CN102041032A - 同轴式复合提升管循环反应-再生装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种同轴式复合提升管循环反应-再生装置，主要解决现有轻烃、轻油和重油耦合催化裂解过程中，采用提升管反应器进行循环反应再生时，轻烃、轻油和重油的反应难以在各自适宜条件下反应的问题。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、外置提升管反应器19、再生器2、沉降器3、汽提段4；内嵌式提升管反应器1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；外置提升管反应器19在再生器2外部；沉降器3、汽提段4和内嵌提升管反应器1在同一个轴线上的技术方案较好地解决了该问题，可用于多产乙烯、丙烯的重油催化裂化工业生产中。

Description

同轴式复合提升管循环反应-再生装置

技术领域

本发明涉及一种同轴式复合提升管循环反应-再生装置。

背景技术

乙烯、丙烯是重要的基本有机合成原料。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(800～1200℃)，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。

轻烃、轻油催化裂解制乙烯、丙烯过程，和重油催化裂化相比，原料碳数低，难裂解，而且目的产物为气体，所以反应需要高温。将轻烃、轻油催化裂解和重油催化裂化耦合在一起，可以利用重油反应过程的富余热量，于是发展出一系列双提升管技术，此类技术是在传统的重油流化催化裂化技术的基础上，增加了一根提升管，通过裂解轻烃、轻油来增产乙烯、丙烯，如WO99/57230、US2002/01899732002、ZL03126213.9。其中，WO99/57230公布的双提升管技术是两根提升管反应系统分别裂解重油和汽油，并各自使用不同类型的催化剂，通过两套相互独立的提升管反应器、再生器和沉降器形成两路催化剂循环。裂解汽油的提升管采用的反应温度在500～650℃间。该技术的丙烯收率可达到16.8％。US2002/01899732002中推出的双提升管技术依然是重质原料油先进第一个提升管反应，反应产物中的汽油馏分再进第二个提升管反应器反应，但采用一种催化剂，有一个沉降器和再生器，即沉降器下部为汽提段，汽提段下方经待生催化剂输送管和再生器相连；再生器下部通过两根再生斜管分别与两根提升管反应器的下部相连；两根提升管反应器的上部均与沉降器内的气固快速分离器相连。Mobil与Kellogg公司联合开发的MAXOFIN^TM工艺类似于US2002/01899732002所述的技术，在最大量生产丙烯的条件下，第一根和第二根提升管顶部温度分别为537℃和593℃、剂油比分别为8.9和25，乙烯和丙烯的收率分别为4.30％和18.37％。

这些双提升管技术中所增加的裂解轻烃、轻油的提升管反应器和裂解重油的提升管反应器形式一致，即两根提升管反应器均在沉降器和再生器外部。此类技术和轻烃、轻油单独反应相比，虽然在一定程度上提高了供给轻烃、轻油裂解的热量，然而重油反应得到的结焦催化剂再生时产生的热量有限，较难实现轻烃和轻油在高于650℃的条件下裂解。另外，循环流化床技术中反应所需热量和进入提升管反应器的再生催化剂的量直接相关，重油催化裂化适宜的反应温度比轻烃、轻油催化裂解低，因此上述技术中轻烃、轻油和重油反应在催化剂循环量和反应温度的调控方面存在较难调和的矛盾，从而使得重油和轻烃、轻油反应可调节的反应条件范围缩小，甚至难以在各自适宜的条件内进行反应，经济效益有所降低。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是轻烃、轻油和重油耦合催化裂解过程中采用提升管反应器进行循环反应再生时，轻烃、轻油和重油的反应难以在各自适宜条件下反应的技术问题，提供一种同轴式复合提升管循环反应-再生装置。该方法用于多产乙烯、丙烯的重油催化裂化过程中，具有乙烯、丙烯收率高，经济性好的优点。

为解决上述问题，本发明采用的技术方案如下：一种同轴式复合提升管循环反应-再生装置，主要包括内嵌提升管反应器1、外置提升管反应器19、再生器2、沉降器3；沉降器3内部设有气固旋风分离器8，顶部开有产品出口12，下部为汽提段4；汽提段4下部经待生斜管18与再生器2下部相连；再生器2位于汽提段4下方，内部设有气固旋风分离器24，上部开有烟气出口16，下部分别经再生斜管5和20与内嵌提升管反应器1和外置提升管反应器19下部相连；内嵌式提升管反应器1上部穿过汽提段4，出口与沉降器3内的气固快速分离器25相连，其中部为主反应区，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10；外置式提升管反应器19位于再生器2外部，上部与沉降器3内的气固快速分离器25相连，下部设有至少一个进料喷嘴22；沉降器3、汽提段4和内嵌提升管反应器1在同一个轴线上。

上述技术方案中，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，进轻烃、轻油或回炼未反应的轻烃、轻油；外置提升管反应器19优选方案为设置2～3根，各外置提升管反应器19的进料喷嘴10优选方案为设置至少2个，进重油或回炼未反应的重油。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2密相床和稀相床温差较大的情况，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；再生器2密相区内设有燃料油气喷嘴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24均为1～3级。

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0.5～8米/秒；各外置提升管反应器19的平均反应温度为470～550℃，反应压力为0.1～0.35MPa，剂油比为4～12(重量比)，反应器内催化剂密度为50～100千克/米³，油气进入反应器处线速度为4～13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；重油原料优选常压蜡油、常压渣油、减压蜡油或减压渣油。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。

本发明提出将裂解轻烃、轻油的提升管反应器置于再生器内部，并引入燃料油气线。这样，一方面轻烃、轻油裂解过程可以利用再生器内部的高温氛围提供反应所需热量，并减少提升管反应器的热量损失，实现轻烃、轻油高温催化裂解制乙烯、丙烯；另一方面，重油催化裂化过程可以不受轻烃、轻油裂解的影响，在相对温和的条件下生产优质汽柴油。采用本发明的技术方案可保证轻烃、轻油裂解的提升管反应器内平均反应温度达到570～680℃，剂油比为6～40；重油催化裂化的平均反应温度为470～550℃，剂油比为4～12。在两根提升管反应器分别以大庆混合油、轻石脑油为原料，采用含USY和ZSM-5两种分子筛的催化剂，大庆混合油的反应温度为480℃、剂油比为8，轻石脑油的反应温度为630℃、剂油比为35时，乙烯+丙烯单程收率为27.24％。

附图说明

图1为本发明反应-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为内嵌提升管的再生斜管；6为内嵌提升管的再生滑阀；8为沉降器内旋风分离器；9为空气分布器；10为内嵌提升管的喷嘴；11为轻烃、轻油类原料；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；17为待生滑阀；18为待生斜管；19为外置提升管反应器；20为外置提升管的再生斜管；21为外置提升管的再生滑阀；22为外置提升管的喷嘴；23为重油类原料；24为再生器内旋风分离器；25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1中，与再生催化剂接触，反应生成含有低碳烯烃的产物携带待生催化剂经过气固快速分离器25进入沉降器3和汽提段4；重油原料23经进料喷嘴22进入外置提升管反应器19中，与分子筛催化剂接触，反应生成的产物携带待生催化剂经过气固快速分离器25进入沉降器3和汽提段4；旋风分离器8分离出来的大部分催化剂进入汽提段4，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；被旋风分离器8分离出的待生催化剂经过汽提后经过待生斜管18和待生滑阀17，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24，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内嵌提升管的再生斜管5进入内嵌提升管1，经外置提升管的再生斜管20进入外置提升管19；提升介质13使内嵌提升管1和外置提升管19中的再生催化剂向上运动，和分别和原料11、23接触反应。

下面通过实施例对本发明作进一步的阐述。

具体实施方式

【实施例1】

在图1所示的装置上，进行了多产乙烯的2组实验，反应原料、催化剂、反应条件及结果如表1所示。内嵌式提升管反应器规格为Φ40毫米×4毫米×4.5米，没有变径。外置式提升管反应器规格为Φ25毫米×2.5毫米×6米，没有变径。反应沉降器规格为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Φ273毫米×6毫米×4米，其中旋风分离器为一级。内嵌式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％；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％；大庆减压蜡油的密度为0.88克/厘米³，H的质量百分含量为13.52％，饱和分的质量百分含量为85.82％，芳香分的质量百分含量为11.54％，胶质的质量百分含量为2.64％；大庆常压渣油的密度为0.90克/厘米³，H的质量百分含量为12.63％，饱和分的质量百分含量为47.54％，芳香分的质量百分含量为29.82％，胶质的质量百分含量为22.61％，沥青质的质量百分含量为0.03％。第1组实验中FCC轻汽油和大庆减压蜡油的质量比为3∶7，第2组实验中混合C4和大庆常压渣油的质量比为2∶8。

实验所用催化剂的制备方法：将HZSM-5分子筛、超稳Y型分子筛、载体和粘结剂机械混合，加入适量水、HCl和H₃PO₄，控制PH值不小于3，浆液搅拌均匀后于500℃下喷雾成型。所得混合分子筛催化剂中，分子筛和基质的质量比为3∶6.9，P₂O₅含量为1％；HZSM-5分子筛的硅铝摩尔比SiO₂/Al₂O₃为38，超稳Y型分子筛的硅铝摩尔比SiO₂/Al₂O₃为8；HZSM-5和超稳Y分子筛的质量比为2∶8；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。

再生器内的温度为680～730℃。

表1

【对比例1】

不使用图1中的内嵌提升管，而采用外置提升管模拟进行了2组对比实验，两根提升管反应器均在再生器外部，裂解重油的提升管反应器的规格为Φ25毫米×2.5毫米×6米，没有变径；裂解轻油的提升管反应器的规格为Φ25毫米×2.5毫米×4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。所用原料同实施例1。第3组实验中FCC轻汽油和大庆减压蜡油的质量比为3∶7，第4组实验中混合C4和大庆常压渣油的质量比为2∶8。再生器内的温度为680～730℃。

表2

【实施例2】

在图1所示的装置上，进行了多产丙烯的2组实验，反应原料、催化剂、反应条件及结果如表3所示。混合C4的组成同实施例1；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％；大庆混和油的密度为0.89克/厘米³，H的质量百分含量为12.2％，饱和分的质量百分含量为57.54％，芳香分的质量百分含量为26.63％，胶质的质量百分含量为15.55％，沥青质的质量百分含量为0.28％。第5组实验中混合C4和大庆混合油的质量比为3∶7，第6组实验中轻石脑油和大庆混合油的质量比为5∶5。再生器内的温度为680～730℃。

表3

【实施例3】

采用与实施例1基本相同的提升管装置，其中内嵌式提升管反应器采用两个进料喷嘴，两个喷嘴相距0.2米，自下而上分别进混合C4和FCC轻汽油，反应原料、催化剂、反应条件及结果如表4所示。所用原料的组成见实施例1、2。第7组实验中混合C4和FCC轻汽油的质量比为5∶5，混合C4+FCC轻汽油和大庆混合油的质量比为2∶8。再生器内的温度为680～730℃。

表4

Claims (6)

1.一种同轴式复合提升管循环反应-再生装置，主要包括内嵌提升管反应器(1)、外置提升管反应器(19)、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(25)，顶部开有产品出口(12)，下部为汽提段(4)；汽提段(4)下部经待生斜管(18)与再生器(2)下部相连；再生器(2)位于汽提段(4)下方，内部设有气固旋风分离器(24)，上部开有烟气出口(16)，下部分别经再生斜管(5)和(20)与内嵌提升管反应器(1)和外置提升管反应器(19)下部相连；内嵌式提升管反应器(1)上部穿过汽提段(4)，出口与沉降器(3)内的气固快速分离器(25)相连，其中部为主反应区，设在再生器(2)内部，下部位于再生器(2)外部且设有至少一个进料喷嘴(10)；外置式提升管反应器(19)位于再生器(2)外部，上部与沉降器(3)内的气固快速分离器(25)相连，下部设有至少一个进料喷嘴(22)；沉降器(3)、汽提段(4)和内嵌提升管反应器(1)在同一个轴线上。

2.根据权利要求1所述的同轴式复合提升管循环反应-再生装置，其特征在于进料喷嘴(10)和(22)分别至少为2个。

3.根据权利要求1所述的同轴式复合提升管循环反应-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所述的同轴式复合提升管循环反应-再生装置，其特征在于气固旋风分离器(8)和气固旋风分离器(24)均为1～3级。

5.根据权利要求1所述的同轴式复合提升管循环反应-再生装置，其特征在于内嵌提升管反应器(1)的主反应区变径，位于密相区中的管径小，位于稀相区中的管径大，管径比为0.5～0.9。

6.根据权利要求1所述的同轴式复合提升管循环反应-再生装置，其特征在于外置提升管反应器(19)为2～3根。

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