CN102039107A - 并列式内嵌提升管循环反应-再生装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种并列式内嵌提升管循环反应-再生装置，主要解决现有轻烃、轻油催化裂解过程中，采用提升管反应器进行循环反应再生时，难以实现高温反应的问题。本发明通过采用反应-再生装置主要包括内嵌提升管反应器1、再生器2、沉降器3、汽提段4；内嵌式提升管反应器1的下部在再生器2的外部，中部的主反应区设在再生器2内部，上部出口与沉降器3内的气固快速分离器20相连；沉降器3、汽提段4和内嵌提升管反应器1相互并列的技术方案较好地解决了该问题，可用于乙烯、丙烯的工业生产中。

Description

并列式内嵌提升管循环反应-再生装置

技术领域

本发明涉及一种并列式内嵌提升管循环反应-再生装置。

背景技术

乙烯、丙烯是重要的基本有机合成原料，近年来，受下游衍生物需求的驱动，全球乙烯、丙烯的市场需求持续增长。目前，乙烯、丙烯的生产主要依赖蒸汽热裂解。约90％的乙烯和61％的丙烯来自蒸汽热裂解过程，该工艺虽然已在全球范围内得到广泛应用，但仍存在不尽人意之处，尤其是反应需要高温(800～1000℃)，能耗大，低附加值的干气收率高。如果引入催化剂，采用催化裂解的方法，则可使反应温度降低50～200℃，减少能耗和干气的生成，并提高丙烯选择性，所以目前不少研究者都致力于催化裂解制乙烯、丙烯的研究。

催化裂解制乙烯、丙烯的原料可分为两大类：重油和轻烃/轻油。轻烃、轻油由于氢含量高于重油，乙烯、丙烯的选择性高，更适合作为乙烯、丙烯的裂解原料。然而，轻烃、轻油的碳数低，难裂解，反应需要比较高的温度，一般高于550℃。该反应过程可采用固定床反应器和循环流化床反应器。对于固定床反应器，工艺流程比较简单，但对催化剂稳定性和抗结焦性能的要求高；而轻烃、轻油的碳链短，将其裂解为乙烯、丙烯所需的催化活性高，所以催化剂在提高活性和抑制焦炭方面存在较难调和的矛盾，这也就成为制约固定床工艺发展的瓶颈。对于循环流化床反应器，可以实现催化剂的连续反应再生，不必考虑催化剂抑制结焦的性能，催化剂活性可大幅提高，利于促进催化反应，提高低碳烯烃选择性，抑制干气。该技术可借鉴传统重油流化催化剂裂化的工艺模式，即反应-再生系统包括一个提升管反应器、再生器、沉降器；沉降器下部为汽提段；沉降器位于再生器之上，汽提段位于再生器内部，下端和待生催化剂输送管相连，待生催化剂输送管在再生器的催化剂床层中，沉降器、汽提段和再生器同轴排布；再生器下部通过再生斜管与提升管反应器的下部相连；提升管反应器的上部与沉降器内的气固快速分离器相连；沉降器、再生器和提升管反应器相互独立，呈并列排布。然而，由于轻烃、轻油的氢含量较高，虽然高温反应但生焦量较少，而循环流化床工艺中反应所需热量由再生器烧去催化剂反应时生成的焦碳而提供，如果生较量少，再生器烧焦产生的热量不足，难以保证裂解所需的高温。因此，轻烃、轻油催化裂解制乙烯、丙烯的循环流化床工艺在高温反应和生焦量少、热量供给不足这方面存在矛盾。为解决这一问题，有些技术将轻烃、轻油催化裂解和重油催化裂化耦合在一起，采用两根提升管反应器分别裂解轻烃/轻油和重油，共用一个再生器，相关专利有WO99/57230、US2002/01899732002、ZL03126213.9等。由于重油催化裂解结焦剂的焦炭含量高，重油结焦剂再生产生的热量可以供给轻烃/轻油催化裂解和重油催化裂化共同所需热量。然而两个反应过程共用一种催化剂，该催化剂如何兼顾两个反应过程的要求又成为一个难题。另外，现行的重油流化催化裂化提升管装置，提升管反应器和再生斜管自身的散热不可忽视，若反应温度更高，则散热量加大，这部分热量对于热量供给难以保证的轻油催化裂化而言，更加弥足珍贵。

发明内容

本发明为解决轻烃、轻油催化裂解过程中，采用提升管反应器进行循环反应再生时，难以实现高温反应的技术问题，提供一种新的并列式内嵌提升管反应-再生装置。该方法用于轻烃、轻油的高温催化裂解制乙烯、丙烯过程，具有乙烯、丙烯收率高，经济性好的优点。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案如下：一种并列式内嵌提升管循环反应-再生装置，主要包括内嵌提升管反应器1、再生器2、沉降器3；沉降器3内部设有气固旋风分离器8和气固快速分离器20，顶部开有产品出口12，下部为汽提段4，汽提段4位于再生器2内部，经待生催化剂输送管18和再生器2相连；再生器2内部设有气固旋风分离器19，上部开有烟气出口16，下部通过再生斜管5与内嵌式提升管反应器1的下部相连；内嵌式提升管反应器1的上部出口与沉降器3内的气固快速分离器20相连，中部为主反应区，设在再生器2内部，下部位于再生器2外部，并设有至少一个进料喷嘴11；沉降器3、汽提段4和内嵌提升管反应器1相互并列。

上述技术方案中，内嵌提升管反应器1可为2～3根；各内嵌提升管反应器1的主反应区可以变径，位于再生器2下部催化剂密集的密相区部分的管径小，位于再生器2上部催化剂密度低的稀相区部分的管径大，从而形成两个反应区，适合再生器密相区和稀相区温差较大的情况，以减少提升管不同部位温度差异过大而引起的变形，管径比优选范围为0.5～0.9；各内嵌提升管反应器1的进料喷嘴10优选方案为设置至少2个，分别进不同性质的轻烃、轻油或回炼未反应的轻烃、轻油；再生器2的密相区设有燃料油气喷嘴15，可喷燃料油气来提高再生器温度；沉降器3内的气固旋风分离器8和再生器2内的气固旋风分离器19均为1～3级。

各内嵌提升管反应器1的平均反应温度为570～680℃，反应压力为0.1～0.35MPa，剂油比为6～40(重量比)，反应器内催化剂密度为50～400千克/米³，油气进入反应器处线速度为0.5～13米/秒；再生器2温度为650～750℃。轻烃、轻油原料优选混合C4气体、石脑油、FCC汽油、轻柴油或加氢尾油。

催化剂选自至少一种孔径为0.4～0.65纳米的硅铝、铝磷、硅磷铝分子筛或复合分子筛，载体为适宜的多孔性基体材料混合物，多孔基体材料包括高岭土、氧化铝、氧化硅、氧化镁、氧化锆、氧化钍、氧化铍等，其本身具有酸性，有一定催化性能，基体也可以是共凝胶形式。

本发明所述的产物收率定义为单位时间生成的乙烯、丙烯质量除以原料量，转化率定义为(100-未转化的原料)/100×100％。停留时间为提升管反应器体积除以油气对数平均体积流量，其中油气对数平均体积流量为提升管出口和入口油气体积流量之差除以油气出口和入口平均体积流量之商的对数。剂油比(C/O)为催化剂循环量(吨/小时)与总进料量(吨/小时)之比。

本发明从提供额外热量和减少热损失的角度来解决上述问题，提出将提升管反应器置于再生器内部，并引入燃料油气线，既利用再生器内部的高温氛围提供反应所需热量，又减少提升管反应器的热量损失，从而实现轻烃、轻油高温催化裂解制乙烯、丙烯。采用本发明的技术方案可保证提升管内平均反应温度达到570～680℃。在以轻石脑油为原料，采用ZSM-5分子筛催化剂，反应温度为670℃，剂油比为37时，单程转化率为64％，乙烯收率为17.68％，丙烯收率为23.03％，取得了较好的技术效果。

附图说明

图1为本发明所述反应-再生装置的结构示意图。

图1中，1为内嵌提升管反应器；2为再生器；3为沉降器；4为汽提段；5为再生斜管；6为再生滑阀；7为待生塞阀；8为沉降器内旋风分离器；9为空气分布器；10为喷嘴；11为轻烃、轻油原料；12为裂解气；13为提升介质；14为再生空气；15为燃料油气喷嘴；16为烟气出口；18为待生催化剂输送管；19为再生器内旋风分离器；20为气固快速分离器。

轻烃、轻油原料11经进料喷嘴10进入内嵌提升管反应器2中，与再生催化剂接触，反应生成含有低碳烯烃的产品，携带待生催化剂经过气固快速分离器20进入沉降器3；旋风分离器8分离出来的大部分催化剂进入沉降器3，而气相产品以及部分未被旋风分离器8分离的催化剂进入下一级旋风分离器进行再次分离，气相产品12经出口管线进入后续的分离工段；沉降器3内待生催化剂经过汽提段4汽提后经待生催化剂输送管18和待生塞阀7，进入再生器2中烧炭再生，焦炭燃烧生成的烟气经再生器内旋风分离器19，从烟气出口16进入后续的能量回收系统；再生完成的催化剂通过再生催化剂循环斜管5进入内嵌提升管1中；提升介质13使内嵌提升管反应器1中的再生催化剂向上运动，和原料11接触反应。

下面通过实施例对本发明作进一步的阐述，但不仅限于本实施例。

具体实施方式

【实施例1】

在图1所示的装置上，进行了3组实验，反应原料、催化剂、反应条件及结果如表1所示。提升管反应器规格为Φ32毫米×3毫米×5米，没有变径。沉降器规格为Φ80毫米×6毫米×1.5米，其中旋风分离器为一级。再生器规格为Φ325毫米×8毫米×4米，其中旋风分离器为一级。提升管反应器嵌套于再生器内部，下部位于再生器外部的地方装有一个进料喷嘴。再生器内距底部2米的平面上设有三个燃料油气喷嘴，等分排布，通入甲烷气体进行燃烧，甲烷流量为80毫升/分钟。

混合C4中丁烯的质量百分含量为73.8％(其中顺-2-丁烯的质量百分含量为23.48％，反-2-丁烯的质量百分含量为48.86％，1-丁烯的质量百分含量为1.46％)，正丁烷的质量百分含量为26.2％；轻石脑油主要为C₅～C₈烷烃，质量百分含量分别为12.62％、25.54％、25.25％、17.86％。

实验所用催化剂的制备方法：将分子筛、载体和粘结剂机械混合，加入适量水、HCl和H₃PO₄(制备SAPO-34催化剂时不加)，控制PH值不小于3，浆液搅拌均匀后于500℃下喷雾成型。所得的ZSM-5催化剂中，P₂O₅含量为2％，HZSM-5分子筛和基质的质量比为3∶6.8；HZSM-5分子筛的硅铝摩尔比SiO₂/Al₂O₃为38；基质为高岭土和三氧化二铝的混合物，两者的质量比为2∶8。所得的SAPO-34催化剂中，HSAPO-34分子筛和基质的质量比为3.5∶6.5；HSAPO-34分子筛的磷铝摩尔比P₂O₅/Al₂O₃为0.9，硅铝摩尔比SiO₂/Al₂O₃为1.2；基质为高岭土和三氧化二铝的混合物，两者的质量比为1∶9。

再生器内的温度为680～730℃。

表1

【比较例1】

不使用图1中的内嵌提升管，利用传统流化催化裂化装置的外置提升管进行了3组对比实验，提升管反应器在再生器外部，规格为Φ25毫米×2.5毫米×6米，没有变径，其他主要结构参数同实施例1。反应原料、催化剂、反应条件及结果如表2所示。混合C4和轻石脑油的组成见实施例1。FCC轻汽油主要为戊烯、己烯，质量百分含量分别为36.4％和34.1％。再生器内的温度为680～730℃。

表2

【实施例2】

采用与实施例1基本相同的内嵌式提升管装置，但内嵌提升管上设置两个进料喷嘴，两个喷嘴相距0.3米，自下而上分别进混合C4和FCC轻汽油，反应原料、反应条件、催化剂及反应结果如表3所示。所用原料的组成见实施例1、2。再生器内的温度为680～730℃。

表3

Claims (6)

1.一种并列式内嵌提升管循环反应-再生装置，主要包括内嵌提升管反应器(1)、再生器(2)、沉降器(3)；沉降器(3)内部设有气固旋风分离器(8)和气固快速分离器(20)，顶部开有产品出口(12)，下部为汽提段(4)，汽提段(4)位于再生器(2)内部，经待生催化剂输送管(18)和再生器(2)相连；再生器(2)内部设有气固旋风分离器(19)，上部开有烟气出口(16)，下部通过再生斜管(5)与内嵌式提升管反应器(1)的下部相连；内嵌式提升管反应器(1)的上部出口与沉降器(3)内的气固快速分离器(20)相连，中部为主反应区，设在再生器(2)内部，下部位于再生器(2)外部并设有至少一个进料喷嘴(11)；沉降器(3)、汽提段(4)和内嵌提升管反应器(1)相互并列。

2.根据权利要求1所述的并列式内嵌提升管循环反应-再生装置，其特征在于进料喷嘴(11)至少为2个。

3.根据权利要求1所述的并列式内嵌提升管循环反应-再生装置，其特征在于再生器(2)的密相区处设有燃料油气喷嘴(15)。

4.根据权利要求1所述的并列式内嵌提升管循环反应-再生装置，其特征在于所述的气固旋风分离器(8)和气固旋风分离器(19)均为1～3级。

5.根据权利要求1所述的并列式内嵌提升管循环反应-再生装置，其特征在于所述的内嵌式提升管反应器(1)的主反应区位于再生器(2)密相区中的下部管径小，位于再生器(2)稀相区中的上部管径大，管径比为0.5～0.9。

6.根据权利要求1所述的并列式内嵌提升管循环反应-再生装置，其特征在于所述内嵌提升管反应器(1)为2～3根。

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