CN1070351A - 从烃蒸气中分离流化裂化催化剂的方法和设备 - Google Patents
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Abstract
本发明是关于将流化的催化裂化混合物迅速有
效地分离成裂化催化剂和烃蒸气的方法和设备。本
发明通过缩短分离的烃蒸气与裂化催化剂之间的接
触时间而减少生成不需要的烃类副产物。
Description
本发明是关于将流化裂化催化剂与裂化的烃蒸气分离的一种分离方法。本发明亦提供一种可迅速有效地在催化裂化提升管反应器终端将流化裂化催化剂与裂化的烃蒸气分离的设备。
烃的裂化过程最初是采用类似于减粘裂化装置的Dubbs热裂解装置,通过高温热解实现的。自发现天然酸性氧化硅-氧化铝粘土是有效的裂化催化剂后,开始采用流化床的工艺过程,以提高裂化选择性,能得到较热解法更少的裂化气和更多的汽油及裂化馏份。这类流化床裂化装置需要长达10-30秒的裂化停留时间,同时大量产物在流化床反应器内返混。由于没有将催化剂与烃蒸气分离的装置,所以将整个反应器,而不仅仅是密相流化床,都用作反应容积。产物烃与裂化催化剂一起进入反应器的旋风分离器,而这样又大大延长了整个裂化的停留时间。
自开发出新的高活性沸石催化剂后,必须大幅度缩短停留时间,以避免被高活性的催化剂过度裂化。床式裂化装置改成了提升管输送式反应器,而在提升管的末端有一小床。随着催化剂的改进,淘汰了反应器的密相床部分,使得全部提升管裂化过程的停留时间缩短到约1-5秒。提升管裂化因减少了返混及在管内过度裂化造成的产物降解,而可以更有选择性地得到裂化产物(较少裂化气,更多汽油)。
随着开发新催化剂及为适应这些新催化剂而采用新的裂化工艺方法,需要从裂化的烃蒸气中快速分离出高活性的裂化催化剂,以保护提升管裂化的选择产物,避免其离开反应器提升管后进一步反应生成不需要的付产物。除了需要将裂化催化剂与裂化的烃产物快速分离外,亦需要一种用于收集裂化催化剂并使之再循环的设备,以保证最有效地发挥整个催化裂化方法的作用。催化剂活性越高,就越担心稀相中后提升管裂化问题(气体中夹带的催化剂离开提升管,进入反应器的旋风分离器)。最初只考虑到催化后裂化问题。曾开发出将催化剂颗粒与裂化的气体产物分离的多种设备。最普通肯目前也是最传统的分离来自提升管反应器的催化剂与产物气体的设备是旋风分离器。其它的提升管反应器分离催化剂的方法依赖于惯性力,或靠离心力。
举例言之,已研制出的将裂化催化剂与产物蒸气粗分离的设备包括利用一个T形管结构,将从提升管反应器出来的催化剂-气体混合物的方向改变180°,由此靠惯力达到粗分离目的。
采用惯性分离的其它变换形式有,在提升管反应器末端用一水平折流板代替T形管,将物料混合物的方向改变180°,实现分离目的。各种举例说明的方法和设备可参见Van Dommelen的美国专利2947577,Strickland等人的美国专利3957443,和Pfeiffer等人的美国专利4756886。
Hutchings的美国专利3247651介绍了一种惯力型分离器,该分离器包括在提升管反应器末端装一弯头,将物料混合物的方向改变90°,而不是180°。这种改变方向的方式造成较差的分离效果,使大约60%的裂化催化剂落回提升管反应器。
事实上,惯力型分离器使产物蒸气在分离后仍与一部分裂化催化剂接触,导致发生不需要的付反应,生成不需要的付产物。
采用像Jewell的美国专利2439811所述分离技术的现有技术分离器则依赖离心力而不是惯性力进行分离。该离心分离器大体上是利用提升管反应器顶部的一个半圆形折流部件,将物料混合物的方向改变180°,使物料混合物产生离心力而使产物蒸气与裂化催化剂分离。分离出的催化剂于是沉积在离心器底部,产物蒸气则从离心器排出。
另一种类型的离心分离器可参见Ross等人的美国专利2878891和Mckinney等人的美国专利4061502。这些分离器采用了一种弧形提升管反应器管以产生离心力。弧形提升管反应器使裂化催化剂沿分离器外壁移动,而产物蒸气则靠近分离器的内壁并在此被分离出去。
Evans的美国专利2901420和2888096公开了另一类型的离心分离器。这些分离器基本上是水平的离心分离器或水平的旋风分离器,物料混合物沿切线进入水平安装的圆筒。当混合物沿圆筒壁移动时,产生离心力而使裂化催化剂与蒸气分离。蒸气从安装在旋风分离器圆筒中心的排气管轴向排出,而裂化催化剂则从圆筒底部的开口流出。
尽管已经使用的离心分离器有时可达到有效地分离,有时其效率可达90-99%,但分离速度不快。因此,分离过程中,产物蒸气仍与大部分裂化催化剂接触,造成不必要的付反应和付产物。
此外,当加工过程条件改变或出现问题时,这些分离器的收集效果明显下降。
除了分离期间产物蒸气与催化剂依然接触造成不必要的付反应和付产物外,不受控的后提升管反应器停留时间使分离的产物蒸气发生热裂解,进一步造成了付反应的发生和付产物的生成。后提升管反应器停留时间定义为:裂化的烃产物离开提升管反应器后在分离器内停留的时间。如果不控制后提升管反应器停留时间,950-980°F的常规裂化温度可造成大量的热解反应发生。随着对高辛烷值汽油和供烷基化用烯烃需求量的增加,上述后提升管反应器的热解问题逐渐成为更大的难题,因为高辛烷值汽油和烷基化用烯烃都是在高于常规提升管反应器温度的反应温度下生成的。
因此,本发明的目的就是提供一种最大限度减少烃产物蒸气在后提升管反应器的催化裂化反应的方法。
本发明的另一个目的是提供一种最大限度减少后提升管反应器热解烃产物蒸气的方法。
本发明的另一个目的是提供一种最大限度减少后提升管反应器热解烃产物蒸气的设备。
申请人已发现,在提升管反应器终端,将一惯性型分离器与一水平装配的排气管结合使用,且所述排气管上带有水平位置的排气孔,该孔朝上面对提升管反应器,或朝上远离提升管反应器,可快速有效地将产物烃蒸气与催化剂分开,同时缩短了产物蒸气在后提升管反应器的停留时间,最大限度减少了后反应器的热裂解反应。
图1是装在提升管反应器内的本发明的分离器设备的正剖面图;
图2是本发明分离设备的横截面图;
图3是图1和2的分离设备沿图2的3-3线段的截面图;
图4是提升管反应器内本发明分离器设备另一实施方案的正剖面图;
图5是本发明分离设备另一实施方案的横截面图。
图1和图2是要求保护的本发明分离器10的优选方案的剖面图。该优选方案中,分离器10装在催化裂化提升管反应器1的终端。分离器10包括分离器壳体3,折流构件4,两个平行的排气管7,两个向下流动的固体颗粒排出管5和一个安在中心的裂化气-固体颗粒进口管2。
安在中心的裂化气一固体颗粒进口管2固定在分离器10的底座16上,恰在催化裂化提升管反应器1终端的上面。
折流构件4是楔形的,带有凹形的侧壁13。折流构件4的底部14与分离器壳体3的内表面11连接。折流构件4的端点15正位于固定在中心的裂化气一固体颗粒进口管2的中心点上方。
折流构件4将分离器10分成两个明显的半圆形分离区6。半圆形分离区6由折流构件4的凹形侧壁13和分离器壳体3的凹形壁11围成。
每一半圆形分离区6内有一排气管7。每一排气管7都是水平安装的,且与分离器10的底座16平行,与分离器壳体3的内凹面11平行。每一排气管7上都有一水平位置的排气孔口8,该孔口可在排气管7周围的任何位置上。在一优选实施方案中,水平位置的排气孔口8延伸到与排气管7等长,并向内(相对于提升管反应器1)面对折流构件4。排气孔口8靠下一边22到排气管7垂直中心线24的夹角为α,靠上端边20与垂直中心线24的夹角为θ。α角范围为30°-135°,优选30°-90°,θ角范围为-30°至75°,优选0°-30°。
在一分离器的具体实施方案中,排气孔口8向着提升管反应器1的方向并朝上,且与垂直中心线24的α角约为90°,与垂直中心线的θ角约30°。
在另一形式的优选实施方案中,水平位置的排气孔口8延伸到与排气管7等长,且向外(相对于提升管反应器1)面对分离器10的凹形面11,如图5所示。排气孔口8靠下端边22与排气管7的垂直中心线24之间的夹角为α靠上端边20与垂直中心线24之间的夹角为θ。α角范围为30°-135°,优选30°-90°,θ角范围为-30至75°,优选0°-30°。
在分离器的另一具体实施方案中,排气孔口8向着远离提升管反应器1的方向且朝上,且与垂直中心线24的α角约为90°,与垂直中心线24的θ角约30°。
每一半圆形分离区6内亦有一向下流动的固体颗粒排出管5。向下流动的固体颗粒排出管5相互平行,并在分离器进口管2的高处,与催化裂化提升管反应器1平行。在一实施方案中,向下流动的固体颗粒排出管5相互平行且在催化剂/固体颗粒床18内或其上方终止,如图1所示。另一实施方案中,向下流动的固体颗粒排出管5在于催化剂/固体颗粒床18内或其上方终止前倾斜形成角度,如图4所示。每一向下流动的固体颗粒排出管5的外壁9与分离器壳体3的内凹壁11连接。
位于分离器10底座16上的开口17将向下流动的固体颗粒排出管5与半圆形分离区6连起来。
图3是图1和2的分离设备沿图2中3-3线段的截面图。图中所示的是中心安装在分离器10底座16上的裂化气一固体颗粒进口管2和连接分离器10与向下流动的固体颗粒排出管5的开口17。亦示出了带水平位置的排气孔口8的排气管7及分离器10的端壁21和分离器壳体3的一部分内凹面11。
可迅速分离裂化催化剂固体颗粒与烃产物蒸气并减少后提升管反应器热裂解反应的改进的方法采用了上述设备。实施该方法时,将裂化催化剂的烃产物蒸气送入分离器10,混合物在其中折向进入两个分离区6中的一个,从而使固体颗粒与产物蒸气分离。反应蒸气汇集并从排气管7排出分离器10。
对照图1和2,一般浓度为1-2磅固体/立方英尺气体和温度为975°±50°F的气-固混合物离开催化裂化提升管反应器1的终端后,从安装在中心的裂化气-固体颗粒进口管2进入分离器10。离开提升管反应器1并进入分离器10的混合物的速度为30-80英尺/秒。
进入分离器10的气-固混合物遇到折流构件4,该构件使气-固混合物折向进入两个半圆形分离区6中的每一个。折向的气-固混合物沿折流构件4的凹形壁13移动,并继续沿分离器壳体3的内凹形表面11移动。折流构件4的凹形壁13和分离器壳体3的内凹形表面11构成了半圆形分离区6的半圆形壁。
随着折向的气-固混合物沿半圆形分离区6的壁移动,作用于该折向的气-固混合物的离心力将其分成裂化催化剂固体颗粒和烃产物蒸气。
裂化催化剂继续沿其在半圆形分离区6内的半圆形路线移动至到达向下流动的固体颗粒排出管5时为止。该催化剂固体颗粒通过开口17,离开分离器10,进入向下流动的固体颗粒排出管5,并沿该管进入收集区,再经管线25进入再循环或进行再生,如图1所示。
分离的产物蒸气通过排气管7上的水平位置的排气孔口8离开半圆形分离区6。在优选实施方案中,水平位置的排气孔口8装在折流构件4的凹形壁13的对面,以迅速排出分离的产物蒸气,使其不与分离的裂化催化剂接触,从而缩短了后提升管反应器的停留时间,减少了进一步的热裂解反应。
根据裂化过程中具体工作参数的需要,产物蒸气再经加工气体管线12(如图3所示)进行进一步处理,如进入图1所示的旋风分离器和/或进入骤冷步骤。
采用上述设备和方法分离催化剂和产物蒸气的效率达95-99%,同时在分离器内的总停留时间为0.1-0.2秒。
本发明将通过下述预示性实施例得到进一步详细说明,这些实例采用的是按1∶10比例缩小的本发明优选实施方案的模型。分离器尺寸如下:
直径4英寸的气一固进口管2;
直径4英寸的提升管反应器1;
直径3英寸的向下流动的固体颗粒排出管5;
半径3 1/4 英寸的半圆形分离区6;
直径3英寸的排气管7;
从气-固进口管2中心到向下流动的固体颗粒排出管5的最外壁距离8英寸;
排气管7上1 9/16 英寸水平孔口8;
3英寸高的折流构件4;
折流构件4中心距排气管7中心为4英寸;
气-固进口管2距折流构件4的端点15为 7/8 英寸;
通过催化剂固体颗粒和空气及装在排气管上不同位置的孔口测定分离器的分离效率。
在位置A,排气管7上的水平孔口8的靠下端边22向下与排气管7的垂直中心线24成90°角,且面对提升管反应器。孔口8靠下端边22距靠上端边20为1 9/16 英寸。固体负荷每立方英尺空气0.2-1.4磅催化剂且提升管出口流速20英尺/秒时,分离器效率为95-99%;流速为29英尺/秒时,分离器效率为96%至98%;流速为37英尺/秒时效率为95%至98%;流速为45英尺/秒时效率为97-99%。
在位置B,排气管7上的水平孔口8的中心向下与排气管垂直中心线呈180°角。水平孔口8的两边之间为1 9/16 英寸。固体负荷为每立方英尺空气0.245-0.275磅催化剂且提升管出口流速为37英尺/秒时,分离器效率为94-97%。
在位置C,排气管7的水平孔口8的靠下端边22向下与排气管7的垂直中心线24呈90°角,且背朝提升管反应器。孔口8的靠下端边22距靠上端边20为1 9/16 英寸。固体负荷为每立方英尺空气0.1-0.55磅催化剂且提升管出口流速为20英尺/秒时,分离器效率为92-97%;出口流速为29英尺/秒时,分离器效率为95-98%;出口流速为37英尺/秒时,分离器效率为97-100%;出口流速为45英尺/秒时,分离器效率为95-98%。
孔口在排气管上的最有效的位置是位置A和C。这些实例亦说明,随固体负荷及出口流速的增加,分离器的效率也提高了。
通过上述详细说明,本发明的多种变换形式对本领域普通技术人员都是显而易见的。所有这些显而易见的改进形式均在整个权利要求书范围之内。
Claims (22)
1、一种用于分离气-固混合相物料流的设备,该设备包括:
(a)一个朝上的气-固进口管;
(b)一个分离器壳体;
(c)一个在分离器壳体顶部用于使气-固混合相物料流折向的构件;
(d)一个固体颗粒排出管;
(e)一个水平装配的排气管;及
(f)在该排气管上一水平位置的孔口。
2、根据权利要求1的设备,其中朝上的气-固进口管装在分离器壳体内的中心。
3、根据权利要求2的设备,其中折流构件装在位于中心的气-固进口管正上方的分离器壳体的顶壁上,且还包括分离器壳体内的两个半圆形分离区。
4、根据权利要求3的设备,还包括从每一半圆形分离区向下延伸的固体颗粒排出管。
5、根据权利要求4的设备,其中向下的固体颗粒排出管的外壁是所述半圆筒形分离器壳体外壁的连续延伸。
6、根据权利要求5的设备,其中向下的固体颗粒排出管向下并相互平行地延伸向催化剂颗粒的收集床。
7、根据权利要求5的设备,其中向下的固体颗粒排出管向下延伸向催化剂颗粒的收集床并相互侧斜成角。
8、根据权利要求5的设备,其中每一半圆形分离区内包括一水平安放的排气管。
9、根据权利要求8的设备,还包括分离器内一水平底座且其中排气管与半圆形分离区的弧形壁面平行,并与该水平底座平行。
10、根据权利要求9的设备,其中排气管上水平位置的孔口向内朝向折流构件,且该孔口靠下端边与排气管垂直中心线成30°-135°的角,该孔口靠上端边与排气管垂直中心线成-30°至75°的角。
11、根据权利要求10的设备,其中孔口靠下端边与排气管垂直中心线成30°-90°角,该孔口靠上端边与排气管垂直中心线成0°-30°角。
12、根据权利要求11的设备,其中孔口靠下端边与排气管垂直中心线成约90°角,该孔口靠上端边与排气管垂直中心线成约30°角。
13、根据权利要求9的设备,其中排气管上水平位置的孔口向外远离折流构件,且该孔口靠下端边与排气管垂直中心线成30°-135°角,该孔口靠上端边与排气管垂直中心线成-30°至75°角。
14、根据权利要求13的设备,其中孔口靠下端边与排气管垂直中心线成30°-90°角,该孔口靠上端边与排气管垂直中心线成0°-30°角。
15、一种将流化裂化催化剂固体颗粒与烃蒸气分离的方法,包括:
(a)将来自提升管反应器的流化裂化催化剂固体颗粒和烃蒸气的混合物送入分离器;
(b)使该混合物在分离器内折向两个半圆形分离区中的一个;
(c)在两个半圆形分离区内,用惯力将流化裂化催化剂固体颗粒与烃蒸气分离;
(d)通过每一半圆形分离区内水平安放的排气管,将烃产物蒸气排出半圆形分离区;以及
(e)从分离器分出流化裂化催化剂。
16、根据权利要求15的方法,其中水平安放的排气管上有水平位置的孔口,该孔口朝向提升管反应器,且孔口靠下端边与排气管垂直中心线成30°-135°角,孔口靠上端边与排气管垂直中心线成-30°到75°角。
17、根据权利要求16的方法,其中孔口靠下端边与排气管垂直中心线成30°-90°角,孔口靠上端边与排气管垂直中心线成0°-30°角。
18、根据权利要求15的方法,其中水平安放的排气管上有水平位置的孔口,该孔口背向提升管反应器,且孔口靠下端边与排气管垂直中心线成30°-135°角,孔口靠上端边与排气管垂直中心线成-30°到75°角。
19、根据权利要求18的方法,其中孔口靠下端边与排气管垂直中心线成30°-90°角,孔口靠上端边与排气管垂直中心线成0°-30°角。
20、根据权利要求15的方法,其中烃蒸气在分离器内的停留时间约为0.1-0.2秒。
21、根据权利要求15的方法,其中分离方法的效率为90%-98%。
22、根据权利要求21的方法,其中分离方法的效率为95%-99%。
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