CN102698661A - 一种催化裂化冷热催化剂预提升器 - Google Patents

Abstract

一种催化裂化冷热催化剂预提升器，适用于至少具有冷热两股催化剂进料的催化裂化提升管反应器，包括预提升筒体(5)、一个热催化剂进料管(4)和一个冷催化剂进料管(8)，其特征在于，预提升筒体(5)内置导流筒(3)，导流筒(3)将预提升筒体(5)分割为内环(I)和外环(II)两个连通的区域，冷热催化剂进料管(4，8)设置在导流筒上下缘之间。利用该型预提升器，冷热催化剂可以在较短的停留时间内实现均匀混合和换热，从而更加有效地满足催化裂化反应的要求，强化催化裂化反应并抑制热裂化反应，提高装置转化率和产品选择性。

Description

一种催化裂化冷热催化剂预提升器

技术领域

本发明涉及一种催化裂化冷热催化剂预提升器，属于石油加工技术领域。

技术背景

流化催化裂化是现代炼油企业最核心的轻质油品生产工艺之一，它利用分子筛催化剂将低价值的重质原料(蜡油或渣油)裂解成高价值的轻质油品，如汽油、柴油和液化石油气等。在国内，流化催化裂化工艺的核心地位更加突出，它生产了70％～80％的商品汽油、约30％的商品柴油以及约30％的丙烯。

在催化裂化工艺中，剂油比是影响催化裂化产品分布的一个重要操作参数，它决定了提升管反应器单位体积内的催化剂活性中心的数目，因此，在装置操作许可的条件下提高剂油比对改善产品选择性和提高转化率具有十分积极的作用。但是，在传统设计的催化裂化装置中，剂油比的大小直接由反应温度控制，是一个非自主变量，受再生温度、原料预热温度以及反应苛刻度等多个因素共同影响，不能自由提高。

近年来，随着催化裂化原料的重质化和劣质化，装置生焦量不断增加，为了保持催化剂活性不得不采用较高的再生温度，这直接导致剂油比下降和产品选择性变差。另外，高温再生剂直接和油气接触容易造成油气过度热裂化，使目标产品收率降低。若想提高剂油比，只能降低原料预热温度或再生温度，但这样均带有不同程度的副作用，而且剂油比增加的幅度也不显著。

工业上常用的一类保持剂油比、控制再生温度的方法是安装取热器，取出系统过剩的热量，以维持系统的热平衡。目前已有的重油催化裂化装置中采用的取热器种类很多，例如中国专利CN 1045644A公布的下流式外取热器、US4438071、US 4757039、US 4923824公布的返混型外取热器等。这些取热器一般安装在再生器密相段，催化剂冷却后再返回再生器。但由于装置需要保持适当的再生温度以保证催化剂的再生效果，因此这种方法并不能大幅度提高剂油比。

另一类比较有效的提高剂油比的方法是通过降低再生催化剂的温度，这既可以通过在再生立管上安装催化剂冷却器实现，如CN 1114677C、CN 1324116、US 5800697等专利所述方法，也可以通过将热的再生剂和一股冷的催化剂混合实现，这种方法中冷催化剂既可以是冷却后的再生催化剂(如专利CN101191071A、CN 101191072A、CN 101191067A、CN 101104816A等)，也可以是冷的循环待生催化剂，例如UOP公司开发的“X设计”催化裂化装置(《世界石油科学》，1996，3(9))，即是将部分待生催化剂不经再生就与再生剂混合后直接返回提升管反应器中。由于再生立管操作的稳定性对催化裂化装置操作的稳定性至关重要，上述前一种方法由于增加了再生立管结构的复杂性，势必降低再生立管的可靠性，也对冷却设备的可靠性提出了非常高的要求。相对而言，后一种方法则具有较高的可靠性，即使冷催化剂管路完全失效也可以保证整个装置能够顺畅运行。但是，这种方法必须配备一种高效的冷热催化剂混合预提升器。如果冷热催化剂不能快速混合换热，那么原料油将分别接触过高和过低温度的两股催化剂，非但不能达到改善产品分布的效果，反而可能恶化产品分布，降低装置的运行周期。

在CN 100338185和CN 201842821U两种催化裂化新工艺方法专利中，均采用了具有冷热催化剂混合功能的预提升器，但是它们所报道的预提升器均是一段直径大于提升管的低气速流化床，利用低气速流化床自身颗粒的混合能力实现冷热催化剂的混合换热。但是，在这种预提升器中，颗粒的横向混合能力较弱，催化剂易出现偏流。要想实现两股催化剂的均匀混合必须采用较长的颗粒停留时间分布，这样不仅增加了提升管的阻力，影响装置的平稳操作，也加剧了催化剂的水热失活(工业上一般采用水蒸气作为预提升气体介质)。

中国专利CN 201020348Y公布了一种细粉固体介质流态化混合器，可用于上述具有冷热两股催化剂流的催化裂化预提升器。该结构中设计了两个向下倾斜的螺旋形网状格栅层，格栅层设置在两股催化剂流入口的下方，期望两股流出的催化剂在格栅层的作用下，均匀散布在预提升器的横截面上，实现均匀混合后再进入提升管反应器。但是，这种预提升器结构过于复杂，两股催化剂流入预提升器时呈稀相洒落方式，这势必对格栅层产生较强的冲蚀作用，影响格栅层的使用寿命和可靠性。另外，网状格栅层本身对颗粒流的横向分散作用十分有限，很难将催化剂流均匀散布在整个预提升器横截面上，因此也很难实现两股催化剂流的均匀混合。

中国专利CN 101322924B公布了另一种催化剂混合设备，它也可以用作上述具有冷热两股催化剂流的催化裂化预提升器。在这种预提升器中，两股或多股催化剂流的混合是在底部一段气速小于0.3m/s的鼓泡流化床中进行的，通过调整催化剂立管出口，使催化剂水平流入预提升器，进一步强化颗粒的横向混合能力。尽管申请人声称该型预提升器的混合段是一湍流混合区，但在此气速范围内，催化裂化颗粒流化床并不能达到湍动流态化域，颗粒自身的混合能力也很弱。因此，从颗粒混合能力上讲，它并不能比CN 100338185和CN 201842821U中的预提升器具有更强的混合能力。若想实现颗粒混合均匀，同样需要较长的颗粒停留时间分布，因此同样具有提升管阻力大、装置操作稳定性差、催化剂水热失活严重的缺点。

发明内容

本发明的目的就是在现有技术的基础上提出一种新型的冷热催化剂混合预提升器，用于至少具有冷热两股催化剂进料的催化裂化提升管反应器中，以便更快速有效地实现冷热两股催化剂流的混合和换热，实现催化裂化装置剂油比的大幅度提高以及再生催化剂活性的有效保护，以达到改善产品分布、提高目标产品收率的目的。具体实施方案如下：

1、一种催化裂化冷热催化剂预提升器，包括预提升筒体(5)、一个热催化剂进料管(4)和一个冷催化剂进料管(8)，其特征在于，预提升筒体(5)内置导流筒(3)，导流筒(3)将预提升筒体(5)分割为内环(I)和外环(II)两个连通的区域，冷热催化剂进料管(4，8)设置在导流筒上下缘之间。

2、如权利要求1所述的催化裂化冷热催化剂预提升器，其特征在于：预提升筒体(5)的直径为提升管反应器(14)直径的1.2～3倍，预提升筒体(5)的高度为预提升筒体(5)直径的1～2倍。

3、如权利要求1或2所述的催化裂化冷热催化剂预提升器，其特征在于：导流筒(3)与预提升筒体(5)是同心的圆形筒体，预提升筒体(5)的底部设有封头(9)。

4、如权利要求1或2所述的催化裂化冷热催化剂预提升器，其特征在于：导流筒(3)的直径和预提升筒体(5)的直径之比为0.5～0.9，导流筒(3)的高度为预提升筒体(5)直径的0.5～1.8倍。

5、如权利要求3或4所述的催化裂化冷热催化剂预提升器，其特征在于：导流筒(3)沿高度方向分为至少两段，每两段中间留有环形缝隙，包括环形缝隙在内的导流筒(3)的总高度为预提升筒体(5)直径的0.5～1.8倍。

6、如权利要求3所述的催化裂化冷热催化剂预提升器，其特征在于：导流筒(3)筒壁上开设孔洞，以使内环(I)和外环(II)之间具有更大的连通面积。

7、如权利要求1～6任一项所述催化裂化冷热催化剂预提升器，其特征在于：内环(I)和外环(II)底部各通入一股预提升风，通过控制不同的表观气速实现内外环两区域不同的床层密度，在密度差的作用下形成强烈的颗粒内循环流动，从而强化颗粒的混合。

8、如权利要求7所述催化裂化冷热催化剂预提升器，其特征在于：内环(I)表观气速为0.6～2.5m/s，外环(II)表观气速为0.05～0.3m/s。

9、如权利要求1～6任一项所述催化裂化冷热催化剂预提升器，其特征在于：主预提升风管(1)的末端采用气体分布器使进入内环的气体更加均匀。

10、如权利要求7所述催化裂化冷热催化剂预提升器，其特征在于：外环(II)中的预提升风管(2)末端采用气体分布器，以使进入外环的气体更加均匀。

11、如权利要求9或10所述的催化裂化冷热催化剂预提升器，其特征在于：主预提升风管(1)采用的气体分布器是莲蓬头式气体分布器(11)，外环(II)预提升风管(2)采用的气体分布器是管式分布器。

12、一种催化裂化冷热催化剂预提升器的使用方法，将权力要求1-11任一项所述的预提升器安装在提升管反应器底部，通入至少两股温度不同的冷热催化剂，用以使冷热催化剂更加快速有效地混合换热，从而提高装置剂油比，提高装置转化率和产品选择性

更进一步，本发明公开一种催化裂化冷热催化剂预提升器，包括预提升筒体(5)、热催化剂进料管(4)和冷催化剂进料管(8)，预提升筒体(5)内置导流筒(3)，导流筒(3)将预提升筒体(5)分割为内环(I)和外环(II)两个连通的区域，冷热催化剂进料管(4，8)设置在导流筒上下缘之间，预提升筒体(5)和提升管之间采用一锥段连接，其底部设有封头。优选，预提升筒体(5)的直径为提升管反应器(14)直径的1.2～3.0倍，预提升筒体(5)的高度为预提升筒体(5)直径的1～2倍。更优选的，导流筒(3)为和预提升筒体(5)同心的圆形筒体。导流筒(3)直径优选和预提升筒体(5)的直径比为0.5～0.9，其高度为预提升筒体(5)直径的0.5～1.8倍。导流筒既可以是一个较高的筒体，也可以是多个较矮的筒体重叠在一起构成，相邻两个较矮的筒体之间具有一定的缝隙，以强化颗粒的横向混合。另外，也可以通过在导流筒壁上开设一定数量的孔洞，使外环和内环区域之间具有更大的连通面积，以进一步强化颗粒的横向混合。预提升筒体周向至少设置两个催化剂进料管，催化剂进料管位于导流筒上下缘之间，至少一股热催化剂和一股冷催化剂进入筒体。有两股气体通入到预提升筒体底部，一股气体为主预提升风，通入内环底部，另一股预提升风通入外环底部，其作用为松动外环颗粒以使其具有更好的流动性。优选方案为预提升风通过气体分布管进入外环，以便使气体更加均匀地注入外环底部。通过控制两股气体的流量，造成内外环两区域内不同的表观气速(内环表观气速为主预提升风流量与内环横截面积之比，外环表观气速为外环松动风量与外环横截面积之比)及不同的床层密度。在密度差的作用下，可实现催化剂颗粒在内外环之间形成强烈的内循环流动。研究表明，这种颗粒内循环流动可以显著强化颗粒在流化床内的混合，从而使冷热催化剂更加快速有效地混合传热，以便在更短的催化剂停留时间下、更缓和的水热失活环境下大幅度提高剂油比，从而达到提高产品收率、显著改善产品分布的目的。

附图说明

图1为本发明冷热催化剂预提升器的一种典型形式；

图2为本发明冷热催化剂预提升器的另一种典型形式；

图3为本发明预提升器在催化裂化装置中的使用方法。

具体实施方式

下面结合附图进一步说明本发明所提供的冷热催化剂混合预提升器的结构特点及其使用方法，但本发明并不因此而受到任何限制。如图所示，主要的附图标记分别为：主预提升风管(1)、预提升风管(2)、导流筒(3)、热催化剂进料管(4)、预提升筒体(5)、喷嘴(6)、锥段(7)、冷催化剂进料管(8)、封头(9)、莲蓬头式气体分布器(11)、预提升器(12)、再生器(13)、提升管反应器(14)、斜管(15)、催化剂冷却器(16)。

实施例一

图1给出了本发明冷热催化剂预提升器的一种典型形式，如图1所示，该冷热催化剂预提升器包括一段直径为提升管反应器(14)直径1.2～3倍的预提升筒体(5)，其高度为直径的1～2倍，和提升管反应器(14)之间采用一锥段(7)连接，其底部设有封头(9)。预提升筒体设置一同心的圆形导流筒(3)，从而将预提升筒体分割为内环(I)和外环(II)两个连通的区域。导流筒(3)直径和预提升筒体(5)的直径比为0.5～0.9。其高度为预提升筒体(5)直径的0.5～1.8倍。预提升筒体(5)周向设置一个热催化剂进料管(4)和一个冷催化剂进料管(8)，催化剂进料管位于导流筒(3)上下缘之间，分别通入一股热催化剂(A)和一股冷催化剂(B)。有两股气体通入到预提升筒体(5)底部，一股气体为主预提升风(C)，通过主预提升风管(1)直接进入内环(I)底部；另一股气体为预提升风(E)，通过外环底部设置的预提升风管(2)进入外环(II)底部，用以松动外环颗粒以使其具有更好的流动性。主预提升风(C)和预提升风(E)既可以是常规采用的蒸汽，也可以为干气。通过控制内环主预提升风(C)和外环预提升风(E)的流量，使内环(I)区域内具有较高的表观气速，推荐范围为0.6～2.5m/s，外环(II)区域内具有较低的表观气速，推荐范围为0.05～0.3m/s，不同的表观气速下内外环(I，II)区域具有不同的床层密度。在密度差的作用下，可使催化剂颗粒在内外环(I，II)之间形成如图1箭头所示的强烈内循环流动。这种颗粒内循环流动将加剧颗粒预提升器中的混合，从而使冷热催化剂在更短的时间内实现均匀混合传热。混合后的催化剂(D)将进入提升管反应器(14)和喷嘴(6)雾化后的原料油滴接触。

实施例二

图2给出了本发明冷热催化剂预提升器的另一种典型形式，和图1所示结构不同的是采用了一个不同结构的导流筒(3)，另外，采用了一种不同的主预提升风(C)引入结构。如图2所示，导流筒(3)沿高度方向分为上下两段，中间为环形缝隙，包括环形缝隙在内的导流筒(3)的高度为预提升筒体(5)直径的0.5～1.8倍。环形缝隙的存在将使颗粒的内循环流动模式发生改变，如图2中箭头所示，能够进一步强化颗粒的横向混合。另一点不同之处是主预提升风管(1)的末端设置了一个莲蓬头式气体分布器(11)，以便使主预提升风(C)更加均匀地注入到内环(I)的底部，这更有利于颗粒环流内循环流动的进行。这种结构尤其适宜于大型催化裂化装置。

实施例三

参见图3，此实施例为本发明预提升器在催化裂化装置中的一种使用方法。预提升器(12)为本发明所包含的任一种预提升器结构，例如实施例一或实施例二所述的结构。如图3所示，从再生器(13)上引出两股再生催化剂，一股经热催化剂进料管(4)进入预提升器(12)作为热催化剂进料，另一股经斜管(15)引入到催化剂冷却器(16)进行冷却，以降低催化剂温度，作为冷催化剂进料，经冷催化剂进料管(8)进入预提升器(12)，与热催化剂混合后进入提升管反应器(14)。该实施方案可以在不影响再生系统性能的前提下，获得更大的剂油比，有利于提高提升管反应器中单位空间内原料油所能接触到的催化剂活性中心数量，强化催化裂化反应；另外，也降低反应器原料接触区催化剂的初始温度，抑制了热裂化反应。总体上可以显著提高反应的转化率和产品的选择性。

Claims (12)

1.一种催化裂化冷热催化剂预提升器，包括预提升筒体(5)、一个热催化剂进料管(4)和一个冷催化剂进料管(8)，其特征在于，预提升筒体(5)内置导流筒(3)，导流筒(3)将预提升筒体(5)分割为内环(I)和外环(II)两个连通的区域，冷热催化剂进料管(4，8)设置在导流筒上下缘之间。

2.如权利要求1所述的催化裂化冷热催化剂预提升器，其特征在于：预提升筒体(5)的直径为提升管反应器(14)直径的1.2～3倍，预提升筒体(5)的高度为预提升筒体(5)直径的1～2倍。

3.如权利要求1或2所述的催化裂化冷热催化剂预提升器，其特征在于：导流筒(3)与预提升筒体(5)是同心的圆形筒体，预提升筒体(5)的底部设有封头(9)。

4.如权利要求1或2所述的催化裂化冷热催化剂预提升器，其特征在于：导流筒(3)的直径和预提升筒体(5)的直径之比为0.5～0.9，导流筒(3)的高度为预提升筒体(5)直径的0.5～1.8倍。

5.如权利要求3或4所述的催化裂化冷热催化剂预提升器，其特征在于：导流筒(3)沿高度方向分为至少两段，每两段中间留有环形缝隙，包括环形缝隙在内的导流筒(3)的总高度为预提升筒体(5)直径的0.5～1.8倍。

6.如权利要求3所述的催化裂化冷热催化剂预提升器，其特征在于：导流筒(3)筒壁上开设孔洞，以使内环(I)和外环(II)之间具有更大的连通面积。

7.如权利要求1～6任一项所述催化裂化冷热催化剂预提升器，其特征在于：内环(I)和外环(II)底部各通入一股预提升风，通过控制不同的表观气速实现内外环两区域不同的床层密度，在密度差的作用下形成强烈的颗粒内循环流动，从而强化颗粒的混合。

8.如权利要求7所述催化裂化冷热催化剂预提升器，其特征在于：内环(I)表观气速为0.6～2.5m/s，外环(II)表观气速为0.05～0.3m/s。

9.如权利要求1～6任一项所述催化裂化冷热催化剂预提升器，其特征在于：主预提升风管(1)的末端采用气体分布器使进入内环的气体更加均匀。

10.如权利要求7所述催化裂化冷热催化剂预提升器，其特征在于：外环(II)中的预提升风管(2)末端采用气体分布器，以使进入外环的气体更加均匀。

11.如权利要求9或10所述的催化裂化冷热催化剂预提升器，其特征在于：主预提升风管(1)采用的气体分布器是莲蓬头式气体分布器(11)，外环(II)预提升风管(2)采用的气体分布器是管式分布器。

12.一种催化裂化冷热催化剂预提升器的使用方法，将权力要求1-11任一项所述的预提升器安装在提升管反应器底部，通入至少两股温度不同的冷热催化剂，用以使冷热催化剂更加快速有效地混合换热，从而提高装置剂油比，提高装置转化率和产品选择性。

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