一種可以控制催化劑定炭的再生方法及設備與流程
2024-04-07 21:54:05
本發明屬於石油化工技術領域，主要涉及一種可以控制催化劑定炭的再生方法及設備，特別適合於控制流化床再生器的再生催化劑定炭。
背景技術：
目前，在石油化工生產過程中，流化床再生器的主要作用是燒去沉積在催化劑表面上的焦炭，恢復催化劑的活性，同時也為化學反應提供必要的熱量。在實際燒焦過程，再生器結構、待生催化劑定炭、再生催化劑定炭、再生溫度、氧分壓、催化劑藏量、催化劑流化狀態以及主風的分布狀態等因素均會影響催化劑的燒焦效果。所謂定炭，即沉積在催化劑顆粒上的碳含量。由於大部分催化劑的活性與其定炭呈反比，即再生催化劑定炭越高，其微反活性越低，因此，現有的流化床再生器基本採用完全再生模式，有關再生器的技術改進也是以強化燒焦為目的。從催化劑的燒焦動力學分析，提高燒焦效果最直接的方法是提高主風（即空氣）用量，即提高燒焦體系氧分壓，增加催化劑的燒焦強度，同時可以也改善主風與催化劑的接觸狀態和催化劑的流化效果，減少了尾燃現象。但是，提高主風量或燒焦體系的氧分壓並不能適應所有的反應過程。對於甲醇制烯烴（mto）和烷烴脫氫制烯烴反應，催化劑表面帶有一定量的積炭有利於縮短或避免反應的誘導期，提高目標產品的收率和選擇性。再生催化劑定炭越接近最佳值，反應系統的運行工況越好。對於工業mto反應系統，其再生催化劑定炭要求1.4%～2.5%（質量分數），催化劑的再生方式一般選用不完全再生。在正常工況下，再生器的再生壓力基本恆定，即氧分壓為定值，但進出再生器的催化劑循環量是經常變動的，造成待生催化劑的定炭隨著催化劑在反應器中的停留時間不同而變化，僅通過調整主風用量的方式維持再生催化劑定炭有較大的操作難度，如何通過調節燒焦強度來控制再生催化劑含碳量是mto和烷烴脫氫制烯烴裝置需要考慮的問題。
技術實現要素：
本發明的目的是提供一種可以控制催化劑定炭的再生方法及設備，解決現有的mto和烷烴脫氫制烯烴反應再生催化劑定炭波動較大、再生器氧含量不好控制、煙氣易發生尾燃的問題，達到靈活地控制再生器的燒焦強度和再生催化劑的定炭、改善催化劑的流化狀態、控制煙氣尾燃、防止催化劑熱崩，提高再生器運行安全性的目的。
本發明實現上述目的所採用的技術方案是：一種可以控制催化劑定炭的再生方法，在再生器內設置兩套氣體，即主風分布器和氮氣分布器，其中主風分布器位於再生器密相段的下部，通過主風入口管與主風系統相連；氮氣分布器位於再生器密相段的中上部，通過氮氣入口管與氮氣系統相連。
進一步，在所述的主風系統與氮氣系統之間連接有跨線，將氮氣分為兩部分，一部分氮氣與主風混合後從再生器密相段的下部進入再生器，另一部分氮氣從再生器密相段的中部進入再生器，所述與主風混合的氮氣和單獨進入再生器密相段中部的氮氣體積比為90%～95%：5%～10%。
進一步，所述主風經計量和預熱後進入主風分布器，主風的預熱溫度為300～350℃；
進一步，所述氮氣經計量和預熱後進入氮氣分布器，氮氣的預熱溫度為400～450℃。
本發明實現上述可以控制催化劑定炭的再生方法的設備包括再生器、主風分布器、氮氣分布器及主風系統和氮氣系統，其中主風分布器（8）位於再生器密相段（i）的下部，通過主風入口管（6）與主風系統相連；氮氣分布器（9）位於再生器密相段（i）的中上部，通過氮氣入口管（7）與氮氣系統相連。
進一步，所述的主風分布器的安裝高度不高於再生器內再生劑出口管的高度。
進一步，所述的氮氣分布器位於再生器密相段自下而上1/2～2/3的高度。
進一步，所述的主風系統由主風流量計、主風預熱器、氣體混合器和相應的管線組成。進一步，所述的氮氣系統由氮氣流量計、氮氣預熱器、調節閥和相應的管線組成。
進一步，在所述的主風系統與氮氣系統之間設有帶截止閥的跨線，跨線位於主風預熱器與氮氣預熱器後、氣體混合器之前。
進一步，為了保證再生器內催化劑能夠上下自由流動，以及氮氣與主風一起由主風分布器進入再生器的模式下防止氮氣分布器堵塞，本發明所述的氮氣分布器選用樹枝形或圓環形結構，且氮氣分布器上的噴嘴與水平面的夾角為45°傾斜向下。
本發明的優點在於：所述的催化劑再生方法採用了獨立的主風系統和氮氣系統，即在再生器中設置了獨立的主風分布器和氮氣分布器，以及相應的氣體計量和預熱系統，可以通過調整主風量和氮氣量靈活地控制再生器的氧分壓，進而控制催化劑的燒焦強度和再生催化劑的定炭。由於再生器中引入了熱氮氣，在不完全再生工況，尤其是反應系統生焦率較低的情況下，可以提高再生器密相段的氣體線速，改善了催化劑的流化狀態；同時可以調整煙氣的氧含量，控制煙氣尾燃；防止催化劑發生熱崩，提高再生器操作的安全性。
附圖說明
圖1為本發明的結構示意圖。
圖中，1、氮氣流量計；2、主風流量計；3、氮氣預熱器；4、主風預熱器；5、氣體混合器；6、主風入口管；7、氮氣入口管；8、主風分布器；9、氮氣分布器；10、待生劑入口管；11、再生器；12、煙氣出口管；13、旋風分離器14、再生劑出口管；ⅰ、密相段；ⅱ、稀相段；a、待生催化劑；b、再生催化劑；c、再生煙氣；f1、調節閥；f2、截止閥。
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。
如圖1所示，本發明所述的可以控制再生催化劑定炭的再生系統主要由再生器11、主風系統和氮氣系統三部分構成。所述的再生器11是在現有主要由主風入口管6、主風分布器8、待生劑入口管10、煙氣出口管12、旋風分離器13、再生劑出口管14及主風系統組成的催化裂化再生器的結構基礎上，增設氮氣分布器9、氮氣入口管7及氮氣系統，其中：主風分布器8位於再生器密相段i的下部，通過主風入口管6與主風系統相連，其作用有二：一是提供再生器燒焦所需要的氧氣；二是作為再生器內催化劑的流化介質。氮氣分布器7位於再生器密相段i自下而上1/2～2/3位置，通過氮氣入口管7與氮氣系統相連，其主要作用：一是調節再生器的燒焦強度，控制再生劑定炭；二是改善催化劑的流化狀態，防止燒焦不勻；三是調節再生器稀相段ⅱ氣相中的氧含量，阻止尾燃。為了保證催化劑在再生器密相段中能夠自由的上下流動，氮氣分布器9採用樹枝形或圓環形結構，且氮氣分布器上的噴嘴與水平面的夾角為45°傾斜向下。使用時，待生催化劑a沿待生劑入口管10進入再生器11的密相段i中，與主風相遇後進行流化和燒焦，經過再生的催化劑b沿再生劑出口管14流出再生器11；再生煙氣c攜帶少量催化劑從再生器11的密相段i進入稀相段ⅱ，通過旋風分離器13進行氣固分離後，固體催化劑返回再生器密相段床層，煙氣經煙氣出口管12從再生器11頂部排出。為了改善低生焦量情況下的催化劑流化問題，在所述的主風系統與氮氣系統之間連接有跨線，跨線位於主風預熱器4與氮氣預熱器3後、氣體混合器5之前，這樣，氮氣既可以由氮氣分布器9進入再生器，也可以與空氣混合後由主風分布器8進入。本發明所述的再生器結構與常規的催化裂化再生器結構基本相同。
本發明所述的氮氣系統主要由氮氣流量計1、調節閥f1、截止閥f2和相應的管線組成。所述的氮氣流量計1採用的是體積流量計或質量流量計，如：氣體渦輪流量計，孔板流量計等。所述的氮氣預熱器3採用的是列管式空氣預熱器。在氮氣發生器和氮氣分布器9之間連接有管線，所述的氮氣流量計1、氮氣預熱器3、調節閥f1依次連接在管線上，所述的截止閥f2連接在主風系統與氮氣系統之間的跨線上。調節閥f1、截止閥f2的作用是控制氮氣通過氮氣分布器9或主風分布器8進入再生器；在調節閥f1完全開啟、截止閥f2關閉的情況下，供給再生器的氮氣經氮氣流量計1計量，並經氮氣預熱器3預熱到400～450℃後，沿再生器底部的氮氣入口管7向上進入再生器，通過氮氣分布器9噴入再生器密相段i的中上部，預熱氮氣的目的是為了防止冷氮氣進入再生器造成床層溫度波動，以及造成高溫催化劑熱崩。在另一種模式下，調節閥f1部分開啟、截止閥f2全開，使佔氮氣總流量90%～95%的氮氣與主風經氣體混合器5充分混合後，由主風分布器8噴入再生器密相段i的下部，佔氮氣總流量5%～10%的氮氣由氮氣分布器9進入再生器，氮氣分布器9保持少量氮氣的目的是為了防止催化劑堵塞氣體噴嘴。
本發明所述的主風系統主要由主風流量計2、主風預熱器4、氣體混合器5和相應的管線組成，管線連接在氧氣發生器和主風分布器8之間，所述的主風流量計2、主風預熱器4、氣體混合器5依次連接在管線上。在截止閥f1開啟、截止閥f2關閉的情況下，外部來的主風經主風流量計2控制和計量後，經主風預熱器3預熱到300～350℃後，沿位於再生器底部的主風入口管6向上進入再生器，並通過主風分布器8噴入再生器密相段i的下部，對密相段的催化劑起到流化作用，並為催化劑燒焦提供所需要的氧氣；對主風進行預熱作用有二：一是提高催化劑的燒焦速度，二是避免造成高溫催化劑熱崩。在另一種模式下，調節閥f1部分開啟、截止閥f2全開，使佔氮氣總流量90%～95%的氮氣和主風經氣體混合器5充分混合之後由主風分布器8噴入再生器密相段i的下部，這種模式適合於原料生焦量較低，且同時需要控制再生劑定炭的反應。
實施例1：
本實施例所採用的催化劑為mto反應的待生催化劑，其定炭為4.5%，再生過程採用不完全再生模式。氮氣的預熱溫度為400℃，從位於再生器密相段高度2/3處的氮氣分布器進入再生器；主風的預熱溫度為350℃，從再生器底部的主風分布器進入再生器；再生器的密相溫度為650℃，稀相溫度為683℃，操作壓力為0.12mpag；再生器溫度控制平穩，再生催化劑為顏色均一的灰黑色，定炭為1.4%，達到了mto反應對再生催化劑定炭的要求。
實施例2：
本實施例所採用的催化劑為mto反應的待生催化劑，其定炭為4.5%，再生過程採用不完全再生模式。氮氣的預熱溫度為450℃，從位於再生器密相段高度2/3處的氮氣分布器進入再生器；主風的預熱溫度為300℃，從再生器底部的主風分布器進入再生器；再生器的密相溫度為620℃，稀相溫度為656℃，操作壓力為0.10mpag；再生器溫度控制平穩，再生催化劑為顏色均一的灰黑色，定炭為1.8%，達到了mto反應對再生催化劑定炭的要求。
實施例3：
本實施例所採用的催化劑為丁烷脫氫反應的待生催化劑，其定炭為2.1%，再生過程採用不完全再生模式。氮氣的預熱溫度為420℃，主風的預熱溫度為350℃，佔氮氣總體積90%的氮氣與主風混合後從再生器底部的主風分布器進入再生器，剩餘的5%氮氣位於再生器密相段高度2/3處的氮氣分布器進入再生器；再生器的密相溫度為660℃，稀相溫度為692℃，操作壓力為0.01mpag；再生器溫度控制平穩，再生催化劑為顏色均一的灰白色，定炭為0.2%，達到了丁烷脫氫反應對再生催化劑定炭的要求。