CN102292417A - 处理催化剂再生器废气的系统和方法 - Google Patents

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Abstract

一种系统，包括：反应器，所述反应器包括在催化裂化条件下的烃原料和再生催化剂以产生裂化反应器产品和失效催化剂，所述失效催化剂包括烃层；再生器，所述再生器包括失效催化剂原料和含氧气体原料以燃烧至少一部分烃层使所述失效催化剂再生，所述再生器的输出包括包含再生催化剂的第一通道和包含废气的第二通道，所述第一和第二通道与所述反应器流体相连，所述第二通道与加热的含氧气体源流体相连；和混合室，所述混合室与包含废气的第二通道流体相连。

Description

处理催化剂再生器废气的系统和方法
技术领域
本发明涉及处理催化剂再生器废气的系统和方法。
背景技术
生产低沸点烃产品如汽油的重质烃流化催化裂化(FCC)在本领域是公知的。FCC工艺自二十世纪四十年代起就已经存在了。通常，FCC装置或方法包括提升管反应器、催化剂分离器和汽提器、以及再生器。FCC原料被引入提升管反应器，在其中与来自再生器的热的FCC催化剂接触。原料和FCC催化剂的混合物通过提升管反应器并进入催化剂分离器，在其中裂化产物与FCC催化剂分离。分离出来的裂化产品从催化剂分离器通到下游的分离系统，而分离出来的催化剂通到再生器，在其中烧掉在裂化反应期间在FCC催化剂上沉积的焦炭从而提供再生催化剂。所得的再生催化剂被用作上述热的FCC催化剂并与引入提升管反应器的FCC原料混合。
一些FCC再生装置以不完全燃烧模式或部分燃烧模式操作，该燃烧模式定义为CO含量为1-6vol％。FCC分子筛催化剂上的焦炭基本完全燃烧公开在Bertolacini等人的美国专利US 4,435,282中，该专利在此处作为参考全文引入。这种完全燃烧例举了一类系统，其中CO含量的量级通常小于500ppm。来自这种完全燃烧再生装置的废气流出物具有低的CO含量和高的O2含量(过量O2)。
美国专利US 5,240,690公开了在一些特定工艺条件下将含氧气体加入来自FCC再生器的尾气物流的方法，其中所述再生器以部分燃烧模式进行操作。来自再生器的尾气含有1-6vol％的CO和至少80ppm的主要包括NH3和HCN的氮化合物。在无附加气体的情况下，大约20-40％的NH3和HCN在下游CO锅炉中转化为NOx。公开的一种方法是向再生器尾气中加入热空气(20％O2)以产生温度为1260-1500℉的尾气物流。美国专利US 5,240,690在此作为参考全文引入。
美国专利US 7,470,412公开了将热的氧气物流加入含有一氧化碳的催化剂再生器废气物流中以脱除一氧化碳。NOx前体如NH3和HCN转化为N2，和如果在废气物流中存在NOx，则加入热的氧气物流降低存在的NOx量。美国专利US 7,470,412在此作为参考全文引入。
现有技术中存在降低再生器废气中NOx浓度的需求。
现有技术中存在降低以部分燃烧模式操作的FCC再生器废气中NOx浓度的需求。
现有技术中存在降低再生器废气中NOx前体浓度的进一步需求。
现有技术中存在降低再生器废气中CO浓度的进一步需求。
现有技术中存在降低以完全燃烧模式操作的FCC再生器废气中CO浓度的进一步需求。
现有技术中还存在使FCC装置容量最大化的进一步需求。
发明内容
在一个方面，本发明提供一种系统，包括：反应器，所述反应器包括在催化裂化条件下的烃原料和再生催化剂以产生裂化反应器产品和失效催化剂，所述失效催化剂包括烃层；再生器，所述再生器包括失效催化剂原料和含氧气体原料以燃烧至少一部分烃层使所述失效催化剂再生，所述再生器的输出包括包含再生催化剂的第一通道和包含废气的第二通道，所述第一和第二通道与所述反应器流体相连；所述第二通道与加热的含氧气体源流体相连；和混合室，所述混合室与包含废气的第二通道流体相连。
在另一方面，本发明提供一种方法，包括：在反应器区内催化裂化烃原料，其中在所述反应器区内通过在合适的催化裂化条件下使所述烃原料与催化剂接触以产生包含裂化烃产品和失效催化剂的裂化反应器产品；使所述失效催化剂通入再生器以烧掉失效催化剂的焦炭层从而再生催化剂并产生废气；所述再生器以完全燃烧模式操作，从而使废气包含至少0.5vol％的氧；向废气中加入加热的含氧气体；和在混合室中使废气与加热的含氧气体混合。
本发明的优点包括如下一项或多项：
降低再生器废气中NOx浓度的改进系统和方法。
降低例如以部分燃烧模式操作的再生器废气中NOx前体浓度的改进系统和方法。
降低例如以完全燃烧模式操作的再生器废气中CO浓度的改进系统和方法。
使FCC装置容量最大化的改进系统和方法。
附图说明
图1描述了催化剂再生器和废气处理系统。
图2a和2b描述了混合设备。
图3描述了混合设备。
具体实施方式
当烃材料裂化为较短链长的烃材料时，作为副产品产生焦炭。在催化裂化中，焦炭在裂化催化剂上形成沉积层，这使得必须对裂化催化剂进行再生。
该再生通常与在含氧气氛中烧掉催化剂上的焦炭有关。在从催化剂表面上脱除焦炭后，使催化剂返回到反应器中以处理其它烃材料从而生产更短的烃链。烧掉催化剂表面的焦炭的转化会造成CO的形成。如此形成的CO是与温度有关的。如果再生器内的温度变得足够热，则在足够量的氧存在下CO将会转化为CO2。在较老的FCC再生装置中，CO并不会立即转化为CO2，而是必须在后续的下游装置中转化为CO2。如果在进料至CO燃烧装置的原料气中存在氮化合物(包括NH3和HCN)，则不幸地存在形成NOx的缺点。
当FCC再生器以部分燃烧模式操作时，多达6000ppm(或甚至更多)的氨和HCN可能存在于一氧化碳锅炉的气体原料中。另外，在再生环境中还存在1-6％的CO。根据一氧化碳锅炉中的燃烧条件，大约25％的氮化合物可以转化成NOx，而如果不用非常昂贵的洗涤系统来除去NOx，这些NOx随后会排放入大气中。
在一个实施方案中，部分燃烧的废气组合物含有约1-7vol％的CO、约100-500ppmv的O2、可忽略量的NOx、约100-1000ppmv的NOx前体如HCN和NH3。
当FCC再生器以部分燃烧模式操作时，向再生器提供低于化学计量量的氧，这导致碳不完全燃烧为CO2，从而造成更大量的部分燃烧和CO产量。因此，废气具有低的O2浓度和高的CO浓度。也可能存在相对大量的NOx前体。
相反，当FCC再生器以完全燃烧模式操作时，向再生器提供超过化学计量量的氧，这导致碳完全燃烧为CO2。因此，废气具有高的O2浓度和低的CO浓度。也可能由于NOx前体与过量氧反应形成相对大量的NOx。
在一个实施方案中，完全燃烧的废气组合物含有约100-1000ppmv的CO、约0.5-5vol％的O2、约15-300ppmv的NOx和可忽略量的NOx前体如HCN和NH3。
通常，O2过量量越大，则NOx量越大和CO量越小。相反地，O2过量量越小，则NOx量越小和CO量越大。
本发明方法应用含氧气体，优选为空气，和最优选为预热空气，作为注入气进入再生器排放废气中。根据再生区的操作条件，在再生尾气中包含的大量氨和/或HCN可以在进入一氧化碳锅炉之前通过应用本发明转化为元素氮。
图1：
在图1中，操作催化反应器如FCC装置以产生在催化剂表面上积碳的失效催化裂化催化剂。该失效催化剂沿管道(4)从FCC反应器通到再生器(2)，以烧掉催化剂表面上的碳。
催化剂上焦炭的氧化在通过管道(6)加入再生器的含氧气体的存在下发生。再生后，催化剂通过管道(8)返回FCC反应器。通过管道(10)从再生器(2)中脱除尾气。空气在预热器(38)中预热并经管道(36)与再生尾气一起在管道(10)中混合。尾气和空气输送至混合设备40，从而尾气可以与空气反应以降低尾气中CO和/或NOx和/或其它不希望物料的浓度。
混合后，将混合物输送至分离设施(12)以脱除催化剂粉末。该催化剂脱除可以通过水平或垂直旋风分离器来实现。所脱除的催化剂颗粒通过管道(13)从过程中抽出。所回收的气体在管道(14)中从分离设施(12)脱除并送至透平功回收装置(16)，从而最大化从相对高温的炼厂物流中回收的功。在从物流(14)回收功后，通过管道(18)脱除冷的或较冷的气体，并输送至燃烧区(20)，在其中通过管道(22)向燃烧区(20)添加氧(用于使CO燃烧为CO2)。物流(18)中存在的所有CO均在燃烧区(20)中转化为CO2。
在管道(24)中从燃烧区(20)脱除燃烧区流出物，并输送至静电沉降器(26)，所述沉降器用来脱除任何固有的催化剂粉末。最终的气态工艺流出物通过储气室(30)和管道(32)排放至大气，而固体通过管道(35)脱除。
图2a和2b：
图2a和2b在一定程度上更详细地描述了混合设备240。管道210输入废气和所加空气的混合物。在一个实施方案中，混合设备240为节流室。配备多块板252、262和272以在输出至管道242之前混合物流210。
板252具有孔254和256。板262具有孔264、266和268。板272具有孔274和276。如图2b所示，沿混合设备240的长度方向板中的孔相互之间完全不对齐，从而能够较好地混合。
在一些实施方案中，混合设备240可以具有约1-10块板，例如约2-6块板。每块板可以具有约1-10个孔，例如约2-8个孔。各相邻板的孔相互之间不重合，并且沿混合设备240的长度方向也不对齐。
图3：
图3a和3b在一定程度上更详细地描述了混合设备340。管道310从催化剂再生器输入废气，而管道336从预热器输入所加入的空气。在一个实施方案中，混合设备340是逆流混合室。可以配备板350以向管道342提供输出混合物的输出物流。
在操作中，物流310在混合设备340的中部与物流336迎面相遇并产生涡流，如箭头所示。一部分混合涡流经板350抽出并输送至管道342。物流310和物流336迎面碰撞提供了物流的混合。
示例性实施方案：
在本发明的一个实施方案中，公开了一种系统，包括：反应器，所述反应器包括在催化裂化条件下的烃原料和催化剂以产生裂化反应器产品和用过的催化剂，所述用过的催化剂包括烃层；再生器，所述再生器包括用过的催化剂原料和含氧气体原料以烧掉至少一部分烃层使用过的催化剂再生，所述再生器从第一通道输出再生催化剂和从第二通道输出废气；和混合室，所述混合室与包含废气的第二通道流体相连并与加热的含氧气体源流体相连。在一些实施方案中，混合室包括节流室。在一些实施方案中，混合室包括废气和加热的含氧气体的逆流。在一些实施方案中，所述系统还包括与混合室相连的分离器以使固体催化剂颗粒与废气和加热的含氧气体混合物分离。在一些实施方案中，再生器包括对部分燃烧模式而言足量的氧。在一些实施方案中，再生器包括对完全燃烧模式而言足量的氧。
在本发明的一个实施方案中，公开了一种方法，包括：在反应器区内催化裂化烃原料，其中在所述反应器区内通过在合适的催化裂化条件下使所述烃原料与催化剂接触以产生包含裂化烃产品和用过的催化剂的裂化反应器产品；使所述失效催化剂通入再生器以烧掉用过的催化剂的焦炭层从而再生催化剂并产生废气；所述再生器以完全燃烧模式操作，从而使废气包含至少0.5vol％的氧；和使废气与加热的含氧气体混合。在一些实施方案中，所述混合包括使废气和加热的含氧气体通入节流室。在一些实施方案中，废气包含1-3vol％的氧和2-5vol％的一氧化碳。在一些实施方案中，混合废气与加热的含氧气体使废气中一部分一氧化碳转化为二氧化碳。
本领域的熟练技术人员将会理解在不偏离本发明实质和范围的条件下，所公开的本发明的具体实施方式、构造、物料和方法均可以进行许多调整和改变。因此，随后所附权利要求的范围及其功能上的等价物均不受所描述和解释的具体实施方案所限制，这些具体实施方案在本质上只是示例性的。

Claims (10)

1.一种系统，包括：
反应器，所述反应器包括在催化裂化条件下的烃原料和再生催化剂以产生裂化反应器产品和失效催化剂，所述失效催化剂包括烃层；
再生器，所述再生器包括失效催化剂原料和含氧气体原料以燃烧至少一部分烃层使所述失效催化剂再生，所述再生器的输出包括包含再生催化剂的第一通道和包含废气的第二通道，所述第一和第二通道与所述反应器流体相连；
所述第二通道与加热的含氧气体源流体相连；和
混合室，所述混合室与包含废气的第二通道流体相连。
2.权利要求1的系统，其中所述混合室包括节流室。
3.权利要求1-2一项或多项的系统，其中混合室包括废气和加热的含氧气体的逆流。
4.权利要求1-3一项或多项的系统，进一步包括与混合室相连的分离器以使固体催化剂颗粒与废气和加热的含氧气体混合物分离。
5.权利要求1-4一项或多项的系统，其中所述再生器包括对部分燃烧模式而言足量的氧。
6.权利要求1-4一项或多项的系统，其中所述再生器包括对完全燃烧模式而言足量的氧
7.一种方法，包括：
在反应器区内催化裂化烃原料，其中在所述反应器区内通过在合适的催化裂化条件下使所述烃原料与催化剂接触以产生包含裂化烃产品和失效催化剂的裂化反应器产品；
使所述失效催化剂通入再生器以烧掉失效催化剂的焦炭层从而再生催化剂并产生废气；所述再生器以完全燃烧模式操作，从而使废气包含至少0.5vol％的氧；
向废气中加入加热的含氧气体；和
在混合室中使废气与加热的含氧气体混合。
8.权利要求7的方法，其中所述混合包括使废气和加热的含氧气体通入节流室。
9.权利要求7-8一项或多项的方法，其中废气包含1-3vol％的氧和2-5vol％的一氧化碳。
10.权利要求7-9一项或多项的方法，其中混合废气与加热的含氧气体使废气中一部分一氧化碳转化为二氧化碳。
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