CN102989528A - 一种补充催化裂化装置热量的催化剂再生方法及设备 - Google Patents
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Abstract
一种补充催化裂化装置热量的催化剂再生方法，燃料油喷入再生器底部，在贫氧环境中与待生斜管来的待生催化剂混合，然后经进入催化剂再生器的密相床层，与含氧气体接触燃烧，烧焦再生后的再生催化剂经再生斜管引出催化剂再生器，进入催化裂化反应器中循环使用，燃烧反应后产生的烟气经再生器顶部的烟气出口排出装置。及其实现该方法的催化剂再生器。本发明提供的方法和再生器可以避免燃料油喷入局部不均匀，燃烧后导致局部结焦的现象。可用于反应需热量较大，而再生器烧焦放热不能满足反应再生系统热平衡的催化裂化过程。
Description
技术领域
本发明涉及一种不存在氢的情况下烃油催化裂化方法和设备，更具体地说，涉及一种催化裂化装置补充反应再生系统热量的方法和催化剂再生器。
背景技术
流化催化裂化、催化裂解是石油炼制领域最重要的二次加工手段之一。随着催化裂化工艺和催化剂的发展，目前绝大多数催化裂化装置的提升管进料一般为蜡油掺渣油、常压渣油甚至减压渣油等原料油，这些原料在催化裂化反应过程中的生焦率较高，再生器烧焦所放热量一般都可满足反应再生系统热平衡的需要，甚至热量过剩，常需要采用各种再生器取热措施。但早期的流化催化裂化进料多为直馏蜡油、减压蜡油等较轻质的原料油，反应过程的生焦率较小，有时再生器烧焦所放的热量无法满足反应再生系统热量平衡的需要。
近年来，催化裂化装置加工的原料越来越多样化，随着技术的进步和对产物需求的不同，烃类催化裂解制低碳烯烃是一种有吸引力的技术，目前已有多种催化裂化装置加工轻质原料生产低碳烯烃的技术，例如，CN101190863A公开了一种流化床催化裂解制乙烯和丙烯的方法，以组份为C4～C10烃的石脑油为原料，在反应温度为550～700℃，使用SiO2或复合分子筛催化剂，进行催化裂解反应生成乙烯丙烯。催化裂化轻质原料生产低碳烯烃的方法，在轻质油催化裂化过程中形成的少量焦炭也不足以提供装置所需热量。因此常需采用向再生器喷入燃烧油(一般为柴油)的方法补充热量。
传统的再生器喷燃烧油方法是在再生器床层适当的位置侧面用燃烧油喷嘴喷入，一般喷入柴油馏分，目前催化裂化装置开工时喷燃烧油均采用这种方法。常规向再生器中喷入燃料油的方法存在的问题是燃料油喷入不均匀，容易造成床层局部的严重过热现象，引起催化剂分子筛结构的崩塌，加快催化剂的破损和失活。
USP7153479公开了一种带有“燃烧井”的催化剂再生器，该再生器中结合待生立管和待生塞阀设计的“燃烧井”，“燃烧井”设置于待生立管外部，与待生立管之间围绕成一个环形空间，燃料油由喷嘴喷入该环形空间内，与待生催化剂混合分配后，由燃烧井上部进入再生器床层与含氧气体接触燃烧，通过额外喷入的燃料油燃烧为整个反应再生系统补充热量。
上述为催化裂化装置补充热量的方法存在的问题是催化剂再生器结构复杂，且仅适用于同轴式催化裂化装置及采用待生塞阀的装置型式，在工业实施中有一定的局限性。
发明内容
本发明要解决的技术问题之一是在现有催化裂化技术的基础上，提供一种补充反应再生系统热量以满足反应再生系统热平衡的方法。
本发明要解决的技术问题之二是提供一种能补充催化裂化反应再生系统热量的催化剂再生器。
本发明提供的补充催化裂化装置热量的方法，包括：燃料油喷入再生器底部，在贫氧环境中与待生斜管来的待生催化剂混合，然后进入催化剂再生器的密相床层，与含氧气体接触燃烧，烧焦再生后的再生催化剂经再生斜管引出催化剂再生器，进入催化裂化反应器中循环使用，燃烧反应后产生的烟气经再生器顶部的烟气出口排出装置。
本发明提供的方法的有益效果为：
本发明提供的方法，燃料油和催化剂先混合，再进入催化剂床层中与含氧气体接触燃烧，可以避免燃料油喷入局部不均匀，燃烧后导致局部结焦或过热现象。适用性更广，燃料油馏分的灵活性更大。可用于反应需热量较大，而再生器烧焦放热不能满足反应再生系统热平衡的催化裂化过程。
本发明提供的催化裂化催化剂再生器，包括一个容纳催化剂密相床的反应器，连通催化剂密相床层和再生催化剂斜管的再生催化剂出口，和反应器顶部的烟气排出口，再生器底部的待生剂直管出口伸入再生器中部，待生剂直管底部设有待生催化剂入口和燃料油喷嘴，待生剂直管顶部设置分配器，再生器内部、待生剂直管分配器之下设置主风气体分布器，再生催化剂出口设置于再生器催化剂床层上部。
本发明提供的催化裂化催化剂再生器的有益效果为：
本发明提供的催化裂化催化剂再生器可用于反应需热量较大，而再生器烧焦放热不能满足反应再生系统热平衡的催化裂化过程。在需要向催化剂再生器中喷入燃料补热时，可避免再生器中催化剂局部严重过热的现象。
附图说明
附图1为本发明提供的补充催化裂化装置热量的催化剂再生方法和再生器结构示意图。
附图2为常规催化裂化催化剂再生器补热示意图。
其中：1-待生催化剂斜管，21-燃烧油蒸汽喷嘴，3-待生催化剂直管，4-分配器，5、6-主风分布器，7-再生催化剂斜管，8、9-管线。
具体实施方式
本发明提供的补充催化裂化装置热量的方法是这样具体实施的，
燃料油喷入再生器底部，来自待生催化剂斜管的待生催化剂也进入再生器底部，在再生器底部空间，燃料油和待生催化剂充分混合，燃料油均匀包覆在催化剂上，然后进入密相催化剂床层中，包覆了燃料油的待生催化剂在高温下与含氧气体接触燃烧，积炭的待生催化剂烧焦脱除积炭恢复活性，得到恢复了活性的再生催化剂，同时加入的燃料油燃烧补充再生器所放热量的不足，维持反应再生系统的热量平衡。再生催化剂经再生催化剂斜管输送到催化裂化反应器中循环使用。燃烧反应后产生的烟气由催化剂再生器顶部的烟气出口排出装置。
本发明提供的方法中，所述的待生催化剂斜管是指由催化裂化反应器到催化裂化催化剂再生器的待生催化剂输送管道。所述的再生催化剂斜管是指由催化裂化催化剂再生器到催化裂化反应器的再生催化剂输送管道。
本发明提供的方法中，燃料油经喷嘴喷入催化剂再生器下部的贫氧环境空间中，先和待生催化剂均匀混合，所述的贫氧环境空间是指不与含氧气体接触的空间，可以是密闭的或开放的，所述的密闭空间是指由器壁密闭的空间，所述的开放的空间是指含氧气体入口下部的空间，由于含氧气体引入催化剂再生器中后向上流动，含氧气体入口下部为贫氧环境，催化剂再生器底部引入的待生催化剂和喷入的燃料油均匀混合后向上运动，再与氧气接触燃烧。
本发明提供的方法中，优选的方案是在再生器底部设置待生剂直管，待生剂直管形成封闭的贫氧空间，燃料油喷入所述的待生剂直管底部，与来自待生催化剂斜管的待生催化剂混合均匀后，经待生剂直管顶部的分配器进入再生器催化剂密相床层中。
本发明提供的方法中，所述的待生剂直管中的油气停留时间为0.1～0.5秒。
本发明提供的方法中，待生催化剂和燃料油在待生剂直管内混合均匀后进入催化剂再生器催化剂密相床的中部，所述的密相床的中部是指从下至上催化剂密相床层料位的20％～50％处、优选30％～40％处。
本发明提供的方法中，所述的燃料油为可以在高温下与氧气接触燃烧放热的液体燃料，本发明对此没有限制，其中优选重汽油、柴油和重油中的一种或几种，更优选重油。
本发明提供的方法中，所述的燃料油喷入的量可以由催化裂化反应再生系统热平衡计算确定。
本发明提供的方法中，所述的含氧气体经主风分布器引入到再生器催化剂密相床层中，使得含氧气体均匀穿过催化剂密相床层。所述的气体分布器可以是带有孔缝的环管或支管，本发明对此没有限制。
所述的含氧气体的含氧量可以为15～30v％，优选空气。含氧气体的喷入量通过监测催化剂再生器顶部排出的烟气中的氧含量决定，应控制催化剂再生器排出烟气中的氧过量，一般地，催化剂再生器顶部排出烟气中的氧含量为0.2v％～8v％、优选为1v％～5v％。可以利用在线仪器仪表或人工取样分析等方法检测烟气中的氧气含量。
本发明提供的方法中，所述的催化剂再生器的再生温度为600℃～780℃、优选为680℃～750℃，催化剂停留时间为1min～12min、优选为3min～6min。
本发明提供的方法中，所述的催化剂再生器中的催化剂密相床中待生催化剂烧焦再生，再生后恢复活性的再生催化剂经再生斜管引出催化剂再生器，进入催化裂化反应系统。催化剂再生器上的再生催化剂出口设置在催化剂密相床层的上部，所述的催化剂密相床层的上部是指由下至上，催化剂密相床层料位的70％～90％处。再生催化剂经再生催化剂出口到再生催化剂斜管中，经再生催化剂斜管输送到催化裂化反应器中循环使用。
本发明提供的催化裂化催化剂再生器，包括一个容纳催化剂密相床的反应器，连通催化剂密相床层和再生催化剂斜管的再生催化剂出口，以及反应器顶部的烟气排出口，再生器底部的待生剂直管出口伸入再生器催化剂密相床层中部，待生剂直管底部设有待生催化剂入口和燃料油喷嘴，待生剂直管顶部设置分配器，再生器内部、待生剂直管分配器之下设置主风分布器再生催化剂出口设置于再生器催化剂床层上部。
本发明提供的催化剂再生器中，所述的待生剂直管出口伸入再生器中，从下至上催化剂密相床层料位的20％～50％处。
本发明提供的催化剂再生器中，所述的再生催化剂出口设置于从下至上催化剂密相床层料位的70％～90％处。
本发明提供的催化剂再生器中，所述的燃料油喷嘴为短管、喉管式喷嘴、喷淋式喷嘴等类型。
本发明提供的催化剂再生器中，所述的待生剂直管顶部的分配器优选为伞帽式，伞帽及直管顶部侧面开有圆形或矩形开孔。
本发明提供的催化剂再生器中，所述的主风分布器为环形圆管，在圆管侧面均匀开数个小孔，每个小孔中均焊接有短管式的气体喷嘴，主风分布器可以设置一层或多层。主风分布器还可以是树枝状分布管或气体分布板等其它形式。
下面结合附图具体说明本发明提供的方法和再生器的具体内容，但本发明并不因此而受到任何限制。
附图1为本发明提供的方法和催化剂再生器的结构示意图，如图1所示，来自反应沉降器的温度为450～700℃的待生催化剂由待生催化剂斜管1进入待生剂直管3中，燃料油蒸汽由燃料油蒸汽喷嘴21喷入待生剂直管3的底部，待生催化剂与燃料油蒸汽混合均匀后，经伞帽型分配器4分配后进入再生器催化剂密相床层，与主风分布器5、6来的含氧气体接触燃烧，待生催化剂烧焦恢复活性。催化剂再生器的再生温度为600℃～780℃、优选为680℃～750℃，催化剂停留时间为1min～12min、优选为3min～6min。温度为650～780℃的高温再生催化剂经再生催化剂斜管7去催化裂化反应器中循环使用。主风分布器5、6可以是分布管或分布板等多种形式。
附图2为为常规催化裂化催化剂再生器补热示意图。如图2所示，经管线8来的燃料油和经管线9来的高温蒸汽混合后，在再生器床层适当的位置侧面用燃料油喷嘴21喷入再生器中，喷入的燃料油和再生器催化剂密相床层中遇到含氧气体和催化剂即燃烧放热。该方法由于燃料油喷入不均匀，容易造成床层局部的严重过热现象，引起催化剂分子筛结构的崩塌，加快催化剂的破损和失活。
下面由实施例具体说明本发明，但本发明并不因此而受到任何限制。
实施例和对比例中，所用的催化剂商品号为MMC-2，由中石化催化剂公司齐鲁催化剂分公司生产。所用的石脑油原料、燃料油取自中国石化燕山石化分公司炼油厂。
实施例
实施例说明本发明提供的补充催化裂化装置热量的方法和再生器的效果。
以石脑油为原料经催化裂化多产低碳烯烃，催化剂裂化催化剂为MMC-2，在中型提升管反应器上进行试验，提升管高度为5.5米，管径为16毫米。再生器的结构如附图1所示，待生催化剂由待生催化剂斜管1进入待生剂直管3中，柴油和蒸汽由喷嘴21喷入待生剂直管3的底部，待生催化剂与燃料油蒸汽混合均匀后，经伞帽型分配器4进入再生器催化剂密相床层，与主风分布器5、6来的含氧气体接触燃烧，待生催化剂烧焦恢复活性。高温再生催化剂经再生催化剂斜管7去提升管反应器中循环使用。主风分布器5、6为两层分布管的结构。石脑油原料的性质见表1，催化剂的性质见表2，反应-再生系统的操作条件和产品分布见表3。
对比例
对比例说明不补充热量的催化裂化过程和效果。
采用实施例其中的提升管反应装置，石脑油原料和催化剂同实施例1，所不同的是采用常规的再生器结构，同时，再生器中不喷入燃料油补充热量。石脑油原料的性质见表1，催化剂的性质见表2，反应-再生系统的操作条件和产品分布见表3。
表1石脑油原料性质
| 密度(20℃)，g/cm3 | 0.7358 |
| 蒸气压，kPa | 50.0 |
| 族组成，w％ | |
| 链烷烃 | 51.01 |
| 环烷烃 | 38.24 |
| 烯烃 | 0.12 |
| 芳烃 | 10.52 |
| 馏程，℃ | |
| IBP | 46 |
| 10％ | 87 |
| 30％ | 107 |
| 50％ | 120 |
| 70％ | 133 |
| 90％ | 149 |
| 95％ | 155 |
表2催化剂性质
| 表观密度，g/cm3 | 0.82 |
| 化学组成，wt％ | |
| A12O3 | 51.5 |
| SiO2 | 41.9 |
| P2O5 | 3.34 |
| Fe2O3 | 0.50 |
| 物理性质 | |
| 比表面积，m2/g | 129 |
| 孔体积，mL/g | 0.170 |
| 粒度分布，％ | |
| 0～40μm | 14.5 |
| 40～80μm | 44.3 |
| ＞80μm | 56.7 |
| 微反活性，wt％ | 66 |
表3操作条件及产品分部
| 实施例 | 对比例 | |
| 提升管反应器操作条件 | ||
| 进料量，kg/h | 10 | 10 |
| 反应温度，℃ | 675 | 550 |
| 稀释蒸汽量(对原料)，w％ | 30 | 30 |
| 反应时间，s | 2.0 | 2.0 |
| 剂油比(对原料)，w/w | 30 | 30 |
| 再生器操作条件 | ||
| 再生温度，℃ | 750 | 700 |
| 再生器喷燃料油，kg标油/h | 0.15 | 0 |
| 产品分布，w％ | ||
| H2-C2 | 39.36 | 35.25 |
| 其中乙烯 | 20.26 | 18.14 |
| C3-C4 | 38.57 | 36.04 |
| 其中丙烯 | 25.29 | 23.53 |
| 汽油 | 16.73 | 25.22 |
| 柴油 | 1.66 | 1.06 |
| 焦炭 | 3.68 | 2.43 |
| 合计 | 100.0 | 100.0 |
由表3可见，因受热平衡的限制，对比例的反应温度仅能达到550℃左右。采用本发明提供的方法，在再生器喷入燃料油以补充反应热量的不足，实施例的反应温度可达到675℃，产物分布得到了明显的改善，其中乙烯、丙烯的产率均高于对比例，达到增产低碳烯烃的目的。
Claims (15)
1.一种补充催化裂化装置热量的催化剂再生方法，其特征在于，燃料油喷入再生器底部，在贫氧环境中与待生斜管来的待生催化剂混合，然后经进入催化剂再生器的密相床层，与含氧气体接触燃烧，烧焦再生后的再生催化剂经再生斜管引出催化剂再生器，进入催化裂化反应器中循环使用，燃烧反应后产生的烟气经再生器顶部的烟气出口排出装置。
2.按照权利要求1的方法，其特征在于，再生器底部设置待生剂直管，所述的燃料油喷入待生剂直管底部，与来自待生催化剂斜管的待生催化剂混合均匀后，经待生剂直管顶部的分配器进入再生器催化剂密相床层中。
3.按照权利要求2的方法，其特征在于，所述的待生剂直管中的油气停留时间为0.1～0.5秒。
4.按照权利要求1或2的方法，其特征在于，待生催化剂和燃料油混合均匀后进入催化剂再生器催化剂密相床的中部，所述的密相床的中部是指从下至上催化剂密相床层料位的20％～50％处。
5.按照权利要求4的方法，其特征在于，所述的密相床的中部是指从下至上催化剂密相床层料位的30％～40％处。
6.按照权利要求1或2的方法，其特征在于，所述的催化剂再生器顶部排出烟气中的氧含量为0.2v％～8v％。
7.按照权利要求6的方法，其特征在于，所述的催化剂再生器顶部排出烟气中的氧含量为1v％～5v％。
8.按照权利1或2的方法，其特征在于所述的催化剂再生器的反应温度为600℃～780℃，催化剂停留时间为1min～12min。
9.按照权利8的方法，其特征在于所述的催化剂再生器的再生温度为680℃～750℃，催化剂停留时间为3min～6min。
10.按照权利要求1或2的方法，其特征在于，连通再生斜管的再生催化剂出口设置在催化剂密相床层的上部，所述的催化剂密相床层的上部是指从下至上催化剂密相床层料位的70％～90％处。
11.按照权利要求1或2的方法，其特征在于所述的燃料油为重汽油、柴油、重油中的一种或几种。
12.按照权利要求1或2的方法，其特征在于所述的含氧气体通过至少一层的主风分布器进入催化剂再生器。
13.一种催化裂化催化剂再生器，其特征在于，包括一个容纳催化剂密相床的反应器，连通催化剂密相床层和再生斜管的再生催化剂出口，反应器顶部的烟气排出口，再生器底部的待生剂直管出口伸入再生器催化剂密相床层中部，待生剂直管底部设有待生催化剂入口和燃料油喷嘴，待生剂直管顶部设置分配器，再生器内部、待生剂直管分配器之下设置主风分布器，再生催化剂出口设置于再生器催化剂床层上部。
14.按照权利要求13的催化剂再生器，其特征在于，所述的待生剂直管出口伸入再生器中，从下至上催化剂密相床层料位的20％～50％处。
15.按照权利要求13的催化剂再生器，其特征在于，所述的再生催化剂出口设置于从下至上催化剂密相床层料位的70％～90％处。
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