一种双组分颗粒催化剂耦合流化床催化裂化的方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及石油化工领域，具体涉及双组分颗粒耦合流化床催化裂化的方法及设备，利用两种催化剂不同的物性，耦合重油催化裂化和轻烃催化裂解反应。鉴于两种反应的催化剂物性相差较大，本发明专利技术提供了一种流化床

【技术实现步骤摘要】
一种双组分颗粒催化剂耦合流化床催化裂化的方法及装置


[0001]本专利技术涉及石油化工领域，具体涉及一种在流化床
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提升管反应器内，利用两种大差异催化剂的不同物性，实现重质烃催化裂化与轻质烃流化催化反应的耦合。

技术介绍

[0002]重油催化裂化是指，在催化剂存在的条件下，对常压渣油进行高温裂化，生产汽油柴油和液化气的过程。由于催化裂化原料在重油催化裂化反应过程中逐渐重质化，导致重油催化裂化过程中生焦量不断提高，往往需要在其再生器旁设立外取热器，以满足催化裂化反应再生系统的热平衡，如此增加了重油催化裂化生产的设备成本。
[0003]轻烃催化裂解是指，在催化剂存在的条件下，对石油烃类进行高温裂解，生产乙烯、丙烯、丁烯等低碳烯烃，并同时兼产轻质芳烃的过程。轻烃催化裂解原料中的氢含量较高以至于焦炭的收率小于1wt％，远小于重油催化裂化的平均生焦量4.5wt％，导致催化裂解的生焦量难以维持自身反应
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再生系统的热平衡，需额外补充热量，如此增加了轻烃催化裂解生产的能耗成本。
[0004]基于重油催化裂化反应和轻烃催化裂解反应存在的热平衡问题，若能将两种反应耦合，则可实现热补偿，将会大大降低生产成本，提高生产效益。
[0005]但由于重油催化裂化反应和轻烃催化裂解反应对催化剂的活性、选择性及反应条件的要求差异较大，现有技术虽提出了催化裂化和催化裂解的耦合工艺，但采用单一催化剂体系，无法兼顾重油催化裂化转化率和轻烃催化裂解产率。例如专利申请号为CN01808100.2和CN01808224.6提出了将催化裂解的原料油、循环油、水蒸气一起注入催化裂化提升管的上部，在反应温度600～720℃的条件下，仅将丙烯和丁烯的总产率提高10wt％，裂解反应产率提高水平有限。
[0006]为了提高小分子烯烃产率，专利公开号CN100448954C公开了一种含有双提升管的反应器，该工艺是将预热后的原料油注入主提升管与催化裂化催化剂接触发生催化裂化反应；将分离出丙烯后的液化气产物注入辅助提升管，与第二种催化剂接触，之后会发生烯烃叠合、叠合产物裂化、烷烃脱氢等反应。该技术虽然通过辅助提升管内的进一步裂化反应，提高了乙烯、丙烯的产率，但忽略了两种催化剂彼此之间存在互相干扰的问题，无法有效的再生和分离出两种催化剂，工业上实施难度很大。
[0007]专利公开号CN102690683A公开了一种增产丙烯的催化裂化方法及装置。该方法涉及的装置采用双反应器构型，该汽提器中安置一隔板将其分隔为两个独立汽提区，该再生器中安置一隔板将其分隔为两个独立再生区。其中一个汽提区与一个反应器连接形成单独的反应、汽提路线，另一个汽提区则与另一反应器连接形成另一个单独的反应、汽提路线。但在具体应用中，该方法与装置面临两个难以突破的工程问题：一是两种待生催化剂的含碳量差别很大，通过隔板分区再生导致隔板两侧温差很大，重质烃反应后的待生催化剂烧焦后热量过剩，而发生轻质烃反应后的待生催化剂再生热量不足，两种反应体系之间难以有效的传热；二是该再生器中的稀相区属于两种催化剂的公共混合区域，两种催化剂长期
运行后相互污染严重，工业化生产效果难以发挥出来。
[0008]专利公开号CN1315990C公开一种催化剂系统耦合再生的工艺，该工艺装置在常规催化裂化装置再生器旁边设立了用于新型流化催化反应的副再生器和用于新型流化催化反应的提升管反应器。该工艺利用了催化裂化催化剂和专用催化剂的物性不同，在新型再生器中实现了两种催化剂的混合与分离，做到了两个反应的热量互补且互不干扰，但是该装置具有双提升管反应器和再生器，设备结构复杂，难以应用推广，且两种催化剂在装置内的逆流分级决定了该装置操作条件较为苛刻。
[0009]综上，虽然现有技术尝试提供多种实现重油催化裂化和轻烃催化裂解的耦合工艺，可实现两种工艺的热补偿目的，但同时也存在诸多实际工程难以解决的问题，如：单一催化剂体系导致两种反应的产率难以平衡，提升有限；两种催化剂相互干扰、难以再生、分离；难以实现热补常，或长期运行时催化效果不理想；设备结构过于复杂，难以应用推广。

技术实现思路

[0010]为了解决上述技术问题，本专利技术提供一种双组分颗粒催化剂耦合流化床催化裂化的方法及装置。利用该方法及装置，不仅可以耦合重油催化裂化和轻质烃流化催化工艺，实现热补偿，而且两种反应还能够采用各自最适合的催化剂和操作条件，在不影响轻质烃流化催化的前提下最大程度的副产烯烃，从而解决了两类工艺耦合过程中存在的诸多问题。
[0011]第一方面，本专利技术提供的双组分颗粒催化剂耦合流化床催化裂化的方法，包括：在不同操作气速下，粒径大小不同的两种催化剂在流化床
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提升管反应器的轴向上不同区域的浓度分布存在差异，使大粒径催化剂富集于反应器的流化床段反应区用于轻质烃流化催化反应，小粒径催化剂富集于反应器的提升管段反应区用于重质烃催化裂化；
[0012]在再生器内，混合待生催化剂与空气接触后以流态化的方式混匀并烧焦再生；再生后的混合催化剂自再生器的密相段导出，返回至流化床
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提升管反应器中。
[0013]本专利技术研究发现，利用两种催化剂的物性(粒径和密度)差异，可实现在同一反应装置内耦合重质烃催化裂化与轻质烃流化催化反应，改善了催化剂的流化性能；并且，在再生过程中，重质烃催化裂化中过剩的烧焦热可直接接触换热供给大粒径轻质烃催化剂，实现热补偿作用，节省了燃料的使用量；同时再生后的高温混合催化剂进入流化床
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提升管反应器后为重质油催化裂解和轻质烃流化催化两个反应提供了各自所需的热量。
[0014]而且，本专利技术所述的方法可采用两种反应最适合的催化剂，从工程上解决了在同一催化裂化装置中使用两种催化剂相互干扰的问题；同时由于该方法对实现两种反应的反应器没有较多限制，可根据对应反应的动力学热力学特性调节反应器尺寸大小，为各反应创造最佳的反应条件。
[0015]进一步地，所述轴向上的浓度分布差异具体为：
[0016]流化床段反应区内，大粒径催化剂占比70～95wt％，优选85～95wt％；
[0017]提升管段反应区内，大粒径催化剂占比1～15wt％，优选3～10wt％；
[0018]汽提段、再生器内大粒径催化剂占比与提升管段反应区一致。
[0019]研究表明，在流化床段，大粒径催化剂中适量存在的小粒径催化剂一定程度上可以强化大粒径催化剂的流化性能。而在提升管段，轻质烃原料和裂解产物的进入可以强化重质油催化裂化原料的雾化性能，减少反应油气分压，从而减少了重质油催化裂化预提升
蒸汽的使用量。
[0020]更进一步地，本专利技术是通过控制操作气速来实现大小粒径催化剂在轴向上不同区域的浓度分布差异，进而实现热量互补。具体地，在所述流化床段反应区内，控制操作气速为0.8～4.0m/s，优选气速1.5～3.5m/s；在所述提升管段反应区内，控制操作气速为8～22m/s，优选为10～20m/s。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种双组分颗粒催化剂耦合流化床催化裂化的方法，其特征在于，包括：通过控制粒径大小不同的两种催化剂在流化床
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提升管反应器的轴向上不同区域的浓度分布差异，使大粒径催化剂富集于反应器的流化床段反应区用于轻质烃流化催化反应，小粒径催化剂富集于反应器的提升管段反应区用于重质烃催化裂化；在再生器内，混合待生催化剂与空气接触后以流态化的方式混匀并烧焦再生；再生后的混合催化剂自再生器的密相段导出，返回至流化床
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提升管反应器中。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述轴向上不同区域的浓度分布差异为：流化床段反应区内，大粒径催化剂占比70～95wt％，优选85～95wt％；提升管段反应区内，大粒径催化剂占比1～15wt％，优选3～10wt％；汽提段、再生器内大粒径催化剂占比与提升管段反应区一致。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，通过控制操作气速来实现大小粒径催化剂在轴向上不同区域的浓度分布差异。4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，在所述流化床段反应区内，控制操作气速为0.8～4.0m/s，优选气速1.5～3.5m/s；在所述提升管段反应区内，控制操作气速为8～22m/s，优选为10～20m/s。5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，对于重质烃催化裂化和轻质烃催化裂解的耦合反应，所述小粒径催化剂为以Y型沸石为主活性组分的重质烃催化裂化催化剂；其平均粒径分布在40～200μm，平均粒径在60～75μm，其堆积密度在800～1300kg/m3；所述大粒径催化剂为以ZSM
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5型沸石分子筛、CRP催化剂或...

【专利技术属性】
技术研发人员：卢春喜，金伟星，鄂承林，范怡平，王龙延，
申请(专利权)人：中国石油大学北京，
类型：发明
国别省市：