CN118308141A - 一种催化转化*** - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种催化转化***，该催化转化***包括第一上行床反应器、第二上行床反应器、沉降器和再生器；所述第一上行床反应器具有第一催化剂入口和第一油剂混合物出口；所述第二上行床反应器具有第二催化剂入口和第二油剂混合物出口；所述第一油剂混合物出口与所述第二上行床反应器的下部连通；所述沉降器中设置有沉降区隔板和催化剂分离器。通过上述技术方案，本发明可以采用多个反应区构建不同的反应环境，通过将催化剂进行分离来实现不同反应采用适宜的催化剂，采用不同的再生区对催化剂进行再生，以此提高了目标产品的收率。更具体地，本发明进一步提高了重质原料油催化裂解制取乙烯和丙烯的产率。
Description
技术领域
本发明涉及石油化工领域，具体涉及一种催化剂级配与分区调控的催化转化***。
背景技术
在石油化工生产过程中可以通过采用多个反应器或多反应区构建不同的反应环境，同时通过将催化剂进行分离来实现不同反应采用适宜的催化剂，或者采用不同的再生区对催化剂进行再生，以此来提高目标产品的产率。
例如，CN110317628A公开了一种催化剂分区综合催化裂化方法及装置。该装置包括主反应器、副反应器、再生器以及A催化剂储罐和B催化剂储罐，两者内部的上方设置了A催化剂初旋分器和B催化剂初旋分器，再生器与A催化剂初旋分器相连，A催化剂初旋分器与B催化剂初旋分器相连，B催化剂初旋分器与再生器相连，A催化剂储罐底部与主反应器相连，B催化剂储罐底部与次反应器相连。
但是，已有的催化裂化转化***用于将重质原料油催化裂解制取乙烯和丙烯时，仍然需要将乙烯和丙烯的产率进一步提高。
发明内容
本发明的目的在于进一步提高重质原料油催化裂解制取乙烯和丙烯的产率。
为了实现上述目的，本发明提供了一种催化转化***，该催化转化***包括第一上行床反应器、第二上行床反应器、沉降器和再生器；所述第一上行床反应器具有第一催化剂入口和第一油剂混合物出口；所述第二上行床反应器具有第二催化剂入口和第二油剂混合物出口；所述第一油剂混合物出口与所述第二上行床反应器的下部连通；所述沉降器中设置有沉降区隔板和催化剂分离器，所述沉降区隔板将所述沉降区分隔为第一沉降区和第二沉降区；所述催化剂分离器具有与所述第二油剂混合物出口连通的物料入口、开设在所述第一沉降区中的第一物料出口和开设在所述第二沉降区中的第二物料出口；所述再生器中设置有再生器隔板，所述再生器隔板将所述再生器分隔为并列的第一再生区和第二再生区；所述第一沉降区与所述第一再生区之间具有第一待生催化剂输送连接；所述第二沉降区与所述第二再生区之间具有第二待生催化剂输送连接；所述第一再生区与所述第一上行床反应器之间具有第一再生催化剂输送连接；所述第二再生区与所述第二上行床反应器之间具有第二再生催化剂输送连接。
通过上述技术方案，本发明可以采用多个反应区构建不同的反应环境，通过将催化剂进行分离来实现不同反应采用适宜的催化剂，采用不同的再生区对催化剂进行再生，以此提高了目标产品的收率。更具体地，本发明进一步提高了重质原料油催化裂解制取乙烯和丙烯的产率。
本发明的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。在附图中：
图1为本发明的一个实施方式的催化转化***的结构示意图。
图2为本发明中反应单元的一个实施方式的结构示意图。
图3为本发明中反应单元的一个实施方式的结构示意图。
图4为本发明中反应单元的一个实施方式的结构示意图。
图5为本发明中催化剂分离单元的一个实施方式的结构示意图。
图6为本发明中催化剂分离器的一个实施方式的结构示意图。
图7为本发明中催化剂分离器的一个实施方式的结构示意图。
图8为本发明中催化剂分离器的一个实施方式的结构示意图。
图9为本发明中催化剂分离器的一个实施方式的结构示意图。
图10为本发明中再生器的一个实施方式的结构示意图。
附图标记说明
图1-10中，1-1为第一反应区，1-2为第二反应区，11为第一原料，12为预提升气体，13为第二原料，16为反应油剂混合物；2-1为第一汽提区，2-2为第一沉降区，2-3为第二沉降区，2-4为第二汽提区，21为汽提气体，22为气体挡板，23为第一待生剂输送管，24为催化剂分离器，25为沉降区隔板，26为第二催化剂输送管，27为旋风分离器，28为集气室，29为反应油气；3-1为第一再生区，3-2为第二再生区，31为主风，32为第一再生剂输送管，33为第二再生剂输送管，34为再生隔板，35A和35B为旋风分离器，36为集气室，37为再生烟气，38为第二待生剂输送管，30和39为汽提产物。
具体实施方式
以下对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。
参考图1，本发明提供了一种催化转化***，该催化转化***包括第一上行床反应器、第二上行床反应器、沉降器和再生器；所述第一上行床反应器具有第一催化剂入口和第一油剂混合物出口；所述第二上行床反应器具有第二催化剂入口和第二油剂混合物出口；所述第一油剂混合物出口与所述第二上行床反应器的下部连通；所述沉降器中设置有沉降区隔板和催化剂分离器，所述沉降区隔板将所述沉降区分隔为第一沉降区和第二沉降区；所述催化剂分离器具有与所述第二油剂混合物出口连通的物料入口、开设在所述第一沉降区中的第一物料出口和开设在所述第二沉降区中的第二物料出口；所述再生器中设置有再生器隔板，所述再生器隔板将所述再生器分隔为并列的第一再生区和第二再生区；所述第一沉降区与所述第一再生区之间具有第一待生催化剂输送连接；所述第二沉降区与所述第二再生区之间具有第二待生催化剂输送连接；所述第一再生区与所述第一上行床反应器之间具有第一再生催化剂输送连接；所述第二再生区与所述第二上行床反应器之间具有第二再生催化剂输送连接。
本发明中，所述第一油剂混合物出口与所述第二上行床反应器的下部连通，也就是所述第一上行床反应器和所述第二上行床反应器以串联的方式连接，这样允许所述第一上行床反应器中发生了第一催化转化的物料(包括第一催化剂和反应油气以及流化介质)不经分离全部进入所述第二上行床反应器中与第二催化剂接触进行第二催化转化反应，也就是能够实现第一催化转化反应和第二催化转化反应的接力进行。所述催化剂分离器能够将所述第二上行床反应器中发生了第二催化转化的物料(包括第一催化剂、第二催化剂和反应油气以及流化介质)进行分离，使得第一催化剂和第二催化剂中的粒径和密度较大的一者进入所述第一沉降区，而粒径和密度较小的一者随反应油气和流化介质进入所述第二沉降区。随后，第一催化剂和第二催化剂中的密度较大的一者在第一再生区中进行再生，密度较小的一者在第二再生区中再生，由此进行了第一催化剂和第二催化剂的独立再生。独立再生后的第一催化剂和第二催化剂再分别返回第一上行床反应器和第二上行床反应器再次参与反应。本发明由此提供了一种催化剂级配与分区调控的催化转化***，为单个或多种原料的接力反应创造适宜的反应环境，从而提高目标产品的收率，特别是提高了重质原料油催化裂解制取乙烯和丙烯的产率。
其中，可选地，在运行状态下，所述第一上行床反应器中具有上行的第一催化剂；所述第二上行床反应器中具有上行的第二催化剂和上行的所述第一催化剂；所述第一催化剂的粒径和密度均与所述第二催化剂的粒径和密度不同，所述第一催化剂的密度大于所述第二催化剂的密度，所述催化剂分离器基于所述第一催化剂的密度与所述第二催化剂的密度差将所述第一催化剂的密度与所述第二催化剂进行分离。所述第一沉降区位于所述沉降区隔板的下方，所述第二沉降区位于所述沉降区隔板的上方。
其中，可选地，所述第一上行床反应器的下部还设置有第一原料油入口和流化介质入口；所述第二上行床反应器的下部还设置有第二原料油入口。所述第一原料油入口可以用于导入重质原料油。所述第二原料油入口可以用于导入轻质原料油。作为所述第一再生区与所述第一上行床反应器之间具有第一再生催化剂输送连接的一种实施方式，所述第一上行床反应器的下部还设置有第一催化剂入口，所述第一催化剂入口可以用于导入新鲜的第一催化剂，也可以用于导入再生的第一催化剂。作为所述第二再生区与所述第二上行床反应器之间具有第二再生催化剂输送连接的一种实施方式，所述第二上行床反应器的下部还设置有第二催化剂入口，所述第二催化剂入口可以用于导入新鲜的第二催化剂，也可以用于导入再生的第二催化剂。
其中，可选地，所述第一上行床反应器和所述第二上行床反应器各自独立地为提升管反应器、快速床反应器或流化床反应器。一种实施方式中，可以调整所述第一上行床反应器和所述第二上行床反应器的直径，以使得所述第一上行床反应器中的物料进入所述第二上行床反应器，并使得所述第二上行床反应器中的物料进入所述催化剂分离器。
一种实施方式中，参考图2，所述第一上行床反应器和所述第二上行床反应器均为等直径提升管反应器。来自第一再生区3-1的第一再生催化剂通过第一再生剂输送管32引入第一上行床反应器(提升管反应器)1-1底部，通过预提升气体12将其引入第一上行床反应器(提升管反应器)1-1中，与来自第一上行床反应器(提升管反应器)1-1的第一原料11接触反应，产生的第一油剂混合物引入第二上行床反应器(提升管反应器)1-2的底部，来自第二再生区3-2的第二再生催化剂通过第二再生剂输送管33引入第二上行床反应器(提升管反应器)1-2的底部，与来自第二上行床反应器(提升管反应器)1-2底部的第一反应油剂混合物以及第二原料13接触反应产生的反应油剂混合物引入催化剂分离器进行分离。
一种实施方式中，参考图3，所述第一上行床反应器为等直径提升管反应器，所述第二上行床反应器为快速床反应器。
一种实施方式中，参考图4，所述第一上行床反应器为等直径提升管反应器，所述第二上行床反应器为流化床反应器。
其中，可选地，参考图5，所述催化剂分离器24固定在所述沉降区隔板25上。
其中，可选地，所述第二上行床反应器的部分或全部设置在所述第一沉降区或所述第二沉降区中。例如所述第二上行床反应器的横管16设置在所述第二沉降区中。
其中，可选地，所述催化剂分离器为旋流式快速分离器、三叶式快速分离器、弹射式快速分离器、U行管型分离器和附壁切割式快速分离器等的一种或多种的组合形式，优选旋流式快速分离器；每个所述沉降器中的所述催化剂分离器的数量为一个或多个；多个所述催化剂分离器之间具有串联和/或并联的关系。
一种实施方式中，参考图6，所述催化剂分离器中，物料入口位于催化剂分离器的侧面、第一物料出口位于催化剂分离器的底部、第二物料出口位于催化剂分离器的上部。
一种实施方式中，参考图7，所述催化剂分离器中，物料入口位于催化剂分离器的底部、第一物料出口位于催化剂分离器的侧面、第二物料出口位于催化剂分离器的上部。
一种实施方式中，参考图8和图9，所述催化剂分离器中，物料入口位于催化剂分离器的上部、第一物料出口位于催化剂分离器的底部、第二物料出口位于催化剂分离器的侧面。第二物料出口可以设置成活百叶的型式，其数目和角度可以调节，以控制其流量。
其中，可选地，可以在所述第一沉降区和所述第二沉降区的内部或外部的下游(第一待生催化剂输送连接或第二待生催化剂输送连接)设置汽提装置，以提取催化剂上附着的油气产物。
一种实施方式中，参考图5，所述第一沉降区2-2的下部设置有第一汽提器2-1；所述第一沉降区2-2的上部设置有第一汽提物料出口；所述第一汽提物料出口与管道30连通。
一种实施方式中，参考图5，所述第二待生催化剂输送连接26中设置有第二汽提器2-4；所述第二汽提器2-4上部还设置有第二汽提物料出口；所述第二汽提物料出口与管道39连通。
一种实施方式中，参考图5，所述沉降器包括第一汽提区2-1、第一沉降区2-2、第二沉降区2-3、第二汽提区2-4和催化剂分离器24，来自第二上行床反应器的第二油剂混合物16引入催化剂分离器24中，根据催化剂的粒径分布和颗粒密度将第二油剂混合物16分为粒径分布较大与颗粒密度较大的第一催化剂和粒径分布较小与颗粒密度较小的第二催化剂以及反应油气，第一催化剂经第一沉降区2-2引入第一汽提区2-1进行汽提后得到第一待生催化剂，第一待生催化剂通过第一待生剂输送管23引入第一再生区3-1中进行再生，第二催化剂经第二沉降区2-3引入第二汽提区2-4进行汽提后得到第二待生催化剂，第二待生催化剂通过第二待生剂输送管38引入第二再生区3-2中进行再生，第一汽提区2-1汽提气体30和第二汽提区2-4汽提气体39均引入集气室28，与反应油气29一起引出***。
其中，可选地，参考图10，所述第一再生区3-1和所述第二再生区3-2为左右并列设置。
其中，可选地，参考图10，所述第一再生区3-1和所述第二再生区3-2的上部连通；所述第一再生区3-1和所述第二再生区3-2分别设置有气固分离器35A和35B；所述再生器隔板34的上边缘高于所述气固分离器35A和35B的固体出口。
参考图10，一种实施方式中，所述再生器3包括第一再生区3-1、第二再生区3-2和再生隔板34。来自第一汽提区2-1的第一待生催化剂通过第一待生剂输送管23引入第一再生区3-1中，与来自第一再生区3-1底部的主风接触并发生再生反应，产生的第一再生催化剂通过第一再生剂输送管32引入第一反应区1-1中进行循环使用，再生烟气37通过集气室36引出再生单元3。来自第二汽提区2-4的第二待生催化剂通过第二待生剂输送管38引入第二再生区3-2中，与来自第二再生区3-2底部的主风接触并发生再生反应，产生的第二再生催化剂通过第二再生剂输送管33引入第二反应区1-2中进行循环使用，再生烟气37通过集气室36引出再生器3。
以下通过实施例进一步详细说明本发明。在没有特别说明的情况下，实施例中所用到的原材料均可通过商购途径获得。
本发明实施例和对比例中，气体产物采用石油化工分析方法RIPP 77-90方法进行测试，采用石油化工分析方法RIPP 107-90方法测定焦炭含量，有机液体产物组成采用SH/T0558-1993方法测定，汽油和柴油的馏分切割点分别为221℃和343℃，汽油中轻芳烃采用石油化工分析方法RIPP 82-90测定。
转化率的计算方法为：
转化率＝(干气的重量+液化气的重量+汽油的重量+焦炭的重量)/新鲜原料油进料重量×100％；
产率的计算方法为：
产率＝从反应产物中分离出的产品的重量/新鲜原料油进料重量×100％；
本发明所用的RIPP石油化工分析方法选自《石油化工分析方法(RIPP试验方法)》，杨翠定等编，科学出版社，1990。
以下所用试剂，除特别说明的以外，均为化学纯试剂。
实施例和对比例中使用了两种催化剂，分别为GOR-II催化剂和RAG-6催化剂，均为商品催化剂，由中国石化催化剂公司齐鲁分公司生产。两种催化剂的具体性质见表1。其中，GOR-II为含有40重量％的Y分子筛的催化剂，RAG-6为含有35重量％的ZSM-5分子筛的催化剂。试验之前将催化剂在800℃、100％水蒸气条件下老化17小时。
表1催化剂的组成和性质
| 催化剂 | GOR-II | RAG-6 |
| 化学组分，％(w) | ||
| Al2O3 | 57.5 | 51.2 |
| SiO2 | 36.1 | 43.1 |
| BET全分析 | ||
| BET总面积/(m2·g-1) | 181.000 | 197.000 |
| 微孔面积/(m2·g-1) | 104.000 | 98.000 |
| 总孔体积/(cm3·g-1) | 0.224 | 0.150 |
| 微孔体积/(cm3·g-1) | 0.034 | 0.045 |
| 颗粒密度/(kg/m3) | 1352 | 965 |
| 粒径分布，％(w) | ||
| 0-20μm | 0.1 | 0.5 |
| 0-40μm | 5.1 | 32.6 |
| 0-80μm | 20.3 | 87.3 |
| 0-105μm | 50.6 | 98.5 |
| ＞105μm | 49.4 | 1.5 |
实施例1-2和对比例1-2使用的原料油为蜡油和轻汽油，具体性质见表2和表3。
表2蜡油的组成和性质
表3轻汽油的组成和性质
| 项目 | 轻汽油 |
| 密度(20℃)/(kg/m3) | 635.1 |
| 元素质量组成/％ | |
| 碳 | 84.76 |
| 氢 | 15.24 |
| 硫/(μg/g) | 46.29 |
| 氮/(μg/g) | 32 |
| 馏程/℃ | |
| 初馏点 | 12 |
| 10v％ | 18 |
| 30v％ | 30 |
| 50v％ | 35 |
| 70v％ | 57 |
| 90v％ | 59 |
| 终馏点 | 60 |
| 质量族组成/％ | |
| 烷烃 | 37.19 |
| 烯烃 | 62.49 |
| 环烷烃 | 0.32 |
| 芳烃 | 0 |
实施例1
参考图1、3和10，反应单元包括一个提升管反应器和一个流化床反应器。提升管反应器的内径为16mm，长度为3200mm，流化床反应器的内径为64mm，高度为500mm。催化剂分离器设置在沉降器的内部，可以将催化剂分离成颗粒密度不同的两个部分。将预热后的蜡油与第一催化剂(GOR-II催化剂)均引入提升管反应器底部，两者在提升管反应器中接触反应，反应后的油剂混合物引入流化床反应器中，与其中的第二催化剂(RAG-6催化剂)接触并继续反应，反应后的油剂混合物进入催化剂分离器，第一催化剂(GOR-II催化剂)密度较大，分离至第一沉降区，第二催化剂(RAG-6催化剂)密度较小，和反应油气一起，分离至第二沉降区，再经旋风分离器分离，第一催化剂(GOR-II催化剂)和第二催化剂(RAG-6催化剂)分别经汽提后分别引入再生器的第一再生区和第二再生区，再生后的催化剂返回提升管反应器和流化床反应器循环使用，油气引入分馏***进行分离。反应条件及结果见表4。
对比例1
按照实施例1的方法，不同之处在于第一反应区和第二反应区使用的催化剂均为GOR-II催化剂和RAG-6催化剂以质量比为1:1混合得到的混合催化剂，第二反应区中补加混合催化剂，催化转化***中不进行两种催化剂的分离和独立再生。反应条件及结果见表4。
实施例2
按照实施例1的方法，不同之处在于还将预热后的轻汽油引入第二反应区。反应条件及结果见表4。
对比例2
按照对比例2的方法，不同之处在于还将预热后的轻汽油引入反应器的中部。反应条件及结果见表4。
表4实施例1-2和对比例1-2的反应条件及结果
由表4可知，和对比例相比，采用本发明提供的催化转化***能够提高乙烯和丙烯等低碳烯烃的产率。
以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。
另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。
此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。
Claims (10)
1.一种催化转化***，其特征在于，该催化转化***包括第一上行床反应器、第二上行床反应器、沉降器和再生器；所述第一上行床反应器具有第一催化剂入口和第一油剂混合物出口；所述第二上行床反应器具有第二催化剂入口和第二油剂混合物出口；所述第一油剂混合物出口与所述第二上行床反应器的下部连通；
所述沉降器中设置有沉降区隔板和催化剂分离器，所述沉降区隔板将所述沉降区分隔为第一沉降区和第二沉降区；所述催化剂分离器具有与所述第二油剂混合物出口连通的物料入口、开设在所述第一沉降区中的第一物料出口和开设在所述第二沉降区中的第二物料出口；
所述再生器中设置有再生器隔板，所述再生器隔板将所述再生器分隔为并列的第一再生区和第二再生区；所述第一沉降区与所述第一再生区之间具有第一待生催化剂输送连接；所述第二沉降区与所述第二再生区之间具有第二待生催化剂输送连接；所述第一再生区与所述第一上行床反应器之间具有第一再生催化剂输送连接；所述第二再生区与所述第二上行床反应器之间具有第二再生催化剂输送连接。
2.根据权利要求1所述的催化转化***，其中，所述第一上行床反应器中具有上行的第一催化剂；所述第二上行床反应器中具有上行的第二催化剂和上行的所述第一催化剂；所述第一催化剂的粒径和密度均大于所述第二催化剂的粒径和密度；所述第一沉降区位于所述沉降区隔板的下方，所述第二沉降区位于所述沉降区隔板的上方。
3.根据权利要求1或2所述的催化转化***，其中，所述第一上行床反应器的下部还设置有第一原料油入口和流化介质入口；所述第二上行床反应器的下部还设置有第二原料油入口。
4.根据权利要求1或2所述的催化转化***，其中，所述第一上行床反应器和所述第二上行床反应器各自独立地为提升管反应器、快速床反应器或流化床反应器。
5.根据权利要求1或2所述的催化转化***，其中，所述催化剂分离器固定在所述沉降区隔板上；所述第二上行床反应器的部分或全部设置在所述第一沉降区或所述第二沉降区中。
6.根据权利要求1或2所述的催化转化***，其中，所述催化剂分离器为旋流式快速分离器、三叶式快速分离器、弹射式快速分离器、U行管型分离器和附壁切割式快速分离器等的一种或多种的组合形式，优选旋流式快速分离器；
每个所述沉降器中的所述催化剂分离器的数量为一个或多个；多个所述催化剂分离器之间具有串联和/或并联的关系。
7.根据权利要求1或2所述的催化转化***，其中，所述第二沉降区的下部设置有第二汽提器；所述第二沉降区的上部设置有第二汽提物料出口。
8.根据权利要求7所述的催化转化***，其中，所述第一待生催化剂输送连接中设置有第一汽提器；所述第一汽提器上部还设置有第一汽提物料出口。
9.根据权利要求1或2所述的催化转化***，其中，所述第一再生区和所述第二再生区为左右并列设置。
10.根据权利要求9所述的催化转化***，其中，所述第一再生区和所述第二再生区的上部连通；所述第一再生区和所述第二再生区分别设置有气固分离器；所述再生器隔板的上边缘高于所述气固分离器的固体出口。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202310029764.2A CN118308141A (zh) | 2023-01-09 | 2023-01-09 | 一种催化转化*** |
| PCT/CN2023/142632 WO2024149076A1 (zh) | 2023-01-09 | 2023-12-28 | 一种流化催化转化***及其应用 |
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