专利名称：一种套管式催化裂化反应器的制作方法
技术领域：
本实用新型属于石油烃的催化裂化设备，更具体地说，是一种套管式的催化裂化反应器。
最初的催化裂化反应器型式为固定床反应器，主要将蜡油转化为高辛烷值汽油和低碳烃类。后来逐渐发展为移动床反应器、流化床反应器以及提升管反应器。在50～60时年代，催化裂化过程所采用的催化剂为无定形硅铝，其活性非常低，需要较长的反应时间(如10-60秒)才能达到可以接受的转化率水平。如果使用直管式反应器，反应器会不切实际的长，因此，需要使用折叠式提升管反应器，以克服高度的限制。为了增加反应时间，有些折叠式提升管反应器改进为直径扩大的反应器；还有一些反应器改进为密相的流化床反应器。六十年代中期以前，大多数催化裂化装置都采用密相流化床裂化反应器。
六十年代中期以后，随着分子筛的出现，催化裂化催化剂的活性比无定型硅铝催化剂提高了几个数量级，催化裂化过程普遍采用直立的管状反应器，油气在该反应器中的停留时间为1-10秒，转化率高达85v％。
现在，绝大多数的FCC装置都采用提升管反应器。有些装置为了达到提高转化深度、增产低碳烯烃或者是降低汽油烯烃含量等目的，在提升管反应器的下游设置密相流化床反应器。为了克服提升管反应器的轴向滑落，同时进一步缩短反应时间，部分催化裂化装置采用了下行管式反应器。
具有代表性的催化裂化反应器主要有以下几种密相床裂化反应器原料油和再生催化剂通过很短的一段提升管，进入密相床反应器，提升管的出口一般有比提升管直径大的分离器隔栅。密相床反应器也有一段提升管，但提升管的主要作用是将催化剂和原料油输送到床层反应器。如美国UOP公司开发的“快速冷却”反应器就是其中的一种。该反应器是UOP多种FCC反应器的一种，装置是垂直设计，反应器位于再生器上部。
正流式反应器为美国KELLOGG公司开发，即设计一个低位再生器和一个带内汽提段的高位反应器，催化剂通过内部的立管和提升管流动到反应器中。此后，KELLOGG公司又开发了正流C型结构，第一次提出采用两根提升管，将新鲜原料油和回炼油分别在不同的提升管内进行选择性的裂化反应。此外，正流F型及超正流型，都是采用提升管反应器，只是有些采用多喷嘴进料，有些采用快分结构设计等。
IV型流化催化裂化为美国EXXON公司设计，其主要特点是催化剂循环主要靠U型管密相输送，是典型的流化床密相反应器。
灵活催化裂化反应器为美国EXXON公司设计，其反应器型式有两种提升管加密相床和全提升管。提升管加密相床的主要特点是在提升管顶部有一个可变的密相床层，可调节床层空速，以便控制原料的转化率和裂化产品的分布，空速可在15～50h-1的较大范围内变化。对于全提升管反应器，全部反应过程都在提升管中进行，其空速可高达60h-1。
下行管反应器USP4985136、NPRA96-27等介绍了MSCC专利技术及其工业应用。催化剂向下流动，进料垂直穿过催化剂的“帘子”，反应产物和催化剂水平通过反应区，实现气固快速分离。下行管反应器具有反应空间小、气固分离效果好的特点，因此，该工艺可减少二次反应，提高目的产物的选择性。USP5462652介绍的超短接触FCC，其反应器是原料油水平通过下落的催化剂形成的“幕布”，同时将部分汽提后但又没有烧焦再生的带炭剂与完全再生的催化剂混合返回到催化剂混合器，以增加反应的剂油比。
双提升管反应器一种采用两根提升管对不同性质的原料油进行选择性裂化的催化裂化方法，有关这方面的专利文献很多，如USP3617496、USP5009769、USP5565179、USP3993556、USP3928172、USP3784463和USP5944982等等。USP3894933披露了一种共用一个沉降器的双提升管反应器。轻循环油注入第一提升管反应器，与再生催化剂接触，并控制转化率小于30％；对来自第一提升管的反应后的催化剂进行汽提，汽提后的催化剂进入第二提升管与新鲜原料油及重循环油接触。由于来自第一提升管的催化剂已沉积了少量焦炭，因此，第二提升管的转化率可以得到控制，使柴油馏分的收率得到提高。USP5009769也是采用双提升管反应器裂化不同性质的烃类原料。蜡油和渣油注入第一根提升管，在剂油比为5～10、停留时间为1～4秒的条件下裂化；直馏汽油、直馏中间馏分油和催化重汽油注入第二根提升管，在剂油比3～12、停留时间1～5秒的条件下裂化。两根提升管的末端进入同一个沉降器中，且共用后续分馏系统。这种反应型式主要用于生产高芳烃高辛烷值汽油及低碳烃类。USP5944982使用双提升管反应器，第一个提升管裂化烃类进料，第二根提升管裂化催化装置的轻质馏分。烃类进料与再生剂在第一根提升管中裂化，裂化产品和催化剂在第一个旋分系统中分离，裂化产品分馏得到轻、重两种馏分油，轻馏分(主要是汽油)经加氢后注入第二根提升管中再次进行反应，油气和催化剂在第二个旋分系统中分离。
CN1069054A提出了灵活多效烃类催化裂化方法，采用两根独立的提升管和两个相应的沉降器，使用同一种催化剂，使轻质石油烃和重质石油烃在不同的反应条件下进行反应，在第一根提升管反应器中，轻质烃类与再生器来的热催化剂在600～700℃、剂油比10～40、停留时间为2～20秒、催化剂碳含量为0.1～0.4重％的条件下进行反应，以增产气体烯烃，提高汽油辛烷值，脱除硫氮等杂质，改善汽油安定性，提供还原气氛，对催化剂上的重金属污染物进行钝化，为催化剂循环到第二根提升管中进行重质烃类的催化裂化反应提供有利条件。重质烃类在常规提升管催化裂化反应条件下进行反应。该方法既可增产低碳烯烃，又可在一定程度上钝化沉积在催化剂上的金属污染物。CN1029407A等也提出了双提升管反应器的装置构型，其中一根提升管用于裂化包括催化粗汽油在内的低品质汽油。其目的是使低品质汽油在高温、大剂油比的条件下进行反应，以提高液化气产率和汽油辛烷值。
串联提升管反应器CN2214222Y提出了一种具有上下行反应管的两段催化裂化反应器，该反应器具有两个U型反应器和两个气固分离器，它可在第一个U型反应器反应之后，分离出已结焦的催化剂，同时向下一个反应器通入新的再生催化剂，油气则连续流动，这样，油气在两个反应器中都能接触到具有较高活性的再生催化剂。“两段提升管催化裂化新技术的开发—两段串联提升管反应器”(《石油学报-石油加工》2000.5.P66)文章中介绍，两段串联提升管反应器是将两个提升管反应器连接在一起，原料油注入第一提升管底部，与来自再生器的再生剂接触反应。第一提升管出口连接一个旋分，将失活的催化剂分离出去，油气进入第二个提升管，与来自再生器的另一股再生剂接触，进行“接力反应”。该反应器可明显提高转化深度。
在催化裂化反应、再生过程中，将待生催化剂不经再生直接返回反应器循环使用的报道也很多，如USP3679576、USP3888762、USP5597537等。USP5597537将来自反应器的待生剂和来自再生器的再生剂在设置于提升管反应器底部的混合腔中混合，然后与原料油接触、反应，其混合腔同时起到热催化剂汽提器的作用。待生剂和再生剂的混合不仅可适当降低再生剂的温度、减少热裂化反应对产品分布所造成的不良影响，还可以提高总剂油比，改善剂油初始接触状态，为原料油的裂化创造良好的反应环境。
本实用新型提供的套管式催化裂化反应器主要包括以下构件再生剂入口管1、内管2、外管3、汇合管4、预提升分布环5、6和7以及进料喷嘴8和9；其中，内管2与外管3同轴，且内管管心横截面积与内外管环隙横截面积的比值为1∶0.1～10；内管2的下端位于再生剂入口上方，内管长度占该反应器总长度的10～70％；汇合管4的一端与外管3上端相连，而另一端与气固分离设备相连，汇合管4与内管2的横截面积之比为1∶0.2～0.8；预提升分布环5、6和7分别位于该反应器、内管及外管的底部。
与现有技术相比，本实用新型的有益效果主要体现在以下几个方面1.由于本实用新型的内、外管同轴设置，内、外管中的物流汇合时对物流原有的流动状态影响较小，不会产生剧烈的返混，有利于改善产品选择性。
2.本实用新型利用内、外管及其底部的预提升介质的作用，使部分再生剂进入内管，而其余部分的再生剂进入外管，从而形成两个相对独立的反应区。这种设计可节省设备投资、简化操作流程。
3.在本实用新型中，来自内、外管的物流汇合后进入汇合管。在汇合管中物流继续反应一段时间后进入同一个沉降分离系统，且该沉降分离系统可采用最为新型的气固快速分离设备。
4.本实用新型可同时进行处理不同性质的烃油原料，并采用较为适宜的操作参数，从而实现不同原料的选择性裂化反应，为灵活变换生产方案、提高产品质量创造了有利条件。
5.在本实用新型中，当外管的烃油原料进料量较小或不进料时，外管中的高温高活性催化剂流到汇合管后，对内管的反应油气进行“接力裂化”，同时汇合管出口温度与内管油剂初始接触温度的温差减小，二者都有利于改善产品选择性。
图2是本实用新型内、外管与汇合管连接部位的结构示意图。
图3是本实用新型内、外管进料喷嘴的设置方式示意图。
下面详细说明本实用新型所提供的反应器的结构。
在本实用新型所提供的套管式反应器中，内管与外管同轴设置，内管管心横截面积与内外管环隙横截面积的比值为1∶0.1～10，优选1∶0.2～2。内管的下端位于催化剂预提升段上方，内管的长度占该反应器总长度的10～70％，优选20～60％。内、外管之间可以根据反应器的具体尺寸以及工程上的需要设置多排固定构件10，例如，可设置2～12排拉筋或拉杆。
在本实用新型所提供的套管式反应器中，内管的上端，即内管出口端至汇合管出口端的距离(即汇合管的总长度)为1～30米，优选2～20米。内、外管与汇合管连接部位可以根据需要选用不同的型式。图2列举了四种实施方式，但本实用新型并不仅仅局限于此。
如图2所示，在实施方式A中，内管的上端为直管状，外管也为直管状，且汇合管与外管的内径相等。内管内径为D1，汇合管内径为D2，D2∶D1＝0.4～0.9∶1。
如图2所示，在实施方式B中，内管的上部出口段扩径，外管为直管，且汇合管与外管的内径相等。内管内径为D1，汇合管内径为D2。内管上部出口段的高度H1与内管内径D1的比值为0.5～3∶1。内管上部出口段的扩张角a为5～30°。
如图2所示，在实施方式C中，内管的上部出口段扩径，而外管缩径后与汇合管相连。内管内径为D1，汇合管内径为D2。内管上部出口段的高度H2与内管内径D1的比值为0.5～3∶1。内管上部出口段的扩张角b为5～30°。外管的缩径段位于内管出口上方1.0D2处至内管出口下方1.0D2处之间，收缩角c为10～60°，外管的缩径段的高度H3与汇合管内径D2之比为0.5～3.0∶1。
如图2所示，在实施方式D中，内管上端为直管状，而外管缩径后与汇合管相连。内管内径为D1，汇合管内径为D2。外管的缩径段位于内管出口上方1.0D2处至内管出口下方1.0D2处之间，收缩角d为5～45°，外管的缩径段的高度H4与汇合管内径D2之比为0.5～3.0∶1。
在本实用新型所提供的套管式反应器中，内管的下端可采用扩径、等径和缩径三种设计，内管下部入口段的高度H5与内管内径D1的比值为0.5～3∶1，其扩张角e为-30～30°。外管的下端也可以采用扩径、等径和缩径三种设计，其具体的设计方案与常规催化裂化提升管反应器的预提升段的设计相同。
在本实用新型所提供的套管式反应器中，进料喷嘴8可设置在内管下部5～30％处(占内管总长度的比例)；也可以沿垂直方向在内管上设置2～4层进料喷嘴；或者如图3所示，使其沿反应器中心轴线穿过外管下部、进入内管0.1～3.0米。进料喷嘴9设置在外管下部5～30％处(占外管总长度的比例)；也可以沿垂直方向在外管上设置2～4层进料喷嘴。进料喷嘴8和9可以选用任何型式的有利于烃油均匀分散的进料喷嘴。进料喷嘴8或9都可以由2～12个进料喷嘴组成，进料喷嘴应沿圆周方向均匀分布。汇合管上可设置急冷介质喷嘴，为急冷介质的注入创造条件。总之，本实用新型提供的套管式反应器的进料方式比较灵活，内、外管均可实施分段进料。
本实用新型所提供的套管式反应器的工作方式如下如
图1所示，来自再生器的高温再生剂经再生剂入口管1进入该反应器的底部，预提升介质，例如干气和/或蒸汽，经预提升分布环5注入该反应器中，使再生剂转向并加速向上流动。在内管入口处，借助于由预提升分布器6注入的预提升介质的作用，部分再生剂进入内管，并继续加速向上流动。而其余部分的再生器进入内管与外管之间的环形反应空间，在由预提升分布器7注入的预提升介质的作用下，继续加速向上流动。预热后的烃油原料经进料喷嘴8和9分别注入该反应器的内管和内管与外管之间的环形空间中，与再生剂接触、反应，反应物流沿器壁继续向上流动。上述两股反应物流在汇合管的入口处汇合，并经汇合管进入气固快速分离设备中，使反应油气与反应后积炭的催化剂相分离。油气送入后续分离系统，进一步分离为各种产品。而积炭的催化剂经水蒸汽汽提后，送入再生器烧焦再生。再生后的催化剂经再生剂入口管返回该反应器循环使用。
权利要求1.一种套管式催化裂化反应器，其特征在于该反应器主要包括以下构件再生剂入口管1、内管2、外管3、汇合管4、预提升分布环5、6和7以及进料喷嘴8和9；其中，内管2与外管3同轴，且内管管心横截面积与内外管环隙横截面积的比值为1∶0.1～10；内管2的下端位于再生剂入口上方，内管长度占该反应器总长度的10～70％；汇合管4的一端与外管3上端相连，而另一端与气固分离设备相连，汇合管4与内管2的横截面积之比为1∶0.2～0.8；预提升分布环5、6和7分别位于该反应器、内管及外管的底部。
2.按照权利要求1的反应器，其特征在于所述的内管管心横截面积与内外管环隙横截面积的比值为1∶0.2～2。
3.按照权利要求1的反应器，其特征在于所述的内管长度占该反应器总长度的20～60％。
4.按照权利要求1的反应器，其特征在于所述的内管出口端至汇合管出口端的距离为1～30米。
5.按照权利要求4的反应器，其特征在于所述的内管出口端至汇合管出口端的距离为2～20米。
6.按照权利要求1的反应器，其特征在于所述内管的上端和外管均为直管状，汇合管与外管的内径相等。
7.按照权利要求1的反应器，其特征在于所述的内管的上部出口段扩径，外管为直管，且汇合管与外管的内径相等。
8.按照权利要求1的反应器，其特征在于所述内管的上部出口段扩径，而外管缩径后与汇合管相连。
9.按照权利要求1的反应器，其特征在于所述的内管上端为直管状，而外管缩径后与汇合管相连。
10.按照权利要求1的反应器，其特征在于所述的内管的下端和外管的下端均可采用扩径、等径和缩径三种设计。
11.按照权利要求1的反应器，其特征在于所述的进料喷嘴8可设置在内管下部5～30％处；也可以沿垂直方向在内管上设置2～4层进料喷嘴；或者沿反应器中心轴线穿过外管下部、进入内管0.1～3.0米。
12.按照权利要求1的反应器，其特征在于所述的进料喷嘴9设置在外管下部5～30％处；也可以沿垂直方向在外管上设置2～4层进料喷嘴。
13.按照权利要求1的反应器，其特征在于所述的进料喷嘴8或9由2～12个进料喷嘴组成，且进料喷嘴沿管壁切线方向设置，并沿圆周方向均匀分布。
14.按照权利要求1的反应器，其特征在于所述的内、外管之间设置2～12排拉筋或拉杆。
15.按照权利要求1的反应器，其特征在于所述的汇合管上设置急冷介质喷嘴。
专利摘要一种套管式催化裂化反应器主要包括以下构件:再生剂入口管1、内管2、外管3、汇合管4、预提升分布环5、6和7以及进料喷嘴8和9;其中,内管2与外管3同轴,且内管管心横截面积与内外管环隙横截面积的比值为1∶01～10;内管2的下端位于再生剂入口上方,内管长度占该反应器总长度的10～70%;汇合管4的一端与外管3上端相连,而另一端与气固分离设备相连,汇合管4与内管2的横截面积之比为1∶0.2～0.8;预提升分布环5、6和7分别位于该反应器、内管及外管的底部。该反应器可使不同性质的烃油原料在其适宜的条件下进行反应,从而改善产品分布和产品性质。
文档编号C10G11/00GK2498160SQ01258820
公开日2002年7月3日 申请日期2001年8月29日 优先权日2001年8月29日
发明者张瑞驰, 吴治国 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