一種流化催化裂化裝置的製作方法

2023-07-04 19:23:51 2

本實用新型涉及石油化工技術領域，尤其涉及一種流化催化裂化裝置。

背景技術：

目前，石油化工行業所使用的常規流化催化裂化裝置普遍存在著以下幾方面的缺點：第一，採用湍動床再生器或湍動床與快速床相結合的再生器，燒焦強度較小。受再生動力學限制，再生溫度較高，導致參與反應的再生催化劑溫度較高(一般在700℃左右)；由於裝置熱平衡的限制，使重油提升管的劑油比相對較小，一般總劑油比為5～8(提升管的總劑油比為提升管內催化劑的重量循環量與提升管各股進料的重量流量總和之比)，從而使單位重量的重油進料所接觸到的活性中心數較少，這在很大程度上抑制了催化裂化反應。同時，提升管中油劑的接觸溫度較高，在一定程度上促進了熱裂化反應。第二，提升管反應器長度較長(一般超過30米)、油劑接觸的時間較長(一般在4秒左右)，這在提高進料轉化率的同時也加劇了裂化生成物的二次反應；表現為裂化氣(包括幹氣和液化氣)與焦炭的產率較高，汽、柴油餾分的收率較低；還使催化柴油的品質較差，不適於作為車用燃料調合組份。第三，採用單個常規的提升管反應器，缺乏對汽油催化改質的措施，汽油烯烴含量高、品質較低。第四，裝置本身缺乏降低再生煙氣中NOX含量的技術措施，導致再生煙氣中NOX的含量較高；且降低煙氣中NOX含量的方法多為使用降低催化裂化煙氣NOX含量的助劑或煙氣淨化裝置及設備，成本較高。多年來，國內外研究機構在克服上述常規流化催化裂化裝置所存在的缺點方面做了大量的研究工作：

1、採用兩個提升管反應器，其中一個為重油提升管反應器，另一個為輕烴提升管反應器。該技術的不足之處在於：第一，輕烴待生催化劑與再生催化劑混合，在一定程度上降低了重油提升管反應器內參與反應的催化劑的活性，對產品分布和產品性質帶來不利影響。第二，輕烴待生催化劑的循環量有限，使重油反應劑油比的提高幅度受到限制。第三，採用傳統的提升管催化裂化反應器，噴嘴設置位置較低，重油提升管反應器的油劑接觸時間實際上只能控制為2～4秒，短於2秒的反應時間很難實現。由於油劑接觸時間較長，導致重油提升管反應器的產品分布和催化柴油的性質相對較差。第四，催化汽油的改質過程經歷了重油提升管反應器反應油氣的分餾操作，汽油的冷凝和再次氣化過程產生大量的低溫熱，能耗較高。

2、在常規湍動床再生器的下方設置一個再生催化劑冷卻器，再生催化劑冷卻器底部設置主風分布器。該技術的不足之處在於：第一，再生催化劑冷卻器的筒體直徑較小，因此就需要對由冷卻主風分布器通入的冷卻主風量進行限制。否則，大量再生催化劑冷卻器內冷卻後的再生催化劑將被加熱的冷卻主風夾帶、經環形空間向上流入再生器內，形成催化劑內循環，影響裝置正常操作。由於冷卻主風量受限制，因而會影響對高溫再生催化劑的冷卻效果。第二，採用的是傳統的提升管催化裂化反應器，重油反應很難實現較短的油劑接觸時間。

3、反應沉降器頂部設置一個催化劑料鬥且通過管道與設置於反應沉降器上方的催化劑罐相連，催化劑罐通過不同的管道與再生器和反應沉降器的密相段相連。該技術的不足之處在於：第一，待生催化劑與再生催化劑混合，在一定程度上降低了參與反應的催化劑的活性，對產品分布和產品性質帶來不利影響。第二，重油待生催化劑的活性很低，對參與重油反應的催化劑的活性影響很大，只能少部分地參與重油反應，從而使重油反應劑油比的提高幅度受到限制。第三，油劑接觸區域的空間相對較大，重油反應的油劑接觸時間尚未完全得到有效的控制，仍存在一定程度的二次反應。第四，缺乏對汽油催化改質的措施，汽油烯烴含量高。

技術實現要素：

本實用新型的目的在於提供一種流化催化裂化裝置，以解決現有技術中存在的油劑接觸時間較長導致二次反應較多、提高劑油比的幅度有限以及汽油催化改質能耗較高等問題。

為了實現上述目的，本實用新型採用以下技術方案：

本實用新型提供的一種流化催化裂化裝置，包括第一管式反應器、氣固分離器、第二管式反應器、沉降器、折流管式再生器、湍動床再生器、催化劑輸送管路和催化劑冷卻管路；所述第一管式反應器、所述氣固分離器、所述第二管式反應器和所述沉降器依次從下往上同軸串聯設置，且所述第一管式反應器頂端的出口與所述氣固分離器上部稀相段連通，所述氣固分離器上部稀相段的油氣出口與所述第二管式反應器底端的油氣入口連通，所述第二管式反應器頂端的出口與所述沉降器內腔連通；所述折流管式再生器和所述湍動床再生器從下往上同軸串聯設置，所述折流管式再生器頂端的出口與所述湍動床再生器上部稀相段連通；所述氣固分離器下部密相段、所述湍動床再生器下部密相段均通過所述催化劑輸送管路與所述折流管式再生器的底部連通；所述沉降器下部密相段通過所述催化劑輸送管路與所述氣固分離器下部密相段連通；所述湍動床再生器下部密相段通過所述催化劑輸送管路與所述第一管式反應器底部連通；所述湍動床再生器下部密相段通過所述催化劑冷卻管路與所述第二管式反應器下部連通。

進一步，所述折流管式再生器包括第一上升管、沉降管和第二上升管；所述沉降管為上端封口的管段，所述第二上升管從下往上包括套管段、過渡段和出口段，所述過渡段和出口段位於所述湍動床再生器內部，所述套管段與所述湍動床再生器密相段直徑相同並相連接，所述套管段套接所述沉降管，所述沉降管套接所述第一上升管，使催化劑能夠從所述第一上升管頂端的出口流入所述沉降管的內腔，再由所述沉降管下端的出口流入所述第二上升管的內腔，最後從所述第二上升管頂端出口流入所述湍動床再生器。該技術方案的技術效果在於：採用第一上升管、沉降管和第二上升管的折回結構形式，在保證再生器具有足夠藏量的前提下，降低了整個再生器的安裝高度。

進一步，所述第一管式反應器反應段的長度為5米～15米，所述第二管式反應器反應段的長度為5米～10米。該技術方案的技術效果在於：由於第一管式反應器反應段的長度僅為5米～15米，第二管式反應器反應段的長度僅為5米～10米。當以第一管式反應器進行重油催化裂化反應、第二管式反應器進行汽油催化改質反應時，可以實現較短的油劑接觸時間(0.3秒～1.2秒)，從而有效抑制二次反應，使重油催化裂化和汽油催化改質的產品分布以及催化柴油的性質得到顯著改善。

進一步，還包括主風分布管和主風入口管，所述主風分布管設置於所述第一上升管底部和所述湍動床再生器底部；所述主風入口管設置於所述第二上升管底部的側壁上。該技術方案的技術效果在於：可以通過主風分布管向第一上升管同時通過主風入口管向第二上升管內輸入空氣，通過對通入第一上升管與第二上升管的兩股主風的風量進行合理分配，在第一上升管內進行貧氧再生，在第二上升管內進行富氧再生，由於第二上升管中含有催化劑，可及時帶走一氧化碳反應產生的熱量，可以在避免第二上升管內由於一氧化碳燃燒導致設備飛溫的前提下，在第一上升管內對煙氣中的NOX進行還原，以降低再生煙氣中NOX的含量。

進一步，所述主風入口管的數量為偶數，沿所述第二上升管的周向均勻對稱分布。該技術方案的技術效果在於：均勻對稱分布的主風入口管，使進入第二上升管內的主風均勻分布，與催化劑充分接觸，從而確保了催化劑再生效果。

進一步，還包括多層重油進料噴嘴，多層所述重油進料噴嘴設置於所述第一管式反應器的側壁上，沿所述第一管式反應器的軸向間隔分布。該技術方案的技術效果在於：重油進料噴嘴雖然屬於現有常規技術設備，但多層間隔分布的重油進料噴嘴，適用於需要油劑接觸時間不同的多種原料油，提高了流化催化裂化裝置的適用性。

進一步，所述催化劑冷卻管路包括一級再生催化劑冷卻器和二級再生催化劑冷卻器；所述湍動床再生器下部密相段依次通過所述一級再生催化劑冷卻器和所述二級再生催化劑冷卻器與所述第二管式反應器下部連通。該技術方案的技術效果在於：採用兩級再生催化劑冷卻器既滿足了對進入第二管式反應器的催化劑溫度的要求，又避免了產生大量低溫熱，從而降低了能耗。

進一步，還包括低溫再生催化劑罐；所述二級再生催化劑冷卻器通過所述低溫再生催化劑罐與所述第二管式反應器下部連通，且所述低溫再生催化劑罐的空間高度位於所述氣固分離器之上。該技術方案的技術效果在於：低溫再生催化劑罐位於二級再生催化劑冷卻器和第二管式反應器的下部入口之間，起到緩衝和穩定流化的作用，避免第二管式反應器中出現反應波動而影響汽油改質的效果。

進一步，流化催化裂化裝置還包括空氣輸送管，所述低溫再生催化劑罐的頂部通過所述空氣輸送管與所述湍動床再生器下部密相段連通。該技術方案的技術效果在於：由於輸送再生催化劑的催化劑冷卻管路中需要引入壓縮空氣作為動力，將這部分空氣導入湍動床再生器中輔助再生過程，提高了空氣的利用效率。

本實用新型的有益效果是：

一、縮短管式反應器的長度，可以實現較短的油劑接觸時間，從而有效抑制二次反應，使重油催化裂化和汽油催化改質的產品分布以及催化柴油的性質得到顯著改善。

二、管式再生器和湍動床再生器串聯結合，且湍動床再生器下部密相段通過所述催化劑輸送管路與所述折流管式再生器的底部連通，待生催化劑與來自湍動床再生器溫度較高的循環再生催化劑混合，確保了管式再生器具有較高的入口溫度，使管式再生器可以達到較高的燒焦強度，從而使整個催化裂化裝置兩個再生器的綜合燒焦強度與常規湍動床再生技術相比有一定提高，為大幅提高劑油比創造了條件。

三、設置兩個以氣固分離器連接的管式反應器，第一管式反應器反應油氣經氣固分離後直接進入第二管式反應器內與冷卻後的再生催化劑接觸進行汽油催化改質反應，避免了汽油冷凝和再次氣化過程，降低了能耗。

附圖說明

為了更清楚地說明本實用新型具體實施方式的技術方案，下面將對具體實施方式描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹。顯而易見地，下面描述中的附圖是本實用新型的一些實施方式，對於本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為本實用新型提供的流化催化裂化裝置的結構示意圖。

附圖標記：

1-第一管式反應器； 2-氣固分離器；

3-第二管式反應器； 4-沉降器；

5-折流管式再生器； 51-第一上升管；

52-沉降管； 53-第二上升管；

6-湍動床再生器； 7-主風入口管；

8-主風分布管； 9-重油進料噴嘴；

10-一級再生催化劑冷卻器； 11-二級再生催化劑冷卻器；

12-低溫再生催化劑罐； 13-旋風分離器；

14-反應集氣室； 15-煙氣集氣室；

16-管道； 17-蒸汽分布管；

18-慣性分離器； 19-空氣輸送管。

具體實施方式

下面將結合附圖對本實用新型的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例是本實用新型一部分實施例，而不是全部的實施例。基於本實用新型中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬於本實用新型保護的範圍。

在本實用新型的描述中，需要說明的是，術語「中心」、「上」、「下」、「左」、「右」、「豎直」、「水平」、「內」、「外」等指示的方位或位置關係為基於附圖所示的方位或位置關係，僅是為了便於描述本實用新型和簡化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構造和操作，因此不能理解為對本實用新型的限制。此外，術語「第一」、「第二」、「第三」僅用於描述目的，而不能理解為指示或暗示相對重要性。

在本實用新型的描述中，需要說明的是，除非另有明確的規定和限定，術語「安裝」、「相連」、「連接」應做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或一體地連接；可以是機械連接，也可以是電連接；可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連，可以是兩個元件內部的連通。對於本領域的普通技術人員而言，可以具體情況理解上述術語在本實用新型中的具體含義。

本實施例提供了一種流化催化裂化裝置，其中：圖1為本實用新型提供的流化催化裂化裝置的結構示意圖。如圖1所示，流化催化裂化裝置的主要結構包括第一管式反應器1、氣固分離器2、第二管式反應器3、沉降器4、折流管式再生器5、湍動床再生器6、催化劑輸送管路和催化劑冷卻管路。

具體地，第一管式反應器1、氣固分離器2、第二管式反應器3和沉降器4依次從下往上同軸串聯設置，且第一管式反應器1頂端的出口與氣固分離器2上部稀相段連通，氣固分離器2上部稀相段的油氣出口與第二管式反應器3底端的油氣入口連通，第二管式反應器3頂端的出口與沉降器4內腔連通。另外，折流管式再生器5和湍動床再生器6從下往上同軸串聯設置，折流管式再生器5頂端的出口與湍動床再生器6上部稀相段連通。同時，氣固分離器2下部密相段、湍動床再生器6下部密相段均通過催化劑管路與折流管式再生器5的底部連通；沉降器4下部密相段通過催化劑管路與氣固分離器2下部密相段連通；湍動床再生器6下部密相段通過催化劑管路與第一管式反應器1底部連通；湍動床再生器6下部密相段通過催化劑管路與第二管式反應器3下部連通。

石油化工行業現有的流化催化裂化裝置普遍存在著以下幾方面的缺點：

一、反應器中油劑接觸時間較長，二次反應較多；二、劑油比較小，提高幅度有限；三、汽油催化改質能耗較高。

本實施例的流化催化裂化裝置，能夠較好地解決上述問題：設置兩段管式反應器，並縮短管式反應器的反應段長度，進而縮短油劑接觸時間，避免二次反應；利用湍動床再生器下部密相段的高溫催化劑避免了折流管式再生器焦炭難以起燃的問題，並使之達到較高的燒焦強度。具體闡述如下：

由於折流管式再生器5和湍動床再生器6串聯結合，且湍動床再生器6下部密相段通過催化劑輸送管路與折流管式再生器5的底部連通，待生催化劑與來自湍動床再生器6溫度較高的循環再生催化劑混合，確保了折流管式再生器5具有較高的入口溫度，使折流管式再生器5可以達到較高的燒焦強度，從而使整個流化催化裂化裝置兩個再生器的綜合燒焦強度與常規湍動床再生技術相比有一定提高(湍動床再生器6與管式再生器的區別：一是在580～700℃範圍內，湍動床再生器6的燒焦強度遠小於管式再生器，二是湍動床再生器6的催化劑藏量較大、熱容也較大，不存在焦炭難以起燃問題。管式再生器的催化劑藏量較小、熱容也較小，催化劑入口溫度較低時焦炭難以起燃即使能夠起燃，燒焦強度也較低)，從而為大幅提高劑油比創造了條件(從催化裂化裝置熱平衡關係來看，通過改變壓力平衡使催化劑循環量增大可直接降低再生器催化劑床層的溫度，在再生方式不變的情況下，燒焦強度將大幅下降。這是限制劑油比大幅提高的主要因素)。同時第一管式反應器1的反應油氣經氣固分離後直接進入第二管式反應器3與經過冷卻再生催化劑在較低的溫度下(430～460℃)接觸，在此溫度條件下，反應油氣中的重油和柴油組分基本上不發生反應，從而在避免汽油冷凝和再次氣化過程、使汽油催化改質過程的能耗有所降低的前提下實現對催化汽油的單獨改質。

需要說明的是，沉降器4內安裝有旋風分離器13、反應集氣室14。旋風分離器13包括一個粗旋風分離器和一到四個一級旋風分離器。第二管式反應器3上端出口通過封閉管道16與粗旋風分離器的入口相連，一級旋風分離器的出口通過封閉管道16與反應集氣室14相連。而反應集氣室14位於沉降器4的頂部，通過反應油氣管線與分餾塔相連。另，湍動床再生器6的稀相段設有一到六個一級旋風分離器和一到六個二級旋風分離器。其中，一級旋風分離器的入口與湍動床再生器6的稀相段相通，一級旋風分離器的出口通過封閉管道16與二級旋風分離器的入口相連，二級旋風分離器的出口通過封閉管道16與湍動床再生器6頂部的煙氣集氣室15的入口相連，煙氣集氣室15的出口通過煙氣管線與煙氣能量回收系統相連。

在本實施例的可選方案中，進一步地，如圖1所示，折流管式再生器5包括第一上升管51、沉降管52和第二上升管53。具體地，沉降管52為上端封口的管段，第二上升管53從下往上包括套管段、過渡段和出口段，過渡段和出口段位於湍動床再生器6內部，套管段與湍動床再生器6的密相段直徑相同並相連接，套管段套接沉降管52，沉降管52套接第一上升管6，使催化劑能夠從第一上升管6頂端的出口流入沉降管52的內腔，再由沉降管52下端的出口流入第二上升管53的內腔，最後從第二上升管53頂端出口流入湍動床再生器6。在本實施例中，採用第一上升管51、沉降管52和第二上升管53的折回結構形式，在保證再生器具有足夠藏量的前提下，降低了整個再生器的安裝高度和空間。

在本實施例的可選方案中，進一步地，如圖1所示，第一管式反應器1反應段的長度為5米～15米，第二管式反應器3反應段的長度為5米～10米。在本實施例中，由於設置了兩級管式反應器，故管式反應器的反應長度可以設計較短，第一管式反應器1反應段的長度僅為5米～15米，第二管式反應器3反應段的長度為5米～10米。當以第一管式反應器1進行重油催化裂化反應，第二管式反應器3進行汽油催化改質反應時，可以實現較短的油劑接觸時間(0.3秒～1.2秒)，從而有效抑制二次反應，使重油催化裂化和汽油催化改質的產品分布以及催化柴油的性質得到顯著改善，實現汽油收率的最大化。在實際生產中，為了提高生產效率，第一管式反應器1的總長度為7米～18米，第一管式反應器1反應段的內徑為400毫米～2500毫米，第二管式反應器3的總長度為7米～13米，第二管式反應器3反應段的內徑為400毫米～2500毫米。

在本實施例的可選方案中，如圖1所示，進一步地，流化催化裂化裝置還包括主風分布管8和主風入口管7，主風分布管8分別設置於第一上升管51底部和湍動床再生器6底部；主風入口管7設置於第二上升管53底部的側壁上。在本實施例中，可以通過主風分布管8向第一上升管51同時通過主風入口管7向第二上升管53內輸入空氣，通過對通入第一上升管51與第二上升管53的兩股主風的風量進行合理分配，在第一上升管51內進行貧氧再生，在第二上升管53內進行富氧再生，由於第二上升管53中含有催化劑，可及時帶走一氧化碳反應產生的熱量，可以在避免第二上升管53內由於一氧化碳燃燒導致設備飛溫的前提下，在第一上升管51內對煙氣中的NOX進行還原，以降低再生煙氣中NOX的含量。

在本實施例的可選方案中，如圖1所示，進一步地，主風入口管7的數量設置為偶數，沿第二上升管53的周向均勻對稱分布。在本實施例中，均勻對稱分布的主風入口管7，使進入第二上升管53內的主風均勻分布，與催化劑充分接觸，從而確保了催化劑再生效果。

在本實施例的可選方案中，如圖1所示，進一步地，流化催化裂化裝置還包括多層設置於第一管式反應器1側壁上的重油進料噴嘴9，重油進料噴嘴9沿第一管式反應器1的軸向間隔設置。在本實施例中，重油進料噴嘴9雖然屬於現有常規技術設備，但多層間隔分布的重油進料噴嘴9，適用於需要油劑接觸時間不同的多種原料油，提高了流化催化裂化裝置的適用性。

在本實施例的可選方案中，如圖1所示，進一步地，催化劑冷卻管路包括一級再生催化劑冷卻器10和二級再生催化劑冷卻器11。具體地，湍動床再生器6下部密相段依次通過一級再生催化劑冷卻器10和二級再生催化劑冷卻器11與第二管式反應器3的下部連通。在本實施例中，採用兩級再生催化劑冷卻器既滿足了對進入第二管式反應器3的催化劑溫度的要求，又避免了產生大量低溫熱，從而降低了能耗。

在本實施例的可選方案中，如圖1所示，進一步地，流化催化裂化裝置還包括低溫再生催化劑罐12。二級再生催化劑冷卻器11通過低溫再生催化劑罐12與第二管式反應器3下部連通，且低溫再生催化劑罐12的空間高度位於氣固分離器2之上。在本實施例中，低溫再生催化劑罐12位於二級再生催化劑冷卻器11和第二管式反應器3的下部入口之間，起到緩衝和穩定流化的作用，避免第二管式反應器3中出現反應波動而影響汽油改質的效果。

在本實施例的可選方案中，如圖1所示，進一步地，流化催化裂化裝置還包括空氣輸送管19。空氣輸送管19的兩端分別與低溫再生催化劑罐12的頂部、湍動床再生器6下部密相段連通。催化劑冷卻管路中採用壓縮空氣作為輸送催化劑的動力，壓縮空氣在低溫再生催化劑罐12中再通過空氣輸送管19進入湍動床再生器6中輔助再生過程，提高了空氣的利用效率。

最後應說明的是：以上各實施例僅用以說明本實用新型的技術方案，而非對其限制；儘管參照前述各實施例對本實用新型進行了詳細的說明，本領域的普通技術人員應當理解：其依然可以對前述各實施例所記載的技術方案進行修改，或者對其中部分或者全部技術特徵進行等同替換；而這些修改或者替換，並不使相應技術方案的本質脫離本實用新型各實施例技術方案的範圍。