专利名称：一种改进的催化裂化汽提器的制作方法
技术领域：
本发明属于在不存在氢的情况下石油烃的催化转化设备，更具体地说，是一种改进的兼有烃油转化功能的催化裂化汽提器。
催化裂化是炼油企业主要的重油轻质化过程之一，通过该过程可使大分子的重质石油烃在热催化剂上裂化成小分子的高价石油产品。其主要步骤如下烃类原料与热的再生催化剂相接触并在460～560℃下进行催化裂化反应；反应油气和待生催化剂的混合物通过提升管反应器进入沉降器；在沉降器中，油气和待生催化剂相分离；油气进入后续分馏系统；待生催化剂在汽提器中与蒸汽逆流接触，除去所夹带的烃类物质；汽提后的催化剂输送到再生器中，用含氧气体，一般为空气，在600～800℃的高温下烧焦再生，使催化剂恢复活性；再生后的催化剂返回提升管反应器循环使用；烟气经处理后排入大气。
随着原油的日趋变重，炼油工业一次加工过程的轻质油收率下降，催化裂化装置面临着原料油不足的问题。为此，催化裂化装置就需要加工更多的渣油、焦化蜡油和脱沥青油等重质原料。而这些原料的残炭、重金属以及硫和氮的含量都很高，必然会对催化裂化装置的正常操作带来一系列的影响，例如，环保问题、装置腐蚀问题、催化剂严重失活、产品分布变差、产品质量下降等等。而改善待生催化剂的汽提效果是缓解上述问题的一条有效途径。良好的汽提将增加可汽提烃的回收率、从待生催化剂上移去更多的富含氢的石油烃，从而可以降低再生温度，减轻催化剂在再生器内的水热失活；良好的汽提还可以除去待生催化剂上吸附的硫、氮化合物，从而减少再生烟气中氧化硫、氧化氮的排放。
USP5,128,109披露了一种两段汽提的方法。该方法是在反应器和再生器之间设置一个两段汽提器，将一股热的再生催化剂引入汽提器的第一段中，与待生剂混合，以提高该段内待生剂的温度；采用蒸汽作为汽提介质，使其与催化剂逆流接触；在汽提器的第二段中设置一个管束式的间接换热器，用于移去一部分热量；适当降温后的待生剂送至再生器烧焦再生。
USP5,538,623公开了一种伴有蒸汽循环的汽提方法。该方法利用密闭的旋风分离器使反应油气与汽提介质相分离，反应油气直接引入后续分离系统，而氢气或蒸汽等汽提介质经冷却、冷凝后循环使用。由于汽提介质和反应油气完全隔离，所以允许在汽提过程中使用大量的汽提介质，从而优化汽提器的操作，改善汽提效果。
USP5,601,787公开了一种用于同轴式催化裂化装置中的多段热汽提器。与常规汽提器相比，该汽提器在常规汽提器的下面还设置了第二汽提器，并通过将该汽提器浸入再生器密相床层、或通过和稀相传输提升管进行热交换、或通过直接加入热的再生催化剂等方法，以提高汽提器中的待生催化剂的温度，改善汽提效果。
综上所述，尽管在催化剂的汽提方法及汽提器的结构方面都已经取得了较大进展，但通过改造汽提器，使其具备汽提和烃油转化双重功能的技术方案未见报道。
本发明的目的在于提供一种具有汽提和烃油转化双重功能的改进的催化裂化汽提器。
本发明提供的催化裂化汽提器自上而下地由反应区和汽提区两部分构成；反应区内部自上而下地设置同轴的轻烃进料分布器和凹面形蒸汽分布器。
下面叙述本发明所提供汽提器的结构。
本发明所提供的汽提器分为两部分，上部为反应区，下部为汽提区，且反应区和汽提区同轴。反应区的高度一般占汽提器总高度的1/5～4/5，汽提区的高度一般占汽提器总高度的1/5～4/5。反应区和汽提区的直径可以根据装置的物料流量分别确定，二者的直径可以相等，也可以不等。
在本发明所提供的汽提器中，反应区内部自上而下地设置同轴的轻烃进料分布器和凹面形蒸汽分布器。若以反应区的上端作为起点，将反应区的高度定义为100％，则轻烃进料分布器和凹面形蒸汽分布器应位于反应区高度的20～80％处，最好是位于30～70％处。
所述轻烃进料分布器的具体结构如下两根或两根以上的在一个平面上相互交叉并贯通的盲管构成该分布器的主体；一位于反应区中心轴线上的轻烃导入管垂直于上述盲管所在的平面，并与各盲管相互连通地焊接在一起；各盲管最好对称布置，盲管的长度为汽提器反应区内径的10％～80％，优选20％～70％；在每根盲管的下侧设置轻烃喷嘴；轻烃喷嘴是倾斜向下的，与水平方向的夹角为20～60°；轻烃喷嘴的直径为0.5～4.0cm，优选1.0～3.0cm；其长度为1.0～4.0cm；轻烃喷嘴与盲管相连通，并与盲管焊接在一起；轻烃喷嘴应尽可能均匀地布置在盲管的下侧，以便使轻烃尽可能均匀地分布于轻烃进料分布器所在的截面上；轻烃喷嘴的数目以轻烃通过喷嘴的线速控制在10～50m/s为宜。
所述凹面形蒸汽分布器的具体结构如下该分布器的轮廓类似于碗形，其最大直径与汽提器反应区内径之比为1∶1.2～5，优选1∶1.2～4；该分布器的上侧是光滑的弧形凹面，下侧是均匀开孔的弧形凸面；蒸汽分布器下侧开孔的孔径为0.5～4.0cm，优选1.0～2.5cm，开孔面积按照蒸汽通过小孔的线速为20～60m/s确定，优选20～50m/s。上述小孔的外侧均焊有长度为1.0～5.0cm的短管，短管的内径即为小孔的内径。该分布器的上侧与下侧之间形成一碗形的空腔，且该空腔的下侧中心位置与蒸汽管线相连通。
汽提区位于上述反应区的下部。为了强化汽提效果，汽提区中设有10～20层人字形挡板，其设置方法与现有技术相同。汽提蒸汽可由插入最下面2～3层人字挡板下的管子喷入，也可以将汽提蒸汽分为多股，分别注入汽提区不同的位置。
本发明所提供的汽提器按照如下方式进行操作来自反应器的反应油气和催化剂的混合物在沉降器中快速分离，反应油气经油气管线送入后续分馏系统中进行产品分离，已积有一定量焦炭的催化剂向下运动，首先进入汽提器的反应区中。轻质石油烃，例如，催化裂化粗汽油、焦化汽油、直馏汽油、焦化柴油、减粘裂化柴油、液化气、干气等，经轻烃进料分布器注入反应区催化剂床层中，与催化剂接触并反应。轻质石油烃的注入量以使反应区催化剂密相床层的密度控制在150～500Kg/m3为宜。反应温度为400～550℃，优选420～530℃；剂油比为4～20，优选6～18；重时空速为1～50h-1，优选10～30h-1。
一定量的蒸汽经管线进入凹面形蒸汽分布器的空腔中，并通过该分布器下侧的开孔注入催化剂密相床层中，对反应区中的催化剂进行初步汽提。反应油气和水蒸气的混合物向上流动，并经沉降器、旋风分离器、油气管线送入后续分馏系统。注入反应区的蒸汽量约为注入汽提区蒸汽量的10～60V％，优选20～40V％。
上述反应区内的催化剂向下运动，进入下部的汽提区。水蒸汽由汽提区的底部注入，与反应后的催化剂逆流接触，将催化剂颗粒之间及催化剂孔隙内部残留的反应油气尽可能地汽提干净。该汽提区的底部与催化剂待生管线相连，汽提后的催化剂经待生管线送入再生器中烧焦再生，再生后重新恢复活性的催化剂送至反应器循环使用。
本发明所提供的催化裂化汽提器对所采用的催化剂没有特殊的要求，任何适用于催化裂化装置的催化剂都可以在该汽提器中使用，例如，催化剂的活性组分可以选自含或不含稀土的Y型沸石、HY型沸石、USY型沸石、ZSM-5系列沸石或具有五元环结构的高硅沸石、β沸石、镁碱沸石中的一种或多种，也可以是无定型硅铝催化剂。
下面结合附图进一步描述本发明所提供的汽提器，但并不因此限制本发明。
图1是本发明提供汽提器的结构示意图。
图2是轻烃进料分布器和凹面形蒸汽分布器的结构示意图。
如图1所示，重质石油烃经进料喷嘴1注入提升管反应器2中，与来自再生器11的高温再生催化剂接触，瞬间汽化并反应。反应油气和催化剂的混合物沿提升管上行进入沉降器8中，反应油气和催化剂快速分离，反应油气经旋风分离器6和油气管线7送入后续系统。
反应后的催化剂落入汽提器9的上部反应区10中，并在反应区形成催化剂密相床层。轻烃进料分布器14和凹面形蒸汽分布器15同轴设置在反应区中，轻质石油烃经管线进入轻烃进料分布器中，并沿径向均匀分布，与反应区内的催化剂接触、反应。
上述催化剂逐渐向下流动，落入凹面形蒸汽分布器15的上侧凹面上，然后沿凹面周边溢流而出。蒸汽经管线进入凹面形蒸汽分布器，并由该分布器下侧开孔喷出，然后经凹面形蒸汽分布器与汽提器之间的环形空隙向上流动，对反应区内的催化剂进行初步汽提。水蒸汽和反应油气的混合物向上流动，经沉降器、油气管线进入后续系统。反应区内的催化剂继续向下流动进入汽提区12，汽提蒸汽经管线18引入，催化剂在汽提区再次与蒸汽逆流接触，尽可能地将催化剂所携带的反应油气汽提干净。
汽提后的催化剂经待生立管13进入再生器11中，在含氧气体的作用下烧焦再生，使催化剂的活性得以恢复。再生烟气经旋风分离器4和烟气管线5排出，而再生后的催化剂送至提升管反应器底部循环使用。
与现有技术相比，本发明所提供的催化裂化汽提器主要具有以下几个方面的特点1.本发明所提供的兼有烃油转化功能的汽提器在催化裂化装置上易于实施。无论是建设新装置，还是对原有的催化裂化装置进行改造，只需要较少的建设投资或装置改造费用，即可以使原有的汽提器具有反应和汽提的双重功能，为轻质石油烃的改质创造有利条件。2.本发明所提供的汽提器可充分利用待生催化剂上的剩余活性。众所周知，在催化裂化过程中，待生催化剂的活性虽然比较低，但仍然保留有相当数量的活性中心。本发明提供的汽提器通过将轻质石油烃注入汽提器的反应区，使轻质石油烃与待生催化剂接触，进行氢转移、异构化等二次反应，从而提高石油产品的品质。3.本发明提供的汽提器可获得较常规汽提器更好的汽提效果。由于本发明中汽提区的设计与常规的催化裂化汽提区相同，因此，完全可以通过调整汽提蒸汽的流量、催化剂的质量流量，以及延长催化剂在汽提区的停留时间等措施获得良好的汽提效果。
下面的实施例将对本发明予以进一步说明，但并不因此而限制本发明。实施例中所使用的催化剂是齐鲁石化公司催化剂厂生产的，商品牌号为MLC-500，其性质列于表1。原料油的性质列于表2。
实施例本实施例是本发明所提供的汽提器在催化裂化装置上的应用结果。
试验所用催化裂化装置的处理量为140万t/a，其汽提器的外径为3560mm，高度为8200mm，并设有上、下两层汽提水蒸汽注入口。为了实施本发明，对该装置原有的汽提器进行了改造。改造后，汽提器的外径仍为3560mm，总高度为9700mm。其中，反应区的高度为2000mm，汽提区的高度为7700mm，具体结构参见图1和图2。
如图1和图2所示，轻烃进料分布器和凹面形蒸汽分布器设置在反应区中心轴线上，轻烃进料分布器位于反应区高度的60％处，由两根相互垂直并贯通的盲管构成，盲管直径为150mm，长为1000mm。盲管的下侧设有轻烃喷嘴，其内径为12mm，轻烃通过喷嘴的线速为45m/s。凹面形蒸汽分布器位于反应区高度的80％处，其最大直径为1600mm，下侧弧形凸面均匀开孔，孔径为20mm，且开孔外侧焊有25mm长的短管，短管内径与孔径相同，蒸汽通过上述开孔的线速为40m/s。通过该凹面形蒸汽分布器注入反应区内的蒸汽量为注入汽提区蒸汽量的30V％。注入汽提器的总蒸汽量为5.25t/h。
试验步骤如下预热后的重质石油烃注入提升管反应器，与热催化剂接触并发生反应，反应产物和待生催化剂进入沉降器进行气固分离，反应油气送入后续分离系统，进一步分离为各种产品，其中，汽油产品的性质列于表2。一部分汽油产品(其质量流量占重质石油烃质量流量的10重％)经轻烃进料分布器注入汽提器的反应区，与积有一定量焦炭的催化剂接触并反应，所生成的反应油气上行进入沉降器，与来自提升管反应器的油气汇合后，进入后续分离系统。而反应后的催化剂下行，经凹面形蒸汽分布器初步汽提后，进入汽提区再次汽提。汽提后的催化剂送入再生器烧焦再生，再生后的催化剂返回提升管反应器循环使用。
主要操作条件、产品分布及汽油产品的性质见表3。
对比例本对比例是在一套具有常规汽提器的催化裂化装置上进行试验的。该试验采用了与实施例相同的原料油、催化剂以及基本相同的操作条件。
试验步骤如下预热后的重质石油烃注入提升管反应器中，与热催化剂接触并发生反应，反应油气和催化剂的混合物进入沉降器进行气固分离，反应油气由后续分离系统进一步分离出干气、液化气、汽油和柴油等产品；而反应后已积有一定量焦炭的催化剂在汽提器中进行水蒸汽汽提；汽提后的催化剂进入再生器烧焦再生，再生后的催化剂返回提升管反应器循环使用。
主要操作条件、产品分布及所生成的汽油产品的性质见表3。
将表3中实施例的产品分布数据与对比例进行对比可以看出，由于将部分汽油产品注入汽提器的反应区进行催化改质反应，实施例中汽油产品的产率较对比例略有下降；但由烃族组成数据可以看出，其汽油产品的烯烃含量大幅度降低，而异构烷烃和芳烃的含量有所提高，汽油的品质得到改善。此外，由焦中氢含量可以看出，实施例的焦中氢含量较对比例略有下降，说明实施例的汽提效果优于对比例。
表1
表2
表权利要求
1.一种改进的催化裂化汽提器，其特征在于该汽提器是由上部反应区和下部汽提区构成的，反应区内自上而下地设置同轴的轻烃进料分布器和凹面形蒸汽分布器。
2.按照权利要求1的汽提器，其特征在于所述的反应区和汽提区是同轴，且二者的直径可以相同，也可以不相同；反应区的高度占汽提器总高度的1/5～4/5，汽提区的高度占汽提器总高度的1/5～4/5。
3.按照权利要求1的汽提器，其特征在于所述的轻烃进料分布器和凹面形蒸汽分布器位于反应区高度的20～80％处。
4.按照权利要求3的汽提器，其特征在于所述的轻烃进料分布器和凹面形蒸汽分布器位于反应区高度的30～70％处。
5.按照权利要求1的汽提器，其特征在于所述轻烃进料分布器由两根或两根以上的在一个平面上相互交叉并贯通的盲管构成，一位于反应区中心轴线上的轻烃导入管垂直于上述盲管所在的平面，并与各盲管相互连通地焊接在一起；盲管的长度为汽提器反应区内径的10％～80％；在每根盲管的下侧倾斜向下地设置轻烃进料喷嘴，所述喷嘴与水平方向的夹角为20～60°，直径为0.5～4.0cm，长度为1.0～4.0cm；所述喷嘴与盲管相连通，并与盲管焊接在一起。
6.按照权利要求1的汽提器，其特征在于所述凹面形蒸汽分布器的最大直径与汽提器反应区内径之比为1∶1.2～5；该分布器的上侧为弧形凹面，下侧是均匀开孔的弧形凸面；蒸汽分布器下侧开孔的孔径为0.5～4.0cm，且开孔的外侧焊有长度为1.0～5.0cm的短管，短管的内径与开孔的孔径相同；该分布器的上侧与下侧之间形成一碗形的空腔，该空腔的下侧中心位置与蒸汽管线相连通。
7.按照权利要求6的汽提器，其特征在于所述凹面形蒸汽分布器的最大直径与汽提器反应区内径之比为1∶1.2～4；蒸汽分布器下侧开孔的孔径为1.0～2.5cm。
全文摘要
一种改进的催化裂化汽提器是由上部反应区和下部汽提区构成的,反应区内自上而下地设置同轴的轻烃进料分布器和凹面形蒸汽分布器。采用该汽提器不仅能够提高轻质石油产品的品质,还可以获得比较理想的汽提效果。
文档编号F27B15/00GK1382764SQ01115488
公开日2002年12月4日 申请日期2001年4月28日 优先权日2001年4月28日
发明者龚剑洪, 许友好, 张久顺 申请人:中国石油化工股份有限公司, 中国石油化工股份有限公司石油化工科学研究院