一种催化裂化装置和一种催化裂化石油烃的方法技术领域
本发明涉及石油化工领域，具体地，涉及一种催化裂化装置和一种催化裂化石油烃的方法。
背景技术
碳烯烃是重要的化工原料，目前，世界范围内生产乙烯和丙烯的主导技术是蒸汽裂解，约有95％以上的乙烯和60％以上的丙烯通过该技术得到。从世界范围来看，以石脑油为裂解原料的占48％，乙烷占33％，丙烷占8％，丁烷占5％左右，油气占4％，其他约占2％。在蒸汽裂解过程中，由于没有催化剂的存在，烃类的裂解需要较为苛刻的操作条件，使得生产和装置建设成本较高，且原油日渐重质化，轻烃原料缺乏日益严重，发展以重油为原料生产低碳烯烃的技术路线从而成为生产低碳烯烃的不二选择。
催化裂化是低碳烯烃的另一个重要来源，能够在炼油厂中提高原油加工深度、生产高辛烷值汽油、柴油和液化气。在常规催化裂化中，伴随着汽油和柴油的生产，同时也副产低碳烯烃，但其产率较低，不能满足市场的需要。
常规的催化裂化装置的结构包括提升管、气固分离器和再生器，例如CN103725321A公开了一种催化裂化装置，该装置包括提升管、气固分离器和再生器，所述提升管的出料端与气固分离器的进料口连通，所述气固分离器的气相物流出口用于与后续油气分离系统连通，所述气固分离器的待生剂出口与再生器的待生剂斜管连接并连通，以向再生器提供待生剂，再生器的再生剂出料口与提升管的催化剂进料口连通，用于对提升管提供再生剂。
在常规的催化裂化装置中，流化床反应器的利用率较低，从而造成了已有的催化裂化装置存在低碳烯烃产率较低的缺陷。
发明内容
本发明的目的克服已有的催化裂化装置和方法所存在低碳烯烃产率较低的缺陷，提供一种具有较高低碳烯烃产率的催化裂化装置和催化裂化方法。
本发明的发明人发现，已有的催化裂化装置和方法所存在的低碳烯烃产率较低缺陷的原因是催化裂化装置中的流化床床层高度较低，且流化床床层受到催化裂化装置中的旋风分离器分出的积碳的待生催化剂的干扰而不稳定，由此，本发明的发明人设置了套筒以加高流化床床层高度并阻碍积碳的待生催化剂的干扰，显著地提高了低碳烯烃产率，由此得到了本发明。
为了实现上述目的，本发明提供了一种催化裂化装置，该催化裂化装置包括提升管反应器、沉降器和汽提器；所述汽提器位于所述沉降器的下方且与所述沉降器一体形成并且同轴；所述提升管反应器穿过所述汽提器的底部且伸入所述沉降器内；在所述沉降器内设置有用于进行油剂分离的旋风分离器；其中，在所述沉降器的下部腔体内设置有与该沉降器同轴的上下开口的套筒；所述提升管反应器的物料出口位于所述套筒内以在所述套筒内形成流化床反应区；所述旋风分离器的料腿口位于由所述套筒的外壁与所述沉降器的内壁所形成的空间中；所述流化床反应区、所述空间以及所述汽提器彼此之间均流体连通。
另一方面，本发明还提供了一种催化裂化石油烃的方法，该方法包括如下步骤：(a)将预热后的原料油、裂化催化剂和预提升气注入提升管反应器的下部以形成沿提升管反应器上升的第一反应油气物流；(b)将所述第一反应油气物流通过流化床反应区以形成第二反应油气物流；其中，所述流化床反应区形成于上下开口的套筒内，所述套筒设置于沉降器的下部腔体内并与所述沉降器同轴，且所述提升管反应器的出口位于所述套筒内；(c)将所述第二反应油气物流经旋风分离器分离为气态产物和积碳的待生催化剂；所述旋风分离器的积碳的待生催化剂出口位于由所述套筒的外壁与所述沉降器的内壁所形成的空间中；(d)使所述待生催化剂从所述沉降器的下部导入汽提器中进行汽提；所述汽提器位于所述沉降器的下方且与所述沉降器一体形成并且同轴；所述提升管反应器穿过所述汽提器的底部且伸入所述沉降器内。
通过上述技术方案，本发明显著地提高了催化裂化装置中的流化床反应器的催化效率，从而提高了催化裂化的低碳烯烃产率。
本发明的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。在附图中：
图1是本发明特别优选的一种实施方式所用的催化裂化装置的结构示意图。
附图标记说明
1提升管反应器11原料油进料喷嘴
12再生催化剂输送管13分布器
14旋风分离器
2流化床反应区21套筒
3沉降器
4汽提器41挡板
42待生催化剂输送管
5空间6催化剂再生器
具体实施方式
以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。
在本发明中，在未作相反说明的情况下，使用的方位词如“上、下、底、顶”通常是在本发明提供的催化裂化装置正常使用的情况下定义的，具体地可参考图1所示的图面方向，“内、外”是指相应轮廓的内和外。需要说明的是，这些方位词只用于说明本发明，并不用于限制本发明。
参考图1，本发明提供了一种催化裂化装置，该催化裂化装置包括提升管反应器1、沉降器3和汽提器4；所述汽提器4位于所述沉降器3的下方且与所述沉降器3一体形成并且同轴；所述提升管反应器1穿过所述汽提器4的底部且伸入所述沉降器3内；在所述沉降器3内设置有用于进行油剂分离的旋风分离器14；其中，在所述沉降器3的下部腔体内设置有与该沉降器3同轴的上下开口的套筒21；所述提升管反应器1的物料出口位于所述套筒21内以在所述套筒21内以形成流化床反应区2；所述旋风分离器14的料腿口位于由所述套筒21的外壁与所述沉降器3的内壁所形成的空间5中；所述流化床反应区2、所述空间5以及所述汽提器4彼此之间均流体连通。
根据本发明的催化裂化装置，其中，所述套筒21的高径比可以在较大范围内变化，优选地，所述套筒21的高径比为0.2-5，更优选地，所述套筒21的高径比为0.5-3。
根据本发明的催化裂化装置，其中，优选地，所述提升管反应器1的下端设置有原料油进料喷嘴11和再生催化剂输送管12。其中，所述原料油进料喷嘴11用于将原料油导入所述提升管反应器1；所述再生催化剂输送管12用于将再生催化剂导入所述提升管反应器1。所述提升管反应器14可以为1个或者为对称设置的2-3个。
根据本发明的催化裂化装置，其中，优选地，所述提升管反应器1的所述物料出口上设置有分布器13。其中，所述分布器13可以为本领域常规使用的各种分布器，例如筛孔型分布器。
根据本发明的催化裂化装置，其中，优选地，所述旋风分离器14为1个或者为对称设置的2-3个。更优选地，所述旋风分离器包括一级旋风分离器和二级旋风分离器。所述一级旋风分离器和所述二级旋风分离器可以串联设置。
根据本发明的催化裂化装置，其中，所述催化裂化装置还可以包括催化剂再生器6；所述汽提器4上可以设置有与所述催化剂再生器6的催化剂进口连通的待生催化剂输送管42；所述提升管反应器1的再生催化剂输送管12可以与所述催化剂再生器6的催化剂出口连通。其中，所述催化剂再生器6能够将所述汽提器4中导出的失活催化剂通过在含氧气体存在下烧焦再生。
根据本发明的催化裂化装置，其中，所述催化剂再生器6与所述沉降器3可以共轴设置，也可以并列设置，优选地，所述催化剂再生器6与所述沉降器3并列设置。
根据本发明的催化裂化装置，其中，优选地，所述提升管反应器1穿过所述汽提器4伸入所述沉降器3内。
根据本发明的催化裂化装置，其中，优选地，所述沉降器3上部的内径大于所述沉降器3下部的内径。
本发明的催化裂化装置中各个构件可以采用密闭连接，并可以承受催化裂化过程中的反应或再生压力，例如1-10个大气压；而且还要考虑到开停工、季节变化、反应物流温度的变化等因素导致的热胀冷缩对构件和管线的影响。
本发明提供的催化裂化装置的一种具体运行方式如图1所示，虽然该示意图为简化流程，但这并不影响本领域普通技术人员对本发明的理解。原料油预热后，与水蒸气一起通过原料油进料喷嘴11喷入提升管反应器1，与来自再生催化剂输送管12的热再生催化剂接触反应，反应油气从提升管反应器出口进入流化床反应区2，在流化床反应区2内反应后，经过套筒21的上出口进入沉降器4，经旋风分离器14将积碳的待生催化剂与气态产物分离，分离出的积碳的待生催化剂经过空间5进入汽提器4；气态产物与来自汽提器4的汽提油气混合，从沉降器3的顶部进入分馏装置，进一步分离得到气体(包括干气、液化气)、轻汽油、富含轻芳烃重汽油、柴油和油浆。气体产品通过本领域技术人员熟知的分离技术，得到丙烯等低碳烯烃。积碳的待生催化剂在汽提器4中汽提出吸附的烃类产物，得到的待生催化剂经待生催化剂输送管42送至催化剂再生器6进行烧焦再生，再生催化剂返回提升管反应器1重复使用。
本发明还提供了一种催化裂化石油烃的方法，其中，该方法包括如下步骤：(a)将预热后的原料油、裂化催化剂和预提升气注入提升管反应器1的下部以形成沿提升管反应器1上升的第一反应油气物流；(b)将所述第一反应油气物流通过流化床反应区2以形成第二反应油气物流；其中，所述流化床反应区2形成于上下开口的套筒21内，所述套筒21设置于沉降器3的下部腔体内并与所述沉降器3同轴，且所述提升管反应器1的物料出口位于所述套筒21内；(c)将所述第二反应油气物流经旋风分离器14分离为气态产物和积碳的待生催化剂；所述旋风分离器14的料腿出口位于由所述套筒21的外壁与所述沉降器3的内壁所形成的空间5中；(d)使所述待生催化剂从所述沉降器3的下部导入汽提器4中进行汽提；所述汽提器4位于所述沉降器3的下方且与所述沉降器3一体形成并且同轴；所述提升管反应器1穿过所述汽提器4的底部且伸入所述沉降器3内。
其中，第一反应油气物流是指所述提升管反应器1中的反应油气和催化剂的混合物，第二反应油气物流是指所述沉降器3中的反应油气和催化剂的混合物。
其中，所述套筒21限定了所述流化床反应区2的部分边界，所述旋风分离器14的料腿出口位于由所述套筒21的外壁与所述沉降器3的内壁所形成的空间5中，使得积碳的待生催化剂经所述旋风分离器14的料腿出口直接导入所述空间5中，而不进入所述流化床反应区2；所述套筒21能够加高流化床床层高度并能够阻碍积碳的待生催化剂对流化床床层的干扰。
根据本发明的催化裂化石油烃的方法，其中，所述提升管反应器1中的反应条件可以为催化裂化领域中常规使用的条件，例如，所述提升管反应器1的出口温度可以为450-600℃，优选为480-530℃，出口压力可以为0.15-0.3MPa，优选为0.18-0.28MPa，剂油比可以为(4-15)：1，优选为(6-12)：1；反应时间可以为1-5秒，优选为2-4秒。
根据本发明的催化裂化石油烃的方法，其中，所述原料油与所述预提升气的重量比可以在较大范围内变化，例如所述原料油与所述预提升气的重量比可以为(0.01-2)：1，优选为(0.05-0.2)：1；所述预提升气可以包括水蒸气、氮气和C1-C4的烷烃中的至少一种；所述预提升气的温度可以为180-280℃，优选为220-250℃。
根据本发明的催化裂化石油烃的方法，其中，所述流化床反应区(2)中的反应条件可以为催化裂化领域中常规的选择，例如，所述流化床反应区(2)中的床层温度可以为480-620℃，优选为500-600℃，重时空速可以为0.2-30h-1，优选为0.5-20h-1，床层压力可以为0.15-0.3MPa，优选为0.2-0.25MPa。
根据本发明的催化裂化石油烃的方法，其中，所述套筒21的高径比可以在较大范围内变化，例如为0.1-10；优选地，所述套筒21的高径比为0.2-5，更优选为0.5-3。在优选所述套筒21的高径比为0.2-5，更优选为0.5-3的情况下，能够进一步提高催化效率。
其中，所述流化床反应区2中可以根据需要形成固定流化床反应器、散式流化床反应器、鼓泡床反应器、湍动床反应器、快速床反应器、输送床反应器和密相流化床反应器中的至少一种。
根据本发明的催化裂化石油烃的方法，其中，所述原料油的预热温度可以为180-400℃，优选为200-380℃；所述原料油的选择范围较宽，例如可以包括柴油、加氢尾油、减压瓦斯油、原油、常压渣油、加压渣油、煤液化油、油砂油和页岩油中的至少一种。
其中，将所述积碳的待生催化剂从所述空间5中导入汽提器4中进行汽提，可以经再生后循环使用。所述汽提可以按照常规的汽提方法进行，所用的汽提介质可以为水蒸气；汽提所用水蒸气与积碳的待生催化剂的重量比可以为(0.005-0.1)：1，优选为(0.005-0.01)：1；汽提所通入的水蒸气的温度可以为200-300℃。
根据本发明的催化裂化石油烃的方法，其中，所述气态产物和汽提油气可以从所述沉降器3的顶部导出；导出的气态产物和汽提油气可以进入分馏装置进行分馏，以得到不同沸程的馏分，例如裂解汽油、裂解柴油、液化气、炼厂干气和油浆，其中炼厂干气含有大量的低碳烯烃。
根据本发明的催化裂化石油烃的方法，其中，该方法还可以包括：将汽提得到的待生催化剂导入催化剂再生器中进行烧焦再生。其中，待生催化剂的烧焦再生可以按照催化裂化领域中常规的方法进行，催化裂化领域的技术人员对此熟知，本发明在此不再赘述。
根据本发明的催化裂化石油烃的方法，其中，所述裂化催化剂可以为催化裂化领域常规使用的各种催化剂，例如，以所述裂化催化剂的总重量为基准，所述裂化催化剂可以含有1-60重量％的混合沸石、5-98重量％的载体和0.1-70重量％的粘土。其中，以所述混合沸石的总重量为基准，所述混合沸石中可以含有40-99.5重量％的含稀土和磷的五元环高硅沸石和0.5-60重量％的高硅Y型沸石。其中，所述载体可以选自氧化铝和/或硅酸铝。其中，所述含稀土和磷的五元环高硅沸石包括MFI沸石、ZSM-5沸石和ZRP沸石中的一种或几种。本发明中所用的所述裂化催化剂通过本领域已知的技术进行制备或商购得到。
下面的实施例将对本方法予以进一步的说明，但并不因此限制本方法。
以下实施例中，以催化剂总重量为基准，所用催化剂含30重量％的ZRP-1沸石，10重量％的DASY沸石，40重量％的高岭土和20重量％的氧化铝粘结剂；其中ZRP-1沸石、DASY沸石均为中石化催化剂齐鲁分公司产品。以下实施例中，所用的原料油为常压渣油，其性质按照国家标准检测后的数值如表1所示。
表1
实施例1
参考图1，将预热后的重油原料(其性质如表1所示)、水蒸汽与来自再生器6的裂化催化剂注入提升管反应器1下部，形成沿提升管反应器1上升的第一反应油气物流，第一反应油气物流离开提升管反应器1出口，进入流化床反应区2下部，在催化剂形成的床层中继续反应，所述流化床反应区2形成于上下开口的套筒21内，所述套筒21设置于沉降器3的下部腔体内并与所述沉降器3同轴，且所述提升管反应器1的出口位于所述套筒21内，所述套筒21的高径比为0.25；所述第一反应油气物流通过流化床反应区2以形成第二反应油气物流。将所述第二反应油气物流经旋风分离器14分离为气态产物和积碳的待生催化剂；所述旋风分离器14的料腿出口位于由所述套筒21的外壁与所述沉降器3的内壁所形成的空间5中；将所述积碳的待生催化剂从所述空间5中导入汽提器4中进行汽提；所述汽提器4设置在所述流化床反应区2的下方且与所述沉降器3同轴；经过汽提后得到的待生催化剂通过再生斜管输送到再生器进行再生。气态产物和汽提油气从所述沉降器3的顶部导出；导出的气态产物和汽提油气进入分馏装置进行分馏，以得到不同沸程的馏分。本实施例的反应条件包括：原料油进料量为6.0kg/h；提升管反应器1的出口温度为540℃；剂油比为10；提升管反应器1的反应时间为2.8s，出口压力为0.2MPa，导入提升管反应器1的水蒸气与原料油的比例为0.15:1；流化床反应区2的温度为565℃；重时空速为6h-1；床层压力为0.2MPa。
实施例2
采用实施例1的方法进行催化裂化，不同在于，所述套筒21的高径比为0.75。
实施例3
采用实施例1的方法进行催化裂化，不同在于，所述套筒21的高径比为1.86。
实施例4
采用实施例1的方法进行催化裂化，不同在于，所述套筒21的高径比为2.86
实施例5
采用实施例1的方法进行催化裂化，不同在于，所述套筒21的高径比为4.78。
对比例1
采用实施例1的方法进行催化裂化，不同在于，不设置所述套筒21。
测试实施例1
测定实施例1-5和对比例1得到的催化裂化产物(包括裂解汽油、裂解柴油、液化气、炼厂干气和焦炭)中的产品分布和丙烯产率；结果如表2所示。
表2
根据表1的数据可见，本发明的装置和方法能够显著提高流化床反应器的催化效率，从而显著提高了催化裂化的低碳烯烃产率；并且，在优选所述套筒(21)的高径比为0.5-3的情况下，能够进一步提高催化裂化的低碳烯烃产率。
以上结合附图详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。
另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。
此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。