CN108048126A - 一种循环流化床反应器 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种循环流化床反应器。该循环流化床反应器包括：由下至上依次为：预提升段、高密度湍动床和快速床；高密度湍动床具有扩径结构；高密度湍动床的内部设置有轻烯烃进料环管；预提升段的出口端伸入高密度湍动床的内部至预定长度。该反应器可以提高C4烯烃或轻汽油中C5、C6烯烃反应区的催化剂流化密度和气固接触效率，强化烯烃的催化反应，提高低碳烯烃选择性。

Description

一种循环流化床反应器
技术领域
本发明涉及一种流化床反应器，尤其涉及一种具有高效气固接触效率的循环流化床反应器，属于石油加工技术领域。
背景技术
循环流化床反应器广泛应用于炼油、化工、环保等领域。催化裂化工艺中的提升管是炼油行业应用最广泛的循环流化床反应器。在传统的催化裂化工艺过程中，原料在催化剂的作用下反应生成汽油、柴油、液化气等产品，其中汽油是主要的产品。常规的催化裂化提升管反应器可以分为预提升段、进料段、充分发展段和出口快分段四部分，进料段和充分发展段是主要的反应区。在预提升段，由再生斜管来的再生催化剂在预提升蒸汽的作用下沿提升管上升；在进料段，原料经雾化蒸汽雾化后由进料喷嘴喷入提升管，与自预提升段来的催化剂接触反应，并一起进入充分发展段进一步反应，同时加速催化剂的上升；在提升管出口快分段，反应油气和催化剂分离，反应油气进入分馏系统，反应后的催化剂经汽提后进入再生器烧焦再生，再生后的催化剂经再生斜管进入提升管预提升段，如此往复循环。
传统的催化裂化工艺以生产轻质油品为主要目的，大都采用等直径提升管反应器。随着对产品质量要求的不断提高，多产柴油、低碳烯烃等催化裂化新要求的出现，提升管反应器的结构也开始出现变化。
CN1310223A公开了一种生产低碳烯烃和多产柴油的催化转化方法，在此方法中采用了变径提升管反应器。在提升管中上部、原料油进料喷嘴以上部分采用扩径结构，同时扩径结构内部注入激冷剂以减少二次裂化的发生，提高柴油的产率。
CN1393508A公开了一种增产柴油和低碳烯烃的催化转化方法，采用的提升管反应器中含有一个油剂混合室。该油剂混合室位于进料段，包括预提升管、内输送管、外输送管、3个提升介质分布器和2个烃油分布器。汽油在油剂混合室下部进入，原料油在上部进入，使汽油可以在较为理想的氛围下进行反应，从而提高目的产品的产率。
USP4820493也披露了一种改进的油剂混合室。设置在提升管底部的混合室略大于提升管内径，在混合室内沿轴向自下而上设置提升气导入管和催化剂内输送管。两者在混合室之间形成环形空间。进料位置在混合室上部，通过缩径结构实现短停留时间的效果。这种改进可以在一定程度上改善提升管内部催化剂的流动状态。
CN1415700A公开了一种双路进剂套管式反应器，催化剂经双路催化剂入口进入套管式反应器的内管和内外管之间的环形反应空间，并在预提升介质的作用下向上流动，烃油原料分别进入内管和内外管环形空间进行反应，从而使不同的原料在不同的反应区反应，实现生产方案的灵活调整。CN1410513A同样提出采用套管式提升管反应器，但是只采用一个再生斜管。
USP5318691提出了一种采用套管结构改善进料区油剂接触效果的设计。原料油与流化气体分别在混合室内不同的轴向管道中向上流动。再生剂通过一个环形空间进入截面积突然增大的环形空间。单一原料油通过圆锥形进料分布器，以较低的线速度进入到截面积突然增大的环形空间内，与催化剂接触后迅速进入快速床反应区。由于原料接触到的催化剂呈密相分布，可以得到较为理想的接触效果。
CN101838546A公开了一种重油和轻烯烃组合进料制备丙烯的提升管反应器，该反应器包括上下两段管道，上段为直管道，下段为圆台形扩径管道。扩径段底部设置带有多个喷嘴的环形进料管，直管道底部设置重油喷嘴。轻烯烃和重油分别从环形进料管和重油喷嘴进入提升管反应器进行催化裂解反应，在提高丙烯收率和选择性的同时可以兼顾柴油和高辛烷值汽油的生产。
CN10850226A公开了一种浓相段进料用于流化催化裂化的提升管反应器。该反应器沿垂直方向自下而上依次为同轴的预提升段、密相流化床反应区和快速流化床反应区，其主要特征在于密相流化床反应区直径大于预提升段和快速床反应区，且在密相流化床反应区中下部设置轻质原料进口，在中上部设置原料油进口，实现对不同性质物料目标反应的有效控制。
CN101074392B通过轻重原料组合进料实现高丙烯收率的同时降低汽油中的烯烃含量。其核心思想是使C4烯烃和轻汽油中的C5、C6烯烃在高温、短反应时间下进行反应，同时通过重油及时终止其过度反应。该装置在反应器结构形式上也采用了扩径结构，但是在气固接触效率方面不理想，还有待进一步提高。
因此，有必要提供一种具有高的催化剂流化密度和气固接触效率，提高低碳烯烃选择性的流化床反应器。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明的目的在于提供一种循环流化床反应器，该反应器可以提高C4烯烃或轻汽油中C5、C6烯烃反应区的催化剂流化密度和气固接触效率，强化烯烃的催化反应，提高低碳烯烃选择性。
为了实现上述技术目的，本发明提供了一种循环流化床反应器，该循环流化床反应器包括：
由下至上依次为：预提升段、高密度湍动床和快速床；其中，
高密度湍动床具有扩径结构；
高密度湍动床的内部设置有轻烯烃进料环管；
预提升段的出口端伸入高密度湍动床的内部至预定长度。
根据本发明的具体实施方式，预提升段和快速床为具有相同直径的直管。
在上述循环流化床反应器中，预提升段的出口端伸入高密度湍动床的内部至预定长度，优选地，预定长度为高密度湍动床总高度的1/8-1/2；更优选地，预定长度为高密度湍动床总高度的1/4-1/2。
根据本发明的具体实施方式，高密度湍动床是C4烯烃、轻汽油中C5、C6烯烃的主反应区，其总高度一般为0.5m-4m。
在上述循环流化床反应器中，轻烯烃进料环管设置在高密度湍动床的下部，优选地，轻烯烃进料环管与高密度湍动床的进口端的垂直距离为预定长度的1/3-1/2。
在上述循环流化床反应器中，优选地，轻烯烃进料环管的表面设置有喷嘴。
在上述循环流化床反应器中，优选地，喷嘴的间距为5mm-300mm；更优选地，喷嘴的间距为20mm-200mm。
在上述循环流化床反应器中，优选地，喷嘴方向与预提升管中催化剂的流动方向(垂直向上)的夹角为90°-270°；更优选为120°-240°。
在上述循环流化床反应器中，优选地，高密度湍动床包括圆台段、圆柱段和圆弧过渡段，其中，圆弧过渡段与预提升段连通，圆台段与快速床连通。
在上述循环流化床反应器中，优选地，圆台段具有圆锥结构，圆台段的上端直径与快速床的直管的直径相同，圆台段的下端直径与圆柱段的直径相同。
根据本发明的具体实施方式，高密度湍动床的圆柱段的直径为快速床直管直径的1.3-4倍。
在上述循环流化床反应器中，优选地，圆台段的母线与轴线的夹角为10°-80°；更优选为30°-60°。
在上述循环流化床反应器中，优选地，圆弧过渡段具有扇形圆弧结构，扇形夹角为0°-90°，优选为60°-90°。
在上述循环流化床反应器中，优选地，预提升段设置有再生斜管、预提升蒸汽入口和预流化蒸汽入口，其中，预提升蒸汽入口设置在预流化蒸汽入口的上部。
根据本发明的具体实施方式，预提升蒸汽入口进入的气体用于吹送由再生斜管进入的催化剂，预流化蒸汽入口进入的气体用于进一步吹送催化剂。
在上述循环流化床反应器中，优选地，快速床设置有重油进料喷嘴；更优选地，设置有两个相对的重油进料喷嘴。
根据本发明的具体实施方式，重油进料喷嘴设置在快速床的底部。对重油进料喷嘴没有特殊要求，能够满足重油进料和雾化即可。
本发明的循环流化床反应器可用于重油催化裂解多产低碳烯烃的过程。用于重油催化裂解多产低碳烯烃的过程时，具体包括以下步骤：
催化剂经过再生斜管进入预提升段，在预流化蒸汽和预提升蒸汽的作用下沿预提升段上行进入高密度湍动床；
由于高密度湍动床采用扩径结构，催化剂向边壁扩散并向下回流，与轻烯烃进料环管进入的轻质原料充分接触反应，反应油气和催化剂经过圆台段缩径结构后加速进入快速床；
在快速床内与由重油喷嘴进入的重质原料接触反应，并通过重质原料终止轻质烯烃的过度反应；
快速床内的油剂混合物在出口分离为反应油气和待生催化剂，反应油气进入分馏系统，待生催化剂经汽提后进入再生器烧焦再生，经再生斜管进入预提升段，完成循环。
本发明的循环流化床反应器的预提升段伸入高密度湍动床内部至预定长度，在重力作用下，催化剂可以回流至圆弧过渡段，提供高密度的湍动床。
本发明的循环流化床反应器中，轻烯烃进料环管设置在催化剂密度最高的区域，使局部剂油比大幅度提高，从而强化催化反应。
本发明的循环流化床反应器中，圆弧过渡段内的催化剂在轻烯烃进料和重力作用下经历先向下在向上的运动过程，进一步提高轻烯烃与催化剂的气固接触效率。
附图说明
图1为实施例1的循环流化床反应器的结构示意图。
主要附图符号说明
1快速床 2高密度湍动床 3预提升段 4预流化蒸汽口 5预提升蒸汽口 6轻烯烃进料环管 7再生斜管 8重油进料喷嘴 9圆台段10圆柱段 11圆弧过渡段
具体实施方式
为了对本发明的技术特征、目的和有益效果有更加清楚的理解，现对本发明的技术方案进行以下详细说明，但不能理解为对本发明的可实施范围的限定。
实施例1
本实施例提供了一种循环流化床反应器，结构如图1所示，如图1所示，该循环流化床反应器由预提升段3、高密度湍动床2和快速床1三部分组成，预提升段3与快速床1为等直径的直管，高密度湍动床2具有扩径结构。高密度湍动床2包括圆台段9、圆柱段10和圆弧过渡段11，是C4烯烃、轻汽油中C5、C6烯烃的主反应区，内部安装轻烯烃进料环管6。
快速床1与高密度湍动床2通过圆台段9连接，圆台段9的上下直径分别与快速床1和高密度湍动床的圆柱段10相等，圆台段9的母线与轴线的夹角为30°-60°。高密度湍动的床圆柱段2直径为快速床1直径的1.5-3倍，高密度湍动床2的体高度为1-2.5m。预提升段3与高密度湍动床的圆弧过渡段11连通，预提升段3伸入高密度湍动床2的内部，伸入内部的长度为高密度湍动床2总高度的1/8-1/2，圆弧过渡段具有扇形圆弧结构，扇形夹角为60°-90°。
轻烯烃进料环管6的位置以预提升段3的出口为基准，高度为1/3-1/2L(L为预提升段伸入湍动床内部的长度)。轻烯烃进料环管6的直径为d1≤d≤d2(d1为预提升段外径，d2为高密度湍动床圆柱段内径)。轻烯烃进料环管6安装有喷嘴，喷嘴的间距为20-200mm，喷嘴的方向与预提升管中催化剂流动方向的夹角为90°-180°。
预提升段3设置有再生斜管7、预提升蒸汽入口5和预流化蒸汽入口4，其中，预提升蒸汽入口5设置在预流化蒸汽入口4的上部。
快速床1设置有两个相对的重油进料喷嘴8。
采用图1所示的循环流化床反应器进行催化反应。
采用冷态循环流化床实验装置测定流化密度与接触效率，流化介质为空气，颗粒为普通催化裂化平衡剂。
循环流化床反应器结构如图1所示，其中，预提升段长1m，直径为0.1m；快速床长8m，直径为0.1m；高密度湍动床长1.2m，圆柱段直径为0.3m，预提升段伸入高密度湍动床内0.5m，轻烯烃进料环管的直径为0.15m，喷嘴方向垂直向下。
快速床内表观气速为12m/s，高密度湍动床表观气速1m/s，预提升段表观气速2m/s，实验结果见表1。
对比例1
采用与实施例1相同的实验条件，反应器改为常规的等直径提升管(该等直径提升管为本领域常规的提升管)。实验结果见表1。
表1
实施例2
本实施例采用循环流化床反应器在循环流化床反应再生系统进行重油催化裂解多产丙烯实验，其结构如图1所示，其中，快速床的直径为16mm，高密度湍动床的圆柱段直径为40mm，高度为600mm。预提升段深入高密度湍动床内50mm，环管喷嘴与催化剂流动方向的夹角为60°，反应器总高度为10m。
用于对比的提升管为现有的等直径提升管反应器，直径16mm。
将混合C4由轻烯烃环管、重油由重油喷嘴进入新型反应器内进行催化裂解反应。混合C4中丁烯含量80％，进料量为重油的15％，进料时为常温。重油进料时预热至300℃。提升管内轴向平均气速7.0m/s，停留时间1.5s，剂油比15提升管出口温度520℃。
重油的性质见表2。在相同的操作条件下采用本实施例的循环流化床反应器和等径提升管反应器的产物分布列于表3。
表2
表3
以上实施例说明，本发明的循环流化床反应器可用于重油催化裂解多产低碳烯烃的过程，可以提高C4烯烃或轻汽油中C5、C6烯烃反应区的催化剂流化密度和气固接触效率，强化烯烃的催化反应，提高低碳烯烃选择性。

Claims (10)

1.一种循环流化床反应器，其特征在于，该循环流化床反应器包括：
由下至上依次为：预提升段、高密度湍动床和快速床；其中，
所述高密度湍动床具有扩径结构；
所述高密度湍动床的内部设置有轻烯烃进料环管；
所述预提升段的出口端伸入所述高密度湍动床的内部至预定长度。
2.根据权利要求1所述的循环流化床反应器，其特征在于，所述预定长度为所述高密度湍动床总高度的1/8-1/2；优选为1/4-1/2。
3.根据权利要求1所述的循环流化床反应器，其特征在于，所述轻烯烃进料环管与所述高密度湍动床的进口端的垂直距离为所述预定长度的1/3-1/2。
4.根据权利要求1或3所述的循环流化床反应器，其特征在于，所述轻烯烃进料环管的表面设置有喷嘴；优选地，所述喷嘴的间距为5mm-300mm；更优选地，所述喷嘴的间距为20mm-200mm。
5.根据权利要求4所述的循环流化床反应器，其特征在于，所述喷嘴方向与预提升管中催化剂的流动方向的夹角为90°-270°；优选为120°-240°。
6.根据权利要求1所述的循环流化床反应器，其特征在于，所述高密度湍动床包括圆台段、圆柱段和圆弧过渡段，其中，所述圆弧过渡段与预提升段连通，所述圆台段与所述快速床连通。
7.根据权利要求6所述的循环流化床反应器，其特征在于，所述圆台段具有圆锥结构，所述圆台段的上端直径与所述快速床的直管的直径相同，所述圆台段的下端直径与所述圆柱段的直径相同；优选地，所述圆台段的母线与轴线的夹角为10°-80°；更优选为30°-60°。
8.根据权利要求6所述的循环流化床反应器，其特征在于，所述圆弧过渡段具有扇形圆弧结构，扇形夹角为30°-90°，优选为60°-90°。
9.根据权利要求1所述的循环流化床反应器，其特征在于，所述预提升段设置有再生斜管、预提升蒸汽入口和预流化蒸汽入口，其中，所述预提升蒸汽入口设置在所述预流化蒸汽入口的上部。
10.根据权利要求1所述的循环流化床反应器，其特征在于，所述快速床设置有重油进料喷嘴。
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