CN102827635A - 一种催化裂化方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种催化裂化方法及装置，属于石油化工技术领域。催化裂化反应在设置有一个提升管反应器的反应部分和包括上下三区再生器的再生部分的反-再装置中进行，由于原料油反应区的待生催化剂在进入油气再反应区之前先进行分流，在油气再反应区进行催化剂的置换和补充，强化了整个反应器的催化选择性；由于反-再装置的设计，催化剂的置换补充不需专门的提升介质，大大降低操作费用。
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最大弊端是提升管过长，提升管出口处的催化剂活性只有初始活性的1/3左右，因此，在提升管反应器的后半段，催化剂活性及选择性已急剧下降，催化作用变差，热裂化反应及其他不利二次反应增加，不但限制了单程转化率的提高，同时导致催化汽油烯烃含量高达45%以上，远不能满足汽油的新标准要求。随着催化剂活性的降低，催化反应的选择性必然下降，副反应自然增加。
要提高催化过程的单程转化率，核心问题是提高现有提升管反应器后半段的催化剂活性，石油大学在CN99213769.1提出了用于催化裂化的两段串联式提升管反应器，该反应器由两结构相同提升管头尾相接串联而成，该技术通过采用两段接力式的反应装置，强化了常规提升管催化裂化反应过程，从而提高了催化剂的有效活性和选择性；但该技术限于原理，缺乏可操作的实施办法；工程实施时相当于建设两套上下重叠的催化裂化装置，投资费用高，实施可能性很小。
CN00122845.5公开了一种烃油的两段催化裂化方法，使烃油首先在第一反应器中与裂化催化剂接触并反应，所生成的油气送入第二反应器中与含有五元环高硅沸石的催化剂接触并反应，所生成的油气送入分馏塔进行分离。该方法两反应器中的催化剂是组成和性质不同的催化剂，虽然使第一反应器的反应油气与第二反应器中的新鲜催化剂接触，提高了第二反应器中的产品选择性，但该方法采用了两种催化剂，两套反应-再生系统，投资费用较高。
CN00134054.9公开了一种两段提升管催化裂化新技术，将提升管分为上下两段，第一区催化剂来自再生器，第一区反应结束，催化剂、油气通过设置在第一区末端的中间分流器分离，仅油气继续进入第二反应段反应；第二反应段的催化剂为来自再生器的经过外取热器取热的再生催化剂。该技术是在反应第二段（即后半段）用高活性的经取热的低温再生催化剂与油气继续接触反应，提高了第二段的催化剂活性，提高了单程转化率。但该技术中第一区分离出来的催化剂在进入再生器前必须经过汽提，同时再生催化剂必须由输送介质输送才能进入第二段，汽提蒸汽、输送介质将全部进入第二段，势必影响到第二段的反应；若限制汽提蒸汽量，则会影响到汽提效果，进而影响再生过程；此外，从外取热器底部到第二反应段入口高度差几十米，输送介质量很大，需要消耗大量能耗；且该技术需要两个沉降器，两个汽提段，投资大幅增加。
发明内容
在上述两段催化裂化方法的基础上，本发明的目的在于提供一种既能改善产品分布和产品质量又降低工程投资和方便工程实施的催化裂化方法，本发明同时提供了实现该方法的装置。
本发明采用的技术方案如下：
一种催化裂化方法，催化裂化反应在设置有一个提升管反应器的反应部分和包括上下三区再生器的再生部分的反-再装置中进行，其特征在于：
⑴反应部分由提升管反应器、待生催化剂汽提区及沉降器组成；提升管反应器包括自下而上的预提升段、原料油反应区、催化剂分流区、催化剂补充分配区和油气再反应区；催化剂分流区设置在原料油反应区出口；催化剂分流区和油气再反应区之间设有通道，在该通道外围设置催化剂补充分配区；
⑵再生部分包括再生器下部的第一再生区、再生器中部的密相流化床区和上部的稀相催化剂沉降分离区；第一再生区和中部密相流化床区之间用隔板分开；
⑶来自再生器中部密相流化床的再生催化剂按以下方式分别进入提升管反应器预提升段和催化剂补充分配区：
进入预提升段：再生催化剂直接靠重力向下进入提升管原料油反应区喷嘴下方的预提升段，或者再生催化剂先在重力作用下进入催化剂温度控制器调节降温后再靠重力向下进入预提升段，或者再生催化剂和经过催化剂温度控制器调节降温后的再生催化剂分两路同时靠重力向下进入预提升段；
进入催化剂补充分配区：再生催化剂先在重力作用下进入催化剂温度控制器进行调节降温，降温后的催化剂不需介质输送直接在重力作用下经立管向下进入催化剂补充分配区；
⑷所述催化裂化反应流程如下：所述进入预提升段的再生催化剂与预热的反应原料油接触混合并沿提升管反应器向上进入原料油反应区，进行催化裂化反应；催化剂和反应油气向上进入催化剂分流区内，采用气固向外旋流方式使部分催化剂切向分流并靠重力向下流入催化剂汽提区，保持反应油气中留存有催化剂；未被分流的催化剂和反应油气继续向上流动，与所述进入催化剂补充分配区的再生催化剂一起进入油气再反应区混合并进行油气的催化再反应；完成裂化反应后，提升管内的油气和催化剂在沉降器内实现气固分离，油气经油气管线进入分馏塔系统，原料油反应区和油气再反应区的待生催化剂在汽提段内经蒸汽汽提后，自催化剂立管进入再生器回复活性。
在上述的催化裂化方法中，进一步地，提升管原料油反应区反应条件为：反应温度510-550℃、反应时间0.4-0.8s、油气平均流速5.0-20m/s，优先采用反应温度520-540℃。
在上述的催化裂化方法中，进一步地，预提升段的再生催化剂的温度或混合温度为620-700℃。
在上述的催化裂化方法中，进一步地，进入催化剂补充分配区的再生催化剂经再生催化剂温度控制器调节降温至490-650℃；优先采用降温至530-600℃。
在上述的催化裂化方法中，进一步地，对以汽柴油收率为目的的油品型催化裂化，油气再反应区反应温度490-515℃，反应时间0.6-1.2s；对以低碳烯烃收率为目的的化工型催化裂化，油气再反应区反应温度530-630℃，反应时间1.0-2.0s。
上述催化裂化方法中，回炼油等其他烃类组分也可以进入原料油反应区或油气再反应区参与催化裂化；还可以在油气再反应区设置急冷介质，用于控制油气再反应区的反应时间。具体地，可以使回炼油与原料油在原料油反应区混合进料或者使回炼油在油气再反应区进料，优先考虑回炼油在油气再反应区进料；进料方式上可采用原料油单独进料，或者原料油在原料油反应区下部进料、回炼油在原料油进料口上部适当位置进料，或者原料油在原料油反应区进料、回炼油在油气再反应区进料等灵活方式，具体可根据原料性质、工艺要求进行调整；相应地，可以在反应器适当位置设置一排到多排进料喷嘴，具体可根据原料性质、工艺要求进行调整，以适应原料变化需要。
在上述的催化裂化方法中，进一步地，再生部分第一再生区气体流速为1.5-3.0m/s。
在上述的催化裂化方法中，进一步地，提升管反应器原料油反应区和油气再反应区的待生催化剂共用一个汽提区或分别设置汽提区；汽提后的催化剂经立管进入再生器再生。
在上述的催化裂化方法中，进一步地，部分油气再反应区反应后的待生催化剂靠重力返回油气再反应区内，在油气再反应区循环，增加油气再反应区的催化剂藏量或降低反应空速。
在上述的催化裂化方法中，进一步地，所述提升管反应器原料油反应区的待生催化剂进入油气再反应区的量根据油气再反应区催化剂的含碳量控制；所述原料油反应区待生催化剂的5-40%进入油气再反应区，优先采用使原料油反应区待生剂的15-25%进入油气再反应区。
本发明同时提供了一种催化裂化装置，包括一个提升管反应器、沉降器、汽提段和与反应器并列设置的一个含有同轴上下三区的再生器，其特征在于：
⑴所述提升管反应器自下而上设置有预提升段、原料油反应区、油气再反应区，在原料油反应区出口外设置催化剂分流器；油气再反应区设置在所述汽提段上方，汽提段与原料油反应区同轴或并列设置；
⑵所述再生器同轴设置有下部的第一再生区、中部的密相流化床区和上部的稀相催化剂沉降分离区，第一再生区和密相流化床区间设置有隔板；第一再生区高度为18-26m；
⑶设置再生催化剂温度控制器，该催化剂温度控制器与再生器密相流化床区间设置有再生催化剂进入管，与提升管反应器间设置有降温再生催化剂管线，在所述管线上设置滑阀；
⑷在所述提升管反应器油气再反应区下部安装分布板，分布板设有开口或通道，所述低温再生催化剂管线与油气再反应区通过油气再反应区侧壁的连通口连通，该连通口与所述分布板之间的区域构成催化剂补充分配区，原料油反应区出口与所述分布板之间的区域构成催化剂分流区；或者在油气再反应区下部安装上、下隔板，所述上、下隔板上均设有通道，其中下隔板设有一个来自原料油反应区催化剂和油气物流的上升通道，上隔板设有一个与油气再反应区连通的上述原料油反应区物流和补充的降温催化剂物流的上升通道，上、下隔板之间和上述通道外的区域构成催化剂补充分配区，所述低温再生催化剂管线与该催化剂补充分配区连通，原料油反应区出口与所述下隔板之间的区域构成催化剂分流区；
⑸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，油气再反应区反应后的待生催化剂通过催化剂回流管进入汽提段进行汽提；或者在油气再反应区设置第二汽提段，第二汽提段与油气再反应区同轴或并列设置，油气再反应区反应后的待生催化剂进入第二汽提段进行汽提。
在上述的催化裂化装置中，进一步地，设置连通沉降器与油气再反应区或连通第二汽提段与油气再反应区的催化剂循环管，在该催化剂循环管上设置滑阀，用于使部分油气再反应区反应后的待生催化剂返回油气再反应区内。
上述催化裂化装置中，分布板设置开口或通道的个数及截面积通过控制油气线速在20-30m/s进行具体工艺设计。
本发明中，催化剂温控器的设计可以实现对进入反应器的催化剂温度的灵活调节，催化剂温控器的内部结构设计优先选用ZL200920223355.1中所述的催化剂降温设备；此外，在汽提段、分布板、催化剂补充分配区及催化剂温控器等相应区域均根据工程需要设置相应的气体分布器。
本发明的技术方案是这样实现的：来自再生器的再生催化剂在反应器原料油反应区与预热的原料油接触反应，反应混合物沿反应器向上流动进入催化剂分流区，一部分反应过的待生催化剂分流出来进入汽提段，其余反应物流则继续向上进入油气再反应区，与一部分经催化剂温控器冷却降温至适宜温度的再生催化剂混合后，进行催化再反应；反应结束，油气和催化剂进入沉降器进行分离，油气经油气出口进入分馏系统，催化剂则进入汽提段进行汽提后返回再生器再生。
采用本发明的技术方案，至少具有以下有益效果：
⑴由于向油气再反应区补充的是高活性的低温、再生催化剂，总体上强化了整个反应器中的催化活性及反应选择性，有效抑制了热反应，可使反应总液收增加1.0%以上；
⑵原料油反应区的待生催化剂在进入油气再反应区之前先进行分流，从而控制进入油气再反应区的待生催化剂与补充进入油气再反应区的再生催化剂的比例，整体上实现对油气再反应区催化剂流量及催化剂活性的控制，实现改善产品分布和产品质量的目标；
⑶由于反-再装置的设计，再生催化剂进入反应器预提升段和催化剂补充分配区的入口标高，均低于再生催化剂由再生催化剂温度控制器引出口的标高，催化剂靠重力自然下降分别引入预提升段和催化剂补充分配区，不需提升介质；
⑷设置的第二汽提段，可以使原料油反应区裂化反应后的待生催化剂、油气再反应区裂化反应后的待生催化剂分别在汽提段、第二汽提段进行汽提后再生，可根据工艺需要设置不同的汽提条件，利于装置操作。
附图说明
图1-6为本发明的催化裂化装置示意图。
图中编号说明：1进料喷嘴；2分布板；3隔板通道；4分流器；6催化剂回流管；7汽提段；8油气出口；9、10待生立管；11第二汽提段；12催化剂循环管；13再生器；14烟气出口；15、16再生立管；17第一再生区；18密相流化床区；19催化剂沉降分离区；20隔板；21催化剂温控器；22低温再生催化剂管线；23再生催化剂进入管；24连通口；Ⅰ原料油反应区；Ⅱ油气再反应区；Ⅲ催化剂分流区；Ⅳ催化剂补充分配区；Ⅴ、Ⅶ待生催化剂汽提区，Ⅵ沉降器；Ⅷ预提升段。
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：
实施例1：
某炼油厂催化裂化装置设计如图1所示：
反应部分包括预提升段Ⅷ、原料油反应区Ⅰ、油气再反应区Ⅱ、催化剂分流区Ⅲ、催化剂补充分配区Ⅳ、待生催化剂汽提区Ⅴ、Ⅶ及沉降器Ⅵ；再生部分的再生器13同轴设置有下部的第一再生区17、中部的密相流化床区18和上部的稀相催化剂沉降分离区19，第一再生区17和密相流化床区18间设置有隔板20；反应器同时设置有汽提段7和第二汽提段11，汽提段7与原料油反应区Ⅰ同轴设置，第二汽提段11与油气再反应区Ⅱ同轴设置；在原料油反应区Ⅰ出口外设置有催化剂分流器4；油气再反应区Ⅱ设置在汽提段7上方；催化剂温度控制器21与再生器密相流化床区18间设置有再生催化剂进入管23，与反应器催化剂补充分配区Ⅳ间设置有降温再生催化剂管线22，在管线22上设置有滑阀，22与分配区Ⅳ通过连通口24连通；在油气再反应区Ⅱ下部安装上、下隔板，上、下隔板上均设有通道3；反应器设置有一排进料喷嘴1。
来自再生器密相流化床区18的690℃左右的再生催化剂沿再生立管15流入预提升段Ⅷ中，与预热至220℃经喷嘴1雾化后的重油混合进入提升管反应器原料油反应区Ⅰ内，沿原料油反应区Ⅰ向上流动并不断反应，反应时间0.8s，反应温度520℃；反应混合物向上经分流器4分离出的催化剂进入汽提段7中汽提后沿待生立管9进入再生器13中进行再生，油气及未分离的催化剂经隔板通道3向上进入油气再反应区Ⅱ内；同时，自催化剂温控器21引出的低温再生催化剂沿低温再生催化剂管线22经催化剂分配区Ⅳ进入油气再反应区Ⅱ，与进入油气再反应区Ⅱ的上述原料油反应区Ⅰ的反应油气及待生催化剂接触混合并继续反应，反应温度510℃，反应时间0.6s。反应结束后，油气进入沉降器Ⅵ内，分离出催化剂的油气经出口管线8引出，待生催化剂则流入第二汽提段11内，汽提出催化剂中夹带的油气，经待生立管10返回再生器13再生，再生烟气由烟气出口14排出装置。
本实施例与已有技术相比，单程转化率平均提高10%以上，液收增加2%左右。
实施例2：
如图2所示，汽提段7与原料油反应区Ⅰ同轴设置，第二汽提段11与油气再反应区Ⅱ并列设置；在沉降器Ⅵ与催化剂补充分配区Ⅳ间设置催化剂循环管12，使部分待生催化剂返回油气再反应区Ⅱ内参与反应。其余部分装置结构同例1。
实施例3：
如图3所示，汽提段7与原料油反应区Ⅰ并列设置，第二汽提段11与油气再反应区Ⅱ并列设置；在沉降器Ⅵ与催化剂补充分配区Ⅳ间设置催化剂循环管12，使部分待生催化剂返回油气再反应区Ⅱ内参与反应。其余部分装置结构同例1。
实施例4：
如图4所示，在油气再反应区Ⅱ下部安装分布板2，2上设有多个开口或通道；反应部分包括预提升段Ⅷ、原料油反应区Ⅰ、油气再反应区Ⅱ、催化剂分流区Ⅲ、催化剂补充分配区Ⅳ、待生催化剂汽提区Ⅴ及沉降器Ⅵ；汽提段7与原料油反应区Ⅰ同轴设置，油气再反应区Ⅱ与原料油反应区Ⅰ共用汽提段7，在沉降器Ⅵ、汽提段7之间设置催化剂回流管6，使油气再反应区Ⅱ反应后的待生催化剂通过回流管6进入汽提段7进行汽提后进入再生器13中再生。再生部分装置结构同例1。
实施例5：
如图5所示，在催化剂温度控制器21与预提升段Ⅷ之间设置再生立管16，16上设置滑阀；其余部分装置结构同例2。
本实施例中，进入预提升段Ⅷ的为两股催化剂物流：直接经再生立管15引出的再生催化剂和经过催化剂温度控制器21调节降温后的再生催化剂，两股催化剂在预提升段Ⅷ混合均匀后再向上流动参与催化反应。
实施例6：
如图6所示，装置结构同例1，与预提升段Ⅷ连接的待生立管16上部不直接与再生器13密相流化床区18连通，而是与催化剂温度控制器21连通。
本实施例中，进入预提升段Ⅷ的催化剂物流为经过催化剂温度控制器21调节降温后的再生催化剂。
Claims (11)
1.一种催化裂化方法，催化裂化反应在设置有一个提升管反应器的反应部分和包括上下三区再生器的再生部分的反-再装置中进行，其特征在于：
⑴反应部分由提升管反应器、待生催化剂汽提区及沉降器组成；提升管反应器包括自下而上的预提升段、原料油反应区、催化剂分流区、催化剂补充分配区和油气再反应区；催化剂分流区设置在原料油反应区出口；催化剂分流区和油气再反应区之间设有通道，在该通道外围设置催化剂补充分配区；
⑵再生部分包括再生器下部的第一再生区、再生器中部的密相流化床区和上部的稀相催化剂沉降分离区；第一再生区和中部密相流化床区之间用隔板分开；
⑶来自再生器中部密相流化床的再生催化剂按以下方式分别进入提升管反应器预提升段和催化剂补充分配区：
进入预提升段：再生催化剂直接靠重力向下进入提升管原料油反应区喷嘴下方的预提升段，或者再生催化剂先在重力作用下进入催化剂温度控制器调节降温后再靠重力向下进入预提升段，或者再生催化剂和经过催化剂温度控制器调节降温后的再生催化剂分两路同时靠重力向下进入预提升段；
进入催化剂补充分配区：再生催化剂先在重力作用下进入催化剂温度控制器进行调节降温，降温后的催化剂不需介质输送直接在重力作用下经立管向下进入催化剂补充分配区；
⑷所述催化裂化反应流程如下：所述进入预提升段的再生催化剂与预热的反应原料油接触混合并沿提升管反应器向上进入原料油反应区，进行催化裂化反应；催化剂和反应油气向上进入催化剂分流区内，采用气固向外旋流方式使部分催化剂切向分流并靠重力向下流入催化剂汽提区，保持反应油气中留存有催化剂；未被分流的催化剂和反应油气继续向上流动，与所述进入催化剂补充分配区的再生催化剂一起进入油气再反应区混合并进行油气的催化再反应；完成裂化反应后，提升管内的油气和催化剂在沉降器内实现气固分离，油气经油气管线进入分馏塔系统，原料油反应区和油气再反应区的待生催化剂在汽提段内经蒸汽汽提后，自催化剂立管进入再生器回复活性。
2.根据权利要求1所述的催化裂化方法，其特征在于：提升管原料油反应区反应条件为：反应温度510-550℃、反应时间0.4-0.8s、油气平均流速5.0-20m/s。
3.根据权利要求1所述的催化裂化方法，其特征在于：预提升段的再生催化剂的温度或混合温度为620-700℃。
4.根据权利要求1所述的催化裂化方法，其特征在于：进入催化剂补充分配区的再生催化剂经再生催化剂温度控制器调节降温至490-650℃。
5.根据权利要求1所述的催化裂化方法，其特征在于：对以汽柴油收率为目的的油品型催化裂化，油气再反应区反应温度490-515℃，反应时间0.6-1.2s；对以低碳烯烃收率为目的的化工型催化裂化，油气再反应区反应温度530-630℃，反应时间1.0-2.0s。
6.根据权利要求1所述的催化裂化方法，其特征在于：再生部分第一再生区气体流速为1.5-3.0m/s。
7.根据权利要求1所述的催化裂化方法，其特征在于：提升管反应器原料油反应区和油气再反应区的待生催化剂共用一个汽提区或分别设置汽提区；汽提后的催化剂经立管进入再生器再生。
8.根据权利要求1所述的催化裂化方法，其特征在于：部分油气再反应区反应后的待生催化剂靠重力返回油气再反应区内，在油气再反应区循环，增加油气再反应区的催化剂藏量或降低反应空速。
9.根据权利要求1所述的催化裂化方法，其特征在于：所述提升管反应器原料油反应区的待生催化剂进入油气再反应区的量根据油气再反应区催化剂的含碳量控制；所述原料油反应区待生催化剂的5-40%进入油气再反应区。
10.一种催化裂化装置，包括一个提升管反应器、沉降器、汽提段和与反应器并列设置的一个含有同轴上下三区的再生器，其特征在于：
⑴所述提升管反应器自下而上设置有预提升段、原料油反应区、油气再反应区，在原料油反应区出口外设置催化剂分流器；油气再反应区设置在所述汽提段上方，汽提段与原料油反应区同轴或并列设置；
⑵所述再生器同轴设置有下部的第一再生区、中部的密相流化床区和上部的稀相催化剂沉降分离区，第一再生区和密相流化床区间设置有隔板；第一再生区高度为18-26m；
⑶设置再生催化剂温度控制器，该催化剂温度控制器与再生器密相流化床区间设置有再生催化剂进入管，与提升管反应器间设置有降温再生催化剂管线，在所述管线上设置滑阀；
⑷在所述提升管反应器油气再反应区下部安装分布板，分布板设有开口或通道，所述低温再生催化剂管线与油气再反应区通过油气再反应区侧壁的连通口连通，该连通口与所述分布板之间的区域构成催化剂补充分配区，原料油反应区出口与所述分布板之间的区域构成催化剂分流区；或者在油气再反应区下部安装上、下隔板，所述上、下隔板上均设有通道，其中下隔板设有一个来自原料油反应区催化剂和油气物流的上升通道，上隔板设有一个与油气再反应区连通的上述原料油反应区物流和补充的降温催化剂物流的上升通道，上、下隔板之间和上述通道外的区域构成催化剂补充分配区，所述低温再生催化剂管线与该催化剂补充分配区通过催化剂补充分配区侧壁的连通口连通，原料油反应区出口与所述下隔板之间的区域构成催化剂分流区；
⑸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；或者在油气再反应区设置第二汽提段，第二汽提段与油气再反应区同轴或并列设置。
11.实现权利要求10所述的催化裂化装置，其特征在于：设置连通沉降器与油气再反应区或连通第二汽提段与油气再反应区的催化剂循环管，在该催化剂循环管上设置滑阀。
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