CN110499181A - 一种匀速床反应的催化裂化方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种匀速床反应的催化裂化方法及装置，用于提高低碳烯烃、汽油、柴油等目的产品的产率，操作弹性大，能达到经济收益最大化。该方法主要设计有多级变径反应器，该反应器由直管段和/或与斜管段组成扩径斜管段交替连接，在每一个斜管段下部和其连接的直管段上部交界处，设计有催化剂分布板，催化剂通过每一级分布板的过程可以保证其在各径级反应区均有一定藏量，同时催化剂与从分布板与油气逆流接触时，油气发生裂化反应体积变大，油气朝着扩径方向在反应器中继续流动，催化剂则与之相反朝着缩径方向流动。

Description

一种匀速床反应的催化裂化方法及装置

技术领域

本发明涉及一种催化裂化新工艺及其装置，更确切地说，涉及一种匀速床反应的反应优化催化裂化产物分布的方法及装置，应用于石油化工领域，具体应用于流化催化裂化，用于提高低碳烯烃、汽油、柴油等目的产品的产率。

背景技术

目前，市场对于低碳烯烃、汽油、柴油等产品的需求不断升级，通过FCC等炼油工艺满足对目的产品的需求是一条重要途径。

US4064038公开了一种流化催化裂化方法，它将提升管反应区和再生区组合使用，用于将原料转化为馏分油燃料。按照此发明提供的方法，通过加入择型分子筛、提高反应苛刻度等方法提高低碳烯烃产率。

CN106609147A公开了一种增产低碳烯烃和制取高品质汽油的催化转化方法，该方法包括：(1)将重质烃油原料与第一催化裂化催化剂在第一反应器中接触反应；(2)将沸点为8～ 88℃的轻馏分组分注入第二反应器中与第二催化裂化催化剂接触反应，并将沸点为145～ 253℃的重馏分组分在所述轻馏分组分的下游注入所述第二反应器中，反应后得到第二反应混合物；(3)将沸点为41～190℃的中馏分组分注入第三反应器中与从所述第二反应混合物中分离出的固体催化剂接触反应。按照此发明提供的方法能够增产低碳烯烃，并制备高品质汽油。

CN103131464公开了一种生产低碳烯烃和轻芳烃的烃类催化转化方法，是将石油烃原料在提升管内与催化裂解催化剂接触发生反应，反应流出物不经分离进入流化床，与引入的经过孔道修饰处理的催化剂接触进行齐聚、裂化和芳构化反应，分离得到包括富含低碳烯烃和轻芳烃的产品，积炭催化剂经汽提、再生后分为两部分，其中一部分回提升管循环使用，另一部分先送至催化剂孔道修饰区，与修饰剂接触并反应，再送去流化床使用。按照此发明提供的方法，引入流化床实现多产低碳烯烃的目的。

由于现有提升管反应器的流化特点，催化裂化工艺中的反应形式使易发生裂化反应的烃类与高温高活性的催化剂接触并反应，使难发生裂化反应的烃类与低温低活性的催化剂接触并反应，这是提升管反应形式需要改进的。随着催化裂化工艺的发展，通过对提升管反应形式的改进不断开发出新的催化裂化工艺，虽然可以提高转化率、增加目的产物产率，但都不能从根本上解决这一问题，在达到这一技术目的的同时，必然使干气和焦炭产率增加。本发明专利以现有技术为基础，在深入探究裂化反应机理和热效应的前提下，充分利用工艺热平衡，充分考虑不同反应物的反应性能，在增产目的产物产率的同时，减少干气、焦炭等非目的产物产率，达到经济收益最大化。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于催化裂化的匀速床反应的方法及装置，可用于突破现有FCC装置工艺瓶颈。

本发明所采用的工艺流程及方案：

1、本发明处理的物料主要有：烃类原料，天然石油烃或煤及其经过加工产生的部分或全部馏分；烃类衍生物，烃类的聚合物、酯的一种或多种混合物。

2、本发明使用的催化剂特点：以重量百分比计含有10％-75％的沸石、5％-90％的耐热无机氧化物和0％-70％的粘土，其中，所述沸石选自ZSM-5沸石、β沸石和Y型沸石及其改性沸石中的至少一种。

3、本发明将逆流两相接触反应技术与反应器梯度变径设计相结合，通过在匀速床中的多级反应流程，提高低碳烯烃产率，降低干气和焦炭产率。本发明提供的方法中，所述的匀速床反应器操作条件为：匀速床反应器入口(以原料进反应器处为入口)温度400-700℃、出口温度450-800℃，压力0.05-1.0Mpa。

4、本发明提供的方法中，原料与催化剂逆流两相接触反应。在常规催化流化反应中，催化剂在与原料刚接触时温度最高(530℃～560℃)，随着同向流物料继续混合则反应不断深入，催化剂温度不断降低，提升管反应温度以其出口温度为准；但经过大量研究表明，重质油的裂解温度其实远低于常规提升管的接触温度，只是其汽化及分散过程需要大量热。常规提升管反应中，高温接触且长停留时间反应难以避免地会出现过裂化现象，重油焦炭产率、干气产率偏高，常规提升管反应中，热量损耗一部分后，真正需要高温高能的轻烃或低碳烯烃前身物的二次裂化反应并未能得到相应的热量，如果强行提高催化剂循环量以提高温度，那原料接触催化剂温度会更高，过裂化现象更加严重。为了改变这一现状，本发明中原料与催化剂逆流两相接触反应，充分预热后的原料在雾化蒸汽及高效气液分布器的作用下，均匀分布原料通过原料入口进入反应器入口，与来自反应器出口(反应器出入口以原料流动方向来定义)的活性最低温度最低的催化剂接触并发生以裂化为主的反应，原料通过裂化反应产生的较小分子的中间产物，与催化剂逆流接触，随着裂化反应的不断进行，碳链最短的中间产物在反应器出口与来自再生催化剂输送管线的活性最高温度最高的再生催化剂在反应器出口反应。由于原料与催化剂反向流接触，原料的生焦率或干气产率大大降低，裂化产生的低碳烯烃的二次反应也得到抑制。

5、催化裂化反应是长链大分子重油裂解为短链小分子的反应，反应过程中，分子的总摩尔量增加即体积增加，为了适应这一过程，控制不同中间产物的停留时间，以保证油品在与催化剂的接触过程中是一个基本均匀线速度的过程，同时为了更好使催化剂在逆流运动过程中分布更均匀，以达到原料与催化剂逆流反应条件，本发明设计了匀速床多级变径反应器。多级变径反应器由直管段和/或斜管段组成，同时催化剂与油气逆流接触时，油气发生裂化反应体积变大，油气朝着扩径方向在反应器中继续流动，催化剂则与之相反朝着缩径方向流动。在本发明提供的方法中，反应器的最大径值与最小径值之比大于1且小于25，斜管段与垂直线的倾斜角度为大于等于0°且小于90°，斜管段段数不小于1，直管段不小于0，当直管段段数不为零时相邻斜管段与直管段的段长之比1～100。多级变径反应器的设计，能保证反应稳定性、连续性的同时，进一步缩短油剂接触时间，避免生焦及产生干气，也能避免二次反应。

6、本发明提供的方法中，为了适应实际加工方案，可以在反应器轴向不同位置单点或多点同时进料。可以在匀速床反应器下部进原料，中部进中间馏分，上部进轻质馏分，这样的设计思路也与逆流接触反应设计理念相通，即原料与活性最低温度最低的催化剂接触并发生以裂化为主的反应，中间馏分与中温中等活性催化剂逆流接触，碳链最短的轻质馏分与活性最高温度最高的催化剂接触反应。对进料股数的增减，能较广泛地满足产物需求，这一设计还在一定程度上提高了工艺的操作弹性。

本发明可得到的有益效果：

1、本发明对FCC工艺及其装置进行了突破性改造，采用匀速床反应，使其符合可裂化原料的热力学特性，即大分子裂化需低温低活性催化剂、小分子裂化需高温高活性催化剂，这样能显著降低反应能耗。

2、本发明能很大程度降低过裂化或缩聚反应，明显降低重质油裂化的焦炭产率、干气产率。

3、本发明运用多层级匀速床反应，能最大限度提高目的产物产率，还可根据实际情况，调整各进料位置或进料量，以达到对干气、液化气、汽油、柴油、油浆等不同产物的综合需求。

4、本发明中，由于催化剂焦炭产率降低、再生条件缓和，催化剂寿命延长，这样反应体系的单耗降低，运行成本随之降低。

附图说明

附图1是根据本发明的工艺流程示意图；

如图所示：1、催化剂输送风；2、待生催化剂下料控制阀；3、催化剂输送管线；4、催化剂再生系统；5、再生催化剂下料控制阀；6、多级催化剂反应分布板；7、多级催化剂汽提分布板；8、多级汽提介质；9、原料入口；10、中间馏分入口；11、轻质馏分入口；12、旋风分离器；13、匀速床反应器；14、防焦蒸汽；15、产品集合管线

具体实施方式

本发明提供一种匀速床反应的催化裂化方法及装置，下面结合附图进一步说明。

烃类和/或烃类衍生物原料通过原料入口(9)进入匀速床反应器(13)入口，与来自匀速床反应器(13)出口(反应器出入口以原料流动方向来定义)的催化剂接触并发生以裂化为主的吸热反应，原料在向匀速床反应器(13)出口方向流动的过程中继续发生裂化等反应，产生较小分子的中间产物，反应产生的碳链最短的烃类在匀速床反应器(13)出口与来自再生催化剂下料控制阀(5)的高温、高活性的再生催化剂在匀速床反应器(13)出口反应，由于反应是以裂化为主的吸热反应，匀速床反应器(13)入口温度低于匀速床反应器(13)出口温度；反应后的产物经匀速床反应器(13)出口再经旋风分离器(12)分离出夹带的催化剂后，由产品集合管线(15)进入后续分离系统进一步分离为液化气、汽油和柴油等产品；来自再生催化剂下料控制阀(5)的催化剂由匀速床反应器(13)出口进入匀速床反应器(13)，通过匀速床反应器(13)由匀速床反应器(13)入口依次进入多级催化剂汽提分布板(7)、催化剂再生系统(4)，经过汽提、再生后经过生催化剂下料控制阀(5)进入匀速床反应器(13)重复利用。

本发明提供的方法中，为了适应实际加工方案，可以在反应器轴向不同位置单点或多点同时进料。附图中列出了中间馏分入口、轻质馏分入口。中间馏分通过中间馏分入口(10)进入匀速床反应器(13)中部，与来自匀速床反应器(13)出口的中等活性中温催化剂接触并发生以裂化为主的反应，后续流程与原料相同。轻质馏分通过轻质馏分入口(11)进入匀速床反应器(13)偏上部，与来自匀速床反应器(13)出口的较高活性高温催化剂接触并发生以裂化为主的反应，后续流程与重质原料、中间馏分相同。其他原料通过增加的其他入口进入匀速床反应器(13)，与来自匀速床反应器(13)出口的一定活性范围一定温度范围的催化剂接触并发生以裂化为主的反应，后续流程与上述原料或馏分相同。

尽管已示出和描述了本发明的优选实施方式，可以设想，本领域的技术人员可在所附权利要求的精神和范围内设计对本发明的各种修改。

Claims (6)

1.一种匀速床反应的催化裂化方法及装置，其特征在于：为了满足烃类和/或烃类衍生物原料与催化剂反应条件，本发明设计了匀速床反应的多级变径反应器。多级变径反应器由直管段和/或斜管段组成，同时催化剂与油气接触时，油气发生裂化反应体积变大，油气朝着扩径方向在反应器中继续流动，催化剂则与之相反朝着缩径方向流动。在本发明提供的方法中，反应器的最大径值与最小径值之比大于1且小于25，斜管段与垂直线的倾斜角度为大于等于0°且小于90°，斜管段段数不小于1，直管段不小于0，当直管段段数不为零时相邻斜管段与直管段的段长之比1～100。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述的烃类原料为天然石油烃或煤及其经过加工产生的部分或全部馏分，烃类衍生物原料为烃类的聚合物、酯的一种或多种混合物。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述的催化裂化催化剂以重量百分比计含有10％-75％的沸石、5％-90％的耐热无机氧化物和0％-70％的粘土，其中，所述沸石选自ZSM-5沸石、β沸石和Y型沸石及其改性沸石中的至少一种。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于匀速床反应器的操作条件为：反应器入口温度400-700℃、出口温度450-800℃，压力0.05-1.0Mpa。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：为了适应实际加工方案，可以在反应器轴向不同位置单点或多点同时进料。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：在相邻两个管段的交界处，优选设有催化剂分布板，以保证流化均匀。