CN1061081C

CN1061081C - 分离催化剂颗粒悬浮物和碳氢化合物反应混合物的***及催化裂化方法

Info

Publication number: CN1061081C
Application number: CN94113693A
Authority: CN
Inventors: 乔斯·莫扎特·福斯科; 乔斯·杰拉尔多·福尔塔多·拉莫斯; 瓦尔莫·尼夫斯·维拉; 艾杜阿尔多·卡多索·德·梅洛·格拉
Original assignee: Petroleo Brasileiro SA Petrobras
Current assignee: Petroleo Brasileiro SA Petrobras
Priority date: 1993-09-13
Filing date: 1994-09-13
Publication date: 2001-01-24
Anticipated expiration: 2014-09-13
Also published as: EP0643122B1; US5569435A; BR9303773A; EP0643122A2; CA2131845A1; EP0643122A3; CA2131845C; US5665949A; CN1105904A; JPH0834979A; RU94033102A

Abstract

本发明涉及一种分离催化剂颗粒悬浮物和已反应的碳氢化合物混合物的***及一种催化裂化方法。本发明的***包括一个由一个无浸入管式旋风分离器组成的非限制的旋风分离设备，该旋风分离器直接通入大体积的分离容器中，通入是通过下部开口和上部的同轴管之间的环形空间实现的，其通过同轴管连接到该***的其它部件上，并且连到碳氢化合物流体催化裂化方法在其中进行的装置上。

Description

分离催化剂颗粒悬浮物和碳氢化合物反应混合物的***及催化裂化方法

本发明涉及一种从气体中分离固体物质的***及加入或未加入高沸点碳氢化合物的碳氢化合物原料的催化裂化方法。

本发明特别是涉及一种在催化裂化方法中将催化剂悬浮物中的颗粒与已反应的碳氢化合物混合物分离的***。本发明的新颖的、革命性的思想使得气相的颗粒状悬浮物能被更有效的分离出来。

本发明的实施必须使用该***，也必须使用一种新的流体催化裂化方法(FCC)。

流体催化裂化方法的目的是将高沸点的碳氢化合物转化成轻的碳氢化合物分馏物，如液化石油气。

流体催化裂化方法中使用的催化剂是很细的颗粒，其颗粒在蒸气或空气中流化时的表现像液体一样。

流化的FCC催化剂在反应区域和还原区域之间连续地循环。在这些区域中的第一区域，随着裂化反应，在催化剂的表面形成了含碳的附着物(焦碳)，这就降低了催化剂的活性和选择性。在第二个区域里，这种附着物通过在空气中燃烧而被除去了，催化剂的活性和选择性再次变高了。催化剂也做为从还原区域向反应区域传热的介质。

在引入含有沸石，特别是含有超稳定的沸石的催化裂化催化剂的情况下，随着采用高反应温度及在立管式反应器中停留时间短暂的裂化，能够在立管式反应器中找到新鲜的区域来发展该项技术，以便能提高此种沸石催化剂的高活性和选择性。

现有技术包括添加催化剂混合物，做为一种热悬浮物，还一同喷射碳氢化合物液滴进入发生裂化反应的立管中。在超过485℃的反应温度下，反应混合物的停留时间是从0．5秒到8秒。

需要注意的是，伴随着裂化反应，一种有害的沉积物(煤焦油)在催化剂的表面生成，这导致了催化剂活性和选择性的下降。

离开立管以后，合适的做法是使带煤焦油的催化剂颗粒迅速地从裂化的碳氢化合物悬浮物中分离出来。这样做的目的是为了避免气体与颗粒较长时间的接触，这种接触将导致副反应的发生，即众所周知的过***化反应的发生。

这种不理想的将贵重产品(如汽油)转化成热气体、煤焦油和液化石油气(LPG)馏分的过***化反应基本上是由于加热引起的，并且反应的发生起因于反应混合物中的气相与固态催化剂颗粒的长时间接触，或者仅仅是由于高温的反应混合物中的气相在分离区域中的长久滞留引起的。

在现有技术中，来自立管的催化剂悬浮物和裂化了的碳氢化合物一般来说作为下降的射流被送入分离容器中，在分离容器中大多数的催化剂被用重力方法分离了出来。在萃取流体中的裂化了的碳氢化合物夹带了一些催化剂，流入了分离容器的上部，在那里旋风分离器分离出颗粒相分离物，然后气体最终还是继续进入产品的分馏***中。在旋风分离器中分离出来的催化剂落入旋风分离器的浸入管中，在管中形成一个致密的固体柱，当分离器浸入管的底部压力与周围环境的压力相等以后，致密的固体柱将流入汽提设备中。对于这个众所周知的操作，旋风分离器的内部压力总是小于容器的压力，而且分离器的浸入管必须被封闭，或者是用将其浸没在汽提设备的催化剂流化床中的方式封闭，或者是在其底端安装某种封闭阀门。

在分离容器的下部，形成一个用过了的催化剂的流化床，利用一种萃取流体将其萃取。

这种萃取过程除去了占据颗粒之间的空间和颗粒内部空间的反应的气相，也除去了一些被吸收的重碳氢化合物，由此防止了其被送入还原器中，所以避免了不必要的燃烧，这种燃烧将导致还原器温度的大大升高。

在使用这个通用的FCC方法中，分离容器的直径很大，以便用于设置立管端、固体物质的自由空间、旋风分离器和它们的相应的浸入管，这就导致了一个大的体积，所以在这个容器内部的反应过的气相就有过长的停留时间，由此增加了前面提到过的有害效果。另一方面，大的空间也是一个优点，如从事此项工作的人所知：立管并非是以均匀的形式工作的；也许会有突然的压力上升及上升二到二十倍的质量和体积流量，这是由于设备的操作变化引起的，如与碳氢化合物供料一起夹带的空气引起的。由于在分离器中有大量的空间，这些变化很容易被消除，而不会导致任何不理想的结果，如将催化剂夹带到分馏***中。

离开立管以后，为了减少由反应过了的气体与颗粒固体长时间接触而引起的或者仅仅是由于所述的反应过的气相在分离容器中的停留引起的过***化反应，已经提出了各种各样的方法和工艺过程。

各种方法中最有效的一种***是通常被称为“闭合式旋风分离器”***的***，该***是基于将立管直接连接到旋风分离器上的观念而形成的。

沿着这种思路，在现有技术中有许多种的选择：

Larry W．Kruse的美国专利US5171423描述了一种大型的外部旋风分离器，它设有一个装有缓冲板的下部腔室和一个萃取流体的注入设备，该设备依次供给分离容器反应过的带有一些颗粒物质的气态悬浮物，在此处旋风分离器以通常的方式使夹带的固态物质形成最后的分离。为此，通过管线使在分离器容器中收集到的固体流入旋风分离器。该外部旋风分离器用于减少将固态物质引入分离容器的装料量，且同时开始萃取过程。发明人指出这种设计对于减少立管中的不连续工作的效应是特别有用的。在该发明的一个优选的设计中，为了减少操作规程，供给分离容器的已反应过的气体流被冷的碳氢化合物冷却，这是为了降低温度和减少过***化反应的效应。

Wesley A．Parker等人的美国专利US4455220描述了一种内部有一个涡流稳定器和一个用于注入萃取流体的下部腔室的旋风分离器。在该设备中，催化剂、碳氢化合物和萃取流体完全通过旋风分离器的内部。涡流中断和终止设备是为了减少由在旋风分离器的底部萃取流体的引入所引起的被收集颗粒物质的牵引效应。

T．Gauthier的欧洲专利EP0545771描述了与上述设备很相似的设备。不同之处是旋风分离器的气体出口走向向下，这使得添加原料和排出气体流同时进行。

Schatz的美国专利US4581205描述了在旋风分离器和立管之间使用一个小的容器的情况，这种使用是为了调节由立管的不稳定操作引起的压力和流量波动。这种安装到分离容器中的较小的容器是为了配合流体的注入来萃取容器底部的催化剂。将其连接到立管的管子的边窗、较小容器自身的边窗及旋风分离器的边窗使得气体的任何突然的膨胀被应付了。这些边窗的顶部是被铰接起来的，以便它们能够被打开并缓解压力。带有一些催化剂的碳氢化合物流和萃取流体流从较小的容器流入旋风分离器。已分离的催化剂沿着装有单向阀的旋风分离器的浸入管流动，气体流入分馏***。

Haddad等人的美国专利4502947提供了一种直接与立管及第一和第二级旋风分离器连接的旋风分离器。同轴管将立管旋风分离器的气体出口与第一级旋风分离器的入口相联通。萃取流体带着一些催化剂流入同轴管之间的环状空间。在这个优选的结构中，一个直径比立管旋风分离器浸入管的直径大的容器座落在其底端，使得分离器被封闭，由此使聚集在那儿的催化剂从其中溢出。虽然给在其中流动的萃取流体留出了某些空间，但在安装和调整同轴管时，建议在环形空间中放入不同种类的填料。

美国专利US4623446中提到的这种设备的另一种设计去掉了立管旋风分离器浸入管的密封容器，使得萃取流体从它流过，因此不需要连接立管旋风分离器和第一级旋风分离器的同轴管。立管旋风分离器浸入管尺寸的确定是依据操作速度为0．03-0．30m／s而确定的，这足以使得夹带进入旋风分离器的催化剂减少，由此防止了效率的损失。

Kam等人的美国专利US4588558提供了一种处理压力突然上升的替换方法，该方法是在连接立管与立管旋风分离器的管子上及连于第一级旋风分离器的内部连接管上安装铰接窗。旋风分离器的浸入管装有单向阀。在旋风分离器连接的上游侧的立管的窗为萃取流体从分离容器流入分离***提供了一条通道。

Van Den Akker等人的美国专利US4961863提供了一种可选择的设备，该设备位于旋风分离器和立管之间，该设备的轴相互成直角安装。因此旋风分离器的弯曲面与立管的开口的上端正切。该设备有一个不让固体物质流出的封闭的浸入管，该设备至少还有一个与旋风分离器同轴安装的管子来让气相流动。萃取流体被注入到旋风分离器，注入到排出颗粒态物质的浸入管的上端。

尽管已经在减少FCC方法中的过***化反应方面取得了进步，但是在上述所有可选择的“封闭旋风分离器”***中，仅仅是在立管出口的旋风分离器的分离级中提供了以限制被分离的固体相为特征的旋风分离设备。

在某些情况下，旋风分离器设有浸入管以带走聚集了大量固体物质的封闭流体，为了避免由萃取流体的流动和相应的催化剂颗粒的再夹带引起的立管旋风分离器的效率损失，旋风分离器还设有同样的装置来封闭住所述浸入管的底部。

在另一些情况下，旋风分离器就是包围萃取室的容器，在容器中分离和萃取一起发生并且在旋风分离器中就发生众所周知的收集效率的损失。

使用封闭的旋风分离器使得难于处理立管的不稳定操作，这将导致分离器效率的下降且由此带来由于夹带与催化剂悬浮物发生反应的气相而引起不理想的过***化反应的后果，以及对产品分馏***和其辅助设备的严重的催化剂损失。

为了克服这种缺陷，Farnsworth的美国专利US4478708提供了一种方法，该方法是借助于一个在其底部打开的圆柱形区域分离来自立管的悬浮物中的颗粒流出物，圆柱形区域的上部周边被连接到立管上，连接是通过使用一个闭合的径向通道和切向地连接到所述圆柱形区域上而实现的，除了一个小直径的用于抽出气体的同轴管外，圆柱形区域上端是封闭的。固体从圆柱形区域的开口部位卸出。用离心作用产生分离；为了获得离心分离操作，可以使圆柱形区域的封闭的加料通道在水平方向上是弯曲的。

Farnsworth的另一件美国专利US4666586提供了与第一种方法相似的另一种方法，分离发生在一个形状象颠倒的茶杯的单一区域中。这些方法与以前描述的那些方法的主要不同点在于旋风分离器直接连接到立管上，该立管是以这样的方式设计的，这种设计使得其没有必要用浸入管来限制收集到的固体物质，这就是说旋风分离器是没有浸入管的非限制旋风分离器，旋风分离器的底部直接半开于分离容器，因此这就具有后面的大体积的优点，以便应付立管的任何操作的不连续性。

尽管Farnsworth设计的非限制旋风分离器对帮助解决普通的封闭旋风分离器***中遇到的不稳定操作的控制问题有益，但是该设计被下述事实严重的妨碍，该事实是所有的萃取气体必须通过它们，向上和反向于颗粒流，这个事实将导致颗粒被再夹带并由此导致效率的下降。

这里提供了一种新的分离***，特别是在FCC方法中使用的分离***，甚至可以是在那些已经使用的方法中使用的分离***，该分离***包括适合这些***的原始的、新颖的和低成本的构思。

本发明的用于在一种用于在催化裂化方法中分离催化剂颗粒的悬浮物和已反应的碳氢化合物的混合物的***包括一个分离容器；一个安装在所述容器中并设有用于接收所述悬浮物的输入装置的无浸入管式旋风分离器，所述无浸入管式旋风分离器具有一个被设置成与所述分离容器的内部连通的开放的下端；至少一个安装在所述分离容器中的附加的旋风分离器；以及与所述无浸入管式旋风分离器相连的第一和第二管道，所述的至少一个附加的旋风分离器分别以同心的且部分重叠地分开的方式设置，以限定出一个与所述容器的所述内部连通的开口。

该***的新颖性主要在于将旋风分离设备直接连接到立管上，它包括一个没有浸入管的旋风分离器，其同时在上部和下部直接通入分离容器中，因此获得了相当有效的分离并保持了由以降低的活性和选择性从催化剂颗粒悬浮物中快速分离已反应气体得到的效益，以及那些由于处理了立管的不稳定操作而得到的利益。

在这里也要描述一种新的FCC方法，该方法使用新的分离***，关于控制过程变量，其在技术上比上述所有的方法有显著的技术上的好处。

本发明的用于碳氢化合物的催化裂化方法包括以下步骤：(a)在催化裂化区中使碳氢化合物原材料与催化剂颗粒的悬浮物混合；(b)在一竖管中裂化所述的原材料；(c)将已反应的悬浮物供入一个旋风分离器***，以从颗粒相中分离出气体相，气流通过一个输出管被供入分馏***；(d)在一个位于分离容器的底部中并用于将颗粒相引入一个还原区的小口径容器中收集颗粒相；(e)通过经由清除流体喷入装置喷入清除流体而清洁所述分离容器的停滞部分；以及(f)萃取所述分离容器中的催化剂；其特征为，所述的供入已反应的悬浮物的步骤(c)是直接从竖管开始供到一个不封闭的旋风分离装置中的，该装置包括一个无浸入管式旋风分离器，所述无浸入管式旋风分离器具有一个开放的下部开口以及一个通入所述分离容器中的在同轴管道之间的上部环形空间；在所述清除步骤(e)中，调整通过清除流体喷入装置产生的清除流体，从而使所有的被清除的材料与萃取流体一起从分离容器内通过位于同轴管道之间的环形空间流出。

为了使本领域的一般技术人员能更好地理解本发明的优点，在这里提供了附图，图中：

图1是用于根据第一实施例的流体催化裂化方法中的分离容器的示意侧视图；

图2是根据第一实施例的同轴管组件的详细的纵向截面图；

图3是沿图2中的线A-A截取的剖视图；

图4是根据第二实施例的同轴管组件的详细的纵向截面图；

图5是沿图4中的线A-A截取的剖视图；

图6是与图1相似的表示根据第二实施例的分离容器组件的示意侧视图；

图7是与图1相似的表示第三实施例的分离容器组件的示意侧视图。

图1用于表示本发明的***，其包括一个直接连接到立管2上并用同轴管6，7直接连接到一初级旋风分离器8上的无浸入管式旋风分离器4。旋风分离器4与用于碳氢化合物的流体催化裂化方法(FCC)相联系，其中可加入或不加入高沸点的碳氢化合物。该方法包括仔细地混合以液滴形式加入的水雾状碳氢化合物与在催化裂化区域1中加热的催化剂颗粒的悬浮物，在立管2中使其裂化，然后直接向分离设备供入相当富集的催化剂颗粒和已裂化的碳氢化合物的悬浮物，上述直接供入是借助于直接连接到立管2上的矩形截面的管子3而实现的，在无浸入管式旋风分离器4的内部将气体从颗粒相中迅速分离出来，在同轴管6，7的帮助下，将用于随后分离的含有一些催化剂的气流供入初级旋风分离器8中，然后通过连接管9进一步供入第二级旋风分离器10中，随后将基本上没有催化剂颗粒的气流沿着分离容器21的输出管11排入分馏***。

将所有被旋风分离器4、8、10分离出来的催化剂聚集到一个具有折流板14的小直径容器5中，小直径容器5位于分离容器21的底部，催化剂从容器5流入还原区域(图中未画出)。

在所述容器中，通过颗粒之间及其内部的解吸除去碳氢化合物的气相，并且使部分某些较重的碳氢化合物被吸收，这是通过向下降的催化剂流逆向注射萃取流体而实现的。在一个优选的实施例中，带有被萃取物质的所有萃取流体与已裂化的碳氢化合物流汇合起来，这些汇合起来的流体通过开口19在无浸入管式旋风分离器4中循环。

在初级旋风分离器8和第二级旋风分离器10中分离出来的催化剂在支管15，16中聚集，它们变成了一个固体柱，在达到使***平衡所需的压力以后，固体柱通过单向阀17、18流出。

分离容器21中的停滞部分的清除是通过喷射设备12、13由来自流体供应源20的清除流体完成的。最合适的方法是使部分清除流体进入同轴管6、7之间的环形空间，而其他部分流体和萃取流体一起相对于从无浸入管式旋风分离器4的开口19流出的固体逆向流动。

在本发明中，从分离容器21内部通过开口19流入旋风分离器4内部的物质占沿输出管11流动的总体积的0．1-20％。剩余物质通过同轴管6、7之间的环形空间流出分离容器内部。

在实际中简化本发明的一种选择方案是，当需要的时候，从无浸入管式旋风分离器4的下部开口19放出颗粒物质的悬浮物和反应混合物。这将帮助在本发明的分离设备中获得聚集固体物质方面的更大的效率。在阻止来自分离容器21的气流进入旋风分离器4的内部时，催化剂颗粒的任何再夹带被防止了，这对于非限制的旋风分离器是个大问题。占排出分馏***的排出物的3-20％的碳氢化合物与萃取流体、清除流体、催化剂颗粒一起排出分离容器21，从无浸入管式旋风分离器4的上部流出或通过同轴管6、7之间的环形空间。

图2和3示出了同轴管组件的第一实施例，其中管30在其下端设有一个锥形段36，它以与下管31的上端隔开一段距离的关系同轴地设置。锥形段36由与一垂直支承32相连的横向托架35支承，而下管31由与垂直支承32相连的托架组件33，34支承。在同轴管之间形成一环形空间39。管30和31以及锥形段36设有在管31和锥形段37的端部上延伸的衬里37。

锥形管结构的第二实施例示于图4和5中，其中上管40设有一个以与下管41的上端同轴地隔开一段距离的关系布置的锥形段46，以在其与下管的上端之间形成一环形通道49。锥形段46借助于与垂直支承42相连的横向托架45支承，下管41由与垂直支承42相连的托架组件43，44支承。为了帮助清除流体从分离容器21的内部流到初级旋风分离器的入口，在锥形段46上设置了多个横向延伸的管47以提供开口窗48。管40，41以及锥形段46设有在管40和41的端部上延伸的衬里47。

本发明的这个第二种可选择的操作方式在通过清除流体注入设备12、13注入的流体射流较小时工作。

这表明了本发明方法的最大优点：对清除流体、萃取流体和从分离容器21内部流出的一些已裂化的碳氢化合物蒸气的输出控制的灵活性。这种控制在装置操作时能够在无浸入管式旋风分离器4的固体物质排放口19的帮助下执行，或由所述旋风分离器的同轴管6、7之间的环形空间执行。

本发明中的两个适当布置的实施例在图6和图7中给出，即，为在无浸入管式旋风分离器4中已分离的向下的颗粒流提供一个布料器22；以及具有将其连接到初级旋风分离器8上的同轴管26、27的旋风分离器的同类设计。

从上述说明中得出，本发明的其它容易理解的优点是：例如：

a)由于直接连接到立管上的旋风分离器没有浸入管，从反应流体中分离出来的大多数催化剂颗粒通过其下部开口直接流至由被清除流体和萃取流饱和的环境，流到分离容器的底部。沿着这段路程大量的催化剂的萃取已经发生，因为物质团的颗粒内部传输是非常顺利的，这大大减少了所需的萃取物质的密度，当以通常的方式操作时，甚至不需要特别为了上述目的而注射流体，所以显著改进了这个方法的设计和操作。

b)仅仅通过调整清除流体的流速，恢复到接近传统方法中的一般状态地易于从一种操作方式变换成另一种操作方式，以便提高气体、LPG和某些做为石油化工原料的碳氢化合物的产量，该方法的操作方式能够在经济上具有吸引力。

c)本发明的***能够很容易地引入到现存的设备中，仅仅需要对已经安装了的设备进行很小的改变，唯一需要做的事情是该***的尺寸能够容纳该装置，在该***中该装置将被使用。

Claims

1．一种用于在催化裂化方法中分离催化剂颗粒的悬浮物和已反应的碳氢化合物的混合物的***，包括一个分离容器；一个安装在所述容器中并设有用于接收所述悬浮物的输入装置的无浸入管式旋风分离器，所述无浸入管式旋风分离器具有一个被设置成与所述分离容器的内部连通的开放的下端；至少一个安装在所述分离容器中的附加的旋风分离器；以及与所述无浸入管式旋风分离器相连的第一和第二管道，所述的至少一个附加的旋风分离器分别以同心的且部分重叠地分开的方式设置，以限定出一个与所述容器的所述内部连通的开口。

2．如权利要求1所述的***，其特征为，在所述无浸入管式旋风分离器的所述开放的下端设有用于已分离的固体颗粒的布料装置。

3．如权利要求1所述的***，其特征为，所述第一和第二管道同轴地布置在所述无浸入管式旋风分离器内。

4．如权利要求1所述的***，其特征为，所述第一管道设有一个与所述容器的所述内部连通的横向延伸的开口。

5．如权利要求1所述的***，其特征为，进一步包括至少一个设置在所述分离容器内的清除流体喷入装置。

6．一种用于碳氢化合物的催化裂化方法，包括以下步骤：

(a)在催化裂化区中使碳氢化合物原材料与催化剂颗粒的悬浮物混合；

(b)在一竖管中裂化所述的原材料；

(c)将已反应的悬浮物供入一个旋风分离器***，以从颗粒相中分离出气体相，气流通过一个输出管被供入分馏***；

(d)在一个位于分离容器的底部中并用于将颗粒相引入一个还原区的小口径容器中收集颗粒相；

(e)通过经由清除流体喷入装置喷入清除流体而清洁所述分离容器的停滞部分；以及

(f)萃取所述分离容器中的催化剂；

其特征为，所述的供入已反应的悬浮物的步骤(c)是直接从竖管开始供到一个不封闭的旋风分离装置中的，该装置包括一个无浸入管式旋风分离器，所述无浸入管式旋风分离器具有一个开放的下部开口以及一个通入所述分离容器中的在同轴管道之间的上部环形空间；在所述清除步骤(e)中，调整通过清除流体喷入装置产生的清除流体，从而使所有的被清除的材料与萃取流体一起从分离容器内通过位于同轴管道之间的环形空间流出。

7．如权利要求6所述的方法，其特征为，调整通过清除流体喷入装置的清除流体，从而大部分被清除出的材料通过位于同轴管道之间的环形空间从分离容器中流出，同时所有的萃取流体和一小部分喷入的清除流体与经萃取的气体一起通过旋风分离器的下部开口与固体流逆流地流动。

8．如权利要求7所述的方法，其特征为，流入旋风分离器的下部开口中的排放气体占沿输出管流动的所有材料体积的0．1至20％。

9．如权利要求6所述的方法，其特征为，清除步骤(e)的部分可通过从旋风分离器的下部开口放出颗粒悬浮物和已反应的混合物而进行，随后它们与萃取流体和一些清除流体一起流过同轴管道之间的环形空间以及装有所述管道的锥形伸长部分上的小窗。

10．如权利要求9所述的方法，其特征为，所述放出的材料占沿所述输出管排入分馏***的排出物体积的3～20％。

11．如权利要求6所述的方法，其特征为，所述萃取步骤(f)是通过逆流地将萃取流体喷入向下的催化剂流中而进行的。