專利名稱：一種密相流化床反應(yīng)器和催化反應(yīng)制烯烴和芳烴的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種以渣油(重油)、蠟油、石腦油、輕汽油等烴類原料 以及植物油脂、動(dòng)物油脂和脂肪酸等生物原料，或任意混合的原料催化反 應(yīng)制烯烴和芳烴的密相流化床反應(yīng)器。本發(fā)明還涉及利用上述密相流化床反應(yīng)器進(jìn)行催化反應(yīng)制烯烴和芳 烴的方法。
背景技術(shù)：
采用渣油(重油)、蠟油、石腦油、輕汽油等烴類原料以及植物油脂、 動(dòng)物油脂和脂肪酸等生物原料催化反應(yīng)制烯烴和芳烴反應(yīng)是強(qiáng)吸熱反應(yīng)， 反應(yīng)產(chǎn)物在高溫下容易繼續(xù)反應(yīng)生成非目的產(chǎn)物，催化劑結(jié)焦失活快。因 此，如何提供充足的反應(yīng)熱，使反應(yīng)物和催化劑充分接觸并在最佳的反應(yīng) 溫度和反應(yīng)時(shí)間范圍內(nèi)進(jìn)行反應(yīng)，以及迅速分離反應(yīng)產(chǎn)物和催化劑，失活 催化劑快速連續(xù)燒焦再生是能否工業(yè)化實(shí)施該方法的關(guān)鍵。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于提供一種催化反應(yīng)制烯烴和芳烴的密相流化床反 應(yīng)器。本發(fā)明的又一目的在于提供利用上述反應(yīng)器進(jìn)行催化反應(yīng)制烯烴和 芳烴的方法。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供的密相流化床反應(yīng)器，該反應(yīng)器包括 一種密相流化床反應(yīng)器，該反應(yīng)器包括一個(gè)催化劑入口，設(shè)于密相流化床反應(yīng)器頂部，使催化劑順重力方向 自密相流化床反應(yīng)器的上部向下流動(dòng)；一個(gè)反應(yīng)原料入口，設(shè)于密相流化床反應(yīng)器下部，使反應(yīng)原料沿密相 流化床反應(yīng)器向上流動(dòng)，穿過催化劑床層進(jìn)行催化裂解反應(yīng)；一個(gè)用于將催化劑燒焦再生的燒焦罐，連接反應(yīng)器催化劑入口，燒焦 罐底部設(shè)有高溫?zé)勾呋瘎┏隹?，該高溫?zé)勾呋瘎┏隹谂c用于輸送一部 分低溫?zé)勾呋瘎┲粮邷責(zé)勾呋瘎┏隹诘拇呋瘎﹤?cè)線輸送管匯合后通 過燒焦再生催化劑汽提管與反應(yīng)器催化劑入口相連接；密相流化床反應(yīng)器底部連接反應(yīng)后催化劑汽提管，該提管的上部連接 密相流化床反應(yīng)器的底部，下部連接一根用于輸送失活催化劑的催化劑輸 送管，并在該催化劑輸送管內(nèi)進(jìn)行低溫?zé)?，該催化劑輸送管的另一端連 接至燒焦罐、并在中途接入催化劑側(cè)線輸送管入口。所述的密相流化床反應(yīng)器，其中，所述的流化床反應(yīng)器的內(nèi)部和殼層 設(shè)置有用于提供反應(yīng)熱的加熱元件。所述的密相流化床反應(yīng)器，其中，所述的流化床反應(yīng)器的內(nèi)部設(shè)置有 金屬網(wǎng)等構(gòu)件以改善催化劑的流化狀態(tài)。所述的密相流化床反應(yīng)器，其中，所述反應(yīng)后催化劑汽提管的下端連 接一輕烴催化裂解反應(yīng)器，其下部連接催化劑輸送管。本發(fā)明提供的利用上述密相流化床反應(yīng)器進(jìn)行催化反應(yīng)制烯烴和芳 烴的方法，其過程為將預(yù)熱至50—400。C的反應(yīng)原料與高溫水蒸氣按照水/油0—1的比例從反應(yīng)原料入口進(jìn)入密相流化床反應(yīng)器內(nèi)并向上流動(dòng)，與自密相流化床反 應(yīng)器上部向下流動(dòng)的催化劑混合，催化劑進(jìn)入密相流化床反應(yīng)器的溫度為540 700°C，反應(yīng)原料與催化劑接觸時(shí)間為0.5 — 7秒，反應(yīng)溫度為400 —700 。C;反應(yīng)產(chǎn)物向上流動(dòng)至密相流化床反應(yīng)器頂部與催化劑分離進(jìn)入產(chǎn)物 分離系統(tǒng)，失活催化劑向下流動(dòng)，自密相流化床反應(yīng)器底部進(jìn)入反應(yīng)后催 化劑汽提管脫出殘留在催化劑中的反應(yīng)產(chǎn)物，然后進(jìn)入催化劑輸送管，用空氣輸送催化劑至燒焦罐和催化劑側(cè)線輸送管；催化劑在輸送途中于 600 65(TC先進(jìn)行低溫?zé)乖偕跓构拗杏?70 72(TC進(jìn)行高溫?zé)乖偕?；通過控制催化劑側(cè)線輸送管的流量調(diào)節(jié)高溫?zé)乖偕呋瘎┖偷蜏?燒焦再生催化劑的比例，使進(jìn)入密相流化床反應(yīng)器的燒焦再生催化劑溫度 控制在640 700°C ，從而進(jìn)行上述反應(yīng)、分離和燒焦再生的循環(huán)過程。所述的方法，其中，反應(yīng)溫度為550 — 660°C。所述的方法，其中，反應(yīng)原料為渣油、蠟油、石腦油、輕汽油、植物 油脂、動(dòng)物油脂和脂肪酸其中一種或任意混合的幾種。8、按照權(quán)利要求5所述的方法，其中，以C4一C5輕烴反應(yīng)原料裂解 反應(yīng)制乙烯、丙烯和芳烴時(shí)，反應(yīng)原料從輕烴裂解反應(yīng)器的底部進(jìn)入反應(yīng) 器與催化劑逆向流動(dòng)，進(jìn)行催化反應(yīng)，反應(yīng)溫度為500 — 70(TC，反應(yīng)后的 反應(yīng)產(chǎn)物從輕烴裂解反應(yīng)器上部與催化劑分離，進(jìn)入產(chǎn)物分離系統(tǒng)，催化 劑在輕烴裂解反應(yīng)器下部進(jìn)入催化劑輸送管。由本發(fā)明的實(shí)施，反應(yīng)床層的催化劑密度高。反應(yīng)物穿過催化劑床層 時(shí)，與催化劑充分接觸進(jìn)行高轉(zhuǎn)化率高選擇性反應(yīng)，并且可把反應(yīng)溫度和 反應(yīng)時(shí)間控制在最佳的范圍內(nèi)；在反應(yīng)中分離產(chǎn)物和催化劑，并對(duì)失去活 性的催化劑快速連續(xù)燒焦再生，從而有效地解決反應(yīng)過程中催化劑失去活 性的問題。


圖1為本發(fā)明提供的密相流化床反應(yīng)器結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為圖1中反應(yīng)器底部連接有輕烴裂解反應(yīng)反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式
本發(fā)明提供的渣油催化反應(yīng)制烯烴和芳烴流化床反應(yīng)器如圖1所示， 其基本結(jié)構(gòu)是燒焦罐2位于密相流化床反應(yīng)器1的頂部。燒焦罐2中的催化劑出口 管與催化劑側(cè)線輸送管3匯合后通過再生催化劑汽提管9 (具有水蒸氣入 口)與密相流化床反應(yīng)器l頂部的催化劑入口連接，使催化劑順重力方向 向下流動(dòng)。密相流化床反應(yīng)器1的下部安裝進(jìn)料噴嘴6，密相流化床反應(yīng) 器的底部與反應(yīng)后催化劑汽提管IO連接。該汽提管10的底部與催化劑輸 送管4相連接。催化劑輸送管4的出口連接至燒焦罐1，并在中途與催化 劑側(cè)線輸送管3聯(lián)結(jié)。密相流化床反應(yīng)器工作時(shí)，將預(yù)熱至50—40(TC的反應(yīng)原料與高溫水 蒸氣按照水/油0 — 1的比例，分別從密相流化床反應(yīng)器1底部的進(jìn)料噴嘴6和高溫水蒸汽入口 7噴入密相流化床反應(yīng)器1內(nèi)向上流動(dòng)，與順重力向 下流動(dòng)的高溫催化劑迅速混合加熱至高溫，反應(yīng)原料穿過催化劑床層進(jìn)行 催化裂解反應(yīng)，在密相流化床反應(yīng)器1頂部反應(yīng)產(chǎn)物與催化劑分離進(jìn)入產(chǎn)物分離系統(tǒng)，自反應(yīng)產(chǎn)物出口5排出。反應(yīng)溫度控制在400 — 70(TC，最好 在550 — 66(TC，反應(yīng)原料與催化劑接觸時(shí)間為0.5 — 7秒，劑油比控制在 10 40。反應(yīng)后的失活催化劑向下流動(dòng)出密相流化床反應(yīng)器進(jìn)入反應(yīng)后催 化劑汽提管IO，汽提后進(jìn)入催化劑輸送管4。用空氣入口8進(jìn)入的空氣輸 送催化劑至燒焦罐2和催化劑側(cè)線輸送管3。催化劑輸送途中部分低溫?zé)?焦再生，燒焦溫度控制在600 65(TC。催化劑在燒焦罐2中進(jìn)行高溫?zé)?再生，燒焦溫度控制在670 720溫度。通過控制催化劑側(cè)線輸送管3的 流量來調(diào)節(jié)高溫?zé)勾呋瘎┖偷蜏責(zé)勾呋瘎┑谋壤?，?shí)現(xiàn)進(jìn)入密相流化 床反應(yīng)器催化劑溫度的調(diào)節(jié)。進(jìn)入密相流化床反應(yīng)器的催化劑溫度控制在 640 700°C 。催化劑經(jīng)再生催化劑汽提管9進(jìn)入密相流化床反應(yīng)器1后， 又進(jìn)行上述反應(yīng)、分離和燒焦再生的循環(huán)過程。由于本發(fā)明是對(duì)渣油(重油)、蠟油、石腦油、輕汽油等烴類原料以 及植物油脂、動(dòng)物油脂和脂肪酸等生物原料或任意混合的原料進(jìn)行催化反 應(yīng)，其中石蠟基渣油和動(dòng)植物油脂這類原料，反應(yīng)轉(zhuǎn)化率(氣體產(chǎn)率)高， 需要吸收大量的反應(yīng)熱，而本身反應(yīng)結(jié)焦率低，燒焦產(chǎn)生的熱量小于反應(yīng) 熱，此時(shí)宜采用外加熱的方式提供部分反應(yīng)熱。對(duì)于中間基渣油、中間基 偏環(huán)垸基渣油這類原料，由于反應(yīng)轉(zhuǎn)化率(氣體產(chǎn)率)較低，需要的反應(yīng) 熱不很大，而本身反應(yīng)結(jié)焦率高，燒焦產(chǎn)生的熱量不少于反應(yīng)熱，此時(shí)可 以不采用外加熱的方式提供反應(yīng)熱。因此，本發(fā)明可以根據(jù)反應(yīng)原料的性質(zhì)而決定是否在密相流化床反應(yīng) 器內(nèi)設(shè)置加熱元件。該加熱元件是可以流通加熱介質(zhì)的金屬管，其形狀包 括金屬列管或金屬盤管。也可在下行式反應(yīng)器內(nèi)設(shè)置金屬制的破泡網(wǎng)，破 壞反應(yīng)過程中產(chǎn)生的氣泡，使反應(yīng)物和催化劑充分接觸。當(dāng)需要進(jìn)行C4和C5等輕烴原料裂解反應(yīng)制乙烯、丙烯和芳烴時(shí)，在 圖1所示的密相流化床反應(yīng)器1下面通過反應(yīng)后催化劑汽提管10連接一 輕烴裂解反應(yīng)器12，形成圖2所示的密相流化床反應(yīng)器。反應(yīng)原料C4和 C5等輕烴從輕烴裂解反應(yīng)器12底部的輕烴原料進(jìn)口 13與水蒸汽入口 14分別進(jìn)入輕烴裂解反應(yīng)器12與催化劑逆向流動(dòng)，進(jìn)行催化反應(yīng)，反應(yīng)溫度為500 — 700溫度，最好在500 — 62(TC。輕烴反應(yīng)后的反應(yīng)產(chǎn)物從輕烴 裂解反應(yīng)器上部與催化劑分離后，進(jìn)入產(chǎn)物分離系統(tǒng)自反應(yīng)產(chǎn)物出口 15 排出。反應(yīng)后的失活催化劑從輕烴裂解反應(yīng)器12下部向下流動(dòng)進(jìn)入另外 一根反應(yīng)后催化劑汽提管ll，汽提后進(jìn)入催化劑輸送管4。其他工藝同上 所述，進(jìn)行反應(yīng)、分離和再生循環(huán)過程。本發(fā)明的水蒸氣可以在密相流化床反應(yīng)器或分離罐的不同部位加入。 本發(fā)明的反應(yīng)熱由燒焦再生后的催化劑提供；或在反應(yīng)器的加熱構(gòu)件 中通入高溫熔鹽、低溫合金或高溫氣體等對(duì)反應(yīng)器加熱；或者由上述兩種 方式各提供一部分。
權(quán)利要求
1、一種密相流化床反應(yīng)器，該反應(yīng)器包括一個(gè)催化劑入口，設(shè)于密相流化床反應(yīng)器頂部，使催化劑順重力方向自密相流化床反應(yīng)器的上部向下流動(dòng)；一個(gè)反應(yīng)原料入口，設(shè)于密相流化床反應(yīng)器下部，使反應(yīng)原料沿密相流化床反應(yīng)器向上流動(dòng)，穿過催化劑床層進(jìn)行催化裂解反應(yīng)；一個(gè)用于將催化劑燒焦再生的燒焦罐，連接反應(yīng)器催化劑入口，燒焦罐底部設(shè)有高溫?zé)勾呋瘎┏隹?，該高溫?zé)勾呋瘎┏隹谂c用于輸送一部分低溫?zé)勾呋瘎┲粮邷責(zé)勾呋瘎┏隹诘拇呋瘎﹤?cè)線輸送管匯合后通過燒焦再生催化劑汽提管與反應(yīng)器催化劑入口相連接；密相流化床反應(yīng)器底部連接反應(yīng)后催化劑汽提管，該提管的上部連接密相流化床反應(yīng)器的底部，下部連接一根用于輸送失活催化劑的催化劑輸送管，并在該催化劑輸送管內(nèi)進(jìn)行低溫?zé)梗摯呋瘎┹斔凸艿牧硪欢诉B接至燒焦罐、并在中途接入催化劑側(cè)線輸送管入口。
2、 按照權(quán)利要求1所述的密相流化床反應(yīng)器，其中，所述的流化床 反應(yīng)器的內(nèi)部和殼層設(shè)置有用于提供反應(yīng)熱的加熱元件。
3、 按照權(quán)利要求1或2所述的密相流化床反應(yīng)器，其中，所述的流化床反應(yīng)器的內(nèi)部設(shè)置有金屬網(wǎng)等構(gòu)件以改善催化劑的流化狀態(tài)。
4、 按照權(quán)利要求1所述的密相流化床反應(yīng)器，其中，所述反應(yīng)后催 化劑汽提管的下端連接一輕烴催化裂解反應(yīng)器，其下部連接催化劑輸送 管。
5、 一種利用權(quán)利要求1所述的密相流化床反應(yīng)器進(jìn)行催化反應(yīng)制烯 烴和芳烴的方法，其過程為.-將預(yù)熱至50—40(TC的反應(yīng)原料與高溫水蒸氣按照水/油0—1的比例 從反應(yīng)原料入口進(jìn)入密相流化床反應(yīng)器內(nèi)并向上流動(dòng)，與自密相流化床反 應(yīng)器上部向下流動(dòng)的催化劑混合，催化劑進(jìn)入密相流化床反應(yīng)器的溫度為 540 700°C，反應(yīng)原料與催化劑接觸時(shí)間為0.5 — 7秒，反應(yīng)溫度為400 — 700 。C;反應(yīng)產(chǎn)物向上流動(dòng)至密相流化床反應(yīng)器頂部與催化劑分離進(jìn)入產(chǎn)物分離系統(tǒng)，失活催化劑向下流動(dòng)，自密相流化床反應(yīng)器底部進(jìn)入反應(yīng)后催 化劑汽提管脫出殘留在催化劑中的反應(yīng)產(chǎn)物，然后進(jìn)入催化劑輸送管，用 空氣輸送催化劑至燒焦罐和催化劑側(cè)線輸送管；催化劑在輸送途中于600 65(TC先進(jìn)行低溫?zé)乖偕?，在燒焦罐中?70 72(TC進(jìn)行高溫?zé)?再生；通過控制催化劑側(cè)線輸送管的流量調(diào)節(jié)高溫?zé)乖偕呋瘎┖偷蜏?燒焦再生催化劑的比例，使進(jìn)入密相流化床反應(yīng)器的燒焦再生催化劑溫度 控制在640 70(TC，從而進(jìn)行上述反應(yīng)、分離和燒焦再生的循環(huán)過程。
6、 按照權(quán)利要求5所述的方法，其中，反應(yīng)溫度為550 — 66(TC。
7、 按照權(quán)利要求5所述的方法，其中，反應(yīng)原料為渣油、蠟油、石 腦油、輕汽油、植物油脂、動(dòng)物油脂和脂肪酸其中一種或任意混合的幾種。
8、 按照權(quán)利要求5所述的方法，其中，以C4一C5輕烴反應(yīng)原料裂解 反應(yīng)制乙烯、丙烯和芳烴時(shí)，反應(yīng)原料從輕烴裂解反應(yīng)器的底部進(jìn)入反應(yīng) 器與催化劑逆向流動(dòng)，進(jìn)行催化反應(yīng)，反應(yīng)溫度為500—70(TC，反應(yīng)后的 反應(yīng)產(chǎn)物從輕烴裂解反應(yīng)器上部與催化劑分離，進(jìn)入產(chǎn)物分離系統(tǒng)，催化 劑在輕烴裂解反應(yīng)器下部進(jìn)入催化劑輸送管。
全文摘要
一種密相流化床反應(yīng)器，包括一密相流化床反應(yīng)器，在其中催化劑順重力方向向下流動(dòng)，反應(yīng)原料向上流動(dòng)，穿過催化劑床層進(jìn)行催化裂解反應(yīng)；一燒焦罐，用于將催化劑燒焦再生；一催化劑輸送管，用于輸送失活催化劑，并在其中進(jìn)行低溫?zé)?；一催化劑?cè)線輸送管，用于輸送一部分低溫?zé)勾呋瘎┲粮邷責(zé)勾呋瘎┏隹凇１景l(fā)明的反應(yīng)器可以應(yīng)用于烴類原料例如渣油、石腦油、原油、碳4-6輕烴、蠟油等和動(dòng)植物油脂以及脂肪酸等原料的催化裂解制烯烴和芳烴的反應(yīng)。
文檔編號(hào)C10G11/00GK101579612SQ200810099589
公開日2009年11月18日 申請(qǐng)日期2008年5月15日 優(yōu)先權(quán)日2008年5月15日
發(fā)明者劉中民, 李銘芝, 鵬 謝 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所