CN114286720A - 最大化低碳烯烃产率的带挡板的湍流/快速流化床反应器 - Google Patents

最大化低碳烯烃产率的带挡板的湍流/快速流化床反应器 Download PDF

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Abstract

用于生产低碳烯烃的***和方法，其中将包含石脑油的进料流流入包括快速流化床反应器的反应装置，该快速流化床反应器连接到提升管反应器并与提升管反应器流体连通。快速流化床反应器在其中包括挡板以最小化其中的返混以最大化低碳烯烃的产量。快速流化床反应器的流出物进一步流入提升管反应器。可以包括氮气、甲烷、烟道气或它们的组合的提升气通过喷射器被注入到联合的反应中。提升管反应器的流出物在产物分离装置中分离以产生包含低碳烯烃和失效催化剂的产物流。用包含甲烷、氮气、烟道气或它们的组合的汽提气体进一步汽提失效催化剂。将经汽提的失效催化剂再生以生产再生的催化剂，随后将其流至快速流化床反应器。

Description

最大化低碳烯烃产率的带挡板的湍流/快速流化床反应器
相关申请的交叉引用
本申请要求2019年8月5日提交的美国临时专利申请第62/883072号的优先权，其通过引用整体并入本文。
技术领域
本发明通常涉及一种生产烯烃的方法。更具体地，本发明涉及包括在快速流化床中催化裂解石脑油的集成方法，该快速流化床与提升管反应器连接以生产烯烃。
背景技术
低碳烯烃(C2至C4烯烃)是许多化学过程的合成砌块。低碳烯烃用于生产聚乙烯、聚丙烯、环氧乙烷、氯乙烯、环氧丙烷和丙烯酸，而其又用于塑料加工、建筑、纺织和汽车行业等多种行业。通常，低碳烯烃通过石脑油蒸汽裂解和烷烃脱氢生产。
在过去的几十年里，对低碳烯烃的需求一直在增加。对于生产低碳烯烃的常规方法之一，由于石脑油对低碳烯烃的总体选择性是有限的，总体效率相对较低。因此，蒸汽裂解过程产生了大量的烃，这些烃被循环至蒸汽裂解装置。由于烃在循环回蒸汽裂解装置之前必须进行加氢处理，大量循环使用的烃在加氢过程中需要大量的氢气和能量，导致生产成本高。
另一种生产低碳烯烃的方法包括在常规流化床反应器中催化裂解石脑油。然而，由于流化床反应器中的返混，低碳烯烃的产率可能相对较低。此外，由于流化床中表观气体速度的限制，传统的催化裂解流化床反应器通常以低平均固体体积分数和低气固接触效率运行。因此，常规方法由于热裂解和低碳烯烃的生产成本增加而经常导致大量甲烷形成。总体而言，虽然存在生产低碳烯烃的方法，但至少鉴于该方法的上述缺点，仍需要对该领域进行改进。
发明内容
已发现了至少一些与使用石脑油生产低碳烯烃相关的上述问题的解决方案。该解决方案在于一种生产低碳烯烃的方法，该方法包括使用与提升管反应器连接并与流体连通的快速流化床反应器来催化裂解石脑油。提升管反应器中的表观气体速度明显高于常规方法。这至少对于在提升管反应器中提供高固体体积分数是有益的，从而减少石脑油热裂解的发生。值得注意的是，在该方法中使用的流化床反应器可以包括设置在其中的挡板以最小化返混，从而导致低碳烯烃的更高产率和减少热裂解的发生。此外，快速流化床反应器和提升管反应器中使用的提升气不含蒸汽。因此，可以使用比基于非沸石的催化剂具有更高效率的基于沸石的催化剂，因为它不会被蒸汽脱铝。因此，本发明的方法为与上述现有的用于生产低碳烯烃的方法相关的至少一些问题的提供了技术解决方案。
本发明的实施方案包括一种生产低碳烯烃的方法。该方法包括在快速流化床反应器中，使石脑油与具有1m/s至6.5m/s的表观气体速度(SGV)的快速流化床的催化剂颗粒在足以产生包含一种或多于一种烯烃和/或一种或多于一种芳烃的第一产物的第一反应条件下接触。该方法还包括将快速流化床反应器的流出物流至提升管反应器，快速流化床反应器的流出物包含(1)石脑油的未反应烃、(2)第一产物、和(3)催化剂颗粒。该方法还包括在提升管反应器中使石脑油的未反应烃、第一产物和催化剂颗粒在足以产生包含一种或多于一种烯烃的第二产物的第二反应条件下接触。
本发明的实施方案包括一种生产低碳烯烃的方法。该方法包括在快速流化床反应器中，使石脑油与具有1m/s至6.5m/的表观气体速度(SGV)的快速流化床的催化剂颗粒在足以产生包含一种或多于一种烯烃和/或一种或多于一种芳烃的第一产物的第一反应条件下接触。第一反应条件包括670℃至730℃的温度。该方法还包括使快速流化床反应器的流出物流至提升管反应器。快速流化床反应器的流出物包含(1)石脑油的未反应烃、(2)第一产物、和(3)催化剂颗粒。该方法还包括，在提升管反应器中使石脑油的未反应烃、第一产物以及至少一些催化剂颗粒在足以产生包含一种或多于一种烯烃的第二产物的第二反应条件下接触。第二反应条件包括640℃至720℃的温度。
本发明的实施方案包括用于生产烯烃的反应装置。反应装置包括快速流化床反应器。快速流化床反应器包括壳体、适于将催化剂颗粒接收到壳体中的催化剂入口、适于将烃进料接收到壳体中的进料入口、适于将提升气接收到壳体中的提升气入口，以及设置在壳体中的催化剂颗粒。反应装置还包括设置在快速流化床反应器顶部的提升管反应器。提升管反应器与快速流化床反应器流体连通，使得来自快速流化床反应器的内容物流至提升管反应器。
以下包括了该说明书中使用的各种术语和短语的定义。
术语“约”或“大约”被定义为接近本领域普通技术人员所理解的接近于。在一个非限制性实施方案中，该术语定义为偏差在10％以内，优选偏差在5％以内，更优选偏差在1％以内，最优选偏差在0.5％以内。
术语“重量％”、“体积％”或“摩尔％”分别指基于组分的总重量、总体积或总摩尔数的组分的重量百分比、体积百分比或摩尔百分比。在非限制性实例中，100摩尔材料中的10摩尔组分是10摩尔％的组分。
术语“基本上”及其变体定义为包括偏差在10％以内、偏差在5％以内、偏差在1％以内、或偏差在0.5％以内的变化。
当在权利要求书和/或说明书中使用时，术语“抑制”或“减少”或“防止”或“避免”或其任何变体包括实现所需结果的任何可测量的降低或完全抑制。
说明书和/或权利要求书中使用的术语“有效”是指足以实现所需的、期望的或预期的结果。
说明书和/或权利要求书中使用的术语“萃余液”是指产品流的剩余部分，其中已除去了一种或多于一种目标组分。
在权利要求或说明书中与术语“包含”、“包括”、“含有”或“具有”结合使用时，不使用数量词可以表示“一个”，但也与“一个或多个”、“至少一个”和“一个或多于一个”的含义一致。
词语“包含”、“具有”、“包括”或“含有”是包容性的或开放式的，并且不排除其他附加的、未列举的要素或方法步骤。
本发明的方法可以“包括”、“基本上组成为”或“组成为”在整个说明书中公开的特定成分、组分、组合物等。
在说明书和/或权利要求书中使用的术语“主要”是指大于50重量％、50摩尔％和50体积％中的任何一个。例如，“主要”可以包括50.1重量％至100重量％和其间的所有值和范围、50.1摩尔％至100摩尔％和其间的所有值和范围、或50.1体积％至100体积％和其间的所有值和范围。
本发明的其他目的、特征和优点将从以下附图、具体实施方式和实施例中变得显而易见。然而，应该理解的是，附图、具体实施方式和实施例虽然说明了本发明的特定实施方案，但仅以说明的方式给出，并不意味着限制。此外，预期在本发明的精神和范围内的改变和修改对于本领域技术人员来说将从具体实施方式中变得显而易见。在另外的实施方案中，来自特定实施方案的特征可以与来自其他实施方案的特征组合。例如，来自一个实施方案的特征可以与来自任何其他实施方案的特征组合。在另外的实施方案中，可以将附加特征添加到本文描述的特定实施方案中。
附图说明
为了更完整的理解，现参考以下与附图结合的描述，其中：
图1示出了根据本发明实施方案的用于生产低碳烯烃的***的示意图；和
图2示出了根据本发明的实施方案的用于生产低碳烯烃的方法的示意流程图。
具体实施方式
目前，低碳烯烃可以通过石脑油的蒸汽裂解或催化裂解来生产。然而，用于蒸汽裂解石脑油的低碳烯烃的总转化率相对较低。此外，蒸汽裂解石脑油的生产成本很高，因为蒸汽裂解石脑油会产生大量的萃余液，需要进行加氢处理，然后再循环回蒸汽裂解装置。因此，大量的萃余液导致加氢过程中对氢气和能量的大量需求。常规的石脑油催化裂解过程通常需要较低的表观气体速度和催化剂床中极高的催化剂油比，这对保持提升管反应器中的压力平衡带来了挑战。此外，常规的催化裂解过程通常具有高返混，导致低碳烯烃的产率降低。此外，石脑油的常规催化裂解使用蒸汽作为提升气，这阻止了在反应器中使用基于沸石的催化剂，从而降低了烯烃的生产效率。本发明提供了对这些问题中的至少一些问题的解决方案。该解决方案以一种方法为前提，该方法包括在反应装置中催化裂解石脑油，该反应装置包括与提升管反应器连接的快速流化床反应器。该方法能够在反应装置中保持较高的固体体积分数以及较高的表观气体速度，从而减少石脑油的热裂解并提高低碳烯烃的产率。此外，在本发明的实施方案中使用的快速流化床反应器包括可以限制提升管中的返混的挡板。因此，与常规方法相比，对低碳烯烃的选择性增加。此外，该方法使用不含蒸汽的提升气，因此可以在反应装置中使用基于沸石的催化剂，从而提高低碳烯烃的生产效率。本发明的这些和其他非限制性方面将在以下部分中进一步详细讨论。
A.催化裂解石脑油生产低碳烯烃的***
在本发明的实施方案中，催化裂解石脑油生产低碳烯烃的反应装置包括快速流化床反应器、提升管反应器、产物分离器和催化剂再生装置。在本发明的实施方案中，快速流化床反应器的特征可以在于底部的密相区和顶部的稀相区共存，其中颗粒被输送出床并且需要更换和/或再循环。参考图1，示出了反应装置100的示意图，该反应装置100被配置为生产低碳烯烃(例如，C2和C3烯烃)，与常规蒸汽裂解或催化裂解过程相比，具有改进的生产效率和产率。根据本发明的实施方案，反应装置100可以包括快速流化床反应器101，该反应器包括壳体102、进料入口103、提升气入口104和催化剂入口105。
在本发明的实施方案中，壳体102由钢、碳钢、耐火材料或它们的组合制成。壳体102适于容纳供其使用的石脑油的催化裂解反应。根据本发明的实施方案，进料入口103可以设置在壳体102的下半部并且适于在其中接收进料流。在本发明的实施方案中，进料流包括石脑油。根据本发明的实施方案，进料入口103与设置在壳体102的下半部分中的进料喷射器106流体连通。根据本发明的实施方案，进料喷射器106适用于将从进料入口103接收的石脑油分配到壳体102中。进料喷射器106可包括多个向上喷嘴和向下喷嘴，用于在两个方向上释放石脑油。
在本发明的实施方案中，提升气入口104设置在壳体102的下半部，但低于进料喷射器106，其中提升气入口104适于接收壳体102中的提升气流。提升气流可包括氮气、甲烷、任何惰性气体或它们的组合。根据本发明的实施方案，提升气入口104可以与设置在壳体102的下半部分中的提升气喷射器107流体连通。根据本发明的实施方案，提升气喷射器107设置在进料喷射器106下方。在本发明的实施方案中，提升气喷射器107适于以足以向上携带壳体102中的材料的速度分配从壳体102中的提升气入口104接收的提升气。在本发明的实施方案中，提升气喷射器107包括用于在两个方向上释放提升气的多个向上喷嘴和向下喷嘴。在本发明的实施方案中，催化剂入口105设置在提升气入口104上方的壳体102的下半部分上。催化剂入口105可适于将催化剂颗粒接收到壳体102中。催化剂颗粒的非限制性实例可以包括沸石。
根据本发明的实施方案，快速流化床反应器101还包括设置在壳体102的内表面上的多个挡板121，其中挡板121适于使快速流化床反应器101中的材料的返混最小化。在本发明的实施方案中，挡板水平固定在快速流化床反应器101的内表面上。挡板的非限制性实例可包括棚挡板、通道格栅挡板、平行或交叉杆、水平管、角铁格栅及它们的组合。
根据本发明的实施方案，反应装置100还包括设置在快速流化床反应器101顶部的提升管反应器108。提升管反应器108可适于进一步催化裂解从快速流化床反应器101流出的烃。在本发明的实施方案中，提升管反应器108具有比快速流化床反应器101更小的横截面。在本发明的实施方案中，快速流化床反应器101与提升管反应器108的横截面表面积比为2.5至20及其间的所有范围和值，包括2.5至5.0、5.0至7.5、7.5至10、10至12.5、12.5至15.0、15.0至17.5和17.5至20。在本发明的实施方案中，快速流化床反应器101和提升管反应器108通过过渡区109流体连通。过渡区109的截面积可以从快速流化床反应器101的顶面到提升管反应器108的底面逐渐减小。
在本发明的实施方案中，快速流化床反应器101和提升管反应器108都基本上是圆柱形的。过渡区109可以是与快速流化床反应器101和提升管反应器108流体连通的平顶锥形结构。快速流化床反应器101可以具有2.5m至10m及其间的所有范围和值的内径，包括2.5m至3.0m、3.0m至3.5m、3.5m至4.0m、4.0m至4.5m、4.5m至5.0m、5.0m至5.5m、5.5m至6.0m、6.0m至6.5m、6.5m至7.0m、7.0m至7.5m、7.5m至8.0m、8.0m至8.5m、8.5m至9.0m、9.0m至9.5m、9.5m至10m。提升管反应器108可以具有1m至2.5m及其间的所有范围和值的内径，包括1m至1.1m、1.1m至1.2m、1.2m至1.3m、1.3m至1.4m、1.4m至1.5m、1.5m至1.6m、1.6m至1.7m、1.7m至1.8m、1.8m至1.9m、1.9m至2.0m、2.0m至2.1m、2.1m至2.2m、2.2m至2.3m、2.3m至2.4m、和2.4m至2.5m。根据本发明的实施方案，提升气喷射器107被进一步配置以足以将提升管反应器108中的材料向上运送的速度释放提升气。在本发明的实施方案中，提升管反应器108包括一个或多于一个附加提升气入口，其适于在其中提供附加提升气以将材料在提升管反应器108中向上运送。
在本发明的实施方案中，提升管反应器108可以与分离装置110流体连通，使得来自提升管反应器108的流出物从提升管反应器108流至分离装置110。来自提升管反应器108的流出物可以包括未反应的石脑油、低碳烯烃、提升气、失效催化剂颗粒和任何其他副产物。根据本发明的实施方案，分离装置110适于将来自提升管反应器108的流出物分离成产物气流和失效催化剂流。在本发明的实施方案中，产物气流包括低碳烯烃、未反应的石脑油、低碳烯烃、提升气、副产物或它们的组合。失效催化剂流可以包括失效催化剂颗粒、吸收在失效催化剂颗粒中的烃、提升气或它们的组合。
根据本发明的实施方案，分离装置110包括分离装置壳体111和一个或多于一个旋风分离器，该旋风分离器适于将来自提升管反应器108的流出物分离成失效催化剂颗粒和产物气体。在本发明的实施方案中，分离装置110中的每个旋风分离器是单级或多级旋风分离器。每个旋风分离器可以与料腿流体连通。料腿适于将催化剂颗粒从旋风分离器转移到靠近分离装置110底部的致密床。在本发明的实施方案中，每个旋风分离器的料腿进一步与防溅板和/或滴流阀流体连通。防溅板和/或滴流阀可适于避免气体绕过旋风分离器的料腿。
在本发明的实施方案中，分离装置110的底端可以与催化剂再生装置112流体连通，使得失效催化剂流从分离装置110流至催化剂再生装置112。在本发明的实施方案中，催化剂再生装置112适于进一步汽提吸附在失效催化剂上的烃并在汽提过程之后再生失效催化剂。催化剂再生装置112还可适于将烟道气与催化剂分离。
根据本发明的实施方案，再生装置112包括汽提塔113，其配置成汽提吸附在失效催化剂上的烃。汽提塔113可包括汽提气体喷射器122，其配置成释放汽提气体以接触失效催化剂。汽提气体的非限制性实例可包括氮气、甲烷、烟道气及它们的组合。汽提塔113还可包括汽提塔内部构件，其配置成增强汽提塔113中下行流(乳液相)和上行气泡流之间的逆流接触。汽提塔内部构件可包括盘状结构内部构件、人字形结构内部构件、填料内部构件、通道格栅内部构件或它们的组合。汽提塔113还可包括适于将催化剂颗粒从汽提塔113转移到再生装置112的立管114和适于控制催化剂颗粒从汽提塔113到再生装置112的流速的滑阀。在本发明的实施方案中，催化剂再生装置112还包括与设置在催化剂再生装置112中的空气喷射器117流体连通的空气入口116，使得空气通过空气入口116和空气喷射器117供应到催化剂再生装置112中。根据本发明的实施方案，催化剂再生装置112还包括一个或多于一个旋风分离器(例如旋风分离器118)，其适于将烟道气与催化剂分离。烟道气可以在催化剂再生过程中产生。根据本发明的实施方案，催化剂再生装置112包括与快速流化床反应器101的催化剂入口105流体连通的催化剂出口119，使得再生的催化剂从催化剂再生装置112流至快速流化床反应器101。
根据本发明的实施方案，催化裂解***可以包括两个或多于两个快速流化床反应器101，它们与一个催化剂再生装置(催化剂再生装置112)流体连通，使得再生的催化剂从催化剂再生装置112流至两个或多于两个快速流化床反应器101中的每一个。催化裂解***可以包括设置在两个或多于两个快速流化床反应器101中的每一个之上的两个或多于两个提升管反应器108。在本发明的实施方案中，两个或多于两个提升管反应器108中的每一个与一个产物分离装置(分离装置110)流体连通，使得两个或多于两个提升管反应器108中的每一个的流出物流至分离装置110。
B.生产低碳烯烃的方法
已发现通过石脑油催化裂解生产低碳烯烃的方法。与常规的催化裂解方法相比，这些方法能够增加反应装置中的固体体积分数，减少催化裂解过程中的返混，并最大限度地减少热裂解的发生。因此，与常规方法相比，该方法可以显著提高催化裂解低碳烯烃的生产效率。如图2所示，本发明的实施方案包括用于生产烯烃的方法200。方法200可以由反应装置100实施，如图1所示。
根据本发明的实施方案，如方框201所示，方法200可以包括在快速流化床反应器101中在足以产生包含一种或多于一种烯烃的第一产物的第一反应条件下使石脑油与快速流化床的催化剂颗粒接触，如方框201所示。在本发明的实施方案中，在方框201的接触包括将来自提升气喷射器107的提升气和来自进料喷射器106的石脑油注入快速流化床反应器101中，使催化剂颗粒和石脑油相互接触，使快速流化床反应器101中的材料向上移动。在本发明的实施方案中，方框201的接触步骤中的石脑油包含终馏点低于350℃的烃。在本发明的实施方案中，方框201处的第一反应条件可包括1m/s至6.5m/s及其间的所有范围和值的表观气体速度(SGV)，包括1m/s至1.5m/s、1.5m/s至2.0m/s、2.0至2.5m/s、2.5m/s至3.0m/s、3.0m/s至3.5m/s、3.5m/s至4.0m/s、4.0m/s至4.5m/s、4.5m/s至5.0m/s、5.0m/s至5.5m/s、5.5m/s至6.0m/s和6.0m/s至6.5m/s。第一反应条件还可以包括690℃至710℃及其间的所有范围和值的快速流化床反应器101中的反应温度，包括690℃至692℃、692℃至694℃、694℃至696℃、696℃至698℃、698℃至700℃、700℃至702℃、702℃至704℃、704℃至706℃、706℃至708℃和708℃至710℃。方框201处的第一反应条件还可以包括1巴至3巴及其间的所有范围和值的反应压力，包括1巴至1.5巴、1.5巴至2.0巴、2.0巴至2.5巴和2.5巴至3.0巴。方框201的第一反应条件还可以包括1秒至15秒及其间的所有范围和值的快速流化床反应器101中的平均停留时间。根据本发明的实施方案，在方框201，快速流化床反应器101中的固体体积分数(SVF)可以为0.12至0.35及其间的所有范围和值，包括0.12至0.15、0.15至0.18、0.18至0.21、0.21至0.24、0.24至0.27、0.27至0.30、0.30至0.33和0.33至0.35。根据本发明的实施方案，快速流化床反应器101的催化剂包括沸石。在本发明的实施方案中，催化剂具有75μm至120μm及其间的所有范围和值的粒度，包括75μm至78μm、78μm至81μm、81μm至84μm、84μm至87μm、87μm至90μm、90μm至93μm、93μm至96μm、96μm至99μm、99μm至102μm、102μm至105μm、105μm至108μm、108μm至111μm、111μm至114μm、114μm至117μm和117μm至120μm。催化剂可具有约1200kg/m3的颗粒密度。
根据本发明的实施方案，在方框201，提升气和石脑油以0.4至0.8及其间的所有范围和值的体积比流入快速流化床反应器，包括0.4至0.5、0.5至0.6、0.6至0.7和0.7至0.8。快速流化床可包含10至50及其间所有范围和值的催化剂油比，包括10至15、15至20、20至25、25至30、30至35、35至40、40至45和45至50。在本发明的实施方案中，在方框201，快速流化床基本上遵循活塞流反应器的反应动力学。
根据本发明的实施方案，方法200还包括使快速流化床反应器101的流出物流至提升管反应器108，如方框202所示。在本发明的实施方案中，快速流化床反应器101的流出物包含(1)石脑油的未反应烃、(2)第一产物、和(3)催化剂颗粒。快速流化床反应器101的流出物还可以包括提升气。在本发明的实施例中，方框202处的流动由提升气推动。提升气的非限制性实例可包括氮气、甲烷、任何惰性气体、蒸汽或它们的组合。
根据本发明的实施方案，如方框203所示，方法200进一步包括在提升管反应器108中在足以产生包含一种或多于一种烯烃的第二产物的第二反应条件下使石脑油的未反应烃、第一产物和催化剂颗粒接触。在本发明的实施方案中，方框203的第二反应条件包括提升管反应器108中670℃至700℃及其间的所有范围和值的反应温度，包括670℃至673℃、673℃至676℃、676℃至679℃、679℃至682℃、682℃至685℃、685℃至688℃、688℃至691℃、691℃至694℃、694℃至697℃和697℃至700℃。方框203处的第二反应条件还可包括1巴至3巴及其间的所有范围和值的反应压力。方框203处的第二反应条件还可包括提升管反应器108中12m/s至21m/s及其间的所有范围和值的表观气体速度。方框203的第二反应条件还可以进一步包括在提升管反应器108中0.3秒至3秒及其间的所有范围和值的平均停留时间，包括0.3至0.6、0.6至0.9、0.9至1.2、1.2至1.5、1.5至1.8、1.8至2.1、2.1至2.4、2.4至2.7和2.7至3.0。在方框203中，提升管反应器108中的固体体积分数可以是0.02至0.08及其间的所有范围和值，包括0.02至0.03、0.03至0.04、0.04至0.05、0.05至0.06、0.06至0.07,和0.07至0.08。在本发明的实施方案中，方法200包括任选地使额外的提升气流过设置在提升管反应器108的下半部的额外提升气入口，为提升管反应器108中的材料提供更大的提升力。
根据本发明的实施方案，如方框204所示，方法200还包括使流出物从提升管反应器108流至分离装置110。来自提升管反应器108的流出物可包括石脑油的未反应烃、第一产物、第二产物、失效催化剂颗粒、提升气、蒸汽或它们的组合。如方框205所示，方法200还可包括在分离装置110中分离提升管反应器108的流出物，以产生包含低碳烯烃的产物气流和包含失效催化剂和烟道气的失效催化剂流。方框205的分离可以包括使提升管反应器108的流出物通过分离装置110的一个或多于一个旋风分离器。。在本发明的实施方案中，产物气流包含32重量％至38重量％的低碳烯烃(C2和C3烯烃)。
在本发明的实施方案中，失效催化剂流可流入催化剂再生装置112。失效催化剂可在汽提塔113中通过汽提气体进一步汽提以除去吸附在失效催化剂颗粒上的烃。汽提气体可以包括氮气、甲烷、烟道气或它们的组合。根据本发明的实施方案，如方框206所示，方法200还包括在足以再生失效催化剂以产生再生催化剂的再生条件下再生失效催化剂。在本发明的实施方案中，再生条件可以包括680℃至750℃及其间的所有范围和值的温度，包括680℃至690℃、690℃至700℃、700℃至710℃、710℃至720℃、720℃至730℃、730℃至740℃和740℃至750℃。在方框206的再生步骤期间产生的烟道气可以通过一个或多于一个旋风分离器进一步分离。再生的催化剂可以流入快速流化床反应器101。
尽管本发明的实施方案已经参考图1的方框进行了描述，参考图2，应当理解本发明的操作不限于图2所示的特定方框和/或方框的特定顺序。因此，本发明的实施方案可以使用与图2不同的顺序中的各种方框来提供如本文所述的功能。
作为本发明公开的一部分，下面包括一个具体实例。该实施例仅用于说明目的，并不旨在限制本发明。本领域普通技术人员将容易地认识到可以改变或修改以产生基本相同结果的参数。
实施例
(快速流化床中试装置与提升管反应器的低碳烯烃生产)
上述反应装置的中试装置用于通过石脑油的催化裂解生产低碳烯烃。该反应包括连接到提升管反应器的快速流化床反应器(FFBR)。快速流化床反应器在其中包括水平挡板以最小化反应装置中的返混。用于中试装置实验的石脑油包括22重量％至24重量％的正构烷烃、27重量％至30重量％的异构烷烃、32重量％至35重量％的环烷烃、11重量％至13重量％的芳烃、小于0.5重量％的芳烃和少于8重量％的其他组分。中试装置实验运行期间的反应条件包括700℃的反应温度、710℃的再生温度、1.03秒至1.16秒的接触时间、1500g的催化剂负载量。中试工厂实验所得产品的产率结果如表1所示。
表1石脑油催化裂解主要产品产率
HD 3m max烯烃*
CH4 <10
C2H4 14至16
C2H4+C3H6 >35
C2H4+C3H6+C4H8 >46
BTX 14至16
C2H4+C3H6+C4H8+BTX >60
C3H6/C2H4比例 1.3至1.5
C2H4+C3H6+C4H8/BTX比例 >3
结果表明，该方法能够使C2和C3烯烃的产率大于35％。
在本发明的上下文中，至少公开了以下20个实施方案。实施方案1是一种生产烯烃的方法。该方法包括在快速流化床反应器中在足以产生含有一种或多于一种烯烃和/或一种或多于一种芳烃的第一产物第一反应条件下使石脑油与具有1m/s至6.5m/s的表观气体速度(SGV)的快速流化床催化剂颗粒接触接触。该方法还包括将快速流化床反应器的流出物流至提升管反应器，快速流化床反应器的流出物包含(1)石脑油的未反应烃、(2)第一产物、和(3)催化剂颗粒。该方法还包括在提升管反应器中在足以产生包含一种或多于一种烯烃的第二产物的第二反应条件下使石脑油的未反应烃、第一产物和至少一些催化剂颗粒接触。实施方案2是实施方案1的方法，其中第一反应条件包括690℃至710℃的快速流化床反应器中的反应温度。实施方案3是实施方案1或2中任一项的方法，其中第一反应条件包括1巴至3巴的快速流化床反应器中的反应压力。实施方案4是实施方案1至3中任一项的方法，其中第一反应条件包括1秒至15秒的快速流化床反应器中的平均停留时间。实施方案5是实施方案1至4中任一项的方法，其中第二反应条件包括670℃至700℃的提升管反应器中的反应温度。实施方案6是实施方案1至5中任一项的方法，其中第二反应条件包括1巴至3巴的提升管反应器中的反应压力。实施方案7是实施方案1至5中任一项的方法，其中第二反应条件包括0.4秒至2秒的提升管反应器中的平均停留时间。实施方案8是实施方案1至7中任一项的方法，其中所述快速流化床反应器包括固定在其内表面上的挡板，所述挡板适于使石脑油的未反应烃、第一产物和催化剂颗粒的返混最小化。实施方案9是实施方案8的方法，其中挡板水平定位在快速流化床反应器的横截面上。实施方案10是实施方案8或9中任一项的方法，其中挡板包括通道格栅挡板和/或棚挡板。实施方案11是实施方案1至10中任一项的方法，其中快速流化床反应器在0.12体积％至0.35体积％的固体体积分数下运行。实施方案12是实施方案1至11中任一项的方法，其中提升管反应器在10体积％至15体积％的固体体积分数下运行。实施方案13是实施方案1至12中任一项的方法，其中催化剂颗粒包含沸石。实施方案14是实施方案1至13中任一项的方法，其中石脑油通过喷射器被引入快速流化床中。实施方案15是实施方案14的方法，其还包括使快速流化床反应器中的提升气流过喷射器以将石脑油的未反应烃、第一产物和催化剂颗粒从快速流化床中带入提升管反应器。实施方案16是实施方案15的方法，其中提升气选自氮气、甲烷、蒸汽、任何惰性气体及它们的组合。实施方案17是实施方案15或16中任一项的方法，其中提升气包含小于10重量％的蒸汽。
实施方案18是用于生产烯烃的反应装置。该反应装置包括快速流化床反应器，该反应器包含壳体、适于将催化剂颗粒接收到壳体中的催化剂入口、适于将烃进料接收到壳体中的进料入口、适于将提升气接收到壳体中的提升气入口，以及位于壳体中的催化剂颗粒。反应装置还包括位于快速流化床反应器顶部的提升管反应器，其中提升管反应器与快速流化床反应器流体连通，使得来自快速流化床反应器的内容物流入提升管反应器。实施方案19是实施方案18的反应装置，还包括与提升管反应器的上半部流体连通的产物分离装置，其适于将来自提升管反应器的流出物流分离成产物气流和催化剂流。反应装置还包括催化剂再生器，其位于产物分离装置的下半部，适于接收来自产物分离装置的催化剂流并再生催化剂，其中催化剂再生器的出口与催化剂入口流体连通。快速流化床反应器，使得再生的催化剂从催化剂再生器进料至快速流化床反应器。
实施方案20是用于生产烯烃的反应***。所述反应***包括两个或多于两个实施方案18或19中任一项的快速流化床反应器、两个或多于两个实施方案18或19中任一项所述的提升管反应器、权利要求18或19中任一项的产物分离装置和权利要求18或19任一项所述的催化剂再生器，其中产物分离装置与两个或多于两个提升管反应器中的每一个流体连通，使得来自每个提升管反应器中的流出物流至产物分离装置，并且催化剂再生器与两个或多于两个流化床反应器中催化剂的每一个的入口流体联通，使得再生的催化剂从催化剂再生器进料至快速流化床反应器。
尽管已经详细描述了本申请的实施方案及其优点，但应理解，可以在不偏离如所附权利要求限定的实施方案的情况下进行各种改变、替换和修改。此外，本申请的范围不旨在限于说明书中所描述的过程、机器、制造、物质组合、手段、方法和步骤的具体实施方案。本领域一般技术人员由本公开会容易想到，可以使用当前存在的或将被开发的执行与本文描述的相应实施方案基本相同的功能或实现基本相同结果的过程、机器、制造、物质组合、手段、方法或步骤。因此，所附权利要求旨在将这些过程、机器、制造、物质组合、手段、方法或步骤包括在其范围内。

Claims (20)

1.一种生产低碳烯烃的方法，所述方法包括：
在快速流化床反应器中在足以产生包含一种或多于一种烯烃和/或一种或多于一种芳烃的第一产物的第一反应条件下使石脑油与具有1m/s至6.5m/s的表观气体速度(SGV)的快速流化床催化剂颗粒接触；
将快速流化床反应器的流出物流至提升管反应器，快速流化床反应器的流出物包含(1)石脑油的未反应烃、(2)第一产物、和(3)催化剂颗粒；以及
在提升管反应器中在足以产生包含一种或多于一种烯烃的第二产物的第二反应条件下使石脑油的未反应烃、第一产物和至少一些催化剂颗粒接触。
2.根据权利要求1所述的方法，其中第一反应条件包括690℃至710℃的快速流化床反应器中的反应温度。
3.根据权利要求1至2中任一项所述的方法，其中第一反应条件包括1巴至3巴的快速流化床反应器中的反应压力。
4.根据权利要求1至2中任一项所述的方法，其中第一反应条件包括1秒至15秒的快速流化床反应器中的平均停留时间。
5.根据权利要求1至2中任一项所述的方法，其中所述第二反应条件包括670℃至700℃的提升管反应器中的反应温度。
6.根据权利要求1至2中任一项所述的方法，其中第二反应条件包括1巴至3巴的提升管反应器中的反应压力。
7.根据权利要求1至2中任一项所述的方法，其中第二反应条件包括0.4秒至2秒的提升管反应器中的平均停留时间。
8.根据权利要求1至2中任一项所述的方法，其中所述快速流化床反应器包括固定在其内表面上的挡板，所述挡板适于使石脑油的未反应烃、第一产物和催化剂颗粒的返混最小化。
9.根据权利要求8所述的方法，其中挡板水平地设置在快速流化床反应器的截面上。
10.根据权利要求8所述的方法，其中挡板包括通道格栅挡板和/或棚挡板。
11.根据权利要求1至2中任一项所述的方法，其中快速流化床反应器在0.12体积％至0.35体积％的固体体积分数下运行。
12.根据权利要求1至2中任一项所述的方法，其中提升管反应器在10体积％至15体积％的固体体积分数下运行。
13.根据权利要求1至2中任一项所述的方法，其中催化剂颗粒包括沸石。
14.根据权利要求1至2中任一项所述的方法，其中将石脑油通过喷射器引入快速流化床中。
15.根据权利要求14所述的方法，其还包括使快速流化床反应器中的提升气流经喷射器以将石脑油的未反应烃、第一产物和催化剂颗粒从快速流化床中带至提升管反应器中。
16.根据权利要求15所述的方法，其中提升气选自氮气、甲烷、蒸汽、任何惰性气体及它们的组合。
17.根据权利要求15所述的方法，其中提升气包含小于10重量％的蒸汽。
18.一种用于生产烯烃的反应装置，反应装置包括：
快速流化床反应器，其包括：
壳体；
适于将催化剂颗粒接收到壳体中的催化剂入口；
适于将烃进料接收到壳体中的进料入口；
适于将提升气接收到壳体中的提升气入口；以及
设置在壳体中的催化剂颗粒；以及
设置在快速流化床反应器顶部的提升管反应器，其中提升管反应器与快速流化床反应器流体连通，使得来自快速流化床反应器的内容物流至提升管反应器。
19.根据权利要求18所述的反应装置，其还包括：
与提升管反应器的上半部流体连通的产物分离装置，其适于将来自提升管反应器的流出物流分离成产物气流和催化剂流；以及
催化剂再生器，其设置在产物分离装置的下半部，适于接收来自产物分离装置的催化剂流并再生催化剂，其中催化剂再生器的出口与快速流化床反应器的催化剂入口流体连通，使得再生的催化剂从催化剂再生器进料至快速流化床反应器。
20.一种生产烯烃的反应***，该反应***包括：
权利要求18的两个或多于两个快速流化床反应器；
权利要求18的两个或多于两个提升管反应器；
权利要求18的产物分离装置；
权利要求18的催化剂再生器；
其中产物分离装置与两个或多于两个提升管反应器中的每一个流体连通，使得来自每个提升管反应器的流出物流至产物分离装置，并且催化剂再生器与两个或多于两个流化床反应器的每一个的催化剂入口流体连通，使得再生的催化剂从催化剂再生器进料至快速流化床反应器。
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