CN107337574A - 一种轻烃裂解制烯烃的催化转化方法 - Google Patents

一种轻烃裂解制烯烃的催化转化方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于石油烃类催化转化技术领域，特别涉及一种轻烃裂解制烯烃的催化转化方法，该方法设置一个反应系统和一个催化剂再生器；反应器(1)由预接触区(15)、主反应区(16)、反应产物输送管(17)组成；主反应区(16)的温度高于预接触区(15)；主反应区(16)的反应温度由来自再生器的催化剂量控制；反应原料先在预接触区(15)与催化剂接触实现原料与催化剂活性材料的预接触，然后在主反应区(16)进行催化裂解反应。本发明采用低温预气化和高温裂解组合反应条件，优化反应器的温度分布，实现了轻烃气相裂解反应，可以提高产品选择性；实现了反应后的催化剂和来自再生器的催化剂的组合利用，实现反应原料与适度含碳催化剂的接触与气化，提高目的产品的选择性。

Description

一种轻烃裂解制烯烃的催化转化方法
技术领域
本发明属于石油烃类催化转化技术领域，特别涉及一种轻烃裂解制烯烃的催化转化方法,该方法能提高低碳烯烃尤其是丙烯产率。
背景技术
丙烯、乙烯是最重要的石油化工原料之一。乙烯主要来源于蒸汽裂解，70％的丙烯来源于蒸汽裂解，另外30％的丙烯由催化裂化工艺过程提供。与蒸汽裂解相比，催化裂解可以借助催化剂的作用降低反应温度，简化烯烃急冷分离，提高丙烯比例，是有价值的烯烃生产技术方案。
催化裂解制取低碳烯烃是蒸汽裂解以外的制取低碳烯烃的技术途径。
本发明采用循环循环流化床或气固输送流态化条件进行石脑油催化裂解生产烯烃。
轻烃如石脑油催化裂解远不向蒸汽裂解那样成熟，甚至还罕见可以工业化的技术应用。目前催化裂解技术开发关注点在催化剂开发，相应的反应工程技术尚未引起重视。
发明内容
本发明的目的在于提供一种轻烃流化裂解制烯烃的催化转化方法，通过催化剂的分配和反应器形式，实现低温预接触和高温裂解组合反应条件，优化反应器的温度分布和催化剂环境，实现了轻烃气相裂解反应，可以提高产品选择性；实现了反应后的催化剂和来自再生器的催化剂的组合利用，实现反应原料与适度含碳催化剂的接触与气化，提高目的产品的选择性。
本发明技术方案如下：
一种轻烃裂解制烯烃的催化转化方法，设置一个反应系统和一个催化剂再生器；
所述反应系统包括反应器、沉降器和汽提器；反应器自下而上依次由预接触区(即轻烃原料和催化剂预接触区，在预接触区，液态进料先气化并与低含炭催化剂形成催化剂环境，然后再与再生剂接触升温，气态进料则无需气化)、主反应区、反应产物输送管组成；
液态或气态的轻烃原料从预接触区进入反应器,来自再生器的催化剂进入反应区，向反应器提供热量；主反应区采用气固循环流化床或气固输送流化床条件；从汽提器引出部分待生剂或者从反应器引出部分反应后的催化剂，返回预接触区或者在来自再生器的催化剂下方返回主反应区；主反应区的温度高于预接触区；主反应区的反应温度由来自再生器的催化剂量控制；
反应原料先在预接触区与催化剂接触实现原料与催化剂活性材料的预接触气化，然后在主反应区进行催化裂解反应；反应原料为液态时，在预接触区实现气化；轻烃反应产物与催化剂一起经反应产物输送管进入沉降器，在沉降器内完成气固分离后流出沉降器；气固分离器分离出的催化剂进入汽提器，被蒸汽汽提后进入再生器进行待生剂再生；
反应器1与沉降器和汽提器同轴设置或反应器设置在沉降器和汽提器的外部；当反应器设置在沉降器和汽提器外部时，沉降器和汽提器独立设置或者设置在再生器的再生区上部。
本发明中：
反应器需要的热量由来自再生器的催化剂在主反应区提供；反应器主反应区为最高温度区，下方的预接触区为低温区；
经汽提的催化剂称为“待生剂”，未经汽提的催化剂称为“反应后的催化剂”；本发明反应原料进入预接触区与催化剂接触，再进入主反应区进行催化裂化反应；从汽提器或反应器引出部分待生剂或反应后的催化剂返回主反应区或预接触区；反应后的催化剂或待生剂返回主反应区时，优先使反应后的催化剂或待生剂在来自在再生器的催化剂下方返回主反应区；
反应器采用输送流化床或循环流化床反应器；所述输送流化床和循环流化床是气固流态化专业的技术名称，有明确的定义；
所述轻烃原料包括石脑油组分、催化轻汽油组分、焦化汽油组分、C4组分及其他沸点低于200℃的含有烯烃或烷烃的烃类组分；
当产品以丙烯为目的时，主反应区的反应温度按540℃～600℃控制；当产品按多产丙烯和乙烯为目的时，主反应区的反应温度按640℃～690℃控制；
当反应器与沉降器和汽提器同轴设置时，反应系统中沉降器和汽提器设置在反应器主反应区上方；当反应器设置在沉降器和汽提器外部时，沉降器和汽提器可以独立设置，也可以设置在再生器再生区上部；当沉降器和汽提器设置在再生器上方即同轴布置时，从反应器引出部分催化剂返回主反应区或预接触区，实现催化剂在反应器循环；
来自再生器的催化剂从再生斜管(再生催化剂斜管或立管)直接进入主反应区，催化剂流量由滑阀控制；主反应区的反应温度由来自再生器的催化剂量控制，增加该催化剂量提高反应温度；从汽提器或反应器本身引出部分催化剂返回反应器，通过反应后的催化剂或待生剂的返回量调节控制反应器主反应区的空速，增加该催化剂流量降低空速；反应产物在沉降器内实现气固分离后流出沉降器，分离出的待生剂经过汽提后进入再生器再生，然后从再生器进入反应器的主反应区；
在轻烃反应器出口直接设置气固分离器，在催化裂化反应区完成反应后反应产物和催化剂快速进行气固分离，实现在流化床或循环流化床内完成催化裂化反应后的反应快速终止。
上述的轻烃裂解制烯烃的催化转化方法，进一步地，预接触区独立设置在主反应区下方或设置在主反应区内并位于来自再生器的催化剂入口下方；从沉降器待生剂汽提区或反应器引出部分反应后的催化剂或待生剂返回轻烃反应器的主反应区或返回反应器的预接触区；当轻烃以气态形式进入反应器并且主反应区为循环流化床条件时，反应后的催化剂或待生剂从来自再生器的催化剂入口下方进入主反应区。
上述的轻烃裂解制烯烃的催化转化方法，进一步地，当轻烃为液态时，反应后的催化剂或待生剂先返回预接触区，使轻烃实现气化，同时轻烃气体输送催化剂进入主反应区进行催化裂解反应。
上述的轻烃裂解制烯烃的催化转化方法，进一步地，将二次原料在主反应区出口或在反应产物输送管进入反应器1，利用主反应区催化剂和反应产物的热量，和催化剂接触实现该部分物流的反应，同时降低主反应区反应产物物流的温度，降低反应产物的后反应程度；所述二次原料为液态轻烃或轻烃反应产物在分馏塔分出C5以上的组分(即轻烃裂解产物的重组分)。
上述的轻烃裂解制烯烃的催化转化方法，进一步地，所述的再生器，将催化剂再生需要的空气与再生烟气进行换热，提高空气的温度。
上述的轻烃裂解制烯烃的催化转化方法，进一步地，将所述的轻烃反应产物与液态轻烃原料进行换热，实现液态轻烃的气化后再进入反应器。本发明中，设置反应产物和液体轻烃原料加热气化器，利用轻烃反应器的反应产物的热量实现液态轻烃反应原料的气化。
上述的轻烃裂解制烯烃的催化转化方法，进一步地，所述主反应区和预接触区之间设置分布板或分布管，进入反应器的轻烃原料为液态时，来自预接触区的反应原料气化后经过分布板进入主反应区；进入反应器的轻烃原料为气态时，原料气经过分布板或分布管进入主反应区。本发明中，轻烃原料以液态进入预接触区时，轻烃原料在预接触区气化，同时输送催化剂通过分布板进入主反应区；轻烃原料以气态进入预接触区时，通过分布板或分布管进入主反应区。
上述的轻烃裂解制烯烃的催化转化方法，进一步地，当催化剂进入预接触区时，进入的催化剂为反应后的催化剂或待生剂，或来自再生器的催化剂，或待生剂与来自再生器的催化剂的混合。优先采用反应后的催化剂或待生剂进入预接触区和反应原料接触。
本发明的效果在于：
1.本发明反应器采用低温预气化和高温裂解组合反应条件，优化了反应器的温度分布，实现了轻烃气相裂解反应，可以提高产品选择性；
2.本发明实现了反应后的催化剂和来自再生器的催化剂的组合利用，使含碳的反应后的催化剂先与反应原料接触，实现反应原料与适度含碳催化剂的接触与气化，提高目的产品的选择性。
附图说明：
图1为本发明轻烃裂解制烯烃的催化转化方法实施方式一示意图；
图2为本发明轻烃裂解制烯烃的催化转化方法实施方式二示意图；
图3为本发明轻烃裂解制烯烃的催化转化方法实施方式三示意图；
图4为本发明轻烃裂解制烯烃的催化转化方法实施方式四示意图。
图中编号标记内容如下：
1反应器，11来自再生器的催化剂入口，12反应器待生剂入口管，13轻烃入口管，14液体轻烃,14-1气体轻烃，15预亲和区,16主反应区，17反应产物输送管，18分布板，19预接触区反应后的催化剂入口管，19-1反应器待生剂出口管；19A反应后的催化剂，2沉降器，21气固旋风分离器，22反应油气出口管，23轻烃反应产物，24换热冷却后的反应产物；3汽提器，31待生剂去再生器待生立管，31A待生剂，32待生剂去主反应区出口管，32A待生剂，4再生器，41再生器待生剂入口管，42再生剂去反应器出口管，42A来自再生器的催化剂；5轻烃加热气化器，51液态轻烃，52加热后的气态轻烃，53二次原料；6空气-再生烟气换热器；AR空气，AR-1加热后的空气；GAS，干气；VA再生烟气，VA-1冷却后的烟气；LS蒸汽；W催化剂藏量；T温度；C控制；TC温度控制；WC催化剂藏量控制。
具体实施方式：
以下以具体实施例来说明本发明的技术方案，但本发明的保护范围不限于此。
具体实施过程如下：
实施方式一：
如图1所示，设置一个反应系统和一个催化剂再生器；
所述反应系统包括反应器1、沉降器2和汽提器3；反应器1自下而上依次由预接触区15、主反应区16、反应产物输送管17组成；反应器1设置在沉降器2和汽提器3外部，沉降器2和汽提3独立设置；
液态轻烃原料14经轻烃入口管13从预接触区15进入反应器1，来自再生器的催化剂42A进入主反应区16，向反应器1提供热量；主反应区16采用气固输送流化床条件；从汽提器3经待生剂去主反应区出口管32引出部分待生剂32A，返回预接触区15，主反应区16的温度高于预接触区15；主反应区16的反应温度由来自再生器的催化剂42A的量控制；
反应原料即液态轻烃14先在预接触区15实现原料与催化剂活性材料待生剂32A的预接触和气化，并向上流动进入主反应区16，来自再生器的催化剂42A从主反应区16的来自再生器的催化剂入口11进入反应器1，向反应器提供热量，然后在主反应区16进行催化裂解反应；反应油气即轻烃反应产物23与催化剂一起经反应产物输送管17进入沉降器2，在沉降器2内经气固旋风分离器21分离出夹带的催化剂，完成气固分离后，从反应油气出口管22流出沉降器2；分离出的催化剂进入汽提器3，被蒸汽汽提后进入再生器4进行待生剂再生。
实施方式二：
如图2所示，设置一个反应系统和一个催化剂再生器；
所述反应系统包括反应器1、沉降器2和汽提器3；反应器1自下而上依次由预接触区15、主反应区16、反应产物输送管17组成；反应器1设置在沉降器2和汽提器3外部，沉降器2和汽提3独立设置；
气态轻烃原料14-1经轻烃入口管13从预接触区15进入反应器1，来自再生器的催化剂42A进入主反应区16，向反应器1提供热量；主反应区16采用气固循环流化床条件；从汽提器3经待生剂去主反应区出口管32引出部分待生剂32A，返回预接触区15，主反应区16的温度高于预接触区15；主反应区16的反应温度由来自再生器的催化剂42A的量控制；
反应原料气态轻烃14-1先在预接触区15实现原料与催化剂活性材料待生剂32A的预接触，并向上流动，在分布板18的作用下均匀分配进入主反应区16，来自再生器的催化剂42A从主反应区16的来自再生器的催化剂入口11进入反应器1，向反应器提供热量，然后在主反应区16进行催化裂解反应；轻烃反应产物23与催化剂一起经反应产物输送管17进入沉降器2，在沉降器2内经气固旋风分离器21分离出夹带的催化剂，完成气固分离后，从反应油气出口管22流出沉降器2；分离出的催化剂进入汽提器3，被蒸汽汽提后进入再生器4进行待生剂再生。
实施方式三：
如图3所示,设置一个反应系统和一个催化剂再生器；
所述反应系统包括反应器1、沉降器2和汽提器3；反应器1自下而上依次由预接触区15、主反应区16、反应产物输送管17组成；反应器1与沉降器2和汽提器3同轴设置，沉降器2和汽提器3设置在轻烃反应器1的上部；
液态轻烃原料14经轻烃入口管13从预接触区15进入反应器1，来自再生器的催化剂42A进入主反应区16，向反应器1提供热量；主反应区16采用气固循环流化床条件；从汽提器3经待生剂去主反应区出口管32引出部分待生剂32A，由反应器待生剂入口管12返回预接触区15，主反应区16的温度高于预接触区15；主反应区16的反应温度由来自再生器的催化剂42A的量控制；
反应原料液态轻烃14先在预接触区15实现原料与催化剂活性材料待生剂32A的预接触和气化，并向上流动，在分布板18的作用下均匀分配进入主反应区16，来自再生器的催化剂42A从主反应区16的来自再生器的催化剂入口11进入反应器1，向反应器提供热量，然后在主反应区16进行催化裂解反应；轻烃反应产物23与催化剂一起经反应产物输送管17进入沉降器2，在沉降器2内经气固旋风分离器21分离出夹带的催化剂，完成气固分离后，从反应油气出口管22流出沉降器2；分离出的催化剂进入汽提器3，被蒸汽汽提后进入再生器4进行待生剂再生。
实施方式四：
如图4所示，设置一个反应系统、一个催化剂再生器4、轻烃加热气化器5和空气-再生烟气换热器6；
所述反应系统包括反应器1、沉降器2和汽提器3；反应器1自下而上依次由预接触区15、主反应区16、反应产物输送管17组成；反应器1设置在沉降器2和汽提器3外部，沉降器2和汽提3与再生器4同轴设置；
将液态轻烃51与轻烃反应产物23在轻烃加热气化器5内进行换热，实现液态轻烃51的气化，得到的加热后的气态轻烃52经轻烃入口管13从预接触区15进入反应器1，来自再生器的催化剂42A进入主反应区16，向反应器1提供热量；主反应区16采用气固循环流化床条件；从主反应区16经反应器待生剂出口管19-1引出部分反应后的催化剂19A，从预接触区反应后的催化剂入口管19返回预接触区15，主反应区16的温度高于预接触区15；主反应区16的反应温度由来自再生器的催化剂42A的量控制；
加热后的气态轻烃52先在预接触区15实现原料与催化剂活性材料即反应后的催化剂19A的预接触，并向上流动进入主反应区16，来自再生器的催化剂42A从主反应区16的来自再生器的催化剂入口11进入反应器1，向反应器提供热量，然后在主反应区16进行催化裂解反应；反应油气即轻烃反应产物23与催化剂一起经反应产物输送管17进入沉降器2，在沉降器2内经气固旋风分离器21分离出夹带的催化剂，完成气固分离后，轻烃反应产物23从反应油气出口管22流出沉降器2，进入轻烃加热气化器5进行换热；分离出的催化剂进入汽提器3，被蒸汽汽提后进入再生器4进行待生剂再生；
在预接触区15和主反应区16间设置分布板18；在主反应区上部的反应产物输送管17底部引入新的二次原料53，利用反应区的热量和催化剂实现该部分物流的反应，同时降低主反应区反应物流的温度，降低反应产物的后反应程度；
设置空气-再生烟气换热器6，再生器催化剂再生需要的空气AR首先与再生烟气VA进行换热，提高空气的温度，加热后的空气AR-1进入再生器4参与再生。
实施例1：
本实施例使用的装置见图4，以产丙烯为目的。
反应器：采用循环流化床形式，反应原料为液态直馏轻烃，性质见表1。采用来自再生器的680℃再生剂进行反应，反应温度560℃，流化床反应区重时空速41/h，流化床内油气流速1.2m/s，停留时间3.5s，再生器再生温度680℃。
对比例：采用常规提升管轻烃催化裂化。实施例1与对比例的实施结果在表2中给出。
从表2可以看出，本发明与常规提升管工艺相比，转化率增加了2.66个百分点，低价值产品产率明显下降，高价值产品产率明显提高，其中干气产率下降了2.47个百分点，焦炭产率降低0.19个百分点，总烯烃产率增加3.69个百分点，丙烯产率增加了2.3个百分点,乙烯产率降低了0.73个百分点。可见，本发明大幅的增加了烯烃产率，干气和焦炭产率大幅下降。
表1直馏轻烃性质
项目 数据
密度g/cm3(20℃) 0.75
直链烷烃，w％ 16.67
异构烷烃，w％ 34.16
环烷烃，w％ 31.25
芳香烃，w％ 17.75
馏程，℃ 32～194
表2实施例与对比例实施结果

Claims (8)

1.一种轻烃裂解制烯烃的催化转化方法，设置一个反应系统和一个催化剂再生器；其特征在于：
所述反应系统包括反应器(1)、沉降器(2)和汽提器(3)；反应器(1)自下而上依次由预接触区(15)、主反应区(16)、反应产物输送管(17)组成；
液态或气态的轻烃原料从预接触区(15)进入反应器(1)，来自再生器的催化剂(42A)进入主反应区(16)，向反应器(1)提供热量；主反应区(16)采用气固循环流化床或气固输送流化床条件；从汽提器(3)引出部分待生剂(32A)或者从反应器(1)引出部分反应后的催化剂(19A)，返回预接触区(15)或者在来自再生器的催化剂(42A)下方返回主反应区(16)；主反应区(16)的温度高于预接触区(15)；主反应区(16)的反应温度由来自再生器的催化剂量控制；
反应原料先在预接触区(15)与催化剂接触实现原料与催化剂活性材料的预接触，然后在主反应区(16)进行催化裂解反应；反应原料为液态时，在预接触区实现气化；轻烃反应产物(23)与催化剂一起经反应产物输送管(17)进入沉降器(2)，在沉降器(2)内完成气固分离后流出沉降器(2)；气固分离器分离出的催化剂进入汽提器(3)，被蒸汽汽提后进入再生器(4)进行待生剂再生；
反应器(1)与沉降器(2)和汽提器(3)同轴设置或反应器(1)设置在沉降器(2)和汽提器(3)的外部；当反应器(1)设置在沉降器(2)和汽提器(3)外部时，沉降器(2)和汽提(3)独立设置或者设置在再生器(4)的再生区上部。
2.如权利要求1所述的轻烃裂解制烯烃的催化转化方法，其特征在于,预接触区(15)独立设置在主反应区(16)下方或设置在主反应区(16)内并位于来自再生器的催化剂入口(11)下方；当轻烃以气态形式进入反应器(1)并且主反应区(16)为循环流化床条件时，反应后的催化剂或待生剂从来自再生器的催化剂入口(11)下方进入主反应区(16)。
3.如权利要求1所述的轻烃裂解制烯烃的催化转化方法，其特征在于,当轻烃为液态时，反应后的催化剂(19A)或待生剂(32A)先返回预接触区(15)，使轻烃实现气化，同时轻烃气体输送催化剂进入主反应区(16)。
4.如权利要求1所述的轻烃裂解制烯烃的催化转化方法，其特征在于,将二次原料(53)在主反应区(16)出口或在反应产物输送管(17)进入反应器1，利用主反应区催化剂和反应产物的热量，和催化剂接触实现该部分物流的反应，同时降低主反应区反应产物物流的温度，降低反应产物的后反应程度；所述二次原料(53)为液态轻烃或轻烃反应产物(23)在分馏塔分出的C5以上的组分。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于,所述的再生器(4)，将催化剂再生需要的空气与再生烟气进行换热，提高空气的温度。
6.如权利要求1所述的轻烃裂解制烯烃的催化转化方法，其特征在于,将所述的轻烃反应产物(23)与液态轻烃原料进行换热，实现液态轻烃的气化后再进入反应器(1)。
7.如权利要求1所述的轻烃裂解制烯烃的催化转化方法，其特征在于,所述主反应区(16)和预接触区(15)之间设置分布板(18)或分布管，进入反应器(1)的轻烃原料为液态时，来自预接触区(15)的反应原料气化后经过分布板(18)进入主反应区(16)；进入反应器(1)的轻烃原料为气态时，原料气经过分布板(18)或分布管进入主反应区(16)。
8.如权利要求1所述的轻烃裂解制烯烃的催化转化方法，其特征在于,当催化剂进入预接触区(15)时，进入的催化剂为反应后的催化剂(19A)或待生剂(32A)，或来自再生器的催化剂(42A)，或待生剂(32A)与来自再生器的催化剂(42A)的混合。
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