CN114173919B - 提升管反应器系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于在提升管反应器中使烃进料流化催化裂化(FCC)的反应器和方法，所述方法包含：将所述烃进料注入到所述提升管反应器的蒸发区中；将第一催化剂注入到所述蒸发区中，其中所述第一催化剂与所述烃进料混合以在所述蒸发区中产生烃流，并且其中所述蒸发区中的温度低于625℃；以及将所述烃流从所述蒸发区传递到所述提升管反应器的裂化区中以在所述裂化区中产生裂化的产物。

Description

提升管反应器系统
技术领域
本发明涉及一种用于使烃进料流化催化裂化(FCC)的设备和方法。更具体地，本发明涉及一种设备和方法，其用于将进料汽化和进料-催化剂(即，烃)混合容纳到FCC提升管反应器中为此指定的区，并且用于在多个注入点处将进料/催化剂注入到FCC提升管反应器中，以努力减少进料汽化期间的热裂化和干燥气体产生，并改善进料/催化剂混合。
背景技术
流化催化裂化(FCC)工艺是现代炼油厂经常进行的重要转化工艺。FCC工艺是这样一种化学工艺：使用催化剂以将源自原油的高沸点烃馏分转化成更有价值的FCC最终产物，如汽油组分(石脑油)、燃料油和烯烃气体(即，乙烯、丙烯、丁烯)。典型的FCC单元包含每个都包含FCC反应器(即，提升管反应器)、再生器和分离器的至少一个FCC单元。提升管反应器和再生器被认为是FCC单元的主要组件。例如，烃进料和焦炭沉积的大部分吸热裂化反应在提升管反应器中进行，而再生器用于通过烧掉积累的焦炭沉积物来使催化剂重新活化。
在FCC操作期间，加热的催化剂从再生器流过并且进入到提升管反应器的底部区段中，在所述底部区段中使其与加热的烃进料接触。在接触时，催化剂使进料的长链分子汽化并裂化或断裂成新的较短的分子，由此形成进料-催化剂混合物。汽化的进料使固体催化剂流化，使得进料-催化剂混合物在提升管反应器内膨胀并向上流动以进一步裂化，由此产生一种或多种期望的裂化的产物。另外，在反应期间，焦炭形成物开始沉积在催化剂上，因此导致催化剂逐渐失活。
期望的裂化的产物从提升管反应器的顶部排出，以流入到分离器的底部区段中，并且失活的催化剂从提升管反应器的底部排出，以流入到再生器中。使流入到分离器(也被称为主分馏器)中的裂化的产物蒸馏成更有价值的FCC最终产物。使离开再生器的再生的，即再活化的催化剂再循环到提升管反应器的底部区段，并且循环重复。在许多情况下，新鲜催化剂可以与再生催化剂一起添加以优化裂化工艺。
尽管FCC工艺已在商业上建立超过75年，但技术进步仍在不断发展，以应对新挑战并提供整体持续改进。例如，市场上的竞争对手已经引入了与FCC提升管反应器相关的各种工艺、技术和设备，如使进料注射喷嘴的设计变化以努力改善进料和/或催化剂分布以及进料/催化剂混合，产生多个催化剂注入点以提高裂化反应的产物产率和选择性，以及重新设计反应系统以消除或减少非选择性热裂化和干燥气体产生。其中这些发展中的若干发展讨论如下。
美国专利第4,795,547号和美国专利第5,562,818号描述了在携带雾化进料的进料管出口处具有不同分流锥设计的两个底部入口喷嘴。这些分流锥的功能是将轴向流动的进料流重新引导到出口处的径向排放的进料，以努力增强再生的催化剂和进料混合。
美国专利第5,565,090号描述了一种具有多个催化剂注入点的提升管反应器，以在催化重整工艺期间从石脑油原料获得芳烃产率。催化剂在提升管反应器的基座处接合原料，并在沿提升管长度的中间点处注入到原料、反应物和催化剂的所得混合物中。优选地供应2-10个催化剂注入点，包含在提升管的基座处的一个和1-9个中间点。约10％到95％的催化剂在提升管反应器的下端中接合原料，并且约1％到70％的催化剂在沿提升管长度的任何单个其它点处注入。
美国专利第5,055,177号描述了一种用于将催化剂相与气体悬浮相分离的方法和设备，因为气体悬浮相从提升管转化区出口排出，以在FCC工艺中从烃蒸气/催化剂颗粒悬浮液中快速分离裂化催化剂。具体地，烃蒸气/催化剂颗粒悬浮液直接从提升管传递到一系列气旋式分离器中，这些气旋式分离器将催化剂颗粒与悬浮液分离，以努力减少烃转化产物的过度裂化并促进期望的产物的回收。在单个反应器容器内串联连接的气旋式分离器包含提升管旋流分离器、初级旋流分离器和次级旋流分离器。
尽管进行了各种尝试，但仍需要改善FCC工艺、组件和技术以进行持续改进，包含与跨提升管反应器的温度和速度曲线、进料-催化剂混合期间的均匀性以及催化反应期间的性能相关的改进，以及其它期望的改进。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于使烃进料流化催化裂化(FCC)的设备和方法。
本发明的目的是提供一种设备和方法，其用于将进料汽化和进料/催化剂混合容纳到FCC提升管反应器中为此指定的区，以及用于在多个注入点处将进料和催化剂注入到FCC提升管反应器中，以努力减少进料汽化期间的热裂化和干燥气体产生，并改善进料/催化剂混合。
本发明的目的是提供一种设备及其方法，其中进料汽化和进料-催化剂混合被指定到FCC提升管反应器中的特定区。
本发明的目的是提供一种设备及其方法，其中进料汽化和进料-催化剂混合被指定到FCC提升管反应器中的特定区，并且其中在沿FCC提升管反应器的长度的多个注入点处注入催化剂。
本发明的实施例的其它优点和特征将从以下详细描述中变得显而易见。然而，应当理解，虽然详细说明指示了本发明的优选实施例，但仅以说明的方式给出，因为在本发明的精神和范围内的各种变化和修改对于本领域技术人员来说将变得明显。
附图说明
在以下详细描述中并且参考附图来描述某些示例性实施例，其中：
图1是根据本发明的实施例的包含具有多阶段催化剂注入的提升管反应器系统的FCC单元的示意性表示；
图2是根据本发明的实施例的如图1所示的具有多阶段催化剂注入的提升管反应器系统的示意性表示；
图3是根据本发明的第一实施例的如图2所示的具有多阶段催化剂注入的提升管反应器系统的第二阶段注入装置的示意性表示；
图4是根据本发明的第二实施例的如图2所示的具有多阶段催化剂注入的提升管反应器系统的第二阶段注入装置的示意性表示；
图5是根据本发明的实施例的常规提升管反应器的温度曲线相对于如图2所示的具有多阶段催化剂注入的提升管反应器系统的温度曲线的图形比较；
图6是根据本发明的实施例的常规提升管反应器的轴向速度的径向分布曲线相对于如图2所示的具有多阶段催化剂注入的提升管反应器系统的轴向速度的径向分布曲线的图形比较。
具体实施方式
FCC工艺期间的大部分吸热裂化反应在FCC提升管反应器中进行，所述反应器可以包含一个或多个反应区。在常规FCC提升管反应器中，进料的汽化和裂化反应两者均可以通常在升高的温度下，例如至少630℃下在反应器的同一反应区中发生。在其它典型的FCC提升管反应器中，若干个提升管反应器可以串联使用，其中每个提升管反应器包含在升高的温度范围内操作的至少一个反应区以使进料顺序地汽化和裂化。
在引发汽化的进料裂化之前，应使大部分，优选地所有进料汽化并与催化剂均匀混合，以产生最大产率的期望的最终产物。否则，进料的不完全汽化可能导致形成不期望的副产物，如由于油与油接触而产生的焦炭。如先前关于常规提升管反应器所描述的，升高的温度也可能促进汽化的进料的过早热裂化。不期望的热裂化可能导致产生不想要的干燥气体，因此影响更有价值的产物(如轻质烯烃)的产生产率。
在热裂化期间，使用升高的温度和压力来使进料裂化，而无需使用催化剂。相比之下，在FCC工艺中，与热裂化条件相比，使汽化的进料在与热催化剂接触时在较低的温度和压力下裂化。无论是否使用催化剂引发裂化反应，提升管反应器中的升高的反应温度，如高于约630℃都会促使过早热裂化。在此方面，跨提升管反应器升高的温度降低高价值产物产率，同时增加低价值产物，如重燃料油和轻质气体(例如，甲烷和乙烷)。
现在已经有利地发现，由热裂化、干燥气体产生和缺乏均匀进料/催化剂混合以及其它等引起的所描述的问题可以通过本发明来克服，这涉及用于在FCC期间使用的本发明提升管反应器和用于在本发明提升管反应器中使烃进料催化裂化的FCC方法。本发明实施例的提升管反应器包含分离的且不同的区，包含蒸发区和裂化区。大部分，优选地基本上所有的进料/催化剂混合和进料汽化被限制在本发明提升管反应器实施例的蒸发区中，其中蒸发区内的温度小于625℃，优选地小于550℃，更优选地低于525℃。由于最小裂化在蒸发区中发生，因此使大部分汽化的进料在本发明提升管反应器实施例的裂化区中裂化。
令人惊讶地发现，因为蒸发区中的温度低于625℃，优选地低于550℃，更优选地低于525℃，因此本发明的具有被配置成进行进料汽化和用于容纳进料/催化剂混合物的蒸发区的提升管反应器在进料的催化裂化开始之前减少了热裂化的发生。随着热裂化的减少，如由本发明实施例提供的其它优点包含减少干燥气体产生(例如，甲烷、乙烷)并且由于如潮湿气体压缩器等各种FCC设备不会因过多的干燥气体而过载而增加FCC单元容量，由此提供更高的产物产率。
对于典型的FCC单元，大部分催化剂被注入到提升管反应器的底部区段中，使得催化剂浓度高于所述特定区段的进料浓度。然而，当催化剂注入在提升管反应器的一侧进行时，沿所述一侧的局部催化剂浓度将高于提升管反应器的横截面平均催化剂浓度。发生这种情况可能导致提升管反应器内的催化剂分布的不均匀性。然而，本发明实施例包含沿提升管反应器的长度的至少两个催化剂注入点，包含蒸发区中的至少一个催化剂注入点和裂化区中的至少一个催化剂注入点，使得催化剂浓度分布得更均匀。在这点上，在常规操作期间已经被注入底部区段中的大部分催化剂浓度现在被注入蒸发区(即，第一阶段催化剂注入)和裂化区(即，第二阶段催化剂注入)两者中。因此，关于本发明实施例，现在在定位于提升管反应器的底部区段处的蒸发区中存在较低的催化剂浓度或稀释的催化剂浓度。多个催化剂注入点的有利优势包含沿提升管反应器的整个长度的更完全和更均匀的进料/催化剂混合。应当注意，在本发明的其它实施例中，可以实施另外的催化剂注入阶段(例如，第三阶段和/或第四阶段催化剂注入)。
除了减少热裂化/干燥气体产生和更均匀的进料/催化剂混合外，蒸发区中的较低温度和多催化剂注入相组合所表现出的协同行为还包含整个提升管反应器的理想的活塞流条件和更均匀的径向气体/固体速度曲线。在这点上，本发明提升管反应器的有益效果促进了增加裂化反应期间催化剂选择性/活性的和增加产物产率。
此外，本发明提升管反应器所显示的协同作用产生若干其它益处和优点。由于与典型的FCC提升管反应器相比，蒸发区中的温度较低，因此本发明提升管反应器表现出跨整个反应器长度的总体较低且更均匀的温度曲线，因此，避免了较高的提升管反应器温度曲线(例如，至少700℃)。提升管反应器实施例的总体较低温度有益地提供了关于FCC单元内使用的材料类型的更大灵活性，包含使用对更高温度敏感的材料。此外，通过分离的蒸发区和裂化区，本发明提供了避免增加的设备成本和操作复杂性的意想不到的优点，例如，当实施如若干串联的提升管反应器等另外的设备时。
现代FCC单元可以处理多种原料和催化剂，并且可以被配置成调整操作条件，以最大化地产生有价值的FCC最终产物，如汽油、中间馏出物或轻质烯烃，以满足不同的市场需求。关于本发明实施例描述的进料可以包含本领域技术人员熟知的多种原料，如重瓦斯油(HGO)、真空瓦斯油(VGO)、残余物原料，其将以其它方式共混到残留燃料油、常压瓦斯油(AGO)、原油馏出油、工艺中间体中并且使产物循环。然而，出于本发明实施例的目的，进料类型和进料注入方法受常规标准和技术的约束，并且因此不在本文讨论。
本发明实施例内的用于催化裂化并循环的催化剂可以是本领域已知的在合适的催化裂化条件下具有裂化活性的任何合适的催化剂。例如，用于本发明实施例的优选裂化催化剂可以包含常规再生和/或新鲜裂化催化剂，其包含分散于多孔无机耐火氧化物基质或粘结剂中的具有裂化活性的分子筛，以及形状选择性裂化添加剂，如ZSM-5和旨在使特定沸腾范围进料组分选择性地裂化的其它裂化增强添加剂。然而，出于本发明实施例的目的，本发明中所使用的催化剂的类型和催化裂化条件受常规标准和技术的约束，并且因此不在本文讨论。
图1是根据本发明的实施例的包含具有多阶段催化剂注入的提升管反应器系统的FCC单元100的示意性表示。如图1所示，通过管线102的烃进料(在本文称为“进料”)被引入到提升管反应器104的底部区段中。提升管反应器104可以是适于如本领域已知的催化裂化反应的反应容器，并且可以被配置成内部提升管反应器或外部提升管反应器。通过管线106的热再生催化剂(在本文称为“催化剂”)从再生器108流过并且进入到提升管反应器104的底部中以与进料混合并反应以形成进料-催化剂混合物。具体地，进料在提升管反应器104的底部内与热催化剂接触时汽化。随着进料蒸气沿提升管反应器104的高度向上流动，使催化剂流化并由蒸气输送，使得形成进料-催化剂混合物。任选地，但优选地，通过管线110的提升气体可以被引入到提升管反应器104的底部中以使催化剂进一步流化并促进进料-催化剂的适当混合。
进料-催化剂混合物在提升管反应器104内向上传递期间经受升高的温度。此类升高的温度足以使进料蒸气的长链分子断裂或裂化成新的较短的分子以产生一种或多种裂化的产物，同时焦炭沉积在催化剂上，即废催化剂。裂化的产物和废催化剂的混合物离开提升管反应器104的顶部区段并流入到包括至少一个分离器114的反应器容器112中。分离器114可以是限定分离区或剥离区或两者的任何常规系统，并提供用于将裂化的产物与废催化剂分离的装置。
分离的裂化的产物通过管线116从分离器114传递到主分馏器系统118，所述主分馏器系统可以包含本领域技术人员已知的用于回收裂化的产物并将其分离成各种最终产物的任何系统。离开主分馏器系统118的最终产物可以包含通过管线120、122、124分别从系统118传递的例如烯烃(例如，C2-C4烯烃)、汽油、中间馏出物，以供继续使用。
分离的废催化剂从分离器114传递并通过管线126传递到再生器108中。再生器108限定了再生区并提供用于在碳燃烧条件下使废催化剂与如空气等含氧气体接触以去除焦炭沉积物的装置。含氧气体通过管线128被引入到再生器108中，并且燃烧气体通过管线130从再生器108传递。再生的催化剂通过管线106从再生器108流过并且进入到提升管反应器104中以重复操作循环。
图2是根据本发明的实施例的如图1所示的具有多阶段催化剂注入的提升管反应器系统的示意性表示。关于图1描述了相同的附图标记。提升管反应器204可以是任何类型或提升管反应器，包含例如内部或外部提升管反应器和/或包含定位于提升管反应器204的下端处的提升罐232的提升管反应器，如图2所示。
通过分配器入口206的第一催化剂流被引入到提升罐232中，在所述提升罐中，通过管线210的提升气体也被注入到提升罐232中。提供足够量的提升气体以在向上方向使催化剂颗粒循环和提升，使得颗粒流入到提升管反应器204的蒸发区234中。提升气体的实例包含蒸汽、轻烃气体、汽化油和/或油馏分和/或这些的任何混合物。从实用的角度来看，蒸汽是最优选的提升气体。轻烃气体可以包含例如氢气、甲烷、乙烷、乙烯和/或其混合物。然而，使用汽化油和/或油馏分(优选地汽化的液化石油气、汽油、柴油、煤油或石脑油)作为提升气体可以有利地且同时充当氢供体并且可以防止或减少焦炭形成。在优选实施例中，蒸汽以及汽化油和/或汽化油馏分、轻质烃气体和/或其混合物均可以用作提升气体。提升气体可以作为单个流或多个流引入，其中每个流可以是相同来源或不同来源。例如，一个流可以是蒸汽并且另一个流可以是汽化的油和/或油馏分、轻质烃气体和/或其混合物。
在热催化剂颗粒向上传递到蒸发区234中期间，通过分配器入口202的第一进料也被引入到区234中，在所述蒸发区中，来自催化剂颗粒的热量使进料汽化。在典型工艺中，第一进料在被注入到蒸发区234中之前被预热，并且提升气体也可以用于辅助进料汽化。此外，可以在进料注入期间实施如本领域已知的各种技术以增强进料雾化和进料/催化剂接触和混合。
随着汽化进料与催化剂颗粒混合，在蒸发区234中形成第一进料/催化剂混合物(下文称为“烃”)236。在本发明实施例中，蒸发区234基本上跨提升管反应器204的整个直径(如虚线238所描绘的)延伸。因此，进料汽化和进料/催化剂混合基本上，并且最优选地完全在蒸发区234内并跨提升管反应器204的整个直径238发生。通过使蒸发区234基本上跨提升管反应器204的整个直径238延伸，区234和整个提升管反应器204的温度曲线被均匀地维持。此均匀地维持的温度曲线避免了在提升管反应器204中将有价值的产物过度地过度裂化成价值较低的产物，并使热裂化最小化，这可能产生不期望的副产物，例如，干燥气体和焦炭。
如先前所述，在蒸发区234中，催化剂温度影响进料汽化速率和进料过早裂化的可能性两者。有利地，蒸发区234内的第一催化剂的温度足以使第一进料完全汽化，但仍基本上阻碍离开蒸发区234并进入到提升管反应器204的裂化区240的烃236的热裂化。具体地并且根据本发明，离开蒸发区234的烃236的催化裂化和热裂化在蒸发区234中显著降低到最低水平，更优选地基本上没有热裂化，这是因为区温度保持处于低于625℃，优选地低于550℃，并且最优选地低于525℃。
根据各个实施例，可以监测操作变量以努力影响蒸发区234的温度，因此确保第一进料的完全汽化和区234内的最小热裂化。所监测的操作变量的实例包含温度、进料流速和催化剂循环速率等。基于这种变量读数，可以调整通过分配器入口206注入到蒸发区234中的第一催化剂流的量，使得第一催化剂提供足够的热量以使第一进料完全汽化但不会使其过热，因此在蒸发区234中减少和/或消除进料热裂化。在实施例中，蒸发区234的温度范围维持处于低于625℃，优选地小于550℃，并且最优选地小于525℃。通过分配器入口206注入到蒸发区234中的第一催化剂流的量处于总催化剂注入的约10％到90％，更优选地约30％到60％，最优选地45％到55％的范围内；而总催化剂流与进料的比率优选地处于1∶1到30∶1、更优选地3∶1到15∶1并且最优选5∶1到10∶1的范围内。通过注入足以维持使第一混合物仅汽化但基本上不裂化的温度范围的催化剂量，本发明提升管反应器204的蒸发区234中的温度低于常规FCC提升管反应器中的用于使进料汽化的温度。
尽管在本发明实施例中不是主题，但是所监测的操作变量中的每一个可以如由本领域中常用的过程控制系统进行计算机控制。例如，可以远程监测变量，由此基于变量输出实施自动调整，因此减少手动更改和调整的需要。应当注意，除了上述之外，还可以监测与调节蒸发区234的温度相关的变量。
由于汽化的进料生产而增加的速度流充当将烃236进一步向上运送到提升管反应器204中的装置，使得烃从蒸发区234传递并且传递到裂化区240中。裂化区240定位于蒸发区234上方并且基本上跨提升管反应器204的整个直径238延伸。实施例的蒸发区234、裂化区240和提升管反应器204的大小，包含长度和直径可以根据操作参数和期望的烃进料转化率和生产能力的水平以及其它变量而变化。
由于离开蒸发区234流入到裂化区240中的烃236的温度低于热裂化温度，由反应焦炭沉积引起的最小催化剂失活在区234中发生。因此，流入到裂化区240中的烃236中的大部分催化剂可用于催化裂化反应。进一步地，由于烃236的进料裂化在蒸发区234中显著降低到最低水平，因此烃236可以被认为在流入到裂化区240中时部分裂化。
除了通过分配器入口206的第一催化剂流之外，图2的提升管反应器204进一步包括关于图3和4进一步讨论的第二阶段注入装置242。本发明实施例的第二阶段注入装置242被配置成通过分配器入口244将第二催化剂流并且通过分配器入口246将第二进料流进料到裂化区240中。在优选实施例中，提升管反应器204中第一催化剂与第二催化剂的比率可以处于约1∶9到约9∶1的范围内，以在蒸发区234中使烃236的热裂化最小化并且当在裂化区240中经受裂化温度时使烃236的热裂化最大化。
第二进料流入到装置242中以与第二催化剂混合，因此形成第二进料/催化剂混合物(未示出)。优选地，并且如将进一步讨论的，将第二进料/催化剂混合物注入到提升管反应器204的壁区域(未示出)中以进一步流入到裂化区240中。在进入区240之后，第二进料/催化剂混合物与离开蒸发区234的上升烃236接触并混合以进入裂化区240。第二进料/催化剂混合物的升高的温度使得烃236进一步裂化，从而产生最终裂化产物248以离开提升管反应器204的顶部区段。如将进一步讨论的，本发明实施例中第二催化剂的注入提供了若干益处，包含使催化剂在壁区域中的返混最小化、促进进料/催化剂混合期间改进的均匀性和改进提升管反应器204中裂化的产物的径向速度分布。
图3是根据本发明的第一实施例的如图2所示的具有多阶段催化剂注入的提升管反应器系统的第二阶段注入装置的示意性表示。关于图1和2描述了相同的附图标记。
第二阶段注入装置342提供通过分配器入口344的第二催化剂流和通过分配器入口346的第二进料流到提升管反应器的裂化区340中的注入。装置342包含内壁350、外壁352和基座354。根据本发明，外壁352在内壁350上方竖直地延伸并且包含用于收纳第二催化剂流的分配器入口344。
裂化区340的内部区域356内的纵向横截面的一半在图3中示出，在所述图中，提升管反应器的几何形状的中心竖轴358由虚线表示。内壁350的顶部区段包含在远离中心竖直轴358的方向上定向的向上倾斜的斜面360，由此形成定位于外壁352与斜面360之间并被配置成流体连接到内部区域356的开口362。向上倾斜的斜面360可以防止流体回流侵入，例如防止沿着中心竖直轴358向上流动的烃336流入到壁区域364中和/或流入到第二装置342中。
装置342的基座354包含用于收纳第二进料流的至少一个基座开口(未示出)。第二进料流流入到装置342的下部区段366中，并且在接触时被热的第二催化剂流汽化。第二进料与第二催化剂流接触和混合在装置342的空腔370内形成第二进料/催化剂混合物，下文称为“流化的环混合物368”。流化的环混合物368内的催化剂颗粒被汽化的进料流化，使得混合物368向上上升以通过开口362注入并进入到壁区域364中。在优选实施例中，基座354可以另外用于收纳提升气体以努力维持流化的环混合物368的流化。在其它实施例中，基座354可以包含单独的基座开口以容纳第二进料流和提升气体。
当沿着中心竖直轴358向上移动时，烃336的流动可以被描述为核-环图案，其中密集聚集的催化剂颗粒(即，致密催化剂层372)的浓度在壁区域364内向下流动，而密度较低的聚集的催化剂颗粒(即，中心催化剂374)的浓度继续沿中心竖直轴358向上流动。在壁区域364内形成致密催化剂层372通常导致催化剂颗粒分布不均匀和整个裂化区340的进料/催化剂混合不均匀，以及气体/固体速度分布曲线不均匀。此外，沿壁区域364或裂化区340的外围向下流动的致密催化剂层372可以增加固体催化剂颗粒返混的机会。在本发明中，返混是不期望的，因为通过在致密催化剂层372内向下流动，返混将导致已经穿过裂化区340的一部分的催化剂再循环，其中未再循环的催化剂颗粒在流化的环混合物368内向上流动。返混的发生通常导致进料/催化剂接触不佳，从而导致不期望的裂化反应，由此降低有价值产物的产率。
然而，在本发明实施例中，流化的环混合物368向上流入到壁区域364用于使向下流动的致密催化剂颗粒372偏转。因此，通过迫使致密催化剂颗粒372回到内部区域356，实现了改进的进料/催化剂接触和改进的催化剂分布，以及最小返混直到没有返混。应当注意，在实施例中，壁区域364可以理解为包含裂化区340中的区，在所述区中，向上流动的流化的环混合物368使向下流动的致密催化剂层372偏转。
通过此类改进，因为发生最小化的催化剂返混，本发明实施例由此有利地促进了期望的活塞流条件，由此减少不期望的裂化反应从而增加期望的产物的产率。此外，理想的活塞流条件减少了副反应和不完全催化反应的发生，并且因此也增加了期望的产物的产率。另外，由于理想的活塞流条件，与常规提升管反应器中的典型速度曲线相比，假定通过本发明提升管反应器的速度流速更加恒定和均匀。因此，本发明提升管反应器实施例还提供改进的整体径向气体和固体速度曲线，如沿提升管反应器的长度所测量的。
图4是根据本发明的第二实施例的如图2所示的具有多阶段催化剂注入的提升管反应器系统的第二阶段注入装置的示意性表示。关于图1-3描述了相同的附图标记。
穿过裂化区440的内部区域456的纵向横截面的一半在图4中示出，在所述图中，提升管反应器的几何形状的中心竖轴458由虚线表示。第二阶段注入装置442定位于裂化区440中并且提供通过分配器入口444的第二催化剂流和通过分配器管线446的第二进料流的第二阶段注入。第二阶段注入装置442包含内壁450、外壁和基座454。根据实施例，内壁450的顶部区段包含在朝向内部区域456的方向上定向的向上倾斜的斜面460。如图4所示，外壁包含第一竖直区段452、第二竖直区段453和将第一竖直区段452的顶端连接到第二竖直区段453的底端的倾斜斜面455。由于此构造，外壁的第二竖直区段453在内壁450的上方竖直且直接地延伸，以形成与内部区域456流体连接的开口462。外壁的第一竖直区段452包含用于将第二催化剂流注入到装置442中的分配器入口444。
装置442的基座454包含用于收纳第二进料流的至少一个基座开口(未示出)。第二进料流流入到装置442的下部区段466中以在与第二催化剂流接触时汽化。第二进料与第二催化剂流混合在装置442的空腔470内形成第二进料/催化剂混合物，下文称为“流化的环混合物468”。催化剂颗粒被汽化的进料流化，使得流化的环混合物468向上上升以流过开口462并进入到壁区域464中。
当沿着中心竖直轴458向上移动时，烃436的料流可以被描述包含核-环图案，其中密集聚集的催化剂颗粒(即，致密催化剂层472)的浓度在壁区域464内向下流动而密度较低的聚集的催化剂颗粒(即，中心催化剂474)的浓度继续沿中心竖直轴458向上流动。在壁区域464内形成致密催化剂层472通常导致催化剂颗粒分布不均匀和整个裂化区440的进料/催化剂混合不均匀，以及气体/固体速度分布曲线不均匀。此外，沿壁区域464或裂化区440的外围向下流动的致密催化剂层472可以增加固体催化剂颗粒返混的机会。返混的发生通常导致不完全裂化，由此降低产物产率。
然而，在本发明实施例中，流化的环混合物468向上流入到壁区域464用于使向下流动的致密催化剂层472偏转。因此，通过迫使致密催化剂层472回到内部区域456，实现了改进的进料/催化剂接触和改进的催化剂分布，以及最小返混直到没有返混。通过此类改进，因为发生最小化的催化剂返混，本发明实施例由此有利地促进了期望的活塞流条件，由此减少不期望的裂化反应从而增加期望的产物的产率。此外，理想的活塞流条件减少了副反应和不完全催化反应的发生，并且因此也增加了期望的产物的产率。另外，由于理想的活塞流条件，与常规提升管反应器中的典型速度曲线相比，假定通过本发明提升管反应器的速度流速更加恒定和均匀。因此，本发明提升管反应器实施例还提供改进的整体径向气体和固体速度曲线，如沿提升管反应器的长度所测量的。
图5是根据本发明的实施例的常规提升管反应器的温度曲线相对于如图2所示的具有多阶段催化剂注入的提升管反应器系统的温度曲线的图形比较。如图5所示，针对如本领域已知的任何期望的单位所测量的提升管反应器的高度来绘制如本领域已知的任何期望的单位所测量的提升管反应器内的温度。常规提升管反应器的温度曲线502(如由虚线所描绘的)和本发明的具有多阶段催化剂注入的提升管反应器系统的温度曲线504(如由实线所描绘的)均由于吸热裂化反应的性质，随着提升管反应器高度的增加而下降。因此，如本文所描述的，温度曲线与提升管反应器内的沿提升管反应器的大部分长度的温度有关。
如关于图2所讨论的并且如图5所示，本发明提升管反应器的蒸发区内的烃流经受的温度比常规提升管反应器的底部区段内的温度低至少50℃。本发明实施例中的蒸发区正好定位于提升管反应器的第一进料注入位置下方到第一进料注入位置上方约5米(m)处。与常规提升管反应器相比，使用具有多阶段催化剂注入的本发明提升管反应器系统的优点转变为总体温度曲线至少降低15％，优选地降低20％，并且更优选地降低25％。在这点上，与常规提升管反应器中的进料/催化剂混合物相比，本发明提升管反应器的蒸发区内的烃流在进入裂化区之前维持较低的温度。具体地，在将第二进料/催化剂混合物注入到裂化区中之后，在裂化反应开始时，第一进料/催化剂混合物经受升高的温度，因此形成温度的尖峰503，如具有多阶段催化剂注入的提升管反应器系统的温度曲线504所示。
基于图5所描绘的发现，已经令人惊奇地发现本发明提升管反应器促进了沿反应器的整个长度的温度曲线的改善，这是因为避免了典型的升高的温度(例如，630℃及以上)，尤其是在蒸发区内。根据实施例，蒸发区中的温度具有较低的操作严重程度，即低于625℃，优选地低于550℃(如图5所示)，并且最优选地低于525℃，从而有利地减少蒸发区内的热裂化和催化裂化。由于蒸发区中热裂化减少，可以表现出其它有益效果，如减少干燥气体产生和增加FCC单元能力，因此产生改进的产物，即期望的最终产物的分布。应当注意，本发明提升管反应器的大小，包含提升管反应器长度和直径可以根据操作参数和期望的烃进料转化率和生产能力的水平以及其它变量而变化。
图6是根据本发明的实施例的常规提升管反应器的轴向速度的径向分布曲线相对于如图2所示的具有多阶段催化剂注入的提升管反应器系统的轴向速度的径向分布曲线的图形比较。如图6所描绘的，针对提升管反应器的长度来绘制速度。具体地，针对如本领域已知的任何期望的单位所测量的提升管反应器的中心区域(“r＝0”)到提升管反应器的壁区域(“r＝R”)来绘制如本领域已知的任何期望的单位所测量的气体速度(“Ug”)和固体速度(“Us”)。固体(“s”)与催化剂颗粒组分有关，并且气体(“g”)与汽化的进料或产物组分有关，其中两种组分都是形成在提升管反应器内流动的烃/催化剂混合物的成分。
如先前关于图3和4所描述的，本发明提升管反应器包含用于将第二催化剂流和第二进料流注入到裂化区中的第二阶段注入装置。第二催化剂和第二进料混合在一起形成第二催化剂/进料混合物，这用于使从蒸发区流入到裂化区的部分裂化的烃流进一步裂化。如图6所描绘的气体和固体速度曲线所展示的，当与未能结合第二阶段注入的常规提升管反应器相比时，在本发明提升管反应器中实施第二阶段注入装置的额外好处是显而易见的。如图6所示，常规提升管反应器中催化剂颗粒的固体速度由虚线602描绘并且本发明提升管反应器的固体速度由实线604描绘。本发明提升管反应器604的固体速度比常规提升管反应器602的固体速度更均匀。具体地，本发明提升管反应器604在壁区域X(r＝R)处的固体速度表明壁区域中催化剂的返混显著降低。
同样，常规提升管反应器中汽化的进料的气体速度由虚线606描绘并且本发明提升管反应器中汽化进料的气体速度由实线608描绘。本发明提升管反应器608的气体速度比常规提升管反应器606的气体速度更均匀。如图6所描绘的，即使常规提升管反应器606中的气体蒸气接近壁区域时，本发明提升管反应器608中的气体蒸气仍继续维持显著的速度。这意味着本发明提升管反应器中的流动(对于催化剂和气体两者)是更多的“活塞流”，导致更高的转化率(即，更高的产率)以及更期望的产物分布。
本发明的目的包含在进料汽化期间使烃进料的热裂化和干燥气体产生最小化，以及在FCC工艺期间改善进料/催化剂混合以及总体温度和气体/固体速度曲线。本发明提升管反应器和使用本发明提升管反应器使烃进料催化裂化的方法实现了本发明的目的。如前述实施例所描述的，本发明提升管反应器包含至少一个蒸发区，其中在传递到至少一个裂化区中以进一步裂化之前，进料汽化和进料-催化剂混合含在至少一个蒸发区中。本发明提升管反应器将蒸发区中的温度限制低于625℃，优选地低于550℃，更优选地低于525℃，由此抑制蒸发区内的热裂化反应。因此，汽化的进料的大部分，更优选地基本上全部的裂化在本发明提升管反应器实施例的裂化区而不是蒸发区中发生。随着进料汽化和进料/催化剂混合期间热裂化减少，如由本发明实施例提供的另一个优点包含与常规提升管反应器的温度曲线相反的总体较低(也更均匀)的温度曲线。因此，由于较低的温度曲线，本发明实施例提供的另一个令人惊讶的益处包含减少干燥气体产生/焦炭沉积并增加FCC单元能力以提高期望的产物的产率。
此外，多阶段催化剂注入加强了本发明提升管反应器提供的改进。在将第一阶段催化剂注入到蒸发区之后，本发明实施例的技术可以包含将第二阶段催化剂注入到裂化区中。通过不仅在蒸发区内而且沿整个长度均匀分布催化剂浓度，实施例的提升管反应器沿提升管反应器的整个长度提供更完全且更均匀的进料/催化剂混合。
除了改进催化剂分布之外，汽化的进料的分布也得到改进，因为在壁区域中流动的固体催化剂颗粒被推回到提升管反应器的中心区域。在这点上，本发明实施例沿本发明提升管反应器的整个长度提供了更均匀并因此改进的径向固体速度曲线。由本发明实施例的改进的气体和固体速度曲线提供的协同行为促进减少返混，改进固体/气体混合并且促进理想的活塞流条件，这进而增强催化反应从而提供期望的产物的更高的产率。
虽然本发明技术可能容易受到各种修改和替代形式的影响，但是上文所讨论的示例性实例仅通过实例的方式示出。应理解，所述技术并不旨在限于本文公开的特定实例。实际上，本发明实施例包含落入本发明技术范围内的所有替代、修改和等同物。

Claims (11)

1.一种用于在提升管反应器中使烃进料流化催化裂化(FCC)的方法，所述方法包括：
将所述烃进料注入到定位于所述提升管反应器的底部中的蒸发区中；
将第一催化剂注入到所述蒸发区中，使所述第一催化剂与所述烃进料混合以在所述蒸发区中产生烃流，使所述蒸发区中的烃流汽化，其中所述蒸发区中的温度低于625℃；
将所述烃流从所述蒸发区传递到定位于所述提升管反应器的蒸发区上方的裂化区中以在所述裂化区中产生裂化的产物，以及
将第二进料和第二催化剂注入到注入装置中，以形成作为向上的流注入到定位于所述裂化区中的壁区域中的第二进料/催化剂混合物。
2.根据权利要求1所述的方法，其进一步包括：
将注入到所述蒸发区中的第一催化剂的量调整到总催化剂注入的10％至90％。
3.根据权利要求1所述的方法，其中所述烃流的汽化和所述烃进料与所述第一催化剂的混合跨所述提升管反应器的整个直径并在所述蒸发区内发生。
4.根据权利要求1所述的方法，其进一步包括：
将另外的催化剂注入到所述提升管反应器中。
5.根据权利要求1所述的方法，其进一步包括：
将提升气体注入所述提升管反应器的下端，其中所述提升气体选自蒸汽、汽化油、汽化油馏分、轻质烃气体和/或其混合物。
6.根据权利要求1所述的方法，其中所述提升管反应器在理想活塞流条件下运行。
7.根据权利要求1所述的方法，其中所述提升管反应器中总催化剂与烃进料的比率为1:1到30:1。
8.一种用于使烃进料流化催化裂化(FCC)的提升管反应器，所述提升管反应器包括：
蒸发区，所述蒸发区定位于所述提升管反应器的底部中，所述蒸发区包括用于接收第一催化剂的第一催化剂分配器和用于接收所述烃进料的进料分配器；和
裂化区，所述裂化区定位于所述蒸发区的上方，所述裂化区包括在所述裂化区的壁区域中的第二阶段注入装置，以将第二催化剂流和第二进料流进料到所述裂化区的所述壁区域中。
9.根据权利要求8所述的提升管反应器，其中所述第二阶段注入装置包括内壁、外壁和基座，
其中所述外壁在所述内壁上方竖直地延伸并且包括用于接收所述第二催化剂流的入口；
其中所述内壁的顶部区段包括在远离所述提升管反应器的竖直轴线的方向上定向的向上倾斜的斜面，并且形成定位于所述外壁和所述斜面之间经配置以与所述提升管反应器流体连接的开口，并且
其中所述基座包括用于接收所述第二进料流的至少一个开口。
10.根据权利要求8所述的提升管反应器，其中第二阶段注入装置包括内壁、外壁和基座，
其中所述内壁的顶部区段包括在朝向所述提升管反应器的内部区域的方向上定向的向上倾斜的斜面；
其中所述外壁包括第一竖直区段、第二竖直区段和将所述第一竖直区段的顶端连接到所述第二竖直区段的底端的倾斜斜面，
其中所述第二竖直区段在所述内壁上方竖直延伸以形成与所述提升管反应器流体连接的开口，
其中所述第一竖直区段包括用于将第二催化剂流注入到所述第二阶段注入装置的入口，以及
其中所述基座包括用于接收所述第二进料流的至少一个基座开口。
11.根据权利要求8所述的提升管反应器，其中所述蒸发区跨所述提升管反应器的整个直径延伸。
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