CN101429451B - 渣油催化反应制烯烃和芳烃流化床反应器和方法 - Google Patents

Abstract

一种渣油催化反应制烯烃和芳烃流化床反应器，包括：提升管反应器，其底部连接至烧焦罐；下行式反应器；提升管反应器物料出口与该下行式反应器的顶部物料入口相连接；分离罐连接在下行式反应器的底部；烧焦罐用于催化剂烧焦再生。反应过程是：在提升管底部的原料油与高温再生催化剂混合后逆重力向上流动，进入下行式反应器进行制烯烃和芳烃的催化反应，于分离罐中进行催化剂和反应产物的分离。分离出的产物进入产物分离系统，分离出的催化剂在烧焦罐中烧焦再生后进入提升管底部再与原料油混合进行催化反应。在下行式反应器底部的分离罐下面连接轻烃反应反应器，利用分离出的高温催化剂可以进行C4和C5等轻烃的催化反应制乙烯、丙烯和芳烃。

Description

渣油催化反应制烯烃和芳烃流化床反应器和方法

技术领域

本发明涉及渣油(重油)、蜡油、石脑油、轻汽油等烃类原料以及植物油脂、动物油脂和脂肪酸等生物原料，或任意混合的原料催化反应制烯烃和芳烃的流化床反应器。

本发明还涉及利用上述流化床反应器进行催化反应制烯烃和芳烃的方法。

背景技术

采用渣油(重油)、蜡油、石脑油、轻汽油等烃类原料以及植物油脂、动物油脂和脂肪酸等生物原料催化反应制烯烃和芳烃反应是强吸热反应，反应产物在高温下容易继续反应生成非目的产物，催化剂结焦失活快。因此，如何提供充足的反应热，使反应物和催化剂充分接触并在最佳的反应温度和反应时间范围内进行反应，以及迅速分离反应产物和催化剂，失活催化剂快速连续烧焦再生是能否工业化实施该方法的关键。

发明内容

本发明的目的在于提供一种渣油催化反应制烯烃和芳烃流化床反应器。

本发明的又一目的在于提供利用上述反应器进行催化反应制烯烃和芳烃的方法。

为实现上述目的，本发明提供的渣油催化反应制烯烃和芳烃的流化床反应器，该反应器包括：

一提升管反应器，用于将反应物料和催化剂，或者反应物料、催化剂和水蒸汽混合、加热并进行初步反应，物料在反应管中逆重力向上流动；

一下行式反应器，在其中进行深度催化反应，物料和催化剂顺重力向下流动；

该提升管反应器物料出口与该下行式反应器的顶部物料入口相连接；

一分离罐，连接在下行式反应器的底部，用于分离反应产物和催化剂；

一烧焦罐，其一端连接至分离罐催化剂出口，另一端连接至提升管催化剂入口，用于将催化剂烧焦再生。

所述的流化床反应器，其中，下行式反应器的长度大于或等于提升管反应器的长度，且下行式反应器的横截面积大于或等于提升管反应器的横截面积。

所述的流化床反应器，其中，下行式反应器的内部设置有金属网和用于提供反应热的加热元件。

所述的流化床反应器，其中，下行式反应器的内部设置的加热元件为金属列管或金属盘管。

所述的流化床反应器，其中，在分离罐的下面设有一个轻烃反应反应器。

本发明提供的利用上述的流化床反应器进行渣油催化反应制烯烃和芳烃的方法，其过程为：

A)将预热至50-400℃的反应物料与高温水蒸气按照水/油0-1的比例从提升管反应器底部喷入提升管反应器内，与来自烧焦罐的催化剂混合，并加热进行裂化反应和芳构化反应；反应物料与催化剂在提升管反应器中的接触时间为0.5-2.5秒；

B)催化剂和反应物料气体流动上升至提升管顶部进入下行式反应器继续反应，反应温度为400-700℃，反应物料与催化剂接触时间为0.5-7秒；反应物料和催化剂顺重力向下行式反应器底部流动，在分离罐中进行反应产物和催化剂的分离；分离出的产物进入产物分离系统。

C)分离出的催化剂用空气或水蒸汽输送至烧焦罐，于550-750℃下用空气烧焦再生；再生后的催化剂流动到提升管反应器底部催化剂入口进行循环反应。

所述的方法，其中，步骤B中从分离罐中分离出的催化剂顺重力流至轻烃反应反应器中，与预热至100-600℃的轻烃逆向流动，于500-620℃下进行催化反应制烯烃和芳烃；反应物从轻烃裂解反应器上部进入分离系统，催化剂从轻烃反应反应器底部流出并被提升至烧焦罐，继续步骤C。

所述的方法，其中，轻烃的碳数为4-6。

所述的方法，其中，水蒸气在下行式反应器或分离罐的不同部位加入。

所述的方法，其中，反应所需热量由烧焦再生后的催化剂提供；或在反应器的加热构件中通入高温熔盐、低温合金或高温气体等对反应器加热提供；或者由上述两种方式各提供一部分。

所述的方法，反应原料是渣油(重油)、蜡油、石脑油、轻汽油等烃类原料；植物油脂、动物油脂和脂肪酸等生物原料；以及上述原料任意品种、任意比例的混合物。

由本发明的实施，可以使反应物和催化剂充分接触并在最佳的反应温度和反应时间范围内进行反应；在反应中分离产物和催化剂，并对失去活性的催化剂快速连续烧焦再生，从而有效地解决反应过程中催化剂失去活性的问题。

附图说明

图1为本发明提供的流化床反应器结构示意图。

图2为图1中下行式反应器底部连接有轻烃反应反应器的结构示意图；

图3为下行式反应器的结构示意图；其中：

a为内部不设置金属网和加热元件的下行式反应器示意图；

b为内部设置金属网的下行式反应器示意图；

c为内部设置加热元件的下行式反应器示意图；

d为内部设置金属网和加热元件的下行式反应器示意图；

e为内部设置金属网、加热构件和壳体可以加热的下行式反应器示意图。

图4为图3的俯视图；其中：

f显示下行式反应器中的金属网结构；

g显示下行式反应器中的加热元件，为可以使加热介质流通的金属管。

具体实施方式

本发明提供的渣油催化反应制烯烃和芳烃流化床反应器如图1所示，其基本结构是：

在下行式反应器11的顶部(物料入口)与提升管反应器10的顶部(物料出口)相连接，该提升管反应器10的底部(催化剂入口)与再生催化剂用的烧焦罐14的底部(催化剂出口)相连接。

在下行式反应器11的底部连接有用于分离产物和催化剂的分离罐12；该分离罐12的底部(催化剂出口)与烧焦罐14的上部(催化剂入口)相连接。13是旋风分离器，用于回收产物气体中携带的催化剂。它也可以设置在分离罐12的内部。

流化床反应器工作时，先将预热至50-400℃的反应原料与高温水蒸气按照水/油0-1的比例从提升管反应器10的底部喷入提升管反应器10内，与来自烧焦罐14的高温催化剂在提升管反应器10内迅速混合，在瞬间加热至高温进行反应，并逆重力方向，向上流动。催化剂和反应原料气体流动上升至提升管反应器顶部进入下行式反应器11内顺重力方向，向下流动继续反应。反应温度控制在400-700℃，最好在550-660℃，物料与催化剂接触时间为0.5-7秒。

在下行式反应器11底部连接的分离罐12中，反应产物和催化剂借助重力作用实现快速初步分离，反应产物经过旋风分离器13后进入冷却和分离系统。分离出的催化剂在分离罐12的底部用水蒸汽进一步脱出反应产物后，在出口处用空气或水蒸气提升至烧焦罐14(图中箭头方向)。催化剂进入烧焦罐14烧焦再生，烧焦温度为550-750℃。再生后的催化剂在烧焦罐下部用水蒸汽脱出携带的空气，二氧化碳，氧化氮等化合物后流动到提升管反应器11的底部循环进行上述反应。

除在提升管反应器11的底部加水蒸气外，还可以在下行式反应器或分离罐的不同部位注入水蒸气。

本发明的提升管反应器采用较细而短的结构，以有利于反应原料与催化剂混合后迅速流出进入下行式反应器，从而减少返混。下行式反应器采用较大的直径，利于降低物料运行速度。

由于本发明是对渣油(重油)、蜡油、石脑油、轻汽油等烃类原料以及植物油脂、动物油脂和脂肪酸等生物原料或任意混合的原料进行催化反应，其中石蜡基渣油和动植物油脂这类原料，反应转化率(气体产率)高，需要吸收大量的反应热，而本身反应结焦率低，烧焦产生的热量小于反应热，此时宜采用外加热的方式提供部分反应热。对于中间基渣油、中间基偏环烷基渣油这类原料，由于反应转化率(气体产率)较低，需要的反应热不很大，而本身反应结焦率高，烧焦产生的热量大于反应热，此时可以不采用外加热的方式提供反应热。

因此，本发明可以根据反应原料的性质而决定是否在下行式反应器内设置加热元件，该加热元件是可以流通加热介质的金属管，其形状包括金属列管或金属盘管。也可在下行式反应器内设置金属制的破泡网，破坏反应过程中产生的气泡，使反应物和催化剂充分接触。图3和图4显示了下行式反应器内设置有金属破泡网和加热元件，其中，图3a是不设置任何加热元件的下行式反应器；图3b是设置了金属破泡网的下行式反应器；图3c是设置了金属管的下行式反应器；图3d是设置了金属破泡网和金属管的下行式反应器；图3e是设置了金属破泡网和金属管的下行式反应器，并且该下行式反应器的壳体也具有加热功能。图4f从俯视角度显示了设置了金属破泡网的结构；图4g也是从俯视角度显示了设置有金属管的结构。

由于上述加热元件其结构和设置方法均为公知技术，因此不再作详细描述。

本发明在下行式反应器的内部设置破泡网和加热元件，可以增加催化剂和反应物料的接触概率，降低催化剂的下降速度，使得反应器中催化剂密度增大，有利于催化反应。同时利用加热装置，反应热由外部加热提供一部分，烧焦再生的高温催化剂提供一部分，可以提供充足的反应热并把反应温度控制在最佳的范围内。

当需要进行C4和C5等轻烃原料反应制乙烯、丙烯和芳烃时，在图1所示的流化床反应器底部的分离罐12的下面连接一轻烃裂解反应器15，形成图2所示的流化床反应器。反应原料C4和C5等轻烃从轻烃裂解反应器15的底部进入反应器与从分离罐12分离出的催化剂逆向流动，进行催化反应，反应温度为500-700温度，最好在500-620℃。轻烃反应后的反应产物从轻烃裂解反应器15的上部进入旋风分离器16与催化剂分离后，进入产物分离系统。催化剂在轻烃裂解反应器15的下部用水蒸气进一步脱出反应产物后，在底部出口处用空气或水蒸汽提升至烧焦罐，烧焦再生。其他工艺流程和条件与上述相同。

Claims (6)

1.一种渣油催化反应制烯烃和芳烃的流化床反应器，该反应器包括：

一提升管反应器，用于将反应物料和催化剂，或者反应物料、催化剂和水蒸汽混合、加热并进行初步反应，物料在反应管中逆重力向上流动；

一下行式反应器，在其中进行深度催化反应，物料和催化剂顺重力向下流动；下行式反应器的内部设置有金属网和用于提供反应热的加热元件，所述加热元件为金属列管或金属盘管；

该提升管反应器物料出口与该下行式反应器的顶部物料入口相连接；

一分离罐，连接在下行式反应器的底部，用于分离反应产物和催化剂；

一烧焦罐，其一端连接至轻烃裂解反应器出口，另一端连接至提升管催化剂入口，用于将催化剂烧焦再生；

在分离罐催化剂出口与烧焦罐之间设有一个轻烃裂解反应器。

2.按照权利要求1所述的流化床反应器，其中，下行式反应器的长度大于或等于提升管反应器的长度，且下行式反应器的横截面积大于或等于提升管反应器的横截面积。

3.一种利用权利要求1-2任一项所述的流化床反应器进行渣油催化反应制烯烃和芳烃的方法，其过程为：

A)将预热至50-400℃的反应物料与高温水蒸汽按照水/油0-1的比例从提升管反应器底部喷入提升管反应器内，与来自烧焦罐的催化剂混合，并加热进行裂化反应和芳构化反应；反应物料与催化剂在提升管反应器中的接触时间为0.5-2.5秒；

B)催化剂和反应物料气体流动上升至提升管顶部进入下行式反应器继续反应，反应温度为400-700℃，反应物料与催化剂接触时间为0.5-7秒；反应物料和催化剂顺重力向下行式反应器底部流动，在分离罐中进行反应产物和催化剂的分离；分离出的产物进入产物分离系统；

反应所需热量由烧焦再生后的催化剂提供；或在下行式反应器的加热元件中通入高温熔盐、低温合金或高温气体对下行式反应器加热提供；或者由上述两种方式各提供一部分；

C)分离出的催化剂用空气或水蒸汽输送至烧焦罐，于550-750℃下用空气烧焦再生；再生后的催化剂流动到提升管反应器底部催化剂入口进行循环反应；

其中，步骤B中从分离罐中分离出的催化剂顺重力流至轻烃裂解反应器中，与预热至100-600℃的轻烃逆向流动，于500-620℃下进行催化反应制烯烃和芳烃；反应物从轻烃裂解反应器上部进入分离系统，催化剂从轻烃裂解反应器底部流出并被提升至烧焦罐，继续步骤C。

4.按照权利要求3所述的方法，其中，轻烃的碳数为4-6。

5.按照权利要求3所述的方法，其中，水蒸汽在下行式反应器或分离罐的不同部位加入。

6.按照权利要求3所述的方法，反应原料是渣油、蜡油、石脑油、轻汽油烃类原料；植物油脂和动物油脂；以及上述原料任意品种、任意比例的混合物。

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