CN1205305C - 一种催化裂化反应－再生系统 - Google Patents

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Abstract

一种用于实验室的新型的催化裂化反应-再生系统，该系统主要由以下设备构成：再生器、沉降器、旋风分离器、缓冲罐、提升管反应器、反应横管、催化剂输送管、下行管反应器。该系统可以进行提升管催化裂化、分段进料、瞬时接触、下行式催化裂化等多种工艺过程的试验研究，此外，还可用于催化剂评价试验。

Description

一种催化裂化反应-再生系统
技术领域
本发明属于在不存在氢的情况下石油烃的催化裂化装置，更具体地说，是一种用于实验室的新型的催化裂化反应-再生系统。
背景技术
催化裂化是炼油企业生产发动机燃料油和化工原料的重要工艺过程，是重油轻质化的有效手段，因此，几十年来，催化裂化过程一直是炼油行业的一个研究重点。众所周知，新型工艺和催化剂的开发必须经历从小试探索到中型放大，再到工业应用试验的较长的研究过程，因此，试验室的研究数据是否具有前瞻性，也就是说，是否正确反映工业应用的预期结果，是技术开发成功与否的关键。对催化裂化工艺进行实验室研究通常有两种途径。一是采用固定流化床装置，二是采用连续反应再生的流化床或提升管装置。固定流化床装置规模小，方便灵活，用油量和催化剂量都少，而且价钱便宜，因而为较多研究单位或工厂采用，主要用于评价催化剂。而连续反应再生的中小型装置，则能较好地模拟工业规模装置的条件，所得到的产品产率和产品质量数据也能与工业数据相吻合。
现有技术中介绍试验室催化裂化装置的文献不是很多，有关资料可参见USP6,069,012以及GRACE DAVISON公司的循环提升管催化裂化试验装置。但这些装置的功能都比较单一，不能满足各种新型催化剂评价和工艺开发的需要。
USP6,069,012公开了一种改进的固定流化床反应器。该反应器的结构改进主要体现在以下两个方面：(1)采用了可改变喷嘴高度的进料套管，该套管的内管用于输送原料油，而夹套用来输送流化气体；(2)在反应器底部中心位置增设流化气体喷嘴。上述结构方面的改进，使得该固定流化床反应器可以通过调节进料喷嘴高度实现对反应时间的调整。此外，反应器底部增设流化气体喷嘴可改善催化剂的流化状态，但当反应器床层线速大于或等于18.2cm/sec时，催化剂床层会发生剧烈的湍流和腾涌，催化剂被提升到反应器顶部，偏离反应器的恒温段，使反应温度不能得到有效的控制。由于上述床层线速的限制，该反应器只适于在常规的催化裂化反应条件下进行试验，而不能适应目前催化裂化领域高温、大剂油比、多产气体等特殊的反应要求。
流化催化裂化的最重要的工艺参数之一是烃类与催化剂的接触时间。近年来的研究表明，原料90％的转化是发生在原料和催化剂相接触的很短的时间内。基于这个认识，人们开始逐步地对已有装置的结构进行改造，以便提高产品产率和产品质量。但是，较短的油剂接触时间需要与较高的剂油比相配合，才能得到理想的烃油转化深度。因此，不论是新装置的设计，还是老装置的改造都需要满足这方面的要求。
在连续的反应再生系统中，缩短反应时间可通过采用下行式反应器或超短接触时间的瞬间反应结构来实现。下行式反应器除油剂接触时间较短外，催化剂的返混可大大减少，从而减少不利于产品分布的二次反应。瞬间反应结构则可考察极短反应时间对产品分布和产品质量带来的有利影响。
在已有的国内外连续反应再生的催化裂化试验装置中，还未见到将提升管、下行式和瞬间反应结构结合成一体，并且可以灵活切换操作的报道。
发明内容
本发明的目的就是提供了一种新型的试验室规模的催化裂化装置，该装置不仅可进行催化剂的性能评价，还可满足对多种催化裂化工艺进行试验研究的要求。
本发明所提供的催化裂化反应-再生系统包括：
一个再生器1，用于再生反应后积炭的催化剂，该再生器的顶部设有烟气管线，底部设有再生空气管线以及装有再生滑阀3的再生剂输送管线2；
一个沉降器15，其上段用于反应油气的汇集和沉降，其下段用于汽提反应后的催化剂，该沉降器的顶部设有与分离系统相连的油气管线，而沉降器的底部通过装有待生滑阀17的待生剂输送线18与再生器1相连；
一个旋风分离器14，用于分离反应后的油气和催化剂，该旋风分离器的顶部通过升气管与沉降器15的上段相连，其底部的料腿与沉降器15的下段相连；
一个缓冲罐9，用于系统进行下行式反应时储存催化剂，该缓冲罐的顶部设有放空管线，底部设有缓冲罐滑阀10；
一个提升管反应器5，用于进行提升管催化裂化反应，该提升管反应器的下端通过再生剂输送管线2与再生器1相连；
一个反应横管13，用于进行瞬时接触催化裂化反应，该反应横管的一端通过阀A与提升管反应器5的上段出口垂直连通，而另一端与旋风分离器14的入口相连；
一个催化剂输送管8，该输送管与提升管反应器5同轴设置，且位于其上方，用于提升来自提升管5的催化剂及提升介质，并将它们送入缓冲罐9，催化剂输送管8与提升管反应器5之间设有阀C；
一个下行管反应器12，用于进行下行式催化裂化反应，该下行管反应器12的上端与缓冲罐滑阀10相连，其下端通过阀B与反应横管13垂直连通，该下行管反应器的设置应使缓冲罐内的催化剂在重力的作用下经缓冲罐滑阀进入下行管反应器内。
与现有技术相比，本发明的有益效果主要体现在以下方面：
本发明提供的催化裂化反应-再生系统将提升管、下行式和瞬间反应等工艺过程的结构特点融为一体，能够满足多种工艺过程试验研究的要求，可为催化裂化工艺技术的研究开发创造便利条件。
本发明的所提供的催化裂化反应-再生系统可用来进行不同原料油和催化剂的催化裂化试验，从而得到有代表性的试验数据。这种试验结果既可为工业装置的设计提供依据，也可为催化裂化数学模型的开发提供数据。
附图说明
图1是本发明所提供的催化裂化反应-再生系统的原则流程图。
具体实施方式
在本发明所述的催化裂化反应-再生系统中，旋风分离器14既可位于沉降器15的外部，也可位于其内部。所述的阀A、B和C选自：挡板、手动球阀、气动球阀或丝堵中的任意一种；优选：挡板。
在本发明所述的催化裂化反应-再生系统中，提升管反应器5的上端和下端分别设置进料喷嘴7和4，而进料喷嘴6设置在喷嘴7和4之间；上述喷嘴的相对位置可根据试验的需要进行调整。下行管反应器12的上端设置进料喷嘴11，且该喷嘴的设置可以与下行管反应器垂直，也可以呈其它角度。
本发明对再生器与沉降器的相对位置没有特别要求，再生器可位于沉降器之上，也可以位于沉降器之下。所述的与沉降器和再生器相连的待生剂输送管线，其位于再生器一侧的出口既可以设置在再生器催化剂密相床层的上部，也可以使其位于催化剂密相床层的下部。
下面结合附图进一步说明本发明提供的催化裂化反应-再生系统的工作方式，但本发明并不因此而受到任何限制。
1、进行提升管催化裂化反应时，关闭阀B和C、打开阀A。
如图1所示，原料油经喷嘴4进入提升管反应器5，与来自再生剂输送管线2的再生剂在提升管反应器入口处均匀混合，并使原料油迅速汽化、反应，油气和催化剂的混合物沿提升管上行，并经反应横管13进入旋风分离器14。在旋风分离器的作用下，油气与催化剂迅速分离，以减少产品的二次裂化反应。反应后的催化剂经料腿向下进入沉降器15下部的汽提段，反应油气通过升气管进入沉降器顶部，经过滤管过滤粉尘后，自顶部引出，进入后续分离系统。
汽提沉降器汽提段内的待生催化剂。汽提后的催化剂经设有待生滑阀17的待生剂输送线18送入再生器1中。待生剂在再生器烧焦再生，再生后的催化剂经设有再生滑阀3的再生剂输送线2送至提升管反应器循环使用。再生烟气经过滤后从再生器顶部引出。
2、进行提升管分段进料试验时，关闭阀B和C、打开阀A。
如图1所示，一部分原料油通过喷嘴4注入提升管5，与来自再生剂输送管线2的再生剂在提升管反应器入口处均匀混合，并使原料油迅速汽化、反应；与此同时，其余部分的原料油通过喷嘴6注入提升管与从提升管底部往上流动的催化剂和油气接触、反应。反应油气和催化剂的混合物经反应横管13进入旋风分离器14。反应后的催化剂经料腿向下进入沉降器15下部的汽提段，反应油气通过升气管进入沉降器顶部，经过滤管过滤粉尘后，自顶部引出，进入后续分离系统。
汽提沉降器汽提段内的待生催化剂。汽提后的催化剂经设有待生滑阀17的待生剂输送线18送入再生器1中。待生剂在再生器烧焦再生，再生后的催化剂经设有再生滑阀3的再生剂输送线2送至提升管反应器循环使用。再生烟气经过滤后从再生器顶部引出。
3、进行瞬时接触催化裂化反应时，关闭阀B和C、打开阀A。
如图1所示，惰性气体经喷嘴4导入提升管5中，用于将来自再生剂输送管的再生催化剂向上提升至提升管顶部，原料油通过喷嘴7注入提升管5与反应横管13的连接处，与再生剂接触、反应。油剂混合物进入反应横管13，在其中进行反应。反应油气及催化剂进入旋风分离器14。在旋风分离器的作用下，油气与催化剂迅速分离，以减少产品的二次裂化反应。反应后的催化剂经料腿向下进入沉降器15下部的汽提段，反应油气通过升气管进入沉降器顶部，经过滤管过滤粉尘后，自顶部引出，进入后续分离系统。
汽提沉降器汽提段内的待生催化剂。汽提后的催化剂经设有待生滑阀17的待生剂输送线18送入再生器1中。待生剂在再生器烧焦再生，再生后的催化剂经设有再生滑阀3的再生剂输送线2送至提升管反应器循环使用。再生烟气经过滤后从再生器顶部引出。
4、进行下行管催化裂化反应时，关闭阀A，打开阀B、C。
如图1所示，来自再生剂输送管2的再生催化剂借助于惰性气体，例如，水蒸气、氮气等的提升，经提升管5、输送管8送至缓冲罐9中。催化剂经水蒸气汽提后，经滑阀10进入下行反应管，与由喷嘴11注入的原料油混合后向下流动、并反应。反应油气及催化剂进入旋风分离器14。缓冲罐9顶部的气体经顶部控制阀引出后放空。在旋风分离器的作用下，油气与催化剂迅速分离，以减少产品的二次裂化反应。反应后的催化剂经料腿向下进入沉降器15下部的汽提段，反应油气通过升气管进入沉降器顶部，经过滤管过滤粉尘后，自顶部引出，进入后续分离系统。
汽提沉降器汽提段内的待生催化剂。汽提后的催化剂经设有待生滑阀17的待生剂输送线18送入再生器1中。待生剂在再生器烧焦再生，再生后的催化剂经设有再生滑阀3的再生剂输送线2送至提升管反应器循环使用。再生烟气经过滤后从再生器顶部引出。
下面的实施例将对本发明提供的催化裂化反应-再生系统予以进一步的说明，但并不因此而使本发明受到任何限制。试验所用原料油为大庆常压渣油，所用催化剂是由齐鲁石化公司催化剂厂工业生产的，商品牌号为MLC-500。原料油和催化剂的性质分别参见表1和表2。
                         实施例1
本实施例说明：采用本发明所提供的试验装置进行提升管催化裂化试验时的情况。
试验步骤如下：关闭阀B和C、打开阀A。如图1所示，原料油经喷嘴4进入提升管反应器5，与来自再生剂输送管线2的再生剂在提升管反应器入口处均匀混合，并使原料油迅速汽化、反应，油气和催化剂的混合物沿提升管上行，并经反应横管13进入旋风分离器14。在旋风分离器的作用下，油气与催化剂迅速分离，以减少产品的二次裂化反应。反应后的催化剂经料腿向下进入沉降器15下部的汽提段，反应油气通过升气管进入沉降器顶部，经过滤管过滤粉尘后，自顶部引出，进入后续分离系统。
汽提沉降器汽提段内的待生催化剂。汽提后的催化剂经设有待生滑阀17的待生剂输送线18送入再生器1中。待生剂在再生器烧焦再生，再生后的催化剂经设有再生滑阀3的再生剂输送线2送至提升管反应器循环使用。再生烟气经过滤后从再生器顶部引出。
主要操作条件及所得到的产品分布参见表3。
                         实施例2
本实施例说明：采用本发明所提供的试验装置进行提升管反应器的分段进料试验的情况。
试验步骤如下：关闭阀B和C、打开阀A。如图1所示，50重％原料油通过喷嘴4注入提升管5，与来自再生剂输送管线2的再生剂在提升管反应器入口处均匀混合，并使原料油迅速汽化、反应；与此同时，其余部分的原料油通过喷嘴6注入提升管与从提升管底部往上流动的催化剂和油气接触、反应。反应油气和催化剂的混合物经反应横管13进入旋风分离器14。反应后的催化剂经料腿向下进入沉降器15下部的汽提段，反应油气通过升气管进入沉降器顶部，经过滤管过滤粉尘后，自顶部引出，进入后续分离系统。
汽提沉降器汽提段内的待生催化剂。汽提后的催化剂经设有待生滑阀17的待生剂输送线18送入再生器1中。待生剂在再生器烧焦再生，再生后的催化剂经设有再生滑阀3的再生剂输送线2送至提升管反应器循环使用。再生烟气经过滤后从再生器顶部引出。
主要操作条件及所得到的产品分布参见表4。
                         实施例3
本实施例说明：采用本发明所提供的试验装置进行下行式催化裂化试验的情况。
试验步骤如下：关闭阀A，打开阀B和C。如图1所示，来自再生剂输送管2的再生催化剂借助于惰性气体，例如，水蒸气、氮气等的提升，经提升管5、输送管8送至缓冲罐9中。催化剂经水蒸气汽提后，经滑阀10进入下行反应管，与由喷嘴11注入的原料油混合后向下流动、并反应。反应油气及催化剂进入旋风分离器14。缓冲罐9顶部的气体经顶部控制阀引出后放空。在旋风分离器的作用下，油气与催化剂迅速分离，以减少产品的二次裂化反应。反应后的催化剂经料腿向下进入沉降器15下部的汽提段，反应油气通过升气管进入沉降器顶部，经过滤管过滤粉尘后，自顶部引出，进入后续分离系统。
汽提沉降器汽提段内的待生催化剂。汽提后的催化剂经设有待生滑阀17的待生剂输送线18送入再生器1中。待生剂在再生器烧焦再生，再生后的催化剂经设有再生滑阀3的再生剂输送线2送至提升管反应器循环使用。再生烟气经过滤后从再生器顶部引出。
主要操作条件及所得到的产品分布参见表5。
表1
  密度(20℃)，g/cm3粘度(100)，mm2/s残炭，重％凝点，℃元素分析，重％CHSN重金属含量，ppmFeNiCuVNa馏程，℃初馏点5％10％30％45％     0.897130.55.53386.6612.740.160.289.45.00.20.11.4273354386463523
表2
  化学组成，重％Al2O3Na2OFe2O3筛分组成，重％0～40um40～80um＞80um孔体积，ml/g比表面积，m2/g表观堆积密度，g/cm3磨损指数，m％h-1 46.50.220.3421.455.423.20.301000.78491.9
  水热老化条件：  800℃100％水蒸汽14h
  微反活性     65
 表3
反应温度，℃剂油比原料进料量，kg/hr反应器注水量，重％原料油再生温度，℃     5085.72.910650
产品分布，重％干气液化气汽油轻柴油重柴油焦炭损失 4.069.1245.7624.447.139.020.47
表4
反应温度，℃循环量，kg/hr1#原料进料量，kg/hr2#原料进料量，kg/hr反应器注水量，重％原料油再生温度，℃     510242.00.710650
产品分布，重％干气液化气汽油轻柴油重柴油焦炭损失 3.018.4544.2326.18.468.890.86
表5
反应温度，℃循环量，kg/hr4#原料进料量，kg/hr反应器注水量，重％原料油再生温度，℃     580242.05650
产品分布，重％干气液化气汽油轻柴油重柴油焦炭损失 3.019.7847.8525.15.467.940.86

Claims (3)

1、一种催化裂化反应-再生系统，其特征在于该系统包括：
一个再生器(1)，用于再生反应后积炭的催化剂，该再生器的顶部设有烟气管线，底部设有再生空气管线以及装有再生滑阀(3)的再生剂输送管线(2)；
一个沉降器(15)，其上段用于反应油气的汇集和沉降，其下段用于汽提反应后的催化剂，该沉降器的顶部设有与分离系统相连的油气管线，而沉降器的底部通过装有待生滑阀(17)的待生剂输送线(18)与再生器(1)相连；
一个旋风分离器(14)，用于分离反应后的油气和催化剂，该旋风分离器的顶部通过升气管与沉降器(15)的上段相连，其底部的料腿与沉降器(15)的下段相连；
一个缓冲罐(9)，用于系统进行下行式反应时储存催化剂，该缓冲罐的顶部设有放空管线，底部设有缓冲罐滑阀(10)；
一个提升管反应器(5)，用于进行提升管催化裂化反应，该提升管反应器的下端通过再生剂输送管线(2)与再生器(1)相连；
一个反应横管(13)，用于进行瞬时接触催化裂化反应，该反应横管的一端通过阀A与提升管反应器(5)的上段出口垂直连通，而另一端与旋风分离器(14)的入口相连；
一个催化剂输送管(8)，该输送管与提升管反应器(5)同轴设置，用于提升来自提升管(5)的催化剂及提升介质，催化剂输送管(8)上端与缓冲罐(9)相连，催化剂输送管(8)下端与提升管反应器(5)通过阀C连通；
一个下行管反应器(12)，用于进行下行式催化裂化反应，该下行管反应器的上端与缓冲罐滑阀(10)相连，其下端通过阀B与反应横管(13)垂直连通，该下行管反应器的设置应使缓冲罐内的催化剂在重力的作用下经缓冲罐滑阀进入下行管反应器内；
进料喷嘴(7)在提升管反应器的上端而且和反应横管(13)在同一水平位置；进料喷嘴(11)在下行管反应器的上端、在缓冲罐滑阀(10)的下方；进料喷嘴(4)在提升管反应器的下端。
2、按照权利要求1的催化裂化反应-再生系统，其特征在于所述的阀A、B和C选自：挡板、手动球阀、气动球阀或丝堵中的任意一种。
3、按照权利要求2的催化裂化反应-再生系统，其特征在于所述的阀A、B和C选自：挡板。
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