CN102277193A - 一种催化裂化方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种石油化工技术领域的催化裂化方法及装置。一部分再生催化剂进入反应器，与反应原料油在第一反应区接触发生裂化反应，生成的油气和催化剂反应物流在第一反应区出口分离出一部分催化剂，剩余催化剂和油气一起上行，与另一部分降温后的再生催化剂接触混合，在第二反应区进行汽油改质反应，反应结束后分离反应产物，待生催化剂进行汽提、再生；反应部分由第一反应区、第二反应区、催化剂分流区、催化剂补充混合区、待生催化剂汽提区、沉降器组成；本发明强化了反应器的催化反应选择性，实现多产低烯烃高辛烷值汽油的目标，同时降低了汽油中的硫含量。

Description

一种催化裂化方法及装置

技术领域

本发明涉及石油化工技术领域，特别是涉及一种石油烃类原料催化裂化方法及装置。

背景技术

催化裂化装置是最主要的汽油生产装置，世界绝大部分车用汽油来自催化裂化装置，常规催化裂化采用提升管反应器。

现有提升管反应器的直径是均匀的，随着催化反应的进行，更多小分子生成，分子膨胀使提升管内垂直向上的流速急剧增加，不利于能改善产品质量分布的烯烃二次反应的进行，解决这一问题的理想方法是在均匀直径的提升管反应区的中上部进行扩径，使烯烃有更长时间参加二次反应。

CN99105903.4公开了一种用于流化催化转化的提升管反应器，沿垂直方向从下至上依次为互为同轴的预提升段、第一反应区、直径扩大了的第二反应区、直径缩小了的出口区，在出口区末端连有一段水平管。该技术中，下部的第一反应区为一次裂解反应区，反应温度较高，物料停留时间较短，而上部的第二反应区的反应温度降低，物料停留时间较长，物料进行烷基化反应和氢转移反应，提高汽油组成中异构烷烃的含量；CN01102240.X公开了一种生产低烯烃汽油和多产柴油的催化转化方法，将原料油和热的再生催化剂在反应器的第一反应区接触发生大分子裂化反应，生成的油气和带炭催化剂上行至第二反应区进行裂化反应、氢转移反应和异构化反应；工程设计上第二反应区比第一反应区要粗，其作用是降低油气和催化剂的流速和反应温度。

上述技术即石油化工科学研究院开发的MIP工艺，工业装置运行结果表明，该工艺技术能显著降低汽油中的烯烃含量，产品液收增加，焦炭选择性变强，干气和油浆产率下降。

但是，由于提升管第二反应区的直径扩大，第二反应区流体速度急剧减小，需要向第二反应区补充部分催化剂以调节、维持需要的空速。为解决上述问题，在现有设计上，石油化工科学研究院在MIP工艺的工程实施上采用从沉降器向第二反应区补入待生催化剂，其具体装置设计在《石油炼制与化工》2003年第34卷第11期第1-6页的“多产异构烷烃的催化裂化工艺的工业应用”一文中有详细介绍：采用MIP工艺对高桥石化分公司炼油厂1.4Mt/a催化裂化装置进行改造，提升管整体更换，提升管下部作为第一反应区，在提升管中部增加了一个扩径段作为第二反应区；其中沉降器整体抬高2m，在沉降器汽提段上锥段设置溢流斗，溢流斗在沉降器壁上设有抽出口，通过循环待生管线和第二反应区底部连通，从而将沉降器内的部分待生催化剂引入第二反应区。

这样就解决了第二反应区维持空速的问题，但现有MIP第二反应区为待生催化剂，补充的催化剂也是待生剂，活性已经很低，催化作用已经很有限；所以尽管石科院要求补充催化剂（常要求限制空速15~20），设计也有补剂措施，但很多装置操作中基本不补剂；空速也远高于开发方要求的值，反应温度也不能降低很多，结果会导致生焦增加，汽油改质存在的放热反应也受到抑制。

发明内容

在上述催化裂化方法的基础上，本发明的目的在于提供一种石油烃类原料催化裂化方法及装置，以实现优化催化裂化过程生产低烯烃高辛烷值清洁汽油的目标。

本发明采用的技术方案如下：

一种催化裂化方法，一部分再生催化剂进入反应器，与反应原料油在第一反应区接触发生裂化反应，生成的油气和催化剂反应物流在第一反应区出口分离出一部分催化剂，剩余催化剂和油气一起上行，与另一部分降温后的再生催化剂接触混合，在第二反应区进行汽油改质反应，反应结束后分离反应产物，待生催化剂进行汽提、再生，其特征在于：

⑴反应部分由第一反应区、第二反应区、催化剂分流区、催化剂补充混合区、待生催化剂汽提区、沉降器组成； 

⑵再生催化剂分两路进入反应部分，第一路再生催化剂进入第一反应区原料油进入口下方的预提升段，与反应原料接触反应，反应完成后在催化剂分流区分离出部分催化剂，未被分流的催化剂和第一反应区生成的反应油气一起向上进入催化剂补充混合区；第二路再生催化剂降温后进入催化剂补充混合区，与来自第一反应区的油气和催化剂物流混合后，进入第二反应区进行改质反应；

⑶第二反应区的物流在沉降器内实现油气和催化剂的分离，油气经油气管线进入分馏塔系统，第一反应区和第二反应区的待生催化剂经蒸汽汽提后，自催化剂立管进入再生器回复活性。

进一步地，第一路再生催化剂为直接来自再生器的再生催化剂或经过降温后的再生催化剂；第二路再生催化剂为经再生催化剂温控器调节降温后的再生催化剂。

进一步地，反应部分两个反应区的待生催化剂共用一个汽提区或分别设置汽提区；汽提后的催化剂经立管进入再生器再生。

进一步地，第二反应区反应后的待生催化剂部分返回第二反应区内，使部分待生催化剂在第二反应区循环，增加第二反应区的催化剂藏量或降低反应空速。

进一步地，所述第一反应区裂化反应后的待生催化剂的0%-80%进入第二反应区参与改质反应。

进一步地，第一反应区反应条件为，反应温度500℃-620℃，反应时间0.2-1.6s，油气平均流速为5.0~20m/s；第二反应区反应条件为，反应温度450℃-510℃，反应时间2.0-5.0s，油气平均流速为1.2-4.0m/s。

本发明同时提供了一种催化裂化装置，包括反应器、沉降器、汽提段、再生器，其特征在于：

⑴反应器自下而上设置有第一反应区、直径扩大的第二反应区，第一反应区出口设置催化剂分流器或分离器，第二反应区设置在汽提段上方；

⑵在沉降器、汽提段之间设置催化剂回流管，回流管上设置滑阀；

⑶再生器和反应器间设置再生催化剂温控器；在再生催化剂温控器与再生器间设置再生催化剂进入管，再生催化剂温控器和反应器间设置低温再生催化剂管线，管线上设置滑阀；

⑷在反应器两反应区间安装分布板，分布板设有多个开口或通道，所述低温再生催化剂管线与反应器第二反应区连通；或者在反应器第二反应区下部、第一反应区上部安装上、下两层隔板，所述上、下隔板上均设有通道，其中下隔板设有一个来自第一反应区物流的上升通道，上隔板设有一个与第二反应区连通的来自第一反应区物流和补充的低温催化剂物流的上升通道，上、下隔板之间和上述通道外的区域构成补充催化剂分配区，所述低温再生催化剂管线与该补充催化剂分配区连通。

进一步地，所述第二反应区直径是第一反应区直径的1.5-4.9倍。

进一步地，在沉降器或第二汽提段与第二反应区设置催化剂循环管，其上设置滑阀。

本发明同时提供了另一种催化裂化装置，包括反应器、汽提段、沉降器、再生器，其特征在于：

⑴反应器自下而上设置有第一反应区、直径扩大的第二反应区，第一反应区出口设置催化剂分流器或分离器，第二反应区设置在汽提段上方；

⑵在第二反应区设置第二汽提段，第二汽提段与第二反应区同轴或并列设置；

⑶再生器和反应器间设置再生催化剂温控器；在再生催化剂温控器与再生器间设置再生催化剂进入管，再生催化剂温控器和反应器间设置低温再生催化剂管线，管线上设置滑阀；

⑷在反应器两反应区间安装分布板，分布板设有多个开口或通道，所述低温再生催化剂管线与反应器第二反应区连通；或者在反应器第二反应区下部、第一反应区上部安装上、下两层隔板，所述上、下隔板上均设有通道，其中下隔板设有一个来自第一反应区物流的上升通道，上隔板设有一个与第二反应区连通的来自第一反应区物流和补充的低温催化剂物流的上升通道，上、下隔板之间和上述通道外的区域构成补充催化剂分配区，所述低温再生催化剂管线与该补充催化剂分配区连通。

进一步地，所述第二反应区直径是第一反应区直径的1.5-4.9倍。

进一步地，在沉降器或第二汽提段与第二反应区设置催化剂循环管，其上设置滑阀。

本发明中：

通过控制进入第二反应区的第一反应区待生催化剂的量、向第二反应区补充的低温再生催化剂的量来控制第二反应区的空速和催化剂活性。

本发明的技术方案是这样实现的：来自再生器的再生催化剂在反应器第一反应区与预热的原料油接触反应，反应混合物沿反应器向上流动进入催化剂分流区，一部分反应过的待生催化剂分流出来进入汽提段，其余反应物流则继续向上，与一部分经催化剂温控器冷却降温至适宜温度的再生催化剂混合后，进入第二反应区进行改质反应；反应结束，油气和催化剂进入沉降器进行分离，油气经油气出口进入分馏系统，催化剂则进入汽提段进行汽提后返回再生器再生。

为实现待生催化剂的分流及各股催化剂能均匀进入第二反应区，在反应器中部设置分布板或由上、下两层隔板构成的补充催化剂分配区，来自第一反应区的待生催化剂、来自催化剂温控器的再生催化剂可以预先混合均匀后再进行第二反应区的催化改质。

本发明的方案中，在第二反应区与反应油气接触的催化剂更换为低温高活性的催化剂，可在工程实施中根据催化剂的活性适当改变反应条件，如：适当提高空速，降低反应温度（至少降低10℃），降低油气反应时间；或者适当改进第二反应区反应器的结构，如：增加补充催化剂分配区，减少催化剂返混。

本发明中，催化剂温控器的设计可以实现对进入反应器的催化剂温度的灵活调节，催化剂温控器的内部结构设计优先选用ZL200920223355.1中所述的催化剂降温设备；此外，在汽提段、分布板、催化剂补充混合区及催化剂温控器等相应区域均根据工程需要设置相应的气体分布器。

采用本发明的技术方案，至少具有以下有益效果：

⑴由于向第二反应区补充的是高活性的低温、再生催化剂，总体上强化了整个反应器中的催化活性及反应选择性，有效抑制了热反应，可使反应产品中油浆降低1.0-2.0%、反应总液收增加1.0%以上；

⑵第一反应区的待生催化剂在进入第二反应区之前先进行分流，从而控制进入第二反应区的待生催化剂与补充进入第二反应区的再生催化剂的比例，整体上实现对第二反应区催化剂流量及催化剂活性的控制，实现多产低烯烃高辛烷值汽油的目标；

⑶采用将第二反应区适当扩径、向第二反应区补充新鲜再生催化剂、在催化剂进入第二反应区前先分流、混合等措施，强化了第二反应区的异构化反应，实现多产低烯烃高辛烷值汽油的目标，同时降低了汽油中的硫含量。

⑷设置的第二汽提段，使第一反应区裂化反应后的待生催化剂、第二反应区改质反应后的待生催化剂分别在汽提段、第二汽提段进行汽提后再生，可根据工艺需要设置不同的汽提条件，利于装置操作。

附图说明                                                              

图1-5为本发明的催化裂化装置示意图。

图中编号说明：11第一反应区；12第二反应区；13进料喷嘴；14分布板；15补充催化剂分配区；16隔板通道；18分流器；20沉降器；21催化剂回流管；22汽提段；23油气出口；24、26待生立管；25第二汽提段；28催化剂循环管；30再生器；31烟气出口；32再生立管；40催化剂温控器；41低温再生催化剂管线；42再生催化剂进入管；Ⅰ第一反应区；Ⅱ第二反应区；Ⅲ催化剂分流区；Ⅳ催化剂补充混合区；Ⅴ、Ⅶ待生催化剂汽提区；Ⅵ沉降器；Ⅷ补充催化剂分配区。

具体实施方式

以下结合附图详细说明本发明的技术方案，但本发明的保护范围包括但是不限于此：

本发明至少提供了以下五种催化裂化方案：

方案一：采用共用汽提段；反应器两反应区间设置分布板

如图1所示，反应器的第二反应区12直径是第一反应区11直径的2.0-4.9倍；催化剂温控器40通过再生催化剂进入管42与再生器30连通；设置分布板14，低温再生催化剂管线41设置于分布板14上方，两端分别连通催化剂温控器40、第二反应区12；催化剂回流管21上下两端分别连通沉降器30、汽提段22。

本方案中，在第二反应区下部、分布板上方区域即为引入的低温再生催化剂与第一反应区物流接触混合的催化剂补充混合区Ⅳ；反应部分由第一反应区Ⅰ、催化剂分流区Ⅲ、催化剂补充混合区Ⅳ、第二反应区Ⅱ、沉降器Ⅵ及待生催化剂汽提区Ⅴ组成，反应条件控制如下：

第二反应区中混合催生剂含碳量控制在0.5%以下。

第一反应区的反应条件为，反应温度500℃-620℃，反应时间0.2-1.6s；改质反应区的反应条件为，反应温度450℃-510℃，反应时间2.0-5.0s。

方案二：采用共用汽提段；反应器两反应区间设置隔板

如图2所示，反应器的第二反应区12直径是第一反应区11直径的2.0-4.9倍；反应器设置由上、下隔板16形成的补充催化剂分配区15，低温再生催化剂管线41两端分别连通催化剂温控器40、补充催化剂分配区15；催化剂回流管21上下两端分别连通沉降器20、汽提段22。

本方案中，反应部分由第一反应区Ⅰ、催化剂分流区Ⅲ、补充催化剂分配区Ⅷ、催化剂补充混合区Ⅳ、第二反应区Ⅱ、沉降器Ⅵ及待生催化剂汽提区Ⅴ组成，反应条件控制如下：

第二反应区中混合催生剂含碳量控制在0.5%以下。

第一反应区的反应条件为，反应温度500℃-620℃，反应时间0.2-1.6s；改质反应区的反应条件为，反应温度450℃-510℃，反应时间2.0-5.0s。

方案三：采用共用汽提段；反应器两反应区间设置分布板；第二反应区采用管式反应

如图3所示，反应器的第二反应区12直径是第一反应区11直径的1.5-2.0倍；反应器设置分布板14，低温再生催化剂管线41设置于分布板14上方，两端分别连通催化剂温控器40、第二反应区12；催化剂回流管21上下两端分别连通沉降器20、汽提段22。

第一反应区的反应条件为，反应温度500℃-620℃，反应时间0.2-1.6s；第二反应区的反应条件为，反应温度450℃-500℃，反应时间2.5-3.0s。

方案四：设置第二汽提段；反应器两反应区间设置分布板

如图4所示，反应器的第二反应区12直径是第一反应区11直径的2.0-4.9倍；设置分布板14，低温再生催化剂管线41设置于分布板14上方，两端分别连通催化剂温控器40、第二反应区12；在沉降器20与第二反应区12之间设置第二汽提段25，第二汽提段25与第二反应区12同轴；第二反应区12设置有催化剂循环管28。

本方案中，本方案中，反应部分由第一反应区Ⅰ、催化剂分流区Ⅲ、催化剂补充混合区Ⅳ、第二反应区Ⅱ、沉降器Ⅵ及待生催化剂汽提区Ⅴ和Ⅶ组成，部分改质反应后的待生催化剂循环进入第二反应区下部，与补充进入第二反应区的低温再生催化剂、分流后的第一反应区的裂化反应物流接触、混合，进行改质反应；第一反应区的待生催化剂、第二反应区的待生催化剂分别在待生催化剂汽提区Ⅴ、Ⅶ内进行汽提。

方案五：设置第二汽提段；反应器两反应区间设置分布板

如图5所示，与方案四的装置区别仅在于：第二汽提段25与第二反应区12并列设置。

实施例1：

某炼油厂100万吨/年汽油改质催化裂化装置设计如图1所示：

第二反应区直径是第一反应区直径的2.6倍；第二反应区的待生催化剂含碳量控制在0.5%，控制催化剂温控器的催化剂温度为500℃；第一反应区反应温度520℃，反应时间1.0s；第二反应区反应温度490℃，反应时间3.2s。第一反应区的待生催化剂有22%进入第二反应区；补充到第二反应区的低温再生剂占第二反应区总催化剂循环量的65%；在第二反应区下部喷入部分急冷水；在汽提段、分布板及催化剂温控器内均根据工程需要设置相应的气体分布器（图中未标出）；产品汽油中烯烃含量降至26%以下，MON增加1.2，硫含量降低。

实施例2：

某炼油厂另一套工业应用的汽油改质催化裂化装置（如图2），在第一反应区和第二反应区间设置上、下两层隔板，形成补充催化剂分配区，补充催化剂分配区高度为1.8m；其余部分装置结构同实施例1。

实施例3：

某厂一工业应用的催化裂化装置（如图5），装置整体结构同实施例1，仅增设与第二反应区并列的第二汽提段，增加一套待生立管；本实施例中，产品总液收增加0.9%，产品汽油中烯烃含量降至26%以下。

Claims (10)

1.一种催化裂化方法，一部分再生催化剂进入反应器，与反应原料油在第一反应区接触发生裂化反应，生成的油气和催化剂反应物流在第一反应区出口分离出一部分催化剂，剩余催化剂和油气一起上行，与另一部分降温后的再生催化剂接触混合，在第二反应区进行汽油改质反应，反应结束后分离反应产物，待生催化剂进行汽提、再生，其特征在于：

⑴反应部分由第一反应区、第二反应区、催化剂分流区、催化剂补充混合区、待生催化剂汽提区、沉降器组成； 

⑵再生催化剂分两路进入反应部分，第一路再生催化剂进入第一反应区原料油进入口下方的预提升段，与反应原料接触反应，反应完成后在催化剂分流区分离出部分催化剂，未被分流的催化剂和第一反应区生成的反应油气一起向上进入催化剂补充混合区；第二路再生催化剂降温后进入催化剂补充混合区，与来自第一反应区的油气和催化剂物流混合后，进入第二反应区进行改质反应；

⑶第二反应区的物流在沉降器内实现油气和催化剂的分离，油气经油气管线进入分馏塔系统，第一反应区和第二反应区的待生催化剂经蒸汽汽提后，自催化剂立管进入再生器回复活性。

2.根据权利要求1所述的催化裂化方法，其特征在于：第一路再生催化剂为直接来自再生器的再生催化剂或经过降温后的再生催化剂；第二路再生催化剂为经再生催化剂温控器调节降温后的再生催化剂。

3.根据权利要求1所述的催化裂化方法，其特征在于：反应部分两个反应区的待生催化剂共用一个汽提区或分别设置汽提区；汽提后的催化剂经立管进入再生器再生。

4.根据权利要求1所述的催化裂化方法，其特征在于：第二反应区反应后的待生催化剂部分返回第二反应区内，使部分待生催化剂在第二反应区循环，增加第二反应区的催化剂藏量或降低反应空速。

5.根据权利要求1所述的催化裂化方法，其特征在于：所述第一反应区裂化反应后的待生催化剂的0%-80%进入第二反应区参与改质反应。

6.根据权利要求1所述的催化裂化方法，其特征在于：第一反应区反应条件为，反应温度500℃-620℃，反应时间0.2-1.6s，油气平均流速为5.0~20m/s；第二反应区反应条件为，反应温度450℃-510℃，反应时间2.0-5.0s，油气平均流速为1.2-4.0m/s。

7.一种催化裂化装置，包括反应器、沉降器、汽提段、再生器，其特征在于：

⑴反应器自下而上设置有第一反应区、直径扩大的第二反应区，第一反应区出口设置催化剂分流器或分离器，第二反应区设置在汽提段上方；

⑵在沉降器、汽提段之间设置催化剂回流管，回流管上设置滑阀；

⑶再生器和反应器间设置再生催化剂温控器；在再生催化剂温控器与再生器间设置再生催化剂进入管，再生催化剂温控器和反应器间设置低温再生催化剂管线，管线上设置滑阀；

⑷在反应器两反应区间安装分布板，分布板设有多个开口或通道，所述低温再生催化剂管线与反应器第二反应区连通；或者在反应器第二反应区下部、第一反应区上部安装上、下两层隔板，所述上、下隔板上均设有通道，其中下隔板设有一个来自第一反应区物流的上升通道，上隔板设有一个与第二反应区连通的来自第一反应区物流和补充的低温催化剂物流的上升通道，上、下隔板之间和上述通道外的区域构成补充催化剂分配区，所述低温再生催化剂管线与该补充催化剂分配区连通。

8.一种催化裂化装置，包括反应器、汽提段、沉降器、再生器，其特征在于：

⑴反应器自下而上设置有第一反应区、直径扩大的第二反应区，第一反应区出口设置催化剂分流器或分离器，第二反应区设置在汽提段上方；

⑵在第二反应区设置第二汽提段，第二汽提段与第二反应区同轴或并列设置；

⑶再生器和反应器间设置再生催化剂温控器；在再生催化剂温控器与再生器间设置再生催化剂进入管，再生催化剂温控器和反应器间设置低温再生催化剂管线，管线上设置滑阀；

⑷在反应器两反应区间安装分布板，分布板设有多个开口或通道，所述低温再生催化剂管线与反应器第二反应区连通；或者在反应器第二反应区下部、第一反应区上部安装上、下两层隔板，所述上、下隔板上均设有通道，其中下隔板设有一个来自第一反应区物流的上升通道，上隔板设有一个与第二反应区连通的来自第一反应区物流和补充的低温催化剂物流的上升通道，上、下隔板之间和上述通道外的区域构成补充催化剂分配区，所述低温再生催化剂管线与该补充催化剂分配区连通。

9.实现权利要求7或8所述的催化裂化装置，其特征在于：所述第二反应区直径是第一反应区直径的1.5-4.9倍。

10.实现权利要求7或8所述的催化裂化装置，其特征在于：在沉降器或第二汽提段与第二反应区设置催化剂循环管，其上设置滑阀。

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