CN1194073C - 利用下行床反应器进行烃类催化热裂解的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了属于石油产品分馏裂解技术的一种利用下行床反应器进行烃类催化热裂解的方法。它是以下行床作为反应器，使原料油在高温和催化剂作用下进行催化热裂解反应，生成以乙烯、丙烯和丁烯等轻烯烃为主的气体产品，同时得到稳定的富含芳香烃的液相产品。由于下行床反应器能够实现气固的超短接触反应，具有均匀的气固径向流动结构，相对于传统的提升管反应器其气固返混大大减小，因而可以获得很高的轻烯烃收率，同时甲烷和焦炭等副产物被充分抑制。该工艺可以处理重质原料，并通过选择不同的催化剂和操作条件来调节乙烯和丙烯的比例，因而具有广泛的应用范围和重大的经济价值。
Description
技术领域
本发明属于石油产品的分馏裂解技术范畴。特别涉及从烃类获得高收率的轻烯烃和稳定的、富含芳香烃的液相产品的种利用下行床反应器进行烃类催化热裂解的方法。
技术背景
具有碳碳不饱和键的轻烯烃，是一类重要的有机化工原料。由它们出发，可以合成多种塑料、橡胶和纤维等高分子材料，也可以通过烷基化等过程生产其它化工产品。尤其是乙烯，其产量通常用来作为衡量一个国家石油化学工业发展水平的标志。轻烯烃的来源并不唯一，最初的丙烯等是催化裂化装置的副产品。当管式炉热裂解过程出现以后，烯烃主要从热裂解过程获得。目前，管式炉装置生产的乙烯占世界总产量的99％以上。然而，裂解过程中生成的焦炭在炉管内壁上沉积，在实际生产中需要定期停车清焦，因而难于处理重质油品。近年来，利用馏分油催化裂解，或催化热烈解来生产轻烯烃的新工艺得到了迅速的发展。这一类过程一般是在提升管反应器中进行相应的反应一再生循环操作方式，产生的焦炭将沉积在催化剂上，并在再生器内被烧掉，因而它们可以处理重质原料。由于所采用的提升管反应器存在着较大的气固返混，气固接触时间长和严重的径向非均匀性，它们的甲烷和焦炭等副产物产率比较高，所得液体产品烯烃含量高、不稳定，影响其经济性和推广应用。
发明内容
本发明的目的是提供一种利用下行床反应器进行烃类催化热裂解的方法，其特征在于：在下行床反应器内进行催化热裂解工艺时，催化剂通过催化剂入口段进入反应器内，并在其横截面上实现均布，同时在油剂混合区，原料油依靠蒸汽的作用实现雾化，并与高温催化剂快速接触和混合，气固混合物并流下行，同时发生裂解反应，生成包括宽沸点烃类混合物的高温油气；催化剂因焦炭沉积在上，失去催化活性，经再生后重复利用；气固混合生成的高温油气在反应器内短暂停留，被在下行床反应器的末端的气固快速分离装置快速分离，高温油气被引出到冷却器进行急冷，以避免二次反应的进行，再进入分馏系统进行进一步分离，从而得到所需要的气体产品和液体产品；其工艺流程为：
原料油经往复泵送至预热炉进行预热，一直到温度升至350℃，再进入喷嘴内，在雾化蒸汽的作用下雾化，此时的原料油以20～40μm的微细液滴形式进入到下行床反应器2内，与此同时，从再生器5过来的800℃高温催化剂，经催化剂入口段1均布后，也进入到下行床反应器2内，并与雾化后的原料油混合；气固两相在混合段内快速接触和充分混合后，并沿反应器2向下流动，同时进行裂解反应；此时，反应器2内的温度在600～800℃之间，气固混合物的停留时间小于1.0秒；下行床末端的气固快速分离装置3将催化剂和产品油气快速分离，其中高温油气经急冷和二级水冷后降至常温，所得到的气相产品和液相产品分别进行计量和分析；而失活的催化剂除取样检测其上的焦炭含量外，均经汽提器4进入再生器5用空气再生而重新投入使用。
所述催化剂为一种高活性的分子筛催化剂。
所述催化剂和原料油的重量比为10～40。
本发明的有益效果：1.下行床催化热裂解可以通过选择适当催化剂，并采用比催化裂解更高的温度来加剧热裂解作用，因而可以获得高的乙烯或丙烯的收率。2.催化热裂解得到的部分液体产品中，芳烃含量明显增加而烯烃含量减少，甲烷和焦炭等副产品则被充分抑制，使得其稳定性大大增加，可以用作汽油添加剂或芳烃抽提原料。3.催化剂的专一性和下行床内良好的流型，可以将气体产品中干气量抑制到较低的水平，与低温的催化裂解相比，催化热裂解过程中焦炭产率有所升高，这将有利于维持过程的热量平衡；失活的催化剂可以再生，重复利用、生产成本很低；4.采用了较大的剂油比，催化剂的循环量大，在反应结束时的失活程度低；再生剂的温度高，因而平均反应温度高，同时，大的剂油比使得反应器内的出入口温度差比提升管要大为减小；下行床内的压降低，保证了裂解反应在较低的压力下进行，促进了增分子反应的进行。
附图说明
图1为利用下行床反应器进行烃类催化热裂解的工艺流程示意图。
具体实施方式
本发明为利用下行床反应器进行烃类催化热裂解的方法。即是在下行床反应器内进行催化热裂解工艺时，原料油和催化剂通过催化剂入口段进入反应器内，在其横截面上实现均布，进入油剂混合区，原料油同时依靠蒸汽的作用实现雾化，并与高温催化剂快速接触和混合，气固混合物并流下行，同时发生裂解反应，生成包括宽沸点烃类混合物的高温油气；催化剂因焦炭沉积在上，失去催化活性，经再生后重复利用；气固混合的高温油气在反应器内短暂停留，被在下行床反应器的末端的气固快速分离装置快速被分离，高温油气被引出到冷却器进行急冷，以避免二次反应的进行，再进入分馏系统进行进一步分离，从而得到所需要的气体产品和液体产品；其工艺流程为图1所示：即是原料油经往复泵送至预热炉进行预热，直到温度升至350℃，再进入喷嘴内。在雾化蒸汽的作用下雾化，此时原料油以30μm左右的微细液滴形式进入到下行床反应器2内混合段，与此同时，由再生器5过来的约800℃高温催化剂，经催化剂入口段1均布后，也进入到下行床反应器2内并与雾化后的原料油混合；气固两相在混合段内快速接触和充分混合后，并流沿反应器2向下流动，同时进行裂解反应；此时，反应器2内的温度在620～700℃之间，气固混合物的停留时间在0.6～1.0秒之间；下行床末端的气固快速分离装置3将催化剂和产品油气快速分离，其中高温油气经急冷和二级水冷后降至常温，所得到的气相产品和液相产品分别进行计量和分析；而失活的催化剂除取样检测其上的焦炭含量外，均经汽提器4进入再生器5用空气再生而重新投入使用。本发明所用催化剂为一种高活性的分子筛催化剂。其剂油重量比为38。
本试验获得的典型产品分布与经典的提升管催化热裂解的对比如下：
产率，wt％
| 经典的裂解装置 | 本发明裂解装置 | |
| 氢、甲烷和乙烷 | 12.58 | 10.12 |
| 乙烯 | 13.71 | 16.06 |
| 丙烯 | 21.45 | 24.57 |
| 丁烯 | 11.34 | 10.91 |
| 二烯总计 | 46.5 | 51.54 |
| 汽油(沸点＜200℃) | 17.61 | 14.27 |
| 柴油(沸点200～360℃) | 8.98 | 12.74 |
| 焦碳 | 9.67 | 7.87 |
从试验结果看，相比于同类过程，烯烃收率有明显提高，而且表现出既有高的丙烯和丁烯收率(主要来源于催化剂对正碳离子反应的催化作用)，又有高的乙烯收率(主要来源于高温下的自由基反应)。与此同时，甲烷和氢气的总产率约为10.12wt％，焦炭产率为7.87wt％，两者均受到了一定程度的抑制，表明了下行床反应器的良好流型可以有效地改善过程的选择性。从液相产物来看，由于高裂解深度下转化为气体的缘故，裂解汽油的收率(14.27wt％)比一般催化裂解过程明显减少，但其中的芳烃含量高达73.5v％，表明其稳定性比催化裂解产物要大为提高。
Claims (1)
1.一种利用下行床反应器进行烃类催化热裂解的方法，其特征在于：在下行床反应器内进行催化热裂解工艺时，催化剂通过催化剂入口段进入反应器内，并在其横截面上实现均布，同时在油剂混合区，原料油依靠蒸汽的作用实现雾化，并与高温催化剂快速接触和混合，气固混合物并流下行，同时发生裂解反应，生成包括宽沸点烃类混合物的高温油气；催化剂因焦炭沉积在上，失去催化活性，经再生后重复利用；气固混合生成的高温油气在反应器内短暂停留，被在下行床反应器的末端的气固快速分离装置快速分离，高温油气被引出到冷却器进行急冷，以避免二次反应的进行，再进入分馏系统进行进一步分离，从而得到所需要的气体产品和液体产品；其工艺流程为：
原料油经往复泵送至预热炉进行预热，一直到温度升至350℃，再进入喷嘴内，在雾化蒸汽的作用下雾化，此时的原料油以20～40μm的微细液滴形式进入到下行床反应器(2)内，与此同时，从再生器(5)过来的800℃高温催化剂，经催化剂入口段(1)均布后，也进入到下行床反应器(2)内并与雾化后的原料油混合；气固两相在混合段内快速接触和充分混合后，并沿反应器(2)向下流动，同时进行裂解反应；此时，反应器内的温度在620～700℃之间，气固混合物的停留时间在0.6～1.0秒之间；下行床末端的气固快速分离装置(3)将催化剂和产品油气快速分离，其中高温油气经急冷和二级水冷后降至常温，所得到的气相产品和液相产品分别进行计量和分析；而失活的催化剂除取样检测其上的焦炭含量外，均经汽提器(4)进入再生器(5)用空气再生而重新投入使用，其中催化剂和原料油的重量比为38。
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