CN117942879A - 一种催化转化反应装置和催化转化的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种催化转化反应装置，其包括下行式反应单元和上行式反应单元；所述下行式反应单元包括由上而下依次连通的第一进料口、下行反应器和下行油剂分离器；所述上行式反应单元包括由下而上依次连通的上行催化剂分布器、上行反应器和出料口；其中，所述下行油剂分离器的油气出口设置于所述上行反应器的内部中靠近底部且远离顶部的位置，所述下行油剂分离器的催化剂出口设置于所述上行反应器的外部。本发明还提供了一种催化转化的方法。通过上述技术方案，本发明可以实现不同反应单元内多个反应同时进行或者多种反应的接力进行，并且可以对不同反应单元进行分别控制，简化了装置建设和操作成本，有利于实现生产的连续化。
Description
技术领域
本发明涉及石油化工领域，具体地，涉及一种催化转化反应装置和一种催化转化的方法。
背景技术
流化床反应器指固体颗粒物料在流化介质作用下，在反应器内呈悬浮运动状态(即流化状态)的反应器。在流化床反应器中，流化介质对固体颗粒物料的曳力(及流化介质流经固体颗粒表面的摩擦力)和浮力之和超过了固体颗粒的重力，固体颗粒被悬浮起来，固体颗粒之间不再有作用力，具备了流体的性质。
流化床反应器广泛应用于石油化工生产过程中，例如催化裂化、甲醇制烯烃、合成气制低碳烯烃、烷烃脱氢、丁烯氧化制顺丁烯二酸酐等单元操作中。在装置设计与生产过程中，需要实现反应传质和传热过程的强化，从而实现各因素之间的最优匹配，提高装置运行效率。
CN104629790B公开了一种用于裂解重油多产丙烯与乙烯的下行式流化床反应器，其高径比为20-100，反应器内平均气速为3-18m/s，含有一个催化剂进料口，一个重油注入口，两个或更多个轻烃注入口，一个反应器出口；重油注入口与第一个轻烃注入口之间的距离是反应器直径的3-10倍；不同轻烃注入口间的距离是反应器直径的2-10倍。
但是，经过实验测试发现，现有的流化床用于将重质原料油催化裂解制取乙烯和丙烯时，仍然需要将乙烯和丙烯的产率进一步提高。
发明内容
本发明的目的在于进一步提高重质原料油催化裂解制取乙烯和丙烯的产率。
为了实现上述目的，本发明提供了一种催化转化反应装置，该催化转化反应装置包括下行式反应单元和上行式反应单元；所述下行式反应单元包括由上而下依次连通的进料口、下行反应器和下行油剂分离器；所述上行式反应单元包括由下而上依次连通的上行催化剂分布器、上行反应器和出料口；其中，所述下行油剂分离器的油气出口设置于所述上行反应器的内部中靠近底部且远离顶部的位置，所述下行油剂分离器的催化剂出口设置于所述上行反应器的外部；所述下行式反应单元中具有处于流化状态下的第一流化催化剂；所述上行式反应单元中具有处于流化状态下的第二流化催化剂；所述第一流化催化剂与所述第二流化催化剂彼此不同。
本发明还提供了一种催化转化的方法，该方法包括：将原料油引入如上所述的催化转化反应装置的进料口中，使得所述原料油与所述第一流化催化剂在所述下行反应器中接触进行第一催化转化反应，得到第一催化转化反应后的物料；将第一催化转化反应后的物料通过所述下行油剂分离器进行分离，得到第一待生催化剂和第一油气产物；将所述第一待生催化剂导出所述下行床反应器；所述第一油气产物进入所述上行式反应器中与所述第二流化催化剂在所述上行反应器中接触进行第二催化转化反应，生成第二油气产物。
通过上述技术方案，本发明可以实现不同反应单元内多个反应同时进行或者多种反应的接力进行，并且可以对不同反应单元进行分别控制，简化了装置建设和操作成本，有利于实现生产的连续化。更具体地，本发明进一步提高了重质原料油催化裂解制取乙烯和丙烯的产率。
本发明的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。在附图中：
图1为本发明优选的一种实施方式中的反应器的结构示意图。
图2为本发明优选的另一种实施方式中的反应器的结构示意图。
图3为本发明优选的再一种实施方式中的反应器的结构示意图。
附图标记说明
图1-3中，1为下行式反应单元；11为进料口；12为第一流化催化剂入口；13为下行催化剂分布器；14为下行式反应器；15为下行油剂分离器；16为第一反应油气；17为第一待生催化剂；2为上行式反应单元；21为第二流化催化剂；22为第二流化催化剂入口；23为上行催化剂分布器；24为上行式反应器；25为上行油剂分离器；26为上行反应油气收集区；27为出料口。
具体实施方式
以下对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。
本发明提供了一种催化转化反应装置，该催化转化反应装置包括下行式反应单元和上行式反应单元；所述下行式反应单元包括由上而下依次连通的进料口、下行反应器和下行油剂分离器；所述上行式反应单元包括由下而上依次连通的上行催化剂分布器、上行反应器和出料口；其中，所述下行油剂分离器的油气出口设置于所述上行反应器的内部中靠近底部且远离顶部的位置，所述下行油剂分离器的催化剂出口设置于所述上行反应器的外部；所述下行式反应单元中具有处于流化状态下的第一流化催化剂；所述上行式反应单元中具有处于流化状态下的第二流化催化剂；所述第一流化催化剂与所述第二流化催化剂彼此不同。
本发明的催化转化反应装置能够进行一些需要使用不同的催化剂的复杂反应，并且使得不同催化剂之间保持相互隔离，从而确保了不同反应之间既能实现同时或接力进行，又可以避免相互之间产生影响。
其中，可选地，所述进料口处设置有下行催化剂分布器、下行原料入口和下行流化介质入口。
其中，可选地，所述下行反应器的一部分或全部也设置于所述上行反应器的内部。所述下行反应器设置于所述上行反应器中的实施方式能够节省装置空间，并且使下行反应器充分利用上行反应器中的热量，由此降低了装置操作能耗。
其中，可选地，所述上行反应器的底部还设置有上行流化介质入口。
其中，可选地，所述上行反应器为等直径上行反应器或变直径上行反应器；所述变直径反应器为由下而上的扩直径上行反应器或由下而上的缩直径上行反应器。优选的所述上行反应器为由下而上的扩直径上行反应器的实施方式中，能够进一步提高乙烯和丙烯的产率。
其中，可选地，所述上行反应器内的顶部还设置有上行油剂分离器；所述上行油剂分离器的油气出口与所述出料口连通；优选地，所述上行油剂分离器的油气出口与所述出料口之间还设置有上行反应油气收集区。所述上行反应油气收集区中，第二油气产物与流化介质汇聚后通过所述出料口导出。
其中，可选地，所述下行反应器的直径与所述上行反应器的直径的比为1：1.5～10；所述下行反应器的高度与所述上行反应器的高度的比为1：0.5～2。
本发明还提供了一种催化转化的方法，该方法包括：将原料油引入如上所述的催化转化反应装置的进料口中，使得所述原料油与所述第一流化催化剂在所述下行反应器中接触进行第一催化转化反应，得到第一催化转化反应后的物料；将第一催化转化反应后的物料通过所述下行油剂分离器进行分离，得到第一待生催化剂和第一油气产物；将所述第一待生催化剂导出所述下行床反应器；所述第一油气产物进入所述上行式反应器中与所述第二流化催化剂在所述上行反应器中接触进行第二催化转化反应，生成第二油气产物。
其中，可选地，所述第一催化转化反应的条件包括：温度为520～640℃，优选为560～620℃；反应压力为0.1～0.4MPa，优选0.1～0.2MPa，重时空速为1～20h-1，优选2～10h-1，催化剂停留时间为1～15s，优选2～10s；所述第二催化转化反应的条件包括：反应温度为500～620℃，优选540～600℃，反应压力为0.1～0.4MPa，优选0.1～0.2MPa，重时空速为1～20h-1，优选2～10h-1，催化剂停留时间为1～15s，优选2～10s。
其中，可选地，所述原料油为减压蜡油、常压渣油、减压渣油、焦化蜡油、脱沥青油、糠醛精制抽余油、煤液化油、油砂油、页岩油、费托合成馏分油和生物油脂中的一种或者一种以上的混合物。
可选地，所述第一流化催化剂含有未改性的Y型分子筛或改性的Y型分子筛、基质和粘结剂，以所述催化剂的总重量计，未改性的Y型分子筛或改性的Y型分子筛的含量为10～80％，优选为30～60％，基质的含量为10～80％，优选为15～60％，粘结剂的含量为10～30％，优选为10～20％。
可选地，所述第二流化催化剂含有未改性的ZSM-5分子筛或改性的ZSM-5分子筛、基质和粘结剂，以所述催化剂的总重量计，未改性的ZSM-5分子筛或改性的ZSM-5分子筛的含量为10～60％，优选为20～50％，基质的含量为10～80％，优选为20～70％，粘结剂的含量为10～30％，优选为10～20％。
所述第一流化催化剂适合催化大分子一次裂化反应；所述第二流化催化剂适合催化中间产物二次裂化反应。
根据本发明特别优选的一种实施方式，参考图1-3，重质原料油预热后经过进料口11引入下行式反应单元1，第一流化催化剂经过第一流化催化剂入口12进入下行式催化剂分布器13并继而引入下行式反应器14，重质原料油与第一流化催化剂在下行式反应器14中接触并发生第一催化转化反应，得到第一催化转化反应后的物料；将第一催化转化反应后的物料通过下行油剂分离器15分离，得到的第一待生催化剂17引出下行式反应单元1，第一反应油气16引入上行式反应器24底部，第二流化催化剂通过第二流化催化剂入口22进入上行催化剂分布器23并继而进入上行式反应单元2；第一反应油气16与第二流化催化剂在上行式反应器24中接触并发生第二催化转化反应，得到第二催化转化反应后的物料；得到的第二催化转化反应后的物料通过上行油剂分离器25分离，得到第二反应油气和第二待生催化剂，得到的第二待生催化剂引出催化转化反应装置或引入上行式反应器24中继续使用，得到的第二反应油气汇集于上行反应油气收集区26后经过出料口27引出上行式反应单元2。
以下通过实施例进一步详细说明本发明。在没有特别说明的情况下，实施例中所用到的原材料均可通过商购途径获得。
实施例1-2和对比例1-3中所用的原料为大庆蜡油，所用的第一裂解催化剂为GOR-II催化剂，第二裂解催化剂为RAG-6催化剂。GOR-II为含有40重量％的Y分子筛的催化剂，RAG-6为含有35重量％的ZSM-5分子筛的催化剂。
大庆蜡油的化学组成与性质如表1所示。两种催化剂的化学组成与性质如表2所示。
实施例1
试验在图2所示的小型装置上进行。该装置包括下行式反应单元和上行式反应单元，其中下行式反应器的直径为10mm，长度为1000mm，上行式反应器的直径为500mm，长度为1300mm。将大庆蜡油预热后引入下行式反应器与来自下行催化剂分布器的催化剂GOR-II进行第一裂解反应，反应后的反应后的油剂混合物通过旋流式快速分离器分离，得到的第一裂解待生催化剂引出下行式反应器，第一裂解反应油气引入上行式反应器的底部，与来自上行催化剂分布器的催化剂RAG-6进行第二裂解反应，反应后的油剂混合物通过分离装置分离，产生的第二裂解反应油气引出上行式反应单元，第二裂解待生催化剂经再生后继续使用。不同反应单元的条件以及产物分布如表3所示。
实施例2
试验在图3所示的小型装置上进行。该装置包括下行式反应单元和上行式反应单元，其中下行式反应器的直径为10mm，长度为1000mm，上行式反应器的下直径为100mm，上直径为500mm，长度为1300mm。其余同实施例1。不同反应单元的条件以及产物分布如表3所示。
表1大庆蜡油的组成与性质
| 项目 | 大庆蜡油 |
| 密度(20℃)/(kg/m3) | 856.5 |
| 残炭质量分数/％ | 0.12 |
| 元素质量组成/％ | |
| C | 86.12 |
| H | 13.47 |
| S | 0.85 |
| N | 0.41 |
| 质量族组成/％ | |
| 饱和烃 | 66.55 |
| 芳烃 | 24.15 |
| 胶质 | 9.05 |
| 沥青质 | 0.25 |
| 金属质量组成/(mg/kg) | |
| Fe | 1.9 |
| Ni | 8.0 |
| V | 9.5 |
| Na | 3.1 |
| Ca | 1.8 |
| 馏程/℃ | |
| 初馏点 | 284 |
| 10％ | 342 |
| 30％ | 390 |
| 50％ | 420 |
| 70％ | 449 |
| 90％ | 497 |
| 终馏点 | 526 |
表2催化剂的组成和性质
| 项目 | GOR-II | RAG-6 |
| 化学组分/％(w) | ||
| Al2O3 | 55.6 | 51.2 |
| SiO2 | 36.6 | 43.1 |
| K2O | 0.236 | 0.253 |
| CaO | 0.103 | 0.163 |
| P2O5 | 1.85 | 1.34 |
| Fe | 0.24 | 0.56 |
| TiO2 | 0.125 | 0.13 |
| RE2O3 | 0.29 | |
| BET全分析 | ||
| BET总面积/(m2·g-1) | 268 | 197 |
| 总孔体积/(cm3·g-1) | 0.184 | 0.150 |
| 微反活性 | 68 | 61 |
对比例1
实验在一个上行式流化床反应器上进行，反应器的直径为500mm，长度为1300mm。将大庆蜡油预热后引入流化床反应器与其中的催化剂GOR-II进行裂解反应，得到油剂混合物通过过滤器分离，产生的反应油气引出装置。反应条件以及产物分布如表3所示。
对比例2
实验在一个上行式流化床反应器上进行，反应器的下直径为100mm，上直径为500mm，长度为1300mm。将大庆蜡油预热后引入流化床反应器与其中的催化剂RAG-6进行裂解反应，得到油剂混合物通过过滤器分离，产生的反应油气引出装置。反应条件以及产物分布如表3所示。
对比例3
按照实施例1的方法，不同之处在于不设置下行油剂分离器，下行式反应器14中得到的第一催化转化反应后的物料全部进入上行式反应器24参与第二催化转化，催化剂为GOR-II催化剂和RAG-6催化剂以质量比为1:1配制的混合催化剂。不同反应单元的条件以及产物分布如表3所示。
表3实施例1-2和对比例1-3的反应条件及反应结果
| 项目 | 实施例1 | 实施例2 | 对比例1 | 对比例2 | 对比例3 |
| 原料 | 大庆蜡油 | 大庆蜡油 | 大庆蜡油 | 大庆蜡油 | 大庆蜡油 |
| 下行式反应器 | |||||
| 催化剂 | GOR-II | GOR-II | 混合催化剂 | ||
| 反应温度/℃ | 580 | 610 | 580 | ||
| 反应压力/kPa(表压) | 50 | 50 | 50 | ||
| 质量空速/h-1 | 4 | 5 | 4 | ||
| 上行式反应器 | |||||
| 催化剂 | RAG-6 | RAG-6 | GOR-II | RAG-6 | 混合催化剂 |
| 反应温度/℃ | 580 | 610 | 590 | 610 | 580 |
| 反应压力/kPa(表压) | 50 | 50 | 50 | 50 | 50 |
| 质量空速/h-1 | 4 | 5 | 8 | 5 | 4 |
| 转化率/重量％ | 90.59 | 91.43 | 85.68 | 82.45 | 88.10 |
| 乙烯产率/重量％ | 4.72 | 5.48 | 3.95 | 4.33 | 4.24 |
| 丙烯产率/重量％ | 20.70 | 23.15 | 17.44 | 18.14 | 18.66 |
从表3的结果可以看出，采用本发明提供的方法，大分子一次裂化反应和中间产物二次裂化反应均得到了强化，反应物的转化率和目标产物的收率得到大幅度提高，更具体地，能够提高重质原料油催化裂解制取乙烯和丙烯的产率。
以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。
另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。
此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。
Claims (10)
1.一种催化转化反应装置，其特征在于，该催化转化反应装置包括下行式反应单元和上行式反应单元；所述下行式反应单元包括由上而下依次连通的进料口、下行反应器和下行油剂分离器；所述上行式反应单元包括由下而上依次连通的上行催化剂分布器、上行反应器和出料口；其中，所述下行油剂分离器的油气出口设置于所述上行反应器的内部中靠近底部且远离顶部的位置，所述下行油剂分离器的催化剂出口设置于所述上行反应器的外部；所述下行式反应单元中具有处于流化状态下的第一流化催化剂；所述上行式反应单元中具有处于流化状态下的第二流化催化剂；所述第一流化催化剂与所述第二流化催化剂彼此不同。
2.根据权利要求1所述的催化转化反应装置，其中，所述进料口处设置有下行催化剂分布器、下行原料入口和下行流化介质入口。
3.根据权利要求1或2所述的催化转化反应装置，其中，所述下行反应器的一部分或全部也设置于所述上行反应器的内部。
4.根据权利要求1所述的催化转化反应装置，其中，所述上行反应器的底部还设置有上行流化介质入口。
5.根据权利要求1所述的催化转化反应装置，其中，所述上行反应器为等直径上行反应器或变直径上行反应器；所述变直径反应器为由下而上的扩直径上行反应器或由下而上的缩直径上行反应器。
6.根据权利要求1或2所述的催化转化反应装置，其中，所述上行反应器内的顶部还设置有上行油剂分离器；所述上行油剂分离器的油气出口与所述出料口连通；优选地，所述上行油剂分离器的油气出口与所述出料口之间还设置有上行反应油气收集区。
7.根据权利要求1所述的催化转化反应装置，其中，所述下行反应器的直径与所述上行反应器的直径的比为1：1.5～10；所述下行反应器的高度与所述上行反应器的高度的比为1：0.5～2。
8.一种催化转化的方法，其特征在于，该方法包括：将原料油引入权利要求1-7中任意一项所述的催化转化反应装置的进料口中，使得所述原料油与所述第一流化催化剂在所述下行反应器中接触进行第一催化转化反应，得到第一催化转化反应后的物料；
将第一催化转化反应后的物料通过所述下行油剂分离器进行分离，得到第一待生催化剂和第一油气产物；将所述第一待生催化剂导出所述下行床反应器；
所述第一油气产物进入所述上行式反应器中与所述第二流化催化剂在所述上行反应器中接触进行第二催化转化反应，生成第二油气产物。
9.根据权利要求8所述的方法，其中，所述第一催化转化反应的条件包括：温度为520～640℃，优选为560～620℃；反应压力为0.1～0.4MPa，优选0.1～0.2MPa，重时空速为1～20h-1，优选2～10h-1，催化剂停留时间为1～15s，优选2～10s；所述第二催化转化反应的条件包括：反应温度为500～620℃，优选540～600℃，反应压力为0.1～0.4MPa，优选0.1～0.2MPa，重时空速为1～20h-1，优选2～10h-1，催化剂停留时间为1～15s，优选2～10s。
10.根据权利要求8所述的方法，其中，所述原料油为减压蜡油、常压渣油、减压渣油、焦化蜡油、脱沥青油、糠醛精制抽余油、煤液化油、油砂油、页岩油、费托合成馏分油和生物油脂中的一种或者一种以上的混合物；所述第一流化催化剂含有Y型分子筛或改性的Y型分子筛、基质和粘结剂，以所述催化剂的总重量计，Y型分子筛或改性的Y型分子筛的含量为10～80％，优选为30～60％，基质的含量为10～80％，优选为15～60％，粘结剂的含量为10～30％，优选为10～20％；所述第二流化催化剂含有ZSM-5分子筛或改性的ZSM-5分子筛、基质和粘结剂，以所述催化剂的总重量计，ZSM-5分子筛或改性的ZSM-5分子筛的含量为10～60％，优选为20～50％，基质的含量为10～80％，优选为20～70％，粘结剂的含量为10～30％，优选为10～20％。
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| CN202211352506.XA CN117942879A (zh) | 2022-10-31 | 2022-10-31 | 一种催化转化反应装置和催化转化的方法 |
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