一种催化裂化方法及装置

摘要

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。催化裂化反应在主反应器和次反应器中进行，来自再生器的再生催化剂，在主反应器第一反应区与原料油接触反应，反应混合物向上经分流器分离出催化剂；分离出的催化剂直接流入汽提段，反应油气经分布板向上进入主反应器第二反应区的流化床内；次反应器的待生催化剂或待生催化剂与反应油气的混合物进入主反应器第二反应区，与上述来自第一反应区的反应油气混合，使反应油气继续反应。本发明在第二反应区实现催化剂置换，强化了主反应器催化选择性；采用主反应器快速终止控制，减少了副反应的发生；采用装置连体设计，共用汽提段，减少了投资。

权利要求

1.一种催化裂化方法，催化裂化反应在主反应器和次反应器中进行，其特征在于：来自再生器的再生催化剂，在主反应器第一反应区与原料油接触反应，反应混合物向上经分流器分离出催化剂；分离出的催化剂直接流入汽提段，反应油气经分布板向上进入主反应器第二反应区的流化床内；次反应器的待生催化剂或待生催化剂与反应油气的混合物进入主反应器第二反应区，与上述来自第一反应区的反应油气混合，使反应油气继续反应；反应结束后分离油气和催化剂，油气经油气出口管线引出送入后续分馏系统，催化剂则流入汽提段，与第一反应区中经分流器分离出的催化剂一起，汽提后进入再生器再生。

2.根据权利要求1所述的催化裂化方法，其特征在于：主反应器中反应结束后的油气和催化剂进行快速分离。

3.根据权利要求1所述的催化裂化方法，其特征在于：所述主反应器第二反应区为流化床反应区，该区的油气空塔流速为0.1-2.0m/s。

4.根据权利要求1所述的催化裂化方法，其特征在于：部分次反应器的待生催化剂回流至次反应器底部。

5.根据权利要求1所述的催化裂化方法，其特征在于：次反应器的待生催化剂进入主反应器第二反应区时，次反应器催化裂化反应后的催化剂和反应油气用独立的气固分离系统实现催化剂分离，油气进入独立的分馏系统。

6.一种催化裂化装置，包括主反应器和次反应器，主反应器自下而上至少设置有第一反应区和第二反应区，其特征在于：第二反应区为流化床；在第一反应区出口处设置有催化剂分流器；在第一反应区、第二反应区之间设置有分布板；主反应器与沉降器、汽提段上下连体布置，沉降器与汽提段之间设置有催化剂外循环管或内溢流管；沉降器内设置有主反应器出口气固旋分器和油气出口管线；沉降器内设置有次反应器出口气固旋分器，所述次反应器出口气固旋分器的下部料腿出口位于第二反应区内，用于向第二反应区引入次反应器的待生催化剂；次反应器或者与主反应器共用油气出口管线，用于引出两反应器的混合油气，或者在沉降器内设置第二油气出口管线，所述第二油气出口管线与次反应器出口气固旋分器油气出口连通，用于单独引出次反应器的反应油气。

7.一种催化裂化装置，包括主反应器和次反应器，主反应器自下而上至少设置有第一反应区和第二反应区，其特征在于：第二反应区为流化床；在第一反应区出口处设置有催化剂分流器；在第一反应区、第二反应区之间设置有分布板；主反应器与沉降器、汽提段上下连体布置；第二反应区、次反应器之间设置有催化剂接力管，用于向第二反应区引入次反应器的待生催化剂；沉降器与汽提段之间设置有催化剂外循环管或内溢流管；沉降器设置有主反应器出口气固旋分器和油气出口管线。

8.根据权利要求7所述的催化裂化装置，其特征在于：所述次反应器至少包括下部的提升管和上部的流化床两部分。

9.根据权利要求7所述的催化裂化装置，其特征在于：所述次反应器设置有第二沉降器，第二沉降器设置有第二油气出口管线，用于单独引出次反应器的反应油气；或者所述次反应器和主反应器共用沉降器，沉降器内设置有次反应器出口气固旋分器和第二油气出口管线，用于单独引出次反应器的反应油气；或者所述次反应器和主反应器共用沉降器，且次反应器与主反应器共用主反应器的出口气固旋分器和油气出口管线，用于引出两反应器的混合油气。

10.根据权利要求9所述的催化裂化装置，其特征在于：所述催化剂接力管一端与第二反应区连通，一端与次反应器或第二沉降器连通，用于向第二反应区引入次反应器的待生催化剂。

11.一种催化裂化装置，包括主反应器和次反应器，主反应器自下而上至少设置有第一反应区和第二反应区，其特征在于：第二反应区为流化床；在第一反应区出口处设置有催化剂分流器；在第一反应区、第二反应区之间设置有分布板；主反应器与沉降器、汽提段上下连体布置；次反应器出口设置于主反应器第二反应区内；沉降器与汽提段之间设置有催化剂外循环管或内溢流管；沉降器设置有主反应器出口气固旋分器和油气出口管线。

12.根据权利要求6、7或11所述的催化裂化装置，其特征在于：在第二反应区与沉降器之间设置隔板和油气输送管，输送管出口与沉降器内的主反应器出口气固旋分器入口连通。

13.根据权利要求6、7或11所述的催化裂化装置，其特征在于：次反应器设置有催化剂回流管，该催化剂回流管下端与次反应器底部连通；催化剂回流管上设置有滑阀，用于控制催化剂回流量。

说明书

一种催化裂化方法及装置

技术领域

[0001] 本发明涉及石油化工技术领域，特别是涉及一种催化裂化方法及装置。

背景技术

[0002] 丙烯是化学工业的最基本原料之一，现有催化转化技术只是在生产汽油、柴油的同时副产丙烯等低碳烯烃，远不能满足当前市场对丙烯的需求。国内外多以天然气或轻质石油馏分为原料，采用乙烯联合装置中蒸汽裂解工艺生产低碳烯烃，全球每年由乙烷和其他低碳烷烃经裂解制得的烯烃量约达1.36亿吨；这种生产烯烃的裂解工艺耗能高、污染大。据有关统计，由这种传统制烯烃的高温裂解工艺所产生的氮氧化合物及未燃烧的碳烃排放物，占到全球化工厂排放污染总量的三分之一。随着石油化学工业的快速发展，我国丙烯产量大幅增长。目前，世界上丙烯生产的主要原料为石油烃类，其中石脑油占大部分，还有烷烃、加氢柴油、部分重质油等等，随着世界经济的发展，丙烯的需求呈逐年增加的趋势，因此，业界一直致力于寻找污染更轻、耗能更少生产烯烃的方法。

[0003] 石油化工科学研究院在CN93119748.1中公开了一种制取低碳烯烃兼产高辛烷值汽油的石油烃催化转化方法，经预热的石油烃在提升管或下行式输送线反应器或流化床反应器内与热的含磷和稀土的五元环高硅沸石催化剂接触，在温度为480-680℃、压力5
为1.2-4.0×10 帕、催化剂与原料油的重量比为4-20∶1、水蒸气与原料油的重量比为
0.01-0.5的条件下反应0.1-6秒，产物物流经分离得到低碳烯烃和液体产品，待生催化剂经汽提进入再生器，在含氧气体存在下于600-800℃再生，再生催化剂经汽提后循环使用。
该技术即DCC技术，使用专用催化剂，在工程设计上使用在提升管反应器上部加一段催化剂床层的反应系统，该设计能提供比较长的接触时间，确保烃油蒸汽在相对低的反应温度下(约550℃)实现所希望的深度裂解反应。

[0004] 但DCC技术在工程实施上存在下述需要改进的问题：A提升管部分的待生剂全部进入床层反应区，该区催化剂的性能难以明显改进；B、反应的终止控制较困难；尤其是提高床层反应区的温度后，气体产品多，焦炭收率高，仅沉降器造成的副反应会增加2个百分点的干气，影响经济性。

发明内容

[0005] 本发明的目的在于提供一种催化裂化方法，该方法能多产丙烯等低碳烯烃，本发明同时提供了实现该方法的装置。

[0006] 本发明采用的技术方案如下：

[0007] 一种催化裂化方法，催化裂化反应在主反应器和次反应器中进行，来自再生器的再生催化剂，在主反应器第一反应区与原料油接触反应，反应混合物向上经分流器分离出催化剂；分离出的催化剂直接流入汽提段，反应油气经分布板向上进入主反应器第二反应区的流化床内；次反应器的待生催化剂或待生催化剂与反应油气的混合物进入主反应器第二反应区，与上述来自第一反应区的反应油气混合，使反应油气继续反应；反应结束后分离油气和催化剂，油气经油气出口管线引出送入后续分馏系统，催化剂则流入汽提段，与第一反应区中经分流器分离出的催化剂一起，汽提后进入再生器再生。

[0008] 在上述的催化裂化方法中，进一步地，主反应器中反应结束后的油气和催化剂经输送管进入气固旋分器进行快速分离。

[0009] 在上述的催化裂化方法中，进一步地，主反应器第二反应区为流化床反应区，该区的油气空塔流速为0.1-2.0m/s。

[0010] 在上述的催化裂化方法中，进一步地，部分次反应器的待生催化剂回流至次反应器底部。

[0011] 在上述的催化裂化方法中，进一步地，仅次反应器的待生催化剂进入主反应器第二反应区时，次反应器催化裂化反应后的催化剂和反应油气用独立的气固分离系统实现催化剂分离，油气进入独立的分馏系统。

[0012] 本发明还提供了一种催化裂化装置，包括主反应器和次反应器，主反应器自下而上至少设置有第一反应区和第二反应区，第二反应区为流化床；在第一反应区出口处设置有催化剂分流器；在第一反应区、第二反应区之间设置有分布板；主反应器与沉降器、汽提段上下连体布置，沉降器与汽提段之间设置有催化剂外循环管或内溢流管；沉降器内设置有主反应器出口气固旋分器和油气出口管线；沉降器内设置有次反应器出口气固旋分器，所述次反应器出口气固旋分器的下部料腿出口位于第二反应区内，用于向第二反应区引入次反应器的待生催化剂；次反应器或者与主反应器共用油气出口管线，用于引出两反应器的混合油气，或者在沉降器内设置第二油气出口管线，所述第二油气出口管线与次反应器出口气固旋分器油气出口连通，用于单独引出次反应器的反应油气。

[0013] 进一步地，在第二反应区与沉降器之间设置隔板和油气输送管，输送管出口与沉降器内的主反应器出口气固旋分器入口连通，以实现油气和催化剂的快速分离。

[0014] 进一步地，次反应器设置有催化剂回流管，该催化剂回流管下端与次反应器底部连通；催化剂回流管上设置有滑阀，用于控制催化剂回流量。

[0015] 本发明还提供了另一种催化裂化装置，包括主反应器和次反应器，主反应器自下而上至少设置有第一反应区和第二反应区，第二反应区为流化床；在第一反应区出口处设置有催化剂分流器；在第一反应区、第二反应区之间设置有分布板；主反应器与沉降器、汽提段上下连体布置；第二反应区、次反应器之间设置有催化剂接力管；沉降器与汽提段之间设置有催化剂外循环管或内溢流管；沉降器设置有主反应器出口气固旋分器和油气出口管线。

[0016] 进一步地，所述次反应器至少包括下部的提升管和上部的流化床两部分。

[0017] 进一步地，所述次反应器设置有第二沉降器，第二沉降器设置有第二油气出口管线，用于单独引出次反应器的反应油气；或者所述次反应器和主反应器共用沉降器，沉降器内设置有次反应器出口气固旋分器和第二油气出口管线，用于单独引出次反应器的反应油气；或者所述次反应器和主反应器共用沉降器，且次反应器与主反应器共用主反应器的出口气固旋分器和油气出口管线，用于引出两反应器的混合油气。

[0018] 更进一步地，所述催化剂接力管一端与第二反应区连通，一端与次反应器或第二沉降器连通，用于向第二反应区引入次反应器的待生催化剂。

[0019] 进一步地，在第二反应区与沉降器之间设置隔板和油气输送管，输送管出口与沉降器内的气固旋分器入口连通。

[0020] 进一步地，次反应器设置有催化剂回流管，该催化剂回流管下端与次反应器底部连通；催化剂回流管上设置有滑阀，用于控制催化剂回流量。

[0021] 本发明还提供了第三种催化裂化装置，包括主反应器和次反应器，主反应器自下而上至少设置有第一反应区和第二反应区，第二反应区为流化床；在第一反应区出口处设置有催化剂分流器；在第一反应区、第二反应区之间设置有分布板；主反应器与沉降器、汽提段上下连体布置；次反应器出口设置于主反应器第二反应区内；沉降器与汽提段之间设置有催化剂外循环管或内溢流管；沉降器设置有主反应器出口气固旋分器和油气出口管线。

[0022] 进一步地，在第二反应区与沉降器之间设置隔板和油气输送管，输送管出口与沉降器内的主反应器出口气固旋分器入口连通。

[0023] 进一步地，次反应器设置有催化剂回流管，该催化剂回流管下端与次反应器底部连通；催化剂回流管上设置有滑阀，用于控制催化剂回流量。

[0024] 在本发明的技术方案中：

[0025] (1)次反应器优先选用提升管反应器；主反应器、次反应器可设置一排到多排进料喷嘴；

[0026] (2)汽提段的蒸汽和油气，以及第一反应区的油气通过分布板进入第二反应区，分布板的设计使得第二反应区的催化剂分布均匀，有利于反应油气与催化剂的充分接触，且分布板上方的催化剂不直接流入分布板下方的汽提段；

[0027] (3)进入主反应器第二反应区的次反应器的待生催化剂可以直接由次反应器引出、可以由次反应器的第二沉降器引出、或者由设置于沉降器内的次反应器出口气固旋分器引出；

[0028] (4)主反应器、次反应器的反应油气可根据工程实施要求进行油气混合或油气单独处理；

[0029] (5)从次反应器中引出一部分催化剂进入主反应器或/和返回次反应器底部，催化剂引出量通过相应的催化剂接力管或催化剂回流管上的滑阀控制。

[0030] 本发明方法中，主反应器中反应过程为：来自再生器的再生催化剂由再生立管进入主反应器底部的预提升段，在预提升介质的作用下向上进入第一反应区，与经进料喷嘴进入的雾化重质原料接触参与催化反应，反应混合物向上经分流器分离出的催化剂直接进入汽提段，反应油气则经分布板向上进入第二反应区，与来自次反应器的待生催化剂接触混合并继续反应；反应结束后经沉降器分离出的油气经油气出口进入后续分馏系统，催化剂则流入分布板下部的汽提段，与第一反应区中经分流器分离出的催化剂一起，汽提出催化剂中夹带的油气，返回再生器再生。

[0031] 本发明方法中，次反应器中反应过程为：一部分再生催化剂由再生立管进入次反应器内，在提升介质作用下，向上与经进料喷嘴进入的雾化轻质原料接触参与催化反应，反应混合物沿反应器向上流动，在次反应器中部，一部分反应过的尚有活性的待生催化剂经催化剂接力管流入主反应器第二反应区，参与主反应器的反应，次反应器内的其余反应物流继续沿反应器上行，完成轻质原料的催化反应，反应结束后油气和催化剂进入沉降器分离出催化剂，油气可单独引出，或者与主反应器的反应油气混合；催化剂则进入沉降器与主反应器的催化剂一起，流入汽提段，进行汽提、再生过程。

[0032] 当次反应器单独设置第二沉降器时，次反应器中的反应混合物沿反应器向上流动，并在第二沉降器中进行气固分离，分离出的待生催化剂经催化剂接力管进入主反应器第二反应区，参与主反应器的反应；反应油气则经第二沉降器上的第二油气出口单独引出，不与主反应器反应油气混合。

[0033] 当在沉降器内设置次反应器出口气固旋分器和第二油气出口管线，单独引出次反应器的反应油气时，次反应器出口气固旋分器的下部料腿出口可直接伸入第二反应区内，用于向第二反应区引入次反应器的待生催化剂，采用本技术方案可节省第二反应区和次反应器之间的催化剂接力管及其上的滑阀。

[0034] 当次反应器中待生催化剂与反应油气的混合物一起进入主反应器第二反应区，参与主反应器第二反应区的反应时，次反应器的油气与主反应器第一反应区的油气在第二反应区继续反应并混合分离出催化剂后由同一油气出口管线引出。

[0035] 本发明中，当从次反应器直接向主反应器第二反应区引入待生催化剂时，在次反应器中催化剂接力管的引出口处设有气固分离单元，当次反应器中的催化剂、反应油气混合物流沿次反应器上行时，经气固分离单元中的惯性或离心分离器，使一部分催化剂从混合物流中分离出来。催化剂的分离、引出量是可调的，当需要的催化剂引出量减少时，原分离而未引出的催化剂可以进入催化剂混合物流继续上行。

[0036] 采用本发明的技术方案，至少具有以下有益效果：

[0037] (1)本发明在主反应器第一反应区出口分离出由于结焦而失活的催化剂，在第二反应区用从次反应器分离出的高活性的待生催化剂进行置换，明显提高了第二反应区的催化剂活性，确保第二反应区的反应活性和反应时间，总体强化了主反应器的催化反应选择性，实现深度裂化、生产丙烯等小分子产品的目的；

[0038] (2)本发明提供的催化裂化装置，采用主反应器与沉降器、汽提段连体布置、沉降器与汽提段之间设置分布板及沉降器与汽提段之间设置催化剂外循环管或内溢流管等特殊结构设计，提高了第二反应区床层反应催化剂的性能，失活催化剂的分离、置换、待生催化剂的汽提，均可以在本发明的主反应器中同时实现，互不影响，且装置设备制造简单、不因催化剂分离、催化剂汽提额外占用场地，经济性显而易见；

[0039] (3)本发明方法中，在第二反应区上部设置输送管，输送管出口与沉降器内的气固旋分器入口连接，使第二反应区反应结束后的催化剂和反应油气先经输送管向上进入沉降器进行快速分离，对第二反应区床层反应的终止进行有效控制，减少了副反应的发生；

[0040] (4)本发明提供的催化裂化装置，次反应器与主反应器共用汽提段、共用再生器，工程实施简单，投资大幅减少。

附图说明

[0041] 图1-2、4-8为本发明的催化裂化装置示意图。

[0042] 图3为图2中A-A向结构示意图。

[0043] 图中编号说明：10主反应器；11预提升段；12第一反应区；13第二反应区；14、21、21a、21b进料喷嘴；15分流器；16分布板；17输送管；18输送管出口；19隔板；20次反应器；
22接力管；23催化剂回流管；24次反应器提升管；25次反应器流化床；26次反应器出口；
30沉降器；31催化剂循环管；32汽提段；33分布管；34待生立管；35内溢流管；36第二沉降器；37料腿；40再生器；41、42再生立管；50、51、52油气出口。

具体实施方式

[0044] 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：

[0045] 实施例1：

[0046] 某炼油厂催化裂化装置设计如图1所示，主反应器第一反应区12直径1.4m，第二反应区13床层直径7.2m；次反应器20为提升管反应器，直径0.9m；催化剂回流管31采用外循环管；主、次反应器油气分别由油气出口51、52引出并分开处理；反应流程如下：

[0047] 预热220℃的重油经喷嘴14雾化后，进入主反应器10第一反应区11的提升管内，与再生催化剂混合气化后，沿第一反应区11向上流动，并不断反应，反应温度520℃，反应时间1.0s，反应结束混合物经分流器15分离出催化剂，油气沿分布板16向上进入第二反应区13的流化床内；在分布板16上设有多个均匀分布的开孔；同时，自次反应器20引出的待生催化剂进入流化床内，与上述反应油气接触混合并继续反应，反应温度530℃，反应时间4-10s，空速5～15(1/h)，分离反应油气和催化剂后，油气经出口管线51送入后续分馏系统进行产品分离；催化剂通过回流管31流入汽提段32内。

[0048] 同时，预热60-70℃的轻汽油(沸点＜110℃)、石脑油及C4原料由喷嘴21a、21b雾化后进入次反应器20，与再生催化剂混合并不断反应，反应时间2.5s；在反应器20中部通过催化剂接力管22引80％待生催化剂进入主反应器10第二反应区13内；其余反应物流继续沿次反应器20上行，完成反应，反应结束后，油气及催化剂进入沉降器30内的次反应器两级气固分离器，分离出的油气经出口管线52引出，送入后续分馏系统进行产品分离；催化剂则流入汽提段32内，汽提出催化剂中夹带的油气，送入再生器40再生。

[0049] 实施例2：

[0050] 如图2所示，催化剂回流管35采用内溢流管形式；在次反应器20中部与底部之间设置催化剂回流管23；主、次反应器油气混合，由共同出口50引出；其余部分装置结构同图1。次反应器20的反应过程中，引20％待生催化剂经催化剂回流管22进入反应器20底部，以减少次反应器的热裂化过程。本实施例中，内溢流管35穿过分布板16的具体装置A-A向结构如图3所示。

[0051] 实施例3：

[0052] 如图4所示，次反应器20的两级气固旋分器的前级气固旋分器的下部料腿37出口直接伸入第二反应区13的流化床内，从而向第二反应区引入待生催化剂。其余部分装置结构同图1。

[0053] 实施例4：

[0054] 如图5所示，次反应器20设置有第二沉降器36，主、次反应器油气分别由油气出口51、52引出并分开处理；次反应器的待生催化剂由第二沉降器36引入第二反应区13的流化床内。其余部分装置结构同图1。

[0055] 实施例5：

[0056] 如图6所示，次反应器20由下部的提升管24和上部的流化床25组成，提升管部分24直径0.9m，流化床部分25直径4.8m；次反应器20设置有第二沉降器36，主、次反应器油气分别由油气出口51、52引出并分开处理；次反应器的待生催化剂由第二沉降器36引入第二反应区13的流化床内。其余部分装置结构同图1。

[0057] 实施例6：

[0058] 如图7所示，第二反应区13与沉降器30用隔板19隔开，在第二反应区13上部设置输送管17，输送管直径1.0m，输送管出口18与沉降器30内的一级气固旋分器入口连接，第二反应区反应结束后的催化剂和反应油气先经输送管17向上进入沉降器实现快速分离。其余部分装置结构同图1。

[0059] 实施例7：

[0060] 某炼油厂催化裂化装置设计如图8所示，主反应器第一反应区12直径1.4m，第二反应区13床层直径7.2m；次反应器20为提升管反应器，直径0.9m；催化剂回流管31采用外循环管；次反应器出口26设于第二反应区13内；两反应器反应油气经同一出口管线50引出。

[0061] 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。