一種低炭催化劑的流化床再生設備及其再生方法
2024-04-07 17:18:05 1
專利名稱：一種低炭催化劑的流化床再生設備及其再生方法
技術領域：
本發明屬於石油化工領域，涉及一種低炭催化劑的流化床再生設備及其再生方法。
背景技術：
由於石油化工原料如烴類、醇類在反應器內反應時會生成焦炭，焦炭沉積在催化劑的表面會使催化劑的活性和選擇性降低，因此，在一個工業裝置中必須經常採用氧化再生的方式燒掉沉積在催化劑表面上的焦炭，以恢復催化劑的活性。失活的催化劑可以在固定床裝置或流化床裝置中進行再生。通常，失活速率較快的催化劑在流化床裝置中進行再生，如烴類原料的流化催化裂化工藝(FCC)，通常在離開反應器時待生催化劑含炭量在
(重量)左右，經過流化床再生器的燒焦後，分子篩催化劑上的含炭量一般可降至0. 2% (重量)以下。工業上常用的流化床再生方式主要有單器再生、兩器兩段再生及快速床再生等。其中單器再生由於工藝及設備都比較簡單，迄今為止一直被廣泛使用。由於流化催化裂化等烴類轉化工藝中催化劑失活迅速，催化劑循環量大。為保證催化劑能夠完全再生，流化床再生器中催化劑的藏量也較大。另一方面，需要再生的催化劑上炭含量較高，再生燒焦時放出的熱量足以滿足本裝置的熱平衡。例如在以重油為裂化原料時，再生催化劑的燒焦還可以提供大量的剩餘熱量。流化床的再生器是採用流化床工藝的反應裝置中的核心設備。CN1034320A公開了一種流化床催化劑再生的方法和設備，該再生設備由一個或兩個再生器組成，在不同的再生器中可採用不同的燒焦溫度，從而使再生催化劑上的含炭量很低。CN1385495A公開一種流化催化裂化催化劑再生方法和裝置。該方法為管式燒焦器與多段逆流湍流床燒焦器相併列的催化劑串聯組合再生方式，可在管式燒焦器內燒掉40 % 50%的炭及全部的氫，然後在湍流燒焦器內完成全部燒焦。CN1137789C公開了一種流化催化裂化催化劑再生設備，在再生器下部密相區內加入類似填料層的內構件再生設備，待生催化劑在此區域實現多級逆流再生，可有效減輕再生器內密相段催化劑的返混，增加再生效率，降低再生催化劑上的炭含量。上述現有技術中所設計的再生設備是目前工業上烴類轉化工藝中最為常用的再生設備，但僅適用於催化劑循環量大、催化劑上焦炭含量較高、燒焦放熱量較大的再生工藝，如煉油工藝的催化裂化催化劑的再生。而在化工生產中通常需要再生的催化劑量往往不大，當需要採用流化床的方式再生少量催化劑如幾百公斤至數噸而且催化劑上含炭量不高、焦炭燃燒的熱量不足以維持再生器中的熱平衡時，雖然也能用普通的流化床再生器進行催化劑的再生，但再生效率低，而且需要由大量的再生空氣提供熱量維持再生器的熱平衡，從技術經濟角度來看，極不合理。
發明內容
本發明所要解決的技術問題是待生催化劑數量少、焦炭含量不高，用現有流化床再生技術時，焦炭燃燒熱量不足以維持再生器熱量平衡的問題。本發明的目的在於提供一種新的流化床再生器和再生方法，使用該再生器能夠有效地對少量的低炭催化劑進行再生。本發明提供的低炭催化劑的流化床再生設備包括再生器殼體16，催化劑進料口 14和催化劑出料口 15，所述的再生器殼體16自下而上分為密相段11和稀相段12，再生空氣進料管8位於再生器殼體16的底部，再生空氣進料管8的上方是氣體分布器9，在密相段 11處設置加熱裝置10，稀相段12的頂部設置催化劑過濾器13。本發明提供的流化床再生器主要部分自下而上分為密相段11、擴大段和稀相段 12。擴大段包括一個圓臺體結構與一個圓柱體結構組件，圓柱體與密相段連接，圓臺體一個圓截面與稀相段連接，另一個圓截面與圓柱體相連。所述稀相段的直徑與高之比為1 1 8，優選為1 2 5，密相段的直徑與高之比為1 1 20，優選為1 5 15。在密相段的再生器側壁上設置有催化劑出料口和催化劑進料口。密相段11中設置的加熱裝置10是獨立控溫加熱。加熱裝置10設置在再生器殼體16內部或再生器殼體16外部。加熱裝置10設置在再生器殼體16內部時，為電加熱管加熱器或內電極式加熱器，即在催化劑密相床層內直接加熱催化劑；加熱裝置10設置在再生器殼體16外部時，為鑄金屬電加熱器，即當再生器直徑過小，可採用鑄金屬電加熱器包裹在密相段的殼體外側進行加熱。氣體分布器9設置在再生空氣進料管8的上方，與再生器的一部分構成流化室，工作時再生器內的催化劑在氣流的作用下處於流化狀態，依靠加熱裝置10與催化劑間極高的傳熱速率向催化劑床層實施補充加熱，以滿足低炭催化劑再生對熱量的需求。由於低炭催化劑再生所需空氣量很少，而且催化劑再生所需熱量絕大部分由加熱裝置提供，因此維持再生器內催化劑流化狀態的空氣量便可滿足催化劑再生的要求，也就是說，再生器內氣體表觀氣速較低。氣體分布器是再生器內均勻分布氣體的關鍵構件，本發明中再生器內的氣體分布器可採用直流式、側流式、短管式和分枝式的分布器。由於本發明中再生催化劑顆粒約為100 μ m左右，因此不宜採用填充式氣體分布器。本發明的再生器內徑較小，且氣體分布器上下溫差較大，因此優選採用能夠承受催化劑的重荷和熱應力，並有利於消除鼓泡和溝流的氣體分布器。優選的氣體分布器選自直流式凹型篩板分布器、金屬錐形風帽分布器、側縫式錐帽分布器或短管式氣體分布器中的一種。稀相段12的頂部設置催化劑過濾器13，經再生後的催化劑被再生氣帶入稀相段後由過濾器阻擋在再生器內，而再生後的氣體則經催化劑過濾器排出再生器。所述催化劑過濾器為金屬燒結過濾器或陶瓷過濾器。本發明提供一種使用上述再生設備的再生方法來自再生空氣進料管8的空氣向上經氣體分布器9進入催化劑床層，從催化劑進料口 14引入待生催化劑，待生催化劑在再生器內處於流化狀態，使用加熱裝置10對待生催化劑升溫，進行待生催化劑的再生，部分再生催化劑經再生空氣提升至稀相段12，經催化劑過濾器13過濾後返回密相段11，而再生空氣經過催化劑過濾器13後排出再生器，再生催化劑經催化劑出料口 15排出再生器。所述待生催化劑的含炭量為小於等於0. 7重量％。再生器中的再生溫度為450°C 700°C，壓力為0 1. OMPa (表壓)，優選為再生溫度為550°C 680°C，壓力為0 0. 2MPa(表壓)。
本發明的流化床再生設備及其再生方法不同於現有技術的催化劑流化床再生技術，採用直接加熱催化劑床層的方法，特別適用於待生催化劑上含炭量不高、焦炭燃燒熱不足以維持再生器熱平衡的再生工藝。本發明提供的流化床再生設備和方法具有以下優點(1)再生時由於以電加熱催化劑的方式提供熱量為主，且幾乎沒有損耗地全部被催化劑利用，催化劑加熱的熱效高，因此再生過程的熱效率可達90%以上，熱量消耗比普通流化床再生器降低50%左右。(2)由於再生空氣用量僅為普通流化床再生器的20 % 30 %，因此配套的鼓風機功率降低，動力消耗比普通流化床再生器減少60 %左右。(3)與再生空氣加熱催化劑的方式相比，由於催化劑電加熱器強化了傳熱過程，因而在同等規模條件下，其尺寸較普通流化床再生器減小50%左右，配套風機、加熱設備等附屬設備的尺寸也相應減少，設備投資可下降30%左右。(4)操作靈活且彈性大，該再生器既可連續操作，也可間歇操作，根據生產需求，可在0 100%之間調整再生負荷。(5)停留時間可按實際需要進行調節。(6)再生器內空床氣速低，因此，物料顆粒破碎率低，對設備磨損小。
圖1為現有技術中常規的流化床再生器結構示意圖。圖2為本發明提供的低炭催化劑流化床再生設備結構示意圖，其中加熱裝置設置在再生器殼體內。圖3為本發明提供的低炭催化劑流化床再生方法流程示意圖，其中加熱裝置設置在再生器殼體外。
具體實施例方式下面結合附圖對本發明的再生裝置和再生方法予以進一步地說明，但並不因此而限制本發明。圖1為現有技術中常規的流化床再生器結構示意圖。再生器分為稀相段和密相段兩段，再生器的底部設置催化劑入口 3和再生主風分布器4、來自燃燒室的燒焦用的空氣通過再生主風分布器4進入密相床層。燒焦生成的煙氣攜帶部分催化劑進入稀相段，部分攜帶的催化劑下落回密相段，其餘的隨煙氣進入旋風分離器1，分離出的催化劑經料腿返回密相床，而煙氣則經頂部設置的再生器集氣室6排出再生器。在再生器的外部設置再生器外取熱器5。圖2為本發明提供的低炭催化劑流化床再生設備結構示意圖，其中加熱裝置設置在再生器殼體內。如圖2所示，再生器包括再生器殼體16，催化劑進料口 14和催化劑出料口 15。再生器殼體16自下而上分為密相段11和稀相段12，再生空氣進料管8位於再生器殼體16的底部，再生空氣進料管8的上方是氣體分布器9，為再生空氣短管式板分布器。在密相段11處，再生器殼體的內側設置可獨立控溫的加熱裝置10。稀相段12的頂部設置催化劑過濾器13。圖3為本發明提供的低炭催化劑流化床再生方法流程示意圖，其中加熱裝置設置在再生器殼體外。如圖3所示，鼓風機7將空氣壓縮並引入再生器底部的再生空氣進料管 8，空氣流量採用單獨的流量控制閥進行調控。從再生空氣進料管8來的空氣向上經直流式凹型篩板分布器9進入催化劑床層。進入床層的空氣量可以滿足燒焦所需空氣量，且表觀氣速應高於催化劑的起始流化速度。催化劑進料口 14引入一定量的低炭催化劑，催化劑在再生器內處於流化狀態。使用再生器殼體外側的電加熱裝置10對催化劑升溫，進行低炭催化劑的再生。在加熱過程中，控制再生密相段11的溫度。再生器密相段的溫控通過控制電加熱裝置10的溫度實現。處於流化狀態下的部分催化劑經再生空氣提升至再生器稀相段12，線速進一步降低，經催化劑過濾器13過濾後返回密相段，而再生煙氣經過催化劑過濾器13後由出口排出再生器。再生後的催化劑經過催化劑出口料15排出再生器，再生器中催化劑的料位由出口管線上的控制閥進行調節。下面結合實施例對本發明的再生裝置和再生方法予以進一步地說明，但並不因此而限制本發明。對比例採用圖1所示典型的催化劑流化床再生器，對含有Y型分子篩的低炭催化裂化催化劑進行再生，再生溫度為650°C。待生催化劑上的含炭量為0. 5重量％，催化劑循環量約為2000kg/h，再生後催化劑含炭量為0. 1重量％。再生器直徑為an，密相段高度5m。為保證燒焦速率，再生器密相段燒焦空氣線速約0. 6m/s，根據催化劑再生熱量衡算，燒焦催化劑放熱約lOOkw，而進入再生器的空氣升溫熱約為860kw，散熱損失約30kw。焦炭燃燒放出的熱量遠低於再生系統所需熱量，因此為維持再生溫度，需將大量的進入再生器的空氣升溫。實施例1 實施例4採用圖2所示的本發明提供的再生器，對與對比例相同的，含有Y型分子篩的低炭催化裂化催化劑進行再生。在400°c、50(rc、55(rc、60(rc不同的再生溫度下對低炭催化劑進行再生實驗，結果見表1所示。由表1可見，再生溫度為600°C，再生時間40分鐘催化劑便可達到完全再生，在550°C下45分鐘基本可以完全再生。因此低炭催化劑的燒焦可以控制在較低的溫度下進行，且催化劑藏量在保證再生時間的情況下可適當減少，從而優化了能量利用和再生器尺寸。表 權利要求
1.一種低炭催化劑的流化床再生設備，包括再生器殼體(16)，催化劑進料口(14)和催化劑出料口(15)，所述的再生器殼體(16)自下而上分為密相段(11)和稀相段(12)，其特徵在於，再生空氣進料管(8)位於再生器殼體(16)的底部，再生空氣進料管(8)的上方是氣體分布器(9)，在密相段(11)處設置加熱裝置(10)，稀相段(1 的頂部設置催化劑過濾器(13)。
2.按照權利要求1所述的再生設備，其特徵在於，稀相段的直徑與高之比為1 1 8，密相段的直徑與高之比為1 1 20。
3.按照權利要求2所述的再生設備，其特徵在於，稀相段的直徑與高之比為1 2 5，密相段的直徑與高之比為1 5 15。
4.按照權利要求1所述的再生設備，其特徵在於，加熱裝置(10)設置在再生器殼體 (16)內部或再生器殼體(16)外部。
5.按照權利要求1所述的再生設備，其特徵在於，加熱裝置(10)設置在再生器殼體 (16)內部時，為電加熱管加熱器或內電極式加熱器，加熱裝置(10)設置在再生器殼體(16) 外部時，為鑄金屬電加熱器。
6.按照權利要求1所述的再生設備，其特徵在於，氣體分布器採用直流式、側流式、短管式或分枝式的分布器。
7.按照權利要求1所述的再生設備，其特徵在於，氣體分布器選自直流式凹型篩板分布器、金屬錐形風帽分布器、側縫式錐帽分布器和短管式氣體分布器中的一種。
8.按照權利要求1所述的再生設備，其特徵在於，催化劑過濾器為金屬燒結過濾器或陶瓷過濾器。
9.一種使用權利要求1所述再生設備的再生方法，其特徵在於，來自再生空氣進料管 (8)的空氣向上經氣體分布器(9)進入催化劑床層，從催化劑進料口(14)引入待生催化劑， 待生催化劑在再生器內處於流化狀態，使用加熱裝置(10)對待生催化劑升溫，進行待生催化劑的再生，部分再生催化劑經再生空氣提升至稀相段(12)，經催化劑過濾器(1 過濾後返回密相段(11)，而再生空氣經過催化劑過濾器(1 後排出再生器，再生催化劑經催化劑出料口 (15)排出再生器。
10.按照權利要求9所述的再生方法，其特徵在於，所述待生催化劑的含炭量為小於等於0.7重量％。
全文摘要
一種低炭催化劑的流化床再生設備及其再生方法。該再生設備分為密相段(11)和稀相段(12)，再生空氣進料管(8)位於再生器殼體(16)的底部，再生空氣進料管(8)的上方是氣體分布器(9)，在密相段(11)處設置加熱裝置(10)，稀相段(12)的頂部設置催化劑過濾器(13)。再生時，再生器內的催化劑處於流化狀態，依靠加熱裝置(10)向催化劑床層升溫，對催化劑進行再生。採用本發明提供的設備和方法，能夠有效地對少量的低炭催化劑進行再生，與現有技術相比，再生過程的熱效率高、熱量消耗低，再生空氣用量少、動力消耗低，設備規模小、成本低。
文檔編號B01J8/24GK102188939SQ20101012684
公開日2011年9月21日 申請日期2010年3月18日 優先權日2010年3月18日
發明者宗保寧, 李強, 郭湘波 申請人:中國石油化工股份有限公司, 中國石油化工股份有限公司石油化工科學研究院