CN101391234A - 一种催化剂多段再生方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明介绍了一种催化剂多段再生方法及装置，待生催化剂首先进入一段再生器，依次在一段、二段、三段再生器内与含氧气体接触反应，一段的含氧再生烟气进入二段继续利用，在三段通入新鲜压缩空气进行再生反应，完成全部再生过程。还可以向一段或二段再生反应补充新鲜压缩空气，催化剂还可以回流进入其他段进行再生。本发明的再生装置由一段、二段、三段湍流床再生器串联组成，设置分布板或隔板以及催化剂立管，各段再生器同轴布置。本发明采用多段逆流再生，提高了平均化学动力学速度，强化了再生过程，节约含氧气体用量，降低生产费用；实现了待生催化剂从再生器底部或中部进料，降低了相应催化转化装置高度，缩短油气管线，降低了工程投资。
Description
技术领域
本发明涉及一种石油烃类催化转化技术，特别是涉及一种催化剂多段再生方法及装置。
背景技术
结焦催化剂的再生是烃类原料流化催化转化过程必不可少的工艺过程，而再生器的投资在整个催化转化装置的投资中占有很大比重，其能耗也占催化转化装置能耗的80％以上，而该能耗主要来自压缩再生气体消耗的电能，提高介质利用率，改进再生效果，对降低装置操作费用，减少建设投资有重要意义。因此催化剂再生技术及其装置一直是催化转化领域研究的一个热点问题。
目前工业上常用的再生方式主要有：单段再生、两段再生及循环床再生等。单段再生工艺比较简单，设备也不复杂，一直被广泛采用，但为充分发挥催化剂的活性作用，往往要求再生催化剂含碳要求低于0.1％，对于单段再生，实现这一要求较为困难，需有增加催化剂的藏量和再生时间，需要消耗较多的再生反应气体，装置能耗和操作费用偏高。其不利因素主要是单段流态化床层返混严重，催化剂再生效率较低；两段再生方式则是再生依次在两个流化床中进行，两段的综合再生效果优于单段再生，催化剂藏量和再生时间较低，因此成为目前应用较为普遍的一种再生形式。
关于两段再生的技术有很多，如MOBIL公司在其专利EP0610186中公开了一种FCC催化剂再生方法，包括以下两步：待生剂首先在包括一快速流化床和一稀相输送立管的一段再生器中部分再生为半再生催化剂，一段再生烟气不进入二段再生，而是经分离出催化剂后排出再生器，半再生催化剂进入二段流化床重新与新鲜再生空气接触，进一步再生，生成再生剂和烟气，一段和二段再生烟气中含氧量都较高，故耗氧指标和能耗指标都较高；UOP公司的专利US3844973公开了一种流化催化剂再生方法，第一段为快速流化床(烧焦罐)和稀相输送管，经气固分离后，再生催化剂进入第二密相床经汽提出烟气后返回反应器使用，再生烟气则经上部的旋分器进一步分离出催化剂后，经烟气管线排出；UOP公司的另一专利US4849091则公开了一种催化剂分段再生方法，与US3844973不同之处在于：催化剂最后进入密相床再生区(即第二密相床)重新与新空气接触实现完全再生，再生催化剂一部分返回反应器使用，一部分返回高效接触区(即第一密相床)；中国专利CN200410030876.7则公开了一种双再生器的组合式催化转化再生方法，它由并列的两个再生装置组成，包括湍流床第一再生器和含再生管在内的后置第二再生装置，待生剂首先进入湍流床再生器部分再生，半再生催化剂和含水蒸气烟气上升至再生器稀相，经气固分离后一再烟气直接排出再生器，半再生催化剂进入后置再生管在新补充的空气条件下继续再生，由于一再和二再烟气中含氧量都较高，故耗氧指标和能耗指标都较高。以上这些强化再生技术的再生器再生强度比常规单段再生器高1-2倍，但其结构和操作都比较复杂，并且没有考虑到烟气中过剩氧的利用问题，烟气中过剩氧自管线排出，导致实际能耗增加。
LPEC在其CN89109293.5中公开了一种流化床催化剂的两段氧化再生方法，两段再生气体采用上下串联流程，第一段再生设在下部，第二段再生设在上部，待生催化剂在第一段再生反应后，催化剂和再生烟气一起向上流动进入第二段再生，简化了再生设备结构和工艺流程；但两段氧化均为并流再生，第二段低碳含量的催化剂与第一段再生后的低氧含量再生烟气相接触反应，化学动力学速度低，难以实现再生效率的总体提高。
UOP公司和Ashland公司在US4299687中公开了其联合开发的RCC两段逆流再生反应再生设备，是由上下重叠布置的第一再生器和第二再生器、以及一与其高低并列布置的反应沉降器所组成；两再生器上下布置，第一再生器设置在上部，第二再生器设置在下部，来自反应器的待生催化剂先进入上方的第一再生器，半再生剂通过催化剂立管靠重力流入下方的第二再生器继续再生，新鲜再生气体先进入下方的第二再生器，第二再生器的含氧烟气进入第一再生器继续利用。虽然它提高了再生效果，可以满足工艺和工程上的要求，并且利用了第二再生器顶排出的含O2的烟气，但由于待生催化剂经斜管进入第一再生器，第一再生器相对较高的位置决定了装置高度明显加大，一般较常规催化转化装置高20m(总高度一般在70m以上)，造成建设及检修费用均较高。
CN 97121795.5公开了一种重油流化催化转化重叠式两段再生技术，其工艺流程方面和上述US4299687中公开的RCC工艺类似，仅在设备内部结构上有所不同，两段再生器之间用低压降分布板连连通，同样存在RCC工艺装置过高导致投资较大的问题。
CN 01114931.0也提出了一种流化催化转化催化剂再生方法，管式再生器与多段湍流床再生器相并列的催化剂串联组合再生方式，催化剂从再生器底部进入，经输送管输送到上部的再生段，同时在输送管烧掉40-50％的碳和几乎全部氢，烟气和催化剂一起输送到再生器上部，然后在湍流床再生器内经过多段逆流再生，完成全部再生过程。该方法由于湍流床再生器采取多段逆流再生方式，平均化学动力学速度比较高，提高了催化剂的再生效果，但是由于首先采用管式再生，待生剂的起始反应温度较低，难以满足要求。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是在现有催化剂再生方法的基础上，开发一种既能强化再生过程，又可降低工程投资和操作能耗的催化剂多段逆流再生方法和装置。
本发明采用的技术方案如下：
本发明的催化剂再生方法，待生催化剂首先经待生催化剂立管进入一段再生器，依次在一段、二段、三段再生器内与含氧气体接触反应，其中来自一段的含氧再生烟气进入二段继续反应利用后排出，二段再生器内的半再生催化剂通过催化剂回流管进入三段再生器，在三段通入新鲜压缩空气进行再生反应，完成全部再生过程，三段中的再生催化剂部分经再生催化剂立管返回反应系统，烟气最终经气固分离后由管线排出装置。
本发明的催化剂再生方法，优选的技术方案之一是：一段再生设在中部，二段再生设在上部，三段再生设在下部；三段内的再生烟气和部分催化剂通过分布板向上进入一段继续反应。
方案一进一步优选的技术措施可以是一段再生设在中部，二段再生设在上部，三段再生设在下部；三段内的再生烟气和部分催化剂通过分布板向上进入一段继续反应，向一段或二段再生反应补充新鲜压缩空气。
方案一进一步优选的技术措施还可以是一段再生设在中部，二段再生设在上部，三段再生设在下部；三段内的再生烟气和部分催化剂通过分布板向上进入一段继续反应，向一段和二段再生反应补充新鲜压缩空气。
本发明的催化剂再生方法，优选的技术方案之二是：一段再生设在下部，二段再生设在上部，三段再生设在中部，向一段通入新鲜压缩空气，一段再生形成的再生烟气通过输送管进入二段继续反应利用，三段内的再生烟气和部分催化剂通过分布板向上进入二段继续反应，二段内的催化剂通过催化剂回流管回流进入一段再生器。
方案二更进一步优选的技术措施可以是：三段内的再生烟气在三段上部三段和二段间的分布板下方与来自一段的再生烟气和催化剂混合，一起经分布板进入二段再生器。
一种催化剂再生装置，包括设于装置上部稀相空间的气固分离元件、设于装置顶部的烟气管线，其特征在于：再生装置由一段、二段、三段湍流床再生器串联组合而成，三段再生器设置新鲜空气气体分布器，各段再生器设置分布板或隔板，再生器间采用分布板或催化剂回流管或输送管连通，一段和三段再生器底部分别设置待生催化剂立管和再生催化剂立管，各段再生器同轴布置，二段与三段再生器通过催化剂回流管连通。
本发明的催化剂再生装置，优选的技术方案之一是：一段再生设在中部，二段再生设在上部，三段再生设在下部；一段与二段、一段与三段再生器间设置分布板，催化剂回流管上设置滑阀，催化剂回流数量由滑阀控制。
再生装置方案一更进一步改进的技术措施是：可以在一段上部一段与二段间的分布板下方和/或三段上部三段与一段间的分布板下方设置气体分布器，以便向一段和/或二段再生反应补充新鲜压缩空气。气体分布器可设置在分布板下方或上方。
本发明的催化剂再生装置，优选的技术方案之二是：一段再生设在下部，二段再生设在上部，三段再生设在中部，一段再生器配置新鲜空气气体分布器，一段与三段再生器之间设置隔板，二段与一段再生器间设置催化剂回流管，三段内部设置一段再生烟气和催化剂与二段间的输送管，一段与二段再生器通过输送管连通，二段与三段再生器通过分布板连通。
再生装置方案二更进一步改进的技术措施可以是在三段上部三段和二段间的分布板下方、一段与二段间的输送管的上部设置烟气通路，使三段内的再生烟气在三段上部三段和二段间的分布板下方与来自一段的再生烟气和催化剂混合，一起经分布板进入二段再生器。
再生装置方案二更进一步改进的技术措施还可以是二段与三段再生器间的催化剂回流管可设置在再生器内，也可设置在再生器外，气体分布器可设置在分布板下方或上方。
本发明提出的催化剂再生方法和装置，具有以下优点：
1、本发明采用多段逆流再生，使高氧含量气体和低碳含量催化剂相反应，而低氧含量气体和高碳含量催化剂接触，提高了平均化学动力学速度，强化了再生过程；
2、各段再生器叠式同轴布置，实现了待生催化剂从再生器底部或中部进料，降低了相应催化转化装置高度，缩短了油气管线，降低工程投资；
3、由于本发明为多段再生，各段之间可以采用分布板连接，有利于充分利用各段含一定量过剩氧的烟气，因而可节约含氧气体用量，降低生产费用；
4、由于最终只排出一股烟气，克服了某些错流两段再生装置产生两股烟气需要分别处理或在混合时防止尾燃的问题。
5、需要的催化剂藏量少，减少催化剂的停留时间，降低催化剂的金属污染，提高活性。
附图说明
图1：本发明一段再生设在中部，二段再生设在上部，三段再生设在下部的再生装置结构示意图。
图2：本发明一段再生设在下部，二段再生设在上部，三段再生设在中部的再生装置结构示意图。
图3：本发明另一种一段再生设在下部，二段再生设在上部，三段再生设在中部的再生装置结构示意图。
图4：本发明实施例1装置结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图详细说明本发明的技术方案，但本发明的保护范围包括但是不限于此：
如图1所示：一段再生器I设在中部，二段再生器II设在上部，三段再生器III设在下部；I与II、I与III分别通过分布板15、18连通，II与III通过催化剂回流管19连通；I、II与III分别配置气体分布器14、17、22。
图1所示的本发明的具体再生过程为：来自气体分布器14的用于一段再生的新鲜含氧气体13，与来自下部III的全部烟气及部分催化剂合并后经过分布板15进入I，与经待生滑阀11、待生催化剂立管12进入I底部的待生催化剂10混合，进行一段再生；催化剂被反应烟气及部分未反应的含氧气体输送至I上部，与用于二段再生的补充的新鲜含氧气体16混合，经分布板18进入上部二段再生器II进行二段再生；再生后再生烟气27进入上方空间，经旋风分离器25分离出夹带的催化剂后由烟气管线26排出，催化剂经回流管19、滑阀20回流至III，与用于三段再生的新鲜含氧气体21混合完成全部再生过程，再生催化剂23由再生催化剂立管24返回反应系统。
如图2所示：一段再生器I设在下部，二段再生器II设在上部，三段再生器III设在中部；I通过输送管31和分布板32与II连通，II与III通过分布板32连通；I与III之间设置隔板30，II与I、II与III分别设置催化剂回流管33、35；I与III分别配置气体分布器29、38。
图2所示的本发明的具体再生过程为：来自29的用于一段再生的含氧气体28、以及由II经33、滑阀34回流来的部分半再生催化剂与经待生催化剂立管12进入I底部的待生催化剂10混合，进行一段再生；催化剂被反应烟气及部分未反应的含氧气体经输送管31向上输送，经分布板32进入上部II，与来自中部III的部分催化剂及烟气合并后，进行二段再生；再生后再生烟气27进入上方空间，分离出夹带的催化剂后排出，催化剂部分经催化剂回流管33、滑阀34回流至I，部分经催化剂回流管35、滑阀36回流至III与用于三段再生的含氧气体37混合完成全部再生过程。
如图3所示：II与III间的催化剂回流管39设置在III内，不设滑阀，在输送管31侧壁上部设置烟气通路40。III中的再生烟气通过烟气通路40与输送管31中的催化剂及烟气物流混合，一起进入II中。其他同图2。
实施例：
实施例1：某100×104t/a催化裂化装置，用200℃的压缩空气进行再生。如图4和图1所示，待生剂10碳含量为1.3％，温度490℃，流出的再生剂23碳含量为0.05％，再生器出口烟气27中含氧量约1％。分布板15、18过孔流速为15-20m/s，经回流管19返回的催化剂量为待生剂循环量的2.5倍，其中1.5倍由分布板15进入一段再生器，提高一段再生温度。二段再生器内的催化剂经外取热器50冷却后进入三段，51为滑阀。
各段再生温度、进风量、气体空塔流速、烧焦比例及装置高度数据如下：
I段 II段 III段
再生温度/℃ 685 700 680
进风量/％ 80 0 20
气体空塔流速/m/s 1.5 0.7 1.0
烧焦比例/％ 70-80 15-25 5-10
装置高度/m 8 4(催化剂密相) 6
实施例2：装置结构如图2所示，各段气体空塔流速分别为一段1.2m/s，二段0.8m/s，三段0.8m/s；装置高度分别为一段高7m，二段密相料位高5m，三段高8m。经回流管33的催化剂返回量为待生剂量的1.2倍，经催化剂回流管35的催化剂返回量为待生剂量的1.5倍。其他工艺参数如实施例1。
实施例3：装置结构如图3所示，经催化剂回流管39进入三段的催化剂为待生剂量的1.0-2.0倍。其他同实施例2。
Claims (10)
1、一种催化剂再生方法，其特征在于，待生催化剂首先经待生催化剂立管进入一段再生器，依次在一段、二段、三段再生器内与含氧气体接触反应，其中来自一段的含氧再生烟气进入二段继续反应利用后排出，二段再生器内的半再生催化剂通过催化剂回流管进入三段再生器，在三段通入新鲜压缩空气进行再生反应，完成全部再生过程，三段中的再生催化剂部分经再生催化剂立管返回反应系统，烟气最终经气固分离后由管线排出装置。
2、权利要求1所述催化剂再生方法，其特征在于，一段再生设在中部，二段再生设在上部，三段再生设在下部；三段内的再生烟气和部分催化剂通过分布板向上进入一段继续反应。
3、权利要求2所述催化剂再生方法，其特征在于：向一段或二段再生反应补充新鲜压缩空气。
4、权利要求2所述催化剂再生方法，其特征在于：向一段和二段再生反应补充新鲜压缩空气。
5、权利要求1所述催化剂再生方法，其特征在于：一段再生设在下部，二段再生设在上部，三段再生设在中部，向一段通入新鲜压缩空气，一段再生形成的再生烟气通过输送管进入二段继续反应利用，三段内的再生烟气和部分催化剂通过分布板向上进入二段继续反应，二段内的催化剂通过催化剂回流管回流进入一段再生器。
6、权利要求5所述催化剂再生方法，其特征在于：三段内的再生烟气在三段上部三段和二段间的分布板下方与来自一段的再生烟气和催化剂混合，一起经分布板进入二段再生器。
7、一种催化剂再生装置，包括设于装置上部稀相空间的气固分离元件、设于装置顶部的烟气管线，其特征在于：再生装置由一段、二段、三段湍流床再生器串联组合而成，三段再生器设置新鲜空气气体分布器，各段再生器设置分布板或隔板，再生器间采用分布板或催化剂回流管或输送管连通，一段和三段再生器底部分别设置待生催化剂立管和再生催化剂立管，各段再生器同轴布置，二段与三段再生器通过催化剂回流管连通。
8、权利要求7所述催化剂再生装置，其特征在于：一段再生设在中部，二段再生设在上部，三段再生设在下部；一段与二段、一段与三段再生器间设置分布板，催化剂回流管上设置滑阀，催化剂回流数量由滑阀控制。
9、权利要求7所述催化剂再生装置，其特征在于：一段再生设在下部，二段再生设在上部，三段再生设在中部，一段再生器配置新鲜空气气体分布器，一段与三段再生器之间设置隔板，二段与一段再生器间设置催化剂回流管，三段内部设置一段再生烟气和催化剂与二段间的输送管，一段与二段再生器通过输送管连通，二段与三段再生器通过分布板连通。
10、权利要求9所述催化剂多段再生装置，其特征在于：在三段上部三段和二段间的分布板下方、一段与二段间的输送管的上部设置烟气通路。
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