一種提升管耦合循環流化床反應器共用再生器的裝置及使用方法與流程
2024-03-26 20:42:05
本發明屬於石油化工技術領域，主要涉及一種提升管反應器與循環流化床反應器耦合且共用一套再生器的裝置及其使用方法。
背景技術：
提升管反應器是催化裂化裝置的核心設備，其結構簡單，連續高效，處理量大，特別適合於反應時間較短的氣-固非均相反應，如催化裂化反應，催化脫氫反應等。循環流化床反應器具有氣固通量高，床層溫度均勻，傳質傳熱效率高，易於連續化和自動化等優點，適合於反應時間較長的氣-固非均相反應，如氫轉移反應、異構化反應、芳構化反應等。提升管反應器和循環流化床反應器均屬於氣-固非均流態化反應器，有著其它類型反應器難以比擬的優勢，現已成為能源、化工、冶金、生物、環保等領域研究和應用最廣泛的技術之一。但是，流態化反應器催化劑表面容易生焦，活性下降快，需要不斷地對催化劑進行循環燒焦再生。目前，石油化工行業通用的作法是在流態化反應器與再生器之間建立催化劑循環，即將反應過程中結焦失活的待生催化劑輸送到再生器中進行燒焦，恢復活性的再生催化劑循環回反應器繼續使用，如此反覆。
我們知道，開發一種新型流態化生產工藝，一般需要對不同類型的反應器進行試驗驗證，以確定最佳的反應器形式，這一過程工作量大、耗資多、周期長，影響了開發工作的進度，因此，開發多功能的耦合式流態化反應器和試驗裝置，符合流態化技術發展方向。目前，文獻報導的提升管與流化床耦合反應器一般採用上下耦合的方式，即提升管反應器在上，流化床反應器在下，或提升管反應器在下，流化床反應器在上，利用兩種反應器各自的特點，在同一工藝中完成不同類型的化學反應。如：崔剛和秦小剛等人提出的耦合反應器均是提升管反應器在上、流化床反應器在下的耦合形式（崔剛等.流化床-提升管耦合反應器內固含率的軸向分布及流動發展[j]，過程工程學報.2014，14（4）：556-561；秦小剛等.流化床-升管耦合反應器內瀝青顆粒的流動特性[j]，過程工程學報.2013，13（4）：563-566）；北京石油化工研究院開發的多產異構烷烴的催化裂化工藝(mip)則是典型的提升管反應器在下、流化床反應器在上的耦合模式（許友好等.多產異構烷烴的催化裂化工藝兩個反應區概念實驗研究[j]，石油學報（石油加工）.2004，20（4）：1-5）。中國專利zl200720306013.7公開了一種提升管循環流化床低碳烷烴催化脫氫烯烴裝置，主要通過催化脫氫和快速燒焦加熱分別在不同系統進行，並通過循環耦合，形成一個反應再生循環系統；低碳烷烴催化脫氫制烯烴反應在流化床反應器中進行，催化劑快速燒焦在提升管再生加熱器中進行，催化劑在流化床反應器和提升管再生加熱器之間進行循環流化；這種耦合方式的優點是保證了催化脫氫反應的連續進行和熱量的有效提供，碳烷烴催化脫氫制烯烴轉化率高，操作簡單成本低；缺點是用提升管代替了流化床再生器，燒焦能力大幅降低；因此，這種耦合形式只適用於生焦量很低的化學反應。中國專利cn1861753a公開了一種使用汽油重油偶合反應器的催化轉化方法和裝置，其特徵在於，催化裂化裝置設置了重油和汽油兩個反應器，一個沉降器和一個汽提器，共用再生部分；汽油反應器的反應段由提升管蒸發、反應段與快速流化床反應段複合而成，重油反應器包括兩個反應區，下方是在總量為再生劑和部分汽油反應催化劑環境進行反應的裂化區，上方為進一步補充汽油反應催化劑的第二反應區，第二反應區內設有汽油油氣旋風分離器；其催化劑的循環流程為，從再生器來的再生催化劑分為兩部分，分別同時進入汽油反應器和重油反應器的預提升段，從汽油反應器中將一部分(19a)反應使用過的催化劑經輸送管引入重油反應器底部的預提升段內，與來自再生器的再生催化劑混合參加重油反應，從汽油反應器出口將另一部分(19b)反應使用過的催化劑引入重油反應器中部，參加重油反應，最終反應後的催化劑通過重油反應器進入沉降器分離汽提後返回再生器。其優點是改進了目的產品品質，提高了裝置的總收率；缺點是反應器的結構和催化劑循環流程過於複雜，難以控制和實施，且兩個反應器只能同時運行，不能獨立工作，完成不同類型的化學反應。
技術實現要素：
本發明的目的是針對現有技術的缺陷，提出一種提升管耦合循環流化床反應器共用再生器的裝置及使用方法，解決現有的提升管和流化床耦合反應器/裝置結構和流程複雜、功能單一、各反應器不能獨立操作的問題，從而達到簡化耦合反應器的結構和流程、實現不同反應器獨立操作、拓寬裝置應用領域、節約裝置投資的目的。
本發明實現上述目的所採用的技術方案是：一種提升管耦合循環流化床反應器共用再生器的裝置，包括再生器、循環流化床反應器、提升管反應器、水平輸送管和再生斜管，所述再生器包括再生器沉降段和再生器密相段，所述循環流化床反應器包括循環流化床沉降段和循環流化床密相段，所述提升管反應器通過水平輸送管與循環流化床沉降段耦合，還包括再生劑提升斜管和待生劑提升斜管，在所述再生器的再生器密相段底部連通有再生器氣/汽提段，在所述循環流化床反應器底部的循環流化床反應器密相段連通有循環流化床氣/汽提段，所述提升管反應器的下部通過所述再生斜管與位於再生器氣/汽提段底部的再生劑出口相連，頂部通過所述水平輸送管與循環流化床反應器沉降段相連；循環流化床密相段通過再生劑提升斜管與再生器氣/汽提段底部的再生劑出口相連，循環流化床氣/汽提段底部的待生劑出口通過待生劑提升斜管與再生器密相段相連。
進一步，在所述水平輸送管上設有閥門、再生斜管上設有閥門、待生劑提升斜管上設有閥門、再生劑提升斜管設有閥門，該四個閥門均具有調節流量和切斷功能。
進一步，所述生器氣/汽提段位於再生器密相段的正下部，與其上下貫通。
進一步，所述循環流化床氣/汽提段位於循環流化床密相段的正下部，與其上下貫通。
進一步，在所述再生劑提升斜管與再生劑出口連接處設有再生劑提升風入口。
進一步，在所述待生劑提升斜管與待生劑出口連接處設有待生劑提升風入口。
進一步，所述的提升管耦合循環循環流化床反應器共用再生器的裝置的使用方法，包括如下步驟：
（1）按循環流化床反應-再生裝置進行操作
a、切斷水平輸送管和再生斜管上的閥門，打開再生劑提升斜管和待生劑提升斜管上的閥門；
b、再生催化劑與從循環流化床密相段下部進入的循環流化床進料進行氣固流態化反應；
c、反應後的催化劑向下流入循環流化床氣/汽提段，與氣/汽提段下部進入的流化床氣/汽提氣逆向接觸進行氣/汽提；
d、經過氣/汽提的待生催化劑從流化床氣/汽提段底部的催化劑出口流出，在待生劑提升風的作用下沿待生劑提升斜管進入再生器密相段，與從再生器密相段下部進入的主風逆向接觸進行燒焦再生；
e、燒焦後的再生催化劑向下流入再生器氣/汽提段，與從再生器氣/汽提段下部進入的氣/汽提氣逆向接觸氣/汽提後，從再生器氣/汽提段底部的出口流出，在再生劑提升風的作用下沿再生劑提升斜管進入循環流化床反應器密相段。
（2）按提升管反應-再生裝置進行操作
a、切斷再生劑提升斜管上的閥門，打開水平輸送管、再生斜管和待生劑提升斜管上的閥門；
b、從再生器氣/汽提段底部催化劑出口流出的再生催化劑，沿再生斜管流入提升管反應器下部，與從提升管反應器底部進入的提升管進料進行接觸，以流化態並流向上到達提升管反應器頂部後，沿水平輸送管進入循環流化床沉降段進行氣固分離；
c、氣相從循環流化床反應器頂部離開，進入產物回收分離系統；
d、分離出的催化劑向下流經循環流化床密相段，進入循環流化床反應器氣/汽提段中，與從該段下部進入的循環流化床氣/汽提氣逆向接觸進行氣/汽提；
e、經過氣/汽提的待生催化劑從流化床氣提段底部的催化劑出口流出，在待生劑提升風的作用下沿待生劑提升斜管進入再生器密相段，與從再生器密相段下部進入的主風逆向接觸進行燒焦再生；
f、燒焦後的再生催化劑向下流入再生器氣/汽提段，與從再生器氣/汽提段下部進入的氣/汽提氣逆向接觸氣/汽提後，從再器氣/汽提段底部的出口流出，沿再生斜管流向提升管反應器。
進一步，所述的提升風為水蒸汽、空氣、氮氣或氫氣。
進一步，所述的氣/汽提氣為水蒸汽、氮氣或氦氣。
本發明的優點在於：所述的裝置簡化了循環流化床反應器和提升管反應器的結構和耦合形式，可以利用循環流化床反應器的沉降器實現提升管反應器的反應產物與固體催化劑分離；循環流化床反應器和提升管反應器可以獨立地工作，分別完成不同類型的化學反應，拓寬了裝置的適用範圍；在循環流化床反應器和再生器密相段的下部均設置了氣/汽提段，可以分別對待生催化劑和再生催化劑進行氣/汽提，以滿足部分反應要求催化劑不能攜帶氧氣或水蒸汽的特殊要求，提高裝置的適用性；簡化了催化劑循環流程，省去了一根催化劑輸送管，提高了裝置運行的穩定性和可靠性。
附圖說明
圖1為本發明所述的裝置示意圖。
圖中，1、再生器；2、循環流化床反應器；3、提升管反應器；4、再生斜管；5、再生劑提升斜管；6、待生劑提升斜管；7、水平輸送管；v1～v4、閥門；f1、循環流化床進料；f2、提升管進料；f3、主風；f4、再生劑氣/汽提氣；f5、循環流化床氣/汽提氣；f6、待生劑提升風；f7、再生劑提升風；f8、再生煙氣；f9、反應產物；1-1、再生器沉降段；1-2、再生器密相段；1-3、再生器氣/汽提段；2-1、循環流化床沉降段；2-2、循環流化床密相段；2-3、循環流化床氣/汽提段。
具體實施方式
為了使本發明的目的、技術方案和優點更加明晰，以下結合附圖及實施例對本發明作進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅用以解釋本發明，並不用於限定本發明。
除了在再生器和循環流化床反應器的密相段底部設置了氣/汽提段外，所述的再生器和循環流化床反應器的其它部分，以及所述的閥門和提升管反應器均採用本領域公知形式，不再贅述。
在下文敘述中，待生催化劑與待生劑的含義是一致；再生催化劑與再生劑的含義是一致的。
如圖1所示，本發明所述的提升管耦合循環流化床反應器共用再生器的裝置，主要由再生器1、循環流化床反應器2、提升管反應器3、再生斜管4、再生劑提升斜管5、待生劑提升斜管6、水平輸送管7和閥門v1～v4組成。
所述再生器1自上而下依次為再生器沉降段1-1、再生器密相段1-2和再生器氣/汽提段1-3，且三段之間是相互貫通的。再生器的作用有二：一是對結焦失活的催化劑進行燒焦再生，恢復催化劑的活性；二是對再生後的催化劑進行氣/汽提，將催化劑空隙和孔道內夾帶的氧氣或水蒸汽置換乾淨，以滿足部分反應對氧含量和水含量的特殊要求；氣/汽提氣可以根據工藝需要選擇水蒸汽、氮氣或氦氣。所述再生器頂部設有再生煙氣f8出口，催化劑燒焦過程產生的煙氣由此排出。再生器密相段1-2下部設有主風f3（即用於燒焦的空氣）入口，用於向再生器內提供燒焦用空氣並作用催化劑的流化介質；再生器密相段1-2還設有待生催化劑入口，從循環流化床反應器2底部送來的待生催化劑由此進入再生器密相段1-2，與主風逆向接觸進行燒焦。再生器氣/汽提段1-3設置在密相段的正下部，與密相段耦合在一起，並與之相通，以便再生後的催化劑直接從再生器密相段流入氣/汽提段，如此設置可以簡化再生器結構和催化劑流程、節約投資、提高裝置再生器的運行穩定性和適用性；再生器氣/汽提段下部設有氣/汽提氣入口，向再生後的催化劑提供氣/汽提用惰性氣體，包括水蒸汽、氮氣和氦氣。如果對再生劑無特殊要求，則再生催化劑無需氣/汽提。再生器氣/汽提段1-3底部設有再生劑出口，該出口可以通過再生劑提升斜管5和再生斜管4分別與循環流化床反應器2的密相段2-2和提升管反應器3的下部相連，分別向循環流化床反應器2和提升管反應器3提供再生催化劑。再生劑提升斜管5設有閥門v4，用以切斷或調整從再生器1輸往密相床反應器2的再生催化劑循環量；再生劑提升斜管5最下端設有再生劑提升風f7入口，能夠將再生催化劑以流化狀態輸送到循環流化床密相段2-2中；再生斜管4上設有閥門v2，用以切斷或調整再生器1輸送到提升管反應器3的再生催化劑循環量，再生催化劑在再生斜管4中以密實堆積的方式滑流到提升管反應器3的下部。
循環流化床反應器2自上而下依次為循環流化床沉降段2-1、循環流化床密相段2-2和循環流化床氣/汽提段2-3，且三段之間相互貫通。循環流化床密相段2-2是原料與催化劑接觸反應的場所；其中設有再生催化劑入口，通過再生劑提升斜管5與再生器2相連，再生後的催化劑不斷通過再生劑提升斜管5進入循環流化床密相段2-2；循環流化床密相段2-2的下部設有反應原料進口，向其中提供催化反應所需要的原料。循環流化床沉降段2-1是反應產物與固體催化劑分離場所，其頂部設有反應產物出口，從循環流化床密相段2-2上升的氣/汽提氣與反應產物攜帶少量的催化劑，在此進行氣固分離，反應產物從循環流化床沉降段2-1頂部流出，固體催化劑向下落入循環流化床密相段2-2中。循環流化床氣/汽提段2-3是已參與反應的催化劑的氣/汽提場所，設置在循環流化床密相段2-2的正下方並與其上下貫通，循環流化床密相段2-2中已參與反應的催化劑可以直接向下流入循環流化床氣/汽提段2-3中，簡化了催化劑的流動路徑，保證了催化劑流動的穩定性；循環流化床氣/汽提段2-3的下部設有氣/汽提氣入口，氣/汽提氣與反應後的催化劑逆向接觸進行氣/汽提氣，所述的氣/汽提氣為水蒸汽、氮氣或氦氣；氣/汽提後的催化劑（即待生催化劑）通過待生劑提升斜管6輸送到再生器密相段1-2中進行燒焦再生；在待生劑提升斜管6上設有閥門v3，用以切斷或調整從循環流化床反應器2底部送往再生器密相段1-2的待生催化劑循環量；待生劑提升斜管6最下端設有待生劑提升風f6入口，能夠將待生催化劑以流化狀態輸送到再生器密相段1-2中。
提升管反應器3通過水平輸送管7與循環流化床沉降段2-1耦合在一起，水平輸送管7的作用是將來自提升管反應器3的催化劑與反應產物的混合物引入循環流化床沉降段2-1中，並在其中進行催化劑和反應產物分離，省去了提升管反應器的沉降段和氣/汽提段，簡化了裝置流程和結構，節約了裝置投資。水平輸送管7設置了閥門v1，用於隔離提升管反應器3和循環流化床反應器2。提升管反應器3的下部設有再生催化劑入口，通過再生斜管4與再生器2底部的再生劑出口相連，不斷向提升管反應器3的下部提供再生催化劑。
本發明裝置的具體實施流程如下：
實施例1：
該實施例為循環流化床過程反應-再生的實施流程。
打開閥門v3和v4，關閉閥門v1和v2，將提升管反應器3與系統隔離，由循環流化床反應器2、再生器1、待生劑提升斜管6和再生劑提升斜管5構成循環流化床反應-再生裝置。
循環流化床進料f1從位於循環流化床密相段2-2下部的進料口進入循環流化床密相段，與其中的催化劑接觸反應，並使催化劑呈現流化狀態；氣相產物攜帶少量催化劑向上進入循環流化床沉降段2-1，進行氣固分離；氣相（即反應產物f9）從循環流化床沉降段頂部流出，進入產物回收分離系統；反應後的催化劑向下流入循環流化床反應器氣/汽提段2-3中，與該段下部進入的循環流化床氣/汽提氣f5逆向接觸進行氣提，氣/汽提出的反應產物與氣/汽提氣一起向上穿過循環流化床密相段2-2進入循環流化床沉降段2-1，與反應產物合併後從反應器沉降段頂部離開反應器；氣/汽提後的待生催化劑在待生劑提升風f6的作用下，沿待生劑提升斜管6進入再生器密相段1-2中，待生劑的循環量由閥門v3的開度來控制。
進入再生器密相段1-2的待生劑，與再生器密相段下部進入的主風f3逆向接觸，並在f3的作用下呈流化狀態進行燒焦，燒焦煙氣攜帶少量催化劑向上進入再生器沉降段1-1中，氣固分離後，燒焦煙氣f8從再生器沉降段頂部出裝置，分離出的催化劑重新返回再生器密相段1-2中；經過燒焦的再生催化劑向下流入再生器氣/汽提段1-3，與該段下部進入的再生氣/汽提氣f4逆向接觸進行氣/汽提。氣/汽提後的再生催化劑在再生劑提升風f7的作用下，沿再生劑提升斜管5重新返回循環流化床反應器的密相段2-2中，再生催化劑的循環量可以通過v4的開度來控制。
至此，完成了循環流化床試驗從反應到再生的全過程。
實施例2：
該實施例為提升管過程反應-再生的實施流程。
打開閥門v1、v2和v3，關閉閥門v4，由提升管反應器3、循環流化床反應器2、再生器1、再生斜管4和待生劑提升斜管6構成提升管反應-再生裝置。
從再生器1底部流出的再生催化劑，經閥門v2控制流量後，沿再生斜管4進入提升管反應器3的下部，提升管進料f2從提升管反應器底部以霧狀或氣相形式進入提升管反應器3中，與催化劑接觸反應，反應氣體與催化劑呈流化狀態並流向上到達提升管反應器頂部後，沿水平輸送管7進入循環流化床沉降段2-1，進行氣固分離；氣相（即反應產物f9）從循環流化床反應器頂部離開，進入產物回收分離系統；分離出的催化劑向下流經循環流化床密相段2-2，進入循環流化床反應器氣/汽提段2-3中，與該段下部進入的循環流化床氣/汽提氣f5逆向接觸進行氣/汽提，氣/汽提出的產物與氣/汽提氣一起向上進入循環流化床沉降段2-1；與反應產物合併後從循環流化床反應器頂部流出；氣/汽提後的待生催化劑在待生劑提升風f6的作用下沿待生劑提升斜管6進入再生器密相段1-2中，待生劑的循環量由閥門v3的開度來控制。
進入再生器密相段1-2的待生劑，與再生器密相段下部進入的主風f3逆向接觸進行流化燒焦，燒焦煙氣攜帶少量催化劑向上進入再生器沉降段1-1中，氣固分離後，燒焦煙氣f8從再生器頂部出裝置，分離出的催化劑重新返回再生器密相段1-2中；經過燒焦的再生催化劑向下流入再生器氣/汽提段1-3，與該段下部進入的再生氣/汽提氣f4逆向接觸進行氣/汽提。氣/汽提後的再生催化劑沿再生斜管4重新返回提升管反應器下部。
至此，完成了提升管試驗從反應到再生的全過程。