CN107557070A - 一种降低催化裂化干气中氢气甲烷比的方法 - Google Patents
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Abstract
一种降低催化裂化干气中氢气甲烷比的方法,属于石油炼制的催化裂化技术领域。其特征在于:将待催化裂化原料、水和乳化剂先经预混合器混合再进入乳化设备乳化,待催化裂化原料、水和乳化剂的质量比为97.3~99.4:0.1~2:0.5~0.7,乳化后所得的乳化油直接进入催化装置进行催化反应;所述乳化设备中乳化条件为:在6000r/min~8000r/min的剪切搅拌的同时,保持乳化设备内压力1.4MPa~1.5MPa,温度125℃~130℃。本发明采用在此较高压力和温度下预处理催化裂化原料的方法,改善催化裂化进料的分散性和雾化程度,提高裂化深度,降低催化干气产率,在此较高压力和温度下通过预混合器和乳化设备将催化裂化原料形成稳定的乳化液,较大幅度的降低催化裂化干气中氢气与甲烷的比值。
Description
技术领域
一种降低催化裂化干气中氢气甲烷比的方法,属于石油炼制的催化裂化技术领域。
背景技术
催化裂化是氢自平衡体系,在催化裂化气体产物中,其中干气主要由氢气、甲烷、乙烯和乙烷等组成。长期以来,人们认为干气生成的原因在于烃类在催化裂化过程中发生了一系列催化裂化反应,产生氢气、甲烷、乙烯和乙烷等。
目前,通过文献调研发现,通常通过(1)改变喷嘴结构来实现原料油与催化剂的充分混合,减少FCC过程中的热裂化反应,降低干气的产率,通过在提升管反应器中增加多个喷嘴来改善原料油和催化剂的混合;(2)通过乳化催化裂化原料,然后进行催化反应也可以改善原料油的雾化,实现原料油与催化剂充分混合。现有技术中氢气与甲烷比值一般控制在2以下,比值超过2需要通过加入金属钝化剂或优化操作条件等手段调节。氢气与甲烷的比值低,说明催化进料重金属污染少,且催化反应深度控制较好。
现有的一种预处理催化转化烃油原料的方法中,采用乳化原料的方法处理原料,试验结果降低了干气产率。还有一些现有技术中,催化裂化原料在复合乳化剂的存在下,经乳化机乳化后,进行催化裂化反应,也降低了干气产率。在《石油炼制与化工》(2003年34卷第7期,33-36页)杂志,姚军品等人以乳化重油和普通重油作为催化裂化原料油,在实验室固定流化床上比较了两者的反应行为,其中干气产率有所降低。但现有技术都是在常压和较低温度下(100℃以下)乳化催化裂化原料,而在工业生产过程中,催化裂化原料的预热温度通常较高,达到140℃~220℃左右,在此温度下很难形成稳定的乳化态,而且常压、低温下形成的乳化油在催化装置的进料温度下进入喷嘴时容易造成喷嘴处压力的波动,对生产不利。
中国专利CN1680505 “催化裂化微爆活化剂”中提到其采用的微爆活化剂能降低氢甲烷值,但该申请并未有具体的实施方案,除此以外对干气中氢气、甲烷的关系尚没有进一步的研究和报道。
发明内容
本发明要解决的技术问题是:克服现有技术的不足,提供一种提高裂化深度,降低催化干气产率的降低催化裂化干气中氢气甲烷比的方法。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:该降低催化裂化干气中氢气甲烷比的方法,其特征在于:将待催化裂化原料、水和乳化剂先经预混合器混合再进入乳化设备乳化,待催化裂化原料、水和乳化剂的质量比为97.3~99.4:0.1~2:0.5~0.7,乳化后所得的乳化油直接进入催化装置进行催化反应;所述乳化设备中乳化条件为:在6000r/min~8000r/min的剪切搅拌的同时,保持乳化设备内压力1.4MPa ~1.5MPa,温度125℃~130℃。
目前较普遍的乳化条件一般都是在常压以及水的汽化温度(100℃)下进行乳化,但是在此条件下制得的乳化油在催化裂化的预热温度(140-220℃)下很难保持稳定状态,在乳化油进入催化裂化反应器喷嘴前就已经汽化了,既达不到“微爆”的目的,又造成喷嘴处压力波动,影响催化裂化正常操作和喷嘴寿命。本发明在催化装置进料喷嘴前新增预混合器和油水高效乳化设备,将特定温度和压力的催化裂化原料与乳化剂和水混合通过预混合器混合后经高效乳化设备乳化,乳化后的催化裂化原料为油包水型乳化油,经喷嘴雾化后的油滴内包含着许多0.5~5μm的水珠微粒,每个小水滴被油相包围着。当油滴喷出被加热时,乳化油被一次雾化,由于水和油的沸点相差较大,水先汽化,体积急剧膨胀,产生了巨大的压力,瞬间把油滴爆开,变成许多小油滴,这一过程称之为“微爆”或二次雾化。二次雾化提高了催化裂化原料的雾化效果,极大的改善了原料与催化剂的接触,提高原料油的汽化率,从而提高催化裂化反应效果。
所述的乳化设备内设有三组剪切搅拌装置。待催化原料和乳化水两路流体可容易通过各自管路上的流量计实时流量测量,根据设定的比例及原料量通过调节水泵的变频频率来调节乳化水的流量,确保油水比例稳定,使待催化原料和乳化水以稳定的流量送至预混合器混合均匀后经乳化设备乳化;乳化设备将预混合均匀的催化原料和含有乳化剂的乳化水形成稳定的油包水型乳化催化原料。本发明乳化设备内设有三组剪切搅拌装置实现三级高速剪切,优先使用耐温耐压的转定头结构(转子和定子进行相对转动),在三级高速剪切下使得乳化设备内分散、溶解、乳化、粉碎同时完成,可更充分、更快速的实现重油的油水乳化。
所述的预混合器为2~4个串联的管道混合器。本发明将2~4个管道混合器串联作为预混合器,可以在物料输送的过程中将使待催化原料和乳化水混合均匀,达到乳化设备的要求。
所述的乳化剂为非离子表面活性剂、醇胺类表面活性剂和助溶剂按质量比为5~7:1~4:0.5~1配制的复合乳化剂。非离子表面活性剂为聚山梨酯(聚氧乙烯失水山梨醇脂肪酸酯)、 失水山梨醇脂肪酸酯、烷基酚聚氧乙烯醚类中的一种或一种以上混合物;所述的助溶剂为轻柴油、低级一元醇或低级多元醇。
所述的乳化剂为聚氧乙烯失水山梨醇脂肪酸酯、烷基酚聚氧乙烯醚、三乙醇胺和乙醇按质量比1~6:1~6:1~2:0.5~1配制的复合乳化剂。本发明提供一种与本发明的工艺配合最好的复合乳化剂,能够在在最短的时间内将原料充分乳化,并且在两次雾化时对催化装置内的温度最为适应,雾化效果也达到最佳。从而使原料与催化剂的接触效果最好,更有效降低催化裂化干气中氢气甲烷比。
优选的,所述的乳化设备内压力为1.5MPa,温度为125℃~128℃。
本发明给出一个最佳的乳化条件,能够使乳化在最短的时间内达到最佳的乳化效果,同时使二次雾化的效果最佳,所述的乳化设备内压力为1.5MPa,温度为128℃。
所述的待催化裂化原料、水和乳化剂的质量比为98:1.4:0.6。在该优选条件下能进一步优化乳化效果。
与现有技术相比,本发明的一种降低催化裂化干气中氢气甲烷比的方法所具有的有益效果是:本发明将重油催化原料与乳化水在特定压力和温度下先通过预混合器混合均匀,然后加入复合乳化剂使用高效乳化设备将油水两相乳化成为纯态的均相乳化液,以保证其在催化裂化的预热温度下更加稳定的通过催化裂化喷嘴进入反应器,使其达到在瞬间高温(500℃左右)条件下微爆的目的。本发明采用在此较高压力和温度下预处理催化裂化原料的方法,改善催化裂化进料的分散性和雾化程度,提高裂化深度,降低催化干气产率,在此较高压力和温度下通过预混合器和乳化设备将催化裂化原料形成稳定的乳化液,较大幅度的降低催化裂化干气中氢气与甲烷的比值。在工业装置上进行标定试验,乳化改善了裂化产品分布,干气产率降低达0.27个百分点,同时催化裂化干气中的氢气含量降低4个百分点以上;氢气与甲烷的比值降低0.60以上,其比值降低非常明显,达到了20%以上。
附图说明
图1是一种降低催化裂化干气中氢气甲烷比的方法的工艺流程图。
其中:1、水泵 2、流量计 3、过滤器 4、油箱 5、电机 6、乳化机 7、预混合器 8、乳化剂泵 9、DCS控制 10、水管 11、重油管 12、乳化剂管。
具体实施方式
下面结合附图1对本发明一种降低催化裂化干气中氢气甲烷比的方法做进一步说明,其中实施例1为最佳实施例。
乳化工艺流程
图1 所示,乳化水经水管10上的计量用水泵1计量,和从乳化剂管12上的乳化剂泵8泵入的乳化剂混合;重油管11输送来的重油原料(130℃,1.5MPa)经过滤器3过滤后,经流量计2、阀门,和乳化剂以及乳化水一起经预混合器7混合后进入乳化机6乳化后,水泵1、乳化剂泵8、流量计2电路连接DCS控制9,经阀门进入催化裂化装置。乳化机6转速通过电机5控制,乳化机6内轴承的润滑冷却油通过油箱4循环并用冷却水冷却。
乳化试验原料及乳化剂
表1 原料油性质
乳化试验采用的复合乳化剂为非离子-非离子型复合乳化剂。乳化剂1为聚氧乙烯失水山梨醇脂肪酸酯、烷基酚聚氧乙烯醚、三乙醇胺和乙醇按质量比3:3:1.5:0.8配制的复合乳化剂;乳化剂2为聚氧乙烯失水山梨醇脂肪酸酯、烷基酚聚氧乙烯醚、三乙醇胺和乙醇按质量比2:4:1.4:0.7配制的复合乳化剂;乳化剂3为聚氧乙烯失水山梨醇脂肪酸酯、烷基酚聚氧乙烯醚、三乙醇胺和乙醇按质量比1:6:1:1配制的复合乳化剂;乳化剂4为聚氧乙烯失水山梨醇脂肪酸酯、烷基酚聚氧乙烯醚、三乙醇胺和乙醇按质量比6:1:2:0.5配制的复合乳化剂;乳化剂5为失水山梨醇脂肪酸酯、烷基酚聚氧乙烯醚、三乙醇胺和乙醇按质量比2:5:1:1配制的复合乳化剂。
复合乳化剂物化性质见表2。
表2 复合乳化剂物化性质
实施例
实施例1~7为原料预处理后试验,在60万吨/年催化装置上进行标定试验。在反应温度515℃,工业现用平衡剂(RAG-11)。其中实施例1中重油98重量份,水1.4重量份,乳化剂1 0.6重量份,乳化设备中乳化条件为:在三组6000r/min的剪切搅拌的同时,保持乳化设备内压力1.5MPa,温度128℃;实施例2中重油98重量份,水1.4重量份,乳化剂1 0.6重量份,乳化设备中乳化条件为:在三组6500r/min的剪切搅拌的同时,保持乳化设备内压力1.5MPa,温度125℃;实施例3中重油99.4重量份,水 0.1重量份,乳化剂3 0.5重量份,乳化设备中乳化条件为:在三组6000r/min的剪切搅拌的同时,保持乳化设备内压力1.4MPa,温度130℃;实施例4中重油97.3重量份,水 2重量份,乳化剂4 0.7重量份,乳化设备中乳化条件为:在三组6000r/min的剪切搅拌的同时,保持乳化设备内压力1.5MPa ,温度125℃;实施例5中重油98.7重量份,水 0.7重量份,乳化剂5 0.6重量份,乳化设备中乳化条件为:在一组8000r/min的剪切搅拌的同时,保持乳化设备内压力1.4MPa,温度129℃;实施例6中重油97.8重量份,水1.5重量份,乳化剂1 0.7重量份,乳化设备中乳化条件为:在一组8000r/min的剪切搅拌的同时,保持乳化设备内压力1.2MPa,温度126℃;实施例7中重油98重量份,水1.4重量份,乳化剂1 0.6重量份,乳化设备中乳化条件为:在一组8000r/min的剪切搅拌的同时,保持乳化设备内压力1.3MPa,温度127℃。
对比例1试验为空白试验:在60万吨/年催化装置上进行标定试验。在反应温度515℃,工业现用平衡剂(RAG-11)。
标定试验所得干气收率及干气组成见表3-表4:
表3 标定试验所得催化裂化干气收率,m%
表4 催化裂化干气组成
从表3、表4可以看出,催化裂化原料预处理后改善了裂化产品的分布,降低了干气产率,同时催化裂化干气中的氢气含量降低达4个百分点以上;氢气与甲烷的比值降低0.60以上,其比值降低非常明显,达到了20%以上。
从以上的实验结果可以看出,催化原料乳化进料可以改善催化装置的产品分布,干气产率降低,同时干气中氢气甲烷比值降低。这是由于催化原料乳化后减小了进料油滴的粒径,使油剂接触及反应更为完全,裂化程度相对加深,从而使得干气产率和干气中氢气甲烷比值均降低。
以上所述,仅是本发明的较佳实施例而已,并非是对本发明作其它形式的限制,任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例。但是凡是未脱离本发明技术方案内容,依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型,仍属于本发明技术方案的保护范围。
Claims (9)
1.一种降低催化裂化干气中氢气甲烷比的方法,其特征在于:将待催化裂化原料、水和乳化剂先经预混合器混合再进入乳化设备乳化,待催化裂化原料、水和乳化剂的质量比为97.3~99.4:0.1~2:0.5~0.7,乳化后所得的乳化油直接进入催化装置进行催化反应;所述乳化设备中乳化条件为:在6000r/min~8000r/min的剪切搅拌的同时,保持乳化设备内压力1.4MPa ~1.5MPa,温度125℃~130℃。
2.根据权利要求1所述的一种降低催化裂化干气中氢气甲烷比的方法,其特征在于:所述的乳化设备内设有三组剪切搅拌装置。
3.根据权利要求1所述的一种降低催化裂化干气中氢气甲烷比的方法,其特征在于:所述的预混合器为2~4个串联的管道混合器。
4.根据权利要求1所述的一种降低催化裂化干气中氢气甲烷比的方法,其特征在于:所述的乳化剂为非离子表面活性剂、醇胺类表面活性剂和助溶剂按质量比为5~7:1~4:0.5~1配制的复合乳化剂。
5.根据权利要求4所述的一种降低催化裂化干气中氢气甲烷比的方法,其特征在于:所述的助溶剂为轻柴油、低级一元醇或低级多元醇。
6.根据权利要求1所述的一种降低催化裂化干气中氢气甲烷比的方法,其特征在于:所述的乳化剂为聚氧乙烯失水山梨醇脂肪酸酯、烷基酚聚氧乙烯醚、三乙醇胺和乙醇按质量比1~6:1~6:1~2:0.5~1配制的复合乳化剂。
7.根据权利要求1所述的一种降低催化裂化干气中氢气甲烷比的方法,其特征在于:所述的乳化设备内压力为1.5MPa,温度为125℃~128℃。
8.根据权利要求1所述的一种降低催化裂化干气中氢气甲烷比的方法,其特征在于:所述的乳化设备内压力为1.5MPa,温度为128℃。
9.根据权利要求1所述的一种降低催化裂化干气中氢气甲烷比的方法,其特征在于:所述的待催化裂化原料、水和乳化剂的质量比为98:1.4:0.6。
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