CN110234433A - 具有再生器提升管的fcc逆流再生器 - Google Patents

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Abstract

本发明提出了逆流催化剂再生器，其具有至少两级逆流接触以及再生器提升管。每个级可包括可渗透屏障，其允许含氧气体向上通入并使焦化催化剂向下通入每个级，但抑制催化剂的向上运动以减轻回混和真正的逆流接触以及来自催化剂的焦炭的有效燃烧。再生器提升管可提供输送催化剂的通道并且可用作焦炭燃烧的第二级以提供再生催化剂。

Description

具有再生器提升管的FCC逆流再生器
优先权声明
本申请要求2016年12月27日提交的美国专利申请号62/439346的优先权，其内容据此全文以引用方式并入本文。
技术领域
本主题的领域涉及流化催化裂化单元中的催化剂再生，并且更具体地涉及具有再生器提升管的逆流催化剂再生器。
背景技术
流化催化裂化(FCC)是通过使流化反应区中的烃与催化剂接触而完成的烃转化过程。随着裂化反应的进行，大量称为焦炭的高碳质材料沉积在催化剂上。再生区内的高温再生操作燃烧来自催化剂的焦炭。从反应器中连续除去含有焦炭的催化剂(本文中称为焦化催化剂)，并用来自再生器的基本上无焦炭的催化剂代替。
在再生器中，焦炭从含有含氧气体通常是空气的催化剂中燃烧。通过在再生器中燃烧焦炭形成的烟道气可通过氧化一氧化碳进行处理以除去颗粒和回收热。再生器的主要目的是将焦炭从催化剂中燃烧掉，因此高焦炭燃烧效率，即在较短停留时间内燃烧大部分焦炭是优选的，因为它将减小设备尺寸、操作成本和排放水平。
后燃烧是当从再生催化剂中分离出的热烟道气含有一氧化碳时发生的现象，该一氧化碳在含氧的催化剂的稀释相中燃烧成二氧化碳。焦炭到二氧化碳的不完全燃烧可能是由于燃烧气体中的氧气不足、再生器容器中焦化催化剂的流化或通气不良或再生器容器中焦化催化剂的分布不良。后燃烧的热量可能对再生器设备有害。
因为处理重质残余物进料的FCC单元产生比蒸发进料所需的更多的热量并促进裂化反应，所以期望控制再生温度和向反应器的热释放。控制再生温度的两种最常见的方法是控制二氧化碳与一氧化碳的比率，并使用催化剂冷却器产生蒸汽并冷却催化剂。在烟道气中可能的最高一氧化碳浓度下运行以从下游CO锅炉中的烟道气中回收热量是最经济的。然而，在低CO2与CO的比率下操作存在后燃烧和未燃烧的焦炭留在催化剂上的风险。
目前使用几种类型的催化剂再生器。传统的鼓泡床再生器通常只有一个区段，其中空气鼓泡通过致密的催化剂床。加入焦化催化剂，并从同一致密催化剂床中取出再生催化剂。为了在给定的补充催化剂速率下使再生催化剂活性最大化，催化剂上的碳必须减少到最小。
大多数现代的残余流体裂化单元使用两级鼓泡床再生器来完成催化剂的净化并将催化剂上的碳减少到最小。两级鼓泡床具有两个区段。将焦化催化剂加入到上部第一区段中的致密床，并用来自第二级的烟道气中的空气部分地再生。将部分地再生的催化剂输送到较低的第二区段中的致密床并用空气完全再生。从第二区段取出完全再生的催化剂。第二级通常以完全燃烧操作，其中所有一氧化碳转化为二氧化碳并且烟道气中存在过量的氧气。
在一级或两级流化鼓泡床再生器中，通过分配到再生器中的空气向上提升的催化剂在称为回混的现象中不均匀地下落。在鼓泡床中，催化剂相从顶部到底部回混，而气相几乎是活塞流，底部氧气浓度高，并且顶部氧气浓度低。回混导致停留时间增加并且燃烧速率不均匀，这会产生热点、增加催化剂失活并降低燃烧效率。回混也降低了催化剂床密度，从而增加了设备尺寸。
FCC再生器尺寸大且构造成本高。它们很大，因为需要分级供气以在废催化剂上燃烧大量焦炭。没有分级，焦炭的燃烧可能产生足够的热量以破坏催化剂的沸石骨架并使其失活。
因此，需要改进的方法和装置，以有效地再生催化剂，同时防止后燃烧和回混。需要一种方法和装置来更好地控制再生器中的焦炭和氧气浓度和温度分布，这促进了来自催化剂的焦炭的更有效燃烧。此外，需要一种改进FCC再生器效率并减小容器尺寸的装置。
发明内容
所公开的主题是逆流催化剂再生器，其具有至少两级逆流接触以及再生器提升管。每个级可包括可渗透屏障，其允许含氧气体向上通入并使焦化催化剂向下通入每个级，但抑制催化剂的向上运动以减轻回混和真正的逆流接触以及来自催化剂的焦炭的有效燃烧。再生器提升管可提供输送催化剂的通道和/或可用作焦炭燃烧的第二级以提供再生催化剂。
附图说明
图1是结合根据实施方案的本主题的FCC单元的示意性正视图。
图2是结合根据另一实施方案的本主题的FCC单元的示意性正视图。
具体实施方式
提出了一种新的再生器，其中催化剂和气体流在多个级中彼此逆流并且设置有内部再生器提升管或外部再生器提升管以促进催化剂输送。每个级上方的可渗透屏障可通过减轻催化剂回混而促进催化剂的逆流流动。可渗透屏障还可具有促进催化剂和燃烧气体之间有效混合的结构。每个级还可包括相邻可渗透屏障之间的开口体积区段。催化剂从一级向下流过下面的可渗透屏障，并且含氧气体从该级向上流过上面的可渗透屏障。可在再生器容器中组装一个或多个级以接近真正的逆流流动条件。此外，再生器提升管可用作多级中逆流再生后催化剂再生的最后抛光级。或者，再生器提升管可用作再生过程的第一级。
在新的再生器中，催化剂流动和催化剂停留时间更均匀。催化剂实现完全焦炭燃烧所需的停留时间可精确控制并因此降低。可避免由于随机长停留时间导致的催化剂的热失活。另外，逆流流动状态沿再生器容器产生有利的浓度分布。在顶部，初始级，催化剂具有最高的焦炭浓度，但燃烧气体具有低的氧浓度，因此可避免后燃烧。在底部，最后级，含氧气体具有最高的氧浓度，但催化剂具有最低的焦炭浓度，因此同样可防止后燃烧。
由于催化剂向下流动模式更均匀，因此可在再生器容器中增加催化剂密度。因此，对于相同的催化剂存量，再生器尺寸可更小。另外，因为当催化剂上的焦炭浓度较低时氧浓度可以更高，所以可降低总的含氧气体流速，因此可降低再生器尺寸和操作成本。此外，通过使用内部提升管或外部提升管以促进催化剂输送，较短的再生器容器就足够了。以这种方式，废催化剂立管和再生催化剂立管可更靠近在一起，并且FCC单元可变短，从而节省资金成本。
尽管考虑了其他用途，但是该方法和装置可体现在FCC单元中。图1示出了FCC单元，其包括反应器区段10和再生器容器50。再生催化剂管道12以由控制阀14调节的速率将再生催化剂从再生器容器50转移到反应器区段10的提升管20。惰性流化介质诸如来自喷嘴16的蒸汽以相对高的密度向上输送再生催化剂通过提升管20，直到多个进料分配器喷嘴18将可能与惰性气体诸如蒸汽混合的烃进料注入向上流动的催化剂颗粒流中。催化剂与烃进料接触使其裂化以产生较小的裂化烃产物，同时在催化剂上沉积焦炭以产生焦化催化剂。
常规的FCC烃原料和较高沸点的烃原料是合适的新鲜烃进料流。这种常规新鲜烃原料中最常见的是“减压瓦斯油”(VGO)，它通常是通过大气残留物的真空分馏制备的沸点范围为其中IBP为不超过340℃(644°F)、T5在340℃(644°F)至350℃(662°F)之间、T95在555℃(1031°F)至570℃(1058°F)之间和/或EP为不超过640℃(1184°F)的烃类物质。这种馏分通常含有低的焦炭前体和重金属污染物，其可用于污染催化剂。大气残留物是优选原料，其从大气原油蒸馏塔底部获得的沸点为其中IBP为不超过340℃(644°F)、T5在340℃(644°F)至360℃(680°F)之间和/或T95在700℃(1292°F)至900℃(1652°F)之间。大气残留物通常含有高的焦炭前体和金属污染物。可用作新鲜烃进料的其他重质烃原料包括来自原油的重质底物、重质沥青原油、页岩油、焦油砂提取物、脱沥青残渣、来自煤液化的产物和真空还原的原油。新鲜烃原料还包括上述烃的混合物，并且前述列表不全面。
FCC催化剂包括大孔沸石，诸如Y型沸石和包含活性氧化铝材料的基质材料、包含二氧化硅或氧化铝的粘合剂材料、和惰性填料诸如高岭土。根据一个示例性实施方案，合适的FCC催化剂可包括位于路易斯安那州巴吞鲁目的雅宝公司(Albemarle Corporation)的Upgrader。FCC催化剂还可包含1重量％至25重量％的中等或更小孔沸石催化剂，诸如MFI沸石，分散在包含粘合剂材料诸如二氧化硅或氧化铝和惰性填料材料诸如高岭土的基质上。
得到的裂化烃产物和焦化催化剂的混合物继续向上通过提升管20到达顶部，在该顶部处，多个分离臂22切向和水平地将气体和催化剂的混合物从提升管20的顶部通过端口24排出到脱离容器26中，这实现从催化剂中粗略分离气体。输送管道28将烃蒸气(包括汽提的烃、汽提介质和夹带的催化剂)运送到反应器容器32中的一个或多个旋风分离器30，反应器容器32将焦化的催化剂与烃蒸气流分离。反应器容器32可至少部分地容纳脱离容器26，并且脱离容器26被认为是反应器容器32的一部分。反应器容器32中的收集区段34收集来自旋风分离器30的分离的烃蒸气流，以便通过出口喷嘴36并最终进入分馏回收区(未示出)。浸渍器38将催化剂从旋风分离器30排放到反应器容器32的下部中，并且催化剂和吸附或夹带的烃通过限定在脱离容器26的壁中的端口42进入反应器容器32的汽提区段40中。在脱离容器26中分离的催化剂直接进入汽提区段40中。汽提区段40包括挡板43、44或其他设备，以促进汽提气体和催化剂之间的混合。汽提气体通过导管进入汽提区段40的下部，到达一个或多个分配器46。汽提的焦化催化剂通过反应器催化剂管道48离开反应器容器32的汽提区段40，并以由控制阀52调节的速率通入再生器容器50。来自反应器容器32的焦化催化剂通常含有0.2重量％至2重量％的量的碳，其以焦炭的形式存在。虽然焦炭主要由碳组成，但它可含有3重量％至12重量％的氢以及硫和其他物质。
用于从催化剂燃烧焦炭的再生器容器50包括再生区段54和分离区段56。根据如图1所示的示例性实施方案，再生区段54可位于分离区段56上方。再生区段54可包括用于催化剂的逆流再生的一个或多个级，下面将详细描述。反应器催化剂管道48可通过再生区段中的催化剂入口58向再生区段54提供焦化催化剂。在一些实施方案中，反应器催化剂管道48可在一个或多个级上方延伸通过再生器容器50的壁53，到达用于在再生区段54中分配焦化催化剂的焦化催化剂分配器。焦化催化剂分配器可包括用于接收来自反应器催化剂管道48的焦化催化剂的集管和包括用于将焦化催化剂从集管向下分配到再生区段54中的催化剂入口的喷嘴阵列。焦化催化剂可向下通过一个或多个级，稍后详细描述。一个或多个级中的每个级可包括可渗透屏障。
在再生区段54中，发生催化剂上焦炭燃烧的至少90重量％。再生区段54可通过分隔壁60与分离区段56分离。壁60可具有半球形配置。在本实施方案中，再生区段54和分离区段56可以分别是再生室54和分离室56。再生区段54可分配到一个或多个级70、75和78中。我们已经发现，焦化催化剂和含氧气体的两个级的逆流接触相比单个鼓泡床再生器提供了增加的体积减少。逆流接触的三个级提供了增加的体积减少，但体积减少的增加的益处开始在四个级和五个级逐渐减少。超过五个级似乎提供较少的增量益处，这可能在经济上不合理。一个或多个级中的每个级可包括具有开口的可渗透屏障，该开口的尺寸允许焦化催化剂向下通过，可渗透屏障横向延伸跨过再生器容器。在各种实施方案中，一个或多个级可分类为第一级70、一个或多个中间级75和最后级78。
根据如图1所示的示例性实施方案，一个或多个级可包括设置在催化剂入口58下方的第一级70。第一级70可由第一可渗透屏障80限定在上侧上。第一可渗透屏障80横向地延伸跨过再生器容器。在一个方面，第一可渗透屏障80横向地延伸跨过再生器容器50的整个再生区段54，其与再生器容器50的壁53邻接。催化剂入口58将焦化催化剂输送到第一级上方并且在一个方面输送到第一可渗透屏障80上方。
第一可渗透屏障80可包括允许气体向上流动和催化剂向下流动的任何结构，但抑制可能夹带在气体中的催化剂的回混或向上流动。因此，与不存在第一可渗透屏障80相比，第一可渗透屏障80在第一级70上方防止催化剂的向上运动。第一可渗透屏障80可包括倾斜叶片、格栅、结构填料、挡板，挡板包括圆盘和圆环挡板、人字形和棚形甲板、穿孔板等。中间可渗透屏障85可在第一可渗透屏障80下方间隔开，以在其间限定第一区段90，第一区段90没有内部结构。
一个或多个中间级75可设置在第一级70下方。一个或多个中间级75中的每个级可由中间可渗透屏障85限定在上侧上。中间可渗透屏障85横向地延伸跨过再生器容器50。在一个方面，中间可渗透屏障85横向地延伸跨过再生器容器50的整个再生区段54，其与再生器容器50的壁53邻接。根据如图1所示的示例性实施方案，再生区段54包括分别由中间可渗透屏障85a、85b和85c限定在上侧上的三个中间级。再生区段还包括最后的中间屏障85d。
中间可渗透屏障85b、85c、85d可在紧邻上方的相邻中间可渗透屏障85a、85b、85c下方间隔开，以在其间限定中间区段95，该中间区段95没有内部结构。中间区段95可在两个相邻的中间可渗透屏障85a、85b、85c之间横向地延伸跨过再生器容器50。因此，在两个相邻的可渗透屏障之间形成的区段可横向地延伸跨过再生器容器50。与第一可渗透屏障80类似或相同，中间可渗透屏障85可包括允许气体向上流动和催化剂向下流动但抑制可能夹带在燃烧气体中的催化剂的回混或向上流动的任何结构。预期第一区段90和中间区段95可包括另外的内部结构，以抑制催化剂的回混或促进催化剂和气体之间的接触。
最后级78可设置在一个或多个中间级下方。根据如图1所示的示例性实施方案，最后级78是第五级，并且可设置在第四级75或第三中间可渗透屏障85c下方。最后级78可由最后的中间可渗透屏障85d限定在上侧上。最后的中间可渗透屏障85d可横向地延伸跨过再生器容器50。在一个方面，最后的中间可渗透屏障85d横向地延伸跨过再生器容器50的整个再生区段54，其与再生器容器50的壁53邻接。最后的中间可渗透屏障85d可在最后的中间级75的中间可渗透屏障85c下方间隔开，以在其间限定最后中间区段95，最后中间区段95没有内部结构。与第一可渗透屏障80类似或相同，最后的中间可渗透屏障85可包括允许气体向上流动和催化剂向下流动但抑制可能夹带在燃烧气体中的催化剂的回混或向上流动的任何结构。
在一个实施方案中，仅提供五级逆流接触。可提供更多或更少的级，但是在焦化催化剂和含氧气体之间的四个级或五个级的逆流接触之后体积减小减少。
最后可渗透的屏障100可横向地延伸跨过再生器容器50。在一个方面，最后可渗透屏障100横向地延伸跨过再生器容器50的整个再生区段54，其与再生器容器50的壁53邻接。根据如图1所示的包括五个级的示例性实施方案，最后的可渗透屏障100可在最后的中间可渗透屏障85d下方间隔开，以在其间限定最后区段98，最后区段98没有内部结构。最后区段98可在最后的中间可渗透屏障85d和最后的可渗透屏障100之间横向地延伸跨过再生器容器50。与第一可渗透屏障80类似或相同，最后的可渗透屏障100可包括允许气体向上流动和催化剂向下流动但抑制可能夹带在燃烧气体中的催化剂的回混或向上流动的任何结构。预期最后区段98可包括另外的内部结构，以抑制催化剂的回混或促进催化剂和气体之间的接触。
可渗透屏障中的每个可渗透屏障可根据需要通过额外的支撑件支撑在再生区段54的壁53上。可渗透屏障80、85和100之间的区段90、95和98的间隔的高度可与可渗透屏障的高度相同。在一个方面，区段90、95和98的间隔的高度可以是其上方的可渗透屏障的高度的一半至四分之三。此外，可渗透屏障80、85和100之间的区段90、95和98的间隔的高度可以是再生区段54的直径的六分之一至八分之三。此外，可渗透屏障的高度可以是再生区段54的直径的三分之一。
初级含氧气体(通常为空气)流向上通过一个或多个级，与来自催化剂入口58的焦化催化剂逆流接触，以从焦化催化剂燃烧焦炭，从而提供再生催化剂和第一烟道气。因此，第一烟道气可以是通过在一个或多个级中从焦化催化剂燃烧焦炭而产生的烟道气。根据如图1所示的示例性实施方案，可从管线63中的燃烧气体提供初级含氧气体流。根据如图1所示的示例性实施方案，初级含氧气体流可通过初级燃烧气体分配器64通过含氧气体入口65输送到再生器容器50中的再生区段54。在流动条件下，在逆流接触级70、75和78中含氧气体逆流接触下部再生区段54中的焦化催化剂，该流动条件将包括0.3m/s(1ft/s)至2.2m/s(7ft/s)的表观气体速度和320kg/m3(20lb/ft3)至750kg/m3(35lb/ft3)的催化剂密度。在分离区段56中的稀释相中催化剂密度为16kg/m3(1lb/ft3)至80kg/m3(5lb/ft3)。燃烧气体中的氧气与焦化催化剂接触并燃烧来自催化剂的碳质沉积物。可在部分燃烧或完全燃烧模式下与来自焦化催化剂的燃烧焦炭成比例地添加氧气，以产生第一烟道气和再生催化剂。根据如图1所示的示例性实施方案，可存在一个或多个通气管109，用于使第一烟道气从再生区段54通向分离区段56。
从焦化催化剂燃烧焦炭的过程开始于使第一焦化催化剂流从催化剂入口58向下通过第一级70。在一个示例中，催化剂分配器可沿着第一可渗透屏障80的顶部粗略地分配焦化催化剂通过其喷嘴。第一焦化催化剂流可通过第一可渗透屏障80中的一个或多个开口进入第一级70。第一含氧气体流在高温下向上通过第一级70，与第一焦化催化剂流逆流接触，以燃烧来自第一焦化催化剂流的焦炭沉积物。逆流接触发生在第一区段90中。第一含氧气体流已经与所有下级接触，并且具有大浓度的烟道气和较小浓度的氧气。然而，第一级中的第一焦化催化剂流具有最高浓度的焦炭沉积物。因此，高浓度的焦炭沉积物提供了大的差动驱动力，其容易燃烧第一级70中的低浓度氧气中的焦炭。另外，在第一级70中，高度浓缩在氧气中的热烟道气可由于较少的氧气可用性而从焦化催化剂中除去吸附的烃。汽提除去吸附的焦炭并且燃烧导致一些焦炭沉积物从催化剂燃烧以产生烟道气并提供第二焦化催化剂流，该第二焦化催化剂流包括具有较低浓度的焦炭的至少部分再生的催化剂和具有较低浓度的氧气的烟道气流。
烟道气流从第一级70向上通过第一可渗透屏障80。然而，第一可渗透屏障80抑制焦化催化剂在第一级中的向上运动，导致其在第一级70中失去向上动量并向下落下。因此，第二焦化催化剂流沿与向上流动的第二含氧气体流相反的方向向下移动通过第二可渗透屏障中的一个或多个开口，从第一级70进入第一级下方的第一中间级75。在一个方面，来自第一级70的所有气体向上通过第一可渗透屏障80中的一个或多个开口，并且来自第一级的至少99重量％的催化剂向下通过位于第一可渗透屏障80的正下方的第一中间可渗透屏障85a中的一个或多个开口。
类似地，中间含氧气体流向上通过一个或多个中间级75，与一个或多个中间级75中的每一个中的中间焦化催化剂流逆流接触。例如，第二含氧气体流向上通过第一中间级75，与从第一级70下降的第二焦化催化剂流逆流接触，以从第二焦化催化剂流燃烧焦炭。下中间级75中的含氧气体流具有比上中间级75中的含氧气体流更大的氧浓度，但是下中间级中的催化剂上的焦炭浓度低于上中间级中焦化催化剂的焦炭浓度。因此，保持差动驱动力以驱动第二催化剂流中较小浓度的焦炭沉积物的燃烧。逆流接触可发生在中间级75中的中间区段95中。
中间焦化催化剂流与中间含氧气体流的逆流接触燃烧来自催化剂的焦炭以产生焦化催化剂流，该焦化催化剂流包括具有降低的焦炭沉积物浓度的再生催化剂和包含烟道气的含氧气体流。中间级75中的焦化催化剂流被中间可渗透屏障85阻止向上运动并失去其动量。因此，由中间级75提供的焦化催化剂流沿与下中间级75中产生的向上流动的含氧气体流相反的方向向下移动通过上中间级75的中间可渗透屏障85中的一个或多个开口。在一个方面，来自中间级75的所有气体向上通过位于下中间可渗透屏障85正上方的中间可渗透屏障85中的一个或多个开口，并且来自中间级75的至少99重量％的催化剂向下通过位于中间可渗透屏障85正下方的最后的中间可渗透85d屏障中的一个或多个开口。
根据图1所示的包括五个级的示例性实施方案，初始含氧气体流向上通过最后级78，与从最后的中间级95下降的最后的焦化催化剂流逆流接触以从最后的焦化催化剂流中燃烧焦炭。在一个实施方案中，初始流遇到非常少的焦化催化剂，因为最后级78恰好在分配器64上方。然而，最后级78中的最后焦化催化剂流中催化剂上的焦炭浓度非常低，远低于上第一级70和中间级75中焦化催化剂流中的焦炭浓度，因为最后的焦化催化剂流在逆流接触的更多级中遇到更多氧气。因此，保持差动驱动力以在最后的焦化催化剂流中驱动较小浓度的焦炭沉积物的燃烧，其中含氧气体的初始流中的氧浓度较大。逆流接触可在最后区段98中进行，以抛光催化剂上任何残留的焦炭沉积物。
最后的焦化催化剂流与初始含氧气体流的逆流接触燃烧来自催化剂的焦炭，以产生具有降低浓度的焦炭沉积物的再生催化剂流和包含烟道气的中间含氧气体流。该再生催化剂流可具有非常少的焦炭并且被认为是完全再生的催化剂。然而，在一些实施方案中，再生催化剂流可以是部分再生的催化剂。来自最后级的中间含氧气体流通过最后的中间可渗透屏障85d进入最后的中间级。最后级78中的催化剂被最后的中间可渗透屏障85d阻止向上运动并失去其动量。因此，焦化催化剂的再生催化剂流从最后一级78沿与向上流动的初始含氧气体流相反的方向向下移动通过最后的可渗透屏障100中的一个或多个开口。再生的催化剂流通过最后的可渗透屏障100经过分配器64到达再生器提升管102，如下面详细讨论的。
因为在焦化催化剂和初级含氧气体流的逆流接触中，含氧气体被引入到级70、75和78下方，所以该级中的氧气被消耗。我们发现二氧化碳与一氧化碳的比率在中间级75中最大化。在再生器中较高但级数较低的级中，可获得较少的氧气，因此，第一级70中的二氧化碳与一氧化碳的比率低于中间级75中的二氧化碳与一氧化碳的比率。此外，在焦炭较少可用的较低中间级75和最终级78中，二氧化碳与一氧化碳的比率较低。例如，二氧化碳与一氧化碳的比率在最终级78中比在中间级75中低并且甚至比在初始级70中低。最重要的是，二氧化碳与一氧化碳的比率在第一级中比在较低级中小，并且通常是所有级中除了最后级78之外，在最后级78中可能无法获得足够的停留时间以使不管氧气的可用性多大一氧化碳均氧化成二氧化碳。然而，离开第一级70的第一烟道气将具有较高浓度的一氧化碳，其可在CO锅炉中回收而具有较低的后燃烧风险，因为烟道气中的氧浓度在具有较低的级数的较高级中较低。
一部分初级含氧气体流可被转移并分别供给至级70、75和78中的一个(未示出)和/或来自下级75、78的包含氧气的烟道气流一部分可转移到上级70、75以增加该级中的氧浓度。
尽管未在图中示出，但是如果需要，可使用催化剂冷却器来冷却焦化催化剂流，诸如通过与液态水的间接热交换来制造蒸汽。冷却的催化剂可从级70、75和78之一取出并输送到级70、75和78中的一个，优选地在第一级70或第一级70之下。在另一示例中，焦化催化剂流可从第一级70处或第一级70之下的级取出，冷却并返回到中间级或在其被取出的级之下。优选的是，催化剂冷却器从级70、75或78中引出催化剂，将其冷却并使冷却的催化剂返回到同一级或下级。
在一个实施方案中，在一个或多个级的最后级之下的逆流再生之后获得的再生催化剂可从再生区段54传送到再生器提升管102的底部。再生器提升管102优选地可在再生器容器50内具有垂直取向，并且可从再生器容器50的底部向上延伸通过再生器容器50的轴向中心，但是其他方向也是可能的。再生区段54可包括用于将再生催化剂从再生区段54传送到再生器提升管102的底部的出口。根据如图1所示的示例性实施方案，再生区段54可在再生区段54的底部中包括再生区段出口106。在一个实施方案中，再生区段出口可包括第一出口106a和第二出口106b。根据如图1所示的示例性实施方案，再生器提升管102的底部位于再生区段54下方并且可包括入口104。在一个实施方案中，再生区段的底部可包括第一入口104a和第二入口104b。根据如图1所示的示例性实施方案，再生器提升管102的底部可经由再生器提升管管道108与再生区段出口106连通，再生器提升管管道108从再生区段出口延伸至再生器提升管102的入口。在一个实施方案中，再生器提升管102的底部可经由第一再生器提升管管道108a和第二再生器提升管管道108b与再生区段出口106连通。根据如图1所示的示例性实施方案，再生器提升管102的第一入口104a和第二入口104b分别经由第一再生器提升管管道108a和第二再生器提升管管道108b与再生区段54连通。随后，再生催化剂通过次级气体流推进，以使再生催化剂从再生器提升管102的底部移动到顶部。根据如图1所示的示例性实施方案，再生器提升管102可定位并穿过容器50的内部。可通过次级气体分配器110引入次级气体流。在一个实施方案中，次级气体流可以是含氧气体。根据如图1所示的示例性实施方案，次级气体流可由管线62中的燃烧气体提供。
在一个实施方案中，在一个或多个级的下游获得部分再生的催化剂，当催化剂向上推进通过再生器提升管102以提供在再生器提升管的顶部处的完全再生的催化剂时，提供给再生器提升管的底部的部分再生催化剂上的焦炭燃烧。完全再生的催化剂可从再生器提升管102的顶部处的出口114排出。再生器提升管包括脱离器112，脱离器112包括用于排出再生催化剂的出口114。出口114可定位在流化床的上表面中或上方以接收烟道气和催化剂，并且最初将催化剂与再生器提升管中产生的第二烟道气分离。在一个方面，较重的催化剂下降并且较轻的气体在离开脱离器112的出口114之后上升以实现粗略分离。第二烟道气可以是通过来自再生器提升管102中的催化剂的焦炭燃烧产生的烟道气。来自再生器提升管的第二烟道气的CO2与CO的摩尔比可为3至5。再生催化剂收集在分离区段56中的流化催化剂床中，并且可通过再生催化剂立管12从再生催化剂出口116进入提升管反应器20。在一个实施方案中，可向分离区段56提供起毛流化气体以从催化剂中除去夹带的烟道气并使催化剂流化以促进其从分离区段56中除去。在一个方面，起毛流化气体可由来自第一级90的第一烟道气提供，该第一烟道气通过一个或多个排气管109从再生区段54进入分离区段56中的催化剂床。
包括在再生区段54中产生的第一烟道气和来自再生器提升管102的第二烟道气的烟道气将通常包含轻负载的催化剂颗粒并且可在分离区段56中上升。主要由N2、H2O、O2、CO2和痕量的NOx、CO和SOx组成的烟道气从致密床向上传递到再生容器50的稀释相中。催化剂可从烟道气中脱离，然后烟道气可从包括第一级70的所有级70、75和78上方的烟道气出口排出。分离区段56将在催化剂床上方含有催化剂的稀释相，催化剂夹带在上升的烟道气流中。根据如图1所示的示例性实施方案，烟道气可通过分离装置如再生器旋风分离器118进行处理，以进一步将催化剂与烟道气分离。再生器旋风分离器118或其他装置从上升的烟道气中除去夹带的催化剂颗粒，并且浸入管120可释放催化剂，该催化剂可分布在分离区段56中的催化剂床的顶部上或附近。
对于部分燃烧条件，烟道气中的一氧化碳浓度可保持在至少200ppm，并且优选地至少3摩尔％，CO2与CO的摩尔比可为0.5至4.0，并且优选地不大于0.9且至少0.5，并且优选地至少0.8，并且离开第一级70的烟道气流中的氧浓度可小于0.4摩尔％，并且优选地不大于0.2摩尔％。对于完全燃烧条件，烟道气中的一氧化碳浓度可保持在小于200ppm，CO2与CO的摩尔比可为至少1.0，并且离开第一级70的烟道气流中的氧浓度可大于0.4摩尔％。此外，部分燃烧条件的氧浓度可为1000pppw至0pppw，其中0ppmw表示烟道气中氧浓度的最低可检测值。对于完全燃烧条件，氧浓度将大于5000ppm且不大于5重量％。
如果空气是含氧气体，则通常每kg(1b)的焦炭需要10kg至12kg(1bs)的空气供给催化剂至再生器容器50。再生器容器50的温度通常为594℃(1100°F)至760℃(1400°F)，并且优选地649℃(1200°F)至704℃(1300°F)。压力可为173kPa(表压)(25psig)至414kPa(表压)(60psig)。通过级70、75和78的含氧气体的表观速度通常为0.3m/s(1ft/s)至1.2m/s(4.0ft/s)之间，并且在级70、75和78中催化剂的密度通常为400kg/m3(25lb/ft3)至750kg/m3(47lb/ft3)。分离区段56中稀释相中烟道气的密度通常为4.8kg/m3(0.3lb/ft3)至32kg/m3(2lb/ft3)，这取决于具有0.6m/s(2.0ft/s)至1m/s(3.0ft/s)的表观速度的催化剂的特性。
根据再生器容器50的尺寸和产量，再生器旋风分离器118的4至60可布置在分离区段64中。在通过烟道气出口124离开之前，烟道气可进入充气室122，通常靠近分离区段56的顶部。
现在转向图2，参考方法和装置200解决另一个FCC单元。图2中的许多元件具有与图1中的配置相同的配置并且具有相同的附图标号并具有相同的操作条件。对应于图1中的元件但是具有不同配置的图2中的元件具有与图1中相同的附图标号但用一个主要符号(′)标记。图2中的装置和方法与图1中的相同，除了下面提到的差异之外。根据如图2所示的示例性实施方案，再生区段54可包括再生区段出口106′。在一个实施方案中，再生区段54可包括第一再生区段出口106a′和第二再生区段出口106b′。在一个或多个级的下游获得的再生催化剂被传递到位于再生器容器外部的再生器提升管102′。在某些实施方案中，传递到再生器提升管102′的催化剂可以是部分再生的催化剂。根据如图2所示的示例性实施方案，第一再生器提升管管道108a′和第二再生器提升管管道108b′分别从第一再生区段出口106a′和第二再生区段出口106b′延伸，并且将再生催化剂分别通入第一再生器提升管102a′和第二再生器提升管102b′的底部。如图所示，再生催化剂分别通过第一再生器提升管102a′和第二再生器提升管102b′的第一入口104a′和第二入口104b′。如上面关于图1所解释的，将低级气体流提供给再生器提升管102，以将再生催化剂从再生器提升管的底部推进到位于分离区段56中的出口。根据如图2所示的示例性实施方案，第一次级分配器110a′和第二次级分配器110b′可分别提供第一次级气体流和第二次级气体流，以将再生催化剂推进相应的再生器提升管102a′和102b′。在一些实施方案中，次级气体流可以是含氧气体。根据如图2所示的示例性实施方案，次级气体流可分别通过管线62a′和62b′中的燃烧气体提供给第一次级分配器和第二次级分配器。
在一个实施方案中，在一个或多个级的下游获得部分再生的催化剂，提供给第一再生器提升管102a′和第二再生器提升管102b′的底部的部分再生催化剂上的焦炭可在催化剂被推进时燃烧，向上通过相应的再生器提升管以从相应的再生器提升管的顶部提供完全再生的催化剂。完全再生的催化剂可分别从第一再生器提升管102a′和第二再生器提升管102b′的顶部处的第一出口114a′和第二出口114b′排出。第一再生器提升管102a′和第二再生器提升管102b′可包括第一脱离器112a′和第二脱离器112b′，其分别包括用于排出再生催化剂的第一出口114a′和第二出口114b′。如图2所示，第一脱离器112a′和第二脱离器112b′的第一出口114a′和第二出口114b′可定位在流化床中。脱离器112a′和112b′可接收烟道气和催化剂，并且最初将催化剂与在第一再生器提升管和第二再生器提升管中产生的第二烟道气分离。方法和设备的其余部分与图1中描述的相同。
具体的实施方案
虽然结合具体的实施方案描述了以下内容，但应当理解，该描述旨在说明而不是限制前述描述和所附权利要求书的范围。
本发明的第一实施方案是一种用于在再生器容器中从焦化催化剂燃烧焦炭的方法，该再生器容器包括分离区段和位于分离区段下方的再生区段，该方法包括通过再生区段中的催化剂入口向再生区段提供焦化催化剂；使焦化催化剂向下通过一个或多个级，该一个或多个级中的每个级包括可渗透屏障；使初级含氧气体流向上通过一个或多个级，与焦化催化剂逆流接触，以从焦化催化剂燃烧焦炭，从而提供再生催化剂和烟道气；将再生催化剂从再生区段传递到再生器提升管的底部；通过次级气体流推进再生催化剂，以使再生催化剂从再生器提升管的底部移动到位于分离区段中的出口；将再生催化剂从再生器提升管的出口排出到分离区段；以及将再生催化剂从分离区段中的再生催化剂出口通过再生催化剂立管传递到提升管反应器。本发明的一个实施方案是本段的先前实施方案至本段的第一实施方案中的一个、任何或所有实施方案，其中传递初级含氧气的气体流与焦化催化剂逆流接触的步骤提供部分再生的催化剂。本发明的一个实施方案是本段的先前实施方案至本段的第一实施方案中的一个、任何或所有实施方案，其中推进再生催化剂通过再生器提升管的步骤通过部分再生催化剂的焦炭燃烧提供完全再生的催化剂。本发明的一个实施方案是本段的先前实施方案至本段的第一实施方案中的一个、任何或所有实施方案，其中再生器提升管的底部位于再生区段下方并且通过从再生器底部出口延伸到再生器提升管的入口的再生器提升管管道连通。本发明的一个实施方案是本段的先前实施方案至本段的第一实施方案中的一个、任何或所有实施方案，其还包括将焦化催化剂输送到一个或多个级上方，并将初级含氧气体流分配到一个或多个级下方。本发明的一个实施方案是本段的先前实施方案至本段的第一实施方案中的一个、任何或所有实施方案，其中再生器提升管的顶部包括脱离区，该脱离区包括用于排出再生催化剂的出口。本发明的一个实施方案是本段的先前实施方案至本段的第一实施方案中的一个、任何或所有实施方案，其中可渗透屏障抑制焦化催化剂的向上运动。本发明的一个实施方案是本段的先前实施方案至本段的第一实施方案中的一个、任何或所有实施方案，其中再生催化剂出口位于催化剂入口上方。本发明的一个实施方案是本段的先前实施方案至本段的第一实施方案中的一个、任何或所有实施方案，其中使焦化催化剂向下通过一个或多个级包括使第一焦化催化剂流向下通过第一渗透屏障进入第一级；使第一含氧气体流向上通过第一级，与第一焦化催化剂流逆流接触，以从第一焦化催化剂流燃烧焦炭，从而提供包含再生催化剂的第二焦化催化剂流和烟道气流；使烟道气流从第一级向上通过；通过第一可渗透屏障抑制第一级中第一焦化催化剂流的向上运动；使第二焦化催化剂流从第一级向下传递到第一级下方的第二级；使第二含氧气体流向上通过第二级，与第二焦化催化剂流逆流接触，以从第二焦化催化剂流燃烧焦炭，从而提供包含再生催化剂的第三焦化催化剂流和包含烟道气的第一含氧气体流；将第一含氧气体流从第二级传递到第一级；以及通过第二可渗透屏障抑制第二级中第二焦化催化剂流的向上运动。本发明的一个实施方案是本段的先前实施方案至本段的第一实施方案中的一个、任何或所有实施方案，还包括使第三焦化催化剂流从第二级向下传递到第二级下方的第三级；使第三含氧气体流向上通过所述第三级，与所述焦化催化剂流逆流接触以从所述焦化催化剂燃烧焦炭，从而提供包含再生催化剂的第四焦化催化剂流和包含烟道气的第二含氧气体流；以及抑制第三级中第三焦化催化剂流的向上运动。
本发明的第二实施方案是一种用于在再生器容器中从焦化催化剂燃烧焦炭的方法，该再生器容器包括分离区段和位于分离区段下方的再生区段，该方法包括通过再生区段中的催化剂入口向再生区段提供焦化催化剂；使所述焦化催化剂向下通过一个或多个级，所述一个或多个级中的每个级包括可渗透屏障；使初级含氧气体流向上通过一个或多个级，与焦化催化剂逆流接触，以从焦化催化剂燃烧焦炭，从而提供部分再生催化剂和烟道气；将部分再生催化剂从再生区段传递到再生器提升管的底部；通过次级含氧气体流推进部分再生催化剂，以使再生催化剂从再生器提升管的底部移动到位于分离区段中的出口，同时从部分再生催化剂中燃烧焦炭，以提供完全再生的催化剂；将完全再生催化剂从再生器提升管的出口排出到分离区段；以及将完全再生催化剂从分离区段中的再生催化剂出口通过再生催化剂立管传递到提升管反应器。
本发明的第三个实施方案是一种用于从催化剂燃烧碳质沉积物的装置，包括：a)再生区段，该再生区段包括(i)用于供给焦化催化剂的催化剂入口；(ii)位于催化剂入口下方的一个或多个级，该一个或多个级中的每个级包括可渗透屏障，该可渗透屏障包括尺寸允许焦化催化剂向下通过的开口，该可渗透屏障横向地延伸跨过再生器容器；以及(ii)燃烧气体分配器，其用于使初级含氧气体流向上通过一个或多个级，与焦化催化剂逆流接触，以从焦化催化剂燃烧焦炭，从而提供再生催化剂和烟道气；b)再生器提升管，该再生器提升管包括(i)再生器提升管的底部中的入口，其通过用于接收再生催化剂的再生区段出口与再生区段下游连通；以及(ii)再生器提升管的出口，其用于排出再生催化剂；以及c)再生区段上方的分离区段，该分离区段包括(i)一个或多个旋风分离器，其用于从烟道气中分离催化剂；(ii)再生催化剂出口；(iii)再生器提升管的出口；以及(iv)再生器容器中的烟道气出口。本发明的一个实施方案是本段的先前实施方案至本段的第三实施方案中的一个、任何或所有实施方案，其中再生器提升管的底部位于再生区段下方并且通过再生器提升管管道连通，再生器提升管管道从再生器区段出口延伸到再生器提升管的底部中的入口。本发明的一个实施方案是本段的先前实施方案至本段的第三实施方案中的一个、任何或所有实施方案，其中再生催化剂出口位于催化剂入口上方。本发明的一个实施方案是本段的先前实施方案至本段的第三实施方案中的一个、任何或所有实施方案，其中再生器提升管位于再生器内。本发明的一个实施方案是本段的先前实施方案至本段的第三实施方案中的一个、任何或所有实施方案，其中再生器提升管位于再生器外部。本发明的一个实施方案是本段的先前实施方案至本段的第三实施方案中的一个、任何或所有实施方案，还包括一个或多个通气管，用于将烟道气从再生区段通入到分离区段。本发明的一个实施方案是本段的先前实施方案至本段的第三实施方案中的一个、任何或所有实施方案，其中再生区段包括至少两个级，其包括：在催化剂入口下方的第一可渗透屏障，第一可渗透屏障横向地延伸跨过再生器容器；第一可渗透屏障下方的第二可渗透屏障，其用于限定第二级，第二可渗透屏障横向地延伸跨过再生器容器；以及在第二可渗透屏障下方的再生底部出口。本发明的一个实施方案是本段的先前实施方案至本段的第三实施方案中的一个、任何或所有实施方案，其中第二可渗透屏障在第一可渗透屏障下方间隔开。本发明的一个实施方案是本段的先前实施方案至本段的第三实施方案中的一个、任何或所有实施方案，还包括在第二可渗透屏障下方和再生器底部出口上方的第三可渗透屏障，第三可渗透屏障横向地延伸跨过再生器容器。
尽管没有进一步的详细说明，但据信，本领域的技术人员通过使用前面的描述可最大程度利用本发明并且可容易地确定本发明的基本特征而不脱离本发明的实质和范围以作出本发明的各种变化和修改，并且使其适合各种使用和状况。因此，前述优选的具体实施方案应理解为仅例示性的，而不以任何方式限制本公开的其余部分，并且旨在涵盖包括在所附权利要求书的范围内的各种修改和等效布置。
在前述内容中，所有温度均以摄氏度示出，并且所有份数和百分比均按重量计，除非另外指明。

Claims (10)

1.一种用于在再生器容器中从焦化催化剂燃烧焦炭的方法，所述再生器容器包括分离区段和位于所述分离区段下方的再生区段，所述方法包括：
通过所述再生区段中的催化剂入口向所述再生区段提供焦化催化剂；
使所述焦化催化剂向下通过一个或多个级，所述一个或多个级中的每个级包括可渗透屏障；
使初级含氧气体流向上通过所述一个或多个级，与所述焦化催化剂逆流接触，以从所述焦化催化剂燃烧焦炭，从而提供再生催化剂和烟道气；
将所述再生催化剂从所述再生区段传递到再生器提升管的底部；
通过次级气体流推进所述再生催化剂，以使所述再生催化剂从所述再生器提升管的底部移动到位于所述分离区段中的出口；
将所述再生催化剂从所述再生器提升管的出口排出到所述分离区段；以及
将所述再生催化剂从所述分离区段中的再生催化剂出口通过再生催化剂立管传递到提升管反应器。
2.根据权利要求1所述的方法，其中传递初级含氧气的气体流与所述焦化催化剂逆流接触的步骤提供部分再生的催化剂。
3.根据权利要求2的方法，其中推进所述再生催化剂通过所述再生器提升管的步骤通过来自部分再生催化剂的焦炭燃烧提供完全再生的催化剂。
4.根据权利要求1所述的方法，其中所述再生器提升管的底部位于所述再生区段下方并且通过从再生器底部出口延伸到所述再生器提升管的入口的再生器提升管管道连通。
5.根据权利要求1所述的方法，所述方法还包括将所述焦化催化剂输送到所述一个或多个级上方，并将所述初级含氧气体流分配到所述一个或多个级下方。
6.根据权利要求1所述的方法，其中所述再生器提升管的顶部包括脱离区，所述脱离区包括用于排出所述再生催化剂的出口。
7.根据权利要求1所述的方法，其中所述再生催化剂出口位于所述催化剂入口上方。
8.根据权利要求1所述的方法，其中使所述焦化催化剂向下通过所述一个或多个级包括：
使第一焦化催化剂流向下通过第一可渗透屏障进入第一级；
使第一含氧气体流向上通过所述第一级，与所述第一焦化催化剂流逆流接触，以从所述第一焦化催化剂流燃烧焦炭，从而提供包含再生催化剂的第二焦化催化剂流和烟道气流；
使所述烟道气流从所述第一级向上通过；
通过所述第一可渗透屏障抑制所述第一级中所述第一焦化催化剂流的向上运动；
使所述第二焦化催化剂流从所述第一级向下传递到所述第一级下方的第二级；
使第二含氧气体流向上通过所述第二级，与所述第二焦化催化剂流逆流接触，以从所述第二焦化催化剂流燃烧焦炭，从而提供包含再生催化剂的第三焦化催化剂流和包含烟道气的第一含氧气体流；
将所述第一含氧气体流从所述第二级传递到所述第一级；以及
通过第二可渗透屏障抑制所述第二级中所述第二焦化催化剂流的向上运动。
9.根据权利要求8所述的方法，所述方法还包括：
使所述第三焦化催化剂流从所述第二级向下传递到所述第二级下方的第三级；
使第三含氧气体流向上通过所述第三级，与所述焦化催化剂流逆流接触以从所述焦化催化剂燃烧焦炭，从而提供包含再生催化剂的第四焦化催化剂流和包含烟道气的第二含氧气体流；以及
抑制所述第三级中所述第三焦化催化剂流的向上运动。
10.一种用于燃烧来自催化剂的碳质沉积物的再生器容器，包括：
a)再生区段，所述再生区段包括：
(i)用于供给焦化催化剂的催化剂入口；
(ii)位于所述催化剂入口下方的一个或多个级，所述一个或多个级中的每个级包括可渗透屏障，所述可渗透屏障包括尺寸允许所述焦化催化剂向下通过的开口，所述可渗透屏障横向地延伸跨过所述再生器容器；以及
(ii)燃烧气体分配器，所述燃烧气体分配器用于使初级含氧气体流向上通过所述一个或多个级，与所述焦化催化剂逆流接触，以从所述焦化催化剂燃烧焦炭，从而提供再生催化剂和烟道气；
b)再生器提升管，所述再生器提升管包括：
(i)所述再生器提升管的底部中的入口，其通过用于接收所述再生催化剂的再生区段出口与再生区段下游连通；以及
(ii)再生器提升管的出口，其用于排出所述再生催化剂；以及
c)所述再生区段上方的分离区段，所述分离区段包括：
(i)一个或多个旋风分离器，其用于从所述烟道气中分离催化剂；
(ii)再生催化剂出口；
(iii)所述再生器提升管的出口；以及
(iv)所述再生器容器中的烟道气出口。
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