一种催化裂化再生系统和方法与流程

本发明涉及原油二次加工中催化剂再生技术领域，尤指一种催化裂化再生系统和方法。

背景技术：

催化裂化(FCC，Riser Catalytic Cracking)是我国原油二次加工中最重要的加工过程，是液化石油气、汽油、煤油和柴油的主要生产手段，在炼油厂中占有举足轻重的地位。

催化裂化是重油原料在高温和催化剂的作用下使重质油发生裂化反应，转变为裂化气、汽油和柴油等轻质油品的过程。催化裂化过程中，原料在发生裂解的同时，部分会发生缩合反应生成焦炭，沉积在催化剂的表面上，致使催化剂的活性下降，必须经过烧焦再生，才能恢复活性。所以催化裂化包含原料油的连续裂解和催化剂的连续再生两个工艺过程，在反应器中重质原料油连续发生裂解反应，在再生器中，催化剂连续再生，催化剂通过压差在两器之间连续输送。再生器的催化剂的再生能力和再生效果直接影响催化裂化的产能和油品产率和选择性。目前普遍采用的完全燃烧再生技术，采用空气作为助燃介质，存在烟气量大，烟气中含氧量高，氧利用率低，烟气系统投资高，再生器烧焦强度低的缺陷。

因此，本申请人致力于提供一种新型的催化裂化再生系统和方法。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种催化裂化再生系统和方法，其可以强化再生床的气固传质，提高氧气利用率和再生床的烧焦强度，降低了烟气量，提高装置处理量，降低再生器和烟气系统的投资成本。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种催化裂化再生系统，包括：主风管道，用于输送主风空气；氧气管道，与所述主风管道连通，用于向所述主风管道输送氧气；氧气控制器，位于所述氧气管道上，用于调节氧气的压力和流量；氧气分布器，设置在所述氧气管道与所述主风管道的连通处，用于将氧气均匀分布在主风中得到富氧主风空气；一级再生床，包括第一入口和第二入口，所述第一入口与所述主风管道连通，所述第二入口用于添加待生催化剂，所述一级再生床用于对待生催化剂进行一级再生；主风分布器，设置在所述一级再生床中，与所述主风管道的出口连通，用于将富氧主风空气均匀分布到所述一级再生床中；二级再生床，与所述一级再生床连通，用于对一级再生后的催化剂进行二级再生；旋风分离器，设置在所述二级再生床中，用于分离回收烟气中的催化剂；外取热器，分别与所述一级再生床和二级再生床连通；主风预热器，位于所述主风管道上，且位于所述氧气分布器和主风分布器之间，用于加热富氧主风空气。

优选地，所述氧气分布器为一多孔分布管，所述多孔分布管上设有多个通孔。

优选地，所述主风分布器为一波纹板，所述波纹板上设有多个通孔，且所述波纹板的通孔的第一端的口径的大于其第二端的口径，且所述第二通孔的口径从其第一端到其第二端逐渐减小。

优选地，所述多孔分布管的通孔的口径1～3mm，其开孔角度为0～60°。

优选地，所述主风分布波纹板的通孔的第一端的口径为150～300μm，其第二端的口径为100μm-200μm。

优选地，所述二级再生床包括密相床和稀相床，所述外取热器通过催化剂循环管线分别与所述一级再生床和二级再生床的密相床连通。

本发明还公开了一种催化裂化再生方法，包括步骤：

S10：调节氧气的压力和流量；

S20：将调节后的氧气和主风空气混合得到富氧主风空气；

S30：富氧主风空气与待生催化剂在一级再生床中进行一级再生反应；

S40：一级再生反应后的主风空气与催化剂在二级再生床中进行二级再生反应；

S50：将二级再生后得到的再生催化剂通过旋风分离器从烟气中分离出来。

优选地，在步骤S30中，所述富氧主风空气与待生催化剂形成的气固密相流化床的密度为100～300kg/m³；和/或；在所述步骤S30中，一级再生反应的温度为680～720℃；和/或；在所述步骤S30中，在所述一级再生床中，所述富氧主风空气与待生催化剂形成的气固密相流化床，气体的流速范围为1.0～3.0m/s。

优选地，在所述步骤S40中，所述二级再生床的上部床层的密度小于其下部床层的密度，且所述二级再生床的密度范围为：5～200kg/m³；和/或；在所述步骤S40中，所述二级再生反应的温度为700～750℃，且所述二级再生反应的温度大于所述一级再生反应的温度；和/或；在所述步骤S40中，在所述二级再生床中，所述富氧主风空气与待生催化剂形成的气固密相流化床，气体的流速范围为0.3～1.0m/s，且所述二级再生床的下层气体的流速大于上层气体的流速。

优选地，所述催化裂化再生方法还包括步骤：

S60：将二级再生反应中的密相床中的催化剂在外取热器中冷却后返回所述一级再生床中。

优选地，在所述步骤S10中，调节氧气的流量至预设流量，调节氧气的压力至预设压力，使所述氧气的流量的波动和压力的波动均小于1％；和/或；在所述步骤S20中，所述氧气与主风空气混合时，所述氧气进入所述主风空气的初始速度为60～200m/s；和/或；在所述步骤S20中，所述富氧主风空气中的氧气浓度为24～45％。

优选地，在所述步骤S30中，富氧主风空气预热后通过主风分布器进入到一级再生床中，且所述富氧主风空气通过所述主风分布器后的初始速度为50～80m/s。

本发明的催化裂化再生系统和方法可以实现以下至少一种有益效果。

1、本发明的催化裂化再生系统通过氧气控制器调节氧气的压力和流量，并通过氧气分布器使氧气均匀分布在主风管道主风空气中，从而提高再生反应的氧分压，再通过主风分布器将富氧主风空气均匀分布到一级再生床中，从而提高了再生床中气体与固体的相对运动，加快了气固表面更新，减少了气固界面传质阻力，有效提高了烧焦速率，实现富氧主风的高烧焦强度。

2、本发明的催化裂化再生系统中的氧气分布器和主风分布器均为设有通孔，气体通过通孔后，速度加快，从而可以加快不同气体之间的混合及气固之间的传质，从而提高氧气在主风空气中混合的均匀度和提高再生器内的气固传质，提高再生床的烧焦速率和氧气的利用率。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明：

图1是本发明的催化裂化再生系统的一种具体实施例的结构示意图；

图2是图1所示的催化裂化再生系统中主风分布器的局部结构示意图；

图3是图2中所示的催化裂化再生系统中主风分布器的局部放大结构示意图；

图4是图1所示的催化裂化再生系统中氧气分布器的局部结构示意图；

图5是图4中所示的催化裂化再生系统中氧气分布器的剖视图。

附图标号说明：

主风管道1、氧气控制器2、氧气分布器3、一级再生床4、主风分布器5、波纹板51、通孔52、二级再生床6、旋风分离器7、外取热器8、催化剂循环管线9、主风预热器10、氧气管道11。

具体实施方式

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

需要说明的是，提高再生器的效率的根本是提高烧焦反应速率，而催化剂的烧焦反应为气固非均相反应，烧焦反应速率受制于本征反应速率和传质两方面。影响本征烧焦反应速率的因素主要是碳浓度，氧浓度和温度。本征烧焦反应速率用理论烧焦强度表示，实际烧焦反应速率不仅与碳浓度、氧浓度、温度相关，还受制于气固间的传质速率和气体与固体催化剂的均匀流化程度，实际烧焦反应速率用实际烧焦强度表示。

(1)本征反应

催化裂化反应中催化剂上的积碳主要由碳和少量的氢以及微量的硫、氮元素组成的高度缩合物，烧焦反应机理根据焦炭的组成分为烧碳和烧氢两种，其反应原理如下：

C+O₂→CO₂

H₂+0.5O₂→H₂O

由于烧氢反应速度几乎是烧炭速度的两倍，所以再生器烧焦反应的控制反应是烧炭反应，而影响烧炭反应速度的因素有：再生温度：温度越高，反应速率越快；氧分压(氧浓度)：氧分压越高，反应速率越快；催化剂含碳量：催化剂含碳量越高，反应速率越快。在这3个因素中，催化剂的含碳量由催化裂化的反应决定。所以要想提高烧炭反应速度，提高反应温度和氧分压是两个有效途径。

因此，本申请人提供了以下两个催化裂化再生系统和方法的具体实施例。

实施例一

如图1所示，实施例一公开了一种催化裂化再生系统，包括：主风管道1，用于输送主风空气；氧气管道11，与主风管道1连通，用于向主风管道输送氧气；氧气控制器2，位于氧气管道11上，用于调节氧气的压力和流量；氧气分布器3，设置在氧气管道11与主风管道1的连通处，用于氧气均匀分布在主风中得到富氧主风空气；一级再生床4，包括第一入口和第二入口，第一入口与主风管道1连通，第二入口用于添加待生催化剂，一级再生床用于对待生催化剂进行一级再生；主风分布器5，设置在一级再生床4中，与主风管道1的出口连通，用于将富氧主风空气均匀分布到一级再生床中；二级再生床6，与一级再生床4连通，用于对一级再生后的催化剂进行二级再生；旋风分离器7，设置在二级再生床6中，用于将二级再生后的再生催化剂分离出来；外取热器8，分别与一级再生床4和二级再生床6连通；主风预热器10，位于主风管道1上，且位于氧气分布器和主风分布器之间，用于加热富氧主风空气。

如图4所示，在本实施例中，氧气分布器3为一多孔分布管，多孔分布管上设有多个通孔，且通孔具有特定的角度和孔径。具体的，多孔分布管的通孔的口径1～3mm，其开孔角度为0～60°。如图5所示的多孔分布管，在垂直于多孔分布管的截面上，多孔分布管的开孔角度为0～60°。由于氧气通过孔径时，其速度增加，从而使氧气可以与主风空气充分混合得到均匀的富氧主风空气，这样设置可以有效提高氧气与主风空气混合的均匀度。

如图2和图3所示，在本实施例中，主风分布器5为一波纹板51，波纹板51上设有多个通孔52，且通孔52的第一端的口径的大于其第二端的口径，且所述通孔52的口径从其第一端到其第二端逐渐减小。具体的，纹板的通孔的第一端的口径150～300μm，其第二端的口径为100μm-200μm。由于通孔的口径从第一端到第二端逐渐减小，所以富氧主风空气沿着通孔第一端指向第二端的方向通过主风分布器时，其速度增加，从而使富氧主风空气可以与一级再生床中的待生催化剂充分混合，这样设置可以提高一级再生床中的气固间的相对运动，进一步提高烧焦速率。

具体的，二级再生床6包括密相床和稀相床，密相床位于二级再生床的下部，稀相床位于密相床的上方。外取热器8通过催化剂循环管线9与一级再生床4和二级再生床6的密相床连通。二级再生床中的密相床中的催化剂经过催化剂循环管线进入到外取热器中进行冷却换热以后再通入到一级再生床中再进行一级反应，这样设置可以进一步提高烧焦反应的强度。

本实施例中的催化裂化再生系统中氧气控制器调节氧气的压力和流量，从而降低其波动，再通过氧气分布器将氧气通入到主风管道中与主风混合，从而得到富氧主风空气，富氧主风空气经过主风分布器进入到一级再生床中与待生催化剂混合得到气固密相流化床，实现富氧主风空气在一级再生床内的径向均匀分布，一级再生床中完成85％以上的碳燃烧和100％的氢燃烧后，主风夹带催化剂进入二级再生床中继续进行二级再生反应，在二级再生床中再进行充分的碳燃烧从而得到再生催化剂，再生催化剂在旋风分离器的作用下被排出二级再生床。

本发明实现了催化剂在再生床内的快速流化，最大限度地降低气固传质、传热阻力，提高了烧焦反应速率，避免再生床内不同区域烧焦强度不均而引起催化剂局部过烧和氧气利用率低下，提高了再生床烧焦能力，提高了氧气利用率和降低了烟气量。

当然了，在其他具体实施例中，本发明的催化裂化再生系统中的主风分布器均可以选择管式分布器，但是管式分布器对气体的分分布效果比波纹板结构差很多；一级再生床和二级再生床中还可以设置内取热器，或者混合使用内取热器和外取热器；另外，主风分布器的波纹板上的通孔的具体尺寸可以根据实际需要进行调整，只需要使气体经过时可以得到加速即可。

实施例二

本发明还公开了一种催化裂化再生方法，包括步骤：

S10：调节氧气的流量至预设流量，调节氧气的压力至预设压力，使氧气的流量的波动和压力的波动均小于1％；；

S20：将调节后的氧气和主风空气混合得到富氧主风空气；

S30：富氧主风空气预热后通过主风分布器进入到一级再生床中，且富氧主风空气通过主风分布器后的初始速度为50～80m/s，向一级再生床中添加待生剂，富氧主风空气与待生催化剂在一级再生床中进行一级再生反应；

S40：一级再生反应后的主风空气与催化剂在二级再生床中进行二级再生反应；

S50：将二级再生后得到再生催化剂通过旋风分离器从烟气中分离出来；

S60：将二级再生反应中的密相床中的催化剂在外取热器中冷却后返回所述一级再生床中。

具体的，在步骤S20中，氧气进入主风空气的初始速度为60～200m/s，高速氧气扰动主风，在极短时间内完成氧气和主风空气的均匀混合。另外，在步骤S20中，富氧主风空气中的氧气浓度为24～45％，如果富氧浓度小于此范围，那么再生效果不明显，如果富氧浓度太高，会导致再生床温度超温，使催化剂热崩损坏。

具体的，在步骤S30中，富氧主风空气与待生催化剂形成的气固密相流化床的密度为100～300kg/m³，密度过低，再生床藏量变小，不利于高浓度富氧主风空气的充分利用，密度过高，不利于催化剂的均匀换热，容易造成局部过烧，进一步致使催化剂的热崩和损坏。并且，一级再生反应的温度为680～720℃，温度过低，反应速度慢，温度过高则会导致催化剂温度升高，产生大量水蒸汽，增加催化剂的崩坏几率。另外，在一级再生床中，富氧主风空气与待生催化剂形成的气固密相流化床，气体的流速范围为1.0～3.0m/s，气速过低，不利于气固界面的快速更新和气固界面传质，实际烧焦反应速率降低，气速过高会引起催化剂的剧烈碰撞而增加磨损。

具体的，在所述步骤S40中，二级再生床的上段为(由下至上)密度逐渐降低的稀相床，下段为密相床，且稀相床的密度小于其密相床的密度，二级再生床的密度范围为：5～200kg/m³。上部床层的密度低，这有利于减轻旋风分离的负担，减少再生催化剂损耗。另外，由于催化剂下沉，富氧主风空气与固体催化剂之间保持高速相对运动，气固界面传质阻力小，气固表面更新快，虽然氧气浓度的降低，烧焦速率有所降低，但快速的气固相对运动增加氧气向催化剂的传递速率，使催化剂更好的捕捉氧气，有利于氧气的充分利用，提高了氧利用率和烧焦速率，降低了再生剂上的定碳。

具体的，在步骤S40中二级再生反应的温度为700～750℃，且二级再生反应的温度大于一级再生反应的温度，二级再生反应温度过低，反应速度慢，温度过低，会使催化剂温度升高，产生大量水蒸汽，增加催化剂的崩坏几率。在二级再生床中，富氧主风空气与待生催化剂形成的气固密相流化床，气体的流速范围为0.3～1.0m/s，且二级再生床的下层气体的流速大于上层气体的流速。

根据实施例一中公开的催化裂化再生系统和实施例二公开的催化裂化再生方法进行了四次对比试验，四次对比试验的实验参数及结果如下表所示。

表1：四次对比试验

通过上表中的四组对比试验可以看出，与传统完全燃烧再生技术相比，本发明的催化裂化再生系统和方法的烧焦强度提高了20％以上，氧气利用率提高了至少1％以上，催化裂化装置产能提高了20％以上。

本发明的催化裂化再生系统和方法克服了现有再生技术缺陷，以富氧空气作为助燃介质，同时采用特殊结构的气体分布器，强化再生床中的气固传质，在优化的再生操作条件下，提高再生器烧焦强度和氧气利用率，降低烟气量。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。