CN102245741A

CN102245741A - 用于裂化烃进料的系统、设备和方法

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Publication number: CN102245741A
Application number: CN2009801497521A
Authority: CN
Inventors: P·帕尔马斯; R·L·梅尔柏格; K·A·库奇; P·S·西村
Original assignee: Universal Oil Products Co
Current assignee: Honeywell UOP LLC; Universal Oil Products Co
Priority date: 2008-12-11
Filing date: 2009-11-23
Publication date: 2011-11-16
Also published as: US20110282124A1; WO2010068398A3; US9227167B2; US8007728B2; US20100152515A1; WO2010068398A2; BRPI0922948A2

Abstract

一个典型实施方案可以为流化床催化裂化系统。流化床催化裂化系统可包括反应区，所述反应区包括具有顶部和底部、适于在第一仰角处接收废催化剂和在第二仰角处接收再生催化剂的提升器。通常第一仰角低于第二仰角。另外，流化床催化裂化系统可包括含在提升器底部附近、与烃进料连通的气体分布器。

Description

用于裂化烃进料的系统、设备和方法

发明领域

本发明通常涉及一种用于裂化，理想地催化裂化烃原料的系统、设备和方法。

相关技术描述

使烃原料裂化的方法可包括流化床催化裂化(下文可简写为“FCC”)。在这种方法中，烃原料通常与热的细碎催化剂颗粒接触。这种FCC方法可使用流化床反应器或细长管道反应器(elongated transfer line reactor)。典型的细长管道反应器可包括终止于反应器容器的提升器。

通常，可使各种烃原料经受催化裂化操作，包括轻馏分，例如液体石油气体(下文可简写为“LPG”)或重馏分如真空瓦斯油(下文可简写为“VGO”)。通常，在流化条件下将烃原料保持在升高的温度下足够的时间以将原料裂化成较低分子量烃。在许多FCC方法中，优选的产物可包括高辛烷值液体燃料，例如汽油，和轻质烯烃，例如乙烯和/或丙烯。这类轻质烯烃可用作聚合装置的进料以制备例如塑料如聚乙烯或聚丙烯。

通常，可使用两种进料系统制备丙烯。在这种系统中，提升器反应器可制备包括汽油的产物，可将其送入分离系统。在分离系统中，可制备各种馏分。任选，可回收轻馏分用于制备轻质烯烃。通常，可在提升器底部提供再生催化剂。

不幸的是，这类设计可能具有几个缺点。提升器底部再生催化剂的存在可提高该位置上的温度。提高的温度可使轻质再循环馏分过度裂化，因此提高在提升器底部的焦化。这种结果通常是不理想的，可降低提升器顶部的产物的量。因此，理想的是提供可容许提高轻质产物如乙烯和丙烯制备的系统。

发明概述

另一典型实施方案可以为用于使烃进料裂化的设备。该设备可包括反应区和脱离区(disengagement zone)。通常反应区包括提升器和与提升器连通的反应容器。提升器可具有顶部和底部。气体分布器的顶部可在至少一部分废催化剂入口和再生催化剂入口之下。通常，再生催化剂入口在废催化剂入口之上。

另一典型实施方案可以为催化裂化烃进料的方法。该方法包括将包含有效量的用于制备至少一种轻质烯烃的一种或多种C₄-C₆烯烃的烃进料供给提升器。通常至少99摩尔％烃进料为气体。

本文所公开的实施方案可提供几个优点。例如，提升器底部废催化剂的存在可防止可含有用于制备所需轻质烯烃产物如乙烯或丙烯的有效量的一种或多种C₄-C₆烯烃的烃进料过度裂化。此外，由于具有较低温度的废催化剂的存在，可降低焦炭形成和焦炭煅烧。另外，烃进料可作为气体提供，这可降低提升器内的热需求并防止由于快速气体膨胀导致的机械腐蚀。

定义

如本文所用，术语“料流”可以为包括各种烃分子，例如直链、支链或环状烷烃、烯烃、二烯烃和炔烃，和任选其它物质，例如气体如氢气，或杂质如重金属，和硫和氮化合物的料流。进料还可包括芳族和非芳族烃。此外，烃分子可简写为C₁、C₂、C₃...C_n，其中“n”表示一个或多个烃分子中的碳原子数。

如本文所用，术语“再生催化剂”可以指曝露在再生条件下，通常借助焦炭沉积物燃烧而恢复至少一部分其活性的催化剂颗粒。

如本文所用，术语“废催化剂”可以指通过催化毒物如焦炭沉积物至少部分减活化的催化剂颗粒，因此与新鲜催化剂颗粒相比具有降低的催化活性。

如本文所用，术语“富含”可意指通常料流中至少50摩尔％，优选70摩尔％一种化合物或一类化合物的量。

附图简述

图1为典型流化床催化裂化系统的示意性描绘。

图2为典型提升器和气体分布器的示意性立面描绘。

图3为典型气体分布器的顶视、平面图。

图4为典型气体分布器的部分截取立面图。

详述

参考图1，FCC系统100可包括设备110，设备110又可包括反应区或第一反应区200、汽提区300、脱离区400、再生区430和分离区450。典型反应区、汽提区、脱离区和再生区例如公开于US 4,090,948；US5,154,818和US 7,312,370B2中。尽管描绘了单一反应区200，应当理解可使用其它反应区。此外，图中的工艺流程线可被认为是例如线、管、导管、进料或料流。特别地，线、管或导管可含一种或多种进料或料流，或线、管或导管可涵盖一种或多种进料或料流。

通常，反应区200可接收具有用于制备轻质烯烃如乙烯或丙烯，优选丙烯的有效量的一种或多种C₄-C₆烯烃的烃进料280。通常，烃进料280可包括15-75体积％、30-50体积％的一种或多种C₄-C₆烯烃。在另一优选实施方案，烃进料280可包括至少40摩尔％，优选80摩尔％C₄和/或C₆烃，任选C₄烃。在一个特别优选实施方案，进料280可包括至少40摩尔％，优选至少80摩尔％丁烯。通常，理想的是C₄和/或C₆烃存在于烃进料280中，尽管也可存在C₅烃。

烃进料280可包括提供一种或多种C₄-C₆烯烃的至少一种如下文所述再循环料流460和新鲜料流278。新鲜料流278可由精炼厂或石油化学品生产设备中的其它装置提供必需的烃。应当理解尽管描绘了两种料流460和278，但可使用任何数量的其它料流。或者，可仅使用一种料流460或278。

另外，理想的是烃进料280为气体。烃进料280可包括至少50摩尔％作为气体的组分。优选全部烃进料280，即至少99摩尔％为气体。通常，烃进料280的温度可以为120-500℃。优选烃进料280的温度为不小于320℃。通常，烃进料280的温度应为至少高于组分的沸点，上限为催化剂的沸点。通常，从能量平衡观点来看，理想的是具有作为气体的烃进料280。如果烃进料280为气体，则由于不需要进料的气化，通常需要较少的能量。因此，也可实现更少的催化剂循环。另外，高进料温度可需要更少的能量以使催化剂和烃进料280达到反应温度，因此进一步降低催化剂再循环速率。较低的催化剂再循环速率可降低产生的焦炭的量并得到更有价值的产物如丙烯。此外，减轻热需求还可降低产生热的焦炭需求。因此，不需要较重的原料以产生焦炭，并可使用更大量具有生产较轻产物如乙烯和丙烯的更大可能的进料。另外，提供作为气体的烃进料280使得液体气化的膨胀效果最小，这使提升器220内的腐蚀最小。

通常，FCC系统100可包括至少一个反应区200，但是也可提供其它反应区。特别地，分开的提升器和/或反应容器可加工重瓦斯油进料，例如VGO进料或常压重油，并生产包括汽油的高辛烷值产物。如下所述，将该产物送入分离区450中以进一步加工。

通常，反应区200可包括终止于反应容器290中的提升器220。通常，提升器220具有顶部224、底部228、在第一仰角232处的入口234和在第二仰角236处的入口238。提升器220可在任何合适的温度下操作，通常在150-430℃的温度下操作。典型的提升器例如公开于US 5,154,818和US4,090,948中。

提升器220可接收具有开口大于0.7纳米(nm)的孔的催化剂和具有比第一催化剂更小开口的第二催化剂的混合物。混合物可循环通过区200、300、400和430。这种混合物例如公开于US 7,312,370B2中。

通常，第一催化剂可包括用于FCC领域中的任何熟知催化剂，例如活性无定形粘土型催化剂和/或高活性结晶分子筛。沸石可作为分子筛用于FCC方法中。优选，第一催化剂组分包含大孔沸石如Y型沸石、活性氧化铝材料、粘合剂材料，包括硅石或氧化铝，和惰性填料如高岭土。

适于第一催化剂组分的沸石分子筛应具有大的平均孔径大小。通常，具有大孔径大小的分子筛具有由大于10，通常12个元环限定、有效直径大于0.7nm的开口的孔。大孔的孔径大小指数可以为31以上。合适的大孔沸石组分包括合成沸石，例如X和Y型沸石、发光沸石(mordent)和八面沸石。可优选基于催化剂的沸石比例，稀土含量为不大于1.0重量％(下文可简写为“重量％”)稀土金属氧化物的Y沸石作为第一催化剂。

第二催化剂可包括中或更小孔的沸石催化剂，例如ZSM-5、ZSM-11、ZSM-12、ZSM-23、ZSM-35、ZSM-38、ZSM-48和其它类似材料。其它合适的中或更小孔的沸石包括碱沸石(ferrierite)和毛沸石。第二催化剂优选具有分散在基体上的中或更小孔的沸石，所述基体包括粘合剂材料如硅石或氧化铝和惰性填料如高岭土。第二催化剂还可包括一些其它活性材料如β-沸石。这些催化剂组合物可具有10-50重量％或更大的结晶沸石含量和50-90重量％的基体材料含量。含40重量％结晶沸石材料的催化剂是优选的，可使用具有更大结晶沸石含量的那些，条件是它们具有令人满意的抗磨性。通常，中和更小孔的沸石特征在于具有小于或等于0.7nm的有效孔开口直径、10或更少元的环和小于31的孔径大小指数。

总混合物可含有1-25重量％第二催化剂，即中至小孔结晶沸石，优选大于或等于1.75重量％。当第二催化剂含40重量％结晶沸石，余量为粘合剂材料时，混合物可含4-40重量％第二催化剂，优选含量为至少7重量％。第一催化剂可包含余量催化剂组合物。通常，混合物中第一和第二催化剂的相对比例在整个FCC系统100中基本不变。作为催化剂混合物中第二催化剂的高浓度中或更小孔沸石可改善对轻质烯烃的选择性。

通常，可将烃进料280和催化剂混合物供至提升器220的底部228。一种或多种烃和催化剂在可进行烃进料转化的时间期间上升到反应容器290中。通常，产生包括丙烯的产物。随后，催化剂可借助一种装置如回荡臂226分离并沉降至反应容器290的底部。另外，一种或多种反应产物和携带的催化剂可上升到被壳150包含的脱离区400中。通常，脱离区400可包括分离装置，例如一个或多个旋风分离器以将产物从催化剂颗粒中分离出来。浸入管(dip leg)可使催化剂降至壳150的基底上，其中开孔可容许废催化剂进入反应容器290中。典型的分离装置和回荡臂例如公开于US7,312,370B2中。

催化剂可通过汽提区300，其中可将吸收的烃通过与蒸汽逆流接触而从催化剂表面上除去。典型的汽提区例如公开于US 7,312,370B2中。

再生或废催化剂可经由导管438或经由导管310由再生区430返回至提升器220中。在反应容器290处，可将一些催化剂取出并经由导管434送入再生器430中。再生器430可在任何合适的温度，例如650℃以上，或其它适于除去积聚在催化剂颗粒上的焦炭的条件下操作。随后，再生催化剂可经由导管438返回提升器中。可使用任何合适的再生区，例如US4,090,948和US 4,961,907公开的那些。通常，再生催化剂的温度为677-760℃，更通常为699-760℃。废催化剂通常为510-621℃。

通常，可在提升器220的两个不同的位置上提供再生和废催化剂的混合物。特别地，来自反应容器290的废催化剂可在提升器220的底部228在第一仰角处或点232处提供，同时再生催化剂可在第一仰角232之上更高的第二仰角或点238处提供。

离开脱离区400的一种或多种产物可通过管410离开至分离区450中。通常分离区450可接收来自脱离区400的产物以及可例如为来自其它流化床催化裂化设备的汽油产物的其它产物料流440。通常，分离区450可包括一个或多个蒸馏塔。这类系统例如公开于US 3,470,084中。通常，分离区450可产生一种或多种产物，例如富含丙烯的料流470、富含汽油产物的料流480，和富含C₄-C₆烯烃的料流460。通常，料流460可再循环至反应区200中以提高丙烯产量。

参考图2-4，描绘了提升器220的一部分和气体分布器240。特别地，气体分布器240可以在提升器220的底部228中提供。通常，气体分布器240可接收可任选与蒸汽284和流化气体288结合的烃进料280。流化气体288可以为任何合适的流体，例如惰性气体，例如氮气，或轻质烃，例如甲烷、乙烷和/或乙烯。

通常，具有顶部260和底部256的气体分布器240包括基本垂直取向的管244，其形成出口或开口262。基本垂直取向的管244具有从底部至顶部的扩径252。扩径252可降低流体向上流过管244的速率。通常，废催化剂在气体分布器240出口262附近提供。另外，气体分布器240的顶部260可在至少一部分废催化剂入口234和再生催化剂入口238之下。

通常，管244可具有任选可被元件或板264覆盖的开口262。参考图3，元件264可形成可装填有多个管270的多个孔268。通常，各个孔268可具有对应的管270。在该示例性实施方案中，管具有均匀直径，但在其他示例性实施方案中，一个或多个管可具有双直径，即从底部移至顶部的提高的直径。另外，这可有助于减缓流体通过提升器220的速率。

没有进一步描述，相信本领域技术人员可使用先前的描述，最完整程度地使用本发明。因此，前述优选的具体实施方案应理解为仅是说明性的，且不以任何方式限制公开内容的其余部分。

在前文中，除非另有指出，所有温度以℃描述，所有份和百分数为重量计。

由先前描述中，本领域技术人员可容易地确定本发明的主要特征，且可不偏离其精神和范围地作出本发明的各种变化和改进以使它适于各种用途和条件。

Claims

1.一种流化床催化裂化系统，其包含：

a)反应区，其包含具有顶部和底部、适于在第一仰角处接收废催化剂和在第二仰角处接收再生催化剂的提升器，其中第一仰角低于第二仰角；和

b)含在提升器底部附近、与烃进料连通的气体分布器。

2.根据权利要求1的系统，其中废催化剂和再生催化剂独立地包含一种混合物，所述混合物又包含具有开口大于0.7nm的孔的第一催化剂和具有比第一催化剂更小的开口的第二催化剂。

3.根据权利要求2的系统，其中所述第一催化剂包含Y型沸石且第二催化剂包含ZSM-5型沸石。

4.根据前述权利要求中任一项的系统，其中提升器适于接收包含有效量的用于制备丙烯的一种或多种C₄-C₆烯烃的烃进料。

5.根据前述权利要求中任一项的系统，其中烃进料包含15-75体积％的一种或多种C₄-C₆烯烃。

6.根据权利要求5的系统，其中所述烃进料包含30-50体积％的一种或多种C₄-C₆烯烃。

7.根据前述权利要求中任一项的系统，其中反应区还包含反应容器和脱离区；且脱离区与提升器连通以提供废催化剂。

8.根据前述权利要求中任一项的系统，其中烃进料为气体。

9.根据前述权利要求中任一项的系统，其还包含分离区。

10.根据权利要求9的系统，其中所述分离区提供至少一部分C₄-C₆烯烃给烃进料。