒流化状况及其他实验