CN1162514C - 气固并流下行与上行耦合的催化裂化反应工艺及反应装置 - Google Patents
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Abstract
气固并流下行与上行耦合的催化裂化反应工艺及反应装置，涉及一种石油流态化催化裂化工艺及反应装置。本发明采用了先下行后上行的反应工艺，并通过在下行反应段出口处设置或不设置气固快速分离器的两种结构形式，提高汽油和液化气的收率，降低干气与焦炭的生成量；或进行选择性氢转移和异构化反应，提高汽油中异构烃和芳香烃的含量，降低烯烃含量。此外本发明还采用将由分馏塔过来的回炼油、油浆或渣油在提升管上行反应段的不同高度喷入，参与裂解反应或选择性氢转移及异构化反应，进一步提高了轻油的收率，降低汽油中的烯烃含量。该装置结构简单，操作简便，便于对旧装置进行改造。
Description
技术领域
本发明涉及石油流态化催化裂化与催化裂解反应器的一种新工艺及其装置，属于石油化工技术领域。
背景技术
石油催化裂化(FCC)一般在提升管反应器中进行，不同的催化反应时间和反应温度决定了轻质油的收率与质量的不同【侯祥麟.中国炼油技术.北京：中国石化出版社，1991】【白丁荣，金涌，俞芷青.循环流态化(II)气固流动规律.化学反应工程与工艺，1991，7(3)：303-317】。
迄今国内外几乎所有的FCC反应器均采用流态化提升管反应器，其技术的更新与目的产品的质量要求密切相关。在我国的成品汽油产量中，催化裂化汽油占80m％以上，其中烯烃含量为40~65v％，明显高于我国车用汽油烯烃含量不大于35v％的新指标，与“世界燃料规范”汽油II类指标烯烃含量小于20v％的要求相差甚远【中国石化股份公司上海高桥分公司炼油厂3#催化裂化装置多产异构烃工艺(MIP)技术改造工程技术方案汇报，中国石化集团洛阳石油化工工程公司，2001，8】。原油的日趋重质化，以及交通车辆用油指标的提高，对催化裂化轻质油的收率和质量提出了更高的要求。因此，研究与开发提高轻质油收率和质量的新型流化催化裂化与催化裂解的工艺和装置对我国炼油工业具有重要的现实意义。
大量的实验研究与工程实践表明：原料油催化裂化与催化裂解过程可分为两个显著的阶段，第一阶段是烃类的快速裂解反应，适宜在高温、短停留时间和平推流下进行，可以得到更多的汽油及液化气，此过程在0.4～0.8秒内可实现50～70％的转化率【Gartside，R.J.QC-A New Reaction System.In Fluidization VI，eds.J.R.Grace，L.W.Shemilt andM.A.Bergougnou，Engineering Floundation，New York，1989，p25-32】【邓欣.下行床反应器催化裂解和催化裂化热态试验研究：[硕士学位论文].北京：清华大学化学工程系，2001，12】；第二阶段是沉积在催化剂上已部分缩合的重组分及焦炭，则需低温长停留时间，进一步裂解成轻柴油、油浆和焦炭，在此过程中颗粒返混对产物组分的选择性不大。
发明内容
本发明的目的是为了充分利用原料油催化裂化与催化裂解反应过程中不同反应阶段的裂化特征，减少二次裂化，降低干气与焦炭的生成，进一步提高轻质油的收率与质量。本发明的目的还在于通过低温长接触时间，进行选择性氢转移和异构化反应，提高汽油中的异构烷烃的含量，降低烯烃含量。
为了实现上述目的，本发明提出的第一种技术方案为：
一种气固并流下行与上行耦合的催化裂化反应工艺，其特征在于：采用先下行后上行的反应工艺，其工艺步骤按如下顺序进行：
(1)再生器来的新鲜催化剂、原料油先进入气固并流下行反应段进行裂解反应，其出口温度控制在510～535℃，气固停留时间为0.5～1.2秒；
(2)从下行反应段流出的油气和催化剂及产品气直接进入提升管上行反应段，经提升气提升和降温后，进行选择性氢转移和异构化反应，其出口温度为480～510℃，气固停留时间为1.0～4.0秒；
(3)在反应器出口处经气固快速分离器进行待生催化剂与产品气分离，经旋风收集系统回收催化剂后通过产品出口引出反应器；待生催化剂在沉降器下部收集，在气提蒸汽的作用下通过待生催化剂出口流出沉降器，返回再生器进行催化剂再生，进入下一个循环。
本发明的另一种技术方案是：一种气固并流下行与上行耦合的催化裂化反应工艺，其特征在于：采用先下行后上行的反应工艺，其工艺步骤按如下顺序进行：
(1)从再生器来的新鲜催化剂、原料油先进入气固并流下行反应段进行裂解反应，其出口温度控制在510～535℃，气固停留时间为0.5～1.2秒；
(2)从下行反应段流出的油气和催化剂及产品气进入气固快速分离器进行油气和催化剂颗粒的分离，再通过轻油引出阀把裂解得到得产品气提前引出至反应器沉降器；
(3)从气固快速分离器分离下来的催化剂及吸附在催化剂上的油气重组分进入提升管上行反应段，经提升气提升和降温后，继续进行裂解反应，其出口温度为480～510℃，气固停留时间为1.0～4.0秒；
(4)经反应器出口处的气固快速分离器进行待生催化剂与产品气分离，由旋风收集系统回收催化剂后通过产品出口引出反应器；待生催化剂在沉降器下部收集，在气提蒸汽的作用下通过待生催化剂出口流出沉降器，返回再生器进行催化剂再生，进入下一个循环。
为了使轻油收率有进一步的提高，本发明对上述两种催化裂化反应工艺，还采用在提升管反应段的不同高度处喷入从分馏塔过来的回炼油、油浆或油渣，参与裂化反应。
根据本发明提供的上述两种催化裂化反应工艺，本发明分别提供了实施两种催化裂化反应工艺的反应装置：
一种气固并流下行与上行耦合的催化裂化反应器装置，主要包括催化裂化反应器，设置在反应器入口处的催化剂分布装置，设置在反应器出口处的气固快速分离器以及反应器旋风收集系统，沉降器，提升气入口，气提蒸气入口以及待生催化剂出口，其特征在于：所述的催化裂化反应器采用气固并流下行反应段和提升管上行反应段相耦合的结构。
一种气固并流下行与上行耦合的催化裂化反应器装置，主要包括催化裂化反应器，设置在反应器入口处的催化剂分布装置，设置在反应器出口处的气固快速分离器以及反应器旋风收集系统，沉降器，提升气入口，气提蒸气入口以及待生催化剂出口，其特征在于：所述的催化裂化反应器采用气固并流下行反应段和提升管上行反应段相耦合的结构，在所述气固并流下行反应段的出口处设有中间气固快速分离器，并在所述分离器与沉降器之间设有轻油引出阀及连接管。
本发明由于采用了先下行后上行的工艺特点，和现有技术相比有汽油收率和质量更高的优点。采用下行反应器能够消除上行反应器催化剂返混现象，使径向流动趋于均匀，减少二次裂化，通过超短接触(停留时间分布窄，能够满足1秒以下的接触时间要求)，充分利用催化剂的初始活性，可提高汽油的选择性，降低干气与焦炭的生成，使汽油收率比提升管反应器提高约6.6％左右。从下行反应段出来的催化剂颗粒及其沉积在上面的重质成分可以在提升管反应段进一步裂解反应。采用本发明的反应装置，既保持了提升管反应器原有的优点，又通过分段反应和中间气固快速分离达到高的转化率和轻油及液化气收率。另外，在不安装中间气固快速分离器时，可在上行反应段内进行选择性氢转移和异构化反应，降低轻质油的烯烃含量。该装置结构简单，操作简便，便于对旧装置进行改造。
本发明的工作原理是：将催化裂化反应器分为两个反应段——气固并流下行反应段和上行反应段。首先通过气固并流反应段顺重力场下行，在该反应段内以一次裂化反应为主，反应温度高，接触时间短，停留时间分布均一，可以降低干气及焦炭生成，提高轻油及液化气生成量。然后从下行反应段出来的油气与催化剂混合物或催化剂与新补充进来的回炼油再进入提升管上行反应段进一步进行裂解反应，这时反应温度稍低，接触时间长。在第一反应段(下行床)出口可以安装中间快速气固分离装置，也可以不安装中间快速气固分离装置。①当安装快速气固分离装置时，下行反应段出来的油气和催化剂混合物经分离后，油气产品直接进入反应器沉降器，可有效地抑制二次裂化反应，增加轻油收率。被分离下来的催化剂颗粒及其附带的油气，通过提升气(可为H2O或干气)提升后进入提升管上行反应段进一步裂解，提高轻油收率。②当不安装中间快速气固分离装置时，从下行反应段出来的油气和催化剂混合物被提升气降温提升后，直接进入提升管上行反应段，通过低温长接触时间，进行选择性氢转移和异构化反应，提高汽油中的异构烷烃的含量，降低烯烃含量。本发明还可以在提升管上行反应段的不同高度处喷入由分馏塔过来的油浆、回炼油或油渣，参与裂化反应或进行选择性氢转移及异构化反应，其目的是为了进一步提高轻油的收率，降低汽油中的烯烃含量。
附图说明
图1为本发明的一个具体的实施例，是一种在下行反应段出口处设置快速气固分离装置的气固并流下行和上行耦合的催化裂化与催化裂解反应器装置的结构示意图。
图2为本发明的另一个具体的实施例，是一种在下行反应段出口处不安装快速气固分离装置的气固并流下行和上行耦合的催化裂化与催化裂解反应器装置的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图详细说明本发明的工艺流程及具体实施：
本发明装置的结构示意图由附图1和附图2给出，结合附图详细阐述如下：从再生器来的再生好的新鲜催化剂颗粒通过再生催化剂入口C进入气固并流下行反应段的催化剂分布装置4，催化剂在提升气(D为提升气入口)的作用下进入下行床反应段入口(即原料油与雾化气入口B)，这时立即与原料油混合，原料油喷咀伴有雾化气化原料油，油气与催化剂在下行反应段6中进行裂解反应，该段气固停留时间大致为0.5～1.2秒，其出口处温度控制在510～535℃，经过下行反应段的裂化反应后，本装置可分为如下两种情况：一种是在气固并流下行反应段出口处设置中间气固快速分离器8(如图1所示)，另一种则是不设置中间气固快速分离器(如图2所示)，下面分别进行叙述：
一种情况是通过气固并流下行反应段出口处的气固快速分离器8进行油气与催化剂颗粒分离，通过轻油引出阀7，把裂解得到的产品气提前引出至反应器沉降器3，防止过度裂解，这种操作的目的是进一步降低总体干气生成量和焦炭生成量，提高轻油和液化气收率。而被分离下来的催化剂及吸附在催化剂上的油气重组分进入提升管反应段9，通过补充提升气入口F进来的提升气(可为H2O或干气)进行提升和调节第二段反应温度，继续进行裂解反应。此外也可将由分馏塔过来的回炼油、油浆或油渣H在提升管内不同高度处喷入，参与裂化反应，使轻油收率有进一步的提高。在提升管反应段9出口处经反应器气固快速分离器2进行待生催化剂与产品气分离，产品气经反应器旋风收集系统1回收催化剂后通过产品出口A引出反应器。待生催化剂在沉降器3下部收集，并经过水蒸气汽提段5，在汽提蒸汽入口G进来的蒸汽作用下通过待生催化剂出口E流出沉降器3，返回再生器进行催化剂再生，以便进入下一个循环。提升管上行反应段出口温度控制在480～510℃，该段气固停留时间大致为1.0～4.0秒。
另一种情况是在气固并流下行反应段出口处不安装中间气固快速分离器8，流出下行段的油气和催化剂及产品气直接进入提升管上行反应段9，经提升气提升和降温后，继续进行反应，这种操作的目的是进行选择性氢转移和异构化反应，提高汽油中的异构烃和芳烃含量，降低烯烃含量。
实施例：
采用气固并流下行和上行耦合的反应装置可用于掺炼减压渣油或全渣油催化裂化生产轻油的工艺过程，这时下行反应段的出口温度控制在525℃，上行反应段出口温度控制在500℃；下行段反应区的停留时间大致为0.8秒，上行段反应区的停留时间大致为2.0秒；反应区空速范围(WHSV)为10～25h-1；剂油比可操作范围为5～20，再生器密相温度为700℃。在上述操作范围内汽油烯烃含量可降低至20v％左右，其它各项指标均可以保持大致不变或略有提高。
Claims (4)
1.一种气固并流下行与上行耦合的催化裂化反应工艺，其特征在于：采用先下行后上行的反应工艺，其工艺步骤按如下顺序进行：
(1)从再生器来的新鲜催化剂、原料油先进入气固并流下行反应段进行裂解反应，其出口温度控制在510～535℃，气固停留时间为0.5～1.2秒；
(2)从下行反应段流出的油气和催化剂及产品气直接进入提升管上行反应段，经提升气提升和降温后，进行选择性氢转移和异构化反应，其出口温度为480～510℃，气固停留时间为1.0～4.0秒；
(3)在反应器出口处经气固快速分离器进行待生催化剂与产品气分离，经旋风收集系统回收催化剂后通过产品出口引出反应器；待生催化剂在沉降器下部收集，在气提蒸汽的作用下通过待生催化剂出口流出沉降器，返回再生器进行催化剂再生，进入下一个循环。
2.一种气固并流下行与上行耦合的催化裂化反应工艺，其特征在于：采用先下行后上行的反应工艺，其工艺步骤按如下顺序进行：
(1)从再生器来的新鲜催化剂、原料油先进入气固并流下行反应段进行裂解反应，其出口温度控制在510～535℃，气固停留时间为0.5～1.2秒；
(2)从下行反应段流出的油气和催化剂及产品气通过中间气固快速分离器进行油气和催化剂颗粒的分离，再通过轻油引出阀把裂解得到的产品气提前引出至反应器沉降器；
(3)从气固快速分离器分离下来的催化剂及吸附在催化剂上的油气重组分进入提升管上行反应段，经提升气提升和降温后，继续进行裂解反应，其出口温度为480～510℃，气固停留时间为1.0～4.0秒；
(4)经反应器出口处的气固快速分离器进行待生催化剂与产品气分离，由旋风收集系统回收催化剂后通过产品出口引出反应器；待生催化剂在沉降器下部收集，在气提蒸汽的作用下通过待生催化剂出口流出沉降器，返回再生器进行催化剂再生，进入下一个循环。
3.按照权利要求1或2所述的气固并流下行与上行耦合的催化裂化反应工艺，其特征在于：在提升管上行反应段的不同高度处喷入从分馏塔过来的回炼油、油浆或油渣，参与裂解反应。
4.实施如权利要求2所述的一种气固并流下行与上行耦合的催化裂化反应装置，主要包括催化裂化反应器，设置在反应器入口处的催化剂分布装置，设置在反应器出口处的气固快速分离器以及反应器旋风收集系统，沉降器，提升气入口，气提蒸气入口以及待生催化剂出口，其特征在于：所述的催化裂化反应器采用气固并流下行反应段和提升管上行反应段相耦合的结构，并在所述气固并流下行反应段的出口处设有中间气固快速分离器，所述的中间气固快速分离器与沉降器之间设有轻油引出阀及引出管。
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