CN107429168B - 使再生器烟道气料流中碎催化剂最少化的方法 - Google Patents
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Abstract
使来自催化剂再生器的烟道气中的碎催化剂的量最小化的方法。将裂解油注入反应区，优选从进料流入口的下游注入。碎催化剂将与烃流出物料流一起传送并可以用过滤器或其它类似装置除去。可以例如基于来自催化剂再生器的烟道气的不透度或基于注入反应区中的催化剂的量来控制裂解油的量。
Description
优先权声明
本申请要求2015年4月22日提交的美国申请14/693644的优先权，其全部内容通过引用并入本文。
技术领域
本发明一般涉及用于升级烃料流以制备燃料的方法，更具体地涉及用于催化裂解烃料流的方法。
背景技术
流化催化裂化(FCC)是将相对高沸点烃转化为在燃料油或汽油范围内的较低沸点烃的公知方法。这些方法在本领域中通常被称为“升级”方法。为了进行FCC方法，通常提供具有一个或多个反应区的FCC单元，烃料流在一个或多个反应区中与颗粒状裂化催化剂接触。在适于将较高沸点烃转化为较低沸点烃的条件下，颗粒状裂化催化剂保持在流化状态。将催化剂颗粒和裂化烃流出物分离，并将催化剂颗粒送至再生器以除去焦炭以提供再生催化剂。再生催化剂可以与新鲜进料一起在反应区中使用，该过程重复。
随着时间的过去，催化剂颗粒可开始破裂并产生碎催化剂。碎催化剂从FCC再生器烟道损失到环境中或下游装置如涡轮膨胀机是众所周知的问题。随着对颗粒物排放的严格限制并在烟道气中添加电力回收装置，许多FCC运营商被迫使用昂贵的装置如第三级分离器、洗涤器和静电除尘器，以除去碎催化剂。
因此，期望提供一种或多种可以有效和有效率地除去碎催化剂的方法。
还希望这种方法使再生器烟道气中的碎粒最少化，而不需要使用昂贵的装置。
发明内容
已经发明了通过在反应区中使用裂解油来减少来自催化剂再生器的烟道气中碎催化剂的量的一种或多种方法。
在本发明的第一方面，本发明可以广泛地表征为提供一种通过将烃料流注入反应区来减少再生器烟道气中碎催化剂的量的方法，反应区包括流化催化剂料流并构造成裂解烃并形成流出物料流；将生物质衍生裂解油料流注入反应区；在分离区中将流出物料流与流化催化剂分离以提供烃流出物料流和催化剂料流，烃流出物料流包含碎催化剂。
在本发明的一个或多个实施方案中，该方法包括将来自流化催化剂料流的催化剂再生以提供再生催化剂，并将再生催化剂引入反应区。
在本发明的至少一个实施方案中，生物质衍生裂解油料流入口在烃料流入口的下游。
在本发明的一些实施方案中，该方法包括从烃流出物料流中除去碎催化剂。
在本发明的各种实施方案中，生物质衍生裂解油料流包含30至55重量％的氧。
在本发明的一个或多个实施方案中，注入反应区的生物质衍生裂解油的量基于注入反应区的催化剂的量。
在本发明的各种实施方案中，所注入生物质衍生裂解油碳与所注入催化剂的比包括最少0.001kg裂解油碳/kg催化剂，并通过(A×B)/C计算，其中A表示总液体进料的裂解油重量分数，其中B表示裂解油的非氧重量分数，其中C表示催化剂与烃油的质量比。
在本发明的至少一个实施方案中，与不注入生物质衍生裂解油时催化剂料流中碎催化剂的量相比，催化剂料流中碎催化剂的量减少。
在本发明的第二方面，本发明可以广泛地表征为提供一种通过以下方式来减少再生器烟道气中碎催化剂的量的方法：将烃料流注入反应区，反应区包含其中注入的流化催化剂料流并构造成裂解烃并形成流出物料流；将裂解油料流注入反应区；控制注入反应区的裂解油的量，以减少烟道气料流中的碎催化剂；以及在分离区中将流化催化剂与流出物料流分离以提供烃流出物料流和催化剂料流。
在本发明的一个或多个实施方案中，裂解油入口设置在烃料流入口的下游。考虑该方法还包括确定烟道气料流的不透度并基于烟道气的不透度来控制注入反应区中的裂解油的量。
在本发明的一些实施方案中，裂解油包含30至55重量％的氧。
在本发明的各种实施方案中，所注入裂解油碳与所注入催化剂的比包括至少0.001kg裂解油碳/kg催化剂，并通过(A×B)/C计算，其中A表示总液体进料的裂解油重量分数，其中B表示裂解油的非氧重量分数，其中C表示催化剂与烃油的质量比。
在本发明的一个或多个实施方案中，该方法包括从至少一部分烃流出物料流中除去碎催化剂。考虑在过滤区中从至少一部分烃流出物料流中除去碎催化剂。
在本发明的一些实施方案中，基于注入反应区的催化剂的量来控制注入反应区的裂解油的量。
在本发明的各种实施方案中，该方法包括将催化剂料流送至具有至少一个再生容器并且构造成从催化剂中除去焦炭并提供再生催化剂的再生区。考虑该方法还包括将再生催化剂送至反应区。还考虑再生区还提供烟道气料流。进一步考虑，基于烟道气的不透度来控制注入反应区中的裂解油的量。
可以以任何方式组合的本发明的其他方面、实施方案和细节在本发明的以下详细描述中阐述。
附图说明
下面将结合以下附图描述本发明的一个或多个示例性实施方案，其中：
图1示出了可以在本发明的一个或多个实施方案中使用的燃料处理装置的示意图；和
图2示出了说明本发明的一个或多个实施方案的原理的图。
发明详述
如上所述，本发明提供了一种或多种方法，以减少在用于升级烃料流的燃料处理中来自再生器的烟道气中的碎催化剂的量。如本文所述，“升级”是指较高沸点烃转化成较低沸点烃。升级方法通常使得烃料流适合用作运输燃料。在本发明的方法中，将裂解油注入反应区中以使在烟道气中排放到大气中的碎催化剂的量最小化。
虽然不希望受任何特定理论的约束，但认为裂解油中的酚类和较重分子会粘附在碎催化剂上。当将流出物和催化剂颗粒分离时，与和催化剂颗粒分离相反，碎催化剂(通常理解小于40微米粒径)(和重裂解油分子)将与烃流出物一起传送。这应导致送至再生器的碎催化剂较少，来自再生器的烟道气中的催化剂颗粒较少。
考虑到这些一般原则，将会理解以下本发明的一个或多个实施方案的描述并不旨在限制。
如图1所示，现在参考示例性燃料处理装置10来解决用于使碎催化剂最少化的方法的示例性实施方案，其包括接收烃料流20的流化催化裂化(FCC)单元14。本文所述的“烃料流”是指基于石油的烃源。烃料流20经由入口38被引入反应区28中，如下面进一步详细描述的。烃料流20可以包括新鲜的烃料流，或者可以包括来自其它精制操作的精制烃料流。在一个实施方案中，烃料流20是真空瓦斯油(即沸点在343至552℃(649至1026°F)之间的烃)，其是在FCC单元中升级的普通烃料流20；然而其他料流可包括来自原油的重底部产物，重沥青原油，页岩油，焦油砂提取物，脱沥青残渣，来自煤液化的产物，常压和减压拔顶油及其混合物。应当理解，烃料流20可以从任何来源提供，并且本文所述的方法不限于从任何特定的来源提供烃料流20。
在本文考虑的示例性FCC单元14中，如图1所示，FCC单元14包括反应区28和烃进料管线34。烃进料管线34具有用于烃料流进入反应区28的入口38。在反应区28中，颗粒状裂化催化剂30与烃料流20接触以形成催化剂和烃的混合物46。
裂解油料流43的入口41设置在烃进料管线34的入口38的下游，优选使得裂解油靠近催化剂和烃的混合物46注入反应区28中。裂解油料流43中的裂解油优选通过快速裂解使生物质裂解来制备。快速裂解是一种方法，在该方法中，生物质如木材废料、农业废物、有意生长和收获能量的生物质等在不存在空气的情况下快速加热至450至600℃(842至1112°F)。在这些条件下，产生包括有机蒸气、水蒸气和裂解气体的裂解蒸气，以及碳(其包括灰分和可燃烃固体)。一部分裂解蒸气可以在冷凝系统中冷凝以产生裂解油料流。裂解油是具有氧含量的复合有机液体，并且包含各种烃和其它分子如酚和水。基于裂解油料流43的总重量，裂解油的氧含量可以为30至60重量％，例如40至55重量％。具有较高重量百分数的氧的裂解油包含较高量的水和较低量的酚类化合物。在本发明的各种实施方案中，裂解油的氧含量优选在35至55重量％之间或35至48重量％之间，以便提供具有可接受的酚组成的裂解油。此外，优选的生物质可以包含高度木质的材料，例如木材(特别是针叶树)，因为认为这样的材料会提供具有高百分数的酚类化合物的裂解油。如上所述，认为裂解油中的重酚类化合物会粘附到碎催化剂上。
裂解油的量优选基于注入反应区的催化剂的量来控制或确定。在优选的实施方案中，所注入裂解油碳与所注入催化剂的比包括至少(即±5％)0.001kg裂解油碳/kg催化剂，其通过(A×B)/C计算，其中A代表总液体进料的裂解油重量分数，其中B表示裂解油的非氧重量分数，其中C表示催化剂与烃油的质量比。在本发明的一些实施方案中，裂解油的最大量可以是总液体进料的重量分数的20％，或总液体进料的重量分数的5％。该最大量可以使反应器、分离器、汽提器或其他装置的结垢最小化。然而，在各种实施方案中，裂解油的量可以大于总液体进料的重量分数的20％。
回到图1，在反应区28中，烃在颗粒状裂化催化剂30的存在下催化裂化。在一个优选的实施方案中，FCC单元14的反应区28被包括在竖直导管或提升管24中。烃料流20和催化剂颗粒30的混合物46的催化裂化产生流出物59，其包含焦化颗粒状裂化催化剂76和气态组分60。气态组分60包含来自反应区28中的反应的产物，例如裂化的烃，并且如本领域已知的那样，裂化的烃可以被冷凝以获得具有一系列沸点的升级燃料产物。升级燃料产物的实例包括但不限于丙烷，丁烷，石脑油，轻循环油和重燃料油。根据考虑方法的一个实施方案，分离焦化颗粒状裂化催化剂76和气态组分60。
在该实施方案中，并且如图1所示，FCC单元14还包括与反应区28流体连通的分离器容器62。分离器容器62有助于将流出物59分离成焦化颗粒状裂化催化剂76和气态组分60。分离器容器62可以包括固体-蒸气分离装置64，其通常位于分离器容器62的内部和顶部。流出物59的气态组分60与焦化颗粒状裂化催化剂76在分离器容器62中分离，并且气态组分60可以经由产物管线66从分离器容器62排出。如上所述，碎催化剂被认为位于气态组分60内。因此，本发明考虑将气态组分送至具有过滤器或可以从气态料流60中除去碎催化剂的其它类似介质的过滤区100。从过滤区100，包含来自气态组分60的烃的纯化烃料流102可以如本领域已知的那样进一步处理。考虑过滤区100设置在分离塔(未示出)之后，其中过滤区100从分离塔的液体底部料流中除去碎催化剂。在这种构造中，纯化烃料流102包含淤浆油料流或倾析油料流。
回到图1，焦化颗粒状裂化催化剂76可以向下送至位于分离器容器62下部的汽提器68。汽提器68有助于在进一步的催化剂再生之前从焦化颗粒状裂化催化剂76中除去沉积的化合物。在一个实施方案中，FCC单元14还包括催化剂再生器70，其与分离器容器62流体连通并且还与反应区28流体连通。与气态组分60分离的焦化颗粒状裂化催化剂76从汽提器68引入到催化剂再生器70中，并且通过使焦化颗粒状裂化催化剂76与含氧再生气体接触，从催化剂再生器70中的焦化颗粒状裂化催化剂76中除去沉积的化合物。在一个实施方案中，焦化颗粒状裂化催化剂76通过连接在催化剂再生器70与汽提器68之间的第一输送管线72转移到催化剂再生器70中。此外，催化剂再生器70与反应区28流体连通，将再生的颗粒状催化剂30送至反应区28。在如图所示的FCC单元14中，颗粒状裂化催化剂30从反应区28连续循环到催化剂再生器70，然后再循环到反应区28，例如通过第二输送管线74。
从催化剂再生器70除去的烟道气104将具有较少量的碎催化剂。因此，考虑可以监测烟道气104的不透度，例如用不透度灰尘密度监测器106或其他此类装置。基于烟道气104的不透度，可以确定要注入反应区的裂解油的量。更具体地，如果烟道气104中的碎催化剂被认为太高，则可以增加注入反应区28中的裂解油的量。该方法可以通过使用控制系统(未示出)自动化，或者可以是手动的。
在附图2中，示出了将裂解油添加到FCC单元中降低了再生器烟道气的不透度。35.5小时过去后，1.5加仑每分钟裂解油加入到FCC中。这导致烟道气不透度在1.5小时内下降到零。随着裂解油添加量的增加，不透度保持在零。50小时过去后，烟道气的不透度以比其下降的速率更慢的速率再次升至略高于零。在35.5和50小时之间，裂解油的碳含量从54重量％降至39重量％。FCC石油装料速率为794kg/min(1750lbs/min)，裂解油装料速率在50小时过去后在9kg/min(20lbs/min)下。催化剂与烃油比为4.8。裂解油含量为39重量％。在50小时过去后碎粒与再生器烟道气的突破点，裂解油碳与催化剂的比为(20/1750×39)/4.8＝.00092，刚好低于作为最小值建立的比0.001。
如将理解的，通过在FCC中利用裂解油，可以减少催化剂再生区的烟道气中的碎催化剂的量。因此，可以降低烟道气的颗粒物排放以达到政府或监管标准。
本领域普通技术人员应当领会和理解，附图中未示出各种其它部件如阀，泵，过滤器，冷却器等，因为它们相信其细节在本领域普通技术人员的知识内并且其描述对于实践或低估本发明实施方案是不必要的。
具体实施方式
虽然结合具体实施方案描述了以下内容，但是将理解，该描述旨在说明而不是限制前述说明书和所附权利要求书的范围。
本发明的第一实施方案是减少再生器烟道气中的碎催化剂的量的方法，该方法包括将烃料流注入反应区，反应区包括流化催化剂料流并构造成裂解烃并形成流出物料流；将生物质衍生裂解油料流注入反应区；在分离区中将流出物料流与流化催化剂分离以提供烃流出物料流和催化剂料流，烃流出物料流包含碎催化剂。本发明的一个实施方案为从该段中第一实施方案开始的该段中先前实施方案中的一个、任何或所有，还包括使来自流化催化剂料流的催化剂再生以提供再生催化剂；并将再生催化剂引入反应区。本发明的一个实施方案为从该段中第一实施方案开始的该段中先前实施方案中的一个、任何或所有，其中生物质衍生裂解油料流入口在烃料流入口的下游。本发明的一个实施方案为从该段中第一实施方案开始的该段中先前实施方案中的一个、任何或所有，还包括从烃流出物料流中除去碎催化剂。本发明的一个实施方案为从该段中第一实施方案开始的该段中先前实施方案中的一个、任何或所有，其中生物质衍生裂解油料流包含30至55重量％的氧。本发明的一个实施方案为从该段中第一实施方案开始的该段中先前实施方案中的一个、任何或所有，其中注入反应区中的生物质衍生裂解油的量基于注入反应中的催化剂的量。本发明的一个实施方案为从该段中第一实施方案开始的该段中先前实施方案中的一个、任何或所有，其中所注入生物质衍生裂解油碳与所注入催化剂的比包括至少0.001kg裂解油碳/kg催化剂，并通过(A×B)/C计算，其中A表示总液体进料的裂解油重量分数，并且其中B表示裂解油的非氧重量分数，并且其中C表示催化剂与烃油的质量比。本发明的一个实施方案为从该段中第一实施方案开始的该段中先前实施方案中的一个、任何或所有，其中与没有注入生物质衍生裂解油时的催化剂料流中的碎催化剂的量相比，催化剂料流中的碎催化剂的量减少。
本发明的第二实施方案是减少再生器烟道气中的碎催化剂的量的方法，该方法包括将烃料流注入反应区，反应区包括注入其中的流化催化剂料流并构造成裂解烃并形成流出物料流；将裂解油料流注入反应区；控制注入反应区的裂解油的量，以减少烟道气料流中的碎催化剂；以及在分离区中将流出物料流与流化催化剂分离以提供烃流出物料流和催化剂料流。本发明的一个实施方案为从该段中第二实施方案开始的该段中先前实施方案中的一个、任何或所有，其中裂解油料流入口设置在烃料流入口的下游。本发明的一个实施方案为从该段中第二实施方案开始的该段中先前实施方案中的一个、任何或所有，进一步包括确定烟道气料流的不透度并基于烟道气的不透度控制注入反应区的裂解油的量。本发明的一个实施方案为从该段中第二实施方案开始的该段中先前实施方案中的一个、任何或所有，其中裂解油包含30至55重量％的氧。本发明的一个实施方案为从该段中第二实施方案开始的该段中先前实施方案中的一个、任何或所有，其中所注入裂解油碳与所注入催化剂的比包括最低0.001kg裂解油碳/kg催化剂，并且由(A×B)/C计算，其中A表示总液体进料的裂解油重量分数，其中B表示裂解油的非氧重量分数，其中C表示催化剂与烃油的质量比。本发明的一个实施方案为从该段中第二实施方案开始的该段中先前实施方案中的一个、任何或所有，进一步包括从至少一部分烃流出物料流中除去碎催化剂。本发明的一个实施方案为从该段中第二实施方案开始的该段中先前实施方案中的一个、任何或所有，其中在过滤区中从至少一部分烃流出物料流中除去碎催化剂。本发明的一个实施方案为从该段中第二实施方案开始的该段中先前实施方案中的一个、任何或所有，其中基于注入反应区中的催化剂的量来控制注入反应区中的裂解油的量。本发明的一个实施方案为从该段中第二实施方案开始的该段中先前实施方案中的一个、任何或所有，进一步包括将来自流化催化剂料流的催化剂送至具有至少一个再生容器并构造成从催化剂中除去焦炭以提供再生催化剂的再生区。本发明的一个实施方案为从该段中第二实施方案开始的该段中先前实施方案中的一个、任何或所有，进一步包括将再生催化剂送至反应区。本发明的一个实施方案为从该段中第二实施方案开始的该段中先前实施方案中的一个、任何或所有，其中再生区还提供烟道气料流。本发明的一个实施方案为从该段中第二实施方案开始的该段中先前实施方案中的一个、任何或所有，其中基于烟道气的不透度来控制注入反应区中的裂解油的量。
没有进一步的阐述，相信使用本领域技术人员可以在不脱离本发明的精神和范围的情况下最大限度地利用本发明并容易地确定本发明的基本特征的前述描述来进行各种改变以及对本发明的修改并使其适应各种用途和条件。因此，前述优选的具体实施方案被解释为仅仅是示例性的，而不是以任何方式限制本公开的其余部分，并且旨在覆盖包括在所附权利要求的范围内的各种修改和等同布置。
在上文中，所有温度都以摄氏度表示，并且除非另有说明，所有份数和百分数均以重量计。
Claims (8)
1.减少再生器烟道气中的碎催化剂的量的方法，该方法包括：
将烃料流(20)注入反应区(28)中，反应区(28)包括注入其中的流化催化剂(38)料流并构造成裂解烃并形成流出物料流(59)；
将裂解油(43)料流注入反应区(28)中，其中裂解油(43)包含30至55重量％的氧；
基于烟道气(104)的不透度控制注入反应区(28)中的裂解油(43)的量，以减少烟道气(104)料流中的碎催化剂；和，
在分离区(62)中将流出物料流(59)与流化催化剂(38)分离以提供烃流出物料流(60)和催化剂料流(76)。
2.根据权利要求1的方法，其中裂解油(43)料流的入口(41)设置在烃料流(20)的入口的下游。
3.根据权利要求1或2的方法，其中所注入裂解油碳与所注入催化剂的比包括最少0.001kg裂解油碳/kg催化剂，并通过(A×B)/C计算，其中A表示总液体进料的裂解油重量分数，其中B表示裂解油的非氧重量分数，其中C表示催化剂与烃油的质量比。
4.根据权利要求1或2的方法，还包括：
从至少一部分(60)烃流出物料流中除去碎催化剂。
5.根据权利要求4的方法，其中在过滤区100中从至少一部分烃流出物料流中除去碎催化剂。
6.根据权利要求1或2的方法，其中基于注入反应区(28)中的催化剂的量来控制注入反应区(28)中的裂解油(43)的量。
7.根据权利要求1或2的方法，还包括：
将催化剂料流(76)送至具有至少一个再生容器(70)并构造成从催化剂中除去焦炭并提供再生催化剂(30)的再生区。
8.根据权利要求7的方法，其中再生区还提供烟道气(104)料流，并且其中基于烟道气(104)的不透度来控制注入反应区(28)中的裂解油(43)的量。
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