CN115637166A - 一种原料油和轻烃催化转化方法及反应器 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及石油烃类催化转化技术领域，具体涉及一种原料油和轻烃催化转化方法，轻烃（42）和原料油（44）在反应器（10）内反应，反应器（10）自下而上包含轻烃气化段（12）、轻烃催化裂化反应段（14）、原料油反应段（17），气化催化剂（49）在轻烃入口（22）下方进入反应器（10），来自再生器的催化剂Ⅰ（43）在轻烃入口（22)上方、原料油入口（24）下方进入反应器（10）；轻烃（42）气化后再进行催化转化反应，原料油（44）在轻烃下游进入反应器（10）。将轻烃转化分为低温气化和升温催化转化两个步骤，实现轻烃低温气化，防止气化前液体反应，提高轻烃催化转化的产品选择性。
Description
技术领域
本发明属于石油烃类催化转化技术领域，特别涉及一种原料油和轻烃催化转化方法,该方法能降低焦炭产率或提高烯烃产率。
背景技术
市场的需要，汽油、柴油等轻烃往往需要在催化裂化装置进行催化转化，或用于降低汽油烯烃，或产丙烯，或转化成汽油；
轻烃直接在原料油提升管预提升段回炼几乎不涉及装置改造，简单方便，便于实施，为此开发了相应的工艺技术，如MGD、CCOC、DCP、TMP等都采用预提升段回炼轻烃方案。
催化转化反应是吸热反应，来自再生器的催化剂需要提供两部分热量，一是原料液体气化及升温需要的热量，二是催化转化反应热，前者一般占大部分比例。常规催化裂化及催化裂解反应技术中这两部分热量全部由来自再生器的催化剂在原料进口上游即下方提供，原料与催化剂接触气化区成为反应过程温度最高的区。由于催化转化反应是气相反应，液体原料必须气化后才能进行催化转化反应，常规在预提升段回炼轻烃，液体轻烃气化过程是温度最高的环境，液体气化前与再生剂接触形成的高温过程只能进行液体热反应，造成生焦增加。限制气化前的反应是重要的。
轻烃原料的沸点低于360℃，远低于需要的反应温度，不需要在超过反应温度条件下气化。
发明内容
本发明提供一种原料油和轻烃催化转化方法，适应轻烃催化转化的反应方法，把轻烃气化和反应分离，实现轻烃低温气化，防止气化前液体反应，提高轻烃催化转化的产品选择性。本发明同时提供了一种原料油和轻烃催化转化反应器。
本发明技术方案如下：
一种原料油和轻烃催化转化方法，其特征在于：
所述原料油和轻烃催化转化方法，轻烃和原料油在一个反应器内反应，反应器内包含自下而上的轻烃气化段（轻烃气化区）、轻烃催化裂化反应段（轻烃反应区）、原料油反应段（原料油反应区）；轻烃先在原料油下方反应，再和原料油一起反应；在一个反应器内实现自下而上低温、高温、中温串联的反应模式；实现轻烃低温气化、高温裂解、中温产品稳定的反应过程；实现原料油在轻烃反应微积碳催化剂环境下进行催化转化；
所述原料油和轻烃催化转化方法，将液体轻烃转化（即反应过程）分为低温气化和升温催化转化（即催化反应）两个步骤，在轻烃反应前或下方设置轻烃气化区，轻烃先低温气化后再升温裂解进行催化反应，气化热量和反应热量分开提供，需要的热量分解成两次提供，轻烃气化的热量由气化催化剂提供，轻烃气化后的气体和催化剂的升温和轻烃催化转化热量以及原料油反应热量由来自再生器的催化剂Ⅰ提供；
所述反应器设上下两个催化剂循环入口，下方为轻烃气化的气化催化剂入口，上方为裂化或裂解反应的来自再生器的催化剂Ⅰ入口；
气化催化剂在来自再生器的催化剂Ⅰ入口下方从气化催化剂入口进入反应器，气化催化剂提升介质或气体从底部进入反应器，气化催化剂从轻烃气化段底部进入轻烃气化段，轻烃进入气化段被气化催化剂气化，轻烃气化后的气体、气化催化剂一起进一步向上进入轻烃催化裂化反应段反应，完成反应后的物流进入上方的原料油反应段；轻烃气化温度由气化催化剂流量控制阀或滑阀调节气化催化剂进入量控制，即通过进入反应器的气化催化剂的流量来控制轻烃气化段的温度；具体实施时，轻烃气化段的气化温度低于轻烃催化裂化化反应温度且不高于500℃；
所述轻烃在来自再生器的催化剂Ⅰ入口下方进入反应器，先在轻烃气化段与气化催化剂接触，在低于轻烃催化裂化反应段反应温度高于轻轻气化温度的缓和条件下进行气化，气化后和催化剂一起在上方的轻烃催化裂化反应段进行催化转化反应，然后进入原料油反应段，最后从反应器出口流出反应器；本发明中，在轻烃气化后再向反应器内提供来自再生器的催化剂Ⅰ，进一步提供反应热和升温热量，使轻烃气体升温后进行催化裂化反应，生产低碳烯烃或汽油产品，由于气化温度远低于反应温度，能够限制气化过程轻烃液体和催化剂接触发生液体热反应，降低液体热反应导致的生焦；
原料油在轻烃催化裂化反应段下游或上方从原料油入口进入反应器，在来自轻烃催化裂化反应段的催化剂和气体环境下进行催化转化；
来自再生器的催化剂Ⅰ在轻烃入口上方从来自再生器的催化剂Ⅰ入口进入反应器，提供轻烃气化后气体和催化剂升温和反应需要的轻烃反应热热量，实现轻烃催化裂化反应，然后这些产物和催化剂进入上方的原料油反应段实现原料油催化反应，原料油和轻烃反应后的催化剂和反应产物从反应器出口流出反应器；通过来自再生器的催化剂Ⅰ流量控制阀或滑阀调节来自再生器的催化剂Ⅰ的流量实现原料油反应温度或轻烃裂化反应温度的控制，增加再生剂量可以提高反应温度；
具体实施时，轻烃和原料油通过进料雾化器或喷嘴在蒸汽作用下雾化成小颗粒进入反应器；
在反应器反应后的催化剂和气体即轻烃和原料油的反应产物，从反应器出口进入沉降汽提器（稀相区）内的沉降汽提器旋风分离器进行气固分离，分离出的催化剂进入下方的待生催化剂汽提段，用汽提蒸汽汽提后的待生催化剂经待生催化剂输送管进入催化剂再生器，待生催化剂在再生器再生后从再生剂输送管进入反应器，气体从沉降汽提器反应产物出口流出。
上述的原料油和轻烃催化转化方法，优选地，在轻烃气化段下方设置气化催化剂提升段，气化催化剂在气化催化剂提升段进入反应器，轻烃在气化催化剂入口上方进入反应器。具体实施时，在气化催化剂提升段设置预提升介质或气体，输送气化催化剂进入轻烃气化段。
上述的原料油和轻烃催化转化方法，优选地，所述轻烃为轻汽油组分，石脑油组分，汽油组分，直馏柴油组分，柴油组分，加氢后的催化裂化柴油组分或芳烃抽余油组分，或者为质量比90%以上的组分沸点低于380℃的石油烃（碳氢化合物或烃类）；所述原料油为催化裂化原料油，包括蜡油，常压重油或渣油，溶剂脱沥青油，加氢裂化尾油。
上述的原料油和轻烃催化转化方法，优选地，所述轻烃气化段温度（一般指气化段出口温度）低于500℃；具体实施时，轻烃气化段的气化温度低于轻烃催化转化反应温度，通过进入反应器的气化催化剂的流量控制轻烃气化段的温度；当轻烃95%以上组分为实沸点蒸馏沸点低于204℃组分时，轻烃气化段气化温度不高于400℃，优选地气化温度不高于360℃，当轻烃95%以上组分为按实沸点蒸馏沸点低于380℃的组分时，气化温度不高于450℃；具体实施时，当轻烃95%以上组分为轻汽油、石脑油或汽油组分时，轻烃气化段温度不高于400℃，优选地轻烃气化段温度不高于350℃；当轻烃为柴油组分或加氢催化柴油组分时，轻烃气化段温度380℃-500℃，优选不高于450℃，优选400℃-430℃。
本发明中，所述轻轻气化段温度、轻烃催化裂化反应段温度、原料油反应段温度通常指对应的出口或平衡后的温度。
上述的原料油和轻烃催化转化方法，优选地，所述气化催化剂为来自再生器的催化剂Ⅱ。来自再生器的催化剂Ⅱ为再生剂或不完全再生的催化剂。
上述的原料油和轻烃催化转化方法，优选地，所述气化催化剂为反应后的催化剂或待生催化剂。
本发明同时提供了一种原料油和轻烃催化转化反应器，采用如下技术方案：
所述反应器设置来自再生器的催化剂Ⅰ和气化催化剂两个催化剂入口，以及轻烃和原料油石油烃入口；反应器自下而上依次由气化催化剂提升介质入口、气化催化剂入口、轻烃气化段、来自再生器的催化剂Ⅰ入口、轻烃催化裂化反应段、原料油入口、原料油反应段及反应器出口组成；来自再生器的催化剂Ⅰ入口设在轻烃入口和气化催化剂入口上方；轻烃气化段、轻烃催化裂化反应段和原料油反应段分别设置温度热电偶测量温度；在与气化催化剂入口连通的气化催化剂入口管上设置气化催化剂流量控制阀或滑阀，在与来自再生器的催化剂Ⅰ入口连通的来自再生器的催化剂Ⅰ入口管上设置来自再生器的催化剂Ⅰ流量控制阀或滑阀；
具体实施时，轻烃和原料油入口设置在反应器外壁周围或反应器底部；反应器出口前设置急冷或降温介质入口。
上述的原料油和轻烃催化转化反应器，优选地，在反应器最下方设置气化催化剂提升段，气化催化剂入口设置在气化催化剂提升段，轻烃入口设置在气化催化剂入口上方。具体实施时，轻烃反应区（为气体反应区）或轻烃气化段（轻烃气化区）或气化催化剂提升段可以设置碳数小于等于4的气体烃类入口。
具体实施时，公知的，与反应器配套设置沉降汽提器和催化剂再生器，以提供反应的催化剂和处理反应产物；沉降汽提器包括待生催化剂汽提段、沉降汽提器稀相区、沉降汽提器旋风分离器和汽提蒸汽分布器；催化剂再生器包括再生空气入口管及分布器、来自再生器的催化剂回流管（又称催化剂返回管）、再生器旋风分离器和再生烟气出口。
本发明中，轻烃催化裂化反应段采用气力输送形式即提升管、快速流化床形式、或气力输送即提升管和快速流化床串联形式；所述快速流化床气体流速为1.8m/s-5.0m/s。具体实施时，优选地，所述轻烃气化时间不大于0.5秒，轻烃催化裂化反应时间不大于1.2秒；优选的轻烃催化裂化反应条件为，轻烃催化裂化反应温度620℃-720℃，反应时间0.1秒至0.5秒。
本发明的效果在于：
1. 可以减低轻烃反应生焦；
2. 可以提高丙烯选择性。
附图说明
图1为本发明的原料油和轻烃催化转化反应器装置结构图。
图2为本发明的原料油和轻烃催化转化反应方法工艺结构图。
图中编号标记内容如下：
10（原料油和轻烃催化转化）反应器，11气化催化剂提升段，12轻烃气化段，14轻烃催化裂化反应段,15来自再生器的催化剂Ⅰ入口，16反应器出口，17原料油反应段，18气化催化剂入口，21气化催化剂提升介质入口，22轻烃入口， 24原料油入口，25气化催化剂入口管，26来自再生器的催化剂Ⅰ入口管，31气化催化剂输送管，32气化催化剂流量控制阀或滑阀，33来自再生器的催化剂Ⅰ输送管，34来自再生器的催化剂Ⅰ流量控制阀或滑阀，41气化催化剂提升介质，42轻烃， 43来自再生器的催化剂Ⅰ，44原料油，45汽提蒸汽，46反应产物，47催化剂再生空气，48再生烟气，49气化催化剂，50沉降汽提器，51待生催化剂汽提段，52沉降汽提器稀相区，53沉降汽提器旋风分离器，54反应产物出口，55待生催化剂输送管，56汽提蒸汽分布器，57待生催化剂流量控制阀或滑阀，60再生器，61再生空气入口管和分布器，62来自再生器的催化剂回流管，63再生器旋风分离器，64再生烟气出口，H1轻烃气化段高度，H2轻烃催化裂化反应段高度，TIC温度指示控制信号。
具体实施方式
以下以具体实施例来说明本发明的技术方案，但本发明的保护范围不限于此。
具体实施过程如下：
如图1所示，本发明的原料油和轻烃催化转化反应器，在反应器10上设置来自再生器的催化剂Ⅰ和气化催化剂两个催化剂入口，以及轻烃和原料油两个石油烃入口；反应器10自下而上依次由气化催化剂提升介质入口21、气化催化剂入口18、气化催化剂提升段11、轻烃气化段12、来自再生器的催化剂Ⅰ入口15、轻烃催化裂化反应段14、原料油入口24、原料油反应段17及反应器出口16组成；来自再生器的催化剂Ⅰ入口15设在轻烃入口22和气化催化剂入口18上方；气化催化剂入口18设置在气化催化剂提升段11，轻烃入口22设置在气化催化剂入口18上方；轻烃气化段12、轻烃催化裂化反应段14和原料油反应段17分别设置温度热电偶测量温度；在与气化催化剂入口18连通的气化催化剂入口管25上设置气化催化剂流量控制阀或滑阀32，在与来自再生器的催化剂Ⅰ入口15连通的来自再生器的催化剂Ⅰ入口管26上设置来自再生器的催化剂Ⅰ流量控制阀或滑阀34。
如图2所示，将反应器10与配套设置的沉降汽提器50和催化剂再生器60，构成一套原料油和轻烃催化转化反应再生系统，沉降汽提器50由待生催化剂汽提段51、沉降汽提器稀相区52、沉降汽提器旋风分离器53、汽提蒸汽分布器56组成；催化剂再生器60包括再生空气入口管及分布器61、来自再生器的催化剂回流管62（又称催化剂返回管）、再生器旋风分离器63和再生烟气出口64；反应器出口16连通沉降汽提器旋风分离器53，气体反应产物46由沉降汽提器50顶部的反应产物出口54流出系统；汽提蒸汽45通过汽提蒸汽分布器56进入待生催化剂汽提段51进行催化剂汽提，待生催化剂输送管55连通待生催化剂汽提段51和再生器60，待生催化剂输送管55上设置有待生催化剂流量控制阀或滑阀57；气化催化剂输送管31顶部连通待生催化剂汽提段51底部连通气化催化剂入口管25，将气化催化剂49即汽提后的待生催化剂输送至再生器60再生；来自再生器的催化剂Ⅰ输送管33连通再生器60和来自再生器的催化剂Ⅰ入口管26，将来自再生器的催化剂即43输送至反应器10；
气化催化剂提升介质41或气体进入反应器10底部的气化催化剂提升段11，气化催化剂49从轻烃气化段12底部、轻烃入口22下方进入轻烃气化段12，被气化催化剂提升介质41向上输送到轻烃入口22处，轻烃42进入轻烃气化段12被气化催化剂49气化，轻烃气化后的气体、气化催化剂提升介质、气化催化剂一起进一步向上进入轻烃催化裂化反应段14反应；
来自再生器的催化剂Ⅰ43在轻烃入口22上方进入反应器10，提供轻烃气化后进入轻烃催化裂化反应段14的物流需要的升温和反应热，使轻烃气化段的气体和催化剂升温并在催化剂环境下进行催化转化反应，反应后的产品和催化剂从反应器出口16流出；
气化催化剂提升介质41为干气或蒸汽；
原料油44从轻烃催化裂化反应段14下游进入反应器10，在原料油反应段17进行催化裂化反应；
轻烃气化时间按气化后体积计算0.1秒-1.0秒；轻烃催化裂化反应段反应时间0.1秒-1.0秒；
轻烃催化裂化反应段14的反应温度由来自再生器的催化剂Ⅰ43通过来自再生器的催化剂Ⅰ流量控制阀或滑阀34控制，或者原料油反应温度通过来自再生器的催化剂Ⅰ流量控制阀或滑阀34控制；轻烃气化温度由气化催化剂49通过气化催化剂流量控制阀或滑阀32控制；
轻烃在轻烃气化段12周向分开进料，按周向均布。
实施例：
原料油为常规催化裂化装置原料；
轻烃原料为催化裂化自产轻汽油，目的产物为液化气。
气化催化剂温度680℃，轻烃气化温度320℃，气化时间0.1秒；轻烃催化裂化反应温度为640℃，催化转化反应时间0.15秒；气化催化剂提升介质为干气，干气量为原料油质量的3%；轻烃催化裂化反应段采用提升管形式，气体平均流速按18m/s。
对比例：采用常规预提升段轻烃回炼，液体进料，再生剂在轻烃下方进入反应器，一次提供全部轻烃气化、升温、反应需要的热量；反应温度640℃，反应时间0.3秒。针对轻汽油部分，实施例与对比例的实施结果在表1中给出。
从表1可以看出，本发明与常规预提升段回炼轻汽油相比，轻汽油反应焦炭降低32%，，干气降低6%。
表1 实施例与对比例实施结果
| 项目 | 实施例 | 常规提升管催化裂化 |
| 反应器形式 | 提升管 | 提升管 |
| 反应温度，℃ | 640 | 640 |
| 再生温度，℃ | 680 | 680 |
| 气化温度，℃ | 320 | 650 |
| 产物分布，wt% | ||
| 干气（H<sub>2</sub>～C2） | 6.62 | 7.04 |
| 液化气（C3～C4） | 38.84 | 38.6 |
| 汽油 | 48.66 | 46.87 |
| 柴油 | 4.25 | 5.05 |
| 焦炭 | 1.63 | 2.44 |
Claims (8)
1.一种原料油和轻烃催化转化方法，其特征在于：
所述原料油和轻烃催化转化方法，轻烃（42）和原料油（44）在一个反应器（10）内反应，轻烃（42）先在原料油（44）下方反应，再和原料油（44）一起反应；
所述原料油和轻烃催化转化方法，将轻烃转化分为低温气化和升温催化转化两个步骤，在轻烃（42）反应前或下方设置轻烃气化区（12），轻烃（42）先低温气化后再升温裂解，气化热量和反应热量分开提供；
所述反应器（10）设上下两个催化剂循环入口，下方为轻烃气化的气化催化剂入口（18），上方为裂化或裂解反应的来自再生器的催化剂Ⅰ入口（15）；
气化催化剂（49）从气化催化剂入口（18）进入反应器（10）；轻烃气化温度由气化催化剂流量控制阀或滑阀（32）调节气化催化剂（49）进入量控制；
所述轻烃（42）在来自再生器的催化剂Ⅰ入口（15）下方进入反应器（10），先在轻烃气化区（12）与气化催化剂（49）接触，在低于轻烃催化裂化反应段（14）反应温度条件下进行气化，气化后和催化剂一起在上方的轻烃催化裂化反应段（14）进行催化转化反应，然后进入原料油反应段（17），最后从反应器出口（16）流出反应器（10）；
原料油（44）在轻烃催化裂化反应段（14）下游或上方从原料油入口（24）进入反应器（10），在来自轻烃催化裂化反应段（14）的催化剂和气体环境下进行催化转化；
来自再生器的催化剂Ⅰ（43）在轻烃入口（22）上方从来自再生器的催化剂Ⅰ入口（15）进入反应器（10），提供轻烃气化后气体和催化剂升温和反应需要的热量，实现轻烃催化裂化反应，然后这些产物和催化剂进入上方的原料油反应段（17）实现原料油催化反应，原料油（44）和轻烃（42）反应后的催化剂和反应产物从反应器出口（16）流出反应器（10）；通过来自再生器的催化剂Ⅰ流量控制阀或滑阀（34）调节来自再生器的催化剂Ⅰ（43）的流量实现原料油反应温度或轻烃裂化反应温度的控制，(增加再生剂量可以提高反应温度)。
2.如权利要求1所述的原料油和轻烃催化转化方法，其特征在于，在轻烃气化段（12）下方设置气化催化剂提升段（11），气化催化剂在气化催化剂提升段（11）进入反应器(10)，轻烃（42）在气化催化剂入口（18）上方进入反应器(10)。
3.如权利要求1所述的原料油和轻烃催化转化方法，其特征在于，所述轻烃（42）为轻汽油组分、石脑油组分、汽油组分、直馏柴油组分、柴油组分、加氢后的催化裂化柴油组分，或为质量比90%以上成分沸点低于380℃的石油烃；所述原料油（44）为催化裂化原料油，包括蜡油，常压渣油。
4.如权利要求1所述的原料油和轻烃催化转化方法，其特征在，所述轻烃气化段（12）的温度低于500℃；当轻烃（42）95%以上组分为实沸点蒸馏沸点低于204℃组分时，气化温度不高于400℃；当轻烃（42）95%以上组分为按实沸点蒸馏沸点低于380℃组分时，气化温度不高于450℃。
5.如权利要求1所述的原料油和轻烃催化转化方法，其特征在于，所述气化催化剂（49）为来自再生器的催化剂Ⅱ。
6.如权利要求1所述的原料油和轻烃催化转化方法，其特征在于，所述气化催化剂（49）为反应后的催化剂或待生催化剂。
7.一种原料油和轻烃催化转化反应器，其特征在于，所述反应器（10）设置来自再生器的催化剂Ⅰ和气化催化剂两个催化剂入口，以及轻烃和原料油石油烃入口；反应器（10）自下而上依次由气化催化剂提升介质入口（21）、气化催化剂入口（18）、轻烃气化段（12）、来自再生器的催化剂Ⅰ入口（15）、轻烃催化裂化反应段（14）、原料油入口（24）、原料油反应段（17）及反应器出口（16）组成；来自再生器的催化剂Ⅰ入口（15）设在轻烃入口（22）和气化催化剂入口（18）上方；轻烃气化段（12）、轻烃催化裂化反应段（14）和原料油反应段（17）分别设置温度热电偶测量温度；在与气化催化剂入口（18）连通的气化催化剂入口管（25）上设置气化催化剂流量控制阀或滑阀（32），在与来自再生器的催化剂Ⅰ入口（15）连通的来自再生器的催化剂Ⅰ入口管（26）上设置来自再生器的催化剂Ⅰ流量控制阀或滑阀（34）。
8.如权利要求7所述的原料油和轻烃催化转化反应器，其特征在于，在反应器（10）最下方设置气化催化剂提升段（11），气化催化剂入口（18）设置在气化催化剂提升段（11），轻烃入口（22）设置在气化催化剂入口（18）上方。
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