CN102399579B - 一种催化裂化方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种催化裂化方法，属于石油化工技术领域。设置主反应器和辅助反应器，主反应器包括下部的提升管反应区和上部直径扩大的第二反应区；主反应器中，反应原料油在提升管反应区与再生催化剂接触发生裂化反应，生成的油气和催化剂反应物流在提升管反应区出口分离出一部分催化剂，油气和剩余催化剂一起上行，在直径扩大的第二反应区进行汽油改质反应；向第二反应区补充一部分辅助反应器的待生催化剂参与汽油改质反应。本发明中，在主反应器提升管反应区出口分离出部分因结焦而失活的催化剂，强化了整个主反应器中的催化活性及反应选择性；整体上实现对第二反应区催化剂流量及催化剂活性的控制，实现多产低烯烃高辛烷值汽油的生产目标。
Description
技术领域
本发明涉及石油化工技术领域，特别是涉及一种石油烃类原料催化裂化方法及装置。
背景技术
催化裂化装置是最主要的汽油生产装置，世界绝大部分车用汽油来自催化裂化装置，常规催化裂化采用提升管反应器。
现有提升管反应器的直径是均匀的，随着催化反应的进行，更多小分子生成，分子膨胀使提升管内垂直向上的流速急剧增加，不利于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是在均匀直径的提升管反应区的中上部进行扩径，使烯烃有更长时间参加二次反应。
CN99105903.4公开了一种用于流化催化转化的提升管反应器，沿垂直方向从下至上依次为互为同轴的预提升段、第一反应区、直径扩大了的第二反应区、直径缩小了的出口区，在出口区末端连有一段水平管。该技术中，下部的第一反应区为一次裂解反应区，反应温度较高，物料停留时间较短，而上部的第二反应区的反应温度降低，物料停留时间较长，物料进行烷基化反应和氢转移反应，提高汽油组成中异构烷烃的含量；CN01102240.X公开了一种生产低烯烃汽油和多产柴油的催化转化方法，将原料油和热的再生催化剂在反应器的第一反应区接触发生大分子裂化反应，生成的油气和带炭催化剂上行至第二反应区进行裂化反应、氢转移反应和异构化反应；工程设计上第二反应区比第一反应区要粗，其作用是降低油气和催化剂的流速和反应温度。
上述技术即石油化工科学研究院开发的MIP工艺，工业装置运行结果表明，该工艺技术能显著降低汽油中的烯烃含量，产品液收增加，焦炭选择性变强，干气和油浆产率下降。
但是，由于提升管第二反应区的直径扩大，第二反应区流体速度急剧减小，需要向第二反应区补充部分催化剂以调节、维持需要的空速。为解决上述问题，在现有设计上，石油化工科学研究院在MIP工艺的工程实施上采用从沉降器向第二反应区补入待生催化剂，其具体装置设计在《石油炼制与化工》2003年第34卷第11期第1-6页的“多产异构烷烃的催化裂化工艺的工业应用”一文中有详细介绍：采用MIP工艺对高桥石化分公司炼油厂1.4Mt/a催化裂化装置进行改造，提升管整体更换，提升管下部作为第一反应区，在提升管中部增加了一个扩径段作为第二反应区；其中沉降器整体抬高2m，在沉降器汽提段上锥段设置溢流斗，溢流斗在沉降器壁上设有抽出口，通过循环待生管线和第二反应区底部连通，从而将沉降器内的部分待生催化剂引入第二反应区。
这样就解决了第二反应区维持空速的问题，但现有MIP第二反应区为待生催化剂，补充的催化剂也是待生剂，活性已经很低，催化作用已经很有限；所以尽管石科院要求补充催化剂（常要求限制空速15~20），设计也有补剂措施，但很多装置操作中基本不补剂；空速也远高于开发方要求的值，反应温度也不能降低很多，结果会导致生焦增加，汽油改质存在的放热反应也受到抑制。
发明内容
在上述催化裂化方法的基础上，本发明的目的在于提供一种石油烃类原料催化裂化方法及装置，以适应市场灵活变化的需要，实现强化催化裂化过程生产清洁汽油的目标。
本发明采用的技术方案如下：
一种催化裂化方法，设置主反应器和辅助反应器，主反应器包括下部的提升管反应区和上部直径扩大的第二反应区；主反应器中，反应原料油在提升管反应区与再生催化剂接触发生裂化反应，生成的油气和催化剂反应物流在提升管反应区出口分离出一部分催化剂，油气和剩余催化剂一起上行，在直径扩大的第二反应区进行汽油改质反应，其特征在于：
⑴向第二反应区补充一部分辅助反应器的待生催化剂参与汽油改质反应；补充的待生催化剂或者自辅助反应器中部引出，或者自辅助反应器出口分离和汽提后引出，补充的催化剂温度在550℃以下；所述第二反应区为快速流化床，气相流速为1.2-5.0m/s；
⑵在提升管反应区和第二反应区间设置分布板，分布板设有开口或通道；在提升管反应区出口设置有催化剂分流器，提升管反应区外侧同轴设置催化剂汽提段，第二反应区设置在汽提段上方；
⑶参与主反应器反应的催化剂分两路进入主反应部分，第一路催化剂为直接来自再生器的再生催化剂或经过降温后的再生催化剂，再生催化剂先进入提升管反应区原料油喷嘴下部的预提升段，与反应原料接触反应，反应完成后在催化剂分流器中分离出一部分催化剂，未被分流的催化剂和反应油气一起向上通过分布板进入第二反应区；第二路催化剂为所述补充的待生催化剂，第二路催化剂补充进入第二反应区，与上述催化剂和反应油气物流混合后进行改质反应。
进一步地，主反应器反应部分两个反应区的待生催化剂共用一个汽提段，汽提后的催化剂经立管进入再生器再生。
进一步地，第二反应区反应后的待生催化剂部分返回第二反应区内，使部分待生催化剂在第二反应区循环，增加第二反应区的催化剂剂油比或降低反应空速。
进一步地，所述提升管反应区裂化反应后的待生催化剂的0-80%进入第二反应区参与改质反应。
进一步地，提升管反应区反应条件为，反应温度500℃-620℃，反应时间0.2-1.6s，油气平均流速为5.0~26m/s；第二反应区反应条件为，反应温度450℃-510℃，反应时间2.0-5.0s，油气平均流速为1.2-4.0m/s，优选3.0-3.5m/s。
进一步地，辅助反应器为提升管反应器，反应原料为C4组分、催化汽油、焦化汽油、石脑油这样的轻烃的一种或几种；辅助反应器与主反应器共用一个沉降器。
进一步地，所述第二反应区直径是提升管反应区直径的1.5-4.9倍，优选2.0-3.5倍。
本发明方法中，采用辅助反应器的待生催化剂进行第二反应区催化剂的置换、补充，辅助反应器同时实现C4等烃类原料裂解和催化剂输送的双重功能；辅助反应器的反应原料可以为本发明主反应器裂化产品中的轻组分，也可以来自其他装置。
本发明同时提供了一种催化裂化装置，包括主反应器、辅助反应器、沉降器、汽提段、再生器及催化剂补充管路，其特征在于：
⑴主反应器自下而上设置有提升管反应区、直径扩大的第二反应区，提升管反应区出口设置催化剂分流器；汽提段同轴设置于提升管反应区外侧，第二反应区设置在汽提段上方；
⑵主反应器、辅助反应器共用沉降器和汽提段，在沉降器、汽提段之间设置催化剂回流管，回流管上设置滑阀；
⑶在提升管反应区和第二反应区间设置分布板，分布板设有多个开口或通道；
⑷辅助反应器为提升管反应器，其中部设有待生催化剂引出口，所述催化剂补充管路上端与催化剂引出口连通，下端与第二反应区连通，用于向第二反应区补充辅助反应器的待生催化剂。
进一步地，所述第二反应区直径是提升管反应区直径的1.5-4.9倍，优选2.0-3.5倍。
进一步地，辅助反应器与主反应器共用油气出口或单独设置辅助反应器油气出口。
本发明中，通过控制进入第二反应区的提升管反应区待生催化剂的量、向第二反应区补充的辅助反应器的待生催化剂的量来控制第二反应区的空速和催化剂活性。
本发明的方案中，辅助反应器原料轻，催化剂失活慢，在主反应器提升管反应区出口分离出部分因结焦而失活的催化剂，在第二反应区补充辅助反应器的较高活性的待生催化剂，可在工程实施中根据催化剂的活性适当改变反应条件，如：适当提高空速，降低反应温度（至少降低10℃），降低油气反应时间；或者适当改进主反应器的结构，如：采用分布板减少催化剂返混。
采用本发明的技术方案，至少具有以下有益效果：
⑴由于向第二反应区补充的是高活性的待生催化剂，总体上强化了整个主反应器中的催化活性及反应选择性，有效抑制了热反应，可使反应产品中油浆降低1.0-2.0%、反应总液收增加1.0%以上；
⑵提升管反应区的待生催化剂在进入第二反应区之前先进行催化剂分流，从而控制进入第二反应区的待生催化剂与补充进入第二反应区的待生催化剂比例，整体上实现对第二反应区催化剂流量及催化剂活性的控制，实现多产低烯烃高辛烷值汽油的生产目标；
⑶采用将第二反应区适当扩径、向第二反应区补充高活性催化剂、在催化剂进入第二反应区前先分流、混合等措施，强化了第二反应区的异构化反应，实现多产低烯烃高辛烷值汽油的目标，同时降低了汽油中的硫含量。
附图说明
图1为本发明的催化裂化方法装置结构示意图。
图中编号说明：11提升管反应区；12第二反应区；13、51进料喷嘴；14分布板；15催化剂补充管路；16预提升段；18催化剂分流器；20沉降器；21催化剂回流管；22汽提段；23、25油气出口；24待生立管；30再生器；31烟气出口；32、33再生立管；34取热器；50辅助提升管反应器；52催化剂引出口。
具体实施方式
以下结合附图详细说明本发明的技术方案，但本发明的保护范围包括但是不限于此：
图1为本发明的催化裂化方法装置结构示意图，催化裂化装置包括主反应器、辅助提升管反应器50、沉降器20、汽提段22、再生器30和催化剂补充管路15；主反应器、辅助提升管反应器50共用沉降器20，分别单独设置油气出口23和25；主反应器包括自下而上设置的预提升段16、提升管反应区11、催化剂分流器18、分布板14和第二反应区12，第二反应区12直径是提升管反应区11直径的1.5-4.9倍，分布板14上设有多个开口；汽提段22同轴设置于提升管反应区11外侧，第二反应区12设置在汽提段22上方，与提升管反应区11共用汽提段22；沉降器20与汽提段22之间通过催化剂回流管21连通，回流管21上设置有滑阀；辅助提升管反应器50中部设有待生催化剂引出口52，催化剂补充管路15上端与催化剂引出口50连通，下端与第二反应区12连通；主反应器、辅助提升管反应器50分别设置有进料喷嘴13和51；汽提段22与再生器30之间设有待生立管24，主反应器、辅助提升管反应器50与再生器30间分别设有再生立管32和33；再生器30设置有烟气出口31和取热器34；汽提段22、分布板14内均根据工程需要设置相应的气体分布器。
本催化裂化方法的工艺流程如下：
主反应器中，来自再生器30的再生催化剂沿再生立管32进入主反应器的预提升段16内，在预提升蒸汽的提升下进入提升管反应区11，与预热的自进料喷嘴13喷入的原料油接触反应，反应混合物沿主反应器向上流动进入分流器18内，分离出的催化剂直接向下进入汽提段22内，其余催化剂和反应油气经分布板14均匀向上进入第二反应区12内，与经催化剂补充管路15引入的辅助提升管反应器50的待生催化剂接触混合，进行汽油改质反应；反应结束，油气和催化剂进入沉降器20进行分离，油气经油气出口23进入分馏系统，催化剂则沿催化剂回流管21进入汽提段22进行汽提后经待生立管24返回再生器30再生；
辅助提升管反应器中，来自再生器30的再生催化剂沿再生立管33进入辅助提升管反应器50下部，与预热的自进料喷嘴51喷入的轻烃原料油接触反应，在辅助提升管反应器50中部，一部分待生催化剂经催化剂引出口52引出经催化剂补充管路15补充进入主反应器的第二反应区12中参与改质反应，其余催化剂和反应油气继续沿反应器50上行反应，反应结束，油气和催化剂进入沉降器20进行分离，油气经油气出口25进入分馏系统，催化剂则沿催化剂回流管21进入汽提段22进行汽提后经待生立管24返回再生器30再生。
实施例：
某炼油厂100万吨/年汽油改质催化裂化装置，包括主反应器和辅助提升管，两反应器共用沉降器，主反应器预提升段直径1.1m，高度5m，提升管反应区直径1.4m，高20.4m，第二反应区直径4.0m，高19.5m，汽提段与提升管反应区同轴设置，直径4.2m，高度为8.9m；辅助提升管直径0.8m，辅助提升管单独设置油气出口，油气与主反应器油气分开进行后续处理；提升管反应区的待生催化剂有22%进入第二反应区，第二反应区的待生催化剂含碳量控制在0.5%；提升管反应区反应温度520℃，反应时间0.6s；第二反应区反应温度490℃，反应时间3.2s；补充到第二反应区的待生催化剂占第二反应区总催化剂循环量的65%；在第二反应区下部喷入部分急冷水。
本实施例中，主反应器采用馏分油掺炼12%减压渣油；辅助提升管采用C4轻烃进料，63%为主反应器产品组分，其余部分来自其他装置。
结果表明，采用相同的反应原料与反应条件，与现有的重油单提升管反应器相比，主反应器产品汽油中烯烃含量降至26%以下，MON增加1.2，硫含量降低。
最后所应说明的是：以上说明仅用以说明本发明而非限制，尽管参照较佳实施方式对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明进行修改或者等同替换，而不脱离本发明的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (7)
1.一种催化裂化方法，设置主反应器和辅助反应器，主反应器包括下部的提升管反应区和上部直径扩大的第二反应区；主反应器中，反应原料油在提升管反应区与再生催化剂接触发生裂化反应，生成的油气和催化剂反应物流在提升管反应区出口分离出一部分催化剂，油气和剩余催化剂一起上行，在直径扩大的第二反应区进行汽油改质反应，其特征在于：
⑴向第二反应区补充一部分辅助反应器的待生催化剂参与汽油改质反应；补充的待生催化剂或者自辅助反应器中部引出，或者自辅助反应器出口分离和汽提后引出，补充的催化剂温度在550℃以下；所述第二反应区为快速流化床，气相流速为1.2-5.0m/s；
⑵在提升管反应区和第二反应区间设置分布板，分布板设有开口或通道；在提升管反应区出口设置有催化剂分流器，提升管反应区外侧同轴设置催化剂汽提段，第二反应区设置在汽提段上方；
⑶参与主反应器反应的催化剂分两路进入主反应部分，第一路催化剂为直接来自再生器的再生催化剂或经过降温后的再生催化剂，再生催化剂先进入提升管反应区原料油喷嘴下部的预提升段，与反应原料接触反应，反应完成后在催化剂分流器中分离出一部分催化剂，未被分流的催化剂和反应油气一起向上通过分布板进入第二反应区；第二路催化剂为所述补充的待生催化剂，第二路催化剂补充进入第二反应区，与上述催化剂和反应油气物流混合后进行改质反应。
2.根据权利要求1所述的催化裂化方法，其特征在于：主反应器反应部分两个反应区的待生催化剂共用一个汽提段，汽提后的催化剂经立管进入再生器再生。
3.根据权利要求1所述的催化裂化方法，其特征在于：第二反应区反应后的待生催化剂部分返回第二反应区内，使部分待生催化剂在第二反应区循环，增加第二反应区的催化剂剂油比或降低反应空速。
4.根据权利要求1所述的催化裂化方法，其特征在于：所述提升管反应区裂化反应后的待生催化剂的0-80%进入第二反应区参与改质反应。
5.根据权利要求1所述的催化裂化方法，其特征在于：提升管反应区反应条件为，反应温度500℃-620℃，反应时间0.2-1.6s，油气平均流速为5.0~26m/s；第二反应区反应条件为，反应温度450℃-510℃，反应时间2.0-5.0s，油气平均流速为1.2-4.0m/s。
6.根据权利要求1所述的催化裂化方法，其特征在于：辅助反应器为提升管反应器，反应原料为C4组分、催化汽油、焦化汽油、石脑油这样的轻烃的一种或几种；辅助反应器与主反应器共用一个沉降器。
7.实现权利要求1所述的催化裂化方法，其特征在于：所述第二反应区直径是提升管反应区直径的1.5-4.9倍。
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