专利名称：并列式内嵌提升管循环反应-再生装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种并列式内嵌提升管循环反应-再生装置。
背景技术：
乙烯、丙烯是重要的基本有机合成原料，近年来，受下游衍生物需求的驱动，全球 乙烯、丙烯的市场需求持续增长。目前，乙烯、丙烯的生产主要依赖蒸汽热裂解。约90%的 乙烯和61 %的丙烯来自蒸汽热裂解过程，该工艺虽然已在全球范围内得到广泛应用，但仍 存在不尽人意之处，尤其是反应需要高温(800 100(TC )，能耗大，低附加值的干气收率 高。如果引入催化剂，采用催化裂解的方法，则可使反应温度降低50 200°C，减少能耗和 干气的生成，并提高丙烯选择性，所以目前不少研究者都致力于催化裂解制乙烯、丙烯的研催化裂解制乙烯、丙烯的原料可分为两大类重油和轻烃/轻油。轻烃、轻油由于 氢含量高于重油，乙烯、丙烯的选择性高，更适合作为乙烯、丙烯的裂解原料。然而，轻烃、 轻油的碳数低，难裂解，反应需要比较高的温度，一般高于550°C。该反应过程可采用固定 床反应器和循环流化床反应器。对于固定床反应器，工艺流程比较简单，但对催化剂稳定 性和抗结焦性能的要求高；而轻烃、轻油的碳链短，将其裂解为乙烯、丙烯所需的催化活性 高，所以催化剂在提高活性和抑制焦炭方面存在较难调和的矛盾，这也就成为制约固定床 工艺发展的瓶颈。对于循环流化床反应器，可以实现催化剂的连续反应再生，不必考虑催化 剂抑制结焦的性能，催化剂活性可大幅提高，利于促进催化反应，提高低碳烯烃选择性，抑 制干气。该技术可借鉴传统重油流化催化剂裂化的工艺模式，即反应-再生系统包括一个 提升管反应器、再生器、沉降器；沉降器下部为汽提段；沉降器位于再生器之上，汽提段位 于再生器内部，下端和待生催化剂输送管相连，待生催化剂输送管在再生器的催化剂床层 中，沉降器、汽提段和再生器同轴排布；再生器下部通过再生斜管与提升管反应器的下部相 连；提升管反应器的上部与沉降器内的气固快速分离器相连；沉降器、再生器和提升管反 应器相互独立，呈并列排布。然而，由于轻烃、轻油的氢含量较高，虽然高温反应但生焦量较 少，而循环流化床工艺中反应所需热量由再生器烧去催化剂反应时生成的焦碳而提供，如 果生较量少，再生器烧焦产生的热量不足，难以保证裂解所需的高温。因此，轻烃、轻油催 化裂解制乙烯、丙烯的循环流化床工艺在高温反应和生焦量少、热量供给不足这方面存在 矛盾。为解决这一问题，有些技术将轻烃、轻油催化裂解和重油催化裂化耦合在一起，采用 两根提升管反应器分别裂解轻烃/轻油和重油，共用一个再生器，相关专利有W099/57230、 US2002/01899732002、ZL03126213. 9等。由于重油催化裂解结焦剂的焦炭含量高，重油结 焦剂再生产生的热量可以供给轻烃/轻油催化裂解和重油催化裂化共同所需热量。然而两 个反应过程共用一种催化剂，该催化剂如何兼顾两个反应过程的要求又成为一个难题。另 外，现行的重油流化催化裂化提升管装置，提升管反应器和再生斜管自身的散热不可忽视， 若反应温度更高，则散热量加大，这部分热量对于热量供给难以保证的轻油催化裂化而言， 更加弥足珍贵。
发明内容
本发明为解决轻烃、轻油催化裂解过程中，采用提升管反应器进行循环反应再生 时，难以实现高温反应的技术问题，提供一种新的并列式内嵌提升管反应-再生装置。该方 法用于轻烃、轻油的高温催化裂解制乙烯、丙烯过程，具有乙烯、丙烯收率高，经济性好的优点ο为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案如下一种并列式内嵌提升管循环 反应-再生装置，主要包括内嵌提升管反应器1、再生器2、沉降器3 ；沉降器3内部设有气 固旋风分离器8和气固快速分离器20，顶部开有产品出口 12，下部为汽提段4，汽提段4位 于再生器2内部，经待生催化剂输送管18和再生器2相连；再生器2内部设有气固旋风分 离器19，上部开有烟气出口 16，下部通过再生斜管5与内嵌式提升管反应器1的下部相连； 内嵌式提升管反应器1的上部出口与沉降器3内的气固快速分离器20相连，中部为主反应 区，设在再生器2内部，下部位于再生器2外部，并设有至少一个进料喷嘴11 ；沉降器3、汽 提段4和内嵌提升管反应器1相互并列。上述技术方案中，内嵌提升管反应器1可为2 3根；各内嵌提升管反应器1的主 反应区可以变径，位于再生器2下部催化剂密集的密相区部分的管径小，位于再生器2上部 催化剂密度低的稀相区部分的管径大，从而形成两个反应区，适合再生器密相区和稀相区 温差较大的情况，以减少提升管不同部位温度差异过大而引起的变形，管径比优选范围为 0. 5 0. 9 ；各内嵌提升管反应器1的进料喷嘴10优选方案为设置至少2个，分别进不同性 质的轻烃、轻油或回炼未反应的轻烃、轻油；再生器2的密相区设有燃料油气喷嘴15，可喷 燃料油气来提高再生器温度；沉降器3内的气固旋风分离器8和再生器2内的气固旋风分 离器19均为1 3级。各内嵌提升管反应器1的平均反应温度为570 680°C，反应压力为0. 1 0. 35MPa，剂油比为6 40 (重量比)，反应器内催化剂密度为50 400千克/米3，油气进 入反应器处线速度为0. 5 13米/秒；再生器2温度为650 750°C。轻烃、轻油原料优 选混合C4气体、石脑油、FCC汽油、轻柴油或加氢尾油。催化剂选自至少一种孔径为0. 4 0. 65纳米的硅铝、铝磷、硅磷铝分子筛或复合 分子筛，载体为适宜的多孔性基体材料混合物，多孔基体材料包括高岭土、氧化铝、氧化硅、 氧化镁、氧化锆、氧化钍、氧化铍等，其本身具有酸性，有一定催化性能，基体也可以是共凝 胶形式。本发明所述的产物收率定义为单位时间生成的乙烯、丙烯质量除以原料量，转化 率定义为(100-未转化的原料)/100X100%。停留时间为提升管反应器体积除以油气对数 平均体积流量，其中油气对数平均体积流量为提升管出口和入口油气体积流量之差除以油 气出口和入口平均体积流量之商的对数。剂油比(C/0)为催化剂循环量(吨/小时)与总 进料量(吨/小时)之比。本发明从提供额外热量和减少热损失的角度来解决上述问题，提出将提升管反应 器置于再生器内部，并引入燃料油气线，既利用再生器内部的高温氛围提供反应所需热量， 又减少提升管反应器的热量损失，从而实现轻烃、轻油高温催化裂解制乙烯、丙烯。采用本 发明的技术方案可保证提升管内平均反应温度达到570 680°C。在以轻石脑油为原料，采用ZSM-5分子筛催化剂，反应温度为670°C，剂油比为37时，单程转化率为64%，乙烯收率 为17. 68%，丙烯收率为23. 03%,取得了较好的技术效果。
图1为本发明所述反应-再生装置的结构示意图。图1中，1为内嵌提升管反应器；2为再生器；3为沉降器；4为汽提段；5为再生斜 管；6为再生滑阀；7为待生塞阀；8为沉降器内旋风分离器；9为空气分布器；10为喷嘴；11 为轻烃、轻油原料；12为裂解气；13为提升介质；14为再生空气；15为燃料油气喷嘴；16为 烟气出口 ；18为待生催化剂输送管；19为再生器内旋风分离器；20为气固快速分离器。轻烃、轻油原料11经进料喷嘴10进入内嵌提升管反应器2中，与再生催化剂接 触，反应生成含有低碳烯烃的产品，携带待生催化剂经过气固快速分离器20进入沉降器3 ； 旋风分离器8分离出来的大部分催化剂进入沉降器3，而气相产品以及部分未被旋风分离 器8分离的催化剂进入下一级旋风分离器进行再次分离，气相产品12经出口管线进入后续 的分离工段；沉降器3内待生催化剂经过汽提段4汽提后经待生催化剂输送管18和待生塞 阀7，进入再生器2中烧炭再生，焦炭燃烧生成的烟气经再生器内旋风分离器19，从烟气出 口 16进入后续的能量回收系统；再生完成的催化剂通过再生催化剂循环斜管5进入内嵌提 升管1中；提升介质13使内嵌提升管反应器1中的再生催化剂向上运动，和原料11接触反 应。下面通过实施例对本发明作进一步的阐述，但不仅限于本实施例。
具体实施例方式实施例1在图1所示的装置上，进行了 3组实验，反应原料、催化剂、反应条件及结果如表1 所示。提升管反应器规格为Φ32毫米X3毫米X5米，没有变径。沉降器规格为Φ80毫 米X6毫米X 1.5米，其中旋风分离器为一级。再生器规格为Φ325毫米X8毫米X4米， 其中旋风分离器为一级。提升管反应器嵌套于再生器内部，下部位于再生器外部的地方装 有一个进料喷嘴。再生器内距底部2米的平面上设有三个燃料油气喷嘴，等分排布，通入甲 烷气体进行燃烧，甲烷流量为80毫升/分钟。混合C4中丁烯的质量百分含量为73. 8% (其中顺_2_ 丁烯的质量百分含量为 23. 48%，反-2- 丁烯的质量百分含量为48. 86%,1-丁烯的质量百分含量为1. 46% )，正丁 烷的质量百分含量为26. 2% ；轻石脑油主要为C5 C8烷烃，质量百分含量分别为12. 62%、 25. 54%,25. 25%U7. 86%。实验所用催化剂的制备方法将分子筛、载体和粘结剂机械混合，加入适量水、 HCl和H3PO4 (制备SAP0-34催化剂时不加)，控制PH值不小于3，浆液搅拌均勻后于500°C 下喷雾成型。所得的ZSM-5催化剂中，P2O5含量为2%，HZSM-5分子筛和基质的质量比为 3 6.8 ；HZSM-5分子筛的硅铝摩尔比SiO2Al2O3为38 ；基质为高岭土和三氧化二铝的混合 物，两者的质量比为2 8。所得的SAP0-34催化剂中，HSAP0-34分子筛和基质的质量比为 3. 5 6. 5 ；HSAP0-34分子筛的磷铝摩尔比P2O5Al2O3为0. 9，硅铝摩尔比SiO2Al2O3为1. 2 ； 基质为高岭土和三氧化二铝的混合物，两者的质量比为1 9。
再生器内的温度为680 730°C。表 权利要求
1.一种并列式内嵌提升管循环反应-再生装置，主要包括内嵌提升管反应器(1)、再生 器O)、沉降器⑶；沉降器(3)内部设有气固旋风分离器⑶和气固快速分离器(20)，顶 部开有产品出口(12)，下部为汽提段G)，汽提段(4)位于再生器O)内部，经待生催化剂 输送管(18)和再生器( 相连；再生器O)内部设有气固旋风分离器(19)，上部开有烟气 出口(16)，下部通过再生斜管(5)与内嵌式提升管反应器(1)的下部相连；内嵌式提升管 反应器(1)的上部出口与沉降器(3)内的气固快速分离器00)相连，中部为主反应区，设 在再生器O)内部，下部位于再生器(2)外部并设有至少一个进料喷嘴(11)；沉降器(3)、 汽提段(4)和内嵌提升管反应器(1)相互并列。
2.根据权利要求1所述的并列式内嵌提升管循环反应-再生装置，其特征在于进料喷 嘴(11)至少为2个。
3.根据权利要求1所述的并列式内嵌提升管循环反应-再生装置，其特征在于再生器 (2)的密相区处设有燃料油气喷嘴(15)。
4.根据权利要求1所述的并列式内嵌提升管循环反应-再生装置，其特征在于所述的 气固旋风分离器(8)和气固旋风分离器(19)均为1 3级。
5.根据权利要求1所述的并列式内嵌提升管循环反应-再生装置，其特征在于所述的 内嵌式提升管反应器(1)的主反应区位于再生器(2)密相区中的下部管径小，位于再生器 (2)稀相区中的上部管径大，管径比为0.5 0.9。
6.根据权利要求1所述的并列式内嵌提升管循环反应-再生装置，其特征在于所述内 嵌提升管反应器⑴为2 3根。
全文摘要
本发明涉及一种并列式内嵌提升管循环反应-再生装置，主要解决现有轻烃、轻油催化裂解过程中，采用提升管反应器进行循环反应再生时，难以实现高温反应的问题。本发明通过采用反应-再生装置主要包括内嵌提升管反应器1、再生器2、沉降器3、汽提段4；内嵌式提升管反应器1的下部在再生器2的外部，中部的主反应区设在再生器2内部，上部出口与沉降器3内的气固快速分离器20相连；沉降器3、汽提段4和内嵌提升管反应器1相互并列的技术方案较好地解决了该问题，可用于乙烯、丙烯的工业生产中。
文档编号C10G11/18GK102039107SQ200910201668
公开日2011年5月4日 申请日期2009年10月13日 优先权日2009年10月13日
发明者李晓红, 王华文, 谢在库, 齐国祯 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上海石油化工研究院