CN101219358A

CN101219358A - 用于大直径fcc反应器提升管的改进的升高进料分配系统

Info

Publication number: CN101219358A
Application number: CNA2007101630499A
Authority: CN
Inventors: D·N·麦尔斯; P·帕尔马斯; D·R·约翰逊; P·J·范奥普多普
Original assignee: Universal Oil Products Co
Current assignee: Honeywell UOP LLC; Universal Oil Products Co
Priority date: 2006-09-29
Filing date: 2007-09-29
Publication date: 2008-07-16
Also published as: RU2007136045A; US20080081006A1; RU2449003C2; KR20080029914A

Abstract

本发明的FCC方法和装置(10)包括在不同的径向位置将碳氢化合物进料注入提升管(20)中。可以使用多个分配器(12)以便将用于注入进料的开口定位在多个径向位置。另外，所述开口(14)可离开提升管的周向壁并且位于沿提升管壁的不同高度处或者从提升管的底部向上延伸。不同的开口位置在提升管的横截面的较大区域上引入进料，这可以改善进料的分布以及与催化剂的混合。改进混合可以增加进料的转化。较大的FCC设备通常具有较大的提升管直径(D)，这会引起进料分布的问题并且降低进料与催化剂混合的能力。在多个径向位置注入进料可以改善进料在较大FCC设备中的分布并且增加混合。

Description

用于大直径FCC反应器提升管的改进的升高进料分配系统

技术领域

本发明总体上涉及碳氢化合物的催化裂化方法。

背景技术

流体催化裂化(FCC)是一种催化转化方法，其用于通过将重碳氢化合物与细碎颗粒材料组成的催化剂在流化反应区内接触而将重碳氢化合物裂化为较轻的碳氢化合物。大多数FCC设备使用具有高度活性和选择性的含沸石的催化剂。当裂化反应进行时，大量高含碳材料-称为焦炭-沉积在催化剂上，形成废催化剂。高温再生从废催化剂上燃烧掉焦炭。再生的催化剂可被冷却，然后重新放回反应区。不断地从反应区取出废催化剂，并用来自再生区的基本不含焦炭的催化剂代替。

FCC方法的基本组成包括提升管(riser)、反应容器、催化剂汽提和再生器。进料分配器将碳氢化合物进料输入提升管中，该进料与催化剂接触并裂化成含较轻碳氢化合物的产品流。通过碳氢化合物以及其他流化媒质与热的催化剂接触发生气化从而产生的气体膨胀，催化剂和碳氢化合物进料在提升管中被向上输送。在引入进料之前或者引入进料期间可以使用蒸汽或惰性气体来加速提升管的第一部分的催化剂。由于裂化反应焦炭积聚在催化剂颗粒上，则该催化剂被称为“废催化剂”。反应容器将废催化剂与产品蒸气分离。催化剂汽提将被吸收的碳氢化合物从催化剂表面移走。再生器从催化剂上除去焦炭并使再生的催化剂再回到提升管中。

FCC方法中遇到的问题是在提升管中分配进料使之与催化剂充分混合。充分混合对于进料的有效转化通常是必须的。对于较大直径的提升管，由于很难将进料分配到提升管中心，所以这一问题更加明显。

发明内容

(本发明的)FCC方法和装置可包括在不同的径向位置将碳氢化合物进料注入提升管中。可以使用多个分配器以便将用于注入进料的开口定位在多个径向位置。不同的开口位置在提升管的较大横截面区域上引入进料，这可以改善进料的分布以及与催化剂的混合。改善混合可以提高FCC方法的效率以及进料的转化。较大的FCC设备通常具有直径较大的提升管，这会引起进料分配的问题，减少进料与催化剂的混合。在多个径向位置注入进料可以改善分布并且可以增加进料与催化剂的混合。

附图说明

图1是沿图2中的线段1-1的横截面图；

图2是FCC设备的正视图；

图3是其中两组分配器之间具有不同径向位置的一个实施例的横截面图；

图4是进料分配器的正视图；

图5是提升管的横截面图；

图6是分配器末端和成形叶片的正视图；

图7是连接在提升管壁上的两个分配器的正视图，其中一个分配器延伸到提升管的大约中部并弯曲以向上延伸。

图8是连接到提升管壁上的分配器和位于中心位置并从提升管底部向上延伸的分配器的正视图；

图9是沿图8中的线段9-9的横截面图；

图10是连接到提升管壁的两个分配器和位于中心位置并从提升管底部向上延伸的一个分配器的正视图；

图11是沿图10中的线段11-11的横截面图。

具体实施方式

本发明总体上涉及改进的FCC方法和装置。具体地，本发明涉及改进的进料分配装置，并且本发明对于FCC操作是有用的，以便通过特别是在较大的FCC设备中的较大进料分布来提高进料转化。该方法和装置可以按比例扩大或缩小，这对本领域普通技术人员是显而易见的。本发明的方法和装置的各方面可用于新FCC设备的设计或者用于改造现有的FCC设备的操作。

图1示出进料分配器12的布置方式的一个实施例，其中示出用于将进料注入提升管20的不同径向位置。

如图2所示，FCC设备10可用于FCC方法。进料可通过分配器12注入提升管20中，在提升管20中该进料与催化剂和流化媒质接触。流化媒质可包括惰性气体或蒸汽。通常，在具有催化剂的情况下进料可在提升管20中被裂化以形成裂化流。分配器12可处于不同的径向位置以改善进料在提升管20中的分布以及与催化剂的混合。如图3所示，可以使用位于不同径向位置的多个分配器12，优选每个径向位置具有至少两个分配器并且大致均匀间隔开。不同容量的分配器12可将不同数量的进料分配到提升管内的不同区域以优化对提升管20的覆盖。所述不同容量可以是平均分配器12容量的30％到200％，优选60％到150％。

在一个实施例中，如图4所示，进料通过一个或多个通常位于末端16附近或末端16上的孔或开口14被注入。优选地，在末端16的端部上具有多个布置成圆形或椭圆形图案的开口14。此外，多个圆形或椭圆形图案的开口14可以用在一个末端16上。至少一个分配器12可将它的其中一个开口14定位在提升管20中的与其它不同的径向位置。参考图1，开口14和壁22的最接近部分之间的间距S可以等于提升管20的直径D的5％到45％，优选15％到35％。

图4示出分配器12的细节。在一个实施例中，提升管可具有通过筒体凸缘32与分配器筒30接合的管嘴24。分配器筒30接收来自蒸汽进口管34的蒸汽和通过油进口管36的油，该油进口管36通过螺栓固定在油进口凸缘38上。油可穿过内部油管40并越过叶片42，从而导致油在与蒸汽结合之前形成漩涡并且通过末端16中的开口14排出。

开口14可以沿提升管20定位在不同的高度，如图5所示，其中标出了分配器开口之间的高度差H。高度差H的距离可以等于所述直径D的15％到125％。可以在每个高度差H的位置结合不同径向位置使用多个分配器12。

如图5所示，以及详细地如图6所示，可以使用成形叶片44引导延伸到提升管20内部的分配器12的部分周围的材料流动。成形叶片44可以连接到分配器12和壁22或者仅连接到分配器12或壁22。耐火材料涂层可以覆盖成形叶片44或者分配器12的表面或者两者的表面以保护不受侵蚀。

如图5所示，分配器末端16可以布置成水平向上倾斜α或β角度。则进料以与催化剂和流化媒质的流成向上的角度被注入。角度α和β可以不同以使覆盖最优化。优选地，这些角度α和β均水平向上倾斜15度到60度，更优选为20度到40度。流化媒质优选在底部附近通过蒸汽分配器46被引入提升管20。

如图2所示，被注入的进料与催化剂的流化床混合并且在提升管20中向上移动和进入反应器50。在反应器50中，被混合的催化剂和发生反应的进料蒸气然后通过提升管出口52从提升管20的顶部排出，并被分成裂化产品蒸气流和覆盖有大量焦炭并且通常被称为“焦化催化剂”的聚积的催化剂颗粒。可以使用各种分离器装置从产品流中快速除去焦化催化剂。特别地，设置在提升管20端部的涡旋状臂装置54通过对流出的催化剂和裂化产品蒸气流的混合物赋予切向速度，可以进一步促进催化剂和裂化碳氢化合物的初步分离。涡旋状臂装置54位于分离室56的上部，汽提区58位于分离室56的下部。通过涡旋状臂装置54分离的催化剂向下落入汽提区58。

包含裂化碳氢化合物的裂化产品蒸气流可通过与旋风分离器(cyclone)62连通的气体管道60排出分离室56，该裂化碳氢化合物包括汽油和轻烯烃以及一些催化剂。旋风分离器62可以从产品蒸气流中除去剩余的催化剂颗粒以便将颗粒浓度减少到非常低的水平。产品蒸气流可通过产品出口64排出反应器50的顶部。被旋风分离器62分离的催化剂通过浸入密相床(dense bed)66返回反应器50，在密相床66处催化剂将穿过室开口68进入汽提区58。通过与任选的折流板70上的蒸汽逆流接触，汽提区58从催化剂表面除去所吸收的碳氢化合物。蒸汽可以通过线路72进入汽提区58。焦化催化剂管道74将焦化催化剂输送到再生器80。

如图2所示，再生器80接收焦化催化剂并且通常通过与含氧气体接触燃烧催化剂颗粒表面的焦炭。含氧气体经由再生分配器82进入再生器80的底部。烟气(flue gas)从再生器80向上流动，该烟气主要包含氮气、水、氧气、二氧化碳、可能包含一氧化碳、二氧化硫、三氧化硫以及一氧化氮。主分离器-例如T形(tee)脱离器84-初步将催化剂与烟气分离。在烟气通过出口88排出容器之前，再生旋风器86或者其它装置从上升的烟气中除去携带的催化剂颗粒。燃烧催化剂颗粒上的焦炭使催化剂的温度升高。通过控制阀的调节，催化剂可通过与提升管20的底部连接的再生器立管90。

在FCC方法中，流化气体例如蒸汽可被输送到提升管20以便与提升管20中的催化剂接触并将催化剂抬升至进料点。来自再生器立管90的再生催化剂通常将具有649℃到760℃(1200-1400)的温度。进入再生器的干燥空气的比率可以为3.6-6.3kg/kg焦炭(8-14lbs/lb焦炭)。焦炭中的氢可为4-8％重量，焦炭中的硫可为0.6-3.0％重量。可以使用再生器上的催化剂冷却器。另外，再生器可以在部分一氧化碳燃烧的条件下运行。此外，水或者轻循环油可以添加到提升管的底部以便保持FCC设备中的合适的温度范围。转化定义为：转化成汽油和较轻产品，其中90％体积的汽油产品使用ASTM D-86在193℃(380 )或以下沸腾。转化产出可以为55-90％体积。常规的FCC汽油模式操作中使用的沸石分子筛具有大的平均孔径并且适合于本发明。具有大孔径的分子筛的微孔开口的有效直径大于0.7nm，这是由大于10且通常为12的元环限定的。大孔的孔径指数在31以上。合适的大孔分子筛包括合成沸石例如X型和Y型沸石、丝光沸石以及八面沸石。具有低稀土含量的Y型沸石是优选的。低稀土含量是指催化剂的沸石部分上的稀土氧化物小于或等于1.0％重量。操作期间可以向催化剂组合物添加催化剂添加剂。

在一个实施例中，流化催化剂在提升管20的底部被加速以到达分配器12。催化剂的速度可以为9-30厘米/秒(0.3-1英尺/秒)，优选1.5-6.1米/秒(5-20英尺/秒)。蒸汽或其他惰性气体可以通过蒸汽分配器46用作稀释剂。图中仅示出蒸汽分配器46。然而，可以沿提升管20或在FCC设备10中的其他位置设置其他的蒸汽分配器。

提升管20可以在催化剂与油的比率为4-12、优选地为8的条件下工作。引入提升管20的蒸汽可以为进料的3-15％重量，优选4-12％重量。在与催化剂接触前，原油进料的温度可以在149℃到427℃(300到800)之间，优选204℃到288℃(400到550)之间。

反应器80的温度可以设置在427℃到649℃(800到1200)之间，优选482℃到593℃(900到1100)之间。反应器80中的压力可以在103kPa到241kPa(表压)(15-35 PSIG)之间，优选为138kPa(表压)(20 PSIG)。

跨越进料分配器12的进料压降可以在69kPa到690kPa(表压)(10-100 PSIG)之间，优选在205kPa到415kPa(表压)(30-60 PSIG)之间。在分配器的进料上的蒸汽可以为0.5-7％重量，优选为1-6％重量。

图7到9示出本发明的另外几个实施例。对应于图1到6的元件但构造不同的图7到9中的元件将使用相同的参考标号表示，只是添加了主符号(’)。在一个实施例中，如图7所示，分配器12’与壁22连接并且朝中心延伸进入提升管20然后弯曲以向上延伸。开口14优选地布置在靠近提升管的中心线处并且将进料向上注入提升管20的大约中心处。在一个实施例中，弯曲的分配器12’和另一个连接到壁22的分配器12之间的高度差H’的距离等于提升管20的直径D’的15％到150％，优选50％到125％。本实施例中考虑使用一个以上分配器12和12’。

图8和9示出居中定位的进料分配器100以及连接到壁22的进料分配器12。中心分配器100的径向位置不同于分配器12。可以使用一个以上中心分配器100。进料分配器100可具有圆柱状构造以及从底部向顶部增大的直径。在一个实施例中，中心分配器100和另一个连接到壁22的分配器12之间的高度差H’的距离等于提升管20的直径D’的0％到200％，优选25％到125％。如图10和图11所示，连接到壁22的分配器12可以布置在与中心分配器100的顶部相同的高度。另外，除了中心分配器100以外，连接到壁22的两个分配器12可以布置在不同的高度和径向位置。

进料从定位在提升管20’的中心附近并从提升管20’的底部向上延伸的分配器100引入。分配器100定位成在来自蒸汽分配器46’和再生器立管90的蒸汽输入上方的升高的位置处将进料引入提升管20’的侧壁之间的大约中心。在一个实施例中，分配器凸缘102可通过螺栓连接到提升管20’的底座104。分配器筒106接收来自蒸汽进口管108的蒸汽。油进口管110将进料输送到内部油管112。油进口筒凸缘114通过螺栓将油进口管110固定到分配器筒106。内部油管112中的叶片116使油在排出前在油管中形成旋涡。内部油管112将形成旋涡的油分配到分配器筒106，在其中油与通过压力盘118周围的蒸汽混合，并且混合物从分配器末端122中的孔或开口120注入。

如图9所示，开口120可以是末端122的顶部上的一系列孔，优选地围绕盖124布置成圆形。对于中心分配器100，开口120和壁22的最接近部分之间的距离S’可以等于提升管20’的直径D’的15％到50％，优选为35％到50％。托架126可将分配器100连接到壁22’以便稳定，优选在末端122附近连接到分配器100。可以设想末端122中的孔的图案采取其它形式的图案，例如同心圆或其它形状。也可将多个分配器100布置在提升管20’中以确保充足的进料比例。分配器12可以从Bete Fogg Nozzles，Inc获得。

这里描述了本发明的优选实施例，包括发明人已知的用于实施本发明的最佳方式。应当理解，举出的实施例仅是示例性的，不应作为对本发明范围的限制。

Claims

1.一种流体催化裂化装置(10)，包括：

提升管(20)，所述提升管具有顶端和底端以及在所述顶端和底端之间的长度、周向壁(22)以及由所述周向壁限定的直径(D)；

至少两个处于不同径向位置的分配器(12)；

所述至少两个分配器均具有至少一个开口(14)；

所述至少两个分配器中的每一个的所述至少一个开口定位在所述提升管中的不同径向位置；以及

所述至少两个分配器中的至少一个分配器的所述至少一个开口与所述周向壁的最接近部分间隔开的距离等于所述直径的至少10％。

2.根据权利要求1所述的流体催化裂化装置，其特征在于，至少两个分配器的所述径向位置之间的差等于所述直径的5％-45％。

3.根据权利要求1所述的流体催化裂化装置，其特征在于，所述至少两个分配器沿所述提升管定位在不同的高度处。

4.根据权利要求1所述的流体催化裂化装置，其特征在于，所述至少两个分配器中的至少一个分配器的所述至少一个开口以一定角度定位，以便在所述提升管内部沿从水平面向上的方向开口。

5.根据权利要求1所述的流体催化裂化装置，其特征在于，所述至少两个分配器中的至少一个分配器的容量与其它分配器的容量不同。

6.根据权利要求1所述的流体催化裂化装置，其特征在于，连接到所述周向壁的所述至少两个分配器中的至少一个分配器(12’)从所述周向壁水平地延伸，然后弯曲以便竖直地延伸并且将所述至少一个分配器(12’)的所述至少一个开口大致定位在所述提升管的中心线处。

7.根据权利要求1所述的流体催化裂化装置，其特征在于，所述至少两个分配器中的至少一个分配器(100)连接到所述提升管的底座(104)。

8.根据权利要求7所述的流体催化裂化装置，其特征在于，连接到所述底座的所述至少一个分配器定位成：所述至少一个分配器的开口大致位于所述直径的中间。

9.根据权利要求1所述的流体催化裂化装置，其特征在于，还包括位于所述至少两个分配器中的至少一个分配器下方的成形叶片。

10.一种流体催化裂化方法，包括：

在提升管(20)中结合催化剂和流化媒质，所述提升管(20)具有顶端和底端以及在所述顶端和底端之间的长度、周向壁(22)以及由所述周向壁限定的直径(D)；

在所述提升管中向上输送所述催化剂和所述流化媒质；

从处于不同径向位置的至少两个分配器(12)将进料注入所述提升管内，所述至少两个分配器具有在所述提升管内处于不同径向位置的开口(14)，并且所述至少两个分配器中的至少一个分配器的至少一个开口与所述壁的最接近部分间隔开的距离等于所述直径的至少10％；

在所述催化剂参与的情况下裂化所述进料以产生裂化流；以及

分离所述催化剂和所述裂化流。