CN114653312A - 一种气固流化反应催化剂耦合利用的催化剂分配方法及分配装置 - Google Patents
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Abstract
本发明属于气固流化床反应转化技术领域，具体涉及一种气固流化反应催化剂耦合利用的催化剂分配方法，第二反应器反应后催化剂从上方分散沉降到第一反应器的流化床，继续参与流化床内的反应；第二反应器的产物气体直接流出，不进入流化床，实现不同反应器的催化剂耦合利用，产物气体互不影响，提高催化剂的利用效果和反应效率。
Description
技术领域
本发明属于气固流化床反应转化技术领域，特别涉及一种气固流化反应催化剂耦合利用的催化剂分配方法，实现烃类反应原料催化转化过程中催化剂的高效耦合利用，本发明同时提供了上述方法相应的分配装置。
背景技术
气固循环流态化反应是典型的化学反应过程，热过程显著或催化剂性能变化显著需要催化剂连续至再生的反应过程尝试用催化剂连续循环的流态化向上，尤其是催化裂解过程这样大型的化工装置。
由于经常需要多种原料同时反应，而不同原料性质差异很大，反应过程对催化剂的影响差别很大，对催化剂性能的要求也差别很大。于是产生了很多多个反应器的反应技术和不同流态化形式组合的反应技术。以催化裂解为例，当需要同时加工原料油和C4、汽油、柴油等轻烃组分时，由于轻烃反应生焦很低，而其轻烃不含重金属，就出现了原料油和轻烃分开在不同反应器加工的技术，比如FDFCC，SFCC、TSRFCC，MAXOFIN等；需要对原料油增加反应深度和提高反应过程不同阶段的反应强度时，出现了提升管和湍流流化床串联的DCC技术，用提升管进行原料油大分子反应，用密相湍流流化床进行原料油反应中间组分的再反应，通过流化床提高催化剂密度的方式提高中间分子的反应强度；
催化反应的核心是催化剂性能的利用。尤其是对反应过程催化剂活性变化大的情况，反应过程中催化剂性能的发挥利用至关重要。以催化裂解为例，重油和轻烃反应产物差别大，反应过程催化剂性能变化也完全不同；原料油尤其是重油反应生焦高、金属含量高，随着反应进行催化剂性能下降较明显，而轻烃反应后催化剂性能变化不大，尤其是轻烃反应后催化剂分子筛的大孔基本变化不大，很有利于原料油大分子或原料油反应中间产物的继续反应，轻烃反应后的催化剂直接再生使循环催化剂的作用发挥降低，继续用于原料油反应可以提高原料油尤其是重油反应过程中催化剂的性能，是有力的，SFCC、FDFCC-3就是利用这种原理，把轻烃反应后的催化剂从到原料油反应器预提升段进行原料油反应，取得了很好的效果。DCC-PLUS则采用把气体反应后的产物和催化剂全部进入流化床反应区继续反应的措施提高原料油流化床反应区的效果；但轻烃反应往往反应温度高，产物往往主要是C4以下的气体，反应产物的烃分压比较高，轻烃反应后的气体同时进入流化床反应区增加了流化床反应区的烃分压，不利于增加烯烃等小分子产物；裂化反应是体积增加的过程，低压才有利，研究结果也证明，烃分压对丙烯产率又显著影响。
发明内容
本发明的目的在于提供一种气固流化反应催化剂耦合利用的催化剂分配方法，所述方法中按反应物性质不同分别设置独立的反应器，将第二反应器反应后催化剂从上方分散沉降到第一反应器的流化床，继续参与流化床内的反应；第二反应器的产物气体直接流出，不进入流化床，实现不同反应器的催化剂耦合利用，产物气体互不影响。
本发明采用以下技术方案：
本发明提供一种气固流化反应过程催化剂耦合利用的催化剂分配方法，按反应物性质不同分别设置独立的反应器，至少设置一个流化床反应器或包括流化床反应区的反应器，即第一反应器，即至少有一个反应器为流化床反应器或包含流化床反应区或提升管和流化床串联的形式，并且至少设置一个气固循环形式的反应器即第二反应器，即至少有一个反应器或第二反应器为反应物和催化剂循环流化向上或提升管形式；在循环流化向上的反应器中，催化剂和反应产物气固并行向上流动，从反应器上方的出口流出反应器；
所述气固流化反应过程催化剂耦合利用的催化剂分配方法，实现不同反应器反应后催化剂的耦合利用，提高催化剂的利用效果和反应效率；
所述流化床反应器或流化床反应区内，按流化床区平均催化剂密度和催化剂藏量或重时空速折算催化剂料位高度H1；所述气固循环形式的反应器或提升管反应器，即第二反应器，其出口在所述第一反应器内的催化剂流化床料位/面上方，出口标高在距下方流化床料位距离H2的位置，即出口距离流化床内催化剂密相料面H2，即距离催化剂料位高度H1上方H2的距离；具体实施时，所述出口标高距流化床料位距离H2为0-6米，优选地H2为1-3米；第二反应器内催化剂离开所述出口后，催化剂重力沉降到所述第一反应器的催化剂流化床内，与催化剂流化床内的反应物和催化剂混合，参与流化床内的反应物的反应；
所述第二反应器的反应产物气体离开所述出口后与催化剂分开，气体直接向上流出，或与所述第一反应器的产物气体混合后向上流出，所述第二反应器的反应产物气体不进入第一反应器的流化床的催化剂区内，即催化剂料位高度H1范围内。
进一步地，所述流化床为湍流流化床形式，气体表观流速小于1.5m/s(对应流化床反应器横截面积的流速)，优选气体表观流速不大于1.0m/s或催化剂评价密度150kg/m3-300kg/m3；所述流化床的催化剂重时空速2-30(1/h)。
上述的气固流化反应催化剂耦合利用的催化剂分配方法，进一步地，所述第二反应器并列设置在所述第一反应器的流化床反应区外部，所述第二反应器的出口在所述流化床反应区上方，所述出口转向向下；或者第二反应器设置在所述第一反应器的流化床反应区内部。所述第二反应器的出口在第一反应器的流化反应区的催化剂区上方，距催化剂区料位距离为H2。
再进一步的，所述第二反应器的出口转向向下，出口标高在距离下方的流化床内催化剂区的位置；当所述第二反应器出口向下时，出口下方可以设置锥形挡板，提高催化剂分配到下方流化床的分散效果，锥形挡板是常见措施。
上述的气固流化反应催化剂耦合利用的催化剂分配方法，进一步地，第二反应器的出口向下转向，所述第二反应器的向下转向出口设置横向或周向流动的旋流通道，所述第二反应器的催化剂和反应产物气体周向或横向从旋流通道出口流出，所述旋流通道出口在下方的流化床反应器或反应区内催化剂区上方，距催化剂区料位距离为H2，即旋流通道出口标高在距离下方的流化床内催化剂区H2的位置；催化剂重力沉降到距离H2的下方流化床催化剂床层内参与流化床内的反应，所述反应产物气体离开旋流通道出口后向上流出，或与来自下方流出的第一反应器的产物气体混合后向上流出，气体不进入下方的催化剂区内。旋流通道技术人员了解。
本发明同时提供了一种气固流化反应催化剂耦合利用的催化剂分配装置，至少包括一个流化床反应器或包括流化床反应区的反应器即第一反应器，还至少包括一个气固循环形式的反应器即第二反应器；所述第二反应器的出口在所述第一反应器的催化剂流化床料位上方，出口标高在距下方流化床料位距离H2的位置。
上述的气固流化反应催化剂耦合利用的催化剂分配装置，进一步地，所述出口标高距流化床料位距离H2不大于6米。优选地，所述出口标高距流化床料位距离H2为1-3米。
上述的气固流化反应催化剂耦合利用的催化剂分配装置，进一步地，所述第二反应器并列设置在所述第一反应器的流化床反应区外部，所述第二反应器的出口在所述流化床反应区上方，所述出口转向向下。
上述的气固流化反应催化剂耦合利用的催化剂分配装置，进一步地，所述第二反应器的出口设置横向或周向流动的旋流通道。
上述的气固流化反应催化剂耦合利用的催化剂分配装置，进一步地，第一反应器为流化床反应器，或者第一反应器自下而上设置有催化剂提升区、渐扩径反应区和流化床反应区。具体实施时，在渐扩径反应区后段/下游，气体体积膨胀已经很小，渐扩径反应区下游可采用提升管。
上述的气固流化反应催化剂耦合利用的催化剂分配装置，进一步地，第二反应器为气固并流上行的循环流化床反应器或提升管反应器。具体地，气固循环一定是气固并流的，气体输送固体并流流出；在流化床过程固体不随气体流动，或者说气体不能输送固体，气体离开流化床(携带少量固体即存在饱和携带量)和固体分开。
发明效果：
采用简单的方法(不需要旋风分离器、沉降器)实现其他反应器的催化剂到流化床反应区的耦合接力使用，同时避免其他反应器的产物进入流化床反应区，同时降低了投资；既实现不同反应器内催化剂的耦合利用，又避免产物的相互影响。尤其适合于催化裂解制丙烯的情况。
附图说明
附图仅是对本发明实施方式的示意，具体实施不限于此。
图1为本发明方法实施方式一示意图；
图2为本发明方法实施方式二示意图；
图3为本发明的在第二反应器出口设置旋流通道的示意图；
图4为图3中旋流通道A向视图；
图中编号标记内容如下：
10第一反应器，或原料油反应器，即流化床反应器或包括流化床反应区的反应器；11催化剂提升区，12渐扩径反应区(直径逐渐扩大的反应区)，14(提升管上方串联的)流化床反应区，16再生催化剂流量控制阀或滑阀，17再生催化剂进入管；
20第二反应器，即气固循环形式的反应器、循环流化反应器或提升管反应器；21催化剂提升区A，22出口转向区或出口，23旋流通道，24出口下方锥形挡板，26再生催化剂流量控制阀或滑阀A，27再生催化剂进入管A；
30沉降器，31气固分离器；40催化剂汽提段，41汽提内件，42待生剂输送管；
F11原料油(第一反应器反应原料)，F22第二反应原料(第二反应器反应原料)，F41汽提蒸汽，F41A流出汽提段气体，F01反应产物气体，C催化剂物流，G气体物流；
H1催化剂料位高度，H2出口标高距流化床料位距离。
具体实施方式
以下结合附图以具体实施例来说明本发明的方案，但本发明的保护范围不限于此。
实施方式一：
如图1所示，实施过程如下：
第一反应器10为湍流流化床反应器，原料油F11从第一反应器10的流化床下方进入，再生催化剂从再生催化剂进入管17进入流化床；
第二反应器20为提升管，提升管在第一反应器10和汽提段40中部，实沸点低于360℃的轻烃作为第二反应原料F22从底部进入第二反应器20，再生催化剂从再生催化剂进入管A 27进入；
第二反应器20的出口22转向向下，出口22在第一反应器10的流化床内催化剂上方，反应后的物流通过出口22向下流出第二反应器20，催化剂C重力沉降到下方的第一反应器10的流化床内，产物气体从出口22再转向向上，与第一反应器的产物气体物流混合形成物流G向上流动，进入气固分离器31分离出催化剂，反应产物气体F01流出。
实施例1：
第一反应器10为流化床反应器，再生剂进入流化床反应器，反应后的催化剂从流化床反应器10沉降到汽提段40，第二反应器20为提升管形式，第二反应器20设置在第一反应器10和汽提段40中心，第一反应器10内的气体表观流速(气体体积流量除以横截面积)不大于1.5m/s，优选不大于1.0m/s，按催化剂平均密度计算流化床内催化剂料位高度H1，第二反应器出口22与第一反应器10内的催化剂料位高度H2按1.0-3.0米设计，第二反应器出口22为一个或多个；催化剂循环、催化剂汽提是熟知的，不再赘述。
实施方式二：
如图2所示，实施过程如下：
第一反应器10为常见的提升管加流化床形式，流化床反应区14在上方，重质原料油F11先在提升管段进入第一反应器10，在直径逐渐扩大的锥形反应段即渐扩径反应区12进行反应，原料油转化成汽油、柴油为主的中间组分，然后向上进入流化床反应区14，在催化剂密度200kg/m3左右的流化床条件下进行中间组分继续裂解，转化成液化气和干气组分，流化床反应区14内催化剂藏量按该区反应催化剂重时空速4-6(1/h)确定，流化床反应区14按平均催化剂密度折算催化剂料位高度H1为2-5米；
第二反应器20为提升管形式，第二反应器20并列设置在第一反应器10外部，第二反应原料F21为混合C4组分，第二反应器20的出口22进入第一反应器10的流化床反应区14上方，出口向下转向，出口标高距离下方流化床折算料位距离H2按1-3米；第二反应器的产物气体与第一反应器10中离开流化床反应区14的产物气体混合向上流动，进入气固分离器31进行气固分离，反应产物气体F01流出装置；
在具体实施时，如图3-4所示，还可在第二反应器20的出口22向下转向，在出口22的外围设置水平方向流动的旋流通道23，第二反应器的反应物流从旋流通道23旋转流出，催化剂重力沉降到下方的流化床反应区，产物气体向上流动。
Claims (10)
1.一种气固流化反应催化剂耦合利用的催化剂分配方法，其特征在于：
至少设置一个流化床反应器或包括流化床反应区的反应器即第一反应器(10)，还至少设置一个气固循环形式的反应器即第二反应器(20)；
所述第二反应器(20)的出口(22)在所述第一反应器(10)的催化剂流化床料位上方，出口标高在距下方流化床料位距离H2的位置；第二反应器(20)内催化剂离开所述出口(22)后，催化剂重力沉降到所述第一反应器(10)的催化剂流化床内，与催化剂流化床内的反应物和催化剂混合，参与流化床内的反应物的反应；
所述第二反应器(20)的反应产物气体(F01)离开所述出口(22)后与催化剂分开，直接向上流出，或与所述第一反应器(10)的产物气体混合后向上流出。
2.如权利要求1所述的气固流化反应催化剂耦合利用的催化剂分配方法，其特征在于：所述第二反应器(20)并列设置在所述第一反应器(10)的流化床反应区外部，所述第二反应器(20)的出口(22)在所述流化床反应区上方，所述出口(22)向下。
3.如权利要求1或2所述的气固流化反应催化剂耦合利用的催化剂分配方法，其特征在于：所述第二反应器(20)的出口(22)设置横向或周向流动的旋流通道(23)，所述第二反应器(20)的催化剂和反应产物气体(F01)周向或横向从旋流通道出口流出，催化剂重力沉降到距离H2的下方流化床催化剂床层内参与流化床内的反应，所述反应产物气体(F01)离开旋流通道出口后向上流出，或与来自下方流出的第一反应器(10)的产物气体混合后向上流出。
4.一种气固流化反应催化剂耦合利用的催化剂分配装置，其特征在于：
至少包括一个流化床反应器或包括流化床反应区的反应器即第一反应器(10)，还至少包括一个气固循环形式的反应器即第二反应器(20)；
所述第二反应器(20)的出口(22)在所述第一反应器(10)的催化剂流化床料位上方，出口标高在距下方流化床料位距离H2的位置。
5.如权利要求4所述的气固流化反应催化剂耦合利用的催化剂分配装置，其特征在于：所述出口标高距流化床料位距离H2不大于6米。
6.如权利要求5所述的气固流化反应催化剂耦合利用的催化剂分配装置，其特征在于：所述出口标高距流化床料位距离H2为1-3米。
7.如权利要求4所述的气固流化反应催化剂耦合利用的催化剂分配装置，其特征在于：所述第二反应器(20)并列设置在所述第一反应器(10)的流化床反应区外部，所述第二反应器(20)的出口(22)在所述流化床反应区上方，所述出口(22)转向向下。
8.如权利要求4或7所述的气固流化反应催化剂耦合利用的催化剂分配装置，其特征在于：所述第二反应器(20)的出口(22)设置横向或周向流动的旋流通道(23)。
9.如权利要求4所述的气固流化反应催化剂耦合利用的催化剂分配装置，其特征在于：第一反应器(10)为流化床反应器，或者第一反应器(10)自下而上设置有催化剂提升区(11)、渐扩径反应区(12)和流化床反应区(14)。
10.如权利要求4所述的气固流化反应催化剂耦合利用的催化剂分配装置，其特征在于：第二反应器(20)为气固并流上行的循环流化床反应器或提升管反应器。
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| CN202210324030.2A CN114653312B (zh) | 2022-04-06 | 一种气固流化反应催化剂耦合利用的催化剂分配方法及分配装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN114653312A true CN114653312A (zh) | 2022-06-24 |
| CN114653312B CN114653312B (zh) | 2024-05-24 |
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Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5393415A (en) * | 1991-12-06 | 1995-02-28 | Uop | FCC process with enclosed vented riser |
| US20130056393A1 (en) * | 2010-03-31 | 2013-03-07 | Indian Oil Corporation Limited | Process for simultaneous cracking of lighter and heavier hydrocarbon feed and system for the same |
| TW202116989A (zh) * | 2019-10-30 | 2021-05-01 | 大陸商中國石油化工科技開發有限公司 | 一種處理催化裂解反應產物的方法和系統、及催化裂解方法 |
| CN113301987A (zh) * | 2018-12-19 | 2021-08-24 | Ifp 新能源公司 | 原油在包括具有不同接触时间的区域的流化床中的转化 |
| CN113926395A (zh) * | 2020-06-29 | 2022-01-14 | 中国石油化工股份有限公司 | 甲醇催化转化制芳烃的反应装置及方法 |
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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