CN103773448B - 一种重油接触裂化方法和重油接触裂化装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种重油接触裂化方法，该方法在包括裂化反应器和气化器的重油接触裂化装置中实施，该裂化反应器包括预提升段、床层反应段、提升管反应段、沉降段和汽提段，该方法包括：将接触剂加入预提升段，并通过预提升段进入床层反应段，重油与接触剂依次在床层反应段和提升管反应段内进行裂化反应，其中，接触剂在预提升段内的移动速度大于接触剂在床层反应段内的移动速度；提升管反应段内的物料的移动速度大于床层反应段内的物料的移动速度。本发明还涉及实施上述方法的重油接触裂化装置。采用本发明的重油接触裂化装置，并根据本发明的重油接触裂化方法能够实现对重油进行裂化处理，并且可以减轻反应器结焦，提高轻质油品的收率。

Description

一种重油接触裂化方法和重油接触裂化装置

技术领域

本发明涉及一种重油接触裂化方法，以及用于实施该重油接触裂化方法的重油接触裂化装置。

背景技术

我国是贫油富煤的国家，原油日趋重质化、劣质化，有些原油中的重质组分残炭和金属含量均很高，用传统的加工方法很难高效地对其进行综合利用。目前处理重质油常用的工艺是延迟焦化，反应器为焦化塔，高温重油进入反应器，在较高反应温度和较长反应时间的条件下，使重油发生深度热转化反应，生成焦化气体、焦化汽油、焦化柴油、重质馏分油（焦化蜡油）和石油焦。反应器发生反应时存在气液固三相。该工艺中，由于重质油需要在高温下经过较长的时间通过热裂化生成较轻的油品，因此，当原料残炭很高时，生焦量很大。为了解决这一问题，已经开发了反应温度较高、停留时间较短的流化焦化工艺。流化焦化工艺采用床层反应段，以焦粉为重油热解的热载体，进入反应器的重油以液膜附着在颗粒上，减少了重油以液相存在的时间，从而提高了轻质油品的收率。

然而，已有的重油裂化反应器只能掺炼部分重油，甚至不能加工劣质重油。因此，需要开发出新的重油裂化反应器。

为此，CN202070330U提出了一种有利于加工劣质重油的提升管反应段，该反应器以生产烯烃为界将反应器分为三个反应器区：进料反应区、烯烃反应区和深度反应区，这三个反应区中烯烃反应区的直径最大约为进料反应区的2倍，深度反应区的直径最小。反应器能够较大比例加工重质原料油，但还不能完全加工劣质重油。

CN101993723A提出了一种劣质重油改质的方法和装置。该发明依托催化裂化装置，设置重油改质反应器，利用待生积炭催化剂作为重油改质的热载体。重油改质器为上粗下细结构，反应器下段为提升管，上部为床层结构。此种反应器在大处理量深度加工劣质重油时，易造成初始反应段结焦，影响装置的稳定运行。

US20110206563A1提出了一种应用于流化焦化的改进型循环流化床反应器，反应器上部重油反应区，下部汽提区，均为密相流化床操作，汽提区设有改善颗粒流化性的挡板。汽提区在反应区的下方，汽提出的油气要经过床层反应段，增加了产物气的停留时间，将会减少液体产物的收率。

CN101451073A提出了一种热裂解与气化联合的重油加工方法，原料由气固分离区底部引入反应器，经雾化器分散为油滴，油滴在热解区下落过程中轻质组分挥发为油气，重质组分缩合形成焦炭；焦炭颗粒进入气化区进行气化反应生成合成气。在此方法中，重油经雾化器分散为油滴的大小控制要求非常严格，液滴粒度过大或过小都会影响装置的稳定运行。

由于劣质重油的初始沸点甚至高于反应温度，重油和催化剂接触时不能全部汽化为气体，大部分以液相附着在催化剂上发生裂解/裂化反应，部分重油进入催化剂孔道内，影响催化剂活性；而且传统的催化裂化催化剂并不适合劣质重油的裂化。传统的催化裂化装置只能掺炼部分重油，而且也只能针对性质较好的重油。如果进料全部为劣质重油，易造成催化剂由于重油在颗粒表面覆盖堵死颗粒孔道，影响分子筛的活性，造成催化剂迅速失活，导致焦炭产率升高，影响装置稳定操作。传统催化裂化工艺已不适合劣质重油的裂化。传统劣质重油加工多采用焦化方法，由于焦化方法没有采用催化剂，焦炭产率较高，故此研究者开发了重质油接触裂化，所采用的接触剂具有一定的活性，但传统的提升管装置不适合劣质重油的加工要求，需要开发新的反应器结构与之相适应。

发明内容

本发明的目的是为了克服传统的催化裂化工艺难以裂化劣质重油以及传统的提升管装置不适合加工劣质重油的缺陷，提供一种新的重油接触裂化方法以及实施该方法的重油接触裂化装置。

本发明提供了一种重油接触裂化方法，该方法在重油接触裂化装置中实施，所述重油接触裂化装置包括裂化反应器和气化器，所述裂化反应器从下至上依次包括预提升段、床层反应段、提升管反应段、沉降段和汽提段，所述方法包括：将接触剂加入所述预提升段，并通过所述预提升段进入所述床层反应段；使重油与所述接触剂在所述床层反应段内进行第一裂化反应；使经过所述第一裂化反应得到的物料进入所述提升管反应段进行第二裂化反应；使经过所述第二裂化反应得到的物料进入所述沉降段进行沉降分离，并使分离出的固体颗粒进入所述汽提段进行汽提；将经过所述汽提得到的待生接触剂注入气化器中进行气化，以使所述待生接触剂再生，并将得到的再生接触剂作为至少部分所述接触剂注入所述预提升段；其中，所述接触剂在所述预提升段内的移动速度大于所述接触剂在所述床层反应段内的移动速度；所述提升管反应段内的物料的移动速度大于所述床层反应段内的物料的移动速度。

本发明还提供了一种重油接触裂化装置，该装置包括裂化反应器和气化器，所述裂化反应器包括预提升段、床层反应段、提升管反应段、沉降段和汽提段，所述气化器通过汽提段料腿与所述汽提段连通，并通过预提升段料腿与所述预提升段连通，其中，所述预提升段的直径和所述提升管反应段的直径都小于所述床层反应段的直径，所述预提升段与所述床层反应段之间通过沿着从所述预提升段到所述床层反应段的方向扩径的扩径段连通，所述床层反应段与所述提升管反应段之间通过沿着从所述床层反应段到所述提升管反应段的方向缩径的缩径段连通，所述汽提段位于所述沉降段的下方，并且所述汽提段的顶部与所述沉降段连通，所述提升管反应段贯穿所述汽提段且一端位于所述沉降段内，所述提升管反应段位于所述沉降段内的端部设置有气固分离装置。

根据本发明的所述重油接触裂化方法，通过使所述接触剂在所述预提升段内的移动速度大于所述接触剂在所述床层反应段内的移动速度，使得进入床层反应段中的重油在单位时间内能够接触到相对较多的接触剂，从而能够避免由于接触剂与较多的重油接触而形成的大颗粒，进而能够减轻甚至防止床层反应段内形成结焦；而且，通过使接触剂在床层反应段内的移动速度较小，在预提升段内的移动速度较大，床层反应段内的与重油接触过的接触剂不会返混到预提升段中，因而避免了返混接触剂由于与大量的重油接触而造成的结焦。

而且，在本发明的所述重油接触裂化方法中，通过使所述提升管反应段内的物料的移动速度大于所述床层反应段内的物料的移动速度，使得油气在提升管反应段内的停留时间相对缩短了，从而可以避免油气在所述提升管反应段内发生不必要的裂解，并由此提高轻质油品的收率。

本发明的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

附图说明

附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1是根据本发明的所述重油接触裂化装置的结构示意图；

图2是本发明的所述重油接触裂化装置中的喷嘴的一种优选实施方式的结构示意图；

图3是本发明的所述重油接触裂化装置中的喷嘴的另一种优选实施方式的结构示意图；

图4本发明的所述重油接触裂化装置中的喷嘴的顶部的局部结构示意图。

附图标记说明

1预提升段2床层反应段3提升管反应段

4沉降段5汽提段6喷嘴

7气固分离装置8旋风分离器9汽提气分布器

10预提升气分布器11汽提段料腿12预提升段料腿

13油气出口管线16气化气分布器17气化器

61喷射管62套管63分散装置

611混合段612输送段613喷头

614蒸汽入口615重油入口616开口

617开口618缩径段619扩径区域

620缩径区域631拉瓦尔孔632螺旋凹槽

具体实施方式

以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。

在本发明中，在未作相反说明的情况下，使用的方位词如“上、下”通常是指参考附图所示的上、下；“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内、外；“底部”、“顶部”和“侧部”均是基于各部件内的物流流向而言的，其中，“底部”是指沿着相应部件内的物流流向的上游的端部，“顶部”是指沿着相应部件内的物流流向的下游的端部，“侧部”是指顶部和底部之间的部分。

本发明提供了一种重油接触裂化方法，该方法在重油接触裂化装置中实施，所述重油接触裂化装置包括裂化反应器和气化器，所述裂化反应器从下至上依次包括预提升段、床层反应段、提升管反应段、沉降段和汽提段，所述方法包括：将接触剂加入所述预提升段，并通过所述预提升段进入所述床层反应段；使重油与所述接触剂在所述床层反应段内进行第一裂化反应；使经过所述第一裂化反应得到的物料进入所述提升管反应段进行第二裂化反应；使经过所述第二裂化反应得到的物料进入所述沉降段进行沉降分离，并使分离出的固体颗粒进入所述汽提段进行汽提；将经过所述汽提得到的待生接触剂注入气化器中进行气化，以使所述待生接触剂再生，并将得到的再生接触剂作为至少部分所述接触剂注入所述预提升段；其中，所述接触剂在所述预提升段内的移动速度大于所述接触剂在所述床层反应段内的移动速度；所述提升管反应段内的物料的移动速度大于所述床层反应段内的物料的移动速度。

本发明的所述重油接触裂化方法的主要改进之处在于通过调整所述接触剂在所述裂化反应器的预提升段和床层反应段内的移动速度，以及调整经过所述床层反应段反应后得到的物料在床层反应段和提升管反应段内的移动速度，以实现减轻甚至避免裂化反应器内发生结焦，并确保具有较高的轻质油品，从而实现重油的裂化。

本发明中，在所述床层反应段中，接触剂的状态以及移动方式类似于流化床反应器中的催化剂。所述接触剂在所述床层反应段内的移动速度通常可以为0.1-2m/s。

对于所述重油和所述接触剂的用量，本发明中没有特别的限定。在优选情况下，所述重油用量与所述接触剂用量的重量比为1:4-30，更优选为1:6-20。

对于所述床层反应段内的所述第一裂化反应和所述提升管反应段内的第二裂化反应，它们各自的实施条件在本发明中也没有特别的限定，可以在常规的裂化反应条件中适当地选择。而且，所述第一裂化反应的条件可以包括：反应温度为300-700℃，优选为350-600℃；反应压力为0.1-5MPa，优选为0.13-4MPa；反应时间为0.5-600秒，优选为0.5-400秒。所述第二裂化反应的条件可以包括：反应温度为300-700℃，优选为350-600℃；反应压力为0.1-5MPa，优选为0.13-4MPa；反应时间为0.1-20秒，优选为0.5-10秒。在本发明中，所述压力是指绝对压力。

在本发明的所述重油接触裂化方法中，使所述接触剂在所述预提升段内的移动速度大于所述接触剂在所述床层反应段内的移动速度的目的是为了使进入床层反应段中的重油在单位时间内能够接触到相对较多的接触剂，由于只要使所述接触剂在所述预提升段内的移动速度大于所述接触剂在所述床层反应段内的移动速度，即可使所述接触剂在所述床层反应段的单位长度上停留的时间相对于其在所述预提升段的单位长度上停留的时间延长了，从而可以实现上述目的。因此，所述接触剂在所述预提升段内的移动速度与所述接触剂在所述床层反应段内的移动速度的具体比例没有严格的要求。然而，为了获得更好的效果，所述接触剂在所述预提升段内的移动速度与所述接触剂在所述床层反应段内的移动速度之比优选为1.1-30：1，更优选为1.5-20：1。

在本发明的所述重油接触裂化方法中，使所述提升管反应段内的物料的移动速度大于所述床层反应段内的物料的移动速度的目的是为了使得油气在提升管反应段内的停留时间相对缩短，由于只要使所述提升管反应段内的物料的移动速度大于所述床层反应段内的物料的移动速度，即可实现上述目的。因此，所述提升管反应段内的物料的移动速度与所述床层反应段内的物料的移动速度的具体比例没有严格的要求。然而，为了获得更好的效果，所述提升管反应段内的物料的移动速度与所述床层反应段内的物料的移动速度之比为1.5-40：1，更优选为2-30：1。

在本发明的所述重油接触裂化方法中，所述重油在进入所述床层反应段之前，优选是经过预热的，也即所述重油接触裂化方法优选还包括：在使所述重油与所述接触剂在所述床层反应段内进行第一裂化反应之前，将所述重油进行预热。进一步优选地，所述重油被预热至150-420℃，更优选为200-400℃。

在本发明的所述重油接触裂化方法中，所述气化的条件没有特别的限定，可以在常规的气化条件中适当地选择。优选情况下，所述气化的条件包括：气化温度为700-1200℃，更优选为700-1000℃；气化压力为0.13-5MPa，气化时间为0.5-60秒。所述气化的过程在气化介质的存在下进行。所述气化介质可以为含氧气体，其中的氧气含量可以为15体积%以上，优选为15-50体积%。具体地，所述气化介质例如可以为氧气、水蒸气以及它们的混合物等。

在本发明的所述重油接触裂化方法中，由于所述再生接触剂的微反活性与新鲜接触剂（也即未经过反应的接触剂）的微反活性几乎相同，因此，所述接触剂可以全部是所述再生接触剂，也可以是部分所述再生接触剂与部分新鲜接触剂的组合。如果所述再生接触剂能够完全供给所述裂化反应器内的接触剂需求，所述预提升段内的接触剂优选全部源自所述再生接触剂。如果所述再生接触剂不足以供给所述裂化反应器内的接触剂需求，可以添加新鲜接触剂进行补充。如果所述再生接触剂超过了所述裂化反应器内的接触剂需求，可以在满足裂化反应器的需求量之后，将剩余部分再生接触剂排出进行保存，以备其他生产线使用。

在本发明中，所述重油可以为各种常规的重油，可以为常规的重质油，也可以为劣质的重油。具体地，所述重油例如可以为重质原油、常压渣油、常压蜡油、减压渣油、焦化蜡油、罐底油、页岩油、煤液化残渣油、脱沥青油、稠油、加氢裂化尾油和加氢裂化尾油的二次加工馏分油中的一种或多种。

在本发明中，所述接触剂可以为本领域常规使用的接触剂。在优选情况下，所述接触剂含有50重量%以上的硅铝材料，更优选含有90重量%以上的硅铝材料。进一步优选地，所述接触剂的微反活性为5-50。为了保证所述接触剂的微反活性在前述范围内，所述硅铝材料优选为选自分子筛、高岭土、氧化铝、无定型硅铝、蒙脱石、绿泥石、累托石、硅溶胶、伊利石、石英砂和白土中的一种或多种。所述分子筛可以为各种常规的分子筛，例如可以为USY分子筛、MCM系分子筛、X型分子筛、ReY型分子筛、Y型分子筛等。

在本发明中，所述接触剂的颗粒尺寸没有特别的限定，在常规的接触剂颗粒尺寸范围内选择即可。优选情况下，所述接触剂的颗粒尺寸为20-1000μm。所述颗粒尺寸是指颗粒上的两个不同点之间的最大直线距离，当所述颗粒为球形时，则所述颗粒尺寸是指该颗粒的直径。

在本发明的所述重油接触裂化方法中，对于所述预提升段内将所述接触剂提升至所述床层反应段的过程，所述提升管反应段内的提升过程，所述沉降段内的沉降分离过程，以及所述汽提段内的汽提过程，这些过程的具体实施方法已为本领域技术人员所熟知，在此不再赘述。

本发明还提供了一种重油接触裂化装置，如图1所示，该装置包括裂化反应器和气化器17，所述裂化反应器包括预提升段1、床层反应段2、提升管反应段3、沉降段4和汽提段5，所述气化器17通过汽提段料腿11与所述汽提段5连通，并通过预提升段料腿12与所述预提升段1连通，其中，所述预提升段1的直径和所述提升管反应段3的直径都小于所述床层反应段2的直径，所述预提升段1与所述床层反应段2之间通过沿着从所述预提升段1到所述床层反应段2的方向扩径的扩径段连通，所述床层反应段2与所述提升管反应段3之间通过沿着从所述床层反应段2到所述提升管反应段3的方向缩径的缩径段连通，所述汽提段5位于所述沉降段4的下方，并且所述汽提段5的顶部与所述沉降段4连通，所述提升管反应段3贯穿所述汽提段5且一端位于所述沉降段4内，所述提升管反应段3位于所述沉降段4内的端部设置有气固分离装置7。

在所述裂化反应器中，使预提升段1的直径小于床层反应段2的直径的目的是使来自预提升段1的接触剂在进入床层反应段2后流动速度降低。由于只要保证预提升段1的直径小于床层反应段2的直径，即可实现使接触剂从预提升段1进入床层反应段2的过程中发生减速，因此二者直径的具体比例没有特别的限定。在优选情况下，预提升段1与床层反应段2的直径之比为1：1.1-6，更优选为1：2-3。

在所述裂化反应器中，使提升管反应段3的直径小于床层反应段2的直径的目的是使由床层反应段2产生的油气在进入提升管反应段3后流动速度增大，以缩短油气的停留时间。由于只要保证提升管反应段3的直径小于床层反应段2的直径，即可实现使油气进入提升管反应段3的过程中发生加速，因此二者直径的具体比例没有特别的限定。在优选情况下，提升管反应段3与床层反应段2的直径之比为1：1.5-8，优选为1：2-5。在优选情况下，床层反应段2的长径比为1-15：1，更优选为1-10：1；提升管反应段3的长径比为2-30：1，更优选为5-20：1。

在所述裂化反应器中，在预提升段1和床层反应段2之间设置扩径段（沿着从预提升段1到床层反应段2的方向扩径），以及在床层反应段2和提升管反应段3之间设置缩径段（沿着从床层反应段2到提升管反应段3的方向缩径）的目的是为了防止重油在直径发生变化的过渡区域发生聚集，从而引起结焦。在优选情况下，所述扩径段的内壁与垂直方向的夹角为10-60°，更优选为10-45°；所述缩径段的内壁与所述垂直方向的夹角为10-60°，更优选为10-45°。

在所述裂化反应器中，提升管反应段3、沉降段4和汽提段5是通过这样的方式耦合在一起的：将提升管反应段3设置在沉降段4和汽提段5的内部，并且贯穿汽提段5，也即贯穿汽提段5的顶部和底部，而且使汽提段5的顶部与沉降段4的底部连通。通过这样的耦合结构，有利于简化设备加工，并节省设备占地面积。在一种优选实施方式中，如图1所示，将提升管反应段3、沉降段4和汽提段5同轴设置。在这里，所述同轴设置并不是要求提升管反应段3、沉降段4和汽提段5的中心轴线绝对地完全重合，而是只要保证三者的中心轴线通过肉眼观察不发生严重偏离即可。

在优选情况下，提升管反应段3与汽提段5的直径之比为1：1.5-8，优选为1：2-5。

在优选情况下，汽提段5与沉降段4的直径之比为1：1-2，优选为1：1-1.5。

所述汽提段5的内部结构可以为各种常规的结构，例如可以为空筒结构、盘环形挡板结构或两段环流结构。在优选情况下，所述沉降段5的内部结构为盘环形挡板结构。

所述气固分离装置7优选为本领域常规使用的气固快速分离装置。

在所述重油接触裂化装置中，所述气化器17可以为本领域常规使用的气化器。如图1所示，所述气化器17内可以设置有气化气分布器16。通过所述气化器分布器16向所述气化器17内均匀喷射气化介质，以对来自所述汽提段5的待生接触剂进行气化，使其得以再生。

如图1所示，所述裂化反应器还可以包括旋风分离器8。旋风分离器8设置在沉降段4内，用于进一步气固分离，以分离出基本上不含接触剂的固体颗粒的油气。通过所述旋风分离器8分离出的油气可以通过油气出口管线13导出。在优选情况下，所述旋风分离器8为两级气固旋风分离器。

如图1所示，所述裂化反应器还可以包括汽提气分布器9。所述汽提气分布器9设置在靠近汽提段5的底部的位置，用于向所述汽提段5供给汽提气，对经过沉降段4沉降下来的接触剂进行汽提。

如图1所示，所述汽提段料腿11优选设置在汽提段5的底部，更优选设置在汽提气分布器9的下方。所述汽提段料腿11用于将经过汽提的接触剂输送到后续的气化器17中进行气化。

如图1所示，所述裂化反应器还可以包括预提升气分布器10。所述预提升气分布器10设置在靠近预提升段1的底部的位置。所述预提升气分布器10用于向所述预提升段1供给预提升气，以将由预提升段料腿12提供的接触剂提升到床层反应段2中。

如图1所示，所述预提升段料腿12优选设置在预提升气分布器10的上方。所述预提升段料腿12用于将经过气化器17气化的再生接触剂和/或新鲜的接触剂（即未经过重油裂化反应的接触剂）供给到预提升段1中。

如图1所示，所述裂化反应器还可以包括喷嘴6。所述喷嘴6可以设置在床层反应段2和/或扩径段的侧壁上。在优选情况下，所述重油接触裂化装置设置有多层喷嘴6，且至少一层喷嘴6设置在所述扩径段的侧壁上。进一步优选地，在所述扩径段的侧壁上设置一层喷嘴6，将其余的喷嘴设置在床层反应段2的侧壁上。在上述优选情况下，可以进一步防止已接触重油的接触剂发生返混，并且还可以提高轻质油品的收率。

当所述喷嘴6为多层时，所述喷嘴6的层数优选为2-4，且每层的喷嘴数优选为3-10，更优选为3-8。在床层反应段2的侧壁上设置喷嘴6的情况下，喷嘴6优选设置在靠近底部的区域，更优选地，设置在床层反应段2的侧壁上的喷嘴到床层反应段2的底部的距离占整个床层反应段2高度的5-45%，更优选为10-40%。在所述扩径段的侧壁上设置喷嘴6的情况下，喷嘴6优选设置在所述扩径段的高度方向的中部。

在各个喷嘴层中，优选各个喷嘴在所述重油接触裂化装置的径向截面的圆周上是均匀分布的。

所述喷嘴6可以为本领域常规使用的各种重油喷嘴。在优选情况下，如图2和3所示，所述喷嘴6包括喷射管61和套管62，沿着所述喷射管61内的物流流向，所述喷射管61依次包括混合段611、输送段612和喷头613，所述混合段611的内径大于所述输送段612的内径，所述输送段612和所述喷头613容纳在所述套管62内，并且所述套管62的内壁与所述输送段612和所述喷头613的外壁之间具有间隙，所述混合段611设置有蒸汽入口614和重油入口615，所述喷头613的侧部设置有开口616，所述喷头613的顶部设置有开口617，所述套管62的侧部设置有蒸汽入口621，所述套管62的顶部设置有喷嘴开口622。在这种情况下，可以将所述喷嘴6伸入反应器内部进行喷射重油，从而可以避免将重油喷到反应器的侧壁上；而且，通过套管62侧部的蒸汽入口621注入的蒸汽可以对喷射管61的输送段612和喷头613内的重油起保护作用，从而能够防止重油温度升高而发生结焦。

而且，在所述喷嘴6中，通过使所述混合段611的内径大于所述输送段612的内径，使得来自所述混合段611的重油和蒸汽的油气混合物在进入所述输送段612之后，压力和流动速度会增大，从而能够促使油气混合物中的重油和蒸汽均匀混合。在优选情况下，所述混合段611的内径与所述输送段612的内径之比为2-20：1，更优选为2-10：1。

在所述喷嘴中，对于所述混合段611和所述输送段612的连接，例如可以如图2所示，直接将所述混合段611与所述输送段612连接。然而，在这种情况下，所述混合段611与所述输送段612的连接处存在死角，重油在该死角处会发生聚集。因此，为了避免重油在混合段611内的聚集，优选地，如图3所示，在所述混合段611和所述输送段612之间设置缩径段618。所述缩径段618的高度（也即所述混合段611的顶部到所述输送段612的底部之间的距离）与所述混合段611的内径之比可以为1：0.1-10，优选为1：0.5-5。

当所述混合段611和所述输送段612之间设置有缩径段618时，所述套管的底端优选固定连接在所述缩径段618的外壁上，所述固定连接的方式例如可以为焊接。

在所述喷嘴中，为了促使重油和蒸汽的油气混合物均匀混合，从而进一步改善雾化效果，所述混合段611内优选设置有分散装置63，所述分散装置63将所述混合段611分成两个相互连通的区域。在优选情况下，所述分散装置63旋流喷头。更优选地，所述旋流喷头的中部设置有拉瓦尔孔631，所述旋流喷头的侧部设置有螺旋凹槽632。所述旋流喷头的中部是指在所述旋流喷头中与所述喷射管61的中心轴线（沿着所述喷射管61内的物流流向）平行或重叠的中心轴线周围的部分。当所述旋流喷头的中部设置有拉瓦尔孔631且所述旋流喷头的侧部设置有螺旋凹槽632时，所述拉瓦尔孔631和所述螺旋凹槽632可有效地将液体重油形成液膜，通过蒸汽入口614注入的高速蒸汽可以将液膜撕裂成液柱和/或液滴，从而使重油与蒸汽均匀混合。在所述旋流喷头中，所述螺旋凹槽632的条数可以为2-6。所述拉瓦尔孔631的大小可以由重油的处理量决定。优选地，所述拉瓦尔孔631的最小孔径与所述混合段611的内径之比为1：5-100，更优选为1：10-50；所述拉瓦尔孔631的最大孔径与所述混合段611的内径之比为1：1.5-10，更优选为1：2-5。

进一步优选地，在所述混合段611内，所述分散装置63靠近所述输送段612的一端。更优选地，所述分散装置63到所述混合段611的底部的距离占所述混合段611的总高度（即所述混合段611从底部到顶部的距离）的50-80%。

在所述喷嘴中，所述输送段612和喷头613容纳在所述套管62内。所述输送段612的外径与所述套管62的内径之比可以为1：1.1-2，优选为1：1.1-1.5。

如图2-图4所示，对于所述喷头613，沿着所述喷射管61内的物流流向，所述喷头613优选依次包括扩径区域619和缩径区域620，喷头613侧部的开口616设置在所述扩径区域619的侧壁上。在这种情况下，来自所述输送段612的油气混合物先在所述扩径区域619内进行减压和降速，再在所述缩径区域620内进行加压和加速，可以提高重油与蒸汽的速度差，从而促使重油与蒸汽均匀混合和雾化。

为了进一步促使重油均匀雾化，喷头613侧部的开口616优选为多个，更优选为2-20个，进一步优选为3-15个。当喷头613侧部的开口616为多个时，喷头613侧部的开口616优选均匀分布在所述扩径区域619的侧壁的四周。所述扩径区域619的高度（即沿着所述喷射管61内的物流流向从所述扩径区域619的上游端到下游端之间的距离）优选占所述喷头613的总高度（即沿着所述喷射管61内的物流流向从所述喷头613的上游端到喷头613顶部的开口617之间的距离）的10-80%，更优选为30-60%。进一步地，如图4所示，所述扩径区域619的侧壁与水平方向的夹角β可以为1-45°，优选为10-45°。

如图4所示，沿着所述喷射管61内的物流流向，所述套管62的顶部优选为缩径段。该缩径段可以提高由蒸汽入口621注入的蒸汽流的速度，使得该蒸汽流以较高的速度冲击通过喷头613顶部的开口617喷出的油气混合物，从而能够进一步改善重油的雾化效果，并提高重油与蒸汽的混合均匀性。更进一步优选地，所述缩径区域620的侧壁与所述套管62的顶部的侧壁平行。所述套管62的顶部的缩径区域620的侧壁与水平方向的夹角α可以为10-70°，优选为20-70°，更优选为30-60°。

在一种实施方式中，如图1所示，所述重油接触裂化装置包括裂化反应器和气化器17，所述裂化反应器包括预提升段1、床层反应段2、提升管反应段3、沉降段4和汽提段5。预提升段1的底部设置有预提升气分布器10，侧壁上设置有用于输送来自气化器17的经过再生的接触剂的预提升段料腿12。床层反应段2与预提升段1通过扩径段（沿着从预提升段1到床层反应段2的方向扩径）连通。所述裂化反应器共设置有两层用于供给重油的喷嘴6，每层喷嘴设有6个喷嘴，且沿着重油接触裂化装置的径向截面的圆周均匀分布，其中，一层喷嘴设置在所述扩径段的侧壁上，另一层喷嘴设置在床层反应段2的侧壁上。提升管反应段3的顶部设置有气固快速分离装置7，使得油气和接触剂快速分离，减少油气的进一步裂解。提升管反应段3通过所述气固快速分离装置7与沉降段4连通。汽提段5设置在沉降段4的下方，并且提升管反应段3位于沉降段4和汽提段5的内部。汽提段5的内部设置有盘环形挡板结构。汽提段5的底部设置有汽提气分布器9和用于将经过汽提的接触剂输送到气化器17的汽提段料腿11。沉降段4内设置有两级气固旋风分离器8。油气经两级气固旋风分离器分离后，再经油气出口管线13进入后续油气分馏系统。所述气化器17通过汽提段料腿11与所述汽提段5连通，所述气化器17内设置有气化气分布器16，用于向所述气化器17内均匀喷射气化介质。所述气化器17与所述预提升段1之间通过预提升段料腿12连通。

本发明提供的上述重油接触裂化方法可以在上述重油接触裂化装置中实施，具体的实施过程可以包括：将接触剂加到预提升段1中，在预提升气分布器10的作用下，接触剂被提升至床层反应段2中；重油通过喷嘴6注入床层反应段2（类似流化床反应系统），在床层反应段2内，重油与接触剂发生所述第一裂化反应，然后该反应产生的物料再被提升至提升管反应段3内发生所述第二裂化反应，裂化反应过程中产生的焦炭会附着在接触剂上；所述第二裂化反应的产物通过气固分离装置7快速发生气固分离，然后进入沉降段4内发生沉降，附着有焦炭的接触剂会落入汽提段5中，在汽提气的作用下进行汽提；经过汽提之后得到的接触剂作为待生接触剂通过汽提段料腿11进入气化器17中，该待生接触剂与由气化气分布器16喷射出的气化介质发生气化，生成一氧化碳和氢气，使得该待生接触剂得以再生，再生后的接触剂可以通过预提升段料腿12返回到所述预提升段1，循环用作所述裂化反应过程中的接触剂。

以下通过实施例对本发明作进一步说明。

以下实施例中使用的接触剂按照以下方法制得：

将USY分子筛、高岭土和拟薄水铝石按照重量比8:56:36加入去离子水中进行混合打浆，然后依次进行喷雾干燥、成型和焙烧，制得平均粒度为80微米的接触剂。通过催化裂化催化剂微反活性的测量方法测得该接触剂的微反活性为15。

以下实施例和对比例中使用的减压渣油的性质如下表1所示：

表1

实施例1

本实施例用于说明本发明的所述重油接触裂化方法。

本实施例采用的重油接触裂化装置如图1所示，在该重油接触裂化装置中，床层反应段设有两层进料喷嘴6，每层进料喷嘴设有6个，沿反应器壁径向圆周均匀分布，第一层喷嘴位于床层反应段2与预提升段1之间的扩径段的中上方，第二层喷嘴位于床层反应段2的下部三分之一处，上下两层喷嘴径向截面投影位置处于均匀分布；床层反应段2的高径比为3；床层反应段2与提升管反应段3的直径比为3：1；床层反应段2与预提升段1的直径比为2.5：1；沉降段4与汽提段5的直径比为1.1：1。

将减压渣油预热至250℃，之后通过上下两层喷嘴6注入床层反应段2，且上下两层喷嘴注入的减压渣油的重量比为3:7；接触剂通过预提升段1提升至床层反应段2，且接触剂的加入量与减压渣油的加入量的重量比为10:1，接触剂在预提升段1内的流动速度约为0.8m/s；在510℃、2MPa的条件下，在床层反应段2内反应7秒，再在提升管反应段3内反应3秒，得到油气和接触剂的混合物；油气和接触剂的混合物经过气固快速分离装置7进行分离，接触剂进入汽提段5进行汽提，油气和汽提气经两级气固旋风分离器8分离并进入后续的油气分离系统。汽提后的接触剂经汽提段料腿11进入气化器17，以氧气和水蒸气作为气化介质（氧气与水蒸气的摩尔比为1:6），在870℃、0.5MPa的条件下气化10秒，得到再生接触剂，并将再生接触剂经预提升段料腿12返回预提升段1。油气分离系统收集的油气的组成以及从气化器收集的合成气的组成如下表2所示。

上述重油裂化过程连续运行3000小时之后，通过停机观察发现，床层反应段2内并没有出现明显的结焦。

对比例1

将减压渣油预热至250℃，之后注入流化床反应器与热载体（石英砂）接触反应，反应温度为510℃，压力为2MPa，反应时间为10秒；之后反应后得到的油气和热载体的混合物进入气化器进行气化再生，气化器的实施条件与实施例1中的气化器相同。从流化床反应器收集的油气的组成以及从气化器收集的合成气的组成如下表2所示。

上述重油裂化过程连续运行1000小时之后，通过停机观察发现，流化床反应器出现了严重的结焦。

表2

在上表2中，通过将实施例1和对比例1的结果进行比较可以看出，根据实施例1的方法可以获得较高的汽油和柴油收率。

实施例2

本实施例用于说明本发明的所述重油接触裂化方法。

本实施例采用的重油接触裂化装置如图1所示，在该重油接触裂化装置中，床层反应段设有两层进料喷嘴6，每层进料喷嘴设有6个，沿反应器壁径向圆周均匀分布，第一层喷嘴位于床层反应段2与预提升段1之间的扩径段的中上方，第二层喷嘴位于床层反应段2的下部三分之一处，上下两层喷嘴径向截面投影位置处于均匀分布；床层反应段2的高径比为3；床层反应段2与提升管反应段3的直径比为5：1；床层反应段2与预提升段1的直径比为2：1；沉降段4与汽提段5的直径比为1.1：1。

将减压渣油预热至200℃，之后通过上下两层喷嘴6注入床层反应段2，且上下两层喷嘴注入的减压渣油的重量比为3:7；接触剂通过预提升段1提升至床层反应段2，且接触剂的加入量与减压渣油的加入量的重量比为15:1，接触剂在预提升段1内的流动速度约为1m/s；在400℃、0.2MPa的条件下，在床层反应段2内反应20秒，再在提升管反应段3内反应10秒，得到油气和接触剂的混合物；油气和接触剂的混合物经过气固快速分离装置7进行分离，接触剂进入汽提段5进行汽提，油气和汽提气经两级气固旋风分离器8分离并进入后续的油气分离系统。汽提后的接触剂经汽提段料腿11进入气化器17，以氧气和水蒸气作为气化介质（氧气与水蒸气的摩尔比为1:7），在700℃、0.2MPa的条件下气化40秒，得到再生接触剂，并将再生接触剂经预提升段料腿12返回预提升段1。油气分离系统收集的油气的组成以及从气化器收集的合成气的组成如下表3所示。

上述重油裂化过程连续运行3000小时之后，通过停机观察发现，床层反应段2内并没有出现明显的结焦。

实施例3

本实施例用于说明本发明的所述重油接触裂化方法。

本实施例采用的重油接触裂化装置如图1所示，在该重油接触裂化装置中，床层反应段设有两层进料喷嘴6，每层进料喷嘴设有6个，沿反应器壁径向圆周均匀分布，第一层喷嘴位于床层反应段2与预提升段1之间的扩径段的中上方，第二层喷嘴位于床层反应段2的下部三分之一处，上下两层喷嘴径向投影位置处于均匀分布；床层反应段2的高径比为3；床层反应段2与提升管反应段3的直径比为2：1；床层反应段2与预提升段1的直径比为3：1；沉降段4与汽提段5的直径比为1.1：1。

将减压渣油预热至400℃，之后通过上下两层喷嘴6注入床层反应段2，且上下两层喷嘴注入的减压渣油的重量比为3:7；接触剂通过预提升段1提升至床层反应段2，且接触剂的加入量与减压渣油的加入量的重量比为25:1，接触剂在预提升段1内的流动速度约为1.5m/s；在600℃、4MPa的条件下，在床层反应段2内反应3秒，再在提升管反应段3内反应2秒，得到油气和接触剂的混合物；油气和接触剂的混合物经过气固快速分离装置7进行分离，接触剂进入汽提段5进行汽提，油气和汽提气经两级气固旋风分离器8分离并进入后续的油气分离系统。汽提后的接触剂经汽提段料腿11进入气化器17，以氧气和水蒸气作为气化介质（氧气与水蒸气的摩尔比为1:4），在1000℃、4MPa的条件下气化5秒，得到再生接触剂，并将再生接触剂经预提升段料腿12返回预提升段1。油气分离系统收集的油气的组成以及从气化器收集的合成气的组成如下表3所示。

上述重油裂化过程连续运行3000小时之后，通过停机观察发现，床层反应段2内并没有出现明显的结焦。

表3

由此可见，采用本发明的重油接触裂化装置，并根据本发明的所述重油接触裂化方法能够实现对重油进行裂化处理，并且可以减轻反应器结焦，提高轻质油品的收率。

以上结合附图详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。

此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。

Claims (27)

1.一种重油接触裂化装置，该装置包括裂化反应器和气化器(17)，所述裂化反应器包括预提升段(1)、床层反应段(2)、提升管反应段(3)、沉降段(4)和汽提段(5)，所述气化器(17)通过汽提段料腿(11)与所述汽提段(5)连通，并通过预提升段料腿(12)与所述预提升段(1)连通，其特征在于，所述预提升段(1)的直径和所述提升管反应段(3)的直径都小于所述床层反应段(2)的直径，所述预提升段(1)与所述床层反应段(2)之间通过沿着从所述预提升段(1)到所述床层反应段(2)的方向扩径的扩径段连通，所述床层反应段(2)与所述提升管反应段(3)之间通过沿着从所述床层反应段(2)到所述提升管反应段(3)的方向缩径的缩径段连通，所述汽提段(5)位于所述沉降段(4)的下方，并且所述汽提段(5)的顶部与所述沉降段(4)连通，所述提升管反应段(3)贯穿所述汽提段(5)且一端位于所述沉降段(4)内，所述提升管反应段(3)位于所述沉降段(4)内的端部设置有气固分离装置(7)，所述裂化反应器还包括喷嘴(6)，所述喷嘴(6)设置于所述床层反应段(2)和/或所述扩径段的侧壁上，所述喷嘴(6)包括喷射管(61)和套管(62)，沿着所述喷射管(61)内的物流流向，所述喷射管(61)依次包括混合段(611)、输送段(612)和喷头(613)，所述混合段(611)的内径大于所述输送段(612)的内径，所述输送段(612)和所述喷头(613)容纳在所述套管(62)内，并且所述套管(62)的内壁与所述输送段(612)和所述喷头(613)的外壁之间具有间隙，所述混合段(611)设置有蒸汽入口(614)和重油入口(615)，所述喷头(613)的侧部设置有开口(616)，所述喷头(613)的顶部设置有开口(617)，所述套管(62)的侧部设置有蒸汽入口(621)，所述套管(62)的顶部设置有喷嘴开口(622)。

2.根据权利要求1所述的装置，其中，所述预提升段(1)与所述床层反应段(2)的直径之比为1：1.1-6。

3.根据权利要求1或2所述的装置，其中，所述扩径段的内壁与垂直方向的夹角为10-60°。

4.根据权利要求1所述的装置，其中，所述提升管反应段(3)与所述床层反应段(2)的直径之比为1：1.5-8。

5.根据权利要求1或4所述的装置，其中，所述床层反应段(2)的长径比为1-15：1，所述提升管反应段(3)的长径比为2-30：1。

6.根据权利要求1或4所述的装置，其中，所述缩径段的内壁与垂直方向的夹角为10-60°。

7.根据权利要求1所述的装置，其中，所述提升管反应段(3)、所述沉降段(4)和所述汽提段(5)同轴设置。

8.根据权利要求1或7所述的装置，其中，所述提升管反应段(3)与所述汽提段(5)的直径之比为1：1.5-8，所述汽提段(5)与所述沉降段(4)的直径之比为1：1-2。

9.根据权利要求1所述的装置，其中，所述裂化反应器设置有多层喷嘴(6)，且至少一层喷嘴(6)设置在所述扩径段的侧壁上。

10.根据权利要求1所述的装置，其中，所述喷嘴(6)的层数为2-4，且每层的喷嘴数为3-10。

11.根据权利要求1所述的装置，其中，所述喷射管(61)还包括缩径段(618)，所述缩径段(618)设置在所述混合段(611)和所述输送段(612)之间。

12.根据权利要求1所述的装置，其中，所述混合段(611)内设置有分散装置(63)，所述分散装置(63)将所述混合段(611)分成两个相互连通的区域。

13.根据权利要求12所述的装置，其中，在所述混合段(611)内，所述分散装置(63)靠近所述输送段(612)的一端。

14.根据权利要求1所述的装置，其中，沿着所述喷射管(61)内的物流流向，所述喷头(613)依次包括扩径区域(619)和缩径区域(620)，喷头(613)侧部的开口(616)设置在所述扩径区域(619)的侧壁上。

15.根据权利要求14所述的装置，其中，沿着所述喷射管(61)内的物流流向，所述套管(62)的顶部为缩径段，而且所述缩径区域(620)的侧壁与所述套管(62)的顶部的侧壁平行。

16.一种重油接触裂化方法，该方法在权利要求1-15中任意一项所述的重油接触裂化装置中实施，所述重油接触裂化装置包括裂化反应器和气化器，所述裂化反应器从下至上依次包括预提升段、床层反应段、提升管反应段、沉降段和汽提段，所述方法包括：将接触剂加入所述预提升段，并通过所述预提升段进入所述床层反应段；使重油与所述接触剂在所述床层反应段内进行第一裂化反应；使经过所述第一裂化反应得到的物料进入所述提升管反应段进行第二裂化反应；使经过所述第二裂化反应得到的物料进入所述沉降段进行沉降分离，并使分离出的固体颗粒进入所述汽提段进行汽提；将经过所述汽提得到的待生接触剂注入气化器中进行气化，以使所述待生接触剂再生，并将得到的再生接触剂作为至少部分所述接触剂注入所述预提升段；其中，所述接触剂在所述预提升段内的移动速度大于所述接触剂在所述床层反应段内的移动速度；所述提升管反应段内的物料的移动速度大于所述床层反应段内的物料的移动速度。

17.根据权利要求16所述的方法，其中，所述接触剂在所述预提升段内的移动速度与所述接触剂在所述床层反应段内的移动速度之比为1.1-30：1。

18.根据权利要求16所述的方法，其中，所述提升管反应段内的物料的移动速度与所述床层反应段内的物料的移动速度之比为1.5-40：1。

19.根据权利要求16所述的方法，其中，所述方法还包括：在使所述重油与所述接触剂在所述床层反应段内进行第一裂化反应之前，将所述重油进行预热。

20.根据权利要求19所述的方法，其中，所述重油被预热至150-420℃。

21.根据权利要求16所述的方法，其中，所述重油用量与所述接触剂用量的重量比为1:4-30。

22.根据权利要求16-21中任意一项所述的方法，其中，所述第一裂化反应的条件包括：反应温度为300-700℃，反应压力为0.1-5MPa，反应时间为0.5-600秒；所述第二裂化反应的条件包括：反应温度为300-700℃，反应压力为0.1-5MPa，反应时间为0.1-20秒。

23.根据权利要求22所述的方法，其中，所述第一裂化反应的条件包括：反应温度为350-600℃，反应压力为0.13-4MPa，反应时间为0.5-400秒；和所述第二裂化反应的条件包括反应温度为350-600℃，反应压力为0.13-4MPa，反应时间为0.5-10秒。

24.根据权利要求16-21中任意一项所述的方法，其中，所述气化的条件包括：气化温度为700-1200℃，气化压力为0.13-5MPa，气化时间为0.5-60秒。

25.根据权利要求16-21中任意一项所述的方法，其中，所述重油为重质原油、常压渣油、常压蜡油、减压渣油、焦化蜡油、罐底油、页岩油、煤液化残渣油、脱沥青油、稠油、加氢裂化尾油和加氢裂化尾油的二次加工馏分油中的一种或多种。

26.根据权利要求16-21中任意一项所述的方法，其中，所述接触剂含有50重量％以上的硅铝材料，所述硅铝材料为选自分子筛、高岭土、氧化铝、无定型硅铝、蒙脱石、绿泥石、累托石、硅溶胶、伊利石、石英砂和白土中的一种或多种。

27.根据权利要求16-21中任意一项所述的方法，其中，所述接触剂的颗粒尺寸为20-1000μm。