CN101205476B

CN101205476B - 一种改进的流化催化转化反应器

Info

Publication number: CN101205476B
Application number: CN2006101695126A
Authority: CN
Inventors: 程从礼; 许友好; 张久顺
Original assignee: Sinopec Research Institute of Petroleum Processing; China Petroleum and Chemical Corp
Current assignee: Sinopec Research Institute of Petroleum Processing; China Petroleum and Chemical Corp
Priority date: 2006-12-22
Filing date: 2006-12-22
Publication date: 2012-07-18
Anticipated expiration: 2026-12-22
Also published as: CN101205476A

Abstract

一种改进的流化催化转化反应器，该反应器沿轴线方向从下至上依次包括同轴的预提升段、第一反应区、直径较第一反应区扩大了的第二反应区，改进之处是在第一反应区与第二反应区之间的空间内安放带孔分布板。该反应器在第一反应区与第二反应区之间设置混合区，并在混合内安放带孔分布板，使第二反应区内的催化剂分布均匀，有利于反应油气与催化剂的充分接触。采用本发明设计的反应器能改善催化裂化装置的产品质量分布，具体表现为转化率提高，干气产率下降，轻质液体产率增加，汽油中的烯烃含量降低，汽油中的异构烷烃含量增加。

Description

一种改进的流化催化转化反应器

技术领域

本发明属于一种在不存在氢的情况下烃油的催化转化设备。

背景技术

为了降低车用汽油燃烧所排放的尾气对环境造成的污染程度，很多国家都制定了严格的汽油质量标准。例如，我国制定的车用汽油新的控制指标为：烯烃不大于35v％，芳烃不大于40v％，苯不大于2.5v％，硫不大于0.08m％。我国的炼油技术结构决定了催化裂化装置所生产的汽油在调和成品汽油中占有较大的比例(接近于80％)。由于我国催化裂化装置所加工的原料油性质较差(主要表现在密度大和残炭高)，所以催化裂化装置所生产的汽油产品中的烯烃含量较高，通常在40v％～65v％之间。这必然造成调和成品汽油中的烯烃含量明显高于国家环保局所规定的汽油新质量标准。因此，降低催化裂化装置所生产的汽油产品中的烯烃含量是对传统的催化裂化工艺进行技术更新的一个重要内容。

石油烃的催化裂化反应是在催化裂化工艺的提升管反应器内实现的。提升管反应器为一根垂直的空心圆管，其直径在1m左右，高度通常在20m～60m之间。由饱和烃、芳烃、胶质和沥青质等四组分组成的液态原料油，从提升管底部以一定角度斜向上喷入。当与垂直向上流动的高温再生催化剂接触后，液态原料油迅速发生汽化并开始发生催化裂化反应。刚开始发生的反应被称为一次反应，主要是原料油各组分的C-C键断裂反应。这些一次反应的产品之一为烯烃。由于烯烃的反应活性较高，它们立即发生各种二次反应，如：裂化、环化、异构化、烷基化、氢转移和叠合，等等。显而易见，降低汽油中烯烃含量的较好方法是选择性地强化烯烃的一些二次反应，如氢转移和异构化，使烯烃尽可能地转化为异构烷烃和芳烃。

但常规的提升管反应器直径是均匀的，其入口流体速度为4～5米/秒。随着催化裂化反应的进行，反应系统生成更多的小分子。分子膨胀使提升管内垂直向上的流体速度急剧增加，达到15～18米/秒，反应时间显著减小，只有2～3秒。这显然不利于一些能改善产品质量分布的烯烃二次反应的进行。解决这一问题的理想方法就是在均匀直径的提升管反应器的中上部某段处进行扩径，使烯烃能有更长的时间参加二次反应。CN1237477A、CN1232069A分别公开该反应器的结构及使用该反应器的工艺方法。采用该反应器的工业装置运行结果表明，该反应器能显著降低汽油中的烯烃含量，产品总液收增加，焦炭选择性变强，干气和油浆产率下降。但是，第二反应区直径的扩大造成第二反应区的流体速度急剧减小，从沉降器引入到第二反应区的待生催化剂，由于局部阻力的影响，在第二反应区内分布不均匀。在靠近待生催化剂给入口区域，催化剂的浓度较大，而在其它区域内催化剂浓度较小。催化剂这种不均匀分布降低了反应油气与催化剂的接触效果，影响了烯烃的二次转化反应程度。

发明内容

本发明的目的是在现有技术的基础上设计一种改进的流化催化转化反应器，以使第二反应区内的催化剂分布均匀。

本发明设计的改进的流化催化转化反应器结构特点为：

反应器沿轴线方向从下至上依次包括同轴的预提升段、第一反应区、直径较第一反应区扩大了的第二反应区，改进之处是在第一反应区与第二反应区之间的空间内安放带孔分布板。

所述第一反应区与第二反应区之间的空间可以是第一反应区与第二反应区之间自然形成的圆台形结合部位附近，也可以在第一反应区与第二反应区之间设置一个混合区。所述混合区的形状为圆筒或圆台形筒，与整个反应器同轴布置，混合区的入口与第一反应区的出口相连，混合区的出口与第二反应区的入口相连，上述两个连接部位均为圆台形。所述混合区的直径与第一反应区的直径之比为1.0～2.0∶1，混合区的高度与第一反应区的高度之比为0.1～0.8∶1。

所述带孔分布板的形状可以是表面皿、圆台形筒、多边形，但不局限于这些形状。

其中表面皿状分布板类似于向下凹陷的表面皿，分布板中间为一个开口的大圆孔，其直径是第一反应区出口直径的0.5～1倍；分布板周围若干个小孔，小孔的开孔面积是第一反应区出口面积的0.01～0.5倍。

圆台形筒状分布板的底部为一大孔，底部大孔的直径是第一反应区直径的0.5～1倍；顶部也为一大孔，顶部大孔的直径是第二反应区直径的0.5～1倍。在该类分布板侧壁上开有若干小孔，小孔的开孔面积是第一反应区出口面积的0.5～1.2倍。

多边形分布板可以是三角形、四边形或五边以上(包括五边)的多边形，其中四边形优选长方形。在多边形分布板上开有若干小孔，开孔面积是第一反应区出口面积的0.5～1.5倍。多边形分布板倾斜放置于混合器区内，多边形分布板与混合区的纵向轴线的夹角为10～170°。在混合区内放置至少一个多边形分布板，最好放置2-4个多边形分布板。

所述第二反应区的直径与第一反应区的直径之比为1.5～5.0∶1，第二反应区的高度与第一反应区的高度之比为0.1～1.0∶1。

所述反应器的第二反应区出口可以通过水平管与沉降器相连，也可以在第二反应区出口上方同轴设置直径较第二反应区缩小了的出口区，出口区末端通过水平管与沉降器相连。所述出口区的结构类似于常规的等直径提升管反应器顶部出口部分，其直径与第一反应区的直径之比为0.8～1.5∶1。

在预提升段的下部设有催化剂入口管，在预提升段与第一反应区之间的结合部位设有原料喷嘴。

所述反应器的其它结构特征参见本申请人申请的中国专利CN1237477A。

所述反应器适用的原料油选自石油烃油、其它矿物油、合成油中的一种或两种以上(包括两种)的混合物，其中石油烃油选自汽油、柴油、减压瓦斯油、焦化瓦斯油、脱沥青油、加氢尾油、常压渣油、减压渣油、原油中的一种或两种以上(包括两种)的混合物；其它矿物油为煤液化油、油砂油、页岩油；合成油为煤、天然气或沥青经过F-T合成得到的馏分油。

所述反应器适用所有类型的催化裂化催化剂，例如活性组分选自含或不含稀土的Y或HY型沸石、含或不含稀土的超稳Y型沸石、ZSM-5系列沸石或用其它方法制得的具有五元环结构的高硅沸石中的一种、两种或三种的催化剂，以及无定型硅铝催化剂。

本发明的反应器可以用于制取不同目的产物的工艺，例如制取异丁烷和富含异构烷烃的汽油；制取适量的丙烯、异丁烷和富含异构烷烃的汽油；制取最大产率的气体烯烃和富含芳烃的汽油；制取最大产率的柴油；制取丙烯的催化裂解工艺；制取乙烯的催化热裂解工艺等。

本发明对现有的流化催化转化反应器进行改进，在第一反应区与第二反应区之间设置混合区，并在混合内安放带孔分布板，使第二反应区内的催化剂分布均匀，有利于反应油气与催化剂的充分接触。采用本发明设计的反应器能改善催化裂化装置的产品质量分布，具体表现为转化率提高，干气产率下降，轻质液体(汽油和轻柴油)产率增加，汽油中的烯烃含量降低，汽油中的异构烷烃含量增加。

附图说明

图1为本发明设计的改进的流化催化转化反应器结构示意图。

图2为本发明设计的表面皿状分布板的俯视图。

图3为本发明设计的圆台形筒状分布板的侧视图。

图4为本发明设计的长方形分布板放置在混合区内的示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明设计的改进的流化催化转化反应器结构予以进一步说明。

图1为本发明设计的改进的流化催化转化反应器结构示意图。

本发明设计的改进的流化催化转化反应器优选的结构如下：

沿反应器纵向轴线方向从下至上依次为：预提升段1、第一反应区2、混合区3、第二反应区4、出口区5，出口区5的末端通过水平管6与沉降器(图中未示)相连。在预提升段1的下部设有催化剂入口管7，在预提升段1与第一反应区2之间的结合部位设有原料喷嘴8，在混合区3的下部设有催化剂入口管9，在混合区3内放置带孔分布板10。

使用该反应器的流化催化转化工艺典型流程如下：

预提升介质从预提升段1的底部进入反应器；热的再生催化剂经催化剂入口管7从流入预提升段1并由预提升介质的提升作用向上运动进入第一反应区2；预热后的原料油和雾化蒸汽经原料喷嘴8喷入第一反应区2，在热的再生催化剂上接触并发生裂解反应；来自沉降器或/和汽提器(图中未示)的待生催化剂经催化剂入口管9被引入到混合区3。冷激剂或其它的反应物流混合后可以从混合区3与第二反应区4之间的结合部位注入反应器(图中未示)，进行二次反应或起降低第二反应区温度的作用；反应器的最终反应油气产品和待生催化剂经出口区5加速后由水平管6进入后续的沉降器、汽提器、催化剂再生系统和产品分馏稳定系统(图中未示)。

如前所述，除了混合区的外在几何尺寸，其内置的分布板结构也是影响催化剂均匀分布状况的一个重要因素。分布板的结构有很多种，图2～图4只是列出了本发明中所使用的三种分布板结构，但它们并不限制本发明。

图2为本发明设计的表面皿状分布板的俯视图。

图3为本发明设计的圆台形筒状分布板的侧视图。

图4为本发明设计的长方形分布板放置在混合区内的示意图。

图3-4中的标号11均为来自第一反应区出口的反应油气和催化剂运行方向，标号12均为进入混合区3内的待生催化剂运行方向。

下面的实施例将对本发明予以进一步说明，但并不因此而限制本发明。

实施例和对比例中所使用的催化原料油和催化剂的性质分别列于表1和表2。表2中的催化剂由中国石油化工股份有限公司催化剂分公司齐鲁催化剂厂生产。

实施例1

本实施例说明在安装有混合区的中型多产异构烷烃催化裂化工艺的提升管反应器上，使用表2中的催化剂加工表1中原料油生产富含异构烷烃汽油的过程情况。

反应器的预提升段、第一反应区、混合区、第二反应区和出口区总高度为16米，其中预提升段直径为0.25米，高度为1.5米；第一反应区直径为0.25米，高度为4米；混合区直径为0.50米，高度为1米；第二反应区直径为1米，高度为6.5米；出口区直径为0.25米，高度为3米；第一反应区与混合区结合部位的纵剖面等腰梯形的侧线与轴线的夹角为30°，混合区与第二反应区结合部位的纵剖面等腰梯形的侧线与轴线的夹角为45°，第二反应区与出口区结合部位的纵剖面等腰梯形的侧线与轴线的夹角为60°。混合区内置的分布板采用图2所示的表面皿形状结构，分布板中间为一个开口的大圆孔，其直径是第一反应区出口直径的0.8倍；分布板周围若干个小孔，小孔的开孔面积是第一反应区出口面积的0.45倍。

操作条件、产品分布和汽油主要性质列于表3。

实施例2

与实施例1相比，本实施例除混合区内的分布板、第二反应区条件不同外，其余均与实施例1相同。本实施例混合区内置的分布板采用图3所示的圆台形筒状结构，分布板底部大孔的直径是第一反应区直径的0.8倍；顶部也为一大孔，顶部大孔的直径是第二反应区直径的0.8倍。在该类分布板侧壁上开有若干小孔，小孔的开孔面积是第一反应区出口面积的0.8倍。

操作条件、产品分布和汽油主要性质列于表3。

实施例3

与实施例1相比，本实施例除混合区内的分布板、第二反应区条件不同外，其余均与实施例1相同。本实施例混合区内置2个图4所示的长方形分布板，每个分布板的开孔面积是第一反应区出口面积的0.6倍。长方形分布板倾斜放置于混合器区内，长方形分布板与混合区的纵向轴线的夹角为60°。

操作条件、产品分布和汽油主要性质列于表3。

对比例

本对比例说明在常规中型多产异构烷烃催化裂化工艺的提升管反应器上，使用表2中的催化剂加工表1中原料油生产富含异构烷烃汽油的过程情况。与实施例1相比，本对比例除反应器无混合区也无分布板、第二反应区条件不同外，其余均与实施例1相同。

反应器的预提升段、第一反应区、混合区、第二反应区和出口区总高度为15米，其中预提升段直径为0.25米，高度为1.5米；第一反应区直径为0.25米，高度为4米；第二反应区直径为1米，高度为6.5米；出口区直径为0.25米，高度为3米；第一反应区与第二反应区结合部位的纵剖面等腰梯形的侧线与轴线的夹角为45°，第二反应区与出口区结合部位的纵剖面等腰梯形的侧线与轴线的夹角为60°。

操作条件、产品分布和汽油主要性质列于表3。

从表3可以看出，实施例1-3的液化气中的异丁烷产率均高于对比例，轻质液体(汽油和轻柴油)产率均高于对比例，干气产率均低于对比例；汽油中的烯烃含量均低于对比例，汽油中的异构烷烃含量均高于对比例。

表1

原料油性质	数值
		密度(20℃)，千克/米³	890.5
运动粘度，毫米²/秒
		80℃	7.93
100℃	5.08
		残炭，重％	0.70
凝点，℃	40
		总氮，重％	0.16
硫，重％	0.53
		碳，重％	85.00
氢，重％	12.62
		重金属含量，μg/g
镍	0.16
		钒	0.15
铁	-
		铜	-
钠	0.45
		馏程，℃
初馏点	278
		10％	385
30％	442
		50％	499
70％	-
		90％	-
终馏点	-

表2

商品牌号	ZCM-7
		沸石类型	USY
化学组成，重％
		氧化铝	46.4
氧化钠	0.22
		氧化铁	0.32
表观密度，千克/米³	690
		孔体积，毫升/克	0.38
比表面积，米²/克	164
		磨损指数，％/小时	-
筛分组成，重％
		0～40微米	4.8
40～80微米	47.9
		＞80微米	47.3

表3

	实施例1	实施例2	实施例3	对比例
					反应器结构	有混合区	有混合区	有混合区	无混合区
分布板形状	表面皿	圆台形筒	长方形	无分布板
					工艺条件
反应温度，℃
					第一反应区	545	545	545	545
第二反应区	485	488	491	495
					反应时间，秒	6.2	5.8	5.4	5.0
第一反应区	1.0	1.0	1.0	1.0
					第二反应区	4.7	4.3	3.9	3.5
出口区	0.5	0.5	0.5	0.5
					剂油比	4.5	4.5	4.5	4.5
水油比	0.05	0.05	0.05	0.05
					产品分布，重％
干气	1.52	1.61	1.73	1.83
					液化气	17.44	17.12	16.58	16.11
异丁烷	5.98	5.71	5.77	5.65
					汽油	48.88	48.06	47.64	46.86
轻柴油	24.32	24.11	23.69	23.44
					重柴油	3.29	4.82	6.32	7.77
焦炭	4.13	4.08	3.96	3.88
					损失	0.42	0.20	0.08	0.11
汽油组成，重％
					芳烃	23.06	22.34	32.56	23.60
烯烃	23.93	22.60	16.14	25.17
					烷烃	44.01	46.03	41.99	42.97
正构烷烃	7.6	9.14	4.02	7.12
					异构烷烃	36.41	36.89	37.97	35.85
环烷烃	9.00	9.03	9.31	8.26
					汽油的辛烷值
RON	87.4	87.3	90.8	88.2
					MON	78.1	77.7	79.8	78.0

Claims

1.一种改进的流化催化转化反应器，该反应器沿轴线方向从下至上依次包括同轴的预提升段、第一反应区、直径较第一反应区扩大了的第二反应区，其特征是在第一反应区与第二反应区之间的空间内安放带孔分布板。

2.按照权利要求1的反应器，其特征在于所述第一反应区与第二反应区之间的空间为混合区。

3.按照权利要求2的反应器，其特征在于所述混合区的形状为圆筒或圆台形筒，与整个反应器同轴布置，混合区的入口与第一反应区的出口相连，混合区的出口与第二反应区的入口相连，上述两个连接部位均为圆台形，所述混合区的直径与第一反应区的直径之比为1.0～2.0∶1，混合区的高度与第一反应区的高度之比为0.1～0.8∶1。

4.按照权利要求1的反应器，其特征在于所述分布板中间为一个开口的大圆孔，其直径是第一反应区出口直径的0.5～1倍；分布板周围若干个小孔，小孔的开孔面积是第一反应区出口面积的0.01～0.5倍。

5.按照权利要求1的反应器，其特征在于所述分布板的底部为一大孔，底部大孔的直径是第一反应区直径的0.5～1倍；顶部也为一大孔，顶部大孔的直径是第二反应区直径的0.5～1倍，在该类分布板侧壁上开有若干小孔，小孔的开孔面积是第一反应区出口面积的0.5～1.2倍。

6.按照权利要求1的反应器，其特征在于所述分布板是三角形、四边形或五边以上的多边形，在多边形分布板上开有若干小孔，开孔面积是第一反应区出口面积的0.5～1.5倍，多边形分布板倾斜放置于混合器区内，多边形分布板与混合区的纵向轴线的夹角为10～170°，在混合区内放置至少一个多边形分布板。

7.按照权利要求6的反应器，其特征在于所述四边形分布板是长方形分布板，在混合区内放置2-4个分布板。

8.按照权利要求1的反应器，其特征在于所述第二反应区的直径与第一反应区的直径之比为1.5～5.0∶1，第二反应区的高度与第一反应区的高度之比为0.1～1.0∶1。

9.按照权利要求1的反应器，其特征在于该反应器的第二反应区出口通过水平管与沉降器相连。

10.按照权利要求1的反应器，其特征在于该反应器在第二反应区出口上方同轴设置直径较第二反应区缩小了的出口区，出口区末端通过水平管与沉降器相连。

11.按照权利要求1的反应器，其特征是在预提升段的下部设有催化剂入口管，在预提升段与第一反应区之间的结合部位设有原料喷嘴。

12.按照权利要求10的反应器，其特征是所述出口区的直径与第一反应区的直径之比为0.8～1.5∶1。