專利名稱：用于流化催化裂化工藝的含耗散板的分離汽提塔的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及流化催化裂化(FCC)的方法和裝置。更具體地說，本發(fā)明涉及從FCC反應(yīng)區(qū)的氣體產(chǎn)物中分離催化劑的方法。
烴的流化催化裂化一直是用重質(zhì)烴，如減壓瓦斯油，生產(chǎn)汽油和輕質(zhì)烴產(chǎn)品的主要方法。通過將重質(zhì)烴原料中的大烴分子裂化，使長鏈烴破裂，得到輕質(zhì)烴。這些輕質(zhì)烴作為產(chǎn)品回收，并可直接使用或進一步加工，以提高相對于重質(zhì)烴原料的辛烷產(chǎn)率。
自本世紀四十年代早期，就有了烴流化催化裂化的基本設(shè)備和裝置。FCC方法的基本設(shè)備包括一個反應(yīng)器，一個再生器和一個催化劑汽提塔。反應(yīng)器中有接觸區(qū)，在其中烴原料與催化劑顆粒相接觸;和分離區(qū)，在其中裂化反應(yīng)得到的氣體產(chǎn)物與催化劑相分離。在催化劑汽提塔中進一步分離產(chǎn)物。在汽提塔中，通過與水蒸汽或其它汽提介質(zhì)逆流接觸，收集來自分離區(qū)的催化劑并從中除去夾帶的烴。通過使原料(減壓瓦斯油、拔頂油或其它沸點較高的烴)與細微的或顆粒狀固體材料組成的催化劑相接觸來實施FCC方法。通過以產(chǎn)生足夠所需的流體傳輸?shù)乃俾释ㄈ霘怏w或蒸汽，使催化劑像流體那樣傳輸。油與流化的物料間的接觸對裂化反應(yīng)起催化作用。在裂化反應(yīng)過程中，焦炭沉積在催化劑上。
焦炭含有氫和碳，還可含有痕量的其它成份，如由原料帶入的硫和金屬。焦炭會阻塞催化劑表面的活性點(正是在這些活性點上發(fā)生裂化反應(yīng))，從而影響催化劑的催化活性。將催化劑從汽提塔轉(zhuǎn)移到再生器，以通過用含氧氣體氧化來除去焦炭。收集與汽提塔中的催化劑相比焦炭含量較少的備用催化劑(此后稱為再生催化劑)，以再返回反應(yīng)區(qū)中使用。催化劑表面上焦炭的氧化釋放出大量的熱量。一部分熱量與焦炭氧化的氣態(tài)產(chǎn)物(一般稱之為煙道氣)一起從再生器中排出，其余熱量與再生催化劑一起從再生器中排出。流化催化劑連續(xù)地自反應(yīng)區(qū)循環(huán)到再生區(qū)，然后再到反應(yīng)區(qū)。除具有催化作用外，流化催化劑還作為將熱量從一個區(qū)轉(zhuǎn)移到另一個區(qū)的載體。離開反應(yīng)區(qū)的催化劑可稱之為用過的催化劑，即被沉積的焦炭部分減活的催化劑。各種接觸區(qū)、再生區(qū)和汽提區(qū)以及在各區(qū)間傳輸催化劑的安排的具體細節(jié)對本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，都是已知的。
通過調(diào)節(jié)催化劑的溫度、催化劑的活性、催化劑的量(即催化劑與油的比)以及催化劑與原料的接觸時間來控制反應(yīng)區(qū)內(nèi)原料的轉(zhuǎn)化率。調(diào)節(jié)反應(yīng)溫度的最常用方法是調(diào)節(jié)催化劑從再生區(qū)向反應(yīng)區(qū)的循環(huán)速率，這同時使催化劑與油的比隨反應(yīng)溫度的變化而改變。也就是說，如希望提高轉(zhuǎn)化率，應(yīng)提高流化催化劑從再生器向反應(yīng)器的循環(huán)速率。由于再生區(qū)內(nèi)的催化劑溫度一般為一固定值，且比反應(yīng)區(qū)溫度高的多，增大從高溫再生區(qū)向反應(yīng)區(qū)的催化劑循環(huán)量會提高反應(yīng)區(qū)的溫度。
FCC反應(yīng)的烴產(chǎn)物以氣體形式回收，并轉(zhuǎn)移到產(chǎn)品回收設(shè)施中。產(chǎn)品回收設(shè)施一般包括一個主塔，該塔用于冷卻來自反應(yīng)器的氣態(tài)烴，回收通常包括塔底物料、循環(huán)油和重質(zhì)汽油的一系列重質(zhì)裂化產(chǎn)物。來自主塔的輕質(zhì)物料送入濃縮段以進一步分離為其它產(chǎn)物流。
FCC方法中所用的催化劑顆粒的表面積較大，這歸因于顆粒中有大量的孔。結(jié)果，催化劑孔內(nèi)和外表面上留存有烴。盡管每個催化劑孔內(nèi)留存的烴的量很小，但由于現(xiàn)代FCC方法中常使用大量的催化劑和高的催化劑循環(huán)速率，顯著量的烴被催化劑帶出反應(yīng)區(qū)。
因此，通常的做法是，在將用過催化劑送入再生區(qū)之前，從中除去或汽提出烴。從工藝和經(jīng)濟的角度來看，從用過催化劑中除去留存的烴是很重要的。首先，進入再生器的烴會增大該再生器的燒炭負荷，并導(dǎo)致再生器溫度過高。從催化劑中汽提烴還可將烴作為產(chǎn)品回收。在處理重質(zhì)(分子量較大)原料時，避免不需要的烴燃燒尤為重要，因為處理這些原料時，反應(yīng)過程中沉積在催化劑上的焦炭會增多(與處理較輕質(zhì)原料時的積炭率相比)，并增大再生區(qū)的燃燒負荷。燃燒負荷越大，溫度也越高。當(dāng)溫度高到一定程度時，會損害催化劑，或超過再生裝置的冶金學(xué)設(shè)計極限。
最常用的汽提催化劑的方法是使汽提氣體，通常為水蒸汽，逆流通過流動的催化劑流。這種水蒸汽汽提操作以不同的效率除去催化劑夾帶的氣態(tài)烴以及吸附在催化劑上的烴。
通過在垂直方向上間隔一定距離設(shè)置一些擋板，使催化劑在汽提塔內(nèi)從上一塊擋板流向下一塊擋板的向下流動時形成梯流并與汽提介質(zhì)逆流接觸，就能提高催化劑的汽提效率。催化劑的水平運動增加了催化劑與汽提介質(zhì)間的接觸，從而從催化劑中除去更多的烴。在這種安排下，位于不同高度的一系列擋板使催化劑曲折流動。通過這種安排，增大了催化劑與氣體間的接觸，汽提塔內(nèi)不會有截面積較大的自由的垂直通道。典型的汽提塔包括汽提塔殼，一系列截面為平截頭圓錐形的擋板，這些擋板又使催化劑轉(zhuǎn)向，向外流向外擋板。汽提介質(zhì)從一系列擋板的下?lián)醢宓牡锥诉M入，又從一個擋板的底端向上一個擋板的底端持續(xù)上行。
隨著FCC工藝技術(shù)的發(fā)展，反應(yīng)區(qū)內(nèi)的溫度逐步提高?，F(xiàn)在一般采用的溫度約為975°F(525℃)。在高溫下，一般會損失一些汽油組分，因為在催化作用和嚴格的熱機理作用下，汽油組分會裂化為更輕質(zhì)的烴。在525℃，一般會有1%的潛在汽油組分熱裂化為更輕質(zhì)的氣態(tài)烴。隨著溫度的提高，如1025°F(550℃)，熱裂化會使大多數(shù)原料損失6%或更多的汽油組分。但是，汽油的損失會由產(chǎn)生更多的所需輕質(zhì)烯烴而得以抵銷。
通過采用升氣管裂化而改進FCC工藝，會減少熱裂化產(chǎn)生的產(chǎn)品損失。在升氣管裂化中，再生的催化劑與原料一起進入管式反應(yīng)器。由于與熱催化劑接觸時烴和其它存在的流化介質(zhì)的汽化而使氣體膨脹，將上述再生催化劑與原料一起向上輸送。升氣管裂化改善了新鮮催化劑與油的接觸，并通過消除會改變催化劑停留時間的湍流和返混而使催化劑與油的接觸時間更易控制。現(xiàn)在，在普通升氣管裂化區(qū)，催化劑與油的接觸時間為1-5秒。在一些升氣管反應(yīng)區(qū)，采用上提氣以使催化劑流分布均勻。在升氣管的第一區(qū)，原料進入之前，用上提氣加速催化劑，從而減少會改變催化劑與烴的接觸時間的湍流。
在大多數(shù)反應(yīng)器中，催化劑和轉(zhuǎn)化產(chǎn)物再送入一個大室以初步分離催化劑和烴。分離器的開放大空間使氣態(tài)烴產(chǎn)生湍流和返混，從而與催化劑繼續(xù)接觸不同的時間，并使氣態(tài)烴在一定的時間內(nèi)繼續(xù)保持高溫。因此，在分離器中會產(chǎn)生熱裂化的問題。使用旋風(fēng)分離器，通過向心力將從反應(yīng)區(qū)排出的輕質(zhì)烴與催化劑顆粒分離，從而最終使氣態(tài)烴與催化劑相分離。
為使分離器內(nèi)的熱裂化降至最低的程度，先有技術(shù)中提出了一些使升氣管反應(yīng)器出口和旋風(fēng)分離器進口直接連接的裝置。在反應(yīng)區(qū)內(nèi)，用沖擊和/或離心分離方法使大量的在反應(yīng)區(qū)內(nèi)與催化劑相接觸的氣態(tài)烴與催化劑固體顆粒相分離。將第一旋風(fēng)分離器的進口和第一旋風(fēng)分離器的出口與第二旋風(fēng)分離器的進口直接相連(稱之為“直接連接旋風(fēng)分離器系統(tǒng)”)可在很大程度上減少烴的熱裂化。遺憾的是，在大多數(shù)情況下，將旋風(fēng)分離器直接相連會使FCC工藝更復(fù)雜。如果旋風(fēng)分離器與升氣管直接相連，F(xiàn)CC工藝操作中常會出現(xiàn)的壓力起伏會使旋風(fēng)分離器發(fā)生故障，并將導(dǎo)致催化劑被送入主塔和回收產(chǎn)物的分離設(shè)備中。先有技術(shù)中有一些不同的升氣管和旋風(fēng)分離器的安排方式，以提高與升氣管直接相連的旋風(fēng)分離器的操作可靠性。
克服壓力起伏和催化劑轉(zhuǎn)移問題的一種方法是在升氣管出口連一個大容量分離設(shè)備。US-A-4，689，206的附圖8繪出了這種分離設(shè)備。這種分離設(shè)備使氣體產(chǎn)物混合物進入體積較小的普通旋風(fēng)分離器之前與催化劑相分離。由于體積較大，這種分離設(shè)備不易過載，而且一般的壓力起伏不會影響其操作。但是，這種大體積分離設(shè)備的分離效率較低，使下游旋風(fēng)分離器的催化劑顆粒負荷增大，或需要兩級旋風(fēng)分離器，或需要較長的長度提高分離效率。低的分離效率是由于從該分離設(shè)備流出的氣體再夾帶催化劑顆粒造成的。因此，本發(fā)明提供一種克服這種與旋風(fēng)分離器直接相連引起的問題的解決方案。
本發(fā)明的一個目的是提供一種用于FCC工藝中的反應(yīng)器內(nèi)的催化劑分離系統(tǒng)，該分離系統(tǒng)能迅速分離催化劑和氣體產(chǎn)物，操作簡便，可靠性強。
本發(fā)明的第二個目的是提供一種用于分離FCC工藝中的反應(yīng)器產(chǎn)物和催化劑的分離系統(tǒng)，該分離系統(tǒng)不易受由于壓力波動所引起的過載的影響且比較緊湊。
本發(fā)明的第三個目的是提供一種旋風(fēng)型分離器，該分離器接收所有來自FCC反應(yīng)器升氣管的物料，分離效率高，不易受由于壓力波動所引起的過載的影響。
本發(fā)明的第四個目的是提供一種FCC方法，該方法能迅速分離氣體產(chǎn)物和催化劑，使過度裂化減至最小，而且不易受壓力波動或反應(yīng)器系統(tǒng)操作條件的變化所引起的過載的影響。
通過提供一種分離系統(tǒng)使本發(fā)明的上述目的得以實現(xiàn)。該分離系統(tǒng)直接與FCC工藝中的升氣管的出口相連，在分離器中進行基本旋風(fēng)操作，并在分離器下方安置分散板或耗散板以改善催化劑的分離效果并防止催化劑的再夾帶，從而該分離系統(tǒng)能提供高效分離。上述分散板或耗散板位于緊靠外渦流的下方，而大多數(shù)旋風(fēng)操作會形成外渦流。一般來說，渦流會有切向速度，如不將其分散，就會形成湍流，而湍流又會再夾帶已分離下來的催化劑顆粒。與分散板相接觸，就能分散切向速度，并減少緊靠在渦流下方的湍動。當(dāng)將分散板插入渦流中以降低顆粒速度并防止再夾帶時，分散板還可用來捕獲催化劑顆粒。
因此，在本發(fā)明的一個實施方案中，本發(fā)明提供一套流化催化劑裂化裝置，包括一個反應(yīng)器和一個管式升氣管。該管式升氣管有接收原料和催化劑的進口端和出口端。在反應(yīng)器中有一個加長的分離器，該分離器有上端和下端。該分離器的上端有一個與升氣管的出口直接相連的切向進口，在頂部有一個中心氣體出口，在其下端有一個開口端，該開口端的最外部沒有封閉，以不妨礙流體和顆粒的流動。在分離器的正下端，有一個汽提塔。該汽提塔有一個直接與分離器的開口端相連的進口，還有一個從該汽提塔中排出催化劑的出口。在汽提塔上有加入汽提氣體的裝置。在汽提塔中有一個隔離區(qū)，該隔離區(qū)包括至少兩個垂直的分散板或耗散板，且位于分離器的開口端的下方。
在本發(fā)明的一個較窄的實施方案中，本發(fā)明提供一套流化催化裂化裝置，包括一個反應(yīng)器和一個管式升氣管。該管式升氣管有接收原料和催化劑的進口端和出口端。在反應(yīng)器中有一個加長的分離器，該分離器有上端和下端。該分離器的上端有一個與升氣管的出口直接相連的切向進口，在頂部有一個中心氣體出口。其下端有垂直延伸的側(cè)壁，開口端，以及在垂直延伸的側(cè)壁的底部沿圓周方向的一些開口。在緊靠分離器的下方有一個汽提塔，該汽提塔的上端位于反應(yīng)器內(nèi)，且分離器的下端插入該汽提塔的上端。在該汽提塔內(nèi)，至少有兩個耗散板。該耗散板從汽提塔壁向內(nèi)延伸，每個耗散板與汽提塔的中心線處于同一平面。且每個耗散板在水平和垂直方向延伸并在緊靠分離器的敞口底部下方框出一個自由區(qū)。耗散板有一個中心區(qū)，該中心區(qū)的頂部位于分離器下端的下方。該汽提塔的下端有一個催化劑出口，在耗散板中心區(qū)的頂部和催化劑出口之間，至少有一個內(nèi)汽提擋板和至少一個外汽提擋板。該汽提塔還帶有將汽提流體引入汽提塔的裝置。一個渦流穩(wěn)定器延伸入分離器的下端。在一優(yōu)選的實施方案中，所述渦流穩(wěn)定器直徑小于分離器敞口底部的直徑的20%且所述敞口底部除了所述渦流穩(wěn)定器外不封閉。還有將氣體從反應(yīng)器的開放空間排出的裝置。
在本發(fā)明的一個更窄的實施方案中，本發(fā)明提供一套流化催化裂化裝置，包括一個反應(yīng)器和一個管式升氣管。該管式升氣管有接收原料和催化劑的進口端和出口端。在反應(yīng)器中有一個加長的分離器，該分離器有上端和下端。該分離器的上端有一個與升氣管的出口直接相連的切向進口，在頂部有一個中心氣體出口。其下端有垂直延伸的側(cè)壁，開口端，以及在垂直延伸的側(cè)壁的底部沿圓周方向的一些開口。具有上端區(qū)和下端區(qū)的汽提塔的至少一部分位于反應(yīng)器內(nèi)。汽提塔的上端區(qū)固定在分離器的下端，汽提塔的下端區(qū)固定在反應(yīng)器的下端。在汽提器的上端區(qū)和下端區(qū)間的滑動接頭將兩個端區(qū)連結(jié)在一起。汽提塔上還有使汽提塔內(nèi)部與反應(yīng)器內(nèi)部相連的裝置。汽提塔的上端區(qū)的直徑大于分離器下端的直徑。汽提塔的上端區(qū)至少有兩個耗散板，，該耗散板從汽提塔壁向內(nèi)延伸，每個耗散板與汽提塔的中心線處于同一平面。耗散板有一個中心區(qū)，該中心區(qū)位于分離器下端的下方。耗散板還有一個外部區(qū)，該外部區(qū)自中心區(qū)頂部向上延伸至高于分離器的開口端。在耗散板底部，至少有一個汽提擋板。汽提塔的下端區(qū)有一個位于反應(yīng)器內(nèi)的上端，和一個位于反應(yīng)器之外的下端。汽提塔下端區(qū)的下端有一個催化劑出口，和一個向汽提塔引入汽提氣體的分配器。汽提塔下端區(qū)的上端有至少一個位于其中的汽提擋板。一個渦流穩(wěn)定器延伸入分離器的下端。在反應(yīng)器的底部有引入流化氣體的裝置。一個旋風(fēng)分離器接收來自分離器的氣體出口的氣體產(chǎn)物和催化劑。該旋風(fēng)分離器有一個將催化劑送回反應(yīng)器的下懸管。第一導(dǎo)管將氣體產(chǎn)物從氣體出口直接送入旋風(fēng)分離器。第二導(dǎo)管將氣體產(chǎn)物從旋風(fēng)分離器送入產(chǎn)物回收設(shè)備。該流化催化裝置還包括將流化氣體排出反應(yīng)器的裝置。
根據(jù)本發(fā)明的另一個實施方案，本發(fā)明提供了一種利用上述任何實施方案所描述的FCC裝置將FCC原料流化催化裂化的方法。該方法包括下述步驟將FCC催化劑和FCC原料送入升氣管反應(yīng)區(qū)，并使FCC原料在升氣管反應(yīng)區(qū)與FCC催化劑相接觸，以將原料轉(zhuǎn)化為產(chǎn)品蒸汽(氣);將氣體產(chǎn)物混合物和用過的FCC催化劑從升氣管直接送入分離器的進口，并將上述混合物從上述進口沿切向引入分離器，以在分離器內(nèi)形成產(chǎn)品蒸汽(氣)的內(nèi)渦流和外渦流;用分離器內(nèi)的渦流穩(wěn)定器穩(wěn)定內(nèi)渦流;將催化劑顆粒從分離器底部直接送入位于分離器下方的汽提器的頂部。該方法包括將汽提氣體送入汽提塔中并與催化劑顆粒相接觸，以從催化劑顆粒上解吸烴;使解吸的氣態(tài)烴與汽提氣體一起在汽提器內(nèi)向上流動，通過一些垂直放置的分離板，通過位于分離板的中心區(qū)之上、分離器之下的汽提器的開放空間，離開汽提器的頂部，進入分離器的底部;在耗散板中心區(qū)之下的汽提塔內(nèi)保持較緊密的催化劑床層;經(jīng)過中心出口從分離器頂部抽出產(chǎn)品蒸汽(氣)和氣態(tài)物流;將產(chǎn)品蒸汽(氣)和氣態(tài)物流從中心出口送入分離器以回收額外的催化劑顆粒;從分離器中回收產(chǎn)物流;將催化劑顆粒從反應(yīng)器送入汽提塔下部;從汽提塔下端除去用過的催化劑并將其送至再生區(qū);通過氧化除焦，在再生區(qū)再生FCC催化劑;將從再生區(qū)出來的FCC催化劑送入升氣管反應(yīng)區(qū)。
附

圖1為含有本發(fā)明分離系統(tǒng)的反應(yīng)器升氣管、反應(yīng)器和再生器的截面剖視圖;
附圖2為附圖1所示反應(yīng)器中分離部分的細節(jié)放大圖;
附圖3為附圖2的放大的分離區(qū)于3/3處的剖面圖;
附圖4為附圖1所示第二汽提部分的詳細截面;
附圖5為附圖1所示反應(yīng)器的上部的放大視圖。
FCC工藝的原料通常為瓦斯油，如輕質(zhì)瓦斯油或減壓瓦斯油，其它的源于石油的FCC工藝原料可包括具有柴油沸程的烴類混合物或更重質(zhì)的烴，如拔頂油。原料流最好由沸點高于約230℃的烴類混合物組成，特別是高于約290℃。上述沸點由相應(yīng)的ASTM測定方法測定，通常將加工重質(zhì)原料，如常壓拔頂油的FCC工藝稱做渣油裂化工藝，或殘渣裂化工藝。本發(fā)明的方法和設(shè)備可用于FCC工藝或渣油裂化操作。為方便起見，本說明書的其它部分只提FCC工藝。
FCC工藝的原料的化學(xué)組成和結(jié)構(gòu)將影響沉積在反應(yīng)區(qū)中催化劑上的焦炭的量。通常原料的分子量越高、康拉遜殘?zhí)吭蕉唷⒏椴蝗芪镌蕉嗪吞?氫比越高，則在用過的催化劑上沉積的焦炭越多。另外，化合物氮越多(如在頁巖衍生油中發(fā)現(xiàn)的)，則在用過的催化劑上沉積的焦炭也越多。煉制重質(zhì)原產(chǎn)如脫瀝青油分餾操作的常壓塔底餾分(通常稱為拔頂油)將導(dǎo)致上述因素中的某些或全部增加，因而導(dǎo)致在用過的催化劑上的焦炭含量增加。用于此處的術(shù)語“用過的催化劑”是指在反應(yīng)區(qū)用過的催化劑，它將被輸送到再生區(qū)以除去沉積的焦炭。該術(shù)語決不意味著催化劑顆粒全部失去催化活性反應(yīng)區(qū)(由于廣泛使用垂直管，所以通常稱之為“升氣管”)維持在高溫條件下，通常包括高于427℃。優(yōu)選反應(yīng)區(qū)維持在裂化條件下，該條件包括溫度從480℃至590℃和壓力從65到601KPa，但優(yōu)選小于376KPa。基于進入升氣管底部的催化劑和烴的重量，催化劑/油比例可以高達20∶1，但優(yōu)選在4∶1到10∶1之間。通常氫氣不加到升氣管中，盡管加氫氣是本領(lǐng)域已知的。有時，水蒸汽可通到升氣管中。催化劑在升氣管中的平均停留時間最好小于5秒。用于該工藝中的催化劑類型可從各種可商購的催化劑中選擇。含有沸石基料的催化劑是優(yōu)選的，但如果需要，老式的無定形催化劑也能使用。FCC反應(yīng)區(qū)操作的進一步信息可由U.S-A-4，541，922和U.S-A-4，541，923中獲得。
FCC工藝單元包括反應(yīng)區(qū)和催化劑再生區(qū)。本發(fā)明適用于反應(yīng)器和再生區(qū)的任何組合。不論如何組合，均應(yīng)通過原料與流化催化劑顆粒在高溫和中等正壓下于升氣管中接觸，將其轉(zhuǎn)化。在本發(fā)明中，催化劑與原料的接觸和原料的轉(zhuǎn)化發(fā)生在升氣管中。該升氣管包括一個基本垂直的管且該管的流出物流到分離器中。一個或多個附加的固汽分離設(shè)備(幾乎總是旋風(fēng)分離器)通常位于大的分離器內(nèi)的頂部。分離器和旋風(fēng)分離器將反應(yīng)產(chǎn)品與被氣流攜帶的催化劑相分離。一個或多個管從旋風(fēng)分離器和分離區(qū)排出氣體。經(jīng)初步分離后，用過的催化劑被送到位于分離器正下方的汽提區(qū)。對于本發(fā)明來說，汽提塔應(yīng)位于分離區(qū)之下，汽提塔上部應(yīng)裝有用于在分離器出口處分散湍動的設(shè)備。催化劑經(jīng)過汽提區(qū)后，它可被送到反應(yīng)器或經(jīng)過一個或多個附加汽提步驟。
催化劑經(jīng)汽提后，它可進到再生區(qū)，在FCC工藝中催化劑連續(xù)進行從反應(yīng)區(qū)到再生區(qū)再到反應(yīng)區(qū)的循環(huán)。因此催化劑可起逐區(qū)傳熱的載體作用并提供所須的催化活性。從再生區(qū)抽出的催化劑稱為“再生的催化劑”。加到再生區(qū)的催化劑與含氧氣體如空氣或富氧空氣在促進焦炭燃燒的條件下接觸。這將導(dǎo)致催化劑溫度的上升并產(chǎn)生從再生區(qū)排出并稱之為煙道氣流的大量熱氣體。再生區(qū)通常在600℃到800℃之間操作。FCC反應(yīng)區(qū)和再生區(qū)操作的進一步信息可從U.S-A-4，431，749;U.S-A-4，419，221和U.S-A4，220，623得到。
催化劑再生區(qū)最好在136到601KPa壓力下操作。被加到再生區(qū)的用過的催化劑可含0.2%到5%(重量)的焦炭。該焦炭主要由碳組成且可含3%到15%(重量)的氫，以及硫和其它元素。焦炭的氧化將產(chǎn)生普通燃燒產(chǎn)品二氧化碳、一氧化碳和水。借助一步或多步再生操作，再生區(qū)可采取幾種組合。再生區(qū)操作的進一步變化可通過在稀相或濃相中再生流化催化劑來實現(xiàn)。術(shù)語“稀相”是指密度小于320kg/m3的催化劑/氣體混合物。類似地術(shù)語“濃相”是指密度等于或大于320kg/m3的催化劑/氣體混合物。有代表性的稀相操作條件常包括密度在15到150kg/m3的催化劑/氣體混合物。
圖1示出了被改進以并入本發(fā)明的分離系統(tǒng)的傳統(tǒng)的FCC反應(yīng)器/再生器的布置。在其基本操作中，原料經(jīng)噴嘴進到升氣管10的下端，在此它與來自再生催化劑管線14的新鮮再生催化劑接觸。閥16控制加到升氣管10的催化劑速率。水蒸汽也可經(jīng)噴嘴12隨原料加入以達到所希望的原料速度并有助于原料向催化劑顆粒流中分散。原料烴在升氣管中與催化劑接觸而裂化，用過的催化劑和產(chǎn)品蒸汽(氣)從升氣管10上部經(jīng)水平管段18排出。從管段18排出的催化劑和產(chǎn)品蒸汽(氣)混合物直接進到分離器20中。反應(yīng)器19中包括汽提氣，用過的催化劑和產(chǎn)品蒸汽(氣)。在分離器20中與汽提氣和產(chǎn)品蒸汽(氣)分離后的催化劑向下進入汽提塔22中。經(jīng)噴嘴24進入汽提塔22的水蒸汽與催化劑顆粒逆流接觸以從催化劑中汽提出多余的烴。催化劑經(jīng)噴嘴26從汽提塔22排出并進入到第二催化劑汽提塔28。經(jīng)噴嘴30進入汽提塔28的水蒸汽再一次與催化劑顆粒逆流接觸以除去其中多余的烴。汽提氣和分離后的烴上升經(jīng)過汽提塔28和22并以下面將詳細描述的方式經(jīng)分離器20和中心氣體出口32抽出。集管34將汽提流體和產(chǎn)品蒸汽(氣)導(dǎo)入旋風(fēng)分離器36，在此進一步將催化劑顆粒與汽提流體和產(chǎn)品蒸汽(氣)分離。集管38從旋風(fēng)分離器36中收集汽提流體和產(chǎn)品蒸汽(氣)并經(jīng)管40從反應(yīng)器中排出。來自集管38的產(chǎn)品蒸汽(氣)和汽提流體進到通常用于回收FCC產(chǎn)品的分離設(shè)備中。
所有來自反應(yīng)器段的用過的催化劑被直接送到再生器中。由旋風(fēng)分離器36收集的用過的催化劑經(jīng)下懸管42下落并在反應(yīng)器19的壁和汽提塔22的外壁間集積成致密床層44。許多孔口46(下面將詳細描述)將催化劑從床層44輸送到汽提塔22內(nèi)部。汽提烴后，用過的催化劑經(jīng)用過的催化劑管線48以由閥50控制的速率從容器28底部抽出。
在再生器52中，氧化催化劑顆粒表面的焦炭，并產(chǎn)生含有H2O，CO和CO2作為燃燒產(chǎn)品的煙道氣，由此將催化劑再生。催化劑經(jīng)噴嘴54進入再生器52并與經(jīng)噴嘴56進到再生器中的空氣接觸。本發(fā)明不需要特殊類型的再生系統(tǒng)。再生器52通常操作一個在其下部的致密床層58。某些橫切再生器底部的分布設(shè)備將空氣分布在該再生器的整個橫斷面上。各種此類分布設(shè)備對本領(lǐng)域技術(shù)人員是熟知的。另外，本發(fā)明能借助具有多級焦炭燃燒的再生區(qū)來實施。此外，再生區(qū)能完成CO完全燃燒或部分燃燒。在如圖1所示的致密床操作中，煙道氣和夾帶的催化劑顆粒從床層58上升。第一級旋風(fēng)分離器60收集煙道氣并對催化劑顆粒和煙道氣進行初步分離，催化劑顆粒經(jīng)下懸管62返回到床層58的，煙道氣經(jīng)管線64輸送到二級旋風(fēng)分離器66中。催化劑顆粒與煙道氣的進一步分離在旋風(fēng)分離器66中進行，催化劑顆粒經(jīng)下懸管68返回到床層58，煙道氣經(jīng)收集室70和煙道氣管線72離開旋風(fēng)分離器66上端和再生器。
對分離器20和汽提塔22的操作和布置的更完全的理解可參照圖2。圖2示出了完全位于反應(yīng)器19中的分離器20。分離器處理經(jīng)水平管線18切向進入分離器20上端的用過的催化劑和產(chǎn)品蒸汽(氣)的混合物。氣體和固體切向進入分離器20，在分離器中形成了通常在傳統(tǒng)的旋風(fēng)分離器中發(fā)現(xiàn)的眾所周知的雙螺旋流型。催化劑和氣體在接近分離器20外壁的二級螺旋中向下旋轉(zhuǎn)，且形成內(nèi)螺旋開始向上返回，使得螺旋流充滿分離器20的中心，并經(jīng)中心氣體出口32從分離器頂部排出。氣體和催化劑混合物的螺旋作用使固體顆粒在靠近分離器20壁處集積。重力作用使顆粒沿分離器20的壁向下流并經(jīng)底部出口74排出。分離器的效率通過位于分離器20中心的渦流穩(wěn)定器76控制雙螺旋流的位置來改進。經(jīng)管線18來的固體的95%通過分離器20除去，使得經(jīng)管線32排出的氣流僅含輕載荷的催化劑顆粒。渦流的形狀也可通過使分離器20具有上部直徑稍大于下部直徑的平截圓錐形來改進。將分離器20設(shè)計成外螺旋線在開口74的底部或其附近結(jié)束也是優(yōu)選的。這種設(shè)計與傳統(tǒng)的旋風(fēng)分離器不同，后者的長度比外螺旋線的長度長得多。分離器要求的空間可通過將其設(shè)計成外螺旋線底部伸到或僅稍低于出口74來降低。對于特定的螺旋結(jié)構(gòu)要求，分離器長度將取決于其尺寸和氣體流速。對于一般尺寸的分離器，其直徑范圍從5到10英尺(1.5到3m)，從氣體和催化劑底部進口到出口74的長度是分離器最大直徑的2到3倍。
當(dāng)固體經(jīng)出口74離開分離器20時，它可能被靠近開口74循環(huán)的氣體或經(jīng)開口74進入到分離器20的氣體再夾帶。將出口74固定在靠近分離器的外螺旋線的底部能產(chǎn)生將再夾帶額外催化劑的湍動。從汽提塔向上流動進入到分離器中的汽提氣和汽提后的烴也能再夾帶催化劑顆粒。在本發(fā)明的一個實施方案中，部分催化劑顆粒經(jīng)出口74下部沿圓周方向分布的一系列孔口78從出口74徑向排出。通常該出口有8到24個沿其外部空間分布的孔口。這些孔口通常有12到24英寸(305到600mm)的長度和約3到6英寸(76到152mm)的寬度。這些孔口通過在靠近出口74處含渦流來改進分離效率同時使催化劑顆粒在渦流的影響下向外噴到汽提塔22外部，借此清洗氣體匯集的出口74中心部分。
分離器20的開口直接伸到汽提塔22的頂部。由旋風(fēng)渦流產(chǎn)生的螺旋氣流和從汽提塔22向上流動的氣體的逆流流動通常在出口74下方產(chǎn)生一個長的湍流區(qū)。任何湍動的影響可通過一套塔板80來降低，這些塔板起分散由螺旋氣流的螺旋作用產(chǎn)生的任何湍動的作用。這些塔板位于開口74的底部的下方，在分散或分配板80的中心區(qū)頂部82與出口74底部之間形成開放空間84。該空間的長度用A表示且優(yōu)選的等于出口74直徑的一半。布置這一空間使得物流不能從塔板80的頂部82直接進入開口74底部，以便在下行的渦流與分散塔板接觸前降低其速度。
分散塔板80被接到汽提塔22內(nèi)壁并向內(nèi)伸到塔22中心線。板80最好垂直布置。大多數(shù)情況下，至少四個分散板從塔22壁向內(nèi)延伸并將在分散板區(qū)域的汽提塔橫截面分成四份。板80分散延伸到開放空間84下方的任何氣流的水平分量。板80也裝有一個固定和支撐渦流穩(wěn)定器76和汽提塔擋板88的方便的設(shè)備。板80的垂直定向妨礙了氣速任何切向或水平方向的分量，從而使得任何渦流的影響不會波及塔板上部區(qū)82。另外，任何波及塔板邊界82的催化劑顆粒水平?jīng)_量都被板80所制止，從而使得顆粒有一個直接向下的流軌且減少顆粒流過汽提塔的總距離。降低顆粒流過汽提塔22的路徑減少了催化劑再夾帶的可能性。在一優(yōu)選的布置中，在汽塔的分離區(qū)包括至少兩個位于分離器20敞口底部74的垂直分散塔80。所述垂直分散板80從汽塔20的壁向內(nèi)延伸以限定出至少兩個圓周上延伸的室，該室位于分離器20的敞口底部74的外側(cè)下方并靠近該外側(cè)。在一優(yōu)選的布置中，至少一個分散板二分汽提塔22的橫截面。至少，在中心部分82附近的分散板的直徑B應(yīng)至少等于出口74的直徑。分散板的效果可通過使直徑B至少稍大于出口74的直徑來改進。汽提塔可安排成使其外徑等于直徑B。通過相對于直徑B增大汽提塔22的直徑和安裝帶有向外延伸到超出直徑B區(qū)域并在塔板中心部分82上方的外截面86的分散板可進一步增大分散板的效果。外截面86較好伸到出口74上方，更好伸到孔口78上方。通過分散板80的截面86提供的附加區(qū)用于進一步降低切向氣體速度并提供一個相對滯流區(qū)域以用于收集積累在汽提塔22外壁的催化劑顆粒。塔板截面86可直接將催化劑顆粒向下流入汽提塔中，否則催化劑顆粒將夾帶在上行汽提氣和旋風(fēng)分離產(chǎn)生的螺旋氣中。
當(dāng)催化劑向下流動時，它與經(jīng)噴嘴24進入的汽提氣逆流接觸。為改進汽提效率，安裝圓錐形擋板以提高在汽提塔中部或下部固體顆粒和汽提氣的接觸。這些汽提擋板有著在FCC汽提塔中常見的圓錐形布置。在一個特定的布置中，最上面的內(nèi)圓錐形擋板88接到分散板80上，下部外圓錐90接到汽提塔22的壁上。這些擋板可以是本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的任何普通設(shè)計且常用于FCC汽提塔中的擋板。最好，汽提擋板帶有下懸在擋板底圓錐部分的罩裙。這些罩裙能被穿孔以提高汽提流體和催化劑顆粒之間的接觸效率。
圖2給出了汽提塔的布置。該汽提塔的上部22′位于反應(yīng)器19中，下部22″伸到反應(yīng)器19內(nèi)部之下。這樣布置有利于固定用于從汽提塔中抽出用過的催化劑的噴嘴26。
汽提塔和分離器可以以任何在分離器20和反應(yīng)器19之間熱膨脹允許的方式支撐在反應(yīng)器19上。一種支撐布置是將固體汽提塔固定在反應(yīng)器19殼底，分離器剛性聯(lián)在其上，以這樣的布置，分離塔和汽提塔上部22′的熱膨脹可由管線18和中心出口32或其上的集管膨脹聯(lián)接來提供。
圖2示出了這樣一種布置，其中上部22′固定到分離塔20底部并將汽提塔上部22′和下部22″滑動聯(lián)接。
催化劑床層44圍繞汽提塔截面22′。反應(yīng)器19下部必須有催化劑進口以將催化劑從床層44輸送到汽提塔22。在圖2的布置中，催化劑經(jīng)孔口46以上述的方法流入汽提塔。通過分配器98分布到床層44底部的流態(tài)化氣體(通常是水蒸汽)促進了催化劑經(jīng)孔口46向汽提塔的傳輸并汽提從反應(yīng)器中旋風(fēng)分離器的下懸管排出的催化劑。
除了催化劑通道孔口外，圖2的滑動聯(lián)接布置示出了在汽提塔下部截面22′的上部的附加孔口。當(dāng)分離器和汽提塔上部截面22相對于分離塔下部截面22′向下移動時，這些附加孔口為分散板提供了缺口。
這些孔口的尺寸以在反應(yīng)器底部維持一致密催化劑床層為宜。該床層防止了汽提蒸汽(氣)進入反應(yīng)器開放空間。圖3繪出了耗散板、汽提塔上部擋板、滑動聯(lián)接件和孔口的俯視圖。參見圖3，示出了空間上互成90度角的四個耗散板，它們從汽提塔上部截面22′的外壁延伸到渦流穩(wěn)定器76的外側(cè)。渦流穩(wěn)定器76居中支撐在耗散板上。在截面22′上端附近的孔口92位于耗散板80的正下方以防止耗散板底部和截面22′頂部互相干擾?？卓?6沿截面22′下部周向有規(guī)則排列。這樣的孔口46通常有4到16個?？卓诘某叽缱阋栽诖矊?4中維持一定量的催化劑并防止從汽提塔逸出的氣體進入反應(yīng)器19的開放空間。對于一個典型的布置，孔口46的長度為500到1000mm，寬度為300到400mm。孔口92的尺寸以對耗散板提供適當(dāng)?shù)娜笨跒橐?，對于一個普通布置，該孔口有約250mm×250mm的尺寸將會提供適當(dāng)?shù)娜笨凇?br> 經(jīng)噴嘴26離開汽提塔的催化劑進入第二汽提塔28。詳細地示出在圖4中的汽提塔28以常規(guī)方式操作。催化劑向下經(jīng)過汽提塔并側(cè)邊/側(cè)邊遞級經(jīng)過一系列內(nèi)擋板100和外擋板102。催化劑經(jīng)在支承管底部的孔口104抽出，汽提內(nèi)擋板100接到支撐管106上?？卓?04將催化劑送到管線48，再以上述方式輸送該催化劑到再生器52中。汽提擋板100和102可以再帶有附屬罩裙和孔口以增加催化劑和經(jīng)噴嘴30進入汽提塔中的水蒸汽之間的接觸。與用過的催化劑接觸的水蒸汽或其它汽提流體相對于催化劑逆流上升并經(jīng)噴嘴26流出汽提塔28。
所有的汽提水蒸汽及排出的烴經(jīng)上部汽提塔向上流動并進入分離器，在此它們以產(chǎn)品蒸汽(氣)的形式經(jīng)中心氣管32中抽出。圖5示出了反應(yīng)器19的上部。分離器20的頂部伸到反應(yīng)器19的上部。分離器由聯(lián)到反應(yīng)器19壁上的支撐腿(未示出)支撐。中心氣體噴嘴32向上延伸并分岔到集管中，該集管提供有臂110的傳輸管32。每個臂110聯(lián)接到旋風(fēng)分離器36的進口112上。集管臂和旋風(fēng)分離器的上部被支撐在氣體出口管40上。在支臂上提供膨脹聯(lián)接以適應(yīng)氣體管及支臂和反應(yīng)器19殼之間的不同熱膨脹。
所有產(chǎn)品蒸汽(氣)、汽提烴、汽提汽體和流態(tài)化氣體以前述的方式從分離器進入中心氣體出口32。壓力平衡孔口116開在中心氣體管32的側(cè)面并使反應(yīng)器開放空間與氣體管內(nèi)部聯(lián)通以從反應(yīng)器開放空間排出流態(tài)化氣體?？卓?16的尺寸以維持反應(yīng)器開放空間和中心氣體管32之間適宜的壓力降(通常小于0.7KPa)為宜。當(dāng)然，從反應(yīng)器開放空間排出氣體也可通過一個位于支臂110中的排氣口、旋風(fēng)分離器進口112、甚或在反應(yīng)器19內(nèi)部或外部的另一個旋風(fēng)分離器來實現(xiàn)。另外，本發(fā)明可使用任何數(shù)目的二級旋風(fēng)分離器36，這對本領(lǐng)域技術(shù)人員是顯而易見的。
權(quán)利要求
1.一種流化催化裂化裝置，它包括(a)一個反應(yīng)器(19)；(b)有一個原料和催化劑進口端和一個出口端的管式升氣管；(c)有一個頂端和底端的位于所述反應(yīng)器(19)中的加長分離器(20)，所述頂端有一個與所述升氣管的出口直接聯(lián)通的切向進口和一個在所述分離器(20)頂部的中心氣體出口(32)，所述底端有一個敞口底部(74)，其中所述敞口底部的最外層部分是未封閉的以使得流體和顆粒通暢地流動；(d)一個位于所述分離器(20)正下方的汽提塔(22)，所述汽提塔有一個與所述分離器(20)的所述敞口底部(74)敞開聯(lián)通的進口和一個用于從該汽提塔(22)抽出催化劑的出口(26)；(e)用于將汽提氣加到所述汽提塔(22)的設(shè)備(24)和(30)；和(f)位于所述汽提塔(22)中的隔離區(qū)，該區(qū)包括至少兩個位于所述分離器(20)的所述敞口底部(74)空間下方的垂直耗散板(80)。
2.權(quán)利要求1的裝置，其中一根渦流穩(wěn)定器管(76)從所述敞口底部(74)伸到所述分離器(20)中。
3.權(quán)利要求2的裝置，其中所述渦流穩(wěn)定器(76)的直徑小于敞口底部(74)的直徑的20%且所述敞口底部除了所述渦流穩(wěn)定器管外不封閉。
4.權(quán)利要求1、2或3的裝置，其中所述的垂直耗散板(80)在水平和垂直方向延伸并在緊靠所述分離器(20)的所述敞口底部(74)下方框出一個自由區(qū)。
5.權(quán)利要求1到4任一項的裝置，其中所述的汽提塔(22)直徑大于所述分離器(20)的底部直徑，所述垂直板從所述汽提塔(22)的壁向內(nèi)延伸以限定出至少兩個圓周向延伸的室，該室位于所述分離器的所述敞口底部(74)的外側(cè)下方并靠近該外側(cè)。
6.權(quán)利要求1到5任一項的裝置，其中所述的中心氣體出口(32)與至少一個旋風(fēng)分離器(36)聯(lián)通，所述旋風(fēng)分離器有一個用于將催化劑返回到反應(yīng)器(19)的下懸管和一個用于排出蒸汽產(chǎn)品流的蒸汽出口。
7.一種FCC原料流的流化催化裂化(FCC)的方法，所述的方法包括(a)送FCC催化劑和所述FCC原料流到升氣管反應(yīng)區(qū)(10)并在此將所述原料流與所述FCC催化劑接觸以將所述原料流轉(zhuǎn)化為產(chǎn)品蒸汽(氣);(b)將從所述升氣管中排出的所述產(chǎn)品蒸汽(氣)和用過的FCC催化劑的混合物直接進入分離器(20)的進口并直接從所述的進口切向?qū)⑺龌旌衔锛拥剿龇蛛x器(20)中以形成內(nèi)和外渦流;(c)在所述分離器(20)中用渦流穩(wěn)定器(76)穩(wěn)定內(nèi)渦流;(d)催化劑顆粒以閉式聯(lián)通方式從所述分離器(20)的底部直接流到下面相鄰的汽提塔(22)的頂部;(f)注汽提氣到所述汽提塔(22)中并使所述催化劑顆粒與所述汽提氣接觸以從所述催化劑顆粒中解吸烴;(g)將解吸的烴和向上的汽提氣的氣流經(jīng)在所述汽提塔(22)中的多個垂直耗散板(80)從所述汽提塔(22)中排出，經(jīng)位于所述耗散板(80)的中心區(qū)(82)的上方和所述分離器(20)底部(74)下方的所述汽提塔(22)的開放空間(84)，離開所述汽提塔(22)的頂部并進入所述分離器(20)的底部;(h)在低于所述耗散板(80)的所述中心區(qū)(84)下方的汽提塔(22)中維持相對致密的催化床層;(i)經(jīng)中心出口(32)從所述分離器(20)的頂部抽出所述的產(chǎn)品蒸汽(氣)和所述氣流;(j)從所述中心出口輸送所述產(chǎn)品蒸汽(氣)和所述氣流到分離器(36)中以回收額外的催化劑顆粒;(k)從所述分離器(36)中回收產(chǎn)品流;(l)從所述分離器(36)中輸送催化劑顆粒到所述汽提塔(22)的下部;(m)從所述汽提塔(22)的下端除去用過的FCC催化劑并將其輸送到再生區(qū)(52);(n)在所述再生區(qū)(52)通過氧化除去焦炭以再生所述的FCC催化劑;和(o)將FCC催化劑從所述再生區(qū)(52)輸送到所述升氣管反應(yīng)區(qū)(10)。
全文摘要
用于FCC工藝的方法和設(shè)備，它在分離器出口處使用耗散板以快速將催化劑與產(chǎn)品蒸汽(氣)進行分離并防止進到分離器的汽提氣再夾帶催化劑。該方法和設(shè)備使用轉(zhuǎn)化FCC原料的升氣管并將升氣管的流出物直接送入分離器以從產(chǎn)品蒸汽(氣)中分離催化劑。催化劑向下離開分離器出口并通過一系列消除切向速度的耗散板(否則渦流將產(chǎn)生切向速度并將導(dǎo)致催化劑的再夾帶)。耗散板位于緊靠分離器出口下方的汽提塔中以便當(dāng)催化劑離開分離器時接受之。
文檔編號C10G47/30GK1086247SQ9211244
公開日1994年5月4日 申請日期1992年10月26日 優(yōu)先權(quán)日1990年11月15日
發(fā)明者I·B·塞亭卡亞 申請人:環(huán)球油品公司