用於烴進料與催化劑接觸的設備和方法
2023-11-08 12:44:32 1
專利名稱：用於烴進料與催化劑接觸的設備和方法
用於烴進料與催化劑接觸的設備和方法
背景技術：
本發明涉及一種用於將烴進料和催化劑混合的設備和方法。本發明的領域可以為流化床催化裂化(FCC)領域。FCC為通過使烴在流化反應區中與由細碎顆粒材料組成的催化劑接觸而完成的烴轉化方法。與加氫裂化相對，催化裂化中的反應在不存在實際加入的氫氣或消耗氫氣下進行。當進行裂化反應時，足夠量的稱為焦炭的高度含碳材料沉積在催化劑上以提供焦化或碳化催化劑。該碳化催化劑通常稱為廢催化劑。然而，該術語可能被曲解，因為碳化催化劑仍具有顯著催化活性。將蒸氣產物與碳化催化劑在反應容器中分離。可使碳化催化劑經受在惰性氣體如蒸汽下汽提以從碳化催化劑中汽提夾帶的含烴氣體。在再生區操作中用氧氣高溫再生將焦炭從可能已汽提的碳化催化劑中燒掉。FCC裝置設計得日益更大，因為精煉廠正設法利用規模經濟。當FCC裝置的反應器提升器以相應增加的直徑設計時，壁安裝的進料注射器與提升器的軸中心之間的距離增力口。當FCC反應器提升器變得更大時，必須注意確保烴進料和催化劑充分接觸。催化劑與烴進料之間不足的接觸可導致充分更高的幹氣和焦炭形成及降低的烴進料轉化率，均是不理想的性能屬性。尋求改進的設備和方法以使催化劑和烴進料在更大的FCC裝置中接觸。發明概述我們發現在較大的FCC裝置中，來自進料注射器的烴進料不能通過流動催化劑滲入提升器的中心。因此，催化劑的高密度芯可在提升器中發展，其不受注入的進料影響。高密度芯可以是非常穩定且存在的，同時通過提升器的明顯高度上升導致轉化率的缺乏和對理想產物的較差選擇性。我們的用於使催化劑與烴進料接觸的方法的一個實施方案包括將提升用氣體分配至提升器以使催化劑在反應器提升器中向上上升。將偏移介質分配到提升器的軸中心以使催化劑偏離提升器的中心。將烴進料注入提升器中並使烴進料與催化劑在反應器提升器中接觸以將烴進料裂化以產生較輕的氣態烴。我們的用於使催化劑與烴進料接觸的設備的一個實施方案包括提升器，其中烴進料與催化劑顆粒接觸以催化裂化烴進料中的烴以產生較輕烴的氣體產物和碳化催化劑。提升用氣體分配器將提升用氣體分配至提升器。偏移介質分配器將偏移介質分配至提升器且偏移介質分配器具有對準提升器的軸中心的噴嘴。進料注射器將烴進料注入提升器中。進料注射器在至少一個提升用氣體分配器和偏移介質分配器的上方。附圖簡述
圖1為併入本發明的FCC裝置的示意性正視圖。圖2為圖1的下部局部剖視的透視圖。發明詳述本發明設備和方法用於使催化劑與烴進料接觸。本發明可用於任何固體-氣體接觸裝置中。然而，即用性發現於FCC裝置中。
圖1顯示包括反應容器20和再生容器50的FCC裝置8。再生器催化劑導管12以通過控制閥14調節的速率通過再生催化劑入口 15將再生催化劑由再生容器50輸送至反應器提升器10中。再生催化劑導管12在再生催化劑導管交點90處與反應器提升器10相交，所述交點是再生催化劑導管與提升器10相交的最高點。提升用氣體分配器16將提升用氣體分配至提升器10。提升用氣體通常為蒸汽，但可使用其它輕質烴或氫氣。提升用氣體促使催化劑料流以至少以3m/s (10英尺/秒)行進的相對高密度向上通過提升器10。多個進料注射器18將進料與催化劑顆粒的流動料流交叉注入以將烴進料分配至提升器10。進料注射器18可以環繞地位於提升器的截頭體19上。當烴進料與催化劑在反應器提升器10中接觸時，較重的烴進料裂化以產生較輕氣態烴產物，同時焦炭沉積在催化劑顆粒上而產生碳化催化劑。提升器具有適當地至少10的縱橫比。常規FCC原料和較高沸點烴原料是合適的進料。最通常的這類常規原料為「減壓瓦斯油」(VGO)，其通常為通過將常壓渣油真空分餾而製備的沸程為 343-552°C (650-1025° F)的烴材料。這類餾分一般在可用於汙染催化劑的焦炭前體和重金屬汙染物方面是低的。可應用本發明的重質烴原料包括來自原油的重質底部產物、重質浙青原油、頁巖油、焦油砂提取物、脫浙青殘渣、來自煤液化的產物、常壓和減壓還原原油。 用於本發明的重質原料還包括以上烴的混合物且前述列舉是不全面的。還預期較輕的再循環或先前裂化的進料如石腦油可以為合適的原料。反應容器20與提升器10下遊連通。如本文所用，術語「連通」意指在操作上容許所列組件之間的物料流動。術語「下遊連通」意指至少一部分流入下遊連通組件中的物料可在操作上流自它連通的組件。術語「上遊連通」意指至少一部分流自上遊連通組件的物料可在操作上流入它連通的組件中。在反應容器中，將碳化催化劑和氣體產物分離。所得氣體產物烴和碳化催化劑的混合物向上連續通過提升器10進入反應容器20中，在其中將碳化催化劑和氣體產物分離。一對分離臂22可將氣體和催化劑的混合物通過一個或多個出口 24 (僅顯示一個)從提升器10的頂部切向和水平地排到分離容器沈中，該分離容器可進行氣體與催化劑的部分分離。輸送導管觀將烴蒸氣(包括汽提的烴、汽提介質和夾帶的催化劑)運送至反應容器20中的一個或多個旋風分離器30中，其將碳化催化劑與烴氣流分離。分離容器沈部分置於反應容器20中並可被認為是反應容器20的一部分。反應容器20中的收集室34聚集來自旋風分離器30的分離烴氣流以進入出口噴嘴36並最終進入分餾回收區(未顯示)中。浸入管38將催化劑由旋風分離器30排到反應容器20中的下部床四中。具有吸附或夾帶烴的催化劑可最終從下部床四穿過在分離容器沈壁中限定的口 42進入任選的汽提段40中。在分離容器沈中分離的催化劑可經由床41直接進入任選的汽提段40中。流化導管45將惰性流化氣體(通常為蒸汽)通過流化分配器46送入汽提段40中。汽提段40含有擋板43、44或其它裝置以促進汽提氣體與催化劑之間的接觸。汽提的碳化催化劑以與當它進入時或如果它未經受汽提的話它具有的夾帶或吸附烴濃度相比更低的夾帶或吸附烴濃度離開反應容器20的分離容器沈的汽提段40。碳化催化劑通過廢催化劑導管48離開反應容器20的分離容器沈並以通過滑動閥51調節的速率進入再生容器50中。廢催化劑導管48與提升器10的出口 M下遊連通。任選第一部分碳化催化劑通過廢催化劑導管48離開分離容器沈，而已在反應器提升器10中焦化的第二部分碳化催化劑離開反應容器20的分離容器沈並以通過控制閥53調節的速率經過碳化催化劑導管52返回提升器10。任選碳化催化劑導管52與反應容器20下遊連通且在碳化催化劑導管交點94與提升器10相交並限定提升器10的碳化催化劑入口 97。碳化催化劑交點 94為碳化催化劑導管52與提升器10交叉的最高點。碳化催化劑導管交點94在提升用氣體分配器16上方，所以來自那裡的提升用氣體可使催化劑在提升器10中向上上升至進料注射器18。碳化催化劑導管52與提升器10的出口 M下遊連通並與提升器10的碳化催化劑入口 97上遊連通。FCC方法的提升器10保持在高溫條件下，其通常包括425°C (797 ° F)以上的溫度。在一個實施方案中，反應區保持在裂化條件下，其包括提升器出口對處 480-6210C (896-1150° F)的溫度和 69_517kPa(ga) (10_75psig)但通常小於 275kPa(ga) (40psig)的壓力。催化劑油的比基於進入提升器底部的催化劑和進料烴的重量可以為至多30 1，但通常為4 1-10 1，並可以為7 1-25 1。通常不將氫氣加入提升器中， 儘管氫氣加入是本領域中已知的。可使蒸汽以等價於進料的2-35重量％進入提升器10和反應容器20中。然而，通常蒸汽比率對於最大汽油生產為2-7重量％，對於最大輕質烯烴生產為10-15重量％。催化劑在提升器中的平均停留時間可以小於5秒。本方法中所用催化劑的類型可選自多種市售催化劑。包含沸石材料如Y型沸石的催化劑是優選的，但如果需要的話可使用老式無定形催化劑。另外，形狀選擇性添加劑如ZSM-5可包含在催化劑組合物中以提高輕質烯烴生產。在過去幾年中，FCC裝置已被設計成日益更大的尺寸，因為精煉廠正設法更多地利用規模經濟。當FCC反應器提升器也已日益設計成具有增加的直徑時，壁安裝的進料注射器與提升器的軸中心之間的距離增加。來自更大商業FCC裝置的新近γ斷層掃描數據顯示來自環繞地安裝在提升器壁周圍的進料注射器的進料和蒸汽注射僅透入提升器內部0. 6 米O英尺)。同樣，我們發現直徑大於1.2米G英尺)的提升器可在提升器的軸中心中發展催化劑的高密度芯。高密度芯可以非常穩定且對於總提升器的顯著部分是存在的。這產生幾種執行缺陷。蒸氣環的形成導致在提升器中心的熱催化劑核化和在壁上增加的顆粒滑動和反混。代價是充分更高的幹氣和焦炭形成，和降低的烴進料轉化率。在本發明中，偏移介質分配器100將偏移介質分配至提升器10，在那裡預期發展中心軸芯以使催化劑偏離提升器的中心並與烴進料接觸。將偏移介質分配器與提升用氣體分配器16和進料注射器18分開。偏移介質分配器100最好地顯示於圖2中，所述圖2為提升器10下端的近透視圖。 偏移介質分配器100包含管，所述管具有延伸到提升器10中的水平段102和與提升器10 的軸中心(通過提升器10的中心線「A」顯示)一致地豎直延伸的豎直段104。彎管103可連通水平段102和豎直段104。偏移介質分配器終止於豎直段104頂部的噴嘴106處。噴嘴106對準中心線A的軸中心。霧化裝置108如內旋流葉片在圖2中以虛影描繪於豎直段 104的放大部分110內以剪切偏移介質並在它通過噴嘴106離開以前將它霧化。噴嘴106 可以為圓錐體，其具有用於將偏移介質向上噴霧到催化劑的軸中心的開口上部基底。在一個實施方案中，噴嘴106的圓錐體的上部基底可將其中的開孔關閉。噴嘴106可具有其它合適的構造。具有錐形扣環的夾殼聯軸器(split couplings)(未顯示)可用於將偏移介質分配器100的裝配組件固定在一起。支座112如例如通過焊接在偏移介質分配器100上而固定的管可由固定在與偏移介質分配器100的入口 116相對的提升器10 —側的壁上的擱板114上以將偏移介質分配器100穩定在提升器10中。支座112可例如通過焊接在擱板114上而固定。偏移介質分配器100會經受來自向上流動的催化劑的嚴重腐蝕。因此， 偏移介質分配器100、支座112和擱板114應由耐用材料如鎢鉻鈷合金構成和/或塗有如提升器10內壁其餘部分的耐熔物質。偏移介質可以為氫氣、幹氣、輕質石油氣體(LPG)、石腦油或其它烴。蒸汽可用作偏移介質。當偏移介質進入提升器中並接觸熱催化劑時，它會膨脹。液體偏移介質會氣化至更大體積。含烴偏移介質可裂化成更小的烴，由此提高它的摩爾數和它的體積。膨脹的偏移介質提供原動力以使熱催化劑偏離更接近進料注射器的軸芯以改善烴進料與催化劑之間的接觸。還預期將烴作為烴進料通過偏移介質分配器100供入提升器10中。烴進料可以為由在出口 36下遊的分餾回收區中回收的來自提升器10的先前裂化產物再循環的輕質烴。石腦油和LPG可再循環至提升器10中以提高輕質烯烴的收率。在這種情況下，較輕的偏移介質可與輕質烴進料混合以充當霧化介質。烴進料和較輕霧化介質均充當偏移介質。 霧化介質可與烴進料在偏移介質分配器100內或外部混合。在這種情況下，較輕的霧化介質應為氣體，即使烴進料為液體或部分液體以實現烴進料的霧化。因此，當將輕質烴供入偏移介質分配器100中時，輕質烴如幹氣優於蒸汽作為霧化介質，因為相對於通過進料注射器18注入提升器10中的較重烴進料的通常較高溫度，輕質烴霧化介質較不可能在輕質烴進料的較低溫度下冷凝。用作偏移介質和霧化介質的幹氣可由先前在提升器10中裂化、在出口 36下遊的分餾回收區中回收並再循環至偏移介質分配器100的較輕氣態烴得到。進料注射器18適當地在提升用氣體分配器16和偏移介質分配器100中的一個或兩個上方。提升用氣體分配器16使由進料注射器18下方的催化劑入口 15和97進入的催化劑上升至進料注射器18。偏移介質分配器適當地在再生催化劑導管交點90和/或碳化催化劑導管交點94上方，所述交點一方面在提升用氣體分配器16與偏移介質分配器100 之間。本發明最有利的是在烴進料注射器水平處直徑為至少1.2米G英尺)的提升器，因為烴進料可由注射器18注入達不到中心線A顯示的提升器中心的點。轉回圖1，再生容器50與反應容器20下遊連通。在再生容器50中，焦炭通過與含氧氣體如空氣接觸而從轉移至再生容器50中的碳化催化劑中燃燒以提供再生催化劑。再生容器50可以為燃燒器型再生器，其可在高效再生容器50中使用混雜湍流床-快速流化床條件以使碳化催化劑完全再生。然而，其它再生容器和其它流動條件可適於本發明。廢催化劑導管48將碳化催化劑通過廢催化劑入口滑槽62供入由外壁56限定的第一或下部室M中。來自反應容器20的碳化催化劑通常含有0. 2-2重量％的量的碳，所述碳以焦炭的形式存在。儘管焦炭主要由碳組成，但它可含有3-12重量％的氫以及硫和其它材料。含氧燃燒氣體(通常為空氣)通過導管64進入再生容器50的下部室M中並通過分配器66 分配。當燃燒氣體進入下部室M中時，它接觸由滑槽62進入的碳化催化劑並在快速流化流動條件下使催化劑以可能至少1. lm/s(3. 5ft/s)的下部室M中燃燒氣體的表觀速度上升。 在一個實施方案中，下部室討可具有48-320kg/m3(3-201b/ft3)的催化劑密度和1. 1-2. 2m/ s (3. 5-7ft/s)的表觀氣體速度。燃燒氣體中的氧接觸碳化催化劑並使含碳沉積物從催化劑中燃燒以使催化劑至少部分再生並產生廢氣和再生催化劑。在一個實施方案中，為加速焦炭在下部室M中的燃燒，可使來自上部或第二室70中的緻密催化劑床59的熱再生催化劑經由通過控制閥69調節的外部再循環催化劑導管67 再循環至下部室M中。熱再生催化劑通過入口滑槽63進入下部室M中。再生催化劑的再循環，通過將來自緻密催化劑床59的熱催化劑與進入下部室M中的來自廢催化劑導管 48的相對較冷的碳化催化劑混合，使下部室M中催化劑和氣體混合物的總體溫度上升。下部室M中的催化劑和燃燒氣體的混合物通過截頭錐體過渡段57上升至下部室 54的運輸提升器段60中。提升器段60限定優選為圓柱形且優選由下部室M向上延伸的管。催化劑和氣體的混合物以比下部室M中更高的表觀氣體速度行進。提高的氣體速度是由於相對於過渡段57下方的下部室M橫截面積降低的提升器段60的橫截面積。因此， 表觀氣體速度可通常超過2. 2m/s (7ft/s)。提升器段60可具有小於80kg/m3 (51b/ft3)的較低催化劑密度。再生容器50還可包含上部或第二室70。催化劑顆粒和煙道氣的混合物從提升器段60的上部排到上部室70中。基本完全再生的催化劑可離開運輸提升器段60的頂部，但還預期其中部分再生催化劑從下部室M離開的配置。排出通過分離裝置72進行，所述分離裝置將大部分再生催化劑與煙道氣分離。在一個實施方案中，沿提升器段60向上流的催化劑和氣體衝擊提升器段60的橢圓形頂蓋65並反向流動。催化劑和氣體然後通過分離裝置72的向下定向的排出口 73離開。動量的突然損失和向下逆流導致大部分較重催化劑降至緻密催化劑床59中且較輕煙道氣和次要部分的催化劑仍夾帶於其中以在上部室70中向上上升。旋風分離器82、84進一步將催化劑與上升氣體分離並使催化劑通過浸入管85、86 沉積在緻密催化劑床59內。煙道氣離開旋風分離器82、84並收集在增壓室88中以進入再生容器50的出口噴嘴89中並可能進入煙道氣或能量回收系統(未顯示)中。緻密催化劑床59中的催化劑密度通常保持在640-960kg/m3 (40_601b/ft3)。流化導管74通過流化分配器76將流化氣體(通常為空氣)輸送至密集催化劑床59中。在燃燒器型再生器中，方法內總氣體需求的不大於2%通過流化分配器76進入緻密催化劑床59中。同樣，加入氣體不是用於燃燒目的，但僅用於流化目的，所以催化劑會通過催化劑導管67和12流動地離開。通過流化分配器76加入的流化氣體可以為燃燒氣體。在部分燃燒在下部室M中進行的情況下，將更大量的燃燒氣體通過流化導管74供入上部室70中。由下部室討排出的10-30重量％的催化劑存在於來自提升器段60的出口 73上方的氣體中並進入旋風分離器82、84中。再生容器50通常可需要IOkg空氣/kg除去的焦炭以實現完全再生。當更多的催化劑再生時，更大量的進料可在常規反應器提升器中加工。再生容器50通常具有在下部室M中594-704°C (1100-1300° F)和上部室70中 649-7600C (1200-1400° F)的溫度。來自緻密催化劑床59的再生催化劑通過再生催化劑導管12由再生容器50輸送回反應器提升器10中。再生催化劑通過控制閥14和再生催化劑導管12提供的入口 15行進至提升器10中，當FCC方法繼續時，它在那裡再次接觸進料。 再生催化劑導管交點90在提升用氣體分配器16上方，所以來自那裡的提升用氣體可使催化劑在提升器10中向上上升至進料注射器18。我們還發現當碳化催化劑料流和再生催化劑料流均供入提升器10中時；它們在接觸烴進料以前不傾向於混合。因此，進料可在改變的溫度下遭遇催化劑，導致非選擇性地裂化成具有相對更不理想的產物的組成。為確保碳化催化劑與再生催化劑之間的混合，再生催化劑導管交點90在碳化催化劑導管交點94上方且再生催化劑入口 15在碳化催化劑入口 97上方。蒸汽可對沸石催化劑具有脫鋁作用且該脫鋁作用隨溫度成比例地提高。通過使更冷的碳化催化劑在流化氣體(其通常為來自噴嘴16的蒸汽)與來自再生催化劑導管 12的再生催化劑之間到達提升器內，碳化催化劑具有在再生催化劑料流遭遇蒸汽以前將再生催化劑冷卻的機會。因此，再生催化劑僅在使脫鋁作用最小化的降低的溫度下遭遇蒸汽。沒有進一步描述，相信本領域技術人員可使用先前的描述，最完整程度地使用本發明。因此，前述優選的具體實施方案應理解為僅是說明性的，且不以任何方式限制公開內容的其餘部分。在前文中，除非另有指出，所有溫度以。C描述，所有份和百分數以重量計。由先前描述中，本領域技術人員可容易地確定本發明的主要特徵，且可不偏離其精神和範圍地作出本發明的各種變化和改進以使它適於各種用途和條件。
權利要求
1.一種用於使催化劑與烴進料接觸的設備，所述設備包括提升器，其中所述烴進料與催化劑顆粒接觸以催化裂化所述烴進料中的烴以產生較輕烴的氣體產物和碳化催化劑；用於將提升用氣體分配至所述提升器的提升用氣體分配器；用於將偏移介質分配至所述提升器的偏移介質分配器；所述偏移介質分配器具有對準提升器軸中心的噴嘴；用於將烴進料注入所述提升器中的進料注射器，所述進料注射器在所述提升用氣體分配器和所述偏移介質分配器中的至少一個的上方。
2.根據權利要求1的設備，其進一步包括與所述提升器連通的再生容器，所述再生容器用於將來自碳化催化劑的碳與含氧氣體燃燒以提供再生催化劑；與所述再生器連通的再生催化劑導管；所述再生催化劑導管在所述提升用氣體分配器上方的再生催化劑導管交點提供所述提升器的入口。
3.根據權利要求2的設備，其中所述偏移介質分配器在所述再生催化劑導管的所述交點的上方。
4.根據權利要求1的設備，其中所述偏移介質分配器包括延伸到所述提升器中並與所述提升器的軸中心一致地豎直延伸的管。
5.根據權利要求1的設備，其進一步包括與所述提升器連通的碳化催化劑導管，所述碳化催化劑導管在所述提升用氣體分配器與所述偏移介質分配器之間的碳化催化劑導管交點提供與所述提升器交叉的入口。
6.根據權利要求1的設備，其中所述再生催化劑導管交點在所述碳化催化劑導管交點的上方。
7.根據權利要求1的設備，其中所述提升器在烴進料注射器水平處具有至少1.英尺)的直徑。
8.根據權利要求1的設備，其中所述提升器具有至少10的縱橫比。
9.根據權利要求1的設備，其中所述偏移介質分配器具有用於將偏移介質霧化的裝置。
10.一種使催化劑與烴進料接觸的方法，所述方法包括將提升用氣體分配至提升器以使所述催化劑在所述反應器提升器中向上升；將偏移介質分配至所述提升器的軸中心以使催化劑偏離提升器的中心；將烴進料注入所述提升器中；和使所述烴進料與所述催化劑在所述反應器提升器中接觸以將所述烴進料裂化以產生較輕氣體烴。
全文摘要
一種設備和方法，用於將偏移介質分配至提升器的軸中心以向外將催化劑推向進料注射器，確保烴進料與催化劑之間更好地接觸。
文檔編號C10G11/18GK102482587SQ201080040135
公開日2012年5月30日 申請日期2010年7月22日 優先權日2009年9月9日
發明者G·斯皮納利, J·P·拉姆賓, K·A·庫奇, P·帕爾馬斯 申請人:環球油品公司