一种提升管耦合循环流化床反应器共用再生器的装置及使用方法与流程

本发明属于石油化工技术领域，主要涉及一种提升管反应器与循环流化床反应器耦合且共用一套再生器的装置及其使用方法。

背景技术：

提升管反应器是催化裂化装置的核心设备，其结构简单，连续高效，处理量大，特别适合于反应时间较短的气-固非均相反应，如催化裂化反应，催化脱氢反应等。循环流化床反应器具有气固通量高，床层温度均匀，传质传热效率高，易于连续化和自动化等优点，适合于反应时间较长的气-固非均相反应，如氢转移反应、异构化反应、芳构化反应等。提升管反应器和循环流化床反应器均属于气-固非均流态化反应器，有着其它类型反应器难以比拟的优势，现已成为能源、化工、冶金、生物、环保等领域研究和应用最广泛的技术之一。但是，流态化反应器催化剂表面容易生焦，活性下降快，需要不断地对催化剂进行循环烧焦再生。目前，石油化工行业通用的作法是在流态化反应器与再生器之间建立催化剂循环，即将反应过程中结焦失活的待生催化剂输送到再生器中进行烧焦，恢复活性的再生催化剂循环回反应器继续使用，如此反复。

我们知道，开发一种新型流态化生产工艺，一般需要对不同类型的反应器进行试验验证，以确定最佳的反应器形式，这一过程工作量大、耗资多、周期长，影响了开发工作的进度，因此，开发多功能的耦合式流态化反应器和试验装置，符合流态化技术发展方向。目前，文献报道的提升管与流化床耦合反应器一般采用上下耦合的方式，即提升管反应器在上，流化床反应器在下，或提升管反应器在下，流化床反应器在上，利用两种反应器各自的特点，在同一工艺中完成不同类型的化学反应。如：崔刚和秦小刚等人提出的耦合反应器均是提升管反应器在上、流化床反应器在下的耦合形式（崔刚等.流化床-提升管耦合反应器内固含率的轴向分布及流动发展[j]，过程工程学报.2014，14（4）：556-561；秦小刚等.流化床-升管耦合反应器内沥青颗粒的流动特性[j]，过程工程学报.2013，13（4）：563-566）；北京石油化工研究院开发的多产异构烷烃的催化裂化工艺(mip)则是典型的提升管反应器在下、流化床反应器在上的耦合模式（许友好等.多产异构烷烃的催化裂化工艺两个反应区概念实验研究[j]，石油学报（石油加工）.2004，20（4）：1-5）。中国专利zl200720306013.7公开了一种提升管循环流化床低碳烷烃催化脱氢烯烃装置，主要通过催化脱氢和快速烧焦加热分别在不同系统进行，并通过循环耦合，形成一个反应再生循环系统；低碳烷烃催化脱氢制烯烃反应在流化床反应器中进行，催化剂快速烧焦在提升管再生加热器中进行，催化剂在流化床反应器和提升管再生加热器之间进行循环流化；这种耦合方式的优点是保证了催化脱氢反应的连续进行和热量的有效提供，碳烷烃催化脱氢制烯烃转化率高，操作简单成本低；缺点是用提升管代替了流化床再生器，烧焦能力大幅降低；因此，这种耦合形式只适用于生焦量很低的化学反应。中国专利cn1861753a公开了一种使用汽油重油偶合反应器的催化转化方法和装置，其特征在于，催化裂化装置设置了重油和汽油两个反应器，一个沉降器和一个汽提器，共用再生部分；汽油反应器的反应段由提升管蒸发、反应段与快速流化床反应段复合而成，重油反应器包括两个反应区，下方是在总量为再生剂和部分汽油反应催化剂环境进行反应的裂化区，上方为进一步补充汽油反应催化剂的第二反应区，第二反应区内设有汽油油气旋风分离器；其催化剂的循环流程为，从再生器来的再生催化剂分为两部分，分别同时进入汽油反应器和重油反应器的预提升段，从汽油反应器中将一部分(19a)反应使用过的催化剂经输送管引入重油反应器底部的预提升段内，与来自再生器的再生催化剂混合参加重油反应，从汽油反应器出口将另一部分(19b)反应使用过的催化剂引入重油反应器中部，参加重油反应，最终反应后的催化剂通过重油反应器进入沉降器分离汽提后返回再生器。其优点是改进了目的产品品质，提高了装置的总收率；缺点是反应器的结构和催化剂循环流程过于复杂，难以控制和实施，且两个反应器只能同时运行，不能独立工作，完成不同类型的化学反应。

技术实现要素：

本发明的目的是针对现有技术的缺陷，提出一种提升管耦合循环流化床反应器共用再生器的装置及使用方法，解决现有的提升管和流化床耦合反应器/装置结构和流程复杂、功能单一、各反应器不能独立操作的问题，从而达到简化耦合反应器的结构和流程、实现不同反应器独立操作、拓宽装置应用领域、节约装置投资的目的。

本发明实现上述目的所采用的技术方案是：一种提升管耦合循环流化床反应器共用再生器的装置，包括再生器、循环流化床反应器、提升管反应器、水平输送管和再生斜管，所述再生器包括再生器沉降段和再生器密相段，所述循环流化床反应器包括循环流化床沉降段和循环流化床密相段，所述提升管反应器通过水平输送管与循环流化床沉降段耦合，还包括再生剂提升斜管和待生剂提升斜管，在所述再生器的再生器密相段底部连通有再生器气/汽提段，在所述循环流化床反应器底部的循环流化床反应器密相段连通有循环流化床气/汽提段，所述提升管反应器的下部通过所述再生斜管与位于再生器气/汽提段底部的再生剂出口相连，顶部通过所述水平输送管与循环流化床反应器沉降段相连；循环流化床密相段通过再生剂提升斜管与再生器气/汽提段底部的再生剂出口相连，循环流化床气/汽提段底部的待生剂出口通过待生剂提升斜管与再生器密相段相连。

进一步，在所述水平输送管上设有阀门、再生斜管上设有阀门、待生剂提升斜管上设有阀门、再生剂提升斜管设有阀门，该四个阀门均具有调节流量和切断功能。

进一步，所述生器气/汽提段位于再生器密相段的正下部，与其上下贯通。

进一步，所述循环流化床气/汽提段位于循环流化床密相段的正下部，与其上下贯通。

进一步，在所述再生剂提升斜管与再生剂出口连接处设有再生剂提升风入口。

进一步，在所述待生剂提升斜管与待生剂出口连接处设有待生剂提升风入口。

进一步，所述的提升管耦合循环循环流化床反应器共用再生器的装置的使用方法，包括如下步骤：

（1）按循环流化床反应-再生装置进行操作

a、切断水平输送管和再生斜管上的阀门，打开再生剂提升斜管和待生剂提升斜管上的阀门；

b、再生催化剂与从循环流化床密相段下部进入的循环流化床进料进行气固流态化反应；

c、反应后的催化剂向下流入循环流化床气/汽提段，与气/汽提段下部进入的流化床气/汽提气逆向接触进行气/汽提；

d、经过气/汽提的待生催化剂从流化床气/汽提段底部的催化剂出口流出，在待生剂提升风的作用下沿待生剂提升斜管进入再生器密相段，与从再生器密相段下部进入的主风逆向接触进行烧焦再生；

e、烧焦后的再生催化剂向下流入再生器气/汽提段，与从再生器气/汽提段下部进入的气/汽提气逆向接触气/汽提后，从再生器气/汽提段底部的出口流出，在再生剂提升风的作用下沿再生剂提升斜管进入循环流化床反应器密相段。

（2）按提升管反应-再生装置进行操作

a、切断再生剂提升斜管上的阀门，打开水平输送管、再生斜管和待生剂提升斜管上的阀门；

b、从再生器气/汽提段底部催化剂出口流出的再生催化剂，沿再生斜管流入提升管反应器下部，与从提升管反应器底部进入的提升管进料进行接触，以流化态并流向上到达提升管反应器顶部后，沿水平输送管进入循环流化床沉降段进行气固分离；

c、气相从循环流化床反应器顶部离开，进入产物回收分离系统；

d、分离出的催化剂向下流经循环流化床密相段，进入循环流化床反应器气/汽提段中，与从该段下部进入的循环流化床气/汽提气逆向接触进行气/汽提；

e、经过气/汽提的待生催化剂从流化床气提段底部的催化剂出口流出，在待生剂提升风的作用下沿待生剂提升斜管进入再生器密相段，与从再生器密相段下部进入的主风逆向接触进行烧焦再生；

f、烧焦后的再生催化剂向下流入再生器气/汽提段，与从再生器气/汽提段下部进入的气/汽提气逆向接触气/汽提后，从再器气/汽提段底部的出口流出，沿再生斜管流向提升管反应器。

进一步，所述的提升风为水蒸汽、空气、氮气或氢气。

进一步，所述的气/汽提气为水蒸汽、氮气或氦气。

本发明的优点在于：所述的装置简化了循环流化床反应器和提升管反应器的结构和耦合形式，可以利用循环流化床反应器的沉降器实现提升管反应器的反应产物与固体催化剂分离；循环流化床反应器和提升管反应器可以独立地工作，分别完成不同类型的化学反应，拓宽了装置的适用范围；在循环流化床反应器和再生器密相段的下部均设置了气/汽提段，可以分别对待生催化剂和再生催化剂进行气/汽提，以满足部分反应要求催化剂不能携带氧气或水蒸汽的特殊要求，提高装置的适用性；简化了催化剂循环流程，省去了一根催化剂输送管，提高了装置运行的稳定性和可靠性。

附图说明

图1为本发明所述的装置示意图。

图中，1、再生器；2、循环流化床反应器；3、提升管反应器；4、再生斜管；5、再生剂提升斜管；6、待生剂提升斜管；7、水平输送管；v1～v4、阀门；f1、循环流化床进料；f2、提升管进料；f3、主风；f4、再生剂气/汽提气；f5、循环流化床气/汽提气；f6、待生剂提升风；f7、再生剂提升风；f8、再生烟气；f9、反应产物；1-1、再生器沉降段；1-2、再生器密相段；1-3、再生器气/汽提段；2-1、循环流化床沉降段；2-2、循环流化床密相段；2-3、循环流化床气/汽提段。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加明晰，以下结合附图及实施例对本发明作进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

除了在再生器和循环流化床反应器的密相段底部设置了气/汽提段外，所述的再生器和循环流化床反应器的其它部分，以及所述的阀门和提升管反应器均采用本领域公知形式，不再赘述。

在下文叙述中，待生催化剂与待生剂的含义是一致；再生催化剂与再生剂的含义是一致的。

如图1所示，本发明所述的提升管耦合循环流化床反应器共用再生器的装置，主要由再生器1、循环流化床反应器2、提升管反应器3、再生斜管4、再生剂提升斜管5、待生剂提升斜管6、水平输送管7和阀门v1～v4组成。

所述再生器1自上而下依次为再生器沉降段1-1、再生器密相段1-2和再生器气/汽提段1-3，且三段之间是相互贯通的。再生器的作用有二：一是对结焦失活的催化剂进行烧焦再生，恢复催化剂的活性；二是对再生后的催化剂进行气/汽提，将催化剂空隙和孔道内夹带的氧气或水蒸汽置换干净，以满足部分反应对氧含量和水含量的特殊要求；气/汽提气可以根据工艺需要选择水蒸汽、氮气或氦气。所述再生器顶部设有再生烟气f8出口，催化剂烧焦过程产生的烟气由此排出。再生器密相段1-2下部设有主风f3（即用于烧焦的空气）入口，用于向再生器内提供烧焦用空气并作用催化剂的流化介质；再生器密相段1-2还设有待生催化剂入口，从循环流化床反应器2底部送来的待生催化剂由此进入再生器密相段1-2，与主风逆向接触进行烧焦。再生器气/汽提段1-3设置在密相段的正下部，与密相段耦合在一起，并与之相通，以便再生后的催化剂直接从再生器密相段流入气/汽提段，如此设置可以简化再生器结构和催化剂流程、节约投资、提高装置再生器的运行稳定性和适用性；再生器气/汽提段下部设有气/汽提气入口，向再生后的催化剂提供气/汽提用惰性气体，包括水蒸汽、氮气和氦气。如果对再生剂无特殊要求，则再生催化剂无需气/汽提。再生器气/汽提段1-3底部设有再生剂出口，该出口可以通过再生剂提升斜管5和再生斜管4分别与循环流化床反应器2的密相段2-2和提升管反应器3的下部相连，分别向循环流化床反应器2和提升管反应器3提供再生催化剂。再生剂提升斜管5设有阀门v4，用以切断或调整从再生器1输往密相床反应器2的再生催化剂循环量；再生剂提升斜管5最下端设有再生剂提升风f7入口，能够将再生催化剂以流化状态输送到循环流化床密相段2-2中；再生斜管4上设有阀门v2，用以切断或调整再生器1输送到提升管反应器3的再生催化剂循环量，再生催化剂在再生斜管4中以密实堆积的方式滑流到提升管反应器3的下部。

循环流化床反应器2自上而下依次为循环流化床沉降段2-1、循环流化床密相段2-2和循环流化床气/汽提段2-3，且三段之间相互贯通。循环流化床密相段2-2是原料与催化剂接触反应的场所；其中设有再生催化剂入口，通过再生剂提升斜管5与再生器2相连，再生后的催化剂不断通过再生剂提升斜管5进入循环流化床密相段2-2；循环流化床密相段2-2的下部设有反应原料进口，向其中提供催化反应所需要的原料。循环流化床沉降段2-1是反应产物与固体催化剂分离场所，其顶部设有反应产物出口，从循环流化床密相段2-2上升的气/汽提气与反应产物携带少量的催化剂，在此进行气固分离，反应产物从循环流化床沉降段2-1顶部流出，固体催化剂向下落入循环流化床密相段2-2中。循环流化床气/汽提段2-3是已参与反应的催化剂的气/汽提场所，设置在循环流化床密相段2-2的正下方并与其上下贯通，循环流化床密相段2-2中已参与反应的催化剂可以直接向下流入循环流化床气/汽提段2-3中，简化了催化剂的流动路径，保证了催化剂流动的稳定性；循环流化床气/汽提段2-3的下部设有气/汽提气入口，气/汽提气与反应后的催化剂逆向接触进行气/汽提气，所述的气/汽提气为水蒸汽、氮气或氦气；气/汽提后的催化剂（即待生催化剂）通过待生剂提升斜管6输送到再生器密相段1-2中进行烧焦再生；在待生剂提升斜管6上设有阀门v3，用以切断或调整从循环流化床反应器2底部送往再生器密相段1-2的待生催化剂循环量；待生剂提升斜管6最下端设有待生剂提升风f6入口，能够将待生催化剂以流化状态输送到再生器密相段1-2中。

提升管反应器3通过水平输送管7与循环流化床沉降段2-1耦合在一起，水平输送管7的作用是将来自提升管反应器3的催化剂与反应产物的混合物引入循环流化床沉降段2-1中，并在其中进行催化剂和反应产物分离，省去了提升管反应器的沉降段和气/汽提段，简化了装置流程和结构，节约了装置投资。水平输送管7设置了阀门v1，用于隔离提升管反应器3和循环流化床反应器2。提升管反应器3的下部设有再生催化剂入口，通过再生斜管4与再生器2底部的再生剂出口相连，不断向提升管反应器3的下部提供再生催化剂。

本发明装置的具体实施流程如下：

实施例1：

该实施例为循环流化床过程反应-再生的实施流程。

打开阀门v3和v4，关闭阀门v1和v2，将提升管反应器3与系统隔离，由循环流化床反应器2、再生器1、待生剂提升斜管6和再生剂提升斜管5构成循环流化床反应-再生装置。

循环流化床进料f1从位于循环流化床密相段2-2下部的进料口进入循环流化床密相段，与其中的催化剂接触反应，并使催化剂呈现流化状态；气相产物携带少量催化剂向上进入循环流化床沉降段2-1，进行气固分离；气相（即反应产物f9）从循环流化床沉降段顶部流出，进入产物回收分离系统；反应后的催化剂向下流入循环流化床反应器气/汽提段2-3中，与该段下部进入的循环流化床气/汽提气f5逆向接触进行气提，气/汽提出的反应产物与气/汽提气一起向上穿过循环流化床密相段2-2进入循环流化床沉降段2-1，与反应产物合并后从反应器沉降段顶部离开反应器；气/汽提后的待生催化剂在待生剂提升风f6的作用下，沿待生剂提升斜管6进入再生器密相段1-2中，待生剂的循环量由阀门v3的开度来控制。

进入再生器密相段1-2的待生剂，与再生器密相段下部进入的主风f3逆向接触，并在f3的作用下呈流化状态进行烧焦，烧焦烟气携带少量催化剂向上进入再生器沉降段1-1中，气固分离后，烧焦烟气f8从再生器沉降段顶部出装置，分离出的催化剂重新返回再生器密相段1-2中；经过烧焦的再生催化剂向下流入再生器气/汽提段1-3，与该段下部进入的再生气/汽提气f4逆向接触进行气/汽提。气/汽提后的再生催化剂在再生剂提升风f7的作用下，沿再生剂提升斜管5重新返回循环流化床反应器的密相段2-2中，再生催化剂的循环量可以通过v4的开度来控制。

至此，完成了循环流化床试验从反应到再生的全过程。

实施例2：

该实施例为提升管过程反应-再生的实施流程。

打开阀门v1、v2和v3，关闭阀门v4，由提升管反应器3、循环流化床反应器2、再生器1、再生斜管4和待生剂提升斜管6构成提升管反应-再生装置。

从再生器1底部流出的再生催化剂，经阀门v2控制流量后，沿再生斜管4进入提升管反应器3的下部，提升管进料f2从提升管反应器底部以雾状或气相形式进入提升管反应器3中，与催化剂接触反应，反应气体与催化剂呈流化状态并流向上到达提升管反应器顶部后，沿水平输送管7进入循环流化床沉降段2-1，进行气固分离；气相（即反应产物f9）从循环流化床反应器顶部离开，进入产物回收分离系统；分离出的催化剂向下流经循环流化床密相段2-2，进入循环流化床反应器气/汽提段2-3中，与该段下部进入的循环流化床气/汽提气f5逆向接触进行气/汽提，气/汽提出的产物与气/汽提气一起向上进入循环流化床沉降段2-1；与反应产物合并后从循环流化床反应器顶部流出；气/汽提后的待生催化剂在待生剂提升风f6的作用下沿待生剂提升斜管6进入再生器密相段1-2中，待生剂的循环量由阀门v3的开度来控制。

进入再生器密相段1-2的待生剂，与再生器密相段下部进入的主风f3逆向接触进行流化烧焦，烧焦烟气携带少量催化剂向上进入再生器沉降段1-1中，气固分离后，烧焦烟气f8从再生器顶部出装置，分离出的催化剂重新返回再生器密相段1-2中；经过烧焦的再生催化剂向下流入再生器气/汽提段1-3，与该段下部进入的再生气/汽提气f4逆向接触进行气/汽提。气/汽提后的再生催化剂沿再生斜管4重新返回提升管反应器下部。

至此，完成了提升管试验从反应到再生的全过程。