CN103379959B - 用于催化剂冷却器通风的方法和设备 - Google Patents

Abstract

本文的方法和设备提供具有通风孔的催化剂冷却器，所述通风孔将流化气体传递至再生器的下部室中。用作流化气体的空气然后可在再生器中消耗而不促进上部室中的后燃烧。

Description

用于催化剂冷却器通风的方法和设备

早期国家申请的优先权要求

本申请要求2011年2月28日提交的美国申请No.13/036,603和美国申请No.13/036,660的优先权。

发明领域

本发明领域为在流化催化裂化(FCC)装置中使催化剂再生。

发明背景

流化催化裂化(FCC)为通过使烃在流化反应区中与由细碎颗粒材料组成的催化剂接触而实现的烃转化方法。与加氢裂化相反，催化裂化中的反应在不存在实质加入的氢气或者氢气消耗下进行。当进行裂化反应时，称为焦炭的实质量的高含碳材料沉积于催化剂上。再生区内的高温再生操作将焦炭从催化剂中燃烧。将含焦炭催化剂，在本文中称为焦化催化剂从反应区中连续除去并由来自再生区的基本无焦炭催化剂置换。通过各种气流将催化剂颗粒流化容许催化剂在反应区与再生区之间输送。

常规再生器通常包括具有焦化催化剂入口、再生催化剂出口和用于将空气或其它含氧气体供入居于容器中的催化剂床的燃烧气体分配器的容器。旋风分离器在气体离开再生器容器以前将烟道气中夹带的催化剂除去。

目前使用几类催化剂再生器。常规沸腾床再生器通常具有恰一个室，其中空气起泡通过紧密催化剂床。加入焦化催化剂并将再生催化剂从同一紧密催化剂床中取出。较少的催化剂夹带于离开紧密床的燃烧气体中。

两类再生器具有两个室。两阶段沸腾床具有两个室。将焦化催化剂加入第一上部室中的紧密床中并用空气部分地再生。将部分再生的催化剂输送至第二下部室中的紧密床中，并用空气完全再生。将完全再生的催化剂从第二室中取出。

完全催化剂再生可在稀相的快速流化燃烧再生器中进行。将焦化催化剂加入下部室中并在快速流化流条件下通过空气向上输送，同时将催化剂完全再生。再生催化剂在进入上部室中时通过初级分离器与烟道气分离，在上部室中将再生催化剂与烟道气彼此分离。仅将加入再生器容器中的一小部分空气加入上部室中。US4,197,189和US4,336,160教导了提升器燃烧区，其中保持快速流化流条件以进行完全燃烧而不需要由提升器顶部收集的催化剂床中的另外燃烧。

后燃烧是当与再生催化剂分离的热烟道气含有能燃烧生成二氧化碳的一氧化碳时发生的现象。在含有与催化剂分离，从而提供稀催化剂相的热烟道气的上部分离室中，后燃烧可能是风险。在该催化剂稀相中，存在不足的催化剂以用作受热器以吸收燃烧的热，因此使周围设备经受可能损害的较高温度，并可能产生有助于产生氮氧化物的气氛。

催化剂冷却器用于将再生催化剂冷却并容许再生器和反应器在独立的条件下操作。在催化剂冷却器中，热再生催化剂通过与水间接热交换而冷却，所述水蒸发成蒸汽。将蒸汽从催化剂冷却器中除去以用于其它用途；而经冷却的催化剂返回再生器中。用于将催化剂冷却器中的催化剂流化的空气可排到再生器中。

本发明的背景是具有与再生器容器的上部室连通的通风孔的催化剂冷却器。用于将催化剂冷却器中的催化剂流化并排放到上部室中的空气可提供氧化剂以用于后燃烧。

寻求有效使用空气将催化剂冷却器中的热催化剂流化以用于再生器的方法。

发明概述

在一个方法实施方案中，本发明包括使催化剂再生的方法，其包括在再生器容器的燃烧室中将焦炭从催化剂中燃烧。将烟道气在分离容器中与催化剂分离。将热催化剂通过热催化剂入口从再生器容器输送至催化剂冷却器中。来自再生器容器的热催化剂在催化剂冷却器中冷却。将催化剂在催化剂冷却器中用空气流化。将经冷却的催化剂从催化剂冷却器中取出。将空气从催化剂冷却器排放至再生器容器中。本发明的改进包括将空气从催化剂冷却器排放至燃烧室中。

在另一方法实施方案中，本发明包括使催化剂再生的方法，其包括在再生器容器的燃烧室中将焦炭从催化剂中燃烧。将再生的催化剂在再生器容器的分离室中与烟道气分离。将热催化剂通过热催化剂入口从分离室输送至催化剂冷却器中。来自再生器容器的热催化剂在催化剂冷却器中冷却。将催化剂冷却器中的催化剂用空气流化。将经冷却的催化剂从催化剂冷却器中取出。将冷催化剂输送至燃烧室中。与经冷却的催化剂分开地将空气从催化剂冷却器排放至再生器容器中。本发明的改进包括将空气从催化剂冷却器排放至燃烧室中。

在又一方法实施方案中，本发明包括使催化剂再生的方法，其包括将焦化催化剂和燃烧气体输送至再生器容器中。在再生器容器的燃烧室中将焦炭从焦化催化剂中燃烧。将催化剂在分离室中与烟道气分离。将热催化剂通过热催化剂入口从再生器容器输送至催化剂冷却器中。来自再生器容器的热催化剂在催化剂冷却器中冷却。将催化剂在催化剂冷却器中用空气流化。将经冷却催化剂从催化剂冷却器中取出。空气分开地从催化剂冷却器排放至再生器容器和热催化剂入口。将从催化剂冷却器中取出的经冷却催化剂在提升器中输送至燃烧室中。本发明的改进包括将空气从通风孔排放至燃烧室中。

在设备实施方案中，本发明包括包含再生器容器的催化剂再生器，所述再生器容器具有催化剂和燃烧气体入口、再生催化剂出口、冷却器催化剂出口、烟道气出口、上部室和下部室。还包括具有与再生器容器的冷却器催化剂出口连通的热催化剂入口的催化剂冷却器。催化剂冷却器具有气体分配器、通风孔、冷却器催化剂出口、在催化剂冷却器中用于运载热交换流体的多个热交换管。通风管将通风孔与再生器容器连通。本发明的改进是通风管将通风孔与再生器容器的下部室连通。

在另一设备实施方案中，本发明包括包含再生器容器的催化剂再生器，所述再生器容器具有催化剂和燃烧气体入口、再生催化剂出口、冷却器催化剂出口、烟道气出口、上部室和下部室。还包括具有与再生器容器的冷却器催化剂出口连通的热催化剂入口的催化剂冷却器。催化剂冷却器具有气体分配器、在热催化剂入口上方间隔开以提供分离部分的通风孔、冷却器催化剂出口和在催化剂冷却器中用于运载热交换流体的多个热交换管。通风管将通风孔与再生器容器连通。本发明的改进是通风管将通风孔与再生器容器的上部室连通。

在又一设备实施方案中，本发明包括包含再生器容器的催化剂再生器，所述再生器容器具有在燃烧室中的催化剂和燃烧气体入口、在分离室中的再生催化剂出口和烟道气出口和在分离室中提供的冷却器催化剂出口。还包括具有与再生器容器的冷却器催化剂出口连通的热催化剂入口的催化剂冷却器。催化剂冷却器具有冷却器催化剂出口和在催化剂冷却器中用于运载热交换流体的多个热交换管。通风管将通风孔与再生器容器连通。本发明的改进是通风管与燃烧室连通。

附图简述

附图为本发明FCC装置的示意图。

发明详述

我们发现将空气从催化剂冷却器排放至再生器的下部室而不是上部室使可导致从冷却器排放至上部再生器中的后燃烧最小化。将空气排放至下部室中容许它在废催化剂上的焦炭燃烧中被消耗。

如附图所示，FCC装置8可用于FCC方法中。烃原料可通过分配器10喷雾至提升器20中，在那里它接触催化剂。一般而言，原料可在提升器20中在催化剂的存在下裂化以形成裂化产物流。

常规FCC原料是提升器20的合适进料。这类常规原料中最常见的是“减压瓦斯油”(VGO)，其通常为通过常压渣油真空分馏而制备的沸程为343-552℃(650-1025℉)的烃原料。较重的烃原料也可用于本发明中。常规FCC原料可气化并在提升器中通过分配器10喷雾。

如附图所示，将再生催化剂从再生器竖管18输送至提升器20中。在一个实施方案中，可包括惰性气体如蒸汽的提升气体可通过提升气体分配器6分配以将催化剂从提升器20的下部14向上提升。由分配器10喷雾的进料接触提升的流化催化剂并在提升器20中向上移动，因为烃进料裂化成较小的烃裂化产物。裂化产物和废催化剂进入反应容器70中，然后通过提升器出口72从提升器20顶部排出并分离成裂化产物蒸气流和覆盖有实质量焦炭并通常称为废催化剂的催化剂颗粒集。在提升器20末端提供的漩涡臂配置74可通过赋予离开的催化剂和裂化产物蒸气流混合物切向速度而进一步增强初始催化剂和裂化烃分离。漩涡臂配置74位于分离室76的上部，且汽提区78位于分离室76的下部。通过漩涡臂配置74分离的催化剂下降至汽提区78中。

包含裂化烃和一些催化剂的裂化产物蒸气流可经由与旋风器82连通的气体导管80离开分离室76，裂化烃包括石脑油、轻质烯烃。旋风器82可从产物蒸气流中除去残余催化剂颗粒以将颗粒浓度降至非常低的水平。产物蒸气流可通过产物出口84离开反应容器70的顶部。通过旋风器82分离的催化剂通过通向紧密床86的浸入管返回反应容器70，在那里催化剂通过室开口88并进入汽提区78中。汽提区78通过与惰性气体如蒸汽在任选挡板90上逆流接触而从催化剂中除去吸附和夹带的烃。蒸汽可通过分配器92进入汽提区78中。废催化剂导管94通过控制阀调整将焦化催化剂输送至催化剂再生器30中。另外，废催化剂再循环导管(未显示)可将一些废催化剂输送回在进料分配器配置10下面的提升器20中而不经历再生。

如附图所示，催化剂再生器30通过入口32接收焦化催化剂，且通常通过与含氧气体接触而将焦炭从催化剂颗粒的表面燃烧。含氧燃烧气体经由通向燃烧气体分配器36的入口34进入再生器30底部。烟道气和夹带的催化剂向上通过再生器30。烟道气通过烟道气出口38离开再生器。

催化剂再生器30包括包含下部室42和上部室44的再生器容器40。催化剂再生器可以为两阶段再生器，其中将空气输送至上部第一阶段室44和下部第二阶段室42中。在两阶段再生器中，将20-40重量%的空气输送至下部室中。将来自下部室的贫氧空气和输送至催化剂再生器中的总空气的余量输送至上部室中。首先将废催化剂输送至第一阶段室44中。部分再生的催化剂然后向下进入第二阶段室42中以接触新鲜空气并完成再生方法。

催化剂再生器30还可包含如附图所示燃烧器再生器。在燃烧器再生器中，废催化剂进入称为燃烧室的下部室42中，其中将焦炭从催化剂中燃烧，并将催化剂和烟道气从下部室42输送至称为分离室的上部室44中。初级分离器如三通分离器50首先将催化剂与烟道气分离。再生器旋风器52、54或其它工具在烟道气通过烟道气出口38离开容器以前将夹带的催化剂颗粒从上升的烟道气中除去。焦炭从催化剂颗粒中燃烧提高催化剂的温度。分离的催化剂收集在紧密床56中，其通过来自分配器58的空气流化。分离的催化剂可通过再生催化剂出口16离开再生器容器至再生器竖管18中。催化剂可通过控制阀调节，通过再生器竖管18进入提升器20的下部14。

来自再生器竖管18的再生催化剂通常具有649-760℃(1200-1400℉)的温度。如果空气用作含氧气体，则通向再生器的干空气流率可以为8-15kg/kg焦炭。焦炭中的氢可以为4-8重量%，焦炭中的硫可以为0.6-3.0重量%。

提供至少一个催化剂冷却器100以冷却再生的催化剂。在燃烧器再生器30中，将催化剂通过冷却器催化剂出口102从上部室44输送通过热催化剂导管104通过热催化剂入口106至催化剂冷却器100中。冷却器催化剂出口102在上部室中提供，所以将热催化剂从上部室44中取出以输送至热催化剂入口106。可使用多于一个催化剂冷却器，尽管附图中仅显示一个。

附图中所示催化剂冷却器100为流过型冷却器。催化剂热交换管120位于催化剂冷却器100中并将催化剂冷却，然后将它通过冷却器催化剂出口110从催化剂冷却器100取出至经冷却催化剂管108。热交换管120的使用容许由催化剂中回收和除去通过再生器容器40中的焦炭燃烧而导致的热。优选，存在50-250个位于催化剂冷却器100中的热交换管120，更优选75-200个热交换管120。通常将热从催化剂中除去以产生蒸汽，所述蒸汽可用于精炼厂中的别处。催化剂控制阀112调节通过经冷却催化剂管108离开经冷却催化剂出口110并因此从再生器容器40进入催化剂冷却器100中的催化剂的量，由此控制再生器容器40中的温度。

通过热催化剂入口106进入催化剂冷却器100中的再生催化剂接触催化剂热交换管120。催化剂通过催化剂冷却器100向下漂移至冷却器的下部并通过在所述热催化剂入口106下方的冷却器催化剂出口110离开。

催化剂冷却器100通常为“冷壁”的。术语“冷壁”意指冷却器100的金属壳128涂覆有内部隔热耐火衬里。然而，在一个实施方案中，壳128可不具有隔热耐火衬里，其被认为是“热壁”的。另外，冷却器100的一部分还可另外内衬有抗磨涂层。冷却器100的壳128可由不锈钢制成。

催化剂冷却器100包含入口歧管114和出口歧管130。下管板118可螺栓固定在冷却器100的底盖122上端的法兰与出口歧管130下端的下法兰之间。上管板132可螺栓固定在出口歧管130上端的法兰与限定冷却器100的壳128的下端之间。栅板140在催化剂冷却器100中水平延伸以加固在催化剂冷却器100中竖直排列的一束热交换管120。栅板140可限定热交换管延伸通过的开口。各个催化剂冷却器100中可存在至少两层栅板140。栅板通过可由与热交换管120相同的材料制成的竖直载体棒固定在热交换管120上和彼此固定。根据需要，栅板140和热交换管120必要时能够一起热膨胀而不粘合。

在一个实施方案中，锅炉给水为热交换流体，但预期其它类型的热交换流体，包括具有添加剂以影响流体的沸点的水。锅炉给水通过在催化剂冷却器100底部或底部附近的冷却介质喷嘴116进入入口歧管114中。在一个实施方案中，入口歧管114限定于冷却器的下管板118与底盖122之间。优选催化剂热交换管120具有在冷却器100底部或底部附近的入口和出口。优选催化剂热交换管120为各自包含内管124和外管126的刺刀型管。内管124延伸至外管126中并通过外管126的大部分长度。热交换管120的内管124固定在下管板118、延伸通过下管板118并从下管板118中伸出。内管124的入口与入口歧管114流体连通。进入入口歧管114中的锅炉给水送至热交换管120的内管124中。锅炉给水向上行进至内管124的长度并离开内管124的出口。锅炉给水然后逆向并向下流入围绕内管124的外管126中。催化剂接触催化剂热交换管120的外管126的外表面。

来自催化剂的热与外管126中的锅炉给水间接交换。间接热交换提高外管126中的锅炉给水温度并将它的至少一部分转化成蒸汽。与外管126的这一接触降低催化剂冷却器100中下降的催化剂的温度。经加热的锅炉给水和来自外管126的蒸汽从外管126的出口送出并送入催化剂冷却器100中限定于上管板132与下管板118之间的出口歧管130中。外管126固定在上管板132、延伸通过上管板132并从上管板132中伸出。外管126的出口与出口歧管130流体连通。出口歧管130中的流体通过喷嘴136从催化剂冷却器100中输送出，可能输送至循环罐中，在那里将蒸气与经加热锅炉进料液分离。经冷却催化剂然后通过冷却器催化剂出口110从催化剂冷却器100出来行进至经冷却催化剂管108，所述经冷却催化剂管108通过催化剂再循环阀112将催化剂冷却器与再生器容器40连通。一方面，经冷却催化剂管108与提升器150连通。将流化气体供入提升器150中以将经冷却催化剂从提升器150提升并输送至再生器容器40，优选再生器30的下部室42中。催化剂分配器152可将催化剂通过开口分配于再生器容器40中。

还将流化气体通过具有喷嘴的分配器138向下送入催化剂冷却器100。优选分配器138位于热交换管120上方，其中喷嘴将流化气体向下送入催化剂冷却器100中。使用气体如空气将通过热催化剂入口106进入催化剂冷却器100中的催化剂颗粒流化。流化气体的流速应足够高以实现催化剂的流化。催化剂冷却器100中所用流化气体通过产生增强催化剂与热交换管120之间的传热系数的湍流而改进催化剂与热交换管120之间的热传递。控制循环催化剂的温度的两种方法是通过催化剂再循环阀112控制流过催化剂冷却器100的催化剂的量或者改变通过分配器138分配给催化剂冷却器100的流化气体流率。

催化剂冷却器100顶部具有通风孔144以容许流化气体离开催化剂冷却器。通风管146通过通风孔气体入口154将通风孔144与再生器容器40连通。一方面，通风管146与再生器容器40的下部室42连通。将空气与在经冷却催化剂管108中离开的经冷却催化剂和通过热催化剂入口106进入的热催化剂分开地排到下部室42中。因此，离开催化剂冷却器的空气行进至再生器的下部室42中，在那里它可被消耗用于将焦炭从其中的废催化剂中燃烧。将流化空气排放到下部室42中与将空气排放到上部室44中相比是改进的，因为空气不促进上部室44中的后燃烧，而是用于帮助下部室42中的焦炭燃烧。通风管146中的排放空气在从所述通风孔144中排出以后且在进入所述再生器容器40的所述下部室42中以前向下输送。在一个实施方案中，通风管可将流化气体从催化剂冷却器100中向上，然后横向，然后向下输送，然后横向进入再生器容器40的下部室42中。因此，通风孔气体入口置于比通风孔144更低的高度上。

分离部分148可置于催化剂冷却器100中热催化剂入口与气体分配器138上方的通风孔144之间。分离部分148提供间隔，其中催化剂可在离开通风孔144以前与流化气体分离。热交换管120在分离部分148下方。一方面，通风孔144在所述热催化剂入口106上方间隔配置以提供分离部分148。

热交换管可由铬-钼-铁合金构成，因为它对来自如果用作热交换液的话锅炉给水中痕量氯化物的腐蚀具有抗性。

典型FCC操作中所用沸石分子筛具有大的平均孔径，且适于本发明。具有大孔径的分子筛具有通过大于10，通常12元环限定的开口有效直径大于0.7nm的孔。合适的大孔分子筛包括合成沸石如X型和Y型沸石、

丝光沸石和八面沸石。优选具有低稀土含量的Y型沸石。低稀土含量表示基于催化剂的沸石部分小于或等于1.0重量%稀土氧化物。可将催化剂添加剂在操作期间加入催化剂组合物中。中孔径分子筛如开孔为0.7nm或更小的MFI可与大孔分子筛混合以提高较轻烯烃的产量。在一些情况下，如果提升器的进料为FCC产物馏分如石脑油料流，则仅可使用中孔径分子筛。

提升器20可以以4-12，优选4-10的催化剂:油比操作。提升器20的入口气体可以为1-15重量%的烃进料，优选4-12重量%。在接触催化剂以前，烃进料可具有149-427℃(300-800℉)，优选204-288℃(400-550℉)的温度。提升器20可以在427-649℃(800-1200℉)，优选482-593℃(900-1100℉)的温度范围内操作。提升器20中的压力可以为69-241kPa(表压)(10-35psig)，优选103kPa(表压)(15psig)。

本文描述了本发明的优选实施方案，包括发明人已知用于进行本发明的最好模式。应当理解说明的实施方案仅为例示的，且应不认为是限制本发明的范围。

没有进一步描述，相信本领域技术人员可使用先前的描述，最完整程度地使用本发明。因此，前述优选的具体实施方案应理解为仅是说明性的，且不以任何方式限制公开内容的其余部分。

在前文中，除非另有指出，所有温度以℃描述，所有份和百分数为重量计。

由先前描述中，本领域技术人员可容易地确定本发明的主要特征，并可不偏离其精神和范围地作出本发明的各种变化和改进以使它适于各种用途和条件。

Claims (6)

1.催化剂再生器，其包含：

再生器容器，其具有催化剂和燃烧气体入口、再生催化剂出口、第一冷却器催化剂出口、烟道气出口、上部室和下部室；

催化剂冷却器，其具有与所述再生器容器的第一冷却器催化剂出口连通的热催化剂入口，所述催化剂冷却器具有气体分配器、位于催化剂冷却器顶部的通风孔、第二冷却器催化剂出口和在所述催化剂冷却器中用于运送热交换流体的多个热交换管；

还包含所述催化剂冷却器中的在所述热催化剂入口与所述通风孔之间的集管部分；和

将所述通风孔与所述再生器容器连通的通风管；

改进的将通风孔与再生器容器的下部室连通的通风管和将第二冷却器催化剂出口与再生器容器连通的冷却催化剂管。

2.根据权利要求1的催化剂再生器，其中所述热交换管在所述集管部分下方。

3.根据权利要求1的催化剂再生器，其中所述再生器容器具有燃烧室和分离室，且所述第一冷却器催化剂出口在所述分离室中提供。

4.根据权利要求3的催化剂再生器，其中所述通风管延伸至所述燃烧室中。

5.使用根据权利要求1-4中任一项的催化剂再生器使催化剂再生的方法，其包括：

在再生器容器中使焦炭从催化剂中燃烧；

将来自所述再生器容器的热催化剂通过热催化剂入口输送至催化剂冷却器；

将来自所述再生器容器的热催化剂在所述催化剂冷却器中冷却；

将催化剂在所述催化剂冷却器中用空气流化；

将经冷却催化剂从所述催化剂冷却器中取出；和

将来自所述催化剂冷却器的空气与所述经冷却催化剂和所述热催化剂入口分开地排放到所述再生器容器；

其中所述再生器容器具有燃烧室和分离室，并将所述热催化剂从所述分离室中取出以输送至所述热催化剂入口，并将空气排放到所述燃烧室。

6.根据权利要求5的方法，其中所述排放的空气在从所述通风孔中排出以后且在进入所述燃烧室中以前向上输送，然后向下输送。