适用于维持热平衡的催化裂化再生设备以及催化裂化系统的制作方法

1.本技术涉及一种流化催化裂化技术领域，更具体地说，涉及一种适用于维持热平衡的催化裂化再生设备以及催化裂化系统。


背景技术：

2.流化催化裂化反应过程中是自热平衡过程，催化剂烧焦再生过程释放出大量高温位的热能恰好能够满足较低温位的裂化反应过程的需要。在反应器和再生器之间循环的催化剂具有足够的数量和热容量，因此催化剂既可以作为反应的活性位，又是传递热能的热载体。催化剂在反应器和再生器间流动，不断地从一端获取热量，又向另一端供应热量。热平衡的建立需要一定的条件，在此基础上才能保持裂化和再生达到规定的温度。对于一个催化裂化工业装置业说反应器和再生器之间的热平衡的基础是反应可以生成足够的焦炭，焦炭在再生过程中燃烧，释放出热量供反应使用。
3.随着炼油工艺的发展，特别是原油重质/劣质化趋势加剧、油品质量提高，使得加氢工艺更广泛地应用。经加氢提质的原料作为催化裂化原料时，尽管产品结构与品质得到了较大的提升，但对催化裂化装置本身来说带来了生焦不足，导致热量供应不足的问题。另外，以低碳烯烃为主要目标产物的催化裂化技术中，裂化反应转化率高，反应温度高，反应热大，在反应方面需要的热量较常规流化催化再生器或其它催化转化方法要多，自身裂化生成的焦炭往往不能满足反应-再生系统自身热平衡的需求。当反应过程中生焦不足时，通常采用向再生器外补燃料油的方式为反应提供所需热量。但是，由于催化裂化采用分子筛为活性组分的催化剂，再生器内燃料油的燃烧产生的局部高温使分子筛骨架铝逐渐脱出，导致对催化剂的损害，而且这个损害是不可逆的。现有技术没有从根本上解决外补燃料油局部燃烧产生的高温热点对催化剂骨架结构与反应性能的影响。


技术实现要素：

4.本技术的目的是提供一种适用于维持热平衡催化裂化再生设备，解决催化裂化反应过程中热平衡的问题，同时不影响催化剂物理与化学性能。
5.本技术涉及一种适用于维持热平衡的催化裂化再生设备，其特征在于，所述催化裂化再生设备包括补燃器和再生器，所述补燃器的出口与所述再生器的入口流体连通，使得来自补燃器的物料可流入到所述再生器；
6.其中，所述补燃器设有待生催化剂入口、贫氧气体入口以及燃料油入口；
7.所述再生器设置有富氧气体入口；
8.所述补燃器的底部与所述再生器的底部通过外置催化剂循环管相连通。
9.在一种实施方式中，所述补燃器从下到上依次设有所述贫氧气体入口、外置催化剂循环管的连接口、待生催化剂入口和燃料油入口。
10.在一种实施方式中，所述补燃器上所述外置催化剂循环管的连接口距补燃器底部的距离为补燃器高度的5％到10％。
11.在一种实施方式中，所述燃料油入口各自独立地设置在所述补燃器的中上游。
12.在一种实施方式中，所述燃料油入口距补燃器底部的距离各自独立地为补燃器高度的20％到50％。
13.在一种实施方式中，所述补燃器底部设置有第一气体分布器，使得经由所述贫氧气体入口注入的贫氧气体通过所述第一气体分布器进入到所述补燃器。
14.在一种实施方式中，所述的补燃器出口设有催化剂分布板。
15.在一种实施方式中，所述补燃器为中空圆柱形，其长径比为30：1至3： 1。
16.在一种实施方式中，所述再生器底部设置有第二气体分布器，使得经由所述富氧气体入口注入的富氧气体通过所述第二气体分布器进入到所述再生器。
17.在一种实施方式中，所述再生器与气固分离设备流体连通，使得所述再生器产生的再生烟气经所述气固分离设备分离后引入到能量回收系统。
18.本技术还提供一种催化裂化催化剂的再生方法，在本技术的催化裂化再生设备中进行，包括下列步骤：
19.经由贫氧气体入口向补燃器注入贫氧气体，与来自再生器的再生催化剂和来自反应器的待生催化剂接触，使待生催化剂升温并发生部分烧焦反应；
20.经由燃料油入口向补燃器注入雾化介质与燃烧油的混合物，使所述雾化介质与燃烧油的混合物与补燃器内的催化剂接触，发生生焦反应和部分烧焦反应，得到带有部分焦炭的催化剂；
21.使所述带有部分焦炭的催化剂进入再生器，与经由富氧气体入口注入到再生器的富氧气体接触，发生完全燃烧反应，得到再生催化剂。
22.在一种实施方式中，所述补燃器的线速度为1.2米/秒-2.2米/秒，所述贫氧气体中氧含量为1％到20％，进一步优选，所述贫氧气体中氧含量为 5％到10％。
23.在一种实施方式中，所述雾化介质为氮气，所述雾化介质与燃烧油的质量比为1：1至1：100。
24.在一种实施方式中，所述补燃器的出口温度为550-650℃。
25.在一种实施方式中，所述再生器的富氧气体中氧含量为21体积％到100 体积％，进一步优选，所述富氧气体中氧含量为21体积％到85体积％。
26.在一种实施方式中，所述再生器内的温度为600-800℃。
27.本技术还提供一种催化裂解系统，所述催化裂解系统包括本技术的催化剂再生设备。
28.本技术的再生设备结构简单，易于实施，通过对现有工业装置再生器进行适应性改造即可实施，适用性强，尤其是以低碳烯烃等化工原料为主要目标产物的催化裂化装置，不仅可以从根本上解决热平衡的问题，而且减少了传统喷燃烧油的方式对催化剂和再生系统带来的损害，既节约了催化剂成本，又提高了炼厂的经济效益。本技术的再生设备和方法用于生焦少的流化催化裂化反应时，不仅实现了反应-再生过程的热平衡，而且使催化剂在再生器烧焦过程中温升均匀，无局部热点，对催化剂物理和化学性质无损害。
附图说明
29.附图是用来提供对本技术的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具
体实施方式一起用于解释本技术，但并不构成对本技术的限制。在附图中：
30.图1为本技术提供的一种催化裂化再生设备实施方式的示意图。
具体实施方式
31.下面通过附图和实施例对本技术进一步详细说明。通过这些说明，本技术的特点和优点将变得更为清楚明确。
32.在这里专用的词“示例性”意为“用作例子、实施例或说明性”。这里作为“示例性”所说明的任何实施例不必解释为优于或好于其它实施例。尽管在附图中示出了实施例的各种方面，但是除非特别指出，不必按比例绘制附图。
33.此外，下面所描述的本技术不同实施方式中涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
34.在本文中所披露的任何具体数值(包括数值范围的端点)都不限于该数值的精确值，而应当理解为还涵盖了接近该精确值的值，例如在该精确值
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5％范围内的所有可能的数值。并且，对于所披露的数值范围而言，在该范围的端点值之间、端点值与范围内的具体点值之间，以及各具体点值之间可以任意组合而得到一个或多个新的数值范围，这些新的数值范围也应被视为在本文中具体公开。
35.在本技术中，所谓“上游”和“下游”均是基于反应物料的流动方向而言的。例如，当反应物流自下而上流动时，“上游”表示位于下方的位置，而“下游”表示位于上方的位置。
36.除非另有说明，本文所用的术语具有与本领域技术人员通常所理解的相同的含义，如果术语在本文中有定义，且其定义与本领域的通常理解不同，则以本文的定义为准。
37.如图1所示，本技术提供一种适用于维持热平衡的催化裂化再生设备，其包括补燃器1和再生器2，其中，所述补燃器1的出口与所述再生器2的入口流体连通，使得来自补燃器1的物料可流入到所述再生器2。
38.在本技术中，催化裂化再生设备还包括补燃器1。所述补燃器1设有待生催化剂入口7、贫氧气体入口5以及燃料油入口9。所述补燃器1的底部与所述再生器2的底部通过外置催化剂循环管8相连通，使得再生器2内的高温再生催化剂有一部分能够流入到补燃器1中用于加热补燃器1中来自反应器的待生催化剂，以实现能量的优化利用。
39.在本技术中，所述补燃器1为快速流化床。在一种实施方式中，所述补燃器1为中空圆柱形，其长径比为30：1至3：1。
40.本技术中，补燃器1上各自独立设置的待生催化剂入口7、外置催化剂循环管8的连接口、贫氧气体入口5和燃料油入口9位于补燃器1不同高度处。优选地，所述补燃器1从下到上依次设有贫氧气体入口5、外置催化剂循环管8的连接口、待生剂入口7和燃料油入口9，且均位于补燃器1的下部(距离补燃器1的底部的距离不大于补燃器1的高度的50％)。
41.本技术中，所述补燃器1的下部设有一个或多个贫氧气体入口5。在一种实施方式中，所述贫氧气体入口5位于补燃器1的底部。优选地，所述补燃器底部设置有第一气体分布器6，使得经由所述贫氧气体入口5注入的贫氧气体通过所述第一气体分布器6进入到所述补燃器1。
42.根据本技术，所述第一气体分布器6可采用本领域技术人员所熟知的主风分布器。例如，所述主风分布器可以是分布板和分布管。优选地，分布管为环状分布管和树枝状分布
管。
43.根据本技术中，所述注入补燃器的贫氧气体可以选自为氧气、空气、氮气、水蒸气或它们的混合物，优选地，贫氧气体中氧含量为1体积％-20体积％，优选地，贫氧气体中氧气含量为5体积％～10体积％。
44.在一种实施方式中，所述补燃器1上所述外置催化剂循环管8的连接口设置在补燃器1的下部，优选地，距补燃器底部的距离为补燃器高度的5％到10％。
45.本技术中，所述补燃器可以设置一个或多个，例如一个、两个或更多个燃料油入口9，所述一个或多个燃料油入口可以各自独立地设置在补燃器的出口端处，或者设置在补燃器的底部。进一步优选地，所述燃料油入口9各自独立地设置在所述补燃器1的中上游。进一步优选地，所述燃料油入口9 距补燃器底部的距离各自独立地为补燃器高度的20％到50％。燃料油可以包括直馏馏分油或二次加工馏分油。优选地，二次加工馏分油可以选自催化裂化柴油、催化裂化油浆、焦化汽油、焦化柴油和焦化蜡油中的一种或多种的混合油。
46.本技术中，可以在催化剂进入再生器底部的位置处设置催化剂分布板， 10，例如在补燃器1的出口端处。
47.根据本技术，所述催化剂分布板10可以为工业上常见的各种型式的分布板，例如为平板形、拱形、碟形、环形和伞形中的一种或多种。采用催化剂分布板有助于使催化剂在再生器的轴向上浓度均一地与富氧气体接触进行烧焦反应，提高烧焦效率，减少催化剂床层局部热点的发生。
48.通过设置补燃器1使喷入的燃料油在低温、贫氧的流态化条件下与催化剂混合并形成焦炭，附着焦炭的催化剂在具有快速流化床特征的补燃器1通过返混，使焦炭在催化剂上均匀分布并发生部分燃烧，实现催化剂表面温度的梯级上升。
49.在本技术中，再生器2可以采用现有的常用再生器结构，只需在其底部设置开口，并使补燃器1的出口与该开口相连接，即可以使得所述补燃器1 的出口与所述再生器2的入口流体连通，使得来自补燃器1的物料可流入到所述再生器2。
50.在再生器2的下部还设置有用于外置催化剂循环管8的连接口，使得再生器2内的再生催化剂有一部分能够流入到补燃器1中用于加热补燃器1中来自反应器的待生催化剂，以实现能量的优化利用。
51.所述再生器2设置有富氧气体入口11，用于向再生器内注入富氧气体，供进入再生器2的催化剂再生使用。在一种实施方式中，进入到所述再生器的富氧气体中氧含量为21体积％到100体积％，进一步优选，所述富氧气体中氧含量为21体积％到85体积％。本技术中，所述注入再生器的富氧气体可以为空气。
52.在一种实施方式中，所述再生器底部设置有第二气体分布器12，使得经由所述富氧气体入口11注入的富氧气体通过所述第二气体分布器12进入到所述再生器2中。根据本技术，所述第二气体分布器12可采用本领域技术人员所熟知的主风分布器。例如，所述主风分布器可以是分布板和分布管。优选地，分布管为环状分布管和树枝状分布管。
53.在一种实施方式中，所述再生器2与气固分离设备3流体连通，使得所述再生器2产生的再生烟气经所述气固分离设备3分离后通过再生烟气管线 4引入到能量回收系统进行回收利用。在本技术中，所述气固分离设备3可采用本领域技术人员所熟知的设备。例如，所述气固分离设备3可以包括旋风分离器。
54.再生器2上还设置再生催化剂出口13，用于将再生后的高温再生催化剂送出再生器2，供反应循环使用。
55.在本技术中，所述再生器2与补燃器1可以同轴布置或者高低并列布置。
56.在本技术中，当烧掉部分焦炭的催化剂进入再生器以后，在高温、富氧气体的作用下进行充分的烧焦放热，供给反应所需的热量。采用本技术的设备可以使催化剂上烧焦环境缓和，催化剂上实现渐次温升，最大程度保护了催化剂的物理与化学性能。
57.本技术结构简单，易于实施，通过对现有工业装置再生器进行适应性改造即可实施，适用性强，尤其是以低碳烯烃等化工原料为主要目标产物的催化裂化装置，不仅可以从根本上解决热平衡的问题，而且减少了传统喷燃烧油的方式对催化剂和再生系统带来的损害，既节约了催化剂成本，又提高了炼厂的经济效益。
58.本技术还提供一种催化裂化催化剂的再生方法，在本技术的催化裂化再生设备中进行，包括下列步骤：
59.经由贫氧气体入口向补燃器注入贫氧气体，与来自再生器的再生催化剂和来自反应器的待生催化剂接触，使待生催化剂升温并发生部分烧焦反应；
60.经由燃料油入口向补燃器注入雾化介质与燃烧油的混合物，使所述雾化介质与燃烧油的混合物与补燃器内的催化剂接触，发生生焦反应和部分烧焦反应，得到带有部分焦炭的催化剂；
61.使所述带有部分焦炭的催化剂进入再生器，与经由富氧气体入口注入到再生器的富氧气体接触，发生完全燃烧反应，得到再生催化剂。
62.在一种实施方式中，所述补燃器的线速度为1.2米/秒-2.2米/秒，所述贫氧气体中氧含量为1％到20％，进一步优选，所述贫氧气体中氧含量为 5％到10％。
63.在一种实施方式中，所述雾化介质为氮气，所述雾化介质与燃烧油的质量比为1：1至1：100。在一种实施方式中，所述燃料油包括直馏馏分油或二次加工馏分油。优选地，二次加工馏分油可以选自催化裂化柴油、焦化汽油、焦化柴油和焦化蜡油中的一种或多种的混合油。
64.在一种实施方式中，所述补燃器的出口温度为550-650℃。
65.在一种实施方式中，所述再生器的富氧气体中氧含量为21体积％到100 体积％，进一步优选，所述富氧气体中氧含量为21体积％到85体积％。
66.在一种实施方式中，所述再生器内的温度为600-800℃，优选为650-750 ℃；气体表观线速为0.2-1.0米/秒、优选为0.3-0.8米/秒，催化剂的平均停留时间为0.5-10分钟、优选1-5分钟。
67.本技术的催化裂化再生设备适用于各种原料且生焦不足的催化裂化反应-再生系统，例如石油烃、含氧烃类的催化裂解生产低碳烯烃，特别是轻烃或轻质馏分油催化裂化生产低碳烯烃的反应。
68.例如，所述轻烃或轻质馏分油可以为气体烃、馏程25～350℃的石油烃、含氧化合物、生物质或废塑料生成油的馏分油；所述气体烃可以选自饱和液化气、不饱和液化气和碳四馏分中的一种或多种的混合物；所述石油烃可以选自一次加工的直馏石脑油、直馏煤油、直馏柴油中的一种或多种的混合物；二次加工的拔头油、抽余油、碳四馏分、加氢裂化轻石脑油、戊烷油、焦化汽油、费托合成油、流化催化裂化轻汽油、加氢汽油、加氢柴油中的一种
或多种的混合油。
69.本技术还提供一种催化裂解系统，所述催化裂解系统包括本技术的催化剂再生设备。
70.此外，该催化裂解系统还包含催化裂解反应装置、油剂分离装置、汽提装置以及任选的反应产物分离装置。
71.在一种实施方式中，所述催化裂解反应装置包括一个或多个催化裂解反应器。本技术的催化剂再生设备可以与该一个或多个催化裂解反应器相连接，使得来自一个或多个催化裂解反应器的待生催化剂进入到本技术的催化剂再生设备中进行再生，并且使再生催化剂循环回该一个或多个催化裂解反应器重复使用。
72.本技术提供的催化裂解系统中，所述催化裂解反应器、汽提装置、油剂分离装置、反应产物分离装置等均可采用本领域技术人员所熟知的设备，这些设备之间的连接方式也可以按照本领域已知的方式进行。例如，所述油剂分离装置可以包括旋风分离器、出口快速分离器。在某些具体实施方式中，所述油剂分离装置包括与所述催化裂解反应器同轴布置或者高低并列布置的沉降器。
73.下面将结合附图所示的优选实施方式来进一步说明本技术，但是并不因此而限制本技术。
74.图1给出了本技术的催化裂化再生设备的优选实施方式，其中所述催化裂化再生设备从下到上包括补燃器1和再生器2。补燃器1底部设有贫氧入口5和气体分布板6。所述补燃器1的下方侧壁设有待生催化剂入口7和外置催化剂循环管8的连接口，所述补燃器1的中上游设有燃料油入口9。再生器底部设有主风分布器12，下方侧壁设有一个或多个、例如一个、两个或更多个主风入口11。
75.贫氧气体经贫氧入口5从补燃器1底部进入所述补燃器1，贫氧气体可以为氧气、空气、氮气、水蒸气或它们的混合物。来自外置催化剂循环管8 的高温再生催化剂进入补燃器1下部，与贫氧气体混合向上运动，与来自待生催化剂入口7的待生催化剂接触并发生部分烧炭反应，反应物流继续向上运动，与来自燃料油入口9的补充燃料油接触并发生生焦反应和部分烧焦反应；带炭焦炭的催化剂向上流动，经催化剂分布器10进入再生器2，与经富氧气体入口11和主风分布器12注入的富氧气体接触并发生完全燃烧反应，彻底放出热量，再生后的催化剂经再生催化剂出口13送出再生器，供反应循环使用；再生烟气经旋风分离器3分离夹带的催化剂后经管线4进入能量回收系统。
76.实施例
77.下面的实施例将对本技术予以进一步的说明，但并不因此而限制本技术。试验所用催化剂为待生催化剂，炭含量为0.8(重量)％，燃烧油为催化裂化柴油。
78.实施例1
79.再生器结构如图1所示。再生器结构如图1所示。采用中型装置快速床反应器作为补燃器，中型装置的再生器作为再生器。其中，
80.其中，补燃器的内径为0.3米，高度为2米；补燃器的燃料油入口9离补燃器底部的距离为补燃器高度的30％。补燃器的出口与再生器的底部开口直接相连通，且在出口处设置有催化剂分布器。
81.氧含量为5％的氮气和空气混合物引入补燃器1底部，依次与再生催化剂和待生催
化剂混合向上运动，使待生催化剂升温且使待生催化剂上炭发生部分燃烧反应；经氮气雾化的燃料油注入补燃器，与补燃器内物流接触并发生生焦反应和少量的烧焦反应；带有焦炭的催化剂进入再生器，与空气接触发生完全燃料反应，放出热量。再生主要操作条件与再生器温度分布变化见表1。
82.在补燃器的出口设置测温点，测得补燃器出口温度；在再生器轴向距离底部为再生器轴向高度的40％的同一高度处，在靠近再生器壁的位置设置两个测温点(两者相对于轴向的角度为180度)，测得同一高度处不同位置的中部温度；在再生器的顶部设置测温点，测得再生器的上部温度。
83.从表1可以看出，本实施例中补燃器出口温度为675℃，再生器中部不同位置的温度分别为687℃和681℃，径向温度相差仅6℃，再生器上部温度为695℃，轴向温度相差10℃左右。
84.对比例1
85.对比例采用的是常规催化裂化再生器，该再生器与实施例1的再生器具有相同的结构和尺寸，仅仅在下部的催化剂密相床层区设置有燃料油注入口。
86.待生催化剂进入再生器下部，与经主风分布器分布进入再生器的空气接触发生烧焦反应，将燃料油注入催化剂密相床层，燃料油接触高温空气后发生烧焦反应，放出热量。再生主要操作条件与再生器温度分布变化见表1。
87.在再生器轴向距离底部为再生器轴向高度的40％的同一高度处，在靠近再生器壁的位置设置两个测温点(两者相对于轴向的角度为180度)，测得同一高度处不同位置的中部温度；在再生器的顶部设置测温点，测得再生器的上部温度。
88.从表1可以看出，对比例中再生器中部不同位置的温度分别为668℃和 725℃，径向温度相差仅57℃，再生器上部温度为737℃，轴向温度相差大。
89.由以上实施例和对比例的结果可以看出，采用本技术的再生设备进行催化剂再生，再生器内焦炭燃烧环境缓和、稳定，径向与轴向催化剂温度，有助于保持催化剂的物理与化学性能。
90.在本技术的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”、“前”、“后”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于本技术工作状态下的方位或位置关系，仅是为了便于描述本技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本技术的限制。
91.在本技术的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”“相连”“连接”应作广义理解。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本技术中的具体含义。
92.以上结合了优选的实施方式对本技术进行了说明，不过这些实施方式仅是范例性的，仅起到说明性的作用。在此基础上，可以对本技术进行多种替换和改进，这些均落入本技术的保护范围内。
93.表1实施例和对比例的再生结果对比
[0094] 实施例对比例补燃器
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待生催化剂入口温度580580
出口温度675 燃料油用量，千克/时218211贫氧气体中氧含量，重量％5/再生器
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再生器中部温度1，℃687725再生器中部温度2，℃681668再生器上部温度，℃695737