CN102206505A

CN102206505A - 催化裂化工艺中汽提油气单独引出的装置

Info

Publication number: CN102206505A
Application number: CN2011101043053A
Authority: CN
Inventors: 刘小成; 马媛媛; 张峰; 陈勇; 李琦; 陈建义; 魏耀东
Original assignee: China University of Petroleum Beijing
Current assignee: China University of Petroleum Beijing
Priority date: 2011-04-26
Filing date: 2011-04-26
Publication date: 2011-10-05

Abstract

催化裂化工艺中汽提油气单独引出的装置，涉及烃原料流化催化裂化工艺的油气和催化剂的快速分离气提装置，其特征在于：气提油气和催化裂化油气从装置中分两路分别从引出管7，21引出；汽提器3上部封闭罩18将汽提器3空间和沉降器4上部空间分割，互相不连通；粗旋9出口与升气管22直连顶旋6；底旋19采用沉降器4内置或外置方式。由于气提油气的高含水及瓦斯气而催化裂化油气的高油气低含水，分别引出可以对于两路油气分别加以利用，得到高品质的油品，从而增加催化裂化的经济效益，且气提油气和催化裂化油气均未经过沉降器大空间，使得油气的平均停留时间缩短到2～3秒以下，减小了结焦的可能。

Description

催化裂化工艺中汽提油气单独引出的装置

技术领域

本发明属于石油化工技术领域，涉及石油烃原料的流化催化裂化装置，特别涉及烃原料催化裂化工艺中对待生催化剂进行蒸汽汽提而形成的汽提油气的处理方法装置。

背景技术

流化催化裂化工艺是炼油工业重要的油品轻质化工艺之一。在催化裂化工艺中，提升管反应器是原料油气发生催化裂化的主要场所，催化剂与原料油气的混合物通过提升管反应器的时间约为2～4s。通常在提升管出口增设分离器将油气与催化剂快速分离，以终止油气的裂化反应。但油气与催化剂的接触和反应并非仅仅局限于提升管反应器内，油气和催化剂离开提升管反应器进入沉降器后，油气如果不及时引出终止反应，油气在沉降器内长时间停留会继续发生裂化反应，即发生二次过裂化反应。这造成目的产物汽油和柴油转化成非目的产物，导致目的产品的损失，同时发生结焦反应，致使沉降器内部形成结焦焦块。当焦块脱落堵塞催化剂的循环管路时，导致装置停工。因此油气需要快速的引出，降低油气在沉降器的停留时间。油气停留时间长短是影响油气二次过裂化反应的重要因素，停留时间越长，反应深度越大，产生的影响越大。现场的测量数据表明催化裂化工艺反应油气的二次过裂化反应主要发生在沉降器的大空间内，其原因是油气在沉降器内停留时间过长。

图1是一种典型的沉降器结构示意图，提升管出口分离器的结构形式是粗旋(一级旋风分离器)。来自提升管11出口的总油气量Q经过粗旋9分离后进入沉降器4。油气在沉降器4内分为四路进入顶旋6(二级旋风分离器)。油气的主要部分Q₁从粗旋9上出口流出，这部分油气在沉降器上部大空间内缓慢上升进入顶旋6，导致在沉降器稀相空间内严重滞留；其余部分是粗旋9下出口分离催化剂颗粒夹带的油气Q₂，这部分油气从沉降器4中下部缓慢上升进入顶旋；还有汽提器蒸汽2汽提出的油气Q₃，这部分油气从沉降器4下部缓慢上升进入顶旋6，弥漫在整个沉降器4空间，一般认为这部分油气是比较重的液相油气组分，具有很大的结焦倾向；顶旋6分离催化剂颗粒中夹带的油气Q₄，这部分油气量很小，但走的路程比较长，停留时间也较长。这四部分油气在沉降器4内上升汇总进入顶旋入口，由顶旋6进行分离后，从油气管线7引出。因此，油气在沉降器4内的停留时间主要取决于这四部分油气在沉降器4内各部分空间的上升流动速度和提升管快分器(图1为粗旋9，一级旋风分离器)分配给各出口分支路的油气量。

沉降器4内各个区域的油气上升速度有很大的差别。根据沉降器4内油气流动速度的大小可以划分为三个区域。油气静止区域，主要是一些死角区域，如粗旋9，顶旋6的外上盖区域，其它内构件的表面，这些区域比较小；油气低速流动区域，如沉降器4内壁与粗旋9，顶旋6外壁之间的大空间，上升速度约在0.3～0.5m/s之间；油气高速区域，如粗旋9，顶旋6的内部、集气室8、提升管11等，速度约在20～40m/s；此外还存在着催化剂的密相区，主要是沉降器4下部的汽提器3部分。

油气在沉降器4的流动状况与提升管反应器11出口分离器的结构形式密切相关。早期催化裂化装置提升管反应器出口分离器的结构形式主要是惯性式气固分离装置，它是依靠含有大量催化剂颗粒的油气急剧改变流动方向所产生的气固两相惯性差异实现气固分离的，典型的惯性气固快速分离装置有倒L型、T型、三叶型等多种结构，其特点是压降小，一般不超过5kPa，但分离效率较低，只有70％～80％。图2是倒L型分离器，全部油气Q经过分离后，Q₁＝90％Q的油气在沉降器4内慢速上升，一般约30s以上才得以进入沉降器4上部的顶旋6，由顶旋6进一步分离油气夹带的催化剂颗粒后进入集气室8汇总从油气管线7引出。而由汽提器3用蒸汽2汽提待生催化剂出来的油气Q₃＝10％Q，顶旋6分离下来催化剂颗粒夹带的少量油气Q₄，需要约60s以上的时间才能上升到沉降器4上部顶旋6的入口。因此倒L型分离器12的油气在沉降器4大空间内的停留时间较长，总平均停留时间可能长达30～40s。

现在普遍使用的分离器是离心式分离装置，它依靠气固两相混合物旋转形成的强离心力场实现气固快速分离。典型的应用实例是在提升管反应器11的出口直联一组旋风分离器9(简称粗旋)，见图1，它的气固分离效率可高达98％以上。提升管11出口的总油气量Q经过粗旋9上部流出Q₁＝80％Q，其余部分是粗旋9分离催化剂夹带的油气Q₂＝10％Q和催化剂颗粒吸附的油气Q₃＝10％Q。Q₃这部分油气是在汽提器3内被蒸汽汽提出来，此外还有少量顶旋6分离催化剂夹带的油气Q₄。粗旋9分离出大部分催化剂后的油气Q₁从粗旋9升气管排出进入沉降器4上部空间，以较慢的速度上升，经20s以上的时间进入沉降器4上部的顶旋6内，油气通过顶旋6将夹带的催化剂进一步分离后进入集气室8汇总由油气管线7引出。由于粗旋料腿10是正压差下排出催化剂，所以在排出催化剂的同时，不仅有颗粒夹带的油气Q₂，还有催化剂颗粒吸附的油气Q₃。这些油气在沉降器4大空间慢速上升，需要约50～60s时间进入沉降器4上部的顶旋6内。油气在沉降器4内的总平均停留时间约20～30s。

国内外相继开发了一系列提升管11出口快速分离技术，以及分离器与顶旋6的连接方式，在保证分离效率的同时，降低油气在沉降器4内的停留时间。美国专利US4,502,947(1985)、US4,579,716(1986)、US4,624,772(1986)等开发了闭式直联旋风分离系统，将粗旋9升气管直接与沉降器4上部顶旋6入口相连，大大缩短了油气在沉降器4内的停留时间，使气体的返混率进一步降到6％～10％，但这种结构抗压力波动的性能较差，开工难度大。美国专利US5,158,669(1992)、欧洲专利EP0593827A1，中国专利CN 92112441(1992年)等又在粗旋9下部直接联接了一个汽提段14，改变一部分反应油气从粗旋4料腿10向下喷出的不利情况，进一步缩短了反应后油气在沉降器4内的平均停留时间，使油气返混率进一步降到2％以下。上述专利的做法是为消除粗旋4料腿10正压差排料，油气从料腿10向下喷出的问题，在粗旋下部设置预汽提器14，使Q₂油气不从料腿向下返混，全部通过粗旋内部上升。为消除粗旋9出口油气Q₁在沉降器4空间弥散的问题，粗旋9出口采用承插式结构13与顶旋6连接，消除Q₁部分油气在沉降器4内的扩散，使平均停留时间可缩到5s以下，见图3。但这些措施仅解决了粗旋4上部和下部排出油气停留时间过长的问题，并未解决沉降器4下部汽提器3汽提油气Q₃的停留时间过长问题，以及顶旋6分离催化剂夹带的油气Q₄停留时间过长问题。

因此，如何减小汽提油气Q₃和Q₄在沉降器4内的停留时间是减少油气二次过渡裂化和结焦问题的关键。汽提器3的主要功能是利用高温蒸汽将催化剂黏附和夹带着一定量的油气汽提出来，提高轻油收率。在汽提器3内部的取样研究结果表明，汽提器3内发生的是物理汽提与化学反应并存的过程。汽提器3的上部以物理汽提过程为主，而汽提器3下部以化学汽提过程为主。催化剂上携带的重质烃类在汽提器3中发生了热裂化、催化裂化和脱氢缩合等反应，从汽提器3顶部到汽提段底部，热裂化和催化裂化反应逐渐减少，而脱氢缩合反应逐渐增加。

汽提油气离开汽提器进入沉降器4的大空间内，这是汽提油气发生二次过裂化反应的主要区域，其结焦与原料性质、沉降器4内温度、油气停留时间等众多因素密切相关。

1.汽提油气量Q₃虽然占总油气量的比例小，但汽提器3汽提出来的油气一般是比较重的油气组分，具有很大的结焦倾向，是器壁结焦的主要来源。

2.沉降器4的空间比较大，油气流速比较小，催化剂的颗粒浓度比较低，对器壁的冲刷强度小，结焦前驱物易于粘附在器壁上，形成结焦。提供了油气结焦焦体的滞留空间。

3.汽提出来的油气Q₃离开沉降器4底部的汽提器3需要约60秒以上的时间上升到沉降器4上部顶旋6的入口，长时间停留增加了油气的二次过裂化反应，加重油气的结焦倾向。

4.汽提器3中的温度一般低于沉降器4内的温度，汽提油气中的重组分将冷凝成液滴，极易形成结焦前驱物。

基于上述原因，许多炼油厂的重油催化裂化装置发生过严重的结焦问题，造成催化裂化装置的非计划停工，直接影响了催化裂化装置的长周期运行。

汽提油气除导致结焦外，汽提油气的品质和提升管11出口的油气品质有很大的不同，两者混合在一起会影响到总油品的品质。汽提器3内待生催化剂的汽提过程是物理汽提与化学反应并存的过程，导致汽提油气的轻组分比较低，同时汽提油气含有大量的水蒸汽，品质比较差。目前常规做法是将低品质汽提油气直接与提升管11出口的高品质油气混合，再送至分馏塔，不仅增加了分馏塔的负荷，而且这种混合导致了油气品质的下降，存在着较大的不合理性。

发明内容

本发明所要解决的问题是(1)来自汽提器3的汽提油气Q₃在沉降器4大空间内停留时间长；(2)汽提油气发生二次过裂化反应形成结焦前驱物。为解决这些问题，本发明采用的技术方案是将汽提油气单独引出装置，即汽提油气和提升管11出口油气各自用管路引出，而不是以前的方法混合后用一条油气管线引出。

本发明用于烃原料催化裂化工艺，是裂化油气和气提油气单独引出的装置，包括再生器16，汽提器3，底旋(汽提旋风分离器)19，升气管20，顶旋料腿5，沉降器4，顶旋(二级旋风分离器)6，油气引出管7，粗旋升气管22，粗旋(一级旋风分离器)9，提升管11，待生管1，再生斜管23。其特征在于：提升管11的出口端与粗旋9通过管道连接，粗旋9的升气管22与顶旋6入口直接连接，粗旋9位于沉降器4的内部，汽提器3的上方；汽提器3的下端连接待生催化剂立管或者待生斜管1与再生器16相通；底旋(汽提旋风分离器)19位于沉降器4的外部或内部。汽提器3上部用封闭罩18将汽提器3空间和沉降器4空间分割，互相不连通。

以下结合附图，详细叙述本发明的技术方案。

采用图4所示本发明的用于烃原料催化裂化工艺汽提油气单独引出的方法如下：空气通过气体分布器15进入再生器16，待生催化剂在再生器16内恢复催化剂的活性，再生后的催化剂通过再生斜管23进入提升管11，在提升管11内与来自进料喷嘴24和25的烃原料混合并经预提升蒸汽26的提升作用混合上行，同时烃原料发生催化裂化反应，反应后的油气和催化剂均进入粗旋9(第一级旋风分离器)进行分离，分离后的油气经粗旋升气管22进入多组顶旋6(第二级旋风分离器)，分离后的油气汇合后，从油气管线7引出。粗旋9和顶旋6分离下来的催化剂落入汽提器3，在汽提器内催化剂依次沿多组挡板向下流落，挡板下部的气体分布管喷出的高温蒸汽汽提待生催化剂吸附的油气，气提后的催化剂经待生斜管1进入再生器16，而汽提后的油气和蒸汽上行至封闭罩18汇集，通过引出升气管20快速引出进入底旋19(底部旋风分离器)，分离催化剂后汽提油气和蒸汽经出口21引出装置。上述的操作过程是连续循环进行的。

图5是本发明的另一种催化裂化工艺中汽提油气单独引出的装置，与图4所示催化裂化工艺中汽提油气单独引出的装置的不同之处是，底旋19外置于沉降器4，形成外置底旋19(底部旋风分离器)。空气通过气体分布器15进入再生器16，待生催化剂在再生器16内恢复催化剂的活性，再生后的催化剂通过再生斜管23进入提升管11，在提升管11内与来自进料喷嘴24和25的烃原料混合上行，同时烃原料发生催化裂化反应，反应后的油气和催化剂均进入粗旋9(第一级旋风分离器)进行分离，分离后的油气经粗旋出口升气管22进入多组顶旋6(第二级旋风分离器)，分离后的油气汇合后，从油气管线7引出。粗旋9和顶旋6分离下来的催化剂落入汽提器3，在汽提器内催化剂依次沿多组挡板向下流落，挡板下部的气体分布管喷出的高温蒸汽汽提待生催化剂吸附的油气，气提后的催化剂经待生斜管1进入再生器16，而汽提后的油气和蒸汽上行至封闭罩18汇集，通过引出升气管20快速引出进入底旋(底部旋风分离器)19，分离催化剂后汽提油气和蒸汽经出口21引出装置。上述的操作过程是连续循环进行的。

图6是本发明的另一种催化裂化工艺中汽提油气单独引出的装置，与图4、图5所示催化裂化工艺中汽提油气单独引出的两装置均不同之处是，再生器16与沉降器4采用同轴式连接方式，属于同轴式催化裂化装置，与图5催化裂化工艺不同时在于图6是并列式催化裂化的工艺。空气通过气体分布器15进入再生器16，待生催化剂在再生器16内恢复催化剂的活性，再生后的催化剂通过再生斜管23进入提升管11，在提升管11内与来自进料喷嘴24和25的烃原料混合上行，同时烃原料发生催化裂化反应，反应后的油气和催化剂均进入粗旋9(第一级旋风分离器)进行分离，分离后的油气经粗旋出口升气管22进入多组顶旋6(第二级旋风分离器)，分离后的油气汇合后，从油气管线7引出。粗旋9和顶旋6分离下来的催化剂落入汽提器3，在汽提器内催化剂依次沿多组挡板向下流落，挡板下部的气体分布管喷出的高温蒸汽汽提待生催化剂吸附的油气，气提后的催化剂经待生立管1进入再生器16，而汽提后的油气和蒸汽上行至封闭罩18汇集，通过引出升气管20快速引出进入底旋19(底部旋风分离器)，分离催化剂后汽提油气和蒸汽经出口21引出装置。上述的操作过程是连续循环进行的。

图7是本发明的另一种催化裂化工艺中汽提油气单独引出的装置，与图4、图5所示催化裂化工艺中汽提油气单独引出的两装置均不同之处是，再生器16与沉降器4采用同轴式连接方式，与图4、图6催化裂化工艺中汽提油气单独引出的装置不同之处是底旋19外置于沉降器4。空气通过气体分布器15进入再生器16，待生催化剂在再生器16内恢复催化剂的活性，再生后的催化剂通过再生斜管23进入提升管11，在提升管11内与来自进料喷嘴24和25的烃原料混合上行，同时烃原料发生催化裂化反应，反应后的油气和催化剂均进入粗旋9(第一级旋风分离器)进行分离，分离后的油气经粗旋出口升气管22进入多组顶旋6(第二级旋风分离器)，分离后的油气汇合后，从油气管线7引出。粗旋9和顶旋6分离下来的催化剂落入汽提器3，在汽提器内催化剂依次沿多组挡板向下流落，挡板下部的气体分布管喷出的高温蒸汽汽提待生催化剂吸附的油气，气提后的催化剂经待生斜管1进入再生器16，而汽提后的油气和蒸汽上行至封闭罩18汇集，通过引出升气管20快速引出进入底旋19(底部旋风分离器)，分离催化剂后汽提油气和蒸汽经出口21引出装置。上述的操作过程是连续循环进行的。

与传统的流化催化裂化装置相比，本发明催化裂化工艺中汽提油气单独引出的装置，具有如下显著效果：

1、本发明将催化裂化油气与汽提油气分别引出装置，将两股油气分别加以利用，可以实现油气的优化利用。裂化油气品质较高，作为优质的油品。而气提油气含干气量较大，烯烃含量较高，适于生产液化石油气等相关产品。

2、本发明将催化裂化油气与气提油气分别引出装置，未经过沉降器4空间，不存在油气弥漫的大空间，消除了油气流动的低速空间，油气的行程大大缩短，实现了油气的快速引出，使油气的品均停留时间缩短到2～3秒以下，从而避免了由于沉降空间中催化剂与油气接触时间长而引起的二次过裂化反应，提高清油收率，使产品的分布得到改善。同时本工艺，可以根据气提油气和催化裂化油气的品质差别分别进行后续加工。

3、汽提油气经过底旋19(底部旋风分离器)分离引出，可以减小了催化剂的跑损。由于引出管内油气流动速度较高，冲刷强度高，不会形成结焦沉积物。沉降器4的作用仅是形成一个包容分离器、旋风分离器的容器，内部不存在油气的弥散，不会形成结焦沉积物。

附图说明

图1是一种典型的沉降器结构示意图。

图2是L型分离器的沉降器结构示意图。

图3是以往专利的结构改进沉降器示意图。

图4是本发明并列式催化裂化工艺中汽提油气单独引出装置底旋内置的主剖视图。

图5是本发明并列式催化裂化工艺中汽提油气单独引出装置底旋外置的主剖视图。

图6是本发明同轴式催化裂化工艺中汽提油气单独引出装置底旋内置的主剖视图。

图7是本发明同轴式催化裂化工艺中汽提油气单独引出装置底旋外置的主剖视图。

图中，1-待生管，2-气提蒸汽，3-汽提器，4-沉降器，5-顶旋料腿，6-顶旋(二级旋风分离器)，7油气引出管，8-集气室，9-粗旋(一级旋风分离器)，10-粗旋料腿，11-提升管，12-L型分离器，13-承插式结构，14-汽提段，15-再生器分布板，16-再生器，17烟气引出管，18封闭罩，19-底旋(气提旋风分离器)，20-气提升气管，21-气提油气引出管，22-催化裂化油气升气管，23-再生管，24，25-进料喷嘴，26-预提升蒸汽。

Claims

1.催化裂化工艺中汽提油气单独引出的装置，包括再生器16，汽提器3，底旋(汽提旋风分离器)19，气提升气管20，气提油气引出管21，顶旋料腿5，沉降器外壳4，顶旋(二级旋风分离器)6，油气引出管7，粗旋升气管22，粗旋(一级旋风分离器)9，提升管11，待生管1，再生斜管23。其特征在于：提升管11的出口端与粗旋9通过管道连接，粗旋9的出气管22与顶旋6入口直接连接，粗旋9位于沉降器外壳4的内部，汽提器3的上方；汽提器3的下端连接待生催化剂立管或者待生斜管1与再生器16相通；汽提旋风分离器19位于沉降器4的外部或内部。汽提器上部封闭罩18将汽提器3空间和沉降器4空间分割，互相不连通。

2.根据权利要求1所述的催化裂化装置，其特征在于：油气分2路分别从气提旋风分离器19的引出管21和集气室8的油气引出管7引出。

3.根据权利要求1所述的催化裂化装置，其特征在于：所述的封闭罩18位于沉降器4与气提器3交界处，其中部与气提升气管20相连接，封闭罩将气提器3与沉降器4完全隔开，气提油气在封闭罩18汇集并引入气提升气管20。

4.根据权利要求1所述的催化裂化装置，其特征在于：所述的粗旋的出口通过升气管22均直接与顶旋6连接，粗旋9位于沉降器4的内部，由一个或两个并联的旋风分离器组成，旋风分离器的旋向是逆时针的，或者是顺时针的。

5.根据权利要求1所述的催化裂化装置，其特征在于：所述的底旋(气提旋风分离器)19位于沉降器4的外部或内部，全部气提油气经气提升气管20通过底旋分离后从引出管21引出，分离的固相颗粒经料腿返回气提器3上部。