TW202104562A - 用於升級輕油系列材料之合併有固體分離裝置之分段流體化媒裂程序 - Google Patents

用於升級輕油系列材料之合併有固體分離裝置之分段流體化媒裂程序 Download PDF

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Abstract

本文中用於轉化烴之方法及系統可包括自移動床反應器分離流出物，該流出物包括反應產物、第一粒狀觸媒及第二粒狀觸媒。該分離可回收包括該反應產物及第一粒狀觸媒之第一物料流及包括第二粒狀觸媒之第二物料流。該第二物料流可在高溫下與包括第一粒狀觸媒及第二粒狀觸媒二者之再生觸媒物料流摻合。該摻合可在低於較高再生觸媒溫度的相對均一溫度下產生混合觸媒，其中該溫度更有利於使輕質輕油與重質輕油在該移動床反應器內接觸以產生包括該反應產物、該第一粒狀觸媒及該第二粒狀觸媒之該流出物。

Description

用於升級輕油系列材料之合併有固體分離裝置之分段流體化媒裂程序
發明領域
本文中之實施例大體上係關於使用混合觸媒系統轉化烴之系統及程序。更特定言之，本文中之實施例係關於在有利操作條件下使輕質輕油與重質輕油接觸的同時，提高反應器內輕油轉化觸媒之濃度。
發明背景
在最近一段時間，已將經由流體化媒裂(FCC)程序產生輕烯烴視為最吸引人的提議之一。另外，不斷地愈來愈需要石油化學構建塊，諸如丙烯、乙烯及芳族物(苯、甲苯、二甲苯等)。此外，出於經濟及環境原因二者，整合石油精煉廠與石化總廠已成為較佳選擇。
全球趨勢亦展示與汽油產物之需求相比，對中間餾出物(柴油)之需求增加。為了使來自FCC程序之中間餾出物最大化，需要在較低反應器溫度及不同觸媒調配物下操作FCC。由於FCC單元在低得多的反應器溫度下操作，因此該改變之不利方面為輕烯烴產率降低。此亦將減少用於烷基化單元之原料。
在過去的二十年裡已研發出若干種流體化床觸媒程序，從而適應變化的市場需求。舉例而言，US7479218揭露一種流體化觸媒反應器系統，其中上升反應器分成二個不同半徑之區段以提高輕烯烴產生之選擇性。半徑較小之上升反應器之第一部件用於將重進料分子裂解為輕油系列。半徑部分較大之上升反應器之第二部件用於將輕油系列產物進一步裂解為輕烯烴，諸如丙烯、乙烯等。儘管反應器系統概念極其簡單，但出於以下原因限制對輕烯烴之選擇性程度：(1)輕油系列進料流接觸部分焦化或失活的觸媒；(2)由於二個區段中反應之吸熱性質，因此反應區段之第二部件中之溫度比第一區低得多；及(3)與重烴相比，缺乏輕進料裂解所需之高活化能。
已研發出用於裂解烴之其他各種系統，包括如US6106697、US7128827、US7658837、US2007/0205139、WO2010/067379、US6869521、US7611622、US5944982、US20060231461及US7323099以及其他中所述之系統。
US9452404揭露一種使輕烯烴或中間餾出物及輕烯烴最大化之程序。其中之系統包括裂解烴之雙反應器方案，其包括習知上升反應器以及逆流鼓泡/湍流流體化床反應器，在該反應器中分離混合之裂解觸媒。
發明概要
在一個態樣中，本文所揭露之實施例係關於用於轉化烴之程序。該等程序可包括自移動床反應器分離流出物，該流出物在反應器出口溫度下，且包含反應產物、第一粒狀觸媒及第二粒狀觸媒。第一粒狀觸媒可具有較第二粒狀觸媒小的平均粒度，及/或密度可小於第二粒狀觸媒。可回收包含反應產物及第一粒狀觸媒之第一物料流及包含第二粒狀觸媒之第二物料流。可使包含第二粒狀觸媒之第二物料流與再生觸媒物料流摻合，其中再生觸媒物料流可在高溫下包括第一粒狀觸媒及第二粒狀觸媒二者。摻合可產生在介於高溫與反應器出口溫度中間的溫度下的混合觸媒。在移動床反應器中，可使混合觸媒與輕質輕油原料接觸以使其中之烴反應，吸熱反應將混合觸媒之溫度降低至第二中間溫度。在移動床反應器中，第二中間溫度下之混合觸媒可隨後與重質輕油原料接觸以使其中之烴反應。可自移動床反應器回收包括反應產物、第一粒狀觸媒及第二粒狀觸媒之流出物。
在一些實施例中，移動床反應器可為豎直反應器，且可將輕質輕油原料以比重質輕油原料低的高度引入反應器中。再生觸媒物料流之高溫可在例如約1300℉至約1500℉之範圍內。此外，第一中間溫度可在約900℉至約1200℉之範圍內；第二中間溫度可在約800℉至約1150℉之範圍內；且在一些實施例中，反應器流出物溫度可在約700℉至約1150℉之範圍內。
在一些實施例中，摻合觸媒物料流可以比引入輕質輕油原料之高度低的高度在移動床反應器內進行。在其他實施例中，摻合可在移動床反應器外部進行。
在另一態樣中，本文所揭露之實施例係關於用於進行化學反應之系統。該等系統可包括分離器，其經組態以分離包含反應產物、第一粒狀觸媒及第二粒狀觸媒之反應器流出物。第一粒狀觸媒可具有較第二粒狀觸媒小的平均粒度，及/或密度可小於第二粒狀觸媒。可自分離器回收包含反應產物及第一粒狀觸媒之第一物料流及包含第二粒狀觸媒之第二物料流。可提供混合裝置，該混合裝置經組態以使包含第二粒狀觸媒之第二物料流與觸媒物料流在高溫下緊密接觸，該觸媒物料流可包括第一粒狀觸媒及第二粒狀觸媒。緊密接觸可在高溫與反應器出口溫度中間的均一溫度下產生混合觸媒。系統亦可包括移動床反應器，其經組態以：在中間溫度下使混合觸媒與第一反應物接觸、將混合觸媒之溫度降低至第二中間溫度；使第二中間溫度下之混合觸媒與第二反應物接觸。可提供流動管線以自移動床反應器回收反應器流出物。
在一些實施例中，混合裝置可包括豎管，其包含：第一入口，其用以自分離器接收第二物料流；第二入口，其用以自觸媒再生器接收觸媒物料流；及出口，其用以將混合觸媒供應至移動床反應器。在其他實施例中，混合裝置可包括：安置於該移動床反應器之下部中之第一觸媒分配器，該觸媒分配器經組態以自分離器接收第二物料流，且將第二物料流中所含之第二觸媒分散至移動床反應器中；靠近第一觸媒分配器安置之第二觸媒分配器，其經組態以自觸媒再生器接收觸媒物料流，且將觸媒物料流中所含之第一觸媒及第二觸媒分散至移動床反應器中且與來自第一觸媒分配器之第二觸媒接觸。
系統可進一步包括位於第一觸媒分配器及第二觸媒分配器下方之氣體分配器，其經組態以使觸媒流體化且緊密混合以在與第一反應物接觸之前達到均一中間溫度。在一些實施例中，系統亦可包括在移動床反應器內部且位於第一反應物之進料高度下方的結構以增強觸媒之接觸，從而在與該第一反應物接觸之前達到均一中間溫度。
在另一態樣中，本文所揭露之實施例係關於用於轉化烴之程序。該程序可包括將包含第一粒狀觸媒及第二粒狀觸媒之觸媒物料流進料至反應器中。第一粒狀觸媒可具有較第二粒狀觸媒小的平均粒度，及/或密度可小於第二粒狀觸媒。該程序亦包括將輕質輕油原料及重質輕油原料進料至反應器中，其中將輕質輕油原料以比重質輕油原料低的高度引入反應器中。輕質輕油原料及重質輕油原料可隨後與第一粒狀觸媒及第二粒狀觸媒接觸以使其中所含之烴反應，從而允許自反應器回收塔頂產物。塔頂產物可包括經轉化之烴流出物、第二粒狀觸媒及第一粒狀觸媒。可隨後將第二粒狀觸媒與塔頂產物分離以提供包含第一粒狀觸媒及經轉化之烴流出物的第一物料流及包含經分離之第二粒狀觸媒的第二物料流。可使第二物料流中之經分離之第二粒狀觸媒返回至反應器中。在一些實施例中，可自反應器回收底部產物，該底部產物包括第二粒狀觸媒。
在一些實施例中，該程序可進一步包括將烴原料以及第一粒狀觸媒及第二粒狀觸媒之混合物進料至第二反應器中。可使第一粒狀觸媒及第二粒狀觸媒之混合物與烴原料在第二反應器中接觸以使烴原料裂解且形成包含較輕烴以及第一粒狀觸媒及第二粒狀觸媒之混合物的第二反應器流出物。可隨後將第一物料流及第二反應器流出物二者進料至分離器中，該分離器將第一粒狀觸媒及第二粒狀觸媒與較輕烴及經轉化之烴流出物分離以回收烴產物，且形成包含夾帶烴之混合觸媒。在一些實施例中，例如，第二反應器可為上升反應器。
可自混合觸媒汽提夾帶烴，且可將經汽提之粒狀觸媒進料至觸媒再生器中，該觸媒再生器可用於使第一粒狀觸媒及第二粒狀觸媒再生。舉例而言，進料至反應器中之觸媒物料流可包括來自再生器之再生第一粒狀觸媒及第二粒狀觸媒。該程序亦可包括以下中之一或多者：將新鮮第二粒狀觸媒進料至反應器中；及/或將新鮮第一粒狀觸媒進料至再生器中。
該程序可進一步包括將來自再生器之第一粒狀觸媒及第二粒狀觸媒之混合物進料至第二反應器中，作為進料至第二反應器中之第一粒狀觸媒及第二粒狀觸媒之混合物。在一些實施例中，第二粒狀觸媒可為ZSM-5或ZSM-11，且第一粒狀觸媒可為Y型裂解觸媒或FCC裂解觸媒。
該程序可進一步包括將烴產物分離為二種或更多種烴餾份，其包括輕質輕油餾份及重質輕油餾份。可將輕質輕油餾份及重質輕油餾份進料至反應器中。
在另一態樣中，本文所揭露之實施例係關於用於裂解烴之系統。該等系統可包括混合區，其經組態以：在第一高溫下接收包含第一粒狀觸媒及第二粒狀觸媒之觸媒混合物；在第二較低溫度下接收包含第二粒狀觸媒之觸媒物料流；摻合觸媒混合物及觸媒物料流中之觸媒以提供具有均一中間溫度之混合觸媒。亦可提供反應區，該反應區經組態以：使具有均一中間溫度之觸媒混合物與輕質輕油進料接觸以在第二中間溫度下產生烴-觸媒混合物；使第二中間溫度下之烴-觸媒混合物與輕質輕油進料接觸以產生包含第一粒狀觸媒、第二粒狀觸媒及烴之反應器流出物。該系統亦可包括顆粒分離器，其用於將第二粒狀觸媒與反應器流出物分離以回收包含烴及第一顆粒之烴流出物流及包含第二粒狀觸媒之觸媒物料流。可提供進料管線以使來自顆粒分離器之經分離之第二顆粒返回至混合區。
在一些實施例中，該系統可包括上升反應器，其用於使第一粒狀觸媒及第二粒狀觸媒之混合物與第二烴原料接觸以將至少一部分第二烴原料轉化為較輕烴且回收包含較輕烴以及第一粒狀觸媒及第二粒狀觸媒之混合物的上升反應器流出物。分離體系可接收烴流出物流及上升反應器流出物流，該分離體系經組態以將其中所含之烴與第一粒狀觸媒及第二粒狀觸媒分離。可提供再生器以使分離體系中回收之第一粒狀觸媒及第二粒狀觸媒再生。
該系統亦可包括汽提器，其安置在分離系統與再生器中間以自經分離之粒狀觸媒汽提額外烴且將經汽提之粒狀觸媒進料至再生器中。亦可提供第二分離系統以將自第二分離器回收之烴產物流分離為包括輕質輕油餾份及重質輕油餾份之二種或更多種烴餾份。可提供第一進料管線以將新鮮第二粒狀觸媒進料至反應器中，且亦可提供第二進料管線以將新鮮第一粒狀觸媒進料至再生器中。
其他態樣及優勢將自以下描述及所附申請專利範圍而顯而易見。
較佳實施例之詳細說明
如本文所用，術語「觸媒」、「顆粒」、「粒狀觸媒」及類似術語可互換使用。上文概述且如下文進一步描述，本文中之實施例可用於基於尺寸及/或密度分離混合粒狀觸媒材料以在輕油轉化系統中達成有利效果。用於促進觸媒反應或熱反應之顆粒或粒狀材料可包括例如觸媒、吸收劑及/或不具有觸媒活性之熱傳遞材料。
在一個態樣中，本文中之實施例係關於用於轉化輕油系列烴之流體化媒裂設備及程序。本文中之實施例可在較高、更佳裂解溫度下有利地轉化較輕質輕油餾份，隨後在較低、更具選擇性的溫度下轉化較重質輕油餾份。因此，在更佳或最佳條件下接觸及轉化對應的輕油餾份可允許更具選擇性的裂解及產生較少輕烴(「氣體」)產物，諸如氫氣、甲烷及乙烷。
如本文中之一些實施例中使用，視所用處理及「分裂」而定，輕油系列材料可稱為「輕」及「重」，而在其他實施例中可稱為「輕」、「中」及「重」。進料此類型可衍生自全範圍輕油，例如其沸程通常為約C5 至215℃(420℉)，且在一些實施例中可包括在至多480℉、500℉或甚至至多520℉下沸騰之組分以及含有在此範圍內沸騰之烴的其他烴混合物。
本文中之實施例中所用之輕質輕油餾份之沸程在一些實施例中可為約C5 或C6 至165℃(330℉)；在其他實施例中為約C5 或C6 至約280℉；且在又其他實施例中為約C5 或C6 至約250℉。在其他實施例中，輕質輕油餾份之沸程端點可在約49℃(120℉)至約88℃(190℉)之範圍內。
在一些實施例中，本文中之實施例中所用之重質輕油餾份之沸程可為約125℃至210℃(260℉至412℉)。根據本文中之實施例之重質輕油可包括在一些實施例中在高於約110℃(230℉)、在其他實施例中高於121℃(250℉)且在又其他實施例中高於約132℃(270℉)之溫度下沸騰的烴。在一些實施例中，重質輕油系列餾份可包括在至多400℉、420℉、480℉、500℉或甚至至多520℉下沸騰的組分。在一些實施例中，重質輕油餾份之初始沸點可在約110℃(230℉)至約132℃(270℉)之範圍內。
所用輕油餾份之初始沸點及最終沸點可以視來源、正在用於處理輕油系列材料之觸媒、設置於反應器中之進料位置或分配器之數目以及靠近進料位置或分配器的操作溫度而定。在提供三個或更多個進料位置或分配器時，可以三種餾份，包括中輕油餾份提供輕油餾份。舉例而言，本文所用之中輕油餾份之沸程的起點可為約60℃(140℉)至約66℃(150℉)，且終點在約110℃(230℉)至約132℃(270℉)或138℃(280℉)之範圍內，諸如沸程為約83.3℃(150℉)至約61.1℃(230℉)。此外，儘管稱為初始溫度或終點溫度，但對於本文中之一些實施例，所指出之預期目標「餾分」溫度可以係下限為5重量%或15重量%的沸點溫度及/或上限為95%或85%的沸點溫度，諸如可使用例如ASTM D86或ASTM D2887來量測。
各種類型之反應器可用於處理根據本文中之實施例之輕油餾份。在一些實施例中，反應器可包括動力床。在其他實施例中，反應器可包括流體化床區域及動力床區域。
在操作中，舉例而言，反應器可接收包括第一粒狀觸媒及第二粒狀觸媒之觸媒顆粒之混合物。第一粒狀觸媒可具有較第二粒狀觸媒小的平均粒度，及/或密度可小於第二粒狀觸媒。在一些實施例中，舉例而言，第二粒狀觸媒可包括ZSM-5或ZSM-11，且第一粒狀觸媒包含Y型裂解觸媒或FCC裂解觸媒，但可另外地或可替代地使用其他觸媒。下文所述之實施例可關於特定觸媒類型進行描述，但此等描述意欲作為本文中之實施例之例示性，且並不意欲限制本發明僅使用此等觸媒。
因為第二(較大及/或較緻密)粒狀觸媒可對於輕油系列材料之轉化更具選擇性，所以需要在反應器內濃縮觸媒。因此，可調整動力床反應器中之條件，從而運送來自反應器之至少第一粒狀觸媒；在其他實施例中運送第一粒狀觸媒及第二粒狀觸媒之一部分；且在又其他實施例中運送來自反應器之第一粒狀觸媒及第二粒狀觸媒二者，因此在一些實施例中產生含有反應產物、第一粒狀觸媒及第二粒狀觸媒之流出物。因此，對於運送或動力床反應器，可以將反應器內之氣體速度控制為大於最大及/或最緻密觸媒顆粒之運送速度。
可隨後將包括所運送觸媒顆粒之反應器流出物進料至分離器中。可隨後基於尺寸及/或密度分離來自反應器之顆粒之結合流，且可使較大及/或較緻密顆粒返回至反應器以繼續反應。移除較輕及/或較不緻密顆粒因此使較重及/或較緻密顆粒之較高、較有益的濃度在反應器系統內達成。
在使用組合流化床/動力床反應器時，可以將反應器內之氣體速度控制為低於最大及/或最緻密第二觸媒顆粒之運送速度，但高於較小及/或較不緻密第一觸媒顆粒之運送速度。換言之，較重顆粒可在反應器之流體化床區域內形成亂流床，且較輕及/或較不緻密顆粒可形成動力床，運送來自反應器之較輕及/或較不緻密顆粒。條件可使得一部分較重及/或較緻密顆粒夾帶在動力床中。可隨後基於尺寸及/或密度分離來自反應器之顆粒之結合流，且可使較大及/或較緻密顆粒返回至反應器以繼續反應。因此，用反應器流出物移除及分離較輕及/或較不緻密顆粒使較重及/或較緻密顆粒之較高、較有益的濃度在反應器系統內達成。
第一觸媒顆粒及第二觸媒顆粒可各自描述為具有粒度分佈，其可列為Dx(例如，D10、D25、D50、D75及D90，其中x百分比之顆粒之直徑小於直徑D，且平均粒度給定為D50，其中粒度分佈可藉由例如篩分或光散射量測。在一些實施例中，可選擇反應器中之表觀氣體速度以運送尺寸小於較大及/或較緻密顆粒之D10、D25、D50、D75或D90之顆粒。在其他實施例中，可選擇反應器中之表觀氣體速度以運送尺寸至少為較大及/或較緻密顆粒之D75或D90的顆粒，因此將大部分或所有來自反應器之顆粒運送至顆粒分離器。
如上所指出，可隨後將來自移動床反應器或移動床反應區之流出物進料至顆粒分離裝置。顆粒分離裝置可用於基於尺寸及/或密度分離觸媒顆粒，允許回收包含反應產物及第一粒狀觸媒之第一物料流及包含第二粒狀觸媒之第二物料流。
包括第一粒狀觸媒及第二粒狀觸媒二者之混合觸媒系統之進料通常自觸媒再生器接收，且一般在遠超過較佳輕質輕油轉化條件之再生溫度下。除濃縮反應器系統內之較佳觸媒之外，本文中之實施例亦可有利地提供混合觸媒與烴進料之較低初始接觸溫度。較低初始接觸溫度可藉由在高溫下使包含第二粒狀觸媒之第二物料流與包含第一粒狀觸媒及第二粒狀觸媒之再生混合觸媒物料流緊密接觸及混合而提供。緊密混合及接觸顆粒產生混合觸媒：(i)比起來自再生器之觸媒進料更高的較重及/或較緻密第二粒狀觸媒濃度，(ii)在較高再生器溫度與反應器出口溫度中間之溫度下。因此，在移動床反應器中，可使混合觸媒與輕質輕油原料接觸以使其中之烴反應，吸熱反應將混合觸媒之溫度降低至第二中間溫度，該第二中間溫度適用於在中移動床反應器使第二中間溫度下之混合觸媒與重質輕油原料接觸以使其中之烴反應。包含反應產物、第一粒狀觸媒及第二粒狀觸媒之流出物可隨後自反應器回收且運送至顆粒分離器以繼續如上所述之處理，分離較大及/或較緻密顆粒以返回至反應器，在反應器內建立此等較大及/或較緻密顆粒之濃度且提供一種方式以控制自再生器提供之觸媒之溫度。
作為移動床反應器系統之一實例，移動床反應器可為豎直反應器。可以比重質輕油原料低的高度將輕質輕油原料引入反應器中。自觸媒再生器進料至反應器中之觸媒混合物可在例如約1300℉至約1500℉之範圍內之高溫下。第一中間溫度，亦即與經分離之較大及/或較緻密顆粒緊密接觸之後的混合觸媒之溫度可在例如約900℉至約1200℉之範圍內。可使輕質輕油與第一中間溫度下之觸媒接觸，將一部分輕質輕油轉化為較輕烴，且將混合觸媒顆粒之溫度進一步降低至第二中間溫度。第二中間溫度，亦即輕質輕油之吸熱轉化之後的溫度可在約800℉至約1150℉之範圍內。可使重質輕油與第二中間溫度下之觸媒接觸，將一部分重質輕油轉化為較輕烴，且將混合觸媒顆粒之溫度進一步降低至反應器出口溫度，諸如約700℉至約1150℉之範圍內之反應器流出物溫度。對於包括超過二個進料位置或進料分配器之反應器，可在輕質輕油進料及重質輕油進料高度之高度中間引入中輕油餾份。本發明人已發現，低於重質輕油進料向根據本文中之實施例之移動床反應器進料輕質輕油進料為輕質輕油裂解及重質輕油裂解之所需反應提供較佳動力學。
如上文所提及，與反應器流出物分離、在反應器中濃縮之觸媒顆粒可用於藉由使經分離之觸媒顆粒與再生觸媒顆粒緊密混合而在烴接觸之前改變再生觸媒之溫度。在一些實施例中，摻合可以比引入輕質輕油原料之高度低的高度在移動床反應器中進行。在其他實施例中，摻合可在移動床反應器外部進行。
本文中之實施例包括混合裝置，其經組態以使包含第二粒狀觸媒之第二物料流與觸媒物料流在高溫下緊密接觸，該觸媒物料流可包含第一粒狀觸媒及第二粒狀觸媒，諸如可自觸媒再生器接收到。緊密接觸二種觸媒物料流在高溫與反應器出口溫度中間的均一溫度下產生混合觸媒。如本文所用，「均一溫度」係指具有顆粒之觸媒床之溫度在平均床溫度之幾度內。在一些實施例中，本文中之均一溫度可包括顆粒溫度在平均床溫度之+/- 20℃內；在其他實施例中在平均床溫度之+/- 15℃內；在其他實施例中在平均床溫度之+/- 10℃內；在其他實施例中在平均床溫度之+/- 5℃內；及在又其他實施例中在平均床溫度之+/- 2℃內。儘管觸媒顆粒為固體，但混合裝置可經組態以在運送至足以達成與輕質輕油反應所需之均一溫度的輕油進料位置期間提供接觸時間及碰撞。
如上文所指出，再生器溫度可高於1300℉，然而在低於1250℉之溫度下使輕質輕油與觸媒接觸係有益的。為達成組合觸媒物料流之所需均一溫度，再生觸媒(混合觸媒物料流)可以在一些實施例中以0.2比1至5:1、在其他實施例中以0.3:1至3:1且在又其他實施例中以0.5:1至1.5:1之範圍內的進料比與返回之觸媒(第二物料流)組合。所用再生觸媒與返回觸媒之比可視所需均一溫度、觸媒與油比率及其他反應器變量而定。
在一些實施例中，均一溫度可為在混合裝置，諸如位於反應器系統下部之接觸區域中達成。因此，混合裝置可包括安置於移動床反應器下部中之第一觸媒分配器及第二觸媒分配器。第一觸媒分配器可經組態以自分離器接收第二物料流，且將第二物料流中所含之第二觸媒分散至移動床反應器中。第二觸媒分配器可靠近第一觸媒分配器安置，且經組態以自觸媒再生器接收混合觸媒物料流，且將觸媒物料流中所含之第一觸媒及第二觸媒分散至移動床反應器中且與來自第一觸媒分配器之第二觸媒接觸。此反應器下部中之運送速度可維持足夠低以提供觸媒進料區中之二種觸媒之滯留時間以及緊密接觸及混合，從而在與輕質輕油進料接觸之前達成所需均一溫度。
在一些實施例中，氣體分配器可位於第一觸媒分配器及第二觸媒分配器下方。氣體分配器可經組態以使觸媒流體化及緊密混合以在與輕質輕油接觸之前達到均一中間溫度。由氣體分配器引入之氣體可為惰性的，諸如氮氣或蒸汽以及其他運送介質。
在各種實施例中，系統亦可包括移動床反應器內且位於諸如輕質輕油之第一反應物之進料高度下方的結構化內部構件。該結構可提供用於運送觸媒顆粒之繚繞路徑，從而增強觸媒之接觸以在與輕油接觸之前達到均一中間溫度。
舉例而言，在不存在緊密接觸及降低再生觸媒之溫度之情況下，與輕質輕油接觸可導致過量裂解或其他反應，產生非所需輕氣體，諸如氫氣及甲烷。此外，觸媒溫度有可能保持高於與重質輕油原料接觸所需之溫度，又導致反應器效能下降。然而，在可經由本文中之實施例達成之均一中間溫度之情況下，可使輕質輕油及重質輕油二者與混合觸媒系統在有利條件下接觸，從而提高反應器效能且產生更需要的產物混合物。
現參看圖1A及圖1B，說明根據本文中之實施例之反應器系統。反應器32可例如經由流動管線30接收包括第一粒狀觸媒及第二粒狀觸媒之觸媒顆粒之混合物，且可經由觸媒分配器引入反應器32中。第一粒狀觸媒可具有較第二粒狀觸媒小的平均粒度，及/或密度可小於第二粒狀觸媒。在一些實施例中，舉例而言，第二粒狀觸媒可包括ZSM-5或ZSM-11，且第一粒狀觸媒包含Y型裂解觸媒或FCC裂解觸媒，但可另外地或可替代地使用其他觸媒。舉例而言，可使用此等觸媒以使分別經由流動管線34a及流動管線34b引入反應器32中的輕質輕油原料及重質輕油原料裂解。
如上所述，可將反應器32操作為運送反應器，維持足夠的表觀氣體速度以將具有反應流出物之混合觸媒系統自反應器32運送至分離器47。來自反應器32之流出物可經由流動管線45回收，且可因此包括裂解烴產物、未反應之烴原料、氮氣或蒸汽(汽提介質或所添加流體化氣體，諸如經由流動管線35添加)及觸媒混合物，其包括引入反應器中之基本上所有較輕及/或較小觸媒及一部分或所有較大及/或較緻密觸媒。
可隨後經由流動管線45將流出物運送至固體分離器47。分離器47可為經組態以基於其物理特性，亦即粒度及/或密度分離二種類型之觸媒的分離器。舉例而言，分離器47可利用慣性力或離心力之差使FCC觸媒與ZSM-5分離。固體分離容器47為第二反應器32之外部容器，且在增強基於其物理特性分離二種類型之觸媒的流體動力學特性下操作。
在分離器47中分離之後，較小及/或較輕觸媒(諸如Y型沸石或FCC觸媒)可經由分離器出口管線36a與反應器流出物蒸氣一起回收。較大及/或較緻密觸媒(諸如ZSM-5或ZSM-11)可經由流動管線49及相關觸媒分配器返回至反應器32以繼續與通過分配器34a、分配器34b引入之烴進料的反應。
圖1B說明在容器32內使用多個觸媒分配器之替代方案。實際上，混合觸媒進料30及物料流49中之觸媒可在單個觸媒分配器上游摻合，該單個觸媒分配器用於將具有提高濃度之第二觸媒之混合物引入容器32中。
夾帶基本上所有較輕/較小觸媒及一部分較大及/或較緻密觸媒、後續分離及較大及/或較緻密觸媒再循環至反應器32可使得較大及/或較緻密觸媒在反應器32中大量積聚。因為此觸媒對C4 及輕油系列烴之裂解更具選擇性，所以較大及/或較緻密觸媒之積聚可提供選擇性及產率優勢。此外，如上所論述，以流體化流動方案操作反應器以夾帶二種類型之觸媒可提供反應器之改進的可操作性或操作之靈活性。
在一些實施例中，可經由流動管線43將新鮮觸媒，諸如較大及/或較緻密第二觸媒直接添加至反應器容器32中。再生觸媒混合物在高溫下通過管道30自再生器(未說明)輸送至反應器容器32中。混合及緊密接觸觸媒物料流30、觸媒物料流49可在與輕質輕油進料34a接觸之前提供如上所述之均一觸媒溫度。預期新鮮觸媒經由流動管線43之添加速率可能較低，且可對總觸媒溫度影響極小。儘管如此，新鮮觸媒43之引入點可靠近入口30、入口49，以使得其有助於達成所需均一溫度，或可在輕質輕油進料34a與重質輕油進料34b中間，因此將混合觸媒溫度進一步降低至靠近重質輕油進料34b之引入點的更佳重質輕油反應溫度。
預期反應器容器32中之觸媒床以亂流床、鼓泡床或快速流體化方案操作。如所說明，可將輕質輕油進料34a進料至反應器32中且在混合觸媒存在下轉化為輕烯烴。上升氣體35與容器32中之產物氣體一起將使包括二種觸媒之固體通過管道45上升至固體分離容器47。由於二種觸媒顆粒之尺寸及/或密度差，大多數較重觸媒顆粒(例如ZSM-5或ZSM-11)將在固體分離容器47中與較輕觸媒顆粒(例如Y型或FCC觸媒)分離，且經由返回管線49輸送回至反應器32。隨後將經由流動管線36a向下游運送較輕觸媒顆粒與反應器流出物以繼續諸如在分離器、汽提器及/或再生器中之處理。
儘管未說明，但容器32可包括底部凸緣或出口，從而使容器去存量觸媒。必要時，亦可定期使用此類出口以移除可能積聚於容器32內之較大及/或較重觸媒顆粒。
雖然在圖1A及圖1B中將動力床或運送反應器說明為單個連續反應器容器32，但如圖1C中所說明，本文中之實施例亦涵蓋將分離容器用於第一(例如輕質輕油)及第二(例如重質輕油)反應段，在該圖1C中類似數字表示類似部件。如圖1C中所說明，可將自最上部反應器段回收之反應器流出物45進料至分離器47中以使較重及/或較緻密觸媒與反應產物及較輕及/或較不緻密觸媒分離。
可經由流動管線36a回收較輕及/或較不緻密觸媒及反應產物。任選地，可經由淬滅物料流淬滅流動管線36a中之反應產物及觸媒。淬滅物料流可為烴進料，諸如重真空氣態油或重殘餘進料、輕循環油(LCO)或蒸汽，其可通過分配器36b注入分離器出口管線36a中。可隨後經由流動管線37向下游進料(任選淬滅的)反應流出物以供進一步處理。
可經由流動管線49自分離器47回收較重及/或較緻密觸媒顆粒。流動管線49可用於在反應段32A、反應段32B內濃縮較重及/或較緻密觸媒。在一些實施例中，可將管線49中觸媒之流動完全引導至最下部反應段32A中。任選地，可經由流動管線49B將管線49中一部分觸媒引導至中間或上部反應段32B中。與所用觸媒分裂無關，應將足夠的觸媒引導朝向最下部反應段32A以與再生觸媒物料流30接觸及摻合，從而在使觸媒混合物與輕質輕油進料34a接觸之前達成所需均一觸媒混合物溫度。
可將較低反應段32A中之表觀氣體速度維持地足夠高較以經由輸送管線38將所有較輕及/或較不緻密觸媒運送至上部反應段32B。可隨後使重質輕油進料34b與觸媒混合物接觸，且可維持反應段32B中之條件足以經由流動管線45將所有較輕及/或較不緻密觸媒與反應產物一起運送至分離器47。
如上所述，根據本文中之實施例之系統可包括分離器47，其經組態以基於其物理特性，諸如粒度及/或密度分離二種類型之觸媒。分離器47可為旋風分離器、篩網分離器、機械篩、重力室、離心分離器、擋扳室、百葉窗分離器、管線內或氣動分類器或適用於基於尺寸及/或流體動力學特性有效分離顆粒的其他類型之分離器。
在圖2-5中說明適用於本文中之實施例之分離器或分類器的實例。在一些實施例中，如圖2中所說明，分離器47可為U形慣性分離器，其用以分離具有不同粒度及/或顆粒密度之二種類型之固體顆粒或觸媒。分離器可以U形形式建成，在頂部具有入口70，在U的另一端具有出氣口84，且在U形分離器底部具有主要固體出口80。
具有不同尺寸之固體顆粒或觸媒之混合物72通過入口70與載氣流一起引入，且藉由轉動不超過一周以分離不同尺寸之固體顆粒來對固體施加慣性分離力。較大及/或較緻密固體顆粒78在區段74/76中優先向下流至連接至U形底部之豎管或浸入管80，而較輕或較小固體顆粒優先與氣流一起運載至出口82，在該出口82中可回收小顆粒及氣體之混合物84。U形分離器底部處之固體出口80 (用於使較大及/或較緻密觸媒顆粒流回至第二反應器32之豎管或浸入管之入口)應足夠大以容納正常固體/觸媒流動。
藉由控制進入向下豎管及離開主氣流出口之氣體流速，可操縱U形慣性分離器之總分離效率及使較大及/或較緻密顆粒與較小及/或較不緻密顆粒分離之選擇性。此延伸至完全密封之浸入管，其中離開浸入管之唯一氣流為離開固體/觸媒流夾帶之氣流。因為U形慣性分離器提供操縱分離效率之能力，所以可能在如上文所指出之系統中積聚的中間尺寸之顆粒可定期或連續地夾帶有自分離器47回收之烴產物，從而在容器8中分離且在再生器24中再生。
在一些實施例中，氣體鼓泡器75或額外蒸汽/惰性氣體可設置於靠近出口區段80之頂部，諸如豎管入口頂部附近。因為額外氣體可優先將較輕固體顆粒上升至出氣口84，所以提供於分離器內之額外上升氣體可進一步促進較大及/或較緻密固體顆粒與較不緻密及/或較小固體顆粒分離，從而產生較佳固體分類。
可調整入口70、出口82處之U形分離器及整個U形分離器(包括區域74、區域76)中之橫截面積以在設備內操縱表觀氣體速度以控制分離效率及選擇性。在一些實施例中，一或多個分離器壁之位置可為可調整的，或可移動擋扳可安置於一或多個分離器區段內，該一或多個分離器區段可用於控制分離效率及選擇性。在一些實施例中，系統可在出口82下游包括粒度分析器，使得能夠實時調整通過U形分離器之流動組態以實現所需分離。
利用串聯連接之U形慣性分離器或U形慣性分離器及旋風器之組合可提供靈活性以允許同時達成較大及/或較緻密顆粒與較小及/或較不緻密顆粒相比目標總分離效率及目標選擇性二者。
二級反應器32亦可配備有擋板或結構化內部構件，諸如如美國專利7,179,427中所述之模組網格。亦可使用提高接觸效率及產物選擇性/產率之其他類型之內部構件。內部構件可增強觸媒在反應器中分佈且改進進料蒸氣與觸媒之接觸，使得平均反應速率增大，增強觸媒之總體活性且使操作條件最佳化以增加輕烯烴之產量。
本文所揭露之實施例使用Y型沸石或習知FCC觸媒，從而使重烴進料之轉化率最大化。比起用於在動力床或運送反應器中提高輕烯烴產量之ZSM-5或類似觸媒，Y型沸石或FCC觸媒之粒度較小及/或較輕。比起用於在動力床或運送反應器及固體分離器中之各者中增強觸媒類型分離之Y型沸石或FCC觸媒，ZSM-5或類似觸媒之粒度較大及/或較緻密。維持動力床或運送反應器中之蒸氣之表觀氣體速度以使得其使Y型沸石或FCC觸媒及一部分ZSM-5或ZSM-11觸媒夾帶出動力床或運送反應器，且固體分離器可利用單一顆粒最終速度之差或最小流體化速度/最小鼓泡速度之間之差以使ZSM-5/ZSM-11分離及返回至動力床或運送反應器。此概念允許消除雙段FCC系統，且允許因此簡化及有效的程序。該程序中所採用之觸媒可能Y型沸石/FCC觸媒及ZSM-5或其他類似觸媒之組合，諸如US5043522及US5846402中所提及之彼等。其他各種觸媒混合物亦可用於此類反應器系統中。
自動力床或運送反應器夾帶二種觸媒、後續分離及ZSM-5/ZSM-11觸媒在動力床或運送反應器中再循環及積聚會消除對反應器中之表觀氣體速度的任何潛在限制。因此，使用固體分離容器在反應器中提供程序靈活性，允許動力床或運送反應器以鼓泡床、亂流床或快速流體化方案操作，而非將操作限制於唯一的鼓泡床方案。固體分離容器可為旋風器或其他容器，在其中固體及氣體在常見入口，且藉由脫氣、慣性力及離心力而引入，顆粒基於尺寸及/或密度分離，其中利用蒸氣出口夾帶大部分較小FCC型顆粒，且較大及/或較緻密ZSM-5或ZSM-11型顆粒經由緻密相豎管或浸入管返回至動力床或運送反應器容器32。
除與圖2相關描述之U型顆粒分離器之外，圖3-5說明用於本文中之實施例之各種額外顆粒分離裝置。參看圖3，基於尺寸及/或密度分離觸媒或其他顆粒之擋扳室分離器900可包括入口910，諸如水平導管。水平導管中所含之蒸氣及顆粒隨後進入腔室912，之後由擋扳914偏轉。腔室912連接至第一豎直出口916及第一水平出口918。擋扳914可位於腔室912中間、靠近入口910或靠近腔室之水平出口918。擋扳可成一角度或可移動以使得擋扳可用於使或多或少的觸媒顆粒偏轉，且可經組態以用於特定顆粒混合物。
本文中之方法可利用擋扳室分離器900使較大及/或較緻密顆粒與載氣，諸如烴反應流出物中所含之較小及/或較不緻密顆粒分隔。擋扳室分離器900可經組態以：使至少一部分第二顆粒類型與載氣及第一顆粒類型分離，經由第一豎直出口916回收第二顆粒類型，且經由第一水平出口918回收包括載氣及第一顆粒類型之混合物。分離器亦可包括分配器(未說明)，其安置於第一豎直出口內或靠近第一豎直出口安置以引入流體化氣體，有助於使第一顆粒類型與第二顆粒類型再次分離。
現參看圖4，說明根據本文中之實施例使用之百葉窗分離器。類似於所說明及描述之其他分離器，百葉窗分離器1000可用於基於尺寸及/或密度分離觸媒或其他顆粒。百葉窗分離器1000可包括連接至腔室1012之豎直入口1010，在該腔室1012中腔室之一或多個豎直面1014配備有窄的狹縫出口1016，可將其描述為百葉窗。百葉窗之數目可視應用而變化，諸如要被分離之所需顆粒混合物，且百葉窗之角度可為可調整的，以控制穿過及離開百葉窗出口之蒸氣之量。腔室1012亦連接至腔室底部處之第一豎直出口1014。
本文中之方法可利用百葉窗分離器1000使較大及/或較緻密顆粒與載氣，諸如烴反應流出物中所含之較小及/或較不緻密顆粒分隔。百葉窗分離器1000可經組態以：使至少一部分來自載氣之第二顆粒類型與第一顆粒類型分離，經由第一豎直出口1014回收第二顆粒類型，且經由百葉窗出口1016回收載氣及第一顆粒類型。分離器亦可包括分配器(未說明)，其安置於第一豎直出口內或靠近第一豎直出口安置以引入流體化氣體，有助於使第一顆粒類型與第二顆粒類型再次分離。
現參看圖5，說明根據本文中之實施例使用之慣性分離器1100。類似於所說明及描述之其他分離器，慣性分離器1100可用於基於尺寸及/或密度分離觸媒或其他顆粒。分離器可包括腔室1112頂部處且延伸至腔室1112中之入口1110。在一些實施例中，腔室1112內之入口1110之高度或安置可為可調整的。分離器亦可包括一或多個側面出口1114、側面出口1116，諸如一至八個側面出口，以及豎直出口1118。分離器亦可包括分配器(未說明)，其安置於豎直出口1118內或靠近豎直出口1118安置以引入流體化氣體。
具有不同尺寸之固體顆粒或觸媒之混合物1172通過入口1110與載氣流一起引入。基於壓差優先將混合物1172中之氣體引導朝向出口1114、出口1116，且藉由使顆粒及載氣自腔室1112內之延長入口1110轉動以流向出口1114、出口1116來對固體施加慣性分離力，該等慣性力分離不同尺寸/密度之顆粒。較大及/或較重固體顆粒1174在區段1118中優先向下流至連接至分離器底座之豎管或浸入管(未圖示)，而較輕或較小固體顆粒1176優先與氣流一起運載至出口1114、出口1116，在該出口1114、出口1116中可回收小顆粒及氣體之混合物。
在本文所述之分離器中之各者中，藉由控制進入向下豎管/分離腔室及離開主氣流出口之氣體流速，可操縱分離器之總分離效率及使較重及/或較大顆粒與較輕或較小顆粒分離之選擇性。此延伸至完全密封之浸入管，其中離開浸入管之唯一氣流為離開固體/觸媒流夾帶之氣流。
在一些實施例中，可將氣體鼓泡器或額外蒸汽/惰性氣體設置於靠近重/緻密顆粒出口區段之頂部，諸如豎管入口頂部附近。因為額外氣體可優先將較輕固體顆粒上升至出氣口，所以提供於分離器內之額外上升氣體可進一步促進較重及/或較大固體顆粒與較輕或較小固體顆粒分離，從而產生較佳固體分類。
本文所述之顆粒分離器可安置於容器外部或內部。此外，在一些實施例中，舉例而言，可將顆粒分離器之大/緻密顆粒出口流體連接至外部容器，提供選擇性再循環或將經分離之顆粒進料至所需反應器中，從而維持所需觸媒平衡。
在另一態樣中，本文中之實施例係關於流體化媒裂設備及程序，其用於使重烴進料，諸如真空氣態油及/或重油殘餘物轉化為極高產率之輕烯烴，諸如丙烯及乙烯、具有高辛烷值之芳族物及汽油或中間餾出物最大化，同時使較重底部產物及諸如甲烷之輕氣體之產率降至最低。為實現此目標，二級反應器可為動力床或運送反應器，諸如上文關於圖1A-1C所述之觸媒濃縮反應器，其可與習知流體化媒裂反應器，諸如上升反應器整合。
重烴進料可以觸媒方式在上升反應器中裂解為輕油、中間餾出物及輕烯烴，該上升反應器為氣動流動並流型反應器。為提高輕烯烴(乙烯及丙烯)之產率及選擇性，來自上升反應器之裂解烴產物，諸如輕油系列烴(烯烴及石蠟)可在動力床或運送反應器(觸媒濃縮反應器)中再循環及處理。可替代地或另外，可在動力床或運送反應器中處理外部進料流，諸如C4 、輕油或來自諸如蒸汽裂解器、置換反應器或延遲焦化單元之其他程序的其他烴餾份及輕油系列物料流，諸如直餾輕油或來自延遲焦化、減黏裂解或天然氣縮合物之輕油，以及其他烴原料，從而產生輕烯烴，諸如乙烯及丙烯。根據本文所揭露之實施例整合動力床或運送反應器與習知FCC上升反應器可克服先前程序之缺點，可實質上提高總轉化率及輕烯烴產率，可減少諸如氫氣及甲烷之輕氣體之產量，及/或可提高處理較重原料之能力。
根據本文所揭露之實施例整合動力床或運送反應器與習知FCC上升反應器可藉由以下促進：(a)使用常見觸媒再生容器，(b)使用二種類型之觸媒，一種對於裂解較重烴具有選擇性，且另一種對於裂解C4 及輕油系列烴以產生輕烯烴具有選擇性，及(c)以將部分地分離二種類型之觸媒的流動方案使用如關於圖1A-1C所描述之動力床或運送反應器或觸媒濃縮反應器，有利於使C4 或輕油進料與對於使其裂解及產生輕烯烴具有選擇性之觸媒接觸。
為增強二級反應器之操作窗及提供更大的程序靈活性，可以流動方案操作動力床或運送反應器以夾帶對於裂解較重烴具有選擇性之觸媒且夾帶對於裂解C4 及輕油系列烴具有選擇性之觸媒的一部分。隨後將裂解烴產物及夾帶觸媒進料至分離器中，以使對於裂解C4 及輕油系列烴具有選擇性之觸媒與裂解烴產物及對於裂解較重烴具有選擇性之觸媒分離。此固體分離容器為反應器之外部容器，且在增強基於其物理特性，諸如粒度及/或密度分離二種類型之觸媒的流體動力學特性下操作。可隨後使對於裂解C4 及輕油系列烴具有選擇性之經分離之觸媒返回至動力床或運送反應器以繼續反應，且提供提高濃度的對於在動力床或運送反應器內裂解C4 及輕油系列烴具有選擇性之觸媒，提高總體程序之選擇性，同時由於操作窗增強亦提高總體程序靈活性。
如上文所指出，裂解系統可利用二種類型之觸媒，其各自有利於不同類型之烴進料。第一裂解觸媒可為Y型沸石觸媒、FCC觸媒或適用於裂解較重烴原料之其他類似觸媒。第二裂解觸媒可為ZSM-5或ZSM-11型觸媒或適用於裂解C4 或輕油系列烴且對於產生輕烯烴具有選擇性的類似觸媒。為促進本文所揭露之雙反應器方案，第一裂解觸媒可具有第一平均粒度及密度，且可比第二裂解觸媒小及/或輕，以使得可基於密度及/或尺寸(例如基於觸媒顆粒之最終速度或其他特性)分離觸媒。
在觸媒再生容器中，使自上升反應器及動力床或運送反應器二者回收之廢觸媒再生。再生之後，可將混合觸媒之第一部分自再生容器進料至上升反應器(並流流動反應器)中。可將混合觸媒之第二部分自再生容器進料至動力床或運送反應器中。
在並流流動(上升)反應器中，使第一烴進料與再生觸媒之第一部分接觸以使至少一部分烴裂解，形成較輕烴。可隨後自並流流動反應器回收流出物，該流出物包含第一裂解烴產物及廢混合觸媒餾份。
在諸如關於圖1A-1C描述及說明之觸媒濃縮第二反應器中，可使輕質輕油與觸媒混合物接觸，隨後使重質輕油與觸媒混合物接觸。輕質輕油及重質輕油反應區可在例如約20 kg/kg至約50 kg/kg之範圍內的觸媒與油比率(重量)下操作。
在一些實施例中，以足以使第一裂解觸媒及第二裂解觸媒夾帶有自二級反應器塔頂出口回收作為流出物之烴產物的流體化方案操作動力床或運送反應器。隨後將流出物進料至分離器中以使裂解烴產物及第一裂解觸媒與第二裂解觸媒分離。
可隨後轉遞自分離器回收之蒸氣/第一裂解觸媒物料流以進行分離。自分離器回收之第二裂解觸媒可再循環回至動力床或運送反應器以繼續如上文所指出之反應。
第一流出物(來自上升反應器之裂解烴及廢混合觸媒)及第二流出物(來自動力床或運送反應器之裂解烴及經分離之第一裂解觸媒)二者均可進料至釋放容器以使廢混合觸媒餾份及經分離之第一裂解觸媒與第一裂解烴產物及第二裂解烴產物分離。可隨後分離裂解烴產物，包括輕烯烴、C4 烴、輕油系列烴及較重烴，從而回收所需產物或產物餾份。
因此，本文所揭露之程序整合觸媒濃縮反應器、外部固體分離器及上升反應器與常見產物分離及觸媒再生，其中動力床或運送反應器(觸媒濃縮反應器)中所用之觸媒對於裂解C4及輕油系列烴以產生輕烯烴而具有高選擇性。常見觸媒再生提供熱平衡，且常見產物分離(釋放容器等)提供操作之簡化及減少之片數以及其他優勢。
因此，如圖1A-1C中所說明之系統可有利地與諸如圖6中所說明之上升反應器及再生器系統相關。
現參看圖6，說明用於根據本文所揭露之實施例裂解烴及產生輕烯烴之系統之簡化程序流程圖。系統包括雙反應器組態以使來自石油殘餘原料或其他烴物料流之丙烯及乙烯之產率最大化。舉例而言，第一反應器3可為用於裂解較重烴進料之上升反應器。第二反應器32為動力床或運送反應器，其可配備有擋板或內部構件。來自第一反應器3之輕質輕油及重質輕油產物或來自外部源之類似進料流可在第二反應器32中處理以提高包括丙烯及乙烯之輕烯烴以及芳族物/高辛烷汽油之產率。
重石油殘餘進料經由一或多個位於第一反應器3底部附近之進料注射器2注射。重石油進料接觸經由J型彎管1引入之熱的再生觸媒。進料至第一反應器3中之觸媒為觸媒混合物，其包括對於裂解較重烴具有選擇性之第一觸媒，諸如基於Y型沸石之觸媒，以及對於裂解C4 及輕油系列烴以產生輕烯烴具有選擇性之第二觸媒，諸如ZSM-5或ZSM-11，其亦可與其他觸媒組合使用。第一觸媒及第二觸媒可在一個或二個粒度及密度方面不同。諸如基於Y型之沸石的第一觸媒之粒度可在20-200微米之範圍內，且表觀鬆密度可在0.60-1.0 g/ml之範圍內。諸如ZSM-5或ZSM-11之第二觸媒之粒度可在20-350微米之範圍內，且表觀鬆密度可在0.7-1.2 g/ml之範圍內。
氣化進料及/或將進料溫度升高至諸如500℃至約700℃範圍內之所需反應器溫度及吸熱熱量(反應熱)所需之熱量可由來自再生器17之熱再生觸媒提供。第一反應器3中之壓力通常在約1 barg至約5 barg之範圍內。
完成裂解反應之主要部分之後，產物、未轉化的進料蒸氣及廢觸媒之混合物流入容納於旋風器密閉容器8中之雙段旋風器系統中。雙段旋風器系統可包括一級旋風器4以使廢觸媒與蒸氣分離。經由一級旋風器浸入管5將廢觸媒排出至汽提器9中。夾帶有來自一級旋風器4之經分離之蒸氣及來自第二反應器32之產物蒸氣的細觸媒顆粒經由流動管線36a及單個段旋風器36c引入，在第二段旋風器6中分離。所收集觸媒混合物經由浸入管7排出至汽提器9中。來自第二段旋風器6之蒸氣經由可連接至充氣室11之二級旋風器出口12b排放，且隨後導引至主分餾器/氣體裝備(未圖示)以回收產物，包括所需烯烴。在必要時，藉由經由分配器管線12a引入輕循環油(LCO)或蒸汽作為淬滅介質進一步冷卻產物蒸氣。
經由浸入管5、浸入管7回收之廢觸媒在汽提器床9中進行汽提以藉由逆流接觸蒸汽移除隙間蒸氣(滯留在觸媒顆粒之間之烴蒸氣)，經由蒸汽分配器10引入汽提器9之底部中。隨後經由廢觸媒豎管13a及上升管線15將廢觸媒輸送至再生器17中。位於廢觸媒豎管13a上之廢觸媒滑動閥門l3b用於控制自汽提器9至再生器17的觸媒流動。可經由分配器14引入燃燒空氣或氮氣之一小部分以幫助平穩輸送廢觸媒。
經由緻密再生器床24之中心中之廢觸媒分配器16排出焦化或廢觸媒。藉由位於再生器床24之底部之空氣分配器18引入燃燒空氣。隨後經由與燃燒空氣之反應在再生器17中燒盡沈積在觸媒上之焦炭。舉例而言，再生器17可在約640℃至約750℃之範圍內之溫度下且在約1 barg至約5 barg之範圍內之壓力下操作。與廢氣一起夾帶之觸媒細粒在第一段旋風器19及第二段旋風器21中收集，且通過對應的浸入管20、浸入管22排出至再生器觸媒床中。將自第二段旋風器21之出口回收之廢氣經由再生器充氣室23引導至廢氣管線50以用於下游廢熱回收及/或能量回收。
經由與J型彎管1流動連通之再生觸媒豎管27排出再生觸媒混合物之第一部分。自再生器17至反應器3之觸媒流動可藉由位於再生觸媒豎管27上之滑動閥門28調節。調整滑動閥門28之開口以控制觸媒流動，從而維持反應器3中之所需頂部溫度。
除上升蒸汽之外，亦可規定通過位於Y區段之氣體分配器1a將諸如C4 烯烴及輕油或類似外部物料流之進料流作為上升介質注入J型彎管1中，以使得能夠將再生觸媒自J型彎管1平穩輸送至反應器3。J型彎管1亦可用作緻密床反應器以在有利於該等反應之條件下將C4 烯烴及輕油物料流裂解為輕烯烴，該等反應諸如0.5至50 h-1 之WHSV、640℃至750℃之溫度及3秒至10秒之滯留時間。
再生觸媒混合物之第二部分通過豎管30排入第二反應器32中。滑動閥門31可用於基於蒸氣出口溫度設定點控制自再生器17至第二反應器32的觸媒流動。將呈液相或氣相之輕質輕油物料流及重質輕油物料流通過一或多個進料分配器34 (34a、34b)注入觸媒床之底部區段中。如上所述，第二反應器32作為動力床或運送床反應器操作，其中一部分再生觸媒混合物及進料烴物料流向上流動(自反應器床之底部至頂部)，且經由流動管線45作為流出物回收。
第二反應器32可配備有擋板或結構化內部構件(未圖示)，其幫助緊密接觸及混合觸媒及進料分子。此等內部構件亦可幫助使偏流、氣泡生長及/或聚結降至最低。第二反應器32亦可沿長度在不同區段擴大以在區段內維持恆定或所需表觀氣體速度。除烴進料/產物之外，蒸汽、氮氣或諸如甲烷之其他氣體可通過分配器35作為流體化介質引入。
如上文所指出，第二反應器32利用不同之處可在於粒度及密度中之一或二者的二種不同觸媒，諸如較輕及較小Y型沸石或FCC觸媒及較大及/或較緻密ZSM-5/ZSM-11形選擇性pentacil型小孔沸石。維持第二反應器32中之表觀氣體速度以使得基本上所有或大部分較輕、較小觸媒(例如Y型沸石/FCC觸媒)及一部分較重、較大觸媒(例如ZSM-5/ZSM-11)利用經由流動管線45回收之裂解烴及蒸汽在反應器中進行。如上文所指出，可將一部分較大及/或較緻密觸媒保留在反應器32內，從而形成朝向反應器下部之緻密床。
因此，來自反應器32經由流動管線45回收之流出物可包括裂解烴產物、未反應之烴原料、蒸汽(汽提介質)及觸媒混合物，其包括引入反應器中之基本上所有較輕及/或較小觸媒及一部分較大及/或較緻密觸媒。可隨後經由流動管線45將流出物運送至固體分離器47。分離器47可為經組態以基於其物理特性，亦即粒度及/或密度分離二種類型之觸媒的分離器。舉例而言，分離器47可利用慣性力或離心力之差使FCC觸媒與ZSM-5分離。固體分離容器47為第二反應器32之外部容器，且在增強基於其物理特性分離二種類型之觸媒的流體動力學特性下操作。
在分離器47中分離之後，隨後將較小及/或較輕觸媒(Y型沸石/FCC觸媒)自分離器47運送至常見釋放器或密閉容器8，經由出口管線36a容納上升反應器旋風器及/或反應末端系統。較大及/或較緻密觸媒(ZSM-5/ZSM-11)可經由流動管線49返回至混合流動反應器32中以繼續與通過分配器34引入之烴進料的反應。
夾帶基本上所有較輕/較小觸媒及一部分或所有較大及/或較緻密觸媒、後續分離及較大及/或較緻密觸媒返回至反應器32可使得較大及/或較緻密觸媒在反應器32中大量積聚。因為此觸媒對C4 及輕油系列烴之裂解更具選擇性，所以較大及/或較緻密觸媒之積聚可提供選擇性及產率優勢。此外，如上所論述，以動力床或運送流動方案操作反應器以夾帶二種類型之觸媒可提供反應器之改進的可操作性或操作之靈活性。
可將諸如重真空氣態油或重殘餘進料、輕循環油(LCO)或蒸汽之烴進料通過分配器36b在出口管線36a中作為淬滅介質注射。該等淬滅介質之流動速率可受進入密閉容器8之物料流之設定溫度控制。所有來自第二反應器32之蒸氣，包括通過分配器36b進料及/或引入分離器47中之蒸氣通過單個段旋風器36c排出至密閉容器8之稀釋相中。採用烴進料作為淬滅介質為較佳的，因為其用於冷卻來自第二反應器32之產物以及提高中間餾出物之產量的雙重目的。
第一段反應器3，諸如上升反應器可在頂部區段中以快速流體化方案(例如在底部區段處在約3至約10 m/s之範圍內之氣體表觀速度下)及氣動運送方案(例如在約10至約20 m/s之範圍內之氣體表觀速度下)操作。
第二反應器32中之WHSV通常在約0.5 h-1 至約50 h-1 之範圍內；蒸氣及觸媒滯留時間可在約2秒至約20秒之間變化。在引入不同進料時，優選以低於輕質輕油進料注射之高度注射C4 進料，且輕質輕油進料注射在低於重質輕油進料注射之高度下。在使用時，中輕油進料注射將在輕質輕油高度與重質輕油高度之高度中間。
必要時，可經由一或多個流動管線42、流動管線43引入補充觸媒。舉例而言，新鮮或補充FCC或Y型沸石觸媒或此二種之混合物可經由流動管線42引入再生器17中，且新鮮或補充ZSM-5/ZSM-11觸媒可經由流動管線43引入第二反應器32中。舉例而言，可藉由自再生器24排出混合觸媒維持整個系統觸媒存量。如下文將描述，反應器32內之較佳觸媒之觸媒存量及積聚可藉由控制反應器及分離器47操作為可控的。
在一些實施例中，將再生觸媒之第一部分經由排出管線25自再生器17排出至再生觸媒(RCSP)料斗26中，該排出管線25與再生器17及再生觸媒豎管27流動連通。RCSP料斗26中之觸媒床以再生器17床位準浮動。隨後經由再生觸媒豎管27將再生觸媒自RCSP料斗26輸送至反應器3，該再生觸媒豎管27與J型彎管1流動連通。自再生器17至反應器3之觸媒流動可藉由位於再生觸媒豎管27上之RCSP滑動閥門28調節。亦可提供壓力等化管線29。亦可使用類似進料系統向第二反應器32提供觸媒。
亦可使用分離器旁路管線60促進顆粒自反應器32之頂部輸送至諸如圖1中所說明之容器8。如上文關於圖1所描述，第二反應器32利用不同之處可在於粒度及密度中之一或二者的二種不同觸媒，諸如較輕及/或較小Y型沸石或FCC觸媒及較大及/或較緻密ZSM-5/ZSM-11形選擇性pentacil型小孔沸石。可維持第二反應器32中之表觀氣體速度以使得基本上所有較輕、較小觸媒(例如Y型沸石/FCC觸媒)及一部分較大及/或較緻密觸媒(例如ZSM-5/ZSM-11)利用經由流動管線45回收之裂解烴及蒸汽在反應器中進行。
因此，來自反應器32經由流動管線45回收之流出物可包括裂解烴產物、未反應之烴原料、蒸汽(汽提介質)及觸媒混合物，其包括引入反應器中之基本上所有較輕、較小觸媒及一部分較大及/或較緻密觸媒。可隨後經由流動管線45將流出物運送至固體分離器47。分離器47可為經組態以基於其物理特性，亦即粒度及/或密度分離二種類型之觸媒的分離器。分離器47在增強基於其物理特性分離二種類型之觸媒的流體動力學特性下操作。
在分離器47中分離之後，隨後將較小/較輕觸媒(Y型沸石/FCC觸媒)自分離器47運送至常見釋放器或密閉容器8，經由出口管線36a容納上升反應器旋風器及/或反應末端系統。較大及/或較緻密觸媒(ZSM-5/ZSM-11)可返回至混合流動反應器32中以繼續與通過分配器34引入之烴進料的反應。
連續地或間歇性地，可將經由流動管線45運送的含有二種類型之觸媒之流出物的一部分分流至旁路分離器47。流出物之分流部分可經由流動管線60圍繞分離器47流動，該流動管線60可包括分流器或流動控制閥門62。流出物可隨後經由流動管線64繼續回至釋放器8以使烴產物與觸媒分離。流動管線64可與經由流動管線36a自分離器47回收之流出物及較小觸媒組合，且可引入淬滅器36b之上游或下游。可替代地，可將管線60中之分流流出物直接進料至釋放器/密閉容器8中。
儘管關於分流閥門62在圖6中所說明，但本文中之實施例涵蓋使用y形流動導管或類似設備以將含有二種觸媒顆粒類型之流出物的一部分連續地送至釋放器8，同時將流出物的一部分連續地送至分離器47，因此允許在反應器32內較大及/或較緻密觸媒顆粒之所需積聚。如圖1中所描繪，來自第二反應器之觸媒亦可經由管線37、滑動閥門38及輸送管線40輸送至再生器17。風機空氣用作載氣39以將觸媒輸送至再生器17。該觸媒輸送設施不僅將幫助控制反應器32中之觸媒床位準，且亦幫助更頻繁的觸媒再生。如上所述，使用增加之載流之流動及/或使用流動分流器可有益地提供對於在第二反應器，亦即反應器32中裂解輕油系列烴具有選擇性的觸媒之積聚。
藉由上文所述之方法，本文所揭露之實施例顯著提高二級反應器(動力床或運送反應器容器32)中所需觸媒之濃度，因此提高輕烯烴產率。另外，此程序亦充當使排出及添加ZSM-5及ZSM5-11與排出及添加FCC觸媒解耦之方法。總而言之，本揭露內容中所呈現之FCC程序在二級反應器32中形成富含所需ZSM-5或ZSM-11觸媒添加劑的環境，其可能優先轉化輕質輕油產物及重質輕油產物，諸如衍生自一級反應器之產物，以提高輕烯烴產率，同時藉由將最佳操作條件應用於一級反應器或上升管中使中間餾出物產率最大化。
本文揭露之實施例之另一益處為整合式雙反應器方案克服獨立C4 /輕油媒裂程序中之熱平衡限制。二級(混合流動)反應器由於與觸媒再生器整合而充當散熱片，使處理殘餘原料時觸媒冷卻器要求降至最低。
將來自二級反應器之產物蒸氣運送至第一段反應器/釋放容器或反應末端裝置中，其中此等蒸氣與來自第一段及或諸如LCO或蒸汽之淬滅介質外部之產物混合且用其淬滅，以使非所要熱裂解反應降至最低。可替代地，動力床或運送反應器/固體分離器之產物出口管線亦可用以引入額外量之重進料或重新導引來自第一段反應器(上升反應器)之進料的一部分。此用於二個目的：(1)固體分離器蒸氣出口管線中之觸媒主要為Y型沸石/習知FCC觸媒，其較佳將此等重進料分子裂解為中間餾出物，及(2)該裂解反應吸熱，這幫助降低流出產物蒸氣之溫度且亦縮短滯留時間。
上文關於圖6所述之反應器系統主要係關於輕烯烴產量及在混合觸媒系統中提高系統之反應性及選擇性之觸媒的有利濃度。此類反應器系統亦可用於其他混合觸媒系統，其中觸媒中之一者之濃度可為有利的。舉例而言，在一些實施例中，反應系統可用於汽油脫硫，其中觸媒混合物可包括較小及/或較不緻密FCC觸媒，諸如沸石Y，以及較大及/或較緻密觸媒，諸如汽油脫硫添加劑。
一般而言，圖1及圖6中所說明之方法流程圖使用觸媒/顆粒分離技術以在二級容器中處理額外或再循環烴原料。循環通過系統之觸媒混合物可包括對特定反應，諸如裂解、脫硫、脫金屬、脫氮及其他反應具有選擇性的觸媒，其中選擇混合物之觸媒以具有如上所述之不同物理特性，以使得所需觸媒可在二級反應器中濃縮。將再生觸媒進料至可在快速流體化、鼓泡或亂流床操作(視應用而定)中操作之二級動力床或運送反應器/容器中。二級反應器/容器之流出物轉至分離器47，其中一級及二級觸媒基於尺寸及/或密度分離，且富含二級觸媒之分離器底部物再循環回至二級反應器/容器中。二級反應器/容器具有可視應用而為有利的任選的觸媒排出物以及視應用而定之不同烴進料。二級觸媒之濃度可提高總體反應系統之可操作性、靈活性及選擇性。
如上所述，自釋放容器8/汽提器9回收之烴產物可轉遞至分餾器/氣體裝備，以分離及回收一或多種烴餾份。在本文之實施例中，來自分餾器/氣體裝備的經回收之烴餾份中之一或多者可再循環至上升反應器3或二級動力床或運送反應器32中以供進一步處理，諸如圖7及8中所說明。
說明用於根據本文所揭露之實施例處理烴之系統之簡化方法流程圖，其中類似數字表示類似部件。完成裂解反應之主要部分之後，產物、未轉化的進料蒸氣及廢觸媒之混合物流入容納於旋風器密閉容器8中之雙段旋風器系統中。所收集觸媒混合物排出至汽提器9中。將來自分離器8之蒸氣通過二級旋風器出口12b排放，且隨後導引至分餾器/氣體裝備110中以回收產物，包括所需烯烴。
分餾器110可為例如FCC裝備之主分餾器，且可產生各種烴餾份，包括含有輕烯烴之餾份112、輕質輕油餾份114、重質輕油餾份116及重餾份118以及其他各種烴餾分。導引至分餾器/氣體裝備110之產物可包括其他輕氣體，諸如蒸汽及硫化氫，其可在脫硫期間產生；可包括分離器、吸收器或其他單元操作，其中需要該等雜質在主分餾器/氣體裝備之上游或下游分離。
如圖7中所說明，可將輕質輕油餾份114導引至觸媒濃縮反應器32之第一段或最下部反應段(32A)中。可將重質輕油餾份導引至觸媒濃縮反應器32之第二段或最上部反應段(32B)中。必要時，亦可將來自額外來源之額外輕質輕油34a及重質輕油34b進料至適當的反應段中。可替代地，餾份114、餾份116可分別用作進料34a、進料34b。
如圖8中所說明，分餾器110可產生各種烴餾份，包括含有輕烯烴之餾份112、輕油餾份115及重餾份118以及其他各種烴餾分。可隨後在分餾器120中將輕油餾份115進一步分離為輕質輕油餾份34a及重質輕油餾份34b，其可在如上所述之觸媒濃縮反應器32中進一步處理。
本文中之實施例可利用各種類型之觸媒或顆粒以進行所需反應，其中常見再生器可用於使觸媒之混合物再生，且分離器有利地設置以用觸媒之混合物中所含特定觸媒使一或多個反應器增濃。本文中之實施例可用於改進單元操作，且提高反應系統之選擇性及靈活性，諸如用於包括輕烯烴產生、汽油脫硫及重油處理之應用。
如上所述，輕烯烴產生可包括進入上升管之各種輕烴、中烴及重烴進料。進入第二反應器32之進料可包括輕油，諸如直餾輕油或再循環觸媒輕油以及其他進料，且輕油可有利地分裂，從而提供在有益的反應條件下接觸輕質輕油及重質輕油以提高烯烴產量及降低輕氣體產量。用於輕烯烴產生之觸媒混合物可包括較小及/或較不緻密觸媒，諸如FCC觸媒(例如沸石Y)，以及較重/較緻密觸媒，諸如ZSM-5或ZSM-11以及其他組合。亦可使用其他裂解觸媒。用於裂解烴之各種觸媒揭露於美國專利第7,375,257號、第7,314,963號、第7,268,265號、第7,087,155號、第6,358,486號、第6,930,219號、第6,809,055號、第5,972,205號、第5,702,589號、第5,637,207號、第5,534,135號及第5,314,610號以及其他中。
本文中之實施例描述由分離器分離之觸媒混合物、反應器中混合物內較佳觸媒之有效濃度以及對於使再生觸媒與反應物初始接觸之溫度控制。本文中之實施例提供新穎流體化媒裂程序，其用於利用另外達成反應物接觸上游之均一觸媒溫度的觸媒濃縮概念升級輕油系列材料。如上所述，對於共用共同再生器之不同功能，存在具有不同粒度及/或密度之二種不同觸媒及/或添加劑。應理解，FCC觸媒系統將最可能使用超過二種類型之觸媒/添加劑；然而，有效觸媒/添加劑將具有如先前所描述之物理特性。此外，如上所述之固體分離容器可用於基於其尺寸及/或密度選擇性返回一部分FCC觸媒及/或添加劑以在二級反應容器中形成相對高濃度之所需觸媒及/或添加劑，以增強對該特定觸媒或添加劑有利的反應。
其中沿二級反應器在不同點引入特定輕油系列材料以受益於觸媒濃度效果以及用於最佳化選擇性及產率之固有熱平衡及材料平衡。其他程序存在，其涉及在FCC系統中沿反應器分段進料(例如US5154818、US7029571)；然而，此等方法既不將輕油特定細分為分離物料流，亦不依賴於二元觸媒系統。輕油進料與二種觸媒系統一起之此細分基於系統之熱平衡及材料平衡優化對產物之選擇性。
本揭露內容之優勢可由以下例示。本文中呈現之第一種情況研究併有二種不同輕油材料之共混物，第一種為輕直餾(LSR)型材料或輕油系列材料，且第二種材料為媒裂衍生輕油。因為北美已增加在精煉廠中處理緻密油，所以存在過剩的低辛烷值直餾型輕油。期望經由媒裂至包括丙烯、乙烯及丁烯之輕烯烴升級此直餾輕油；然而，處理直餾輕油需要比流體化媒裂單元中處理之習知原料更高的反應溫度及更長的觸媒接觸時間。在溫度及觸媒接觸時間之習知窗中共處理直餾輕油及操作一般將在習知FCCU中處理之直餾輕油之產率限制為邊緣值。在更高苛刻程度及接觸時間下共處理直餾輕油一般產生大量非所需產物，諸如乾燥氣體及焦炭，使總體FCC程序較不合算，更高苛刻程度亦一般在習知FCC之設計窗之外且導致大量改進。本發明程序經由以下路徑克服此等限制： a.           引入處理輕油材料之第二反應器，其由於使觸媒自固體分離裝置再循環而具有更高濃度之添加劑之益處。 b.          再循環部分焦化的Y型沸石/FCC觸媒以限制非所需副反應，提高反應器選擇性；而在混合觸媒系統中，ZSM-5可為較重/較大觸媒，且Y型沸石/FCC觸媒為較輕/較小觸媒，100%分類無法使用根據本文中之實施例之固體分離裝置及系統達成。然而，已發現包括部分焦化的Y型沸石/FCC觸媒之再循環固體提供出人意料的選擇性益處。 c.           在溫度更理想且觸媒接觸最長之二級反應器底部引入較低反應性輕直餾輕油。輕直餾輕油一般將在流向系統的總輕油流動之10重量%與75重量%之間以受益於熱平衡。 d.          經由自固體分離裝置之觸媒再循環，在相同反應器出口溫度下，防止與其他方法相比過高溫度及過量乾燥氣體產生；此觸媒再循環使反應器更等溫，這有益於該程序之選擇性。
圖9展示對於不同觸媒與油比率，分段輕油處理方案之益處。觸媒與油比率在本文中定義為自再生器之觸媒流動以達成第二段反應器出口溫度。第一段出口溫度為新鮮再生觸媒、再循環部分廢觸媒及第一段輕油進料之組合。圖展示輕直餾輕油及觸媒輕油之50:50重量共混物，且展示第一段比第二段達成的溫度高約50℉。由於來自觸媒顆粒分離器之再循環觸媒，此更高溫度更等溫；此等效果二者均將提高輕烯烴之反應速率及選擇性。
圖10展示藉由改變進入第一階段之進料的重量百分比在三種不同反應器出口溫度下達成更高第一段出口溫度之分段輕油方案之益處。第一段出口溫度之此提高使得相對於習知程序能夠處理大得多的百分比之輕直餾輕油。
本文中呈現之第二種情況涉及將媒裂衍生之輕油分離為低沸程材料及更高沸程材料。較低沸程材料將包含存在之主要C5烴與一些C4及C6烴(大約30℉-160℉沸點)，而更高沸程材料將包含150℉-430℉系列材料。較低沸程材料對ZSM-5型觸媒相對於更高沸程材料之裂解具有固有較低活性，且需要更苛刻操作以提高反應器產率；然而，此高苛刻程度將對更高沸點餾份有害。因此，在本文中吾等在反應器條件最苛刻(亦即，更高溫度及更長觸媒接觸時間)之反應器底部引入較低沸程材料，同時在反應器中之後一段引入C6+材料。此程序因為以下而有利： ‧ 一般而言，C5 系列材料占全範圍輕觸媒輕油材料之約20重量%；在第一段中引入之C5 材料之此量允許第一與第二(總體)反應器出口溫度之間的高的溫度差。 ‧ 圖11展示相對於在恆定第二段反應器出口溫度下之總體，進入反應器之第一段之不同重量百分比輕油進料的效果。相對於總體反應器出口溫度，第一段反應器能夠達成50℉及更高的溫度。 ‧ 在第一段之後引入更具反應性的C6 + 輕油提高輕烯烴之選擇性，且隨著輕油經歷之最高溫度使乾燥氣體產生在第一段中；且在觸媒顆粒分離器及與如本文所述之再生觸媒精細混合之情況下，此溫度低於習知上升反應器組態之溫度。 ‧ 除更高溫度之外，C5材料可能需要更長觸媒接觸時間以提高反應器產率；如圖12中所展示，本文中之實施例增加由觸媒與油比率計算之觸媒接觸時間。
現參看圖13，習知上升反應器操作與如本文所述之觸媒濃縮反應器中之操作進行比較，其中針對各模擬將再生器溫度設定為1350℉。上升反應器之第一段及第二段之操作窗極窄，觸媒與油比率低，且第一段中之溫度相對高，這可能產生更多乾燥氣體。相比之下，使用觸媒濃縮反應器及其中可達成之均一混合觸媒溫度，本文中之實施例之操作窗更寬，提供額外的程序靈活性，及在第一反應段中條件更低、更有利，因此產生比習知上升反應器系統少的乾燥氣體。
藉由將固體分離裝置引入根據本文中之實施例之系統中，內部觸媒與油比率顯著提高。在圖13中，舉例而言，本文中之實施例之觸媒/油比率為習知情況之比率的約四倍。在相同再生器溫度下之觸媒之相同流動速率來自再生器時，本文中之實施例之第1段與第2段之平均溫度之間的差與習知二級系統之平均溫度差相比小得多。此結果僅歸因於熱平衡及由本文中之實施例提供之更高內部觸媒與油比率。由本文中之實施例提供之更均一的溫度分佈(二個段之間較小溫度差)將引起較少過度裂解及較少乾燥氣體產生。
如上所述，本文中之實施例提供輕油系列烴之有利處理。如本文所述之觸媒濃縮反應器可有益地提供均一觸媒溫度以用於與輕質輕油初始接觸，隨後在更佳溫度下使觸媒混合物與重質輕油接觸。因此，本文中之實施例可提供在更適當的條件接觸反應物，有利地產生較少乾燥氣體及其他副產物。
儘管本揭露內容包括有限數目個實施例，但受益於本揭露內容之熟習此項技術者應瞭解，可設計不脫離本揭露內容之範疇的其他實施例。因此，範疇應僅由所附申請專利範圍限制。
1:J型彎管 1a,10,14,16,18,34,34a,34b,35:分配器 2:注射器 3:反應器 4,6,19,21,36c:旋風器 5,7,20,22:浸入管 8:旋風器密閉容器 9:汽提器/汽提器床 11:充氣室 12a:分配器管線 12b:二級旋風器出口 13a:廢觸媒豎管 13b:廢觸媒滑動閥門 15:上升管線 17:再生器 23:再生器充氣室 24:再生器床 25:排出管線 26:料斗 27:豎管 28,31,38:滑動閥門 29:壓力等化管線 30:管線/進料/管道/物料流/入口 32:反應器/反應器容器 32A,32B:反應段 36a,37:管線 36b:進料/分配器淬滅器 39:載氣 40:輸送管線 42,49B:流動管線 43:管線/觸媒 45:管線/流出物/管道 47:分離器 49:管線/物料流/入口 50:廢氣管線 70,910,1010,1110:入口 72,84,1172:混合物 74,76:區段/區域 75:氣體鼓泡器 78,1174,1176:固體顆粒 80,82,916,918,1016,1114,1116:出口 100,120:分餾器 112,114,115,116,118:餾份 900:擋扳室分離器 912,1012,1112:腔室 914:擋扳 1000:百葉窗分離器 1014:出口/豎直面 1100:慣性分離器 1118:區段/出口
圖1A-1C為根據本文中之實施例之反應器系統之簡化流程圖。
圖2-5說明適用於根據本文中之實施例之反應器系統之分離器。
圖6-8為根據本文中之實施例之程序之簡化流程圖。
圖9-12呈現說明根據本文中之實施例之反應器系統中可獲得之有利反應條件的資料。
圖13呈現比較根據本文中之實施例之反應器系統與習知系統之資料。
30:管線/進料/管道/物料流/入口
32:反應器/反應器容器
34a,34b,35:分配器
36a:管線
43:管線/觸媒
45:管線/流出物/管道
47:分離器
49:管線/物料流/入口

Claims (28)

  1. 一種用於轉化烴之方法，其包含： 自一移動床反應器分離一流出物，該流出物在一反應器出口溫度下，且包含一反應產物、一第一粒狀觸媒及一第二粒狀觸媒，其中該第一粒狀觸媒具有一較該第二粒狀觸媒小的平均粒度，及/或密度小於該第二粒狀觸媒，以回收包含該反應產物及該第一粒狀觸媒之一第一物料流及包含該第二粒狀觸媒之一第二物料流； 將包含該第二粒狀觸媒之該第二物料流與一再生觸媒物料流摻合，該再生觸媒物料流係處在一高溫下包含第一粒狀觸媒及第二粒狀觸媒，其中該摻合產生一在介於該高溫與該反應器出口溫度中間的一溫度下的混合觸媒； 在該移動床反應器中，使該混合觸媒與一輕質輕油原料接觸以使其中之烴反應，吸熱反應將該混合觸媒之一溫度降低至一第二中間溫度； 在該移動床反應器中，使該第二中間溫度下之該混合觸媒與一重質輕油原料接觸以使其中之烴反應； 自該移動床反應器回收包含該反應產物、該第一粒狀觸媒及該第二粒狀觸媒之該流出物。
  2. 如請求項1之方法，其中該移動床反應器為一豎直反應器，且其中該輕質輕油原料係以比該重質輕油原料低的一高度引入至該反應器中。
  3. 如請求項1之方法，其中： 該高溫在約1300℉至約1500℉之範圍內； 第一中間溫度在約900℉至約1200℉之範圍內； 該第二中間溫度在約800℉至約1150℉之範圍內；且 反應器流出物溫度在約700℉至約1150℉之範圍內。
  4. 如請求項1之方法，其中該摻合係以比引入該輕質輕油原料之一高度低的一高度在該移動床反應器中進行。
  5. 如請求項1之方法，其中該摻合係在該移動床反應器外部進行。
  6. 一種用於進行化學反應之系統，其包含： 一分離器，其經組態以分離包含一反應產物、一第一粒狀觸媒及一第二粒狀觸媒之一反應器流出物，其中該第一粒狀觸媒具有一較該第二粒狀觸媒小的平均粒度，及/或密度小於該第二粒狀觸媒，以回收包含該反應產物及該第一粒狀觸媒之一第一物料流及包含該第二粒狀觸媒之一第二物料流； 一混合裝置，其經組態以使包含該第二粒狀觸媒之該第二物料流與觸媒物料流緊密接觸，該觸媒物料流係處在一高溫下包含第一粒狀觸媒及第二粒狀觸媒，其中該緊密接觸產生一在介於該高溫與該反應器出口溫度中間的一均一溫度下的混合觸媒； 一移動床反應器，其經組態以： 在該中間溫度下使該混合觸媒與一第一反應物接觸，將該混合觸媒之一溫度降低至一第二中間溫度； 使該第二中間溫度下之該混合觸媒與一第二反應物接觸； 一流動物料流，其經組態以自該移動床反應器回收該反應器流出物。
  7. 如請求項6之系統，其中該混合裝置包含一豎管，該豎管包含： 一第一入口，其用以自該分離器接收該第二物料流； 一第二入口，其用以自一觸媒再生器接收該觸媒物料流；及 一出口，其用以將該混合觸媒供應至該移動床反應器。
  8. 如請求項6之系統，其中該混合裝置包含： 一第一觸媒分配器，其安置於該移動床反應器之下部中，該觸媒分配器經組態以自該分離器接收該第二物料流，且將該第二物料流中所含之該第二觸媒分散至該移動床反應器中； 一第二觸媒分配器，其靠近該第一觸媒分配器安置，該第二觸媒分配器經組態以自該觸媒再生器接收該觸媒物料流，且將該觸媒物料流中所含之該第一觸媒及該第二觸媒分散至該移動床反應器中且與來自該第一觸媒分配器之該第二觸媒接觸。
  9. 如請求項8之系統，其進一步包含位於該第一觸媒分配器及該第二觸媒分配器下方之一氣體分配器，其經組態以使該等觸媒流體化且緊密混合以在與該第一反應物接觸之前達到均一中間溫度。
  10. 如請求項8之系統，其進一步包含在該移動床反應器內部且位於該第一反應物之進料高度下方的結構以增強該等觸媒之接觸，以在與該第一反應物接觸之前達到該均一中間溫度。
  11. 一種用於轉化烴之方法，其包含： 將包含一第一粒狀觸媒及一第二粒狀觸媒之一觸媒物料流進料至一反應器中，其中該第一粒狀觸媒具有一較該第二粒狀觸媒小的平均粒度，及/或密度小於該第二粒狀觸媒； 將一輕質輕油原料及一重質輕油原料進料至該反應器中，其中該輕質輕油原料係以比該重質輕油原料低的一高度引入至該反應器中； 使該輕質輕油原料及該重質輕油原料與該第一粒狀觸媒及該第二粒狀觸媒接觸以使其中所含之烴反應； 自該反應器回收包含一經轉化之烴流出物、該第二粒狀觸媒及該第一粒狀觸媒的一塔頂產物； 自該塔頂產物分離該第二粒狀觸媒，以提供包含該第一粒狀觸媒及該經轉化之烴流出物的一第一物料流及包含經分離之第二粒狀觸媒的一第二物料流； 使該第二物料流中之該經分離之第二粒狀觸媒返回至該反應器中。
  12. 如請求項11之方法，其中： 該觸媒物料流在約1300℉至約1500℉之範圍內之溫度下； 該接觸該輕質輕油原料的步驟係在約900℉至約1250℉之範圍內之溫度下； 該接觸該重質輕油原料的步驟係在約850℉至約1200℉之範圍內之溫度下； 塔頂產物流在約700℉至約1150℉之範圍內之溫度下。
  13. 如請求項12之方法，其進一步包含摻合該觸媒物料流及該第二物料流以提供具有約900℉至約1250℉之範圍內之一均一溫度的一混合觸媒物料流。
  14. 如請求項11之方法，其進一步包含自該反應器回收包含該第二粒狀觸媒之一底部產物。
  15. 如請求項11之方法，其進一步包含： 將一烴原料以及第一粒狀觸媒及第二粒狀觸媒之一混合物進料至一第二反應器中； 使第一粒狀觸媒及第二粒狀觸媒之該混合物與該烴原料接觸以使該烴原料裂解且形成包含較輕烴以及第一粒狀觸媒及第二粒狀觸媒之一混合物的一第二反應器流出物； 將該第一物料流及該第二反應器流出物二者進料至一分離器中； 將該第一粒狀觸媒及該第二粒狀觸媒與該等較輕烴及該經轉化之烴流出物分離以回收一烴產物，且形成包含夾帶烴之一混合觸媒。
  16. 如請求項15之方法，其中該第二反應器為一上升反應器。
  17. 如請求項15之方法，其進一步包含自該混合觸媒汽提該等夾帶烴及將經汽提之粒狀觸媒進料至一觸媒再生器中。
  18. 如請求項17之方法，其進一步包含使該第一粒狀觸媒及該第二粒狀觸媒在該再生器中再生。
  19. 如請求項18之方法，其中進料至該反應器中之該觸媒物料流包含來自該再生器之再生第一粒狀觸媒及第二粒狀觸媒。
  20. 如請求項17之方法，其進一步包含： 將新鮮第二粒狀觸媒進料至該反應器中； 將新鮮第一粒狀觸媒進料至該再生器中。
  21. 如請求項15之方法，其進一步包含將來自該再生器之第一粒狀觸媒及第二粒狀觸媒之一混合物進料至該第二反應器中，作為進料至該第二反應器中之第一粒狀觸媒及第二粒狀觸媒之該混合物。
  22. 如請求項11之方法，其中該第二粒狀觸媒包含ZSM-5或ZSM-11，且其中該第一粒狀觸媒包含一Y型裂解觸媒或一FCC裂解觸媒。
  23. 如請求項11之方法，其進一步包含： 將該等烴產物分離為二種或更多種烴餾份，其包括一輕質輕油餾份及一重質輕油餾份；且 將該輕質輕油餾份及該重質輕油餾份進料至該反應器中。
  24. 一種用於裂解烴之系統，其包含： 一混合區，其經組態以： 在一第一高溫下接收包含一第一粒狀觸媒及一第二粒狀觸媒之一觸媒混合物； 在一第二較低溫度下接收包含第二粒狀觸媒之一觸媒物料流； 摻合該觸媒混合物及該觸媒物料流中之該等觸媒以提供具有一均一中間溫度之一混合觸媒； 一反應區，其經組態以： 使具有一均一中間溫度之該觸媒混合物與一輕質輕油進料接觸以在一第二中間溫度下產生一烴-觸媒混合物； 使一第二中間溫度下之該烴-觸媒混合物與一輕質輕油進料接觸以產生包含第一粒狀觸媒、第二粒狀觸媒及烴之一反應器流出物； 一顆粒分離器，其用於將第二粒狀觸媒與該反應器流出物分離以回收包含烴及第一顆粒之一烴流出物流及包含第二粒狀觸媒之該觸媒物料流； 一進料管線，其用於使來自該顆粒分離器之經分離之第二顆粒返回至該混合區。
  25. 如請求項24之系統，其進一步包含： 一上升反應器，其用於使該第一粒狀觸媒及該第二粒狀觸媒之一混合物與一第二烴原料接觸以將至少一部分該第二烴原料轉化為較輕烴，且回收包含該等較輕烴以及該第一粒狀觸媒及該第二粒狀觸媒之該混合物的一上升反應器流出物； 一分離系統，其接收該烴流出物流及該上升反應器流出物流，該分離系統將其中所含之該等烴與該第一粒狀觸媒及該第二粒狀觸媒分離；及 一再生器，其用於使該分離系統中回收之第一粒狀觸媒及第二粒狀觸媒再生。
  26. 如請求項24之系統，其進一步包含： 一汽提器，其安置在該分離系統與該再生器中間以自經分離之粒狀觸媒汽提額外烴且將該等經汽提之粒狀觸媒進料至該再生器中。
  27. 如請求項24之系統，其進一步包含一第二分離系統，其用於將自該第二分離器回收之一烴產物流分離為包括該輕質輕油餾份及該重質輕油餾份之二種或更多種烴餾份。
  28. 如請求項25之系統，其進一步包含： 一第一進料管線，其用於將新鮮第二粒狀觸媒進料至該反應器中； 一第二進料管線，其用於將新鮮第一粒狀觸媒進料至該再生器中。
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