CN102639936A - 高性能燃烧设备和用于生产轻石蜡的流体催化裂化工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种燃烧设备，该燃烧设备用于满足用于在流化床催化裂化单元中生产轻石蜡（乙烯和丙烯）的工艺的能源需求。为了对其加热以满足反应的能源需求，所述燃烧设备用于燃烧加热油并且保持沉积在催化剂上的焦炭燃烧，燃烧顺利且均匀地进行，防止在催化床内和在后续燃烧（二次燃烧）的稀释相中形成热点，从而使催化剂失活最小化以及使损坏燃烧设备内装备的风险最小化。

Description

高性能燃烧设备和用于生产轻石蜡的流体催化裂化工艺
技术领域
本发明涉及一种在流化床催化裂化单元中生产轻石蜡的工艺领域，本发明应用于在通过燃烧焦炭而使催化剂再活化过程中所产生的热能不能满足转换器的能源需求的工艺中。更特别地，本发明描述了一种高性能燃烧设备，该高性能燃烧设备可以为用于生产轻石蜡的流体催化裂化工艺提供热。
背景技术
石化FCC（流化催化裂化）是一种用于生产轻石蜡（乙烯和丙烯）的流化床催化裂化的工艺，其具有以下特点：使用包括具有低沸点（柴油范围）的烃的进料，催化剂原料的选择性高，该催化剂原料具有大比例的来自pentasil族且与Y型沸石相混合的沸石，立管反应器中的反应温度高；以及骤冷部段在反应器进料供应部段上方1/4处。
工艺条件的这种组合在反应部段中产生高能量需求而且在催化剂上产生非常小量的焦炭。
结果，在再生器中燃烧以便恢复催化剂的活性并且产生用于该工艺的能量的焦炭仅仅提供所需总能量的5％至20％之间，需要将热量持续地添加到工艺中以保持转换器中的热平衡。
供给能量的工艺涉及使油在燃烧设备（再生器）的流化催化床中燃烧。
因此，本发明涉及一种工艺和用于该工艺的主要能量来源，在该工艺中，在高性能燃烧设备内部使催化剂再生，本发明诸如用于避免下述问题：诸如在燃烧设备的流化催化床中出现热点的问题或者在床的稀相中二次燃烧出现热点的问题，这些问题可能导致催化剂永久地失去活性以及损坏燃烧设备内的装备。
相关技术
在传统的流化床催化裂化工艺（流化催化裂化）中，进料包括在柴油范围内的有或没有重烃残留物的烃，以及生成的产物（诸如燃料气体、液化石油气（LPG）、裂化石脑油、轻油和重油），其中在催化剂表面形成含碳沉积物或焦炭。在这样的裂化单元中，使用主要包括Y型沸石的催化剂和管状立管反应器进行反应。
如果大量的焦炭沉积在催化剂上，则该催化剂失去活性和选择性，从而降低获得产物（诸如液化石油气和裂化石脑油）的产量。因此，在完成裂化反应时，在立管内部，催化剂的催化表面被焦炭沉积物挡住，要求再活化。另一方面，反应部段需要用于气化液体进料的能量以及用于补充给吸热性催化裂化反应的能量。
为了使带有大量焦炭沉积物的催化剂（废催化剂（spent catalyst））再活化，该催化剂通过注入蒸汽被不断从反应部段移出，流动通过汽提床以便去除吸附在其中的烃，并从那里流到再生器，在再生器中，通过焦炭与流化床内的含氧气体的燃烧反应进行实际的再活化。传统上，空气或富氧的空气用来触发焦炭燃烧反应。除了恢复催化活性之外，该工艺还产生足够的能量以触发催化剂的再活化，以及取代通过再生损失的能量（加热空气和燃烧产物所需的能量），以及并行地补充反应部段所需的能量。
在立管的能量需求和再生器的能量损失等于通过焦炭燃烧所释放的热量时，该单元被称为是热平衡的。在处理具有高残留物含量的进料时，焦炭沉积物的形成明显较大，因此，通过燃烧它们而产生的热量大于转换器所需的总热量，多余的热量需要例如通过使用再生器外部的热交换器来冷却催化剂而从再生器中去除，以便恢复热平衡。
在传统的工艺中，对于具有高残留物含量的进料，在瞬时或短的阶段中（诸如在启动单元的准备阶段），或者同样在正常运行时，在产生的焦炭不足以满足热需求的情况下，可注射燃烧油，即，一些量的油被注入到再生器的床中，燃烧以产生能量，从而满足转换器的热量需求。然而，简单地通过一个喷嘴或多个喷嘴将燃烧油注入到再生器的床中会导致局部的热点，这会使催化剂永久地失去活性以及在再生器内部引起热应力问题，这可能会损害它们，或者是两种影响的组合。
油在湍动的FCC流化催化床内持续燃烧在技术上是极其复杂的，包括在执行该工艺时的关键点，这是因为忽略特定的性能标准对单元的运行可靠性和收益性有负面影响。
现有文献描述了替代的方法，用于向再生器的床供给能量以便在FCC单元中重新建立热平衡。
美国专利US 3,966,587教导了在从汽提器到再生器的传输管线中将油与废催化剂充分混合，该混合物在重力作用下流动。根据这种方法，油和催化剂中的焦炭沉积物的联合燃烧避免了在再生器床中形成热点的问题以及其后果。
专利EP 1285042教导一种引进足够的燃烧油和空气以使燃烧油在上升式传输管线中燃烧的方法，其中管线的直径增加以适应由燃烧空气供给所引起的速度增长，从而使燃烧油在再生器中直接使用的有害结果最小化。
此外，美国专利US 3,966,587和EP 1285042教导了如何纠正在传统的FCC单元的热不平衡，以避免燃烧油在再生器床中直接使用的固有缺陷。然而，这些文献并未公开一种用于下述目的的方案：促进废催化剂的乳化液和在催化剂上被气化或吸附的油沿再生器横截面的分布以及不完全燃烧产物的分布，以促进床中剩余的气体和乳化液与氧气之间的良好接触，从而促进燃烧油在床内部完全燃烧。由于速度和局部温度的限制，这些方法只适用于在单元中存在很小热失衡的情况，即，在需要小量或适量的燃烧油的条件下。
美国专利US 7,153,479公开了一种用来从来自用于生产轻石蜡的FCC工艺的排出物中移出催化剂的方法。该催化剂优选通过下述方式而被移出：将燃料油添加到冷却塔中并且使燃料油在冷却塔中再循环，以及从排出物气体中洗掉催化剂细粉，包括通过形成浆料（油浆）来回收燃料油中的催化剂。
该油浆的形成使得可能补充用于生产轻石蜡的FCC单元中的热平衡，在该FCC单元中，产生的焦炭不足以保持热平衡。
然而，美国专利US 7,153,479所教导的方法并未提供用于使油浆在催化剂床中完全燃烧的装置。在这种情况下，不完全燃烧产物连同未反应的氧气从床中输出，从而促进在稀相区中二次燃烧，局部温度显著升高，从而导致被淘洗的催化剂永久失活，而且损坏再生器内的装备。
在湍动的FCC流化催化剂床内部进行连续的油燃烧过程是一项重大挑战，这是因为满足特定性能标准（诸如油在流化床内充分燃烧）在技术上是非常复杂的。
在二次燃烧床中的不完全燃烧使得床上方的稀相中的烃进行部分燃烧，导致局部温度显著升高，使得对内部设备或旋流器造成严重损害，以及使得由于淘洗而从该床上大量抽取的催化剂永久失活。
因此，本发明涉及一种工艺，该工艺使油在流化床内完全燃烧，同时保持废催化剂再生条件，以及满足立管中用于产生轻石蜡的FCC转化部段的热需求，该立管可能具有骤冷部段，从而避免床中的热点问题以及避免燃烧设备的稀相中的二次燃烧及其不希望的后果。
发明内容
从广义上讲，本发明涉及一种高性能燃烧设备和一种用于产生轻石蜡的流化床催化裂化工艺。
在本发明所涉及的催化裂化工艺中，在催化剂的再生期间通过焦炭燃烧所产生的热能不足以满足转换器和废催化剂在高性能燃烧设备内被加热和再生的能量需求，在高性能的燃烧设备中，油燃烧是该工艺的主要能量来源。
附图说明
图1是一种用于生产轻石蜡的流化床催化裂化工艺或石化FCC的视图，显示出构成高性能燃烧设备的下部部分和上部部分，该高性能燃烧设备是所述工艺的一部分。
图2是一种包含在石化流体催化裂化中的高性能燃烧设备的视图。
图3是燃烧设备的下部部段横截面的俯视图，该下部部段包含不同长度的喷枪。
图4是燃烧设备下部部段的平面图，该下部部段包括在从高性能燃烧设备底部起的三个不同高度处放置在燃烧设备底部的径向部分中的不同喷枪。
具体实施方式
本发明涉及一种包括多个喷枪的高性能燃烧设备，加热油注入该多个喷枪中，加热油的燃烧能够补充流体催化裂化单元的能量需求。
该加热油燃烧以避免在燃烧设备流化床内部形成热点以及避免在后续燃烧（二次燃烧）的稀相中形成热点，从而使催化剂的失活最小化以及使燃烧设备内装备损坏的风险最小化。
本发明的另一个方面是一种用于生产轻石蜡的流体催化裂化工艺，或者是石化流体催化裂化，在该工艺中，在上流式管状反应器或立管中、在催化剂上方进行反应，该催化剂主要包含呈固体颗粒形式的、与稀土元素潜在地交换的且与Y型沸石相混合的pentasil型沸石。在这个工艺中，高性能燃烧设备用来保持热量平衡以及促进催化剂的再生。
如图1所示，催化剂主要包括与比例较小的Y型沸石相混合的来自pentasil族沸石，具有来自燃烧设备（1）的、含量较低的碳化合物或焦炭，该催化剂被加热到超过700℃的温度，供应给上流式管状反应器或立管（2）的基部的下部部分。蒸汽（3）流被注入管状反应器或立管的上方，以促进催化剂的湍动流态和夹带，然后通过一组使用蒸汽作为雾化流体的径向喷雾器供给柴油范围的轻烃热流或者供给重烃进料（4）。
细粒分散的进料（4）在其与催化剂接触时蒸发，从而触发裂化反应和产物的产生。为了提高轻石蜡的转化率和选择性，在进料（4）的注入点上方向上到达立管（2）的1/4路程处提供快速冷却或骤冷流体（5）。
在骤冷流体（5）注入的上部部段中持续发生裂化反应，该骤冷流体在至少580℃的温度下工作。
产物与失活的催化剂的混合物经过旋流器系统（6）以将气体产物（7）与催化剂分离开。
流出的气体产物（7）富含轻石蜡，其被供应到产物回收部段，而失活的催化剂经过分离器（10）下方的汽提器（9）内的流化床（8）。失活的催化剂跟随蒸汽（11）的注入向后流，以便除去吸附的烃。
由此产生的催化剂包含减少的焦炭沉积物，其略高于供给到立管（2）基部的催化剂中所含的焦炭沉积物，该由此产生的催化剂以浓相通过废催化剂竖管（12a）传送到燃烧设备（1），该竖管包括流量控制滑阀（13a）。根据图1中的布置，再生的催化剂通过再生催化剂竖管（12b）进行传送。该竖管是倾斜的并且位于燃烧设备（1）的容器外部，而且它包括流量控制滑阀（13b）。
立管（2）中的蒸汽速度必须足以保证催化剂流动稳定，因为它出现在进料（4）注入点的下方。辅助蒸汽（称为载体蒸汽）的注入用于使催化剂离进料（4）的入口喷嘴尽可能远地悬浮。因此，靠近反应器或立管（2）的基部注入的液体进料（4）被汽化并且发生反应，从而形成主要被气化的产物，这有助于使催化剂颗粒运载通过立管（2）在整个路径。
在位于进料（4）注入点上方向上方到达立管（2）的路程的1/4与3/4之间的部段中，在至少一个注入点处以进料（4）质量流量的15％和30%之间的比例注入快速冷却或骤冷流体（5），以便形成第二反应部段，旨在通过增加催化剂的循环并且同时通过冷却来促进轻石蜡生产，从而抑制不期望的反应以及同时为催化剂流的稳定做出贡献。
如图2所示，催化剂在燃烧设备（1）内通过焦炭与空气在紊流流化催化床（14）内部进行燃烧反应而被重新活化。然而，通过仅仅燃烧焦炭所释放的热量不足以保持燃烧反应和催化剂的加热以及不足以满足反应的热需求，即由进料的加热和气化、将产物加热到反应温度以及吸热反应热所构成的工艺能量的总和。
为了将能量供应给催化剂，保持焦炭燃烧，或者活化和加热催化剂，以及满足裂化反应的能量需求，在燃烧设备（1）内燃烧加热油。
加热油平稳、均匀且高效地燃烧，从而避免在流化床（14）内和后续燃烧（二次燃烧）的稀相中出现热点，使催化剂的失活最小化，以及使损坏燃烧设备（1）内部的装备的风险最小化，该装备诸如如图2所示的旋流器（15）和旋流器的内部管道或支管（leg）（浸渍支管（dip leg））（16）。
再者，根据图2中的图示，燃烧设备（1）包括具有两个不同部段的容器：下部部段（17）和上部部段（18）。
下部部段（17）包括处于湍流条件下的流化催化床（14），该湍流条件由于空气和燃烧产物通过而引起。
空气（19）通过一个或多个管网式空气分配器（21）供给到流化催化床（14）的下部部段（17）。空气在供给到管网式分配器之前通过使空气经过炉子（20）而被加热。该床（14）在湍动流态条件下工作，因此燃烧设备（1）的下部部段（17）被设计成以从0.5m/s至1.50m/s的范围内以及优选从0.7m/s至1.30m/s的范围内的气体表面速度工作。
燃烧设备（1）的流化床（14）下部部段（17）具有催化剂存量以保持气体在燃烧时的停留时间为4秒至10秒之间，优选在5秒至8秒之间。
在燃烧设备的上部部段（18）中，在由通过淘洗过程从流化床（14）夹带的催化剂以及从加热油的燃烧过程产生的气体构成的混合物供应到旋流器系统（15），以便回收催化剂并且使催化剂经由管道或浸渍支管（16）返回的情况下，存在稀相。这些管道将旋流器的下部部段连接到流化床（14），以便将热气体或燃烧气体（22）传输到能量回收系统。
燃烧设备（1）的流化床（14）上部部段（18）具有比下部部段（17）大的直径（23），以减少被旋流器（15）夹带的总固体量。上部部段被设计成在0.6m/s至1.10m/s之间的范围内的表面速度工作。
为了使加热油在流化催化床（14）内高效率地燃烧，必须使燃烧设备（1）的横截面的覆盖量最大化。
最大覆盖量通过尽可能最大数量的供给点来实现，考虑以小液滴雾的形式且以足够高的射流速度喷洒加热油以便合理地穿透颗粒床。
该条件对于获得加热油液滴的薄雾与在湍动流化床中被加热的催化剂之间的有效接触、促进液滴的快速汽化以及随后的气态烃与散布在气泡中的空气的燃烧反应来说是必须的。根据流态的湍动，在燃烧时所释放的能量流化在催化床（14）内迅速消散。
要在燃烧设备（1）中燃烧的加热油（24）经过热交换器（25），以将其粘度降低到10cSt（厘斯）至15cSt的范围内，从而确保喷洒喷嘴中的有效雾化。
加热油（24）在通过热交换器（25）后通过多个喷枪（26）进行分布，该多个喷枪从燃烧设备（1）容器的下部部段（17）的外周水平地安装（也如图2所示）。
为了避免高温或热点，喷枪（26）的一个特性在于具有消耗小量喷洒流体（27）的高性能喷洒喷嘴。
对于15％至30％（重量百分比）范围内的加热油（24），计算喷洒流体与加热油之比。所用的喷洒流体（27）是蒸汽，然而，可以使用另一种流体来代替，例如压缩空气，而不会对正确的喷洒有不利影响。
再者，在本方法中，来自汽提器（9）的废催化剂通过催化剂分配器（28）被送入燃烧设备（1）的流化床（14），该催化剂分配器定位在比供应加热油的喷枪高（26）的高度处。催化剂分配器（28）设计成用于促进较冷的废催化剂快速分散在热的床中，从而防止在燃烧设备（1）的流化床（14）内形成密集且寒冷的区域。
图3和图4分别显示出燃烧设备横截面图和燃烧设备的不同喷枪（26）的平面图。
如图3所示的俯视图中显示的，加热油（24）通过多个喷枪（26）进行供给，该多个喷枪包括短喷枪（29）、中等长度喷枪（30）和长喷枪（31）。本工艺在环形部段中包括清洗流体（32），该环形部段形成在喷枪（26）与引导管（33）（喷枪的物理保护部）之间。
图4显示了燃烧设备（1）流化床的下部部段的半纵向截面的三维图，包括在从高性能燃烧设备（1）基部起的两个不同高度（34）处设置在燃烧设备（1）底部的径向部分中的短喷枪（29）、中等长度喷枪（30）和长喷枪（31）。
在立管（2）的顶部，根据图1，一系列旋流器（6）将催化剂与反应产物或气态产物（7）分离开。为了使在该过程中损失到分离器（10）中的催化剂最小（这会导致在立管（2）终端处的气体/颗粒固比高），以及为了使在分离器（10）内、在立管之后的二次裂化反应最小，使用在专利申请US20090142241A1和EP 2065458A1中所述的旋流器系统。
由于催化剂促进整个反应器的裂化反应，催化剂由于沉积在其上的作为反应副产品的焦炭而失去活性。
在反应器之后，失活的催化剂首先通过蒸汽喷射注入而被汽提，分离出挥发性烃和被催化剂夹带的产物。
随后，沉积在催化剂表面上的焦炭在燃烧设备（1）中进行燃烧，从而产生再生的催化剂，该再生的催化剂以高温返回到反应器的基部，通过与置于反应器（2）中的新进料相接触而开始新的工艺反应循环。
工艺条件的这种组合在反应部段产生高的能量需求，以及在催化剂上产生很小量的焦炭。结果，在燃烧设备（1）中燃烧而使催化剂恢复活性的焦炭仅仅提供转换器所需总能量的5％至20％，因此，需要持续地提供额外的能量以确保热平衡。
更具体地，本发明涉及一种燃烧设备，该燃烧设备能够使燃烧设备（1）的湍动流化床（14）内的加热油完全燃烧，以使在床内形成热点最小化以及使燃烧设备（1）的上部部段（18）的稀相中的二次燃烧反应最小化。
最初，考虑在立管末端处使用特别设计用于高颗粒含量的高性能旋流器系统（如专利申请PI0704443-7所述的），不需要从供给到产物回收和分馏部段的气态产物（7）回收催化剂细粒。因此，根据本发明经由位于燃烧设备（1）中的喷枪供给加热油具有非常简单的优点，这是因为它在反应器（1）的输出端与气体系统的操作完全分开而且与分离器（10）或汽提器（9）底部的操作完全分开。
而且，如图1所示的石化流体催化裂化转换器具有并排的布置，即，带有汽提器（9）的分离器（10）和燃烧设备（1）并排地位于不同高度处。在这种布置中，再生催化剂竖管（12b）和废催化剂竖管（12a）是倾斜的而且位于燃烧设备（1）的容器外部。
流量控制阀是滑阀（13a和13b），也位于燃烧设备（1）的外部。这种布置具有下述优点：消除来自燃烧设备（1）内部的若干件装备，以及消除在油和催化剂的分散过程中的干扰。
用于大型容器中（诸如石化流体催化裂化）的湍动流化床（14）的流型具有以下特点：由管网式空气分配器（21）产生的所有气泡以高速上升，造成在它们周围夹带很浓的乳化液，从而形成容器的具有上升速度高和密度低特点的较大中心区（核心）。
气泡在床（14）的顶部从乳化液中分离出来，而甚至更浓的乳化液从床的顶部（14）主要通过靠近壁的区域再循环到下部部段（17），形成下降的环形区域（环形空间），在床底部的气体分配设备（管网）（21）附近返回。因此，这种流型在流化床（14）内部形成两个不同区域：上升的湍动流化区或核心和下降的密集环形区域或环形空间。实验研究和模拟已经表明：划分核心的上升区域与环形空间的下降区域的半径是容器半径的大约0.65倍，而且对于所研究的较大直径，看起来与容器的直径无关。
流化过程的另一个重要特征在于：分散能力，即，单位时间在单位面积上从催化剂床的任意点传播分散相的能力。
分散与流化程度成比例，即气体表面速度较大则区域中的分散较大，反之，气体表面速度低则密集区域中的分散较小。
对在6米与10米之间的大型流化床的研究表明：对于大约1.0米/秒的速度，轴向扩散（与床柱形体的中心线相关）是横向或径向分散的10倍左右。因此，在空气分配器或管网（21）的高度处供给的任何混合物很容易沿轴向方向输送到床（14）的顶部，而在径向方向上沿燃烧设备（1）容器的横截面输送较慢。
通过从容器的外周水平安装的并且位于流化催化剂床（14）的下部部段（17）中的多个喷枪（26）提供要在燃烧设备（1）内燃烧的加热油（24）。更具体地，喷枪（26）安装在流化床（14）内气泡聚集与燃烧之间的平衡点上方的高度处，这在工业化规模的单元中的容器的情况下发生在管网（21）上方0.50米的高度处（如在图1和图4所示）。
高性能的喷洒喷嘴安装在每个喷枪（26）终端处，而且喷枪（26）具有不同长度，以便促使沿着燃烧设备（1）的横截面喷洒的加热油（24）完全分布（如图3和图4所示）。
喷枪（26）由至少两个的一组同心管构成，内部管用于加热油（24）的单独供给，而外部管用于加热油（24）的喷洒流体（27），它们又供给到喷枪（26）的喷洒喷嘴的不同部段。
表1列出了喷枪布置的一个实例，假设用于在燃烧设备（1）中分布加热油（24）的多个喷枪/喷嘴有三种不同区域或分布。
喷枪/喷洒喷嘴的总数取决于燃烧设备（1）的横截面面积、所供给的加热油（24）的特性以及喷油器的类型。
Figure BDA00001693674300111
Figure BDA00001693674300121
表1中的实例假定对于每1.88m2横截面的燃烧设备（1）使用一个喷枪/喷嘴单元。由于在两个高度上分布很大数量的喷枪（26），在每个高度上采用一半喷枪/喷洒喷嘴。根据工艺条件，该参数可能最多在燃烧设备（1）的横截面的每1.0m2有一个喷枪/喷嘴直到每5.0m2有一个喷枪/喷嘴之间变化。
本方法的另一个特征在于，在湍动流态过程完全建立的情况下，加热油（24）以小液滴雾的形式、在管网式空气分配器（21）上方的高度处供给到湍动流化床（14）内。更具体地，考虑到在喷嘴与流化床接触的绝对终端处的气泡的横截面，喷嘴能够喷洒呈30微米至100微米之间的液滴形式的加热油（24），而且喷洒流体和液滴的射流以30m/s至60m/s之间的速度从喷洒喷嘴输出。
如所已知的，主要是在与30m/s至60m/s之间的射流或气泡注入速度相关联时，液体在流化床中快速气化与小液滴的大小相关。在这些条件下，热交换过程被延长，从而减少气化液滴和开始燃烧反应所需的时间。
加热油（24）以一系列反应阶段进行燃烧，其中，第一阶段是最快的，烃通过一系列基本的氧化反应被转化成水和一氧化碳（CO），随后，通过较慢的阶段减少烃的浓度，该较慢的阶段包括将CO氧化为CO2。
对于本方法，燃烧设备（1）在700℃至750℃之间的温度范围内操作，并具有对于在流化床（14）内将烃和焦炭完全氧化成水和二氧化碳来说足够的催化剂存量，从而保证气体在流化床（14）内的停留时间大于五秒钟。
由于在燃烧设备（1）通气区中通过高速液滴的细雾提供的沿燃烧设备横截面的有利的油供应和分布情况，（上升核）与流化床的极端湍动相关联，实现和液滴与介质之间的充分分散和热交换，从而促进加热油（24）的烃蒸气在与上升的空气泡接触时快速气化和快速燃烧。
在本方法中，要在燃烧设备（1）中燃烧的加热油（24）在其通过多个喷枪（26）进行供应之前通过使其经过热交换器（25）而被加热，从而保持喷枪内的加热油（24）的粘度在5cSt至30cSt之间，优选在10cSt至15cSt之间，以便保证高喷洒效率。
喷枪（26）被放置在物理保护导管（33）内，清洁液或清洗液（32）被供应到形成于喷枪（26）的外本体与导管（33）之间的环形区域中。
喷枪（26）的喷洒喷嘴可以操作不同流体（诸如蒸汽或空气）。例如，如果所使用的流体是蒸汽，蒸汽与加热油的质量/质量比为0.02和0.50之间，优选为0.05至0.30之间的质量/质量比。
用于使加热油（24）和焦炭燃烧的空气在供应给燃烧设备（1）的空气分配器之前通过利用气体燃料燃烧的直接燃烧炉被加热，该直接燃烧炉将空气从风机输出温度加热到400℃至700℃之间的温度，优选加热到550℃至650℃之间的温度。
此外，在本工艺中，供应到燃烧设备中用于燃烧反应的空气量大于满足完全燃烧的化学计量比所需的空气量，即，所有供给到燃烧设备中的烃物料（焦炭和油）在流化床内被转变成水和二氧化碳。将空气供给量设置成高于满足燃烧过程的化学计量比所需的供给量的方法之一是使用“燃烧气体中的多余氧”参数。离开用于能量回收系统的燃烧设备（1）的上部部段（18）的燃烧气体（22）因此具有在干燥的基础上计算的1％至5.0％之间的摩尔百分比的多余氧含量。
本工艺提供一种用于在单元工作时移出喷枪的装置，从而能够使喷洒喷嘴在其出现故障或性能下降的情况下进行更换。
在燃烧设备（1）中使用的加热油（24）具有低含量的污染物，（诸如氮和硫（小于10ppm））和小于1ppm的金属（钠、镍、钒、铁），从而使污染气体的排放最小化以及使造成催化剂丧失催化选择性和活性的金属以及催化剂原料的污染物最小化。
便于将加热油（24）供给到流化床（14）的形式和装置以及流化床混合床的湍动扩散特点和流型形成一组产生均匀分布的工艺条件：将不同长度的喷枪（26）适当地布置在燃烧设备的下部横截面中，通过高性能喷洒器实现小油滴雾，具有用于确保油滴和热的催化剂之间有效接触的足够高的射流速度，从而使得液滴快速气化，以及因此使得气态烃与散布在气泡中的空气迅速进行燃烧反应；用于保证氧化反应阶段的足够的催化剂存量，从而使加热油（24）在流化床（14）内完全燃烧，使形成热点和在稀相中发生二次燃烧的风险最小化。

Claims (23)

1.一种高性能燃烧设备，其特征在于，所述高性能设备包括具有两个不同部段的容器，所述两个不同部段具体地是下部部段（17）和上部部段（18），其中，下部部段（17）容纳湍动的催化流化床（14），油和废催化剂的焦炭在所述流化床中燃烧，其中流态化燃烧空气（19）通过一个或多个管网式分配器（21）供给到流化床（14）的下部部段（17），加热油（24）通过多个喷洒喷嘴进行供给，所述多个喷洒喷嘴安装在喷枪（26）终端处，所述喷枪位于流化床（14）的下部部段（17）内、在管网式分配器（21）上方，废催化剂通过倾斜管或废催化剂立管（12a）进行供应，被加热和再生的催化剂通过再生催化剂立管（12b）从流化床（14）中移出，所述再生催化剂立管位于流化床（14）的下部部段（17）中。
2.根据权利要求1所述的高性能燃烧设备，其特征在于，燃烧设备（1）的流化床（14）的下部部段（17）具有比上部部段（18）小的直径（23），设计用于范围为0.5m/s至1.50m/s的表面速度，优选地用于在0.7m/s至1.30m/s之间的表面速度。
3.根据权利要求1所述的高性能燃烧设备，其特征在于，热的加热油（24）通过多个喷枪（26）进行分配，所述多个喷枪（26）从燃烧设备（1）的容器的下部部段（17）周边水平地安装，其中最低比例为对于燃烧设备（1）容器的1.0m2横截面有一个喷枪/喷嘴，而最高比例为对于燃烧设备（1）容器的5.0m2横截面有一个喷枪/喷嘴。
4.根据权利要求1所述的高性能燃烧设备，其特征在于，高性能的喷洒喷嘴安装在每个喷枪（26）的末端处，喷枪（26）具有不同的长度，以便于所喷洒的加热油（24）沿着燃烧设备（1）的横截面完全分布。
5.根据权利要求1所述的高性能燃烧设备，其特征在于，燃烧设备（1）具有在距高性能燃烧设备（1）底部的不同高度的两个高度（34）上、位于燃烧设备（1）底部的径向部分中的喷枪（26）：短喷枪（29）、中等长度喷枪（30）和长喷枪（31）。
6.根据权利要求1所述的高性能燃烧设备，其特征在于，喷枪(26）包括一组至少两根用于分开地供应加热油（24）和喷洒流体（27）的同心管，所述加热油和喷洒流体又供应给喷枪（26）的喷洒喷嘴的不同部段。
7.根据权利要求1所述的高性能燃烧设备，其特征在于，喷枪(26）设置在物理保护导管（33）内，其中清洁或清洗流体（32）被供应到形成于喷枪（26）的外本体与导管（33）之间的环形区域中。
8.根据权利要求1所述的高性能燃烧设备，其特征在于，燃烧设备（1）的流化床（14）的下部部段（17）具有催化剂存量，以便将气体在燃烧时的停留时间保持在4秒至10秒之间，优选保持在5秒至8秒之间。
9.根据权利要求1所述的高性能燃烧设备，其特征在于，加热油（24）和来自废催化剂的焦炭中的较大比例的碳在700℃至750℃之间的温度下、在燃烧设备（1）的下部部段（17）中的流化床（14）内充分燃烧成二氧化碳。
10.根据权利要求1所述的高性能燃烧设备，其特征在于，燃烧设备（1）的喷枪（26）的喷洒喷嘴以介于加热油（24）重量的15％和30％之间的比例使用喷洒流体（27）。
11.根据权利要求1所述的高性能燃烧设备，其特征在于，燃烧设备（1）的喷枪（26）的喷洒喷嘴产生速度处于30m/s至60m/s之间的喷洒流体射流。
12.根据权利要求1所述的高性能燃烧设备，其特征在于，燃烧设备（1）的喷枪（26）的喷洒喷嘴使用蒸汽作为喷洒流体（27）。
13.根据权利要求12所述的高性能燃烧设备，其特征在于，燃烧设备（1）的喷枪（26）的喷洒喷嘴以蒸汽与加热油的介于0.02至0.50之间的质量/质量比使用用于加热油的喷洒流体（27），蒸汽与加热油的质量/质量比优选介于0.05至0.30之间。
14.根据权利要求1所述的高性能燃烧设备，其特征在于，要用在燃烧设备（1）中的加热油（24）具有含量小于10ppm的氮和硫以及含量小于1ppm的金属（钠、镍、钒、铁）。
15.根据权利要求1所述的高性能燃烧设备，其特征在于，燃烧设备（1）的喷枪（26）的喷洒喷嘴能够喷射呈介于30微米至100微米之间的液滴形式的加热油（24）。
16.根据权利要求1所述的高性能燃烧设备，其特征在于，离开用于能量回收系统的燃烧设备（1）的上部部段（18）的燃烧气体（22）具有在干燥的基础上计算的含量介于1%至5.0%摩尔百分比之间的多余氧。
17.根据权利要求1所述的高性能燃烧设备，其特征在于，空气在被供给到燃烧设备（1）的管网式分配器（21）之前使用空气炉（20）被加热到400℃至700℃之间的温度，优选被加热到550℃至650℃之间的温度。
18.根据权利要求1所述的高性能燃烧设备，其特征在于，燃烧设备（1）的上部部段（18）包括旋流器系统（15），所述旋流器系统用于回收催化剂，并且通过旋流器的支管或者浸渍支管（16）和出口管道将催化剂返回到流化床（14），从而将燃烧气体（22）传输到能量回收系统。
19.根据权利要求1所述的高性能燃烧设备，其特征在于，加热油在通过多个喷枪（26）进行供应之前使用热交换器（25）被加热，从而将喷枪内部的加热油（24）的粘度保持在5cSt至30cSt之间，优选保持在10cSt至15cSt之间。
20.一种催化裂化工艺，其特征在于，将用于所述工艺的整个装备并排布置，其中分离器（10）联接到下部汽提塔（9），而燃烧设备（1）并排地位于不同高度处，其中，在这种布置中，再生催化剂立管（12b）和废催化剂立管（12a）是倾斜的并且位于燃烧设备的容器（1）外部。
21.根据权利要求20所述的催化裂化工艺，其特征在于，所述催化剂在高性能燃烧设备（1）内部进行再生。
22.根据权利要求20所述的催化裂化工艺，其特征在于，来自汽提塔（9）的废催化剂通过催化剂分配器（28）被供应到燃烧设备（1）的流化催化床（14），所述催化剂分配器定位在比供给加热油（24）的喷枪（26）高的高度处。
23.根据权利要求20所述的催化裂化工艺，其特征在于，在催化剂上方发生反应，所述催化剂主要包含呈固体颗粒形式的、与稀土元素进行潜在交换的、与Y型沸石相混合的pentasil型沸石。
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