利用溫度梯度工藝直接催化裂化原油的制作方法
【專利摘要】一種用于將未蒸餾且未分餾的烴類材料轉化成烴類產物的直接催化裂化系統(tǒng)，所述烴類產物包含輕質烯烴和C6-8芳香族化合物。所述直接催化裂化系統(tǒng)包括移動催化劑床反應器，其具有一個或多個催化反應區(qū)，并且被構造成能夠調節(jié)其內部溫度。所述直接催化裂化系統(tǒng)還包括催化劑再生系統(tǒng)。一種利用所述直接催化裂化系統(tǒng)將未蒸餾且未分餾的烴類材料轉化成烴類產物的方法。所述方法包括引入包含蒸汽和未蒸餾且未分餾的烴類材料的移動床反應器進料的步驟。所述方法還包括以下步驟：將直接裂化催化劑引入移動催化劑床反應器的催化反應區(qū)，運行所述直接催化裂化系統(tǒng)以使在直接裂化催化劑的存在下將烴類材料轉化成產物烴，以及從所述移動催化劑床反應器將產物烴排出。
【專利說明】利用溫度梯度工藝直接催化裂化原油

【技術領域】
[0001]本發(fā)明的領域涉及用于將未蒸餾且未分餾的烴類材料轉化成為產物烴的方法和系統(tǒng)。更具體而言，本發(fā)明的領域涉及用于將烴類材料、尤其是未蒸餾且未分餾的原油，轉化成為包含輕質烯烴和C6-8芳香族化合物的混合物的烴類產物的系統(tǒng)和方法。

【背景技術】
[0002]隨著與我們使用不可再生資源(包括原油、氣凝析油和天然氣)作為基礎來制造運輸燃料相關的全球意識的提升，使用汽油和柴油燃料的長期上漲趨勢可能最終會穩(wěn)定，甚至在接下來的幾十年中還會衰弱，即使考慮到全球人口增加的情況也是如此。然而，對于部分來源于烴類材料的石油化工產品或化學品的總需求將會持續(xù)上升。人類社會以及其持續(xù)的技術進步將會要求基礎的、中等的和高級的石油化工類產品，尤其是芳香族化合物和聚合物。
[0003]現(xiàn)代化的石油化工煉油廠的設計集中在從石油桶中幾乎每一種餾分來制造發(fā)動機燃料。天然氣、凝析液和原油具有可用于制造煉油廠中間體的烴類餾分，包括LPG、天然汽油、石腦油、煤油、常壓瓦斯油和減壓瓦斯油。進而，下游工藝將這些煉油廠中間體轉化成為用于汽油、航空煤油(jet)、柴油和重質運輸燃料的燃料組分。煉油廠還制造化學原料，包括乙烯和丙烯之類的烯烴、以及作為一次或二次工藝產品的二甲苯之類的芳香族化合物。但是，現(xiàn)有的用于從原油的餾分或者其他烴類材料來源來制造化學原料的工藝是耗費能量、時間和資金的。
[0004]烴類材料的餾分可用作化學品生產的原料。常規(guī)的烴類原料餾分包括乙烷、LPG、石腦油和瓦斯油?；瘜W品制造商使用這些餾分來制造“輕質”烯烴(例如，乙烯和丙烯)供下游使用。用于由烷烴生成烯烴的兩種主要的技術包括蒸汽裂化工藝和流化催化裂化(FCC)工藝?！傲鸦笔谴嬖谟跓N類材料中的碳-碳鍵的斷裂。
[0005]蒸汽或“熱”裂化為非催化的石油化工轉化工藝。蒸汽裂化能夠由各種液態(tài)和氣態(tài)的烴類原料(包括乙烷和重質石腦油)制造簡單的烯烴，包括乙烯、丙烯和丁烯；丁二烯；以及芳香族化合物，包括BTEX化合物(苯、甲苯、乙苯和二甲苯的三種異構體)。例如，將石腦油原料與過熱蒸汽混合(其中過熱蒸汽充當稀釋劑和熱能的供應者)，然后將其引入到在約700-900°C下運行的重整爐中，從而由石腦油原料中的烷烴材料的裂解制造烯烴和氫氣形式。
[0006]熱裂化是一種廣泛認可和使用的制造輕質烯烴的工藝；但是，它也是石油化工工業(yè)中最耗費能源的工藝之一。蒸汽裂化器的熱解階段能夠消耗約65%的設備工藝能量。其也可以占工藝總能量損失的約75%。避免使用完全基于熱能的工藝能夠顯著降低制造烯烴和芳香族化合物所需的能量。
[0007]流化催化裂化(FCC)工藝既利用熱處理反應工藝又利用催化處理反應工藝。該工藝利用在汽化的進料烴的上升流中混合和懸浮的催化劑，從而形成固體催化劑的流化床。預熱的烴類進料(通常為瓦斯油)通過進料嘴噴灑至提升管的底部。熱的、流化的催化劑與烴類進料接觸，使得該進料閃蒸為蒸氣。在蒸氣狀態(tài)下，烴催化裂解成為烯烴和芳香族化合物以及低碳鏈烷烴和環(huán)烷烴。裂化的烴類產物從FCC單元排出。下游系統(tǒng)將裂化產物冷卻并將其分為氫氣至燃料油，然后該燃料油被分布在其他用于進一步加工的各個系統(tǒng)中。催化裂化工藝的副產物是位于催化劑上的“焦炭”，其為碳殘余物的形式。FCC工藝中的第二單元將焦化或“失效”的催化劑收集起來，利用蒸汽和隨后的氧氣源使催化劑“再生”，以再次用于FCC中。FCC工藝將催化劑預熱并將再生的催化劑再次引入至提升管中，重復該裂化循環(huán)。
[0008]“焦炭”和派生詞(即，“焦化”)是指高分子量的含碳固體，主要但非排他地由碳原子構成。最通常地，焦炭殘余物由在高處理溫度下被引入的烴類材料的氫的脫除而形成，包括多核芳香族化合物和浙青質類材料的凝結。將焦炭暴露于氧氣中之后形成碳氧化物從而將其除去。
[0009]FCC工藝比蒸汽裂化工藝的能效高得多；但是FCC工藝也只能夠處理某幾種類型污染物，包括焦炭、酸和特定的重金屬。含氮和含硫的化合物是公知的FCC催化劑毒物。
[0010]熱工藝和FCC工藝的設計和功能不能夠處理作為一次進料的全部沸點范圍的原油。對于全部沸點范圍的烴類進料的裂解存在兩個主要的挑戰(zhàn)性問題，這阻止了這兩個工藝的應用:由于形成焦炭和來自重金屬以及存在于未分餾的烴類進料中的毒物的催化劑污染，導致催化劑快速失活，因此難以使用基于催化劑的體系。寬泛的溫度范圍(在該范圍內，“可裂化的”原油組分裂化)導致純熱性工藝的工藝控制和長期系統(tǒng)完整性(即，基于溫度/時間的應力破壞)產生問題。


【發(fā)明內容】

[0011]直接催化裂化系統(tǒng)可用于將未蒸餾且未分餾的烴類材料轉化成為烴類產物。烴類產物包括輕質烯烴和C6-8芳香族化合物，包括苯、二甲苯、乙苯和甲苯。所述直接催化裂化系統(tǒng)包括移動催化劑床反應器，其具有一個或多個催化反應區(qū)，并且能夠保持反應器的內部溫度。所述直接催化裂化系統(tǒng)還包括催化劑再生系統(tǒng)。
[0012]所述直接催化裂化系統(tǒng)的一個實施方案包括移動催化劑床反應器，其能夠沿著所述移動催化劑床反應器的操作長度保持線性溫度梯度。所述直接催化裂化系統(tǒng)的一個實施方案包括移動催化劑床反應器，其能夠沿著所述移動催化劑床反應器的操作長度保持多于一個的內部固定溫度區(qū)。
[0013]一種利用所述直接催化裂化系統(tǒng)將未蒸餾且未分餾的烴類材料轉化成烴類產物的方法，包括將包含蒸汽和未蒸餾且未分餾的烴類材料的移動床反應器進料引入至所述直接催化裂化系統(tǒng)的步驟。所述方法的一個實施方案包括，引入氧氣、氫氣、循環(huán)的烴、蒸餾和分餾的烴類材料、廢棄的烴類材料以及它們的組合。轉化的方法包括，將直接裂化催化劑引入至所述移動催化劑床反應器的催化反應區(qū)的步驟。轉化的方法包括以下的步驟:運行所述直接催化裂化系統(tǒng)，使得在直接裂化催化劑的存在下，被引入的烴類材料發(fā)生反應生成產物烴，產物烴包括輕質烯烴和C6-8芳香族化合物。轉化的方法包括將產物烴從所述直接催化裂化系統(tǒng)排出的步驟。
[0014]所述方法的一個實施方案包括調節(jié)所述移動催化劑床反應器的內部溫度，使得所述直接催化裂化系統(tǒng)沿著所述移動催化劑床反應器的操作長度保持線性內部溫度梯度。所述方法的一個實施方案包括調節(jié)所述移動催化劑床反應器的內部溫度，使得所述直接催化裂化系統(tǒng)沿著所述移動催化劑床反應器的操作長度保持至少一個內部固定溫度區(qū)。
[0015]烴類材料直接轉化為用作化學原料的烴類產物不需進行烴類材料的預先分餾或純化。直接轉化還能避免大的分餾設備的資金費用，并能避免將它們處理成燃料所需的能量。直接轉化成有用的化學品(如烯烴和芳香族化合物)確保了不可再生的烴類材料的最佳和最有價值的利用。
[0016]所述直接催化裂化系統(tǒng)包括移動催化劑床反應器，該移動催化劑床反應器包含直接烴類裂化催化劑。所述移動催化劑床反應器相比于靜態(tài)床催化劑系統(tǒng)的改進在于，該系統(tǒng)能夠在連續(xù)運行的同時處理催化劑的毒物和焦炭。所述移動催化劑床反應器還為催化劑與烴類材料提供了延長的接觸。更長的接觸時間允許所述移動催化劑床反應器能夠在相對于FCC類型系統(tǒng)更低的溫度下運行。內部和其自身的更低的運行溫度有助于避免在所述直接裂化催化劑上形成焦炭。
[0017]在所述移動催化劑床反應器的運行條件下，所述直接裂化催化劑提高了裂化效率，并減少了催化劑上焦炭的形成。焦炭形成速率和特定烴類物質的裂化速率均為溫度的函數(shù)。烴的較低沸點溫度餾分(例如，乙烷和丁烷)較不容易形成焦炭；然而，它們需要更高的溫度才能裂化成為烯烴。高沸點溫度餾分(包括包含在常壓和減壓瓦斯油中的那些)容易裂化成為更小的化合物和烯烴；但是，焦化的趨勢也更明顯。
[0018]所述直接催化裂化系統(tǒng)的運行要定期地清掃焦炭和金屬雜質，并使裂化催化劑再生。
[0019]附圖簡要說明
[0020]結合以下對優(yōu)選實施方案的詳細說明、隨附的權利要求書以及附圖，本發(fā)明的這些和其他特征、方面和優(yōu)點將更易于理解，其中:
[0021]圖1是本發(fā)明的直接催化裂化系統(tǒng)的一個實施方案的總體流程示意圖；以及
[0022]圖2是本發(fā)明的直接催化裂化系統(tǒng)的另一個實施方案的總體流程示意圖。
[0023]在附圖中，相似的組件或特征或二者可具有相同或相似的參考標號。

【具體實施方式】
[0024]說明書包括發(fā)明概要、附圖簡要說明和優(yōu)選實施方案的詳細說明，說明書和隨附的權利要求書是指本發(fā)明的特定特征(包括工藝或方法步驟)。本領域的技術人員應當理解，本發(fā)明包括說明書中所述的特定特征的所有可能的組合和使用。本領域的技術人員應當理解，本發(fā)明并不限于說明書給出的對實施方案的描述，本發(fā)明也不通過說明書給出的對實施方案的描述進行限定。除了僅限于說明書和隨附權利要求的精神之外，本發(fā)明的主題并不受限其他。
[0025]本領域的技術人員還應當理解，用于描述特定實施方案的術語并不限制本發(fā)明的范圍或廣度。在對說明書和隨附權利要求書進行解釋時，所有術語應當按照與各術語的上下文一致的最寬泛的可能方式進行理解。用于說明書和隨附權利要求書的所有技術和科技術語具有與本發(fā)明所屬領域的技術人員所理解的通常含義相同的含義，除非另有指明。
[0026]如說明書和所附權利要求書所使用的那樣，單數(shù)形式的“一種”、“一個”和“所述”包括復數(shù)形式的所提及的對象，除非本文另有清楚的指明。動詞“包括”及其變形應當根據(jù)所提及的元件、部件或步驟以非排除的方式理解。所提及的元件、部件或步驟可以存在、使用或與其他未明確提及的元件、部件或步驟組合。動詞“連接”及其變形是指任何形式的所需接合，包括電學地、機械地或流體地，從而由兩個或更多前述未連接的對象形成單個對象。如果第一裝置連接至第二裝置，那么連接可以直接地或通過常規(guī)連接件來實現(xiàn)?！叭芜x”及其變形是指后續(xù)描述的事件或情況可以發(fā)生或可以不發(fā)生。這樣的描述包括所述事件或情況發(fā)生的場合或者其不發(fā)生的場合?！澳軌?operable)”及其變形是指適于其適當?shù)墓δ芎湍軌蛴糜谄湟鈭D的應用?！跋噙B(associated)”及其變形是指由于某事物與其他事物同時發(fā)生或者一者由另一者產生而導致該事物與其他事物相聯(lián)系。
[0027]空間術語描述物體或物體組相對于另一個物體或物體組的相對位置?？臻g關系用于沿垂直軸或水平軸使用。方位和相關措辭(包括“上方”和“下方”、“上”和“下”、“上游”和“下游”以及其他類似術語)是為了便于描述而并不進行限制，除非另有指明。
[0028]當說明書和隨附的權利要求書提供數(shù)值范圍時，應當理解的是，數(shù)值區(qū)間涵蓋介于上限和下限之間的各個區(qū)間值以及上限和下限。本發(fā)明包括并限定從區(qū)間對象的更小范圍至所提供的任何具體的排除。
[0029]當在說明書和隨附權利要求書中提到方法包括兩個或更多所限定的步驟時，所限定的步驟可以按任意順序或同時進行，除非上下文排除了這種可能。
[0030]圖1
[0031]圖1是直接催化裂化系統(tǒng)的一個實施方案的總體流程示意圖。圖1及其描述有利于更好地理解直接催化裂化系統(tǒng)和使用方法。圖1在任何方面都不限制或限定本發(fā)明的范圍。
[0032]直接催化裂化系統(tǒng)100能夠接受移動床反應器進料102的引入，移動床反應器進料102包含烴類材料進料104的組分、蒸汽進料106的組分、任選的氫氣進料108的組分和任選的氧氣進料110的組分。直接催化裂化系統(tǒng)100還能夠接受新的直接裂化催化劑進料112的引入。熱空氣114(其作為氧氣源)的引入能夠支持焦炭和裂化殘余物的燃燒。直接催化裂化系統(tǒng)100還具有兩個主要的產物流:產物烴116和催化劑殘余物排放氣118。
[0033]直接催化裂化系統(tǒng)100包括移動催化劑床反應器120。圖1示出了移動催化劑床反應器120的部分內部構造。移動催化劑床反應器120具有底部122和頂部124。在內部，移動催化劑床反應器120包含一定量的直接裂化催化劑126 (由具有三部分的符號表示；非實際尺寸)，其在移動催化劑床反應器120中保持的條件下運行，用于將烴類材料轉化成更小的烴，包括烷烴、烯烴和芳香族化合物。
[0034]移動催化劑床反應器120具有若干個內部穿孔的收集漏斗128。內部穿孔的收集漏斗128能夠收集直接裂化催化劑126用以循環(huán)利用。內部穿孔的收集漏斗128能夠允許流體穿過，該流體包括烴類材料，但不允許固體穿過，該固體包括非均相催化劑。由于重力原因，直接裂化催化劑126聚集在內部穿孔的收集漏斗128的頂部和內部，直到從移動催化劑床反應器120中被除去。按照常規(guī)操作，直接裂化催化劑126填充了移動催化劑床反應器120的工作容積的大部分，尤其是在催化反應區(qū)130中。
[0035]內部穿孔的收集漏斗128 —般劃分反應區(qū)的界限。例如，在用于催化反應區(qū)130的移動催化劑床反應器120中，下限位于反應區(qū)下限132(由點劃線表示)處，其表示能夠發(fā)生催化裂化反應的反應區(qū)的最低垂直點。上限位于反應區(qū)上限134(由虛線表示)處，反應區(qū)上限134處于沿著最高催化反應區(qū)130的內部穿孔的收集漏斗128的最高點或者處于頂部124。各催化反應區(qū)130介于反應區(qū)下限132和反應區(qū)上限134之間。圖1中的移動催化劑床反應器120具有三個催化反應區(qū)。各催化反應區(qū)130相互垂直重疊，這是由內部穿孔的收集漏斗128的物理構造導致的。
[0036]移動催化劑床反應器120由被引入的烴類材料與直接裂化催化劑126的相互作用形成烴類產物。移動催化劑床反應器120在底部122附近接受移動床反應器進料102的引入。一旦烴類材料、蒸汽和其他任選的材料的組合被引入至移動催化劑床反應器120，它們就通常沿著向上的方向從接近底部122的位置流向頂部124(由實心箭頭136表示)。入口流體的流動、穿過移動催化劑床反應器120的壓力差、各種被引入的和處理流體的密度以及移動催化劑床反應器120的溫度梯度都會有助于烴類材料和烴產物的總體向上運動。烴類產物流過移動催化劑床反應器120，在頂部124處形成產物烴116。
[0037]移動催化劑床反應器120能夠通過位于各催化反應區(qū)130的頂部附近的催化劑注入管線140從而接受固體直接裂化催化劑126的引入。當直接裂化催化劑126進入移動催化劑床反應器120時，其分散在各催化反應區(qū)130中，各催化反應區(qū)130包含烴類材料、烴類裂化中間體和烴產物、以及活化的和失效的裂化催化劑。各催化反應區(qū)130中的直接裂化催化劑126最終在重力的作用下向下運動，停留在內部穿孔的收集漏斗128的頂部或者其他直接裂化催化劑126上，從而形成移動催化劑床142。催化劑除去管線144從移動催化劑床142中除去一部分直接裂化催化劑126，使得移動催化劑床142的內容物沿向下的方向持續(xù)運動和遷移，其中移動催化劑床142的形狀和大小保持穩(wěn)定。
[0038]移動催化劑床反應器120保持內部溫度梯度(由條紋狀箭頭146表示)。在移動催化劑床反應器120中，流體和固體的溫度都作為高度(從底部122至頂部124)的函數(shù)而升高。溫度調節(jié)系統(tǒng)(未示出)沿著移動催化劑床反應器120的工作長度在底部122和頂部124之間保持線性溫度梯度。
[0039]當引入時，烴類材料、氧氣、氫氣和其他反應性物質(包括雜有機化合物和有機金屬化合物)與直接裂化催化劑126密切接觸并互相混合。當反應物和反應性物質在各催化反應區(qū)130周圍及移動催化劑床142內自由運動時，其就會與直接裂化催化劑126發(fā)生接觸。在移動催化劑床142中，向上運動的烴類材料移動進入直接裂化催化劑126的單獨顆粒之間形成的空間的內部、周圍并穿過該空間。
[0040]在接近于底部122處進行初次引入之后，烴類材料和反應產物向上穿過移動催化劑床反應器120 (沿著實線箭頭136的大致方向)，繼續(xù)與直接裂化催化劑126密切接觸。隨著反應物和產物沿著移動催化劑床反應器120的操作長度繼續(xù)移動，移動催化劑床反應器120的內部溫度隨著操作長度而增加(沿條紋狀箭頭146方向)。隨著內部溫度的增加，直接裂化催化劑126和烴類材料中的各種烴類物質變得更加有活性。隨著溫度和活性的增加，直接裂化反應就會生成越來越小的烴。
[0041]利用直接催化裂化由烴類材料生成更大量的越來越小的烴類化合物的趨勢一直持續(xù)，直到烴類產物作為產物烴116由移動催化劑床反應器120排出。烴類產物包含各種量的氫氣、酸氣、燃料氣、LPG、烯烴、烷烴和芳香族化合物。
[0042]反應器循環(huán)流148將產物烴116的一部分供應返回至底部122，從而支持流體流動并提供額外的用于裂化產物的原料。
[0043]直接催化裂化系統(tǒng)100還包括催化劑再生器150。催化劑再生器150利用來自于熱空氣114的氧氣來凈化直接裂化催化劑126并使之再生。催化劑再生器150通過催化劑注入管線140和催化劑除去管線144連接至移動催化劑床反應器120。直接催化裂化系統(tǒng)100將直接裂化催化劑126通過催化劑除去管線144從移動催化劑床反應器120引入至催化劑再生器150。催化劑再生器150使氧化的焦炭反應產物通過催化劑殘余物排放氣118排放。直接催化裂化系統(tǒng)100通過催化劑注入管線140將即刻再生的直接裂化催化劑126引入至移動催化劑床反應器120。
[0044]直接催化裂化系統(tǒng)100還通過新的直接裂化催化劑進料112接收補充催化劑。新的直接裂化催化劑進料112連接至催化劑注入管線140，以引入新的直接裂化催化劑126。
[0045]圖2
[0046]圖2是直接催化裂化系統(tǒng)的另一個實施方案的總體流程示意圖。直接催化裂化系統(tǒng)200具有許多與圖1的直接催化裂化系統(tǒng)100相似的方面。圖1和2之間相似的流體和裝置具有相似的標號。圖2及其描述有利于更好地理解直接催化裂化系統(tǒng)和工藝。圖2在任何方面都不限制或限定本發(fā)明的范圍。
[0047]直接催化裂化系統(tǒng)200與直接催化裂化系統(tǒng)100有幾方面的不同。移動催化劑床反應器220只具有一個催化反應區(qū)230。移動床反應器進料202和新的直接裂化催化劑進料212都直接將原料引入至催化反應區(qū)230。移動床反應器進料的位置沿著移動催化劑床反應器220并不是接近于底部222。
[0048]直接催化裂化系統(tǒng)200還具有與直接催化裂化系統(tǒng)100不同的循環(huán)構造。圖1中，反應器循環(huán)流148由產物烴116分出并將已經排出頂部124的材料循環(huán)。圖2中，移動催化劑床反應器220的構造呈現(xiàn)為底部材料循環(huán)，其中底部循環(huán)料250從接近于底部222處引導一部分流體流返回至移動床反應器進料202。底部材料循環(huán)至高于移動催化劑床反應器220的位置處，這里溫度更高。
[0049]除了上述工藝流的不同之外，移動催化劑床反應器220還具有不同的溫度管理和控制配置。移動催化劑床反應器220具有多于一個的內部固定溫度區(qū)。移動催化劑床反應器220的四個不同的內部溫度區(qū)為溫度區(qū)I (260)、溫度區(qū)2 (262)、溫度區(qū)3 (264)和溫度區(qū)4(266)。虛線268劃定各內部固定溫度區(qū)的上下限。直接催化裂化系統(tǒng)200將各內部固定溫度區(qū)的溫度在整個溫度區(qū)保持為恒定的溫度。
[0050]為了有助于移動催化劑床反應器220中的所需的催化裂化反應，各內部固定溫度區(qū)的溫度按照相距移動床反應器進料202的引入位置的距離的關系而相繼增加。例如，直接催化裂化系統(tǒng)200將溫度區(qū)I (260)的溫度保持為相對于溫度區(qū)2 (262)的溫度更低的溫度。在四個給定溫度區(qū)中，溫度區(qū)4 (266)的溫度最高；在四個給定溫度區(qū)中，溫度區(qū)I (260)的溫度最低。
[0051]移動床反應器進料
[0052]直接催化裂化系統(tǒng)包含移動床反應器進料。移動床反應器進料包括烴類材料和蒸汽。任選地，移動床反應器進料包括氫氣、氧或這二者。移動床反應器進料還可以包括來自于直接催化裂化系統(tǒng)的另一個部分的循環(huán)流，用于提高轉換效率。
[0053]移動床反應器進料是汽化的、氣態(tài)或飽和的蒸汽；液體或雙相材料。所述方法的一個實施方案包括:以蒸汽的形式引入移動床反應器進料。蒸汽共進料或者預加熱器還提供熱能以將移動床反應器進料中還未處于蒸汽狀態(tài)的那部分氣化。
[0054]所述方法的一個實施方案包括引入移動床反應器進料，使得移動催化劑床反應器中的烴的液時空速(LHSV)在約0.lhr—1至約SOhr—1的范圍內。
[0055]烴類材料
[0056]烴類材料包括未分餾且未蒸餾的原油。烴類材料可包括未分餾且未蒸餾的凝析液或天然氣。
[0057]原油是從原油開采系統(tǒng)產生的烴類液體(在地面的大氣溫度和壓力下)。不需要對原油進行蒸餾或分餾。未分餾且未蒸餾的原油通常包含一定量的懸浮固體，包括浙青質和焦油。
[0058]天然氣源通常在產生氣體的同時產生凝析液。未分餾且未蒸餾的凝析液(其在地面條件下為烴類液體)包含一定范圍的輕質烴，包括BTEX芳香族化合物、環(huán)烷烴和長鏈烷烴。凝析液具有與原油中存在的最輕質的液體烴餾分相似的烴(C5至約C20范圍內，包括烷烴和芳香族化合物)。
[0059]天然氣和伴生氣(即，天然氣體)在地面條件下為氣態(tài)烴類材料。天然氣和伴生氣包含氫氣、甲烷、乙烷、丙烷、丁烷、戊烷和己烷。天然氣和伴生氣還可包含其他非烴氣體，包括氮氣、惰性氣體、氧氣、二氧化碳、水和硫化氫。
[0060]術語“烴”及其變形除了只包含氫原子和碳原子的物質之外，還包括其他物質。未處理且未蒸餾的烴類材料包括雜有機化合物(其包含氧、硫、氮)，雜有機化合物包括烷烴和環(huán)烷烴的硫化物、硫醇、二硫化物、多硫化物和噻吩。所述烴也包括有機金屬化合物，其包含釩、銅和鎳。烴類材料可包含多達幾個重量百分比的雜有機化合物(基于其來源而不同)。另外，烴類材料還可包含無機離子和鹽類。
[0061]所述方法的一個實施方案包括引入包含以下烴類材料的移動床反應器進料，該烴類材料具有預先處理、蒸餾或分餾的烴，其包括常壓沸點原油餾分。用于補充烴類材料的蒸餾或分餾的烴類材料的例子包括石腦油、煤油、輕柴油、減壓餾出物、石蠟油和包含某些量的浙青質和軟浙青的餾分。
[0062]所述方法的一個實施方案包括引入包含以下烴類材料的移動床反應器進料，該烴類材料具有來自于煉油廠、石油化工工藝和生活垃圾的其他部分的廢棄和回收的流體流。廢氣流包括排放氣、廢氣和尾氣。廢液流包括污染和回收的重油和來自于其他煉油廠或石油化工工藝的廢物流。烴類材料還包括植物油和動物油，包括“方便食品”烹調油、車輛油、失效的烴類溶劑和傳熱流體。直接催化裂化系統(tǒng)采用存在于廢物材料中的烯烴和芳香族化合物材料來制造額外的芳香族化合物和烯烴材料。廢物材料能夠相對低廉地獲得并與烴類材料混合。
[0063]蒸汽
[0064]蒸汽可以是濕的、干的或過熱的蒸汽。所述方法的一個實施方案包括引入包含過熱蒸汽的移動床反應器進料。
[0065]移動床反應器進料包含蒸汽用以稀釋進料中的烴分子和降低其烴分壓。較低的烴分壓能夠促進移動催化劑床反應器中烯烴和芳香族化合物的形成。蒸汽降低了在催化劑上沉積碳或焦炭形成的速率。蒸汽起到原位氫氣源的作用，其對于移動床反應器進料中的烴類材料的加氫處理或加氫裂化是有用的。
[0066]蒸汽為移動床反應器進料提供熱量。所述方法的一個實施方案包括引入溫度在約150°C至約800°C范圍內的蒸汽。來自于蒸汽的熱量能夠在移動床反應器進料進入移動催化劑床反應器之前將其氣化。取決于烴類材料的含量，一些最重的烴類物質也能夠被熱裂化，但是這不是目的。
[0067]所述方法的一個實施方案包括引入下述的移動床反應器進料，在所述移動床反應器進料中蒸汽與烴類材料的重量比在約0.1至約2的范圍內。
[0068]氧氣
[0069]所述方法的一個實施方案包括引入包含氧氣的移動床反應器進料。在移動催化劑床反應器的操作溫度下，氧氣形成自由基離子，其能夠與大的芳香族化合物和脂肪族烴分子發(fā)生反應并將其斷裂成為小的分子。另外，氧氣能夠與直接裂化催化劑表面上的碳發(fā)生反應，從而形成碳氧化物，由此將催化劑表面上的固體除去。氧氣還能夠與有機金屬雜質形成金屬氧化物，從而將其從金屬/有機化合物中除去并阻止它們毒害直接裂化催化劑。
[0070]被引入的氧氣為純氧或混合物的形式；但是，不使用空氣或“富集空氣”。避免使用空氣能夠降低工藝中形成的副產物NOx化合物的量。所述方法的一個實施方案包括引入包含氧氣的移動床反應器進料，以干摩爾(dry molar basis)計,所述氧氣的純度為至少90%的氧氣。所述方法的一個實施方案包括引入氧氣與烴類材料的重量比在約0.01至約I的范圍內的移動床反應器進料。
[0071]氫氣
[0072]所述方法的一個實施方案包括引入包含氫氣的移動床反應器進料。氫氣有利于某些污染物(包括存在于烴類材料中的硫和氮雜有機化合物)的除去。
[0073]被引入的氫氣為純凈物或混合物的形式。作為混合物，氫氣可以為包含無機或有機化合物的富氫氣流，該無機或有機化合物包括碳氧化物或甲烷。來自于氫氣發(fā)生系統(tǒng)的吹掃流可用做氫氣源。所述方法的一個實施方案包括引入包含氫氣的移動床反應器進料，所述氫氣的純度為至少90%的氫氣(以干燥的摩爾計)。所述方法的一個實施方案包括引入氫氣與烴類材料的重量比在約0.01至約I的范圍內的移動床反應器進料。
[0074]循環(huán)的烴類材料
[0075]所述方法的一個實施方案包括引入包含可循環(huán)烴類材料的移動床反應器進料。循環(huán)的烴類材料包括適于轉化為烯烴和芳香族化合物的可循環(huán)的烴。
[0076]烴類產物流是可循環(huán)的烴類材料的來源。產物流可包含烷烴和環(huán)烷烴、烯烴和芳香族化合物，其是移動催化劑床反應器中利用額外的處理而得到的更小、更期望的烷烴、烯烴和芳香族化合物的來源。直接催化裂化系統(tǒng)的一個實施方案能夠將該烴類產物的一部分作為移動床反應器進料的一部分引入至移動床反應器。
[0077]移動催化劑床反應器自身是可循環(huán)的烴類材料的來源。循環(huán)流能夠將烴類從移動催化劑床反應器的一部分傳送至移動床反應器進料。直接催化裂化系統(tǒng)的一個實施方案包括，移動催化劑床反應器還能夠將烴類從移動催化劑床反應器的第一部分傳送到移動催化劑床反應器的第二部分，其中第二部分比第一部分更接近于移動床反應器進料被引入的位置。在直接催化裂化系統(tǒng)的一個實施方案中，第一部分具有第一溫度，第二部分具有第二溫度，并且其中第一溫度保持在比第二溫度更高的溫度。烴類進入移動催化劑床反應器的不同部分并且從其離開的連續(xù)循環(huán)，優(yōu)化了移動催化劑床反應器中烴的裂化，在直接催化裂化系統(tǒng)具有包括多個催化反應區(qū)的移動催化劑床反應器的實施方案中更是如此。連續(xù)的反應器循環(huán)還能夠為被引入的烴類材料中最重物質產生“直到被廢棄的循環(huán)(recycle untilobliv1n)”，其中全部被引入的材料最終都轉化成為烴類產物、氫氣和焦炭。
[0078]催化劑再生器系統(tǒng)是可循環(huán)的烴類材料的來源。用于從失效的直接裂化催化劑的表面上收集可回收的烴的提取方法包括烴溶劑或暴露于次大氣壓下。
[0079]所述方法的一個實施方案包括引入其中的可循環(huán)烴類材料與烴類材料的重量比在約0.1至約0.75范圍內的移動床反應器進料。所述方法的一個實施方案包括引入其中的產物烴與烴類材料的重量比在約0.2至約0.75范圍內的移動床反應器進料。
[0080]直接裂化催化劑
[0081]直接裂化催化劑能夠將大的烷烴和芳香族化合物轉化成為小的烷烴、烯烴和芳香族化合物。直接裂化催化劑有利于烴類材料中烴的裂化，所述烴類材料包括脂肪酸和蠟質烷烴、烷基芳香族化合物、環(huán)烷烴和多核芳香族化合物。烴裂化成為更小的產物烴化合物和氫氣。當更小的烴穿過反應器的操作長度時，它們裂化成為甚至更小的烷烴、烯烴和芳香族化合物。
[0082]所述方法的一個實施方案包括使用負載的非均相材料作為直接裂化催化劑。負載的非均相材料具有固體基質，其負載活性催化材料。所述方法的一個實施方案包括使用固體均相材料作為直接裂化催化劑。固體均相材料為:全部材料都能夠用作直接裂化催化劑。直接裂化催化劑并不能浮于流體中，但是能夠通過連續(xù)夾帶而具有臨時浮力。直接裂化催化劑的構造阻止了聚集或機械聯(lián)鎖(mechanical interlocking),其避免了在移動催化劑床反應器中形成固體材料的“凝塊”或“結塊”。
[0083]直接裂化催化劑通常包括新的催化劑和再生催化劑的混合物。再生催化劑為已經進行處理除去焦炭和金屬雜質的已經先前使用的(即，“失效的”)直接裂化催化劑。再生的直接裂化催化劑與新的直接裂化催化劑同樣有效。供給至移動催化劑床反應器和位于移動催化劑床反應器中的催化劑大部分為再生催化劑。催化劑“補充(make up) ”管線將新的催化劑供給至直接催化裂化系統(tǒng)以替換損失和失活的催化劑。
[0084]在將直接裂化催化劑引入至移動催化劑床反應器之前將其預熱，能夠將潛在的熱量直接供給至移動催化劑床反應器內部并支持裂化反應。
[0085]移動催化劑床反應器內的催化劑進料能夠呈現(xiàn)單個或多個流的形式。在直接催化裂化系統(tǒng)中，存在至少一個催化劑進料流將直接裂化催化劑引入至各催化反應區(qū)。使用直接催化裂化系統(tǒng)的方法的一個實施方案包括:只將新的(即，未使用的)直接裂化催化劑引入至移動催化劑床反應器(其具有多于一個的催化反應區(qū))的第一催化反應區(qū)。
[0086]直接催化裂化系統(tǒng)的一個實施方案包括具有單個催化反應區(qū)的移動催化劑床反應器，單個催化反應區(qū)具有多于一個的催化劑進料流，其中各催化劑進料流位于沿著移動催化劑床反應器的操作長度的不同位置。這樣的實施方案能夠提高沿著催化劑的操作長度的那些位置處的直接裂化催化劑的活性。
[0087]烴類產物
[0088]烴類產物以烷烴、烯烴和芳香族化合物的混合物、尤其是“輕質”烯烴(包括乙烯和丙烯)和BTEX芳香族化合物(包括混合二甲苯，尤其是對二甲苯)的形式從移動催化劑床反應器中排出。另外，氫氣也作為烴類產物的一部分排出。直接催化裂化系統(tǒng)的下游分離系統(tǒng)分離出氫氣、烯烴和BTEX芳香族化合物，用于進一步處理成為有用的石油化工原料。將氣化的烴類產物及時冷卻可阻止烯烴的額外熱裂化、聚合或其他副反應并將之保存用于石油化工用途。
[0089]所述方法的一個實施方案包括:運行移動催化劑床反應器使得烴類產物中輕質烯烴與C6-8芳香族化合物的重量比在約2至約20的范圍內。所述方法的一個實施方案包括:運行移動催化劑床反應器使得烴類產物中乙烯與丙烯的重量比在約1:5至約5:1的范圍內。
[0090]失效的直接裂化催化劑
[0091]移動催化劑床反應器傳送失效的直接裂化催化劑。該直接裂化催化劑是直接裂化催化劑的失活形式。固態(tài)和液態(tài)烴以及裂化反應的殘余物(包括焦炭)覆蓋失效的直接裂化催化劑的表面。失效的直接裂化催化劑還可以包含伴隨未蒸餾且未分餾的烴類材料引入的非催化性的金屬。
[0092]直接催化裂化系統(tǒng)利用公知的傳輸裝置(包括螺桿驅動器和氮氣鼓風機)將失效的直接裂化催化劑從移動催化劑床反應器中以固體或凝膠狀的形式傳送到催化劑再生系統(tǒng)。
[0093]移動催化劑床反應器
[0094]直接催化裂化系統(tǒng)包括移動催化劑床反應器。移動催化劑床反應器能夠利用直接裂化催化劑將烴類材料轉化成有用的烯烴和芳香族化合物。移動催化劑床反應器能夠接受移動床反應器進料并傳送烴類產物。被引入的烴類材料從其被引入反應器的位置處運動至烴類產物從反應器中排出的位置。
[0095]移動催化劑床反應器的“操作長度”為與移動通過一個或多個催化反應區(qū)的烴類流體的流動軸一致的方向上的長度。第一催化反應區(qū)的最上游點與第二催化反應區(qū)的最下游點之間的線(其與經過移動催化劑床反應器的烴類材料的總體流動方向一致)產生了反應器的操作長度。重要的是要注意，反應器的操作長度不一定與移動催化劑床反應器的累積催化反應區(qū)操作長度的值相同。單個催化反應區(qū)的操作長度能夠重疊，這是由催化反應區(qū)的構造導致的。
[0096]沿著移動催化劑床反應器的操作長度，烴類材料傳送通過包含直接裂化催化劑的至少一個催化反應區(qū)。移動催化劑床反應器能夠允許烴與直接裂化催化劑在移動催化劑床反應器中沿著移動催化劑床反應器的操作長度的至少一部分互相混合。
[0097]沿著移動催化劑床反應器引入移動床反應器進料、直接裂化催化劑進料和循環(huán)烴類材料的位置有所不同。同樣地，失效的直接裂化催化劑的引出位置、烴類產物的引出位置以及可循環(huán)的烴類材料流的引出位置可有所不同。進料和產物流中的任意或全部都可具有單個或多個移動催化劑床反應器的進入點和除去點。移動催化劑床反應器中的催化反應區(qū)的數(shù)目和位置影響催化劑進料和除去管線的位置，因為每個催化反應區(qū)都具有至少一個催化劑進料管線和至少一個失效的催化劑除去管線。
[0098]催化反應區(qū)
[0099]移動催化劑床反應器包括至少一個催化反應區(qū)。催化反應區(qū)是移動催化劑床反應器的內部部分，其中在直接裂化催化劑的存在下能夠發(fā)生催化烴類裂化反應。直接裂化催化劑(尤其是移動催化劑床)的聚集可促進裂化反應。
[0100]移動催化劑床反應器包括至少一個催化反應區(qū)，其中每個催化反應區(qū)能夠接收直接裂化催化劑，從而以移動催化劑床的形式包含一定量的直接裂化催化劑，并傳送失效的直接裂化催化劑，從而從反應器中排出。催化劑床中直接裂化催化劑的狀態(tài)各異，可為新的或失效狀態(tài)。當移動催化劑床反應器具有多個催化反應區(qū)時，每個催化反應區(qū)將直接裂化催化劑保持在各自的區(qū)內，與相鄰的區(qū)中的直接裂化催化劑分離開。
[0101]催化反應區(qū)、尤其是具有多個催化反應區(qū)的移動催化劑床反應器的催化反應區(qū)，能夠允許流體以最小的結構障礙穿過移動催化劑床反應器。每個催化反應區(qū)中的移動催化劑床提供一些流動障礙，以促進與直接裂化催化劑的直接接觸，有利于烴的裂化反應。
[0102]在具有多個催化反應區(qū)的移動催化劑床反應器中，相鄰的催化反應區(qū)通過至少一個中間固體分離裝置而彼此流體連接。固體分離裝置提供最小的流體流動阻力，但是固體顆粒的屏障，尤其是直接裂化催化劑的屏障。網(wǎng)篩、穿孔板和流體過濾器是可用的固體分離裝置的例子。固體分離裝置的位置允許失效的直接裂化催化劑在催化反應區(qū)中的聚集以及移動催化劑床的形成和保持。
[0103]經沿著與烴流體流過催化反應區(qū)的方向一致的直線進行測量，催化反應區(qū)的操作長度為從催化反應區(qū)的第一操作端至第二操作端的微分長度。這兩個操作端通常處于催化反應區(qū)相對的位置(例如，頂端和低端；上游和下游；近端和遠端)，這反映了催化反應區(qū)中直接裂化催化劑能夠接近烴并且有利于裂化的最遠點。
[0104]例如，垂直取向的移動催化劑床反應器中的催化反應區(qū)可具有沿著圓形容器頂部和向下傾斜的催化劑收集板的烴流體軸的界限。經沿著與烴流體流動方向一致的軸的長度(其中這是在垂直方向上)進行測量，上述催化反應區(qū)的操作長度為最高點(沿著圓形頂部的內表面的最高部分)和最低點(沿著催化劑板表面的最低點，在該催化劑板表面處催化劑仍能與烴流體接觸)之間的距離。
[0105]在具有單個催化反應區(qū)的移動催化劑床反應器中，催化反應區(qū)的操作長度通常小于反應器的結構內部長度。該操作長度趨于小于容器內部長度，這是由內部催化劑收集、管理和分布結構(包括噴嘴、漏斗和催化劑床支撐板)導致的。這些結構限制了固體催化劑的運動。
[0106]移動催化劑床反應器的一個實施方案包括:處于移動催化劑床反應器內的各催化反應區(qū)的操作長度和位置與各內部固定溫度區(qū)的位置相關聯(lián)。
[0107]催化反應區(qū)中的催化劑移動
[0108]直接催化裂化系統(tǒng)將直接裂化催化劑以連續(xù)、半連續(xù)或周期的方式引入至移動催化劑床反應器的催化反應區(qū)。直接裂化催化劑供給至移動催化劑床反應器的速率與失效的直接裂化催化劑的排出速率相一致，使得移動催化劑床的長度保持相對穩(wěn)定。這樣做，存在于反應器中任意位置處的直接裂化催化劑的量都能夠及時地保持基本恒定。
[0109]一旦各直接裂化催化劑顆粒被引入至移動催化劑床反應器，其就會發(fā)生遷移并穿過存在于反應器中的烴(包括預裂化和后裂化的烴)。這時，單獨的直接裂化催化劑顆粒遷移穿過催化反應區(qū)，進入其被引入的位置，從而其與該區(qū)中的移動催化劑床合并并且成為移動催化劑床的一部分。隨著直接催化裂化系統(tǒng)連續(xù)地從移動催化劑床反應器中除去失效的直接裂化催化劑并向其中引入直接裂化催化劑，各個獨立的催化劑顆粒朝向催化反應區(qū)中其被除去以循環(huán)的位置處連續(xù)地遷移從而作為移動床的一部分。
[0110]直接催化裂化系統(tǒng)的一個實施方案包括移動催化劑床反應器，其利用了重力對流過較不致密流體的致密固體對象的作用。在這樣的移動催化劑床反應器中，直接裂化催化劑的引入發(fā)生在催化反應區(qū)中的較高位置處。固體的直接裂化催化劑通常沿向下的方向遷移，同時與向上流動的烴緊密相互混合。當?shù)竭_催化反應區(qū)的較低部分處，直接裂化催化劑停留在固體限制板、容器壁上或者進入移動催化劑床，直到其從反應區(qū)中排出。當直接裂化催化劑仍然處于催化反應區(qū)中時，該直接裂化催化劑持續(xù)與總體向上流動的烴相互混合。利用直接催化裂化系統(tǒng)的方法的一個實施方案包括運行移動催化劑床反應器，使得直接裂化催化劑在移動催化劑床反應器中的平均停留時間在約0.5小時至約5小時的范圍內。
[0111]在移動催化劑床中，直接裂化催化劑從相互配合的直接裂化催化劑的加入點到除去點的運動和遷移導致流動通道、空間和間隙的不斷形成、變化和破壞。這動態(tài)的流體流動環(huán)境在固體直接裂化催化劑與在其周圍流動的烴類之間導致不斷的碰撞。如果有催化活性并且處于適當?shù)倪\行溫度范圍內，直接裂化催化劑就能夠將較大的烴轉化成較小的烴。
[0112]在任意的催化反應區(qū)中，移動催化劑床的長度并不大于催化反應區(qū)的操作長度。經沿著與流過催化反應區(qū)的烴流體的方向一致的直線進行測量，移動催化劑床的長度是移動催化劑床從上游部分到下游部分的微分長度(或者從頂部到底部；從近端到遠端)。
[0113]移動催化劑床反應器的內部溫度分布
[0114]直接催化裂化系統(tǒng)能夠保持移動催化劑床反應器，使得在移動床反應器進料的引入點和烴類產物的排出位置之間存在溫度差。沿著移動催化劑床反應器的操作長度的溫度差促進了沿著反應器的整個操作長度的直接裂化。作為操作長度的函數(shù)逐漸增加的內部溫度分布(通過溫度逐步的線性增加的方式，或者通過穿過不同的固定溫度區(qū))，限制了通過移動催化劑床反應器的所有點在直接裂化催化劑上形成焦炭。
[0115]移動催化劑床反應器內部的溫度有助于促進在直接裂化催化劑的存在下的裂化反應。烴裂化是自然吸熱的，并且從外部來源和移動床反應器進料提供的熱量有助于沿著反應器的全部操作長度上的烴的持續(xù)裂化。
[0116]在給定溫度下，具有較大碳數(shù)的烴趨向于先于具有較小碳數(shù)的烴進行反應。例如，作為被引入的烴類材料的烴組分的正庚烷可能不會在最初被引入至移動催化劑床反應器時發(fā)生裂化。較大分子(例如，C8-30范圍內的烷烴、烷基芳香族化合物和不飽和烴)的存在以及接近于引入點的較低的運行溫度有利于這樣的環(huán)境:其中CS+化合物的一部分或者僅有C8+化合物能夠被催化裂化成為較小的化合物。
[0117]關于措辭“較小”(例如“較小的烯烴”或“較小的芳香族化合物”)及其反義詞“較大”的相對用法，“較小”和“較大”是指原始反應物化合物與一種或多種產物化合物之間、或者反應物和其產物之間的碳-碳鍵的數(shù)目的比較。直接催化裂化反應將反應物烴分子的某些碳-碳鍵斷裂，形成產物烴分子，與反應物化合物相比，每個產物分子具有更少的碳原子，但是在總數(shù)上，反應物和產物之間具有相同的碳原子數(shù)目。例如，正十二烷C12的直接催化裂化能夠生成正丁烷C4和1-辛烯CS作為產物。雖然碳原子的總數(shù)不變，但是正丁烷和1-辛烯與正十二烷相比“更小”了，這是因為每種產物都各自比其反應物源具有更少的碳原子。繼續(xù)以此為例，產物1-辛烯比正丁烷“更大”，因為其比正丁烷具有更多數(shù)目的碳原子。
[0118]隨著烴穿過移動催化劑床反應器的操作長度，反應器的內部溫度增加。增加的內部溫度逐漸使得越來越小的烴裂化，直到(使用之前的例子)條件有利于正庚烷的裂化。
[0119]在移動催化劑床反應器的操作條件下，催化劑促進預先包含在移動床反應器進料中的烴類材料的直接催化裂化，該移動床反應器進料包含脂肪酸和蠟質烷烴、烷基芳香族化合物、環(huán)烷烴和多核芳香族化合物。烴類材料中的烴裂化成更小的烴，包括烷烴、烯烴和芳香族化合物。氫氣也是產物。這些更小的烴也能夠在移動催化劑床反應器的其他地方裂化成甚至更小的烷烴、烯烴和芳香族化合物，最終形成產物烴。
[0120]內部溫度分布
[0121]移動催化劑床反應器能夠沿著移動催化劑床反應器的操作長度保持其內部溫度分布。沿著反應器的操作長度，內部溫度在不同的位置各有不同，在將移動床反應器進料的引入位置與烴類產物的排出點進行比較更是如此。內部反應器沿著反應器的操作長度的不同點的溫度的特征在于內部溫度分布。
[0122]利用直接催化裂化系統(tǒng)的方法的一個實施方案包括:運行移動催化劑床反應器，使得內部溫度分布保持在約200°C至約1000°C的范圍內。所述方法的一個實施方案包括:運行使得內部溫度分布保持在約300°C至約850°C的范圍內。所述方法的一個實施方案包括:運行使得內部溫度分布保持在約350°C至約750°C的范圍內。
[0123]內部溫度梯度
[0124]直接催化裂化系統(tǒng)的一個實施方案包括移動床反應器，其能夠沿著移動催化劑床反應器的操作長度以固定溫度梯度的形式保持內部溫度分布。利用直接催化裂化系統(tǒng)的方法的一個實施方案包括:運行移動催化劑床反應器，使得反應器的操作長度上的內部溫度分布保持為溫度梯度。在該方法中，內部溫度相對于操作長度而逐漸上升，其中最低溫度接近于移動床反應器進料被弓丨入的位置，最高溫度接近于烴類產物排出的位置。
[0125]移動催化劑床反應器能夠保持適于支持移動床反應器進料在引入點處的裂化反應的溫度，該移動床反應器進料包含烴類材料。隨著烴類材料穿過移動催化劑床反應器的操作長度，移動催化劑床反應器的內部溫度與引入位置相比而增加。
[0126]所述方法的一個實施方案包括，沿著移動催化劑床反應器的操作長度溫度梯度是固定和恒定的，其中溫度梯度的最低溫度位于移動床反應器進料的引入位置處，溫度梯度的最高溫度位于烴類產物的排出位置處。
[0127]各種傳熱系統(tǒng)都能夠保持和調節(jié)移動催化劑床反應器的內部溫度梯度。例如，連接至移動催化劑床反應器并包封其外部的外部傳熱流體夾套能夠通過其外殼體將熱量傳遞至移動催化劑床反應器。
[0128]內部固定溫度區(qū)
[0129]直接催化裂化系統(tǒng)的一個實施方案包括移動床反應器，其能夠沿著移動催化劑床反應器的操作長度將內部溫度分布保持為多于一個的固定溫度區(qū)。利用直接催化裂化系統(tǒng)的方法的一個實施方案包括運行移動催化劑床反應器，使得沿著移動催化劑床反應器的操作長度，將反應器操作長度上的內部溫度分布保持為多于一個的固定溫度區(qū)。在該實施方案中，具有第一溫度的第一固定溫度區(qū)接近于移動床反應器進料的引入位置，具有第二溫度的第二固定溫度區(qū)接近于產物烴的排出位置。第二溫度大于第一溫度。所述方法的一個實施方案包括，沿著反應器的操作長度，第二溫度為最高溫度，第一溫度為最低溫度。
[0130]直接催化裂化系統(tǒng)沿著操作長度在移動催化劑床反應器內保持至少一部分內部固定容積，使得該容積內的溫度本質上為有效等溫的，即使在烴和直接裂化催化劑通過該溫度區(qū)的情況下也是如此。直接催化裂化系統(tǒng)的一個實施方案包括具有這樣的移動催化劑床反應器，其能夠在移動催化劑床反應器內保持多于一個的內部固定溫度區(qū)，其中下游溫度區(qū)中保持的溫度大于相鄰的上游溫度區(qū)中保持的溫度，其中上游和下游相對于移動床反應器進料的引入點進行定義。利用直接催化裂化系統(tǒng)的方法的一個實施方案包括，將相鄰溫度區(qū)之間的溫度差保持為約10°c至約100°C。保持固定溫度區(qū)能夠大體調節(jié)某種類型的烴在沿著移動催化劑床反應器的操作長度上的裂化位置。
[0131]直接催化裂化系統(tǒng)的一個實施方案包括這樣的移動催化劑床反應器，其中反應器內的各催化反應區(qū)與固定溫度區(qū)相連。這樣，第一催化反應區(qū)與第一溫度區(qū)配對，第二催化反應區(qū)具有第二溫度區(qū)，等等。當使用內部固定溫度區(qū)來調節(jié)移動催化劑床的內部溫度時，裂化反應操控相對容易，并且更容易控制焦炭形成。在具有匹配的溫度區(qū)和催化劑區(qū)的設想催化移動床反應器中，烴的直接催化裂化持續(xù)進行直至某種平衡，并且當溫度穩(wěn)定時不再進行。當烴流入具有不同的移動催化劑床的不同的更高溫度區(qū)中時，烴的裂化反應開始并且持續(xù)進行直到形成新的平衡。此外，由固體材料形成的催化劑通常保持吸收的熱，從而有助于保持內部固定溫度區(qū)內的溫度。
[0132]直接催化裂化系統(tǒng)的一個實施方案包括這樣的移動催化劑床反應器，其中經沿著移動催化劑床反應器的操作長度測量，各固定溫度區(qū)的長度為約I米至約50米的范圍內。
[0133]催化劑再生系統(tǒng)
[0134]直接催化裂化系統(tǒng)包括催化劑再生系統(tǒng)。催化劑再生系統(tǒng)連接至移動催化劑床反應器，從而直接催化裂化系統(tǒng)能夠將直接裂化催化劑從催化劑再生系統(tǒng)通過催化劑供應管線引入到至少一個催化反應區(qū)。催化劑再生系統(tǒng)連接至移動催化劑床反應器，使得直接催化裂化系統(tǒng)能夠將失效的直接裂化催化劑從至少一個催化反應區(qū)引入至催化劑再生系統(tǒng)。
[0135]催化劑再生系統(tǒng)能夠將失效的直接裂化催化劑轉化成為再生的直接裂化催化劑。即使在較低的溫度下，烴的直接催化裂化也能夠在直接裂化催化劑的表面上最終聚集焦炭。焦炭和其他碳殘余物會污染直接裂化催化劑的表面，堵塞表面的孔，并阻塞催化活性表面。另外，金屬和非金屬能夠降低直接裂化催化劑的選擇性和效率。再生的直接裂化催化劑能夠在移動催化劑床反應器的操作條件下以與新的催化劑相似的運行效力使烴裂化。
[0136]催化劑再生系統(tǒng)能夠利用氧氣源將失效的催化劑轉化成再生的催化劑。在高溫下利用空氣或氧氣對于處理失效的催化劑來說是已知的。在高溫下輸送的氧氣能夠將直接裂化催化劑表面上的焦炭和存在的任何殘余烴氧化。氧化反應產生碳氧化物。直接催化裂化系統(tǒng)從再生系統(tǒng)輸出碳氧化物排出氣。氧化反應還能夠將失效的直接裂化催化劑上的任意催化劑毒物和金屬轉化成為金屬和非金屬的氧化物。這些氧化物保持在再生的直接裂化催化劑中并且不再作為功能抑制劑，或者這些氧化物與排出氣一起除去。
[0137]支撐裝置
[0138]實施方案包括能夠和允許所述設備、工藝、方法和系統(tǒng)進行的許多其他的標準組件或裝置。對于本領域技術人員來說已知的這種標準裝置的例子包括:熱交換器、泵、鼓風機、再沸器、蒸汽發(fā)生器、冷凝物處理器、膜、單級和多級壓縮機、分離和分餾裝置、閥門、開關、控制器、以及壓力、溫度、液位和流量傳感裝置。
[0139]通過人為作用、預編程電腦控制和響應系統(tǒng)或其組合能夠對工藝或方法的部分或全部步驟進行操作、控制和實施。
【權利要求】
1.一種利用直接催化裂化系統(tǒng)將未蒸餾且未分餾的烴類材料轉化成烴類產物的方法，所述方法包括以下步驟:將移動床反應器進料引入至所述直接催化裂化系統(tǒng)的移動催化劑床反應器，使得所述移動床反應器進料與包含在位于所述移動催化劑床反應器內的催化反應區(qū)中的直接裂化催化劑相互混合，其中所述移動床反應器進料包含蒸汽和未蒸餾且未分餾的烴類材料；將所述直接裂化催化劑引入至所述移動催化劑床反應器的所述催化反應區(qū)；以及運行所述直接催化裂化系統(tǒng)，使得沿著所述移動催化劑床反應器的操作長度保持內部溫度分布，使得包含所述直接裂化催化劑的移動催化劑床保持在所述催化反應區(qū)中，使得在所述催化反應區(qū)中在所述直接裂化催化劑的存在下將所述烴類材料轉化成產物烴并且將所述直接裂化催化劑轉化成為失效的直接裂化催化劑，使得所述失效的直接裂化催化劑由所述催化反應區(qū)傳送到催化劑再生系統(tǒng)，以及使得由所述移動催化劑床反應器產生烴類產物，所述烴類產物包含輕質烯烴和(:6-8芳香族化合物；其中所述直接催化裂化系統(tǒng)包括所述移動催化劑床反應器和所述催化劑再生系統(tǒng)，并且其中所述移動催化劑床反應器具有所述催化劑反應區(qū)，并且能夠沿著該移動催化劑床反應器的操作長度保持所述移動催化劑床反應器的內部溫度分布。
2.權利要求1所述的方法，其中蒸汽與所述烴類材料的重量比在0.1至2的范圍內。
3.權利要求1或2所述的方法，其中所述移動床反應器進料還包含氧氣。
4.權利要求1至3中任一項所述的方法，其中所述移動床反應器進料還包含氫氣。
5.權利要求1至4中任一項所述的方法，其中所述移動床反應器進料還包含可循環(huán)的烴類材料，其中可循環(huán)的烴類材料與烴類材料的重量比在0.1至0.75的范圍內。
6.權利要求5所述的方法，其中所述可循環(huán)的烴類材料包含產物烴，并且其中產物烴與烴類材料的重量比在0.2至0.75的范圍內。
7.權利要求1至6中任一項所述的方法，其中所述烴類產物中輕質烯烴與(:6-8芳香族化合物的重量比在2至20的范圍內。
8.權利要求1至7中任一項所述的方法，其中所述輕質烯烴包括乙烯和丙烯，并且其中所述烴類產物中乙烯與丙烯的重量比在1:5至5:1的范圍內。
9.權利要求1至8中任一項所述的方法，其中所述內部溫度分布在所述移動床反應器進料的引入位置和所述烴類產物的排出位置之間保持為溫度梯度，其中所述溫度梯度中的最低溫度接近所述弓I入位置，最高溫度接近所述排出位置。
10.權利要求9所述的方法，其中沿著所述移動催化劑床反應器的操作長度所述溫度梯度是固定不變的，其中所述溫度梯度的最低溫度位于所述移動床反應器進料的引入位置，所述溫度梯度的最高溫度位于所述烴類產物的排出位置。
11.權利要求1至8中任一項所述的方法，其中所述內部溫度分布在所述移動床反應器進料的引入位置和所述烴類產物的排出位置之間保持為多于一個的固定溫度區(qū)，其中具有第一溫度的第一固定溫度區(qū)位接近所述引入位置處，具有第二溫度的第二固定溫度區(qū)接近所述排出位置處，并且其中所述第二溫度大于所述第一溫度。
12.權利要求11所述的方法，其中沿著所述反應器的操作長度，所述第二溫度為最高溫度，所述第一溫度為最低溫度。
13.一種直接催化裂化系統(tǒng)，其能夠利用直接裂化催化劑將未蒸餾且未分餾的烴類材料轉化成包含輕質烯烴和06-8芳香族化合物的混合物的烴類產物，所述直接催化裂化系統(tǒng)包括: 移動催化劑床反應器，該移動催化劑床反應器能夠接收包含所述未蒸餾且未分餾的烴類材料的移動床反應器進料并且能夠傳送包含輕質烯烴和06-8芳香族化合物的混合物的烴類產物，所述移動催化劑床反應器具有催化反應區(qū)，其中所述催化反應區(qū)能夠接收所述直接裂化催化劑，能夠以移動催化劑床的形式包含一定量的直接裂化催化劑并且能夠傳送失效的直接裂化催化劑，使得該失效的直接裂化催化劑從所述移動催化劑床反應器排出，所述移動催化劑床反應器能夠沿著所述移動催化劑床反應器的操作長度的至少一部分允許烴類與所述移動催化劑床中的所述直接裂化催化劑互相混合，并且所述移動催化劑床反應器能夠沿著該移動催化劑床反應器的操作長度保持所述移動催化劑床反應器的內部溫度分布；以及 催化劑再生系統(tǒng)，所述催化劑再生系統(tǒng)連接至所述移動催化劑床反應器，使得所述直接催化裂化系統(tǒng)能夠從所述催化劑再生系統(tǒng)將所述直接裂化催化劑引入至所述催化劑反應區(qū)，并且能夠將所述失效的直接裂化催化劑從所述催化反應區(qū)引入至所述催化劑再生系統(tǒng)，并且所述催化劑再生系統(tǒng)能夠利用氧氣源將所引入的失效的直接裂化催化劑轉化成為所述直接裂化催化劑。
14.權利要求13所述的直接催化裂化系統(tǒng)，其中所述內部溫度分布為沿著所述移動催化劑床反應器的操作長度的溫度梯度。
15.權利要求14所述的直接催化裂化系統(tǒng)，其中所述溫度梯度為固定溫度梯度。
16.權利要求13所述的直接催化裂化系統(tǒng)，其中沿著所述移動催化劑床反應器的操作長度，所述內部溫度分布具有多于一個的固定溫度區(qū)。
17.權利要求13至15中任一項所述的直接催化裂化系統(tǒng)，其中所述移動催化劑床反應器內的各催化反應區(qū)均與固定溫度區(qū)相連。
18.權利要求13至16中任一項所述的直接催化裂化系統(tǒng)，其中所述移動催化劑床反應器還能夠將烴類從所述移動催化劑床反應器的第一部分傳送到所述移動催化劑床反應器的第二部分，其中與所述第一部分相比，所述第二部分更接近于所述移動床反應器進料被引入的位置。
19.權利要求18所述的直接催化裂化系統(tǒng)，其中所述第一部分具有第一溫度，所述第二部分具有第二溫度，并且其中將所述第一溫度保持在比所述第二溫度更高的溫度。
20.權利要求13至19中任一項所述的直接催化裂化系統(tǒng)，其中所述系統(tǒng)能夠將所述烴類產物的一部分作為所述移動床反應器進料的一部分引入至所述移動床反應器。
【文檔編號】C10G3/00GK104364352SQ201380031556
【公開日】2015年2月18日 申請日期:2013年6月14日 優(yōu)先權日:2012年6月14日
【發(fā)明者】W·徐, 易卜拉欣·阿巴 申請人:沙特阿拉伯石油公司