CN102188939A

CN102188939A - 一种低炭催化剂的流化床再生设备及其再生方法

Info

Publication number: CN102188939A
Application number: CN2010101268419A
Authority: CN
Inventors: 郭湘波; 李强; 宗保宁
Original assignee: Sinopec Research Institute of Petroleum Processing; China Petroleum and Chemical Corp
Current assignee: Sinopec Research Institute of Petroleum Processing; China Petroleum and Chemical Corp
Priority date: 2010-03-18
Filing date: 2010-03-18
Publication date: 2011-09-21
Anticipated expiration: 2030-03-18
Also published as: CN102188939B

Abstract

一种低炭催化剂的流化床再生设备及其再生方法。该再生设备分为密相段(11)和稀相段(12)，再生空气进料管(8)位于再生器壳体(16)的底部，再生空气进料管(8)的上方是气体分布器(9)，在密相段(11)处设置加热装置(10)，稀相段(12)的顶部设置催化剂过滤器(13)。再生时，再生器内的催化剂处于流化状态，依靠加热装置(10)向催化剂床层升温，对催化剂进行再生。采用本发明提供的设备和方法，能够有效地对少量的低炭催化剂进行再生，与现有技术相比，再生过程的热效率高、热量消耗低，再生空气用量少、动力消耗低，设备规模小、成本低。

Description

一种低炭催化剂的流化床再生设备及其再生方法

技术领域

本发明属于石油化工领域，涉及一种低炭催化剂的流化床再生设备及其再生方法。

背景技术

由于石油化工原料如烃类、醇类在反应器内反应时会生成焦炭，焦炭沉积在催化剂的表面会使催化剂的活性和选择性降低，因此，在一个工业装置中必须经常采用氧化再生的方式烧掉沉积在催化剂表面上的焦炭，以恢复催化剂的活性。失活的催化剂可以在固定床装置或流化床装置中进行再生。通常，失活速率较快的催化剂在流化床装置中进行再生，如烃类原料的流化催化裂化工艺(FCC)，通常在离开反应器时待生催化剂含炭量在1％(重量)左右，经过流化床再生器的烧焦后，分子筛催化剂上的含炭量一般可降至0.2％(重量)以下。工业上常用的流化床再生方式主要有单器再生、两器两段再生及快速床再生等。其中单器再生由于工艺及设备都比较简单，迄今为止一直被广泛使用。

由于流化催化裂化等烃类转化工艺中催化剂失活迅速，催化剂循环量大。为保证催化剂能够完全再生，流化床再生器中催化剂的藏量也较大。另一方面，需要再生的催化剂上炭含量较高，再生烧焦时放出的热量足以满足本装置的热平衡。例如在以重油为裂化原料时，再生催化剂的烧焦还可以提供大量的剩余热量。流化床的再生器是采用流化床工艺的反应装置中的核心设备。

CN1034320A公开了一种流化床催化剂再生的方法和设备，该再生设备由一个或两个再生器组成，在不同的再生器中可采用不同的烧焦温度，从而使再生催化剂上的含炭量很低。CN1385495A公开一种流化催化裂化催化剂再生方法和装置。该方法为管式烧焦器与多段逆流湍流床烧焦器相并列的催化剂串联组合再生方式，可在管式烧焦器内烧掉40％～50％的炭及全部的氢，然后在湍流烧焦器内完成全部烧焦。CN1137789C公开了一种流化催化裂化催化剂再生设备，在再生器下部密相区内加入类似填料层的内构件再生设备，待生催化剂在此区域实现多级逆流再生，可有效减轻再生器内密相段催化剂的返混，增加再生效率，降低再生催化剂上的炭含量。

上述现有技术中所设计的再生设备是目前工业上烃类转化工艺中最为常用的再生设备，但仅适用于催化剂循环量大、催化剂上焦炭含量较高、烧焦放热量较大的再生工艺，如炼油工艺的催化裂化催化剂的再生。而在化工生产中通常需要再生的催化剂量往往不大，当需要采用流化床的方式再生少量催化剂如几百公斤至数吨而且催化剂上含炭量不高、焦炭燃烧的热量不足以维持再生器中的热平衡时，虽然也能用普通的流化床再生器进行催化剂的再生，但再生效率低，而且需要由大量的再生空气提供热量维持再生器的热平衡，从技术经济角度来看，极不合理。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是待生催化剂数量少、焦炭含量不高，用现有流化床再生技术时，焦炭燃烧热量不足以维持再生器热量平衡的问题。本发明的目的在于提供一种新的流化床再生器和再生方法，使用该再生器能够有效地对少量的低炭催化剂进行再生。

本发明提供的低炭催化剂的流化床再生设备：包括再生器壳体16，催化剂进料口14和催化剂出料口15，所述的再生器壳体16自下而上分为密相段11和稀相段12，再生空气进料管8位于再生器壳体16的底部，再生空气进料管8的上方是气体分布器9，在密相段11处设置加热装置10，稀相段12的顶部设置催化剂过滤器13。

本发明提供的流化床再生器主要部分自下而上分为密相段11、扩大段和稀相段12。扩大段包括一个圆台体结构与一个圆柱体结构组件，圆柱体与密相段连接，圆台体一个圆截面与稀相段连接，另一个圆截面与圆柱体相连。所述稀相段的直径与高之比为1∶1～8，优选为1∶2～5，密相段的直径与高之比为1∶1～20，优选为1∶5～15。在密相段的再生器侧壁上设置有催化剂出料口和催化剂进料口。

密相段11中设置的加热装置10是独立控温加热。加热装置10设置在再生器壳体16内部或再生器壳体16外部。加热装置10设置在再生器壳体16内部时，为电加热管加热器或内电极式加热器，即在催化剂密相床层内直接加热催化剂；加热装置10设置在再生器壳体16外部时，为铸金属电加热器，即当再生器直径过小，可采用铸金属电加热器包裹在密相段的壳体外侧进行加热。

气体分布器9设置在再生空气进料管8的上方，与再生器的一部分构成流化室，工作时再生器内的催化剂在气流的作用下处于流化状态，依靠加热装置10与催化剂间极高的传热速率向催化剂床层实施补充加热，以满足低炭催化剂再生对热量的需求。由于低炭催化剂再生所需空气量很少，而且催化剂再生所需热量绝大部分由加热装置提供，因此维持再生器内催化剂流化状态的空气量便可满足催化剂再生的要求，也就是说，再生器内气体表观气速较低。气体分布器是再生器内均匀分布气体的关键构件，本发明中再生器内的气体分布器可采用直流式、侧流式、短管式和分枝式的分布器。由于本发明中再生催化剂颗粒约为100μm左右，因此不宜采用填充式气体分布器。本发明的再生器内径较小，且气体分布器上下温差较大，因此优选采用能够承受催化剂的重荷和热应力，并有利于消除鼓泡和沟流的气体分布器。优选的气体分布器选自直流式凹型筛板分布器、金属锥形风帽分布器、侧缝式锥帽分布器或短管式气体分布器中的一种。

稀相段12的顶部设置催化剂过滤器13，经再生后的催化剂被再生气带入稀相段后由过滤器阻挡在再生器内，而再生后的气体则经催化剂过滤器排出再生器。所述催化剂过滤器为金属烧结过滤器或陶瓷过滤器。

本发明提供一种使用上述再生设备的再生方法：来自再生空气进料管8的空气向上经气体分布器9进入催化剂床层，从催化剂进料口14引入待生催化剂，待生催化剂在再生器内处于流化状态，使用加热装置10对待生催化剂升温，进行待生催化剂的再生，部分再生催化剂经再生空气提升至稀相段12，经催化剂过滤器13过滤后返回密相段11，而再生空气经过催化剂过滤器13后排出再生器，再生催化剂经催化剂出料口15排出再生器。

所述待生催化剂的含炭量为小于等于0.7重量％。

再生器中的再生温度为450℃～700℃，压力为0～1.0MPa(表压)，优选为再生温度为550℃～680℃，压力为0～0.2MPa(表压)。

本发明的流化床再生设备及其再生方法不同于现有技术的催化剂流化床再生技术，采用直接加热催化剂床层的方法，特别适用于待生催化剂上含炭量不高、焦炭燃烧热不足以维持再生器热平衡的再生工艺。本发明提供的流化床再生设备和方法具有以下优点：

(1)再生时由于以电加热催化剂的方式提供热量为主，且几乎没有损耗地全部被催化剂利用，催化剂加热的热效高，因此再生过程的热效率可达90％以上，热量消耗比普通流化床再生器降低50％左右。

(2)由于再生空气用量仅为普通流化床再生器的20％～30％，因此配套的鼓风机功率降低，动力消耗比普通流化床再生器减少60％左右。

(3)与再生空气加热催化剂的方式相比，由于催化剂电加热器强化了传热过程，因而在同等规模条件下，其尺寸较普通流化床再生器减小50％左右，配套风机、加热设备等附属设备的尺寸也相应减少，设备投资可下降30％左右。

(4)操作灵活且弹性大，该再生器既可连续操作，也可间歇操作，根据生产需求，可在0～100％之间调整再生负荷。

(5)停留时间可按实际需要进行调节。

(6)再生器内空床气速低，因此，物料颗粒破碎率低，对设备磨损小。

附图说明

图1为现有技术中常规的流化床再生器结构示意图。

图2为本发明提供的低炭催化剂流化床再生设备结构示意图，其中加热装置设置在再生器壳体内。

图3为本发明提供的低炭催化剂流化床再生方法流程示意图，其中加热装置设置在再生器壳体外。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的再生装置和再生方法予以进一步地说明，但并不因此而限制本发明。

图1为现有技术中常规的流化床再生器结构示意图。再生器分为稀相段和密相段两段，再生器的底部设置催化剂入口3和再生主风分布器4、来自燃烧室的烧焦用的空气通过再生主风分布器4进入密相床层。烧焦生成的烟气携带部分催化剂进入稀相段，部分携带的催化剂下落回密相段，其余的随烟气进入旋风分离器1，分离出的催化剂经料腿返回密相床，而烟气则经顶部设置的再生器集气室6排出再生器。在再生器的外部设置再生器外取热器5。

图2为本发明提供的低炭催化剂流化床再生设备结构示意图，其中加热装置设置在再生器壳体内。如图2所示，再生器包括再生器壳体16，催化剂进料口14和催化剂出料口15。再生器壳体16自下而上分为密相段11和稀相段12，再生空气进料管8位于再生器壳体16的底部，再生空气进料管8的上方是气体分布器9，为再生空气短管式板分布器。在密相段11处，再生器壳体的内侧设置可独立控温的加热装置10。稀相段12的顶部设置催化剂过滤器13。

图3为本发明提供的低炭催化剂流化床再生方法流程示意图，其中加热装置设置在再生器壳体外。如图3所示，鼓风机7将空气压缩并引入再生器底部的再生空气进料管8，空气流量采用单独的流量控制阀进行调控。从再生空气进料管8来的空气向上经直流式凹型筛板分布器9进入催化剂床层。进入床层的空气量可以满足烧焦所需空气量，且表观气速应高于催化剂的起始流化速度。

催化剂进料口14引入一定量的低炭催化剂，催化剂在再生器内处于流化状态。使用再生器壳体外侧的电加热装置10对催化剂升温，进行低炭催化剂的再生。在加热过程中，控制再生密相段11的温度。再生器密相段的温控通过控制电加热装置10的温度实现。

处于流化状态下的部分催化剂经再生空气提升至再生器稀相段12，线速进一步降低，经催化剂过滤器13过滤后返回密相段，而再生烟气经过催化剂过滤器13后由出口排出再生器。再生后的催化剂经过催化剂出口料15排出再生器，再生器中催化剂的料位由出口管线上的控制阀进行调节。

下面结合实施例对本发明的再生装置和再生方法予以进一步地说明，但并不因此而限制本发明。

对比例

采用图1所示典型的催化剂流化床再生器，对含有Y型分子筛的低炭催化裂化催化剂进行再生，再生温度为650℃。待生催化剂上的含炭量为0.5重量％，催化剂循环量约为2000kg/h，再生后催化剂含炭量为0.1重量％。再生器直径为2m，密相段高度5m。为保证烧焦速率，再生器密相段烧焦空气线速约0.6m/s，根据催化剂再生热量衡算，烧焦催化剂放热约100kw，而进入再生器的空气升温热约为860kw，散热损失约30kw。焦炭燃烧放出的热量远低于再生系统所需热量，因此为维持再生温度，需将大量的进入再生器的空气升温。

实施例1～实施例4

采用图2所示的本发明提供的再生器，对与对比例相同的，含有Y型分子筛的低炭催化裂化催化剂进行再生。

在400℃、500℃、550℃、600℃不同的再生温度下对低炭催化剂进行再生实验，结果见表1所示。由表1可见，再生温度为600℃，再生时间40分钟催化剂便可达到完全再生，在550℃下45分钟基本可以完全再生。因此低炭催化剂的烧焦可以控制在较低的温度下进行，且催化剂藏量在保证再生时间的情况下可适当减少，从而优化了能量利用和再生器尺寸。

表1

	再生温度/℃	再生时间/min	待生催化剂含炭量/重量％	再生催化剂含炭量/重量％
					实施例1	400	50	0.449	0.271
实施例2	500	50	0.565	0.155

实施例3	550	45	0.615	0.105
					实施例4	600	39	0.701	0.019

实施例5

采用图3所示的本发明提供的再生系统及再生方法，对与对比例相同的，含有Y型分子筛的低炭催化裂化催化剂进行再生。

待生催化剂上的含炭量为0.5重量％，催化剂循环量约2000kg/h，再生后催化剂含炭量为0.1％。再生器直径为1.5m，密相段高度5m。采用本发明的再生方法，使用催化剂加热装置对催化剂的再生加热，再生器密相段烧焦空气线速可控制在0.3m/s，根据催化剂再生热量衡算，烧焦催化剂放热约100kw，对进入再生器的空气升温热约为322kw，散热损失约15kw。与对比例相比，再生所需热量消耗降低70％。再生空气用量仅为对比例中的38％，配套的鼓风机功率降低，动力消耗减少60％左右。

Claims

1.一种低炭催化剂的流化床再生设备，包括再生器壳体(16)，催化剂进料口(14)和催化剂出料口(15)，所述的再生器壳体(16)自下而上分为密相段(11)和稀相段(12)，其特征在于，再生空气进料管(8)位于再生器壳体(16)的底部，再生空气进料管(8)的上方是气体分布器(9)，在密相段(11)处设置加热装置(10)，稀相段(12)的顶部设置催化剂过滤器(13)。

2.按照权利要求1所述的再生设备，其特征在于，稀相段的直径与高之比为1∶1～8，密相段的直径与高之比为1∶1～20。

3.按照权利要求2所述的再生设备，其特征在于，稀相段的直径与高之比为1∶2～5，密相段的直径与高之比为1∶5～15。

4.按照权利要求1所述的再生设备，其特征在于，加热装置(10)设置在再生器壳体(16)内部或再生器壳体(16)外部。

5.按照权利要求1所述的再生设备，其特征在于，加热装置(10)设置在再生器壳体(16)内部时，为电加热管加热器或内电极式加热器，加热装置(10)设置在再生器壳体(16)外部时，为铸金属电加热器。

6.按照权利要求1所述的再生设备，其特征在于，气体分布器采用直流式、侧流式、短管式或分枝式的分布器。

7.按照权利要求1所述的再生设备，其特征在于，气体分布器选自直流式凹型筛板分布器、金属锥形风帽分布器、侧缝式锥帽分布器和短管式气体分布器中的一种。

8.按照权利要求1所述的再生设备，其特征在于，催化剂过滤器为金属烧结过滤器或陶瓷过滤器。

9.一种使用权利要求1所述再生设备的再生方法，其特征在于，来自再生空气进料管(8)的空气向上经气体分布器(9)进入催化剂床层，从催化剂进料口(14)引入待生催化剂，待生催化剂在再生器内处于流化状态，使用加热装置(10)对待生催化剂升温，进行待生催化剂的再生，部分再生催化剂经再生空气提升至稀相段(12)，经催化剂过滤器(13)过滤后返回密相段(11)，而再生空气经过催化剂过滤器(13)后排出再生器，再生催化剂经催化剂出料口(15)排出再生器。

10.按照权利要求9所述的再生方法，其特征在于，所述待生催化剂的含炭量为小于等于0.7重量％。