CN101579612A - 一种密相流化床反应器和催化反应制烯烃和芳烃的方法 - Google Patents

一种密相流化床反应器和催化反应制烯烃和芳烃的方法 Download PDF

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Abstract

一种密相流化床反应器，包括：一密相流化床反应器，在其中催化剂顺重力方向向下流动，反应原料向上流动，穿过催化剂床层进行催化裂解反应；一烧焦罐，用于将催化剂烧焦再生；一催化剂输送管，用于输送失活催化剂，并在其中进行低温烧焦；一催化剂侧线输送管，用于输送一部分低温烧焦催化剂至高温烧焦催化剂出口。本发明的反应器可以应用于烃类原料例如：渣油、石脑油、原油、碳4－6轻烃、蜡油等和动植物油脂以及脂肪酸等原料的催化裂解制烯烃和芳烃的反应。

Description

一种密相流化床反应器和催化反应制烯烃和芳烃的方法
技术领域
本发明涉及一种以渣油(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密相流化床反应器。
本发明还涉及利用上述密相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催化反应制烯烃和芳烃的密相流化床反应器。
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，本发明提供的密相流化床反应器，该反应器包括：
一种密相流化床反应器，该反应器包括：
一个催化剂入口，设于密相流化床反应器顶部，使催化剂顺重力方向自密相流化床反应器的上部向下流动；
一个反应原料入口，设于密相流化床反应器下部，使反应原料沿密相流化床反应器向上流动，穿过催化剂床层进行催化裂解反应；
一个用于将催化剂烧焦再生的烧焦罐，连接反应器催化剂入口，烧焦罐底部设有高温烧焦催化剂出口，该高温烧焦催化剂出口与用于输送一部分低温烧焦催化剂至高温烧焦催化剂出口的催化剂侧线输送管汇合后通过烧焦再生催化剂汽提管与反应器催化剂入口相连接；
密相流化床反应器底部连接反应后催化剂汽提管，该提管的上部连接密相流化床反应器的底部，下部连接一根用于输送失活催化剂的催化剂输送管，并在该催化剂输送管内进行低温烧焦，该催化剂输送管的另一端连接至烧焦罐、并在中途接入催化剂侧线输送管入口。
所述的密相流化床反应器，其中，所述的流化床反应器的内部和壳层设置有用于提供反应热的加热元件。
所述的密相流化床反应器，其中，所述的流化床反应器的内部设置有金属网等构件以改善催化剂的流化状态。
所述的密相流化床反应器，其中，所述反应后催化剂汽提管的下端连接一轻烃催化裂解反应器，其下部连接催化剂输送管。
本发明提供的利用上述密相流化床反应器进行催化反应制烯烃和芳烃的方法，其过程为：
将预热至50-400℃的反应原料与高温水蒸气按照水/油0-1的比例从反应原料入口进入密相流化床反应器内并向上流动，与自密相流化床反应器上部向下流动的催化剂混合，催化剂进入密相流化床反应器的温度为540～700℃，反应原料与催化剂接触时间为0.5-7秒，反应温度为400-700℃；
反应产物向上流动至密相流化床反应器顶部与催化剂分离进入产物分离系统，失活催化剂向下流动，自密相流化床反应器底部进入反应后催化剂汽提管脱出残留在催化剂中的反应产物，然后进入催化剂输送管，用空气输送催化剂至烧焦罐和催化剂侧线输送管；催化剂在输送途中于600～650℃先进行低温烧焦再生，在烧焦罐中于670～720℃进行高温烧焦再生；
通过控制催化剂侧线输送管的流量调节高温烧焦再生催化剂和低温烧焦再生催化剂的比例，使进入密相流化床反应器的烧焦再生催化剂温度控制在640～700℃，从而进行上述反应、分离和烧焦再生的循环过程。
所述的方法，其中，反应温度为550-660℃。
所述的方法，其中，反应原料为渣油、蜡油、石脑油、轻汽油、植物油脂、动物油脂和脂肪酸其中一种或任意混合的几种。
8、按照权利要求5所述的方法，其中，以C4-C5轻烃反应原料裂解反应制乙烯、丙烯和芳烃时，反应原料从轻烃裂解反应器的底部进入反应器与催化剂逆向流动，进行催化反应，反应温度为500-700℃，反应后的反应产物从轻烃裂解反应器上部与催化剂分离，进入产物分离系统，催化剂在轻烃裂解反应器下部进入催化剂输送管。
由本发明的实施，反应床层的催化剂密度高。反应物穿过催化剂床层时，与催化剂充分接触进行高转化率高选择性反应，并且可把反应温度和反应时间控制在最佳的范围内；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为本发明提供的密相流化床反应器结构示意图。
图2为图1中反应器底部连接有轻烃裂解反应反应器的结构示意图。
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：
烧焦罐2位于密相流化床反应器1的顶部。烧焦罐2中的催化剂出口管与催化剂侧线输送管3汇合后通过再生催化剂汽提管9(具有水蒸气入口)与密相流化床反应器1顶部的催化剂入口连接，使催化剂顺重力方向向下流动。密相流化床反应器1的下部安装进料喷嘴6，密相流化床反应器的底部与反应后催化剂汽提管10连接。该汽提管10的底部与催化剂输送管4相连接。催化剂输送管4的出口连接至烧焦罐1，并在中途与催化剂侧线输送管3联结。
密相流化床反应器工作时，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，分别从密相流化床反应器1底部的进料喷嘴6和高温水蒸汽入口7喷入密相流化床反应器1内向上流动，与顺重力向下流动的高温催化剂迅速混合加热至高温，反应原料穿过催化剂床层进行催化裂解反应，在密相流化床反应器1顶部反应产物与催化剂分离进入产物分离系统，自反应产物出口5排出。反应温度控制在400-700℃，最好在550-660℃，反应原料与催化剂接触时间为0.5-7秒，剂油比控制在10～40。反应后的失活催化剂向下流动出密相流化床反应器进入反应后催化剂汽提管10，汽提后进入催化剂输送管4。用空气入口8进入的空气输送催化剂至烧焦罐2和催化剂侧线输送管3。催化剂输送途中部分低温烧焦再生，烧焦温度控制在600～650℃。催化剂在烧焦罐2中进行高温烧焦再生，烧焦温度控制在670～720温度。通过控制催化剂侧线输送管3的流量来调节高温烧焦催化剂和低温烧焦催化剂的比例，实现进入密相流化床反应器催化剂温度的调节。进入密相流化床反应器的催化剂温度控制在640～700℃。催化剂经再生催化剂汽提管9进入密相流化床反应器1后，又进行上述反应、分离和烧焦再生的循环过程。
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，烧焦产生的热量不少于反应热，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密相流化床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。
当需要进行C4和C5等轻烃原料裂解反应制乙烯、丙烯和芳烃时，在图1所示的密相流化床反应器1下面通过反应后催化剂汽提管10连接一轻烃裂解反应器12，形成图2所示的密相流化床反应器。反应原料C4和C5等轻烃从轻烃裂解反应器12底部的轻烃原料进口13与水蒸汽入口14分别进入轻烃裂解反应器12与催化剂逆向流动，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上部与催化剂分离后，进入产物分离系统自反应产物出口15排出。反应后的失活催化剂从轻烃裂解反应器12下部向下流动进入另外一根反应后催化剂汽提管11，汽提后进入催化剂输送管4。其他工艺同上所述，进行反应、分离和再生循环过程。
本发明的水蒸气可以在密相流化床反应器或分离罐的不同部位加入。
本发明的反应热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；或者由上述两种方式各提供一部分。

Claims (8)

1、一种密相流化床反应器，该反应器包括：
一个催化剂入口，设于密相流化床反应器顶部，使催化剂顺重力方向自密相流化床反应器的上部向下流动；
一个反应原料入口，设于密相流化床反应器下部，使反应原料沿密相流化床反应器向上流动，穿过催化剂床层进行催化裂解反应；
一个用于将催化剂烧焦再生的烧焦罐，连接反应器催化剂入口，烧焦罐底部设有高温烧焦催化剂出口，该高温烧焦催化剂出口与用于输送一部分低温烧焦催化剂至高温烧焦催化剂出口的催化剂侧线输送管汇合后通过烧焦再生催化剂汽提管与反应器催化剂入口相连接；
密相流化床反应器底部连接反应后催化剂汽提管，该提管的上部连接密相流化床反应器的底部，下部连接一根用于输送失活催化剂的催化剂输送管，并在该催化剂输送管内进行低温烧焦，该催化剂输送管的另一端连接至烧焦罐、并在中途接入催化剂侧线输送管入口。
2、按照权利要求1所述的密相流化床反应器，其中，所述的流化床反应器的内部和壳层设置有用于提供反应热的加热元件。
3、按照权利要求1或2所述的密相流化床反应器，其中，所述的流化床反应器的内部设置有金属网等构件以改善催化剂的流化状态。
4、按照权利要求1所述的密相流化床反应器，其中，所述反应后催化剂汽提管的下端连接一轻烃催化裂解反应器，其下部连接催化剂输送管。
5、一种利用权利要求1所述的密相流化床反应器进行催化反应制烯烃和芳烃的方法，其过程为：
将预热至50-400℃的反应原料与高温水蒸气按照水/油0-1的比例从反应原料入口进入密相流化床反应器内并向上流动，与自密相流化床反应器上部向下流动的催化剂混合，催化剂进入密相流化床反应器的温度为540～700℃，反应原料与催化剂接触时间为0.5-7秒，反应温度为400-700℃；
反应产物向上流动至密相流化床反应器顶部与催化剂分离进入产物分离系统，失活催化剂向下流动，自密相流化床反应器底部进入反应后催化剂汽提管脱出残留在催化剂中的反应产物，然后进入催化剂输送管，用空气输送催化剂至烧焦罐和催化剂侧线输送管；催化剂在输送途中于600～650℃先进行低温烧焦再生，在烧焦罐中于670～720℃进行高温烧焦再生；
通过控制催化剂侧线输送管的流量调节高温烧焦再生催化剂和低温烧焦再生催化剂的比例，使进入密相流化床反应器的烧焦再生催化剂温度控制在640～700℃，从而进行上述反应、分离和烧焦再生的循环过程。
6、按照权利要求5所述的方法，其中，反应温度为550-660℃。
7、按照权利要求5所述的方法，其中，反应原料为渣油、蜡油、石脑油、轻汽油、植物油脂、动物油脂和脂肪酸其中一种或任意混合的几种。
8、按照权利要求5所述的方法，其中，以C4-C5轻烃反应原料裂解反应制乙烯、丙烯和芳烃时，反应原料从轻烃裂解反应器的底部进入反应器与催化剂逆向流动，进行催化反应，反应温度为500-700℃，反应后的反应产物从轻烃裂解反应器上部与催化剂分离，进入产物分离系统，催化剂在轻烃裂解反应器下部进入催化剂输送管。
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