CN109593551B - 用于气相毫秒催化裂化反应分离一体化设备 - Google Patents
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Abstract
本发明提供用于气相毫秒催化裂化反应分离一体化设备，卧式惯旋的扁平矩形进料管入口与热油气入口连接，扁平矩形进料管中部设置再生催化剂入口，卧式惯旋的出口管连接待生催化剂料仓；待生催化剂料仓通过返料控制器与再生器联通，再生器顶部设置沉降罐和气固分离器；沉降罐和再生催化剂入口通过返料控制器联通，烟气外排进入后续工段。
Description
1.技术领域
本发明提供用于气相毫秒催化裂化反应分离一体化设备，属于石油炼制领域。
2.背景技术
乙烯、丙烯、丁烯和丁二烯等低碳烯烃非常重要的基本有机化工原料，特别是乙烯生产能力常常被视为一个国家和地区石油化工发展水平的标志。由于储能电池技术井喷式发展和环保要求进一步严格，电动汽车凭借行驶过程近零污染、节能、低使用成本和易于智能化的优势，异军突起，替代燃油汽车成为不可逆转的发展趋势，随之而来将是交通用油消费量急剧下降，石油加工企业应提前布局、从“燃油型”向“化工型”转型升级迫在眉睫。
目前，全世界大约95％的乙烯和66％的丙烯是采用天然气、石脑油或轻柴油等轻质原料通过管式炉蒸汽热裂解工艺生产。然而进入21世纪，随着常规原油资源日益枯竭，世界原油供应呈现出重质化、劣质化发展趋势，导致轻质裂解原料相对匮乏，而世界范围内低碳烯烃市场需求日益快速增长。为了缓解这一矛盾，拓宽低碳烯烃的生产原料，同时也为更好地利用重质原料油，开发以重油为原料，通过催化裂解工艺直接生产低碳烯烃的“化工型”技术路线成为目前国内外石油炼制业研究和关注的重点和热点，但能够工业化的成熟技术却寥寥无几。
劣质重油具有富含多环芳烃，碳氢比、粘度和密度大，硫、氮、氧、残碳、重金属和机械杂质含量过高，易缩合生焦等资源特性，对常规重油加工路线提出了巨大挑战，现有的重油加工技术大多难以满足高效清洁“化工型”加工的要求。延迟焦化是目前处理劣质重油的首选技术，但面临劣质高硫焦炭产量大、焦化蜡油收率低且“化工型”加工难度大、大量挥发物排放的环保压力和弹丸焦安全隐患等诸多挑战；催化裂化和加氢裂化技术用于劣质重油加工存在转化率、烯烃产品选择性差和收率低，催化剂失活快、消耗量过大，装置稳定性差和加工成本过高等难题；溶剂脱沥青技术用于劣质重油加工存在脱沥青油收率低且“化工型”加工难度大，硬沥青高效量大的利用途径成为其工业化瓶颈；重油悬浮床加氢技术理论上能够满足劣质重油高效清洁预处理的要求，但转化率低、氢耗过高、重金属脱除率低、尾油加工和廉价氢源亟待解决，工艺和设备匹配性还存在缺陷，目前尚无成功大规模工业应用，另外加氢蜡油需要二次加工才能实现“化工型”，且过程加氢脱氢往复循环造成能耗过高，经济效益差。
尽管近年来国内外开发了较多的重油催化裂解多产低碳烯烃新技术，如中石化石科院开发的DCC和CPP工艺、UOP公司开发的PetroFCC工艺、日本石油能源中心开发的HS-FCC工艺、THR工艺、德国有机化学研究所TCSC工艺、印度石油公司开发的INDMAX(UCC)工艺、Exxonmobil与Kellog公司联合开发的Maxofin工艺和中国石油学提出的两段提升管催化裂解(TMP)工艺等，受到业界的广泛关注和示范应用。与蒸汽裂解相比具有烯烃原料范围变宽、反应温度低、产品分布易于调整和能耗低等优点。但一方面这些催化裂解工艺宜采用高温、短停留时间、大剂油比、大水油比的操作方式，另一方面由于催化裂解操作过程中，原料组成和催化剂性质均是影响催化裂解产物收率和分布的重要因素，而重油催化裂解择型催化剂的活性组分主要为ZSM-5和Y型分子筛，其孔道结构较小，较大的重油分子在传质过程中扩散受限，不易进入分子筛内部进行择形裂化，加之酸性分子筛较强的氢转移性能，烯烃的收率和选择性提高幅度受到限制；另外，聚集在分子筛表面的重油大分子在酸中心的作用下容易过度裂化，造成产品分布不良或者结焦缩合，从而堵塞催化剂孔道。目前现有的工业择型催化剂利用常压渣油、减压渣油、脱沥青油等劣质原料催化裂解制低碳烯烃，往往会带来催化剂中毒、雾化效果差、生焦量大及转化率和选择性大幅度降低等诸多问题。再一方面现有重油热加工过程中，烃类反应主要发生液相反应；在气相中烃类分子分裂为自由基后可以很快分散开，而在液相中的自由基却被周围分子像“笼子”一样包围起来，缩聚反应就会加剧；要使形成的自由基分散开，必须克服从“笼子”中扩散出来的额外的势垒，即所谓的“笼蔽效应”；相对于气相反应而言，这种“笼蔽效应”会使液相反应过程会降低气体产物选择性同时还会生成更多的聚合物，而气相反应过程则可增加气体产物中烯烃含量，从而实现原油加工化工化。
本发明人首次在国内外提出利用轻质原油加热汽化的油气或重油热解产生的油气不经过冷凝分离，直接进行气相高温毫秒择型催化裂解制低碳烯烃和芳烃的技术路线，从而充分利用热解油气的热量，克服了液相反应的“笼蔽效应”，降低热质传递对催化裂解的影响，大幅度减少了裂解过程的生焦量和能耗；反应温度和时间易于调控，同时可利用碱性催化热解富产烯烃的特性进行择型催化，大幅度提高低碳烯烃收率和选择性；避免了传统热解改质-蜡油催化裂解组合工艺的蜡油重新加热升温雾化，依然存在液相反应的“笼蔽效应”导致缩聚反应加剧，从而降低低碳烯烃收率和选择性的共性难题。但急需开发气相油气与催化剂毫秒混合、毫秒反应和毫秒分离的配套设备，确保原油分级气相催化裂解制烯烃和芳烃工艺技术的实现，为从“燃油型”向“化工型”转型升级提供技术支撑。
3.发明内容
本发明的目的就是为了克服现有石油化工型加工装置存在的不足而提出的一种用于气相毫秒催化裂化反应分离一体化设备，通过利用卧式惯旋的扁平矩形进料管作为气相热油气和催化剂毫秒混合和反应、卧式惯旋小于半圈的分离距离实现油气和催化剂的毫秒分离以及提升管式再生器形成催化剂的循环，从而确保了原油分级气相催化裂解制烯烃和芳烃工艺技术的实现。
本发明的技术方案：
用于气相毫秒催化裂化反应分离一体化设备，由卧式惯旋、进料管、热油气入口、再生催化剂入口、卧式惯旋中心管、裂解油气出口、催化剂出口管、待生催化剂料仓、返料控制器、提升管再生器、沉降罐、气固分离器组成。卧式惯旋的扁平矩形进料管入口与热油气入口连接，扁平矩形进料管中部设置再生催化剂入口，卧式惯旋的催化剂出口管连接待生催化剂料仓，在卧式惯旋中心管布置裂解油气出口；待生催化剂料仓通过返料控制器与提升管再生器联通，提升管再生器顶部设置沉降罐和气固分离器；沉降罐和再生催化剂入口通过返料控制器联通，气固分离器的气相出口连接烟气外排和后续工段。
卧式惯旋进料管的反应温度480-650℃，气速为6-25m/s，进料管停留时间10-1000ms；提升管再生器出口的反应温度550-700℃。
卧式惯旋的扁平矩形进料管为水平布置、垂直布置或介于二者之间的角度布置。
卧式惯旋中心管开有1、2或2条以上的长条形裂解油气出口，长条形裂解油气出口分布在卧式惯旋中心管的70°-180°(从进料管入口计)。
返料控制器为非机械控制阀或机械控制阀，非机械控制阀为L型返料器、U型返料器、J型返料器和N型返料器中的一种或多种组合，机械控制阀为液压滑动塞阀和电动滑动塞阀。
气固分离器为立式旋风分离器、卧式惯旋、惯性分离器中的一种或多种组合。
提升管再生器为直管式提升管反应器或大直径和小直径管组合的脉冲式提升管反应器。
本发明将实施例来详细叙述本发明的特点。
4.附图说明
附图1为本发明的结构示意图，图2为卧式惯旋的剖面图。
附图的图面设明如下：
1.卧式惯旋、2.进料管、3.热油气入口、4.再生催化剂入口、5.卧式惯旋中心管、6.裂解油气出口、7.催化剂出口管、8.待生催化剂料仓、9.返料控制器、10.提升管再生器、11、沉降罐、12.气固分离器。
下面结合附图和实施例来详述本发明的工艺特点。
5.具体实施方式
实施例，用于气相毫秒催化裂化反应分离一体化设备，由由卧式惯旋(1)、进料管(2)、热油气入口(3)、再生催化剂入口(4)、卧式惯旋中心管(5)、裂解油气出口(6)、催化剂出口管(7)、待生催化剂料仓(8)、返料控制器(9)、提升管再生器(10)、沉降罐(11)、气固分离器(12)组成。卧式惯旋(1)的扁平矩形进料管(2)入口与热油气入口(3)连接，扁平矩形进料管(2)中部设置再生催化剂入口(4)，卧式惯旋(1)的催化剂出口管(7)连接待生催化剂料仓(8)，在卧式惯旋中心管(5)布置裂解油气出口(6)；待生催化剂料仓(8)通过返料控制器(9)与提升管再生器(10)联通，提升管再生器(10)顶部设置沉降罐(11)和气固分离器(12)；沉降罐(11)和再生催化剂入口(4)通过返料控制器(9)联通，气固分离器(12)的气相出口连接烟气外排和后续工段。
卧式惯旋(1)进料管(2)的反应温度480-650℃，气速为6-25m/s，进料管(2)停留时间10-1000ms；提升管再生器(10)出口的反应温度550-700℃。
卧式惯旋(1)的扁平矩形进料管(2)为水平布置、垂直布置或介于二者之间的角度布置。
卧式惯旋中心管(5)开有1、2或2条以上的长条形裂解油气出口(6)，长条形裂解油气出口(6)分布在卧式惯旋中心管(5)的70°-180°(从进料管(2)入口计)。
返料控制器(9)为非机械控制阀或机械控制阀，非机械控制阀为L型返料器、U型返料器、J型返料器和N型返料器中的一种或多种组合，机械控制阀为液压滑动塞阀和电动滑动塞阀。
气固分离器(12)为立式旋风分离器、卧式惯旋、惯性分离器中的一种或多种组合。
提升管再生器(10)为直管式提升管反应器或大直径和小直径管组合的脉冲式提升管反应器。
具体运行时，轻质原油加热汽化的油气或重油热解产生的350-650℃油气不经过冷凝，直接通过热油气入口以6-25m/s的速度喷入扁平矩形进料管，与从再生催化剂入口流入的550-700℃的再生催化剂毫秒混合，在480-650℃下毫秒反应，然后气固体以10-30m/s的速度流入卧式惯旋形成气固分离；经过90°-180°的离心导向毫秒分离，95％以上的待生催化剂从卧式惯旋的催化剂出口管排入待生催化剂料仓，90％以上的裂解油气从裂解油气出口排入卧式惯旋中心管进入后续的分馏系统，不到10％的裂解油气夹带不到5％的待生催化剂旋转进入循环分离；待生催化剂通过返料控制器进入提升管再生器，与再生空气混合和烧焦再生，在提升管再生器出口的反应温度550-700℃下进入沉降罐粗分和气固分离器精细分离；高温再生催化剂从沉降罐通过返料控制器流入再生催化剂入口，高温再生烟气通过气固分离器的气相出口外排并进入后续工段。
本发明所提供的用于气相毫秒催化裂化反应分离一体化设备，通过卧式惯旋的扁平矩形进料管作为热油气毫秒混合和催化裂解的反应器，确保了热油气能在高温、超短时间条件下通过气固催化实现高转化率和高选择性的制取低碳烯烃和芳烃；通过小于卧式惯旋半圈的分离距离实现了油气和待生催化剂的毫秒分离，大幅度减少了裂解油气的二次反应，确保了低碳烯烃和芳烃的高选择性；由于热油气与再生催化剂气相毫秒反应，消除了液相反应的“囚笼效应”，生焦量大大减少，加之待生催化剂温度高、易于起燃，采用提升管再生器既有快速高强度烧焦能力、减少催化剂的返混，同时还解决了高温催化剂的提升难题，便于再生催化剂的循环使用以及形成固体料封，避免烟气和热油气的互串造成安全隐患；采用卧式惯旋和提升管再生器耦合的油气催化裂解反应分离一体化设备，投资相对普通石油催化裂解装置降低60％，烯烃收率提高1.2倍以上，丙烯选择性提高1.7倍，实现了石油高效清洁化工型加工。
Claims (5)
1.用于气相毫秒催化裂化反应分离一体化设备，其特征在于由卧式惯旋、进料管、热油气入口、再生催化剂入口、卧式惯旋中心管、裂解油气出口、催化剂出口管、待生催化剂料仓、返料控制器、提升管再生器、沉降罐、气固分离器组成；卧式惯旋的扁平矩形进料管入口与热油气入口连接，扁平矩形进料管中部设置再生催化剂入口，卧式惯旋的催化剂出口管连接待生催化剂料仓，在卧式惯旋中心管布置裂解油气出口；卧式惯旋的扁平矩形进料管为水平布置、垂直布置或介于二者之间的角度布置，卧式惯旋中心管开有1或2条以上的长条形裂解油气出口；从进料管入口计，长条形裂解油气出口分布在卧式惯旋中心管的70°-180°；待生催化剂料仓通过返料控制器与提升管再生器联通，提升管再生器顶部设置沉降罐和气固分离器；沉降罐和再生催化剂入口通过返料控制器联通，气固分离器的气相出口连接烟气外排和后续工段。
2.根据权利要求1所述的用于气相毫秒催化裂化反应分离一体化设备，其特征在于卧式惯旋进料管的反应温度480-650℃，气速为6-25m/s，进料管停留时间10-1000ms；提升管再生器出口的反应温度550-700℃。
3.根据权利要求1所述的用于气相毫秒催化裂化反应分离一体化设备，其特征在于气固快速分离器和合成气分离器为立式旋风分离器、卧式旋分器、惯性分离器中的一种或多种组合。
4.根据权利要求1所述的用于气相毫秒催化裂化反应分离一体化设备，其特征在于返料控制器为非机械控制阀或机械控制阀，非机械控制阀为L型返料器、U型返料器、J型返料器和N型返料器中的一种或多种组合，机械控制阀为液压滑动塞阀和电动滑动塞阀。
5.根据权利要求1所述的用于气相毫秒催化裂化反应分离一体化设备，其特征在于提升管再生器为直管式提升管反应器或大直径和小直径管组合的脉冲式提升管反应器。
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