CN105623716B - 一种半再生催化重整反应系统及方法 - Google Patents

Abstract

一种半再生催化重整反应系统，包括至少一个组合床反应器以及与该组合床反应器串联的固定床反应器；所述组合床反应器由固定床层和列管式固定床催化剂床层组合而成；在所述列管式固定床催化剂床层中，使后续的所述固定床反应器的出口物流与组合床反应器中的反应物流间接接触并提供热量。此外，本发明还提供了采用该反应系统的催化重整方法。本发明可妥善解决催化重整系统受到最末反应器中催化剂再生周期限制而难以提高运行效率的问题，使催化重整系统获得更高的运行效益。

Description

一种半再生催化重整反应系统及方法

技术领域

本发明涉及石脑油催化重整领域，特别涉及一种半再生催化重整反应系统及方法。

背景技术

催化重整是一种重要的炼油工艺，可以将辛烷值或芳烃含量较低的石脑油转化成高辛烷值汽油或高芳烃含量的产品，同时副产氢气。

自1949年世界第一套石脑油催化重整装置投产以来，该工艺就成为炼油工业的主要工艺之一。尽管催化重整工艺是非常成熟的工艺，但面临全球运输燃料需求持续增加、芳烃原料需求激增、加氢工艺发展需要廉价氢源、环保法规和条例日趋严格的挑战，50年来催化重整工艺装置的加工量始终保持增长趋势(胡德铭，《炼油技术与工程》，2012年4月)，催化重整工艺技术也得到了持续发展。在汽油质量升级过程中，催化重整技术尤显重要。

催化重整工艺主要分为连续再生重整工艺和半再生催化重整工艺，两种工艺使用的催化剂有所不同。连续重整催化剂使用铂锡催化剂，该催化剂的特点是低压下初期的活性和选择性好，但是稳定性较差，需要连续再生保持催化剂的性能。催化剂在使用前经过活化、还原后不需要进行预硫化。半再生催化重整催化剂一般使用铂铼催化剂，该催化剂的特点是稳定性好，选择性稍差，可以长周期稳定运转，同时催化剂在使用前经过活化、还原后需要进行预硫化。

半再生固定床重整工艺由于其具有可以生产RON 90～100的高辛烷值汽油调和组分、装置投资小、操作费用低、适应于不同的生产规模等特点，得到了快速发展(张大庆，《石油炼制与化工》，2007年12月)。在半再生固定床重整工艺中，由于人们一直致力于催化剂性能的改进，反应压力从最初的3.5MPa左右，逐步减低到20世纪九十年代的1.0MPa左右，氢烃摩尔比也从早期的8左右降低到中等水平，操作空速得到提高，并且在重整油收率、芳烃产率、辛烷值、氢产率提高和催化剂寿命延长等方面都取得了巨大的进步。到目前为止，商业化运营的工艺主要有UOP公司开发和设计的铂重整(Platforming)，美国空气产品和化学品公司胡德利分公司开发的催化重整(Houdrifoming)工艺，美国雪弗龙研究工程公司开发的铼重整(Rheniforming)工艺，美国恩格哈德矿物和化学品公司的及大西洋利奇菲尔德共同研究开发的麦格纳催化重整(Magenaforming)工艺(张大庆，《石油炼制与化工》，2007年12月)。

由于催化重整反应采用贵金属催化剂，需要370℃以上的高温才能发生反应，因此商业化规模且较为经济的催化重整工艺通常在平均反应温度为480℃以上进行。催化重整反应为强吸热，随着反应的进行，反应吸热量增加，催化剂床层温度急剧下降，随着温度的下降，导致反应速度也快速下降。为了保持一定的反应速度，可以将催化剂分成3到4个床层，每个床层单独装填在一个反应器内，在反应器间设置加热炉(如图1所示)，从而将上一个反应器内流出的已经降温的物流再次加热升温，然后通入下一个反应器的催化剂床层继续反应，最终获得需要的反应产物。同时新鲜进料与循环氢的混合物流先与第四固定床反应器14的出口物流换热后再进入第一固定床反应器11的入口加热炉15，以回收利用第四固定床反应器14出口物流的热量。

石脑油是由烷烃、环烷烃、芳烃和少量或微量烯烃等多种烃类化合物组成的混合物，在作为催化重整原料时，其中不同的烃类分子的反应速度迥异，随着原料通过催化剂床层，原料中一些易于反应的组分如环烷烃脱氢转化为芳烃的反应易于进行，而一些组分如烷烃的脱氢环化转化为芳烃的反应则较难进行，因此表现出在催化剂床层入口温度快速下降，然后温度下降速度逐渐减缓。研究表明，即使将所有催化剂分别填装至四个反应器，四个反应器中催化剂装填体积比沿物料流程方向依次为例如10：15：25：50的大比例级差，然而这四个反应器的温降值仍然依次降低，即在相同的反应器入口温度下，第一固定床反应器11、第二固定床反应器12、第三固定床反应器13、第四固定床反应器14的出口物流温度依次升高，例如第一固定床反应器11的温降可以达到80～100℃，而第四固定床反应器14的温降只有10～20℃。也就是说，第四固定床反应器14出口的物流温度可以比第一固定床反应器11出口的物流温度高出70℃以上。同样，第三固定床反应器13出口物流的温度也是高于第一固定床反应器11和第二固定床反应器12的出口物流温度。因此，当进料温度相当时，四个反应器的催化剂平均床层温度是依次提高的。

由于第三固定床反应器13、尤其是第四固定床反应器14的催化剂在更高的床层平均温度下运转，其结焦速度也明显高于第一固定床反应器11、第二固定床反应器12，催化剂的失活速率也相应加快。因此，固定床半再生催化重整系统在正常运行情况下，催化剂再生周期主要取决于第四固定床反应器14(和第三固定床反应器13)的催化剂失活时间。任何提高反应温度以增加产物的辛烷值和芳烃产率、降低压力以提高反应速度和氢产率、或者增加装置处理量以提高产品液收和产物量的操作，都将会加剧第四固定床反应器14催化剂的结焦速度而缩短装置的运转周期。一旦第四固定床反应器14、第三固定床反应器13催化剂结焦失活，则整套系统需要停工以再生催化剂，即使此时第二固定床反应器12、尤其是第一固定床反应器11的催化剂仍还有很高的活性，仍可以继续运行较长时间。

破解这个问题的方法之一是降低第三固定床反应器13、第四固定床反应器14的入口温度，以延缓结焦速度。但是降低第三固定床反应器13、第四固定床反应器14温度，将会造成反应深度不够。因此，也可以在降低第三固定床反应器13、第四固定床反应器14入口温度条件下依靠增加第三固定床反应器13、第四固定床反应器14的催化剂装填量从而延长原料的反应时间来达到应有的反应深度，达到相同时间长度的装置运转周期寿命，但该办法势必增加反应器体积和催化剂的采购成本。另外，也可以提高第一固定床反应器11、第二固定床反应器12的入口温度，因为这些反应器内的催化剂上的结焦量在第三固定床反应器13、第四固定床反应器14内催化剂已经达到操作末期的情况下还有裕量。但是现有工艺如果提高第一固定床反应器11、第二固定床反应器12入口温度，虽然催化剂床层入口段反应速度将大大加快，但是反应速度增加又会带来急剧吸热，温降将会快速增加，温降增加后催化剂床层温度下降，反应速度又会快速下降，因此反应器入口提温后的总体效果不佳，反而增加了能耗。

为提高石脑油的催化重整效果，现有技术中进行了大量研究改进。例如IFP新能源公司公开了一种催化重整法(CN104711016A)，该方法涉及由包含链烷和环烷的石脑油馏分生产具有一定辛烷值的汽油和联合生产芳烃基料的方法,所述方法包括下列步骤：a)将石脑油馏分送往第一催化重整单元以将至少一部分链烷和/或环烷转化成芳族化合物并产生氢气；b)从第一催化重整单元中取出第一流出物和氢气流；c)将第一流出物送往芳烃分离单元以分离第一芳族馏分和含有未转化的环烷和/或链烷的萃余液；d)将萃余液送往第二催化重整单元以将未转化的环烷和/或链烷转化成芳族化合物并产生氢气；e)从第二催化重整单元中取出含有芳族化合物的重整油和氢气流。利用该方法可以将包含链烷烃和环烷烃的石脑油联合生产辛烷值达到95的汽油和芳烃。

CN102977914A发明公开了一种重整催化剂流失量小的催化重整工艺及专用催化重整反应器。该工艺是将油气通入一膜过滤装置中，当所述油气经过该膜过滤装置中的膜过滤元件时，通过该膜过滤元件的截留和催化作用同时实现油气的过滤和催化重整，催化重整后的油气从该膜过滤装置的排气口输出，被截留的油渣从该膜过滤装置的排渣口输出；其中，膜过滤元件包括由多孔材料骨架和附着于该多孔材料骨架中的重整催化剂构成的基体，该基体的平均孔径为1μm－100μm。膜过滤元件能够将油气中的至少一部分灰尘截留下来，又能够对油气中烃类分子进行催化重整，且重整催化剂在膜过滤装置中不流动，因此，该工艺能够在一定程度上防止重整催化剂结焦，并减少重整催化剂的流失量。

CN104292067A公开了一种石脑油多产芳烃的方法，主要包括如下步骤：a.石脑油进入预处理和精制单元后得到拔头油和重整原料；b.所述重整原料进入催化重整单元,重整生成油进入脱戊烷塔得到脱戊烷油和戊烷油；c.从步骤b来的脱戊烷油作为抽提原料,进入芳烃抽提塔经芳烃抽提后得到混合芳烃和抽余油；d.从步骤a来的拔头油、从步骤b来的脱戊烷塔脱去的戊烷油以及从步骤c来的抽余油混合后进入芳构化单元,经过芳构化反应分离后得到富含芳烃的液体产品和液化气、干气；e.从步骤d来的经芳构化反应分离出的液体产品并入重整生成油一起进入脱戊烷塔,脱除戊烷后作为抽提原料进入芳烃抽提塔；f.从芳烃抽提塔出来的混合芳烃通过芳烃精馏得到苯、甲苯、二甲苯等芳烃产品。

CN104560131A披露了一种半再生催化重整方法，包括启动压缩机进行气体循环，将石脑油送入半再生催化重整反应器，升温至400～550℃，在压力为0.2～3.0MPa下进行反应，在压缩机入口处引入高纯氢气与重整循环氢气混合，引入的高纯氢气每小时的体积流量为催化剂体积的10～1000倍。

CN104650960A披露了一种催化重整工艺，使精制石脑油与氢气混合后进入换热器,换热后的油气进入加热炉温，加至460～560℃，油气进入重整反应器在压力0.25～0.65MPa下，与重整催化剂接触进行反应；重整反应器顶部有催化剂料腿,使催化剂沿料腿进入重整反应器内，重整反应器中含有中心管、扇形筒,中心管在反应器顶部固定，中心管顶部开口上接油气入口，中心管底部自由端悬空为盲肠结构，沿器壁布有扇形筒，扇形筒顶部密闭，下部开口，在扇形筒下是绕壁而设的集合管，每个扇形筒下部开口均与集合管相接，设于重整反应器下部的集合管接油气出口使油气排出重整反应器，扇形筒与中心管之间为催化剂,重整反应器底部设有催化剂出口；油气经油气入口从重整反应器顶部进入中心管，然后再与催化剂接触反应，反应后的油气从扇形筒进入集合管,再由油气出口排出重整反应器。

CN1111584C披露了一种组合床两段催化重整工艺，具体为在低压下使原料油在由一个固定床反应器构成的半再生催化重整单元中与催化剂接触，反应后的流出物全部进入由二至四个移动床反应器和一个再生器串联构成的连续再生反应段中与催化剂进一步接触，冷却、分离所得产物。

埃克森美孚研究工程公司公开了一种催化重整装置的改进方法以及它们在石油石脑油催化重整中的应用(CN101107055)。该发明涉及能够在相对于压缩机规模更高处理量下操作的改进的重整装置单元，它利用变压吸附提高催化重整工艺中产生并使用的含氢物流的氢含量。该发明同样能够使压缩机限制的催化重整装置在增加(生产)的能力下操作。

丁冉峰发明了一系列重整系统及方法(如CN102002388A)，该系统包括加热装置，与之相连的反应装置，其将反应装置分为两部分，第一和/或第二反应装置通过高压分离装置、稳定塔系统以及抽提系统与抽余油切割系统连接，所述抽提系统再与第一和第二回收塔相连，所述抽余油切割系统底部再与第三和/或第四固定床反应装置连接。该系列发明的重整系统及其方法的优点是：处理能力、液体收率、芳烃产率、氢气产量大大提高。

然而，上述现有技术均未很好地解决上述技术问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种新型的半再生催化重整反应系统及方法，以解决现有技术中催化重整系统受到最末反应器中催化剂再生周期限制而难以提高运行效率的问题，使催化重整系统获得更高的运行效益。

本发明的基本构思是：在催化重整反应过程中，通过向第一反应器、第二反应器的催化剂床层提供热量，阻止催化剂床层温度下降，使得反应物一直在高温下保持“高速”反应，最大程度地发挥这些催化剂的效用，从而提高装置运行效益。

本发明所提供的一种半再生催化重整反应系统，包括至少一个组合床反应器以及与该组合床反应器串联的固定床反应器；所述组合床反应器由固定床层和列管式固定床催化剂床层组合而成；在所述组合床反应器的列管式固定床催化剂床层中，使后续的所述固定床反应器的出口物流与组合床反应器中的反应物流间接接触并提供热量。

在本发明所提供的半再生催化重整反应系统中，可以设置1个、2个或2个以上的组合床反应器，优选设置1个或2个组合床反应器；同理，所述固定床反应器可以设置1个、2个或2个以上，优选设置2个固定床反应器；上述各反应器以串联方式设置，且各反应器均设置有进料加热炉。

为了便于表述，在本发明中，第一反应器简称一反，第二反应器简称二反，第三和第四反应器分别简称三反和四反。除非特别说明，本发明所采用的固定床反应器均可以是本领域所熟知的常规固定床反应器。

在本发明所提供的半再生催化重整反应系统中，优选地，一反为组合床反应器，二反和三反为固定床反应器，且各反应器串联设置；或者是，一反为组合床反应器，二反、三反和四反为固定床反应器，且各反应器串联设置；或者是，一反和二反为组合床反应器，三反和四反为固定床反应器，且各反应器串联设置。

在本发明所提供的半再生催化重整反应系统中，所述组合床反应器由固定床层和列管式固定床催化剂床层组合而成。可以是固定床层和列管式固定床催化剂床层自上而下设置于组合床反应器中，也可以是固定床层、列管式固定床催化剂床层、固定床层自上而下设置于组合床反应器中。

在本发明所提供的半再生催化重整反应系统中，通过物流管线的设置，使后续的所述固定床反应器的出口物流进入所述组合床反应器的列管式固定床催化剂床层(简称列管段)的管程或壳程中，与组合床反应器中的反应物流间接接触并提供热量，以维持组合床反应器中反应物流的温度。以四个反应器串联的催化重整反应系统为例，物流管线的具体设置方式，可以是四反的出口物流返回一反列管段间接供热，三反的出口物流先返回二反的列管段间接供热，然后经第四加热炉升温后进入四反；也可以是，三反的出口物流返回一反列管段间接供热，然后经第四加热炉升温后进入四反，而四反的出口物流先返回二反的列管段间接供热，然后经换热器回收余热。

在本发明所提供的半再生催化重整反应系统中，优选地，作为第一或第二反应器的所述组合床反应器内设有上孔板、下孔板和连接所述上孔板和下孔板的多根列管。所述列管内即为列管式固定床催化剂床层的管程；所述组合床反应器的侧壁、上孔板、下孔板和列管外壁之间形成列管式固定床催化剂床层的壳程，并且在所述反应器侧壁上设有进料口和出料口，分别用于引入和引出后续固定床反应器的出口物流。

为了提高换热面积和换热效果，所述列管可以采用较细的管材(例如DN20～DN50)。另外，列管表面还可以采用凹槽、麻点、凹坑、翅片等结构，以增加换热面积。

本发明所提供的一种半再生催化重整方法为：在催化重整工艺条件下，经过加热升温到所需反应温度的石脑油与循环氢的混合物首先经过至少一个由固定床层和列管式固定床催化剂床层组合而成的组合床反应器，再经过1个或多个半再生催化重整固定床反应器，使反应物流与各反应器中的催化剂接触并发生反应，生成高辛烷值汽油和/或芳烃及氢气产品；其中，所述固定床反应器的出口物流返回组合床反应器的列管式固定床催化剂床层与该反应器内反应物流间接接触并提供热量。

在本发明所提供的半再生催化重整方法中，所采用的催化剂可以是本领域常用的贵金属担载催化重整催化剂，所述贵金属为Pt或Pt与Sn、Re和Ir中一种或多种的混合物，载体为Al₂O₃或SiO₂等惰性氧化物，催化剂的形状为小球形或挤条等。

在本发明所提供的半再生催化重整方法中，所采用的工艺条件为本领域常规的工艺条件，例如，各反应器的压力为0.35～3.5MPa，原料进反应器入口温度为370～540℃，氢烃摩尔比为2～8，体积空速为0.5～5h^-1；进一步优选地，压力1～3.4MPa，原料进反应器入口温度为480～530℃，氢烃摩尔比为3～6，体积空速为1～2.5h^-1；其中，各相邻反应器原料进反应器入口温度优选相差不超过10℃，进一步优选不超过8℃。

在本发明所提供的半再生催化重整方法中，当采用一反为组合床反应器，二反和三反为固定床反应器，且各反应器串联的设置方式时，三个反应器中催化剂装填体积的比例优选为一反10～20：二反20～30：三反50～70。当采用一反和二反为组合床反应器，三反和四反为固定床反应器，且各反应器串联的设置方式时，四个反应器中催化剂装填体积的比例优选为一反5～15：二反20～30：三反20～30：四反35～55。

在本发明所提供的半再生催化重整方法中，当所述组合床反应器中自上而下地设置固定床层(固定床段)和列管式固定床催化剂床层(列管段)时，所述固定床段和列管段中催化剂装填体积的比例优选为20～60:40～80。当所述组合床反应器中自上而下地设置固定床段、列管段和固定床段时，所述固定床段、列管段和固定床段中催化剂装填体积的比例优选为15～35:45～65:5～25。本领域技术人员可以根据本发明所提供的反应系统和方法、结合具体工艺要求，通过常规工艺计算确定组合床反应器中各段的催化剂装填比例。

与现有技术相比，本发明的有益效果主要体现在以下方面：

1、本发明根据前期石脑油的催化重整反应较快，吸热量大，而后期反应慢，吸热量小，从而使得后续反应器的出料温度较前期反应器高的特点，将后续反应器的出料作为“热源”，向前期反应器的催化剂床层提供热量，提高催化剂床层温度，进而提高反应速度和深度，从而可以提高半再生催化重整装置的运行效益，妥善解决了现有技术中催化重整系统受到最末反应器催化剂再生周期限制而难以提高运行效率的问题。

2、以反应系统总共设置四个反应器为例进行说明，本发明所提供的反应系统和方法具有很好的操作灵活性，可实现以下多种操作模式：

(1)在维持催化剂装填比不变的情形下，采用本发明后，由于提高了一反、二反的催化剂床层平均温度，催化重整反应“前移”，可减轻三反、四反催化剂的负荷，从而可以在保证总反应“深度”的前提下降低三反、四反的原料进口温度，从而减慢结焦速度，使得催化剂寿命延长，也延长了整套系统的催化剂运转周期；在这种情形下，虽然一反、二反的表观温降值相对下降，但是实际反应温降(表观温降+吸热抵消的温降)增加，三反、四反的温降相对减少，总温降基本持平；

(2)在维持催化剂装填比，同时维持三反、四反的原料进口温度不变的情形下，采用本发明后，由于一反、二反的催化剂床层温度增加，而三反、四反的原料进口温度不变，总体上增加了加权平均温度(总温降也会增加)，反应加深，液体产品辛烷值增加，氢产增加，催化剂运转时间与现有技术持平；

(3)在增加一反、二反催化剂装填量，减少三反、四反催化剂装填量的情形下，可以比上述第(2)种情形得到更高辛烷值的产品，获得更多的效益；

(4)将上述的第(1)、第(2)两种情形结合起来，既可以获得更长的操作周期，又有更优质的产品。

附图说明

图1为现有技术的石脑油催化重整工艺流程示意图；

图2为本发明的催化重整反应系统的一种实施方式的示意图；

图3a为图2中第一反应器的结构示意图；

图3b为图2中第一反应器的另一种结构示意图；

图4为本发明的催化重整反应系统的另一种实施方式的示意图；

图5为对比例1的石脑油催化重整反应系统的示意图；

图6本发明的催化重整反应系统的另外一种实施方式的示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明进行说明，但本发明并不因此而受到任何限制。

图2所示是本发明所述半再生催化重整反应系统的一种典型的实施方式。所述反应系统包括第一组合床反应器21、第二固定床反应器22、第三固定床反应器(径向固定床反应器)23、第一加热炉24、第二加热炉25、第三加热炉26和换热器27。作为催化重整原料的石脑油与氢气的混合物经过换热器27换热升温后，再经第一加热炉24加热至所需的反应温度，自第一组合床反应器21顶部进入一反21进行催化重整反应，反应物流依次通过一反21中的自上而下设置的固定床段、列管段和固定床段，与所装填的催化剂接触并发生反应；离开一反的反应物流经加热炉25加热升温后进入二反22，离开二反的反应物流经加热炉26再次升温后进入三反23，自三反23引出的产物通过进料口35(见图3b)进入一反21列管段的管程或壳程，与一反中的反应物流间接接触，经换热降温后自出料口36引出、送入换热器27进一步回收余热后作为重整产品输送至后续系统。

如图3a和3b所示，所述第一组合床反应器21内设有上孔板31、下孔板32和连接所述上孔板和下孔板的多根列管33，所述列管33内为管程，所述一反21的侧壁34、上孔板31、下孔板32和列管33外壁之间形成壳程，并且在形成壳程的反应器侧壁34上设有进料口35和出料口36。

所述一反21内自上而下依次设置第一固定床段41、列管段42和第二固定床段43，所述第一固定床段、列管段和第二固定床段中催化剂装填体积的比例优选为15～35:45～65:5～25。

在一反21的另一种实施方式中，如图3b所示，所述一反21内自上而下设置固定床段和列管段，所述固定床段和列管段中催化剂装填体积的比例优选为20～60:40～80。

以下以一反为例进行说明：经过第一加热炉加热到反应所需温度的反应物流进入一反，与第一固定床段41的催化剂接触发生反应，温度快速下降，当温度下降到与四反出口物流相当时，反应物流进入列管式固定床催化剂床层，在此依靠列管段的温位差换热效应，由四反出口物流提供“热源”使得反应物流保持在高温位继续快速反应。随着催化剂床层内反应物流对热源物流的持续吸热导致热源物流温度下降到不能再通过温位差换热提供热量时，反应物流进入第二固定床段43(见图3a),或者直接流出一反(图3b)，经过第二个加热炉后进入二反继续进行催化重整反应。

常规的列管式反应器通常用于强放热反应，为了避免催化剂床层径向超温，通常将催化剂装填在直径较小的列管中，列管外的壳程是取热介质。而本发明中所采用的组合床反应器的列管段，则是用于补充反应所吸取的热量，不存在催化剂床层径向超温的安全隐患，因此既可以采取催化剂装填在壳程、热源物流在管程内流动的方式，也可以采取催化剂装填在管程，热源物流在壳程内流动的方式；优选地，采用催化剂装填在管程，热源物流在壳程内流动的方式。

所述列管段可以采用常规的列管式固定床反应器的设计方式。为了提高换热面积和换热效果，反应器中的列管可以采用较细的管材(例如DN20～DN50)、与热源物流接触的列管表面采用凹槽、麻点、凹坑、翅片等结构，以增加换热面积。为了防止热源物流走短路或偏流，在列管段壳程不同部位可以设置一些部分面积开口的扇形挡板，相邻挡板的开口部分错位安装，使得热源物流在壳程呈Z型流动，与反应器横截面内所有列管内的物流进行均匀地间接换热。

图4所示是本发明的另一种典型的实施方式，所述反应系统包括第一组合床反应器21、第二组合床反应器22’、第三固定床反应器(径向固定床反应器)29、第四固定床反应器(径向固定床反应器)23’、第一加热炉24、第二加热炉25、第三加热炉26、第四加热炉28和换热器27。一反21和二反22’均自上而下地设置有第一固定床段、列管段和第二固定床段。其中，四反的出口物流返回一反列管段间接供热，三反的出口物流先返回二反的列管段间接供热，然后经第四加热炉28升温后进入四反。图6所示是本发明的另外一种典型的实施方式，其物流管线的设置方式与图4略有不同。图4和图6的具体反应过程均与图2类似，故不再赘述。

下面的实施例将对本发明所提供的反应系统和方法予以进一步的说明，但本发明并不因此而受到任何限制。

对比例1

采用图5所示的反应系统进行石脑油催化重整反应，一反和二反为固定床反应器，三反为径向固定床反应器，且三反的出口物流经与反应原料换热，回收余热后输送至后续系统。

其中，催化重整原料油的性质见表1，处理量控制在总体积空速为1.98h^-1，反应苛刻度控制在产物C₅ ⁺液体产品研究法辛烷值为97。所采用的半再生固定床重整催化剂PR150(Pt和Re含量均为0.25质量％)、PR156(Pt含量为0.25质量％、Re含量为0.40质量％)由美国Axens公司生产。具体工艺条件见表2，反应结果见表3。

表1催化重整原料油性质

项目	单位	数值
			密度(15.6℃)	g/cm3	0.7471
馏程(ASTMD-86)	℃
			10％		100
50％		120
			90％		150
硫含量	μg/g	<0.5
			氮含量	μg/g	<0.5
总金属含量	μg/g	0.005
			烃类族组成	％(质量分数)
烷烃		59
			烯烃		/
环烷烃		25
			芳烃		16

表1中“/”表示微量，难以测出。

表2重整工艺条件

表3重整反应结果

项目	数值
		C5+RONC	97.0
C5+,wt％	81.5
		C3+,wt％	88.7
循环氢H2纯度，mol％	80.4
		纯氢产率，wt％	1.68
催化剂周期寿命,月	15.0

实施例1

采用如图2所示的本发明所提供的反应系统进行石脑油催化重整反应。其中，催化重整原料油性质的性质与对比例1相同。

如图2所示，该实施例所采用的反应系统设置三个串联的反应器，其中一反为本发明所提供的组合床反应器，催化剂种类、装填量与对比例1相同，二反、三反的反应器结构、催化剂装填种类和体积保持与对比例1相同。其中，一反中固定床段、列管段和固定床段中催化剂装填体积的比例为33:67:0。对各反应器入口温度根据本发明特点进行了优化，具体的工艺条件见表4。在实施例1中，重整进料温度为80℃，经换热器27换热后，重整进料在第一加热炉入口处的温度为435℃，三反的反应物流进入一反列管段的入口温度为498℃，提供热量后离开一反列管段的温度为468℃；经换热器27回收余热后输送至后续系统的重整反应物流的温度为95℃。具体反应结果见表5。

表4重整工艺条件

表5重整反应结果

项目	数值
		C5+RONC	98.0
C5+,wt％	80.7
		C3+,wt％	88.5
循环氢H2纯度，mol％	80.0
		纯氢产率，wt％	1.72
催化剂周期寿命,月	18.0

由上述实施例1与对比例1表中数据可见，在相同的原料性质和催化剂种类、催化剂装填量、反应压力和装置处理量(相同的空速)情况下，采用本发明的反应系统和方法，由于一反采用了组合床反应器结构，三反出口物流进入一反的列管段作为热源向一反内反应物流提供反应所需部分热量，一反的入口温度提高后由于加快进行重整反应而导致的温度下降、反应速度又快速降低的效应得到缓解，一反相比于对比例1在更高的平均床层温度下反应，加深了一反的反应深度，提高了一反催化剂的利用率，因此对于三反可以降低反应器入口温度，从而降低三反内催化剂床层温度，延缓催化剂的结焦速度。总体上，产物中C₅ ⁺液体产品的辛烷值提高了一个单位，催化剂运转寿命从15个月提高到18个月，提高了20％。此外，本发明实施例可以多获得氢气产率。因此，采用本发明的半再生催化重整反应系统和方法可以给生产企业带来巨大的运营效益。

对比例2

采用图1所示的反应系统进行石脑油催化重整反应。其中，催化重整原料油的性质与对比例1相同，反应苛刻度控制在C5+液体产品的辛烷值为100，催化剂的最低运转寿命为一年。按照这些目标，将一反：二反：三反：四反的催化剂装填体积量确定为10:15:25:50，具体反应工艺条件见表6。在对比例2中，重整进料温度为80℃，经换热器27换热后，重整进料在第一加热炉入口处的温度为450℃，四反出口物流进入换热器27的温度为485℃，经换热器回收余热后输送至后续系统的重整反应物流的温度为90℃。具体反应结果见表7。

表6重整工艺条件

表7重整反应结果

项目	数值
		C5+RONC	100
C5+,wt％	77.7
		C3+,wt％	86.5
循环氢H2纯度，mol％	91.0
		纯氢产率，wt％	1.96
催化剂周期寿命,月	12.0

实施例2

采用如图6所示的反应系统进行石脑油催化重整反应，其中，催化重整原料油的性质与对比例1相同，产物质量指标与对比例2相同。具体工艺条件见表8。在实施例2中，重整进料温度为80℃，经换热器换热后，重整进料在第一加热炉入口处的温度为430℃，三反的反应物流进入一反列管段的入口温度为475℃，提供热量后离开一反列管段的温度为465℃，经第四加热炉加热升温后进入四反继续进行催化重整反应；四反的反应出口物流进入二反列管段的入口温度为490℃，提供热量后离开二反列管段的温度为470℃，经换热器回收余热后输送至后续系统的重整反应物流的温度为95℃。具体反应结果见表9。

表8重整工艺条件

表9重整反应结果

项目	数值
		C5+RONC	100
C5+,wt％	77.7
		C3+,wt％	86.5
循环氢H2纯度，mol％	91.0
		纯氢产率，wt％	1.96
催化剂周期寿命,月	15.5

由表6可见，对比例2采用四个反应器，催化剂的装填体积比为10:15:25:50，重整装置是在较低压力下高苛刻度运转。表7所示对比例的C5+液体产品的辛烷值达到了100，但是催化剂的寿命只有12个月。

实施例2中，一反、二反采用了组合床反应器，三反、四反仍然为固定床反应器。对于组合床反应器，即使多装填催化剂、提高反应器入口原料进口温度而反应加快使得反应吸热量增加的情况下，由于有热源供应，也可以使催化剂床层温度下降速度得到减缓，而维持住与少装填催化剂的固定床反应器相似的床层平均温度。实施例2中利用了本发明工艺的优势，调整了四个反应器的催化剂装填比例，减少了一反催化剂装填量，增加了二反催化剂的装填量，三反催化剂装填量与对比例2相同，减少了四反的催化剂装填量，四个反应器内催化剂装填体积量比例为7:25:25:43；其中，一反中固定床段、列管段中催化剂装填体积的比例为50:50,二反中固定床段、列管段和固定床段中催化剂装填体积的比例为33:54:13。同时，对一反、二反的原料进口温度也进行了适当提高。由于原料油通过一反、二反的催化剂床层发生反应后已经获得了相对于对比例2的反应程度更深的产物，因此可以降低四反的入口温度来保持最终相同的产品辛烷值。实施例2的四反的入口温度相对于对比例2降低了5℃，延缓了四反催化剂的失活速度，使得整个系统的运转寿命提高到了15.5个月，相对于对比例2，装置的运营效益显著提高。

Claims (11)

1.一种半再生催化重整反应系统，包括至少一个组合床反应器以及与该组合床反应器串联的固定床反应器；所述组合床反应器由固定床层和列管式固定床催化剂床层组合而成；在所述组合床反应器的列管式固定床催化剂床层中，使后续的所述固定床反应器的出口物流与组合床反应器中的反应物流间接接触并提供热量；

其中，所述组合床反应器中自上而下地设置固定床层和列管式固定床催化剂床层，所述固定床层和列管式固定床催化剂床层中催化剂装填体积的比例为20～60:40～80；或者，所述组合床反应器中自上而下地设置固定床层、列管式固定床催化剂床层和固定床层时，所述固定床层、列管式固定床催化剂床层和固定床层中催化剂装填体积的比例为15～35:45～65:5～25。

2.根据权利要求1所述的半再生催化重整反应系统，其特征在于，所述半再生催化重整反应系统设置1个或2个以上的所述组合床反应器；设置1个或2个以上的所述固定床反应器；上述各反应器以串联方式设置，且各反应器均设置有进料加热炉。

3.根据权利要求2所述的半再生催化重整反应系统，其特征在于，所述半再生催化重整反应系统设置1个或2个所述组合床反应器；设置2个所述固定床反应器。

4.根据权利要求3所述的半再生催化重整反应系统，其特征在于，所述组合床反应器内设有上孔板、下孔板和连接所述上孔板和下孔板的多根列管；所述列管内即为列管式固定床催化剂床层的管程；所述组合床反应器的侧壁、上孔板、下孔板和列管外壁之间形成列管式固定床催化剂床层的壳程，并且在所述组合床反应器侧壁上设有进料口和出料口，分别用于引入和引出后续固定床反应器的出口物流。

5.根据权利要求4所述的半再生催化重整反应系统，其特征在于，通过物流管线的设置，使后续的所述固定床反应器的出口物流进入所述组合床反应器的列管式固定床催化剂床层的管程或壳程中，与组合床反应器中的反应物流间接接触。

6.根据权利要求5所述的半再生催化重整反应系统，其特征在于，使后续的所述固定床反应器的出口物流进入所述组合床反应器的列管式固定床催化剂床层的壳程中，与组合床反应器中的反应物流间接接触。

7.一种采用权利要求1-6中任一项所述半再生催化重整反应系统的催化重整方法，包括以下步骤：在催化重整工艺条件下，经过加热升温到所需反应温度的石脑油与循环氢的混合物首先经过至少一个由固定床层和列管式固定床催化剂床层组合而成的组合床反应器，再经过1个或多个半再生催化重整固定床反应器，使反应物流与各反应器中的催化剂接触并发生反应，生成高辛烷值汽油和/或芳烃及氢气产品；其中，所述固定床反应器的出口物流返回组合床反应器的列管式固定床催化剂床层，与该反应器内反应物流间接接触并提供热量。

8.根据权利要求7所述的催化重整方法，其特征在于，所述组合床反应器中自上而下地设置固定床层和列管式固定床催化剂床层，所述固定床层和列管式固定床催化剂床层中催化剂装填体积的比例为20～60:40～80；或者，所述组合床反应器中自上而下地设置固定床层和列管式固定床催化剂床层和固定床层时，所述固定床层和列管式固定床催化剂床层和固定床层中催化剂装填体积的比例为15～35:45～65:5～25。

9.根据权利要求8所述的催化重整方法，其特征在于，所述半再生催化重整反应系统为串联设置的一个组合床反应器和两个固定床反应器，三个反应器中催化剂装填体积的比例为一反10～20：二反20～30：三反50～70；或者，所述半再生催化重整反应系统为两个组合床反应器依次与两个固定床反应器串联，四个反应器中催化剂装填体积的比例为一反5～15：二反20～30：三反20～30：四反35～55。

10.根据权利要求9所述的催化重整方法，其特征在于，前述各反应器的操作压力0.35～3.5MPa,原料进反应器入口温度为370～540℃，氢烃摩尔比为2～8，体积空速为0.5～5h^-1。

11.根据权利要求10所述的催化重整方法，其特征在于，前述各反应器的操作压力1～3.4MPa，原料进反应器入口温度为480～530℃，氢烃摩尔比为3～6，体积空速为1～2.5h^-1。