专利名称：一种催化剂连续再生方法
技术领域：
本发明涉及一种烃转化催化剂的再生方法，更具体地说，是一种催化剂连续再生方法。
催化重整是一种烃转化过程，它以高辛烷值汽油和芳烃为主要产品，并副产廉价氢气，发生的主要化学反应有脱氢反应、环化脱氢反应、异构化反应、裂化反应及生焦反应等，其中生焦反应生成的焦炭沉积在催化剂的表面上，使催化剂的活性下降，需经过再生过程使催化剂的活性得以恢复。再生过程一般包括烧炭、氯化更新、焙烧和还原等过程。烧炭过程是用含氧气体烧除催化剂上沉积的焦炭，同时带走燃烧放出的热量。氯化更新过程是补充催化剂上流失的氯组元，同时使催化剂上的活性金属组分被氧化并均匀分布在催化剂的载体表面。焙烧过程除去催化剂中所含的水分。还原过程是在氢气的氛围内使氧化态的金属活性组元还原。
移动床技术应用到烃转化过程之后，实现了催化剂在反应器和再生器之间的循环，从而达到了催化剂连续再生的目的，使催化剂的活性始终维持在较高的水平上。烃转化催化剂的连续再生系统的再生器一般由烧炭区和焙烧区组成，而连续重整催化剂的再生器往往要增加氧氯化区，以补充催化剂上流失的氯组元并使活性金属组分得到再分散。烧炭区的主体结构是径向床层，催化剂在环形结构床层内依靠重力以缓慢的速度向下移动，含氧再生气体沿径向通过催化剂床层，从而实现连续烧炭过程。氧氯化区有径向床层和轴向床层两种结构，而焙烧区一般为轴向结构床层。
烃转化催化剂的使用寿命主要取决于其比表面积下降的速率，而影响其比表面积下降的主要因素是再生气体的湿度、再生温度和催化剂在高温区的停留时间。因为烧炭过程是在高温条件下进行的，且催化剂上沉积的焦炭在燃烧过程中会生成水气，烧炭又是在含水环境下完成的，所以烃转化催化剂的再生烧炭过程是影响催化剂寿命的主要过程。
对于径向烧炭床层来说，由于在床层入口处，催化剂具有较高的炭含量，当与径向通过催化剂床层的含氧再生气体接触时，烧炭放出大量的热量，而且逐渐向内筛网处聚集，致使在床层上部内筛网附近床层的温度偏高，而在床层的下部由于催化剂上的炭含量较低，烧炭放出的热量较少，床层的温升较小。所以对于整个床层来说，床层上部的高温区易给催化剂的性能带来不利的影响，而下部床层温度较低，还有进一步提高烧炭能力的潜力，因此适当地调节床层内的温度分布对保护催化剂的性能，延长催化剂的使用寿命将有积极的作用。
USP4,578,370和CN86102807A提供的再生工艺中，再生器的烧炭区为一段径向床层结构，催化剂在环形空间内依靠重力缓慢向下移动，烧炭区外筛网处的气体空间分成两部分，对应的上部催化剂床层主要起烧炭作用，下部催化剂床层起加热催化剂的作用，以使催化剂以较高的温度进入氧氯化区，再生气体在中心管汇合后引出再生器，少量放空后经过再生风机，并分成两股，其中一股经空冷器、加热器后进入上部催化剂床层，另一股直接进入下部催化剂床层。再生气体的循环回路中不设干燥系统，再生气体中的水含量是靠补充空气和再生气体的放空来调节，最终稳定到一平衡值，再生气体中的水含量始终维持在一个较高的水平，对催化剂的性能有不利的影响。
USP4,859,643和USP5,277,880提供的再生工艺中，再生器的烧炭区为锥形结构，不同的轴向位置处，床层具有不同的厚度，可以改善沿床层轴向位置的气体分布，上部床层较薄，分配的气量较大，下部床层较厚，分配的气量较少，较好地满足不同轴向位置对氧气的需要，同时催化剂在床层上部高温区的停留时间减小。但再生气体的循环回路中不设干燥系统，再生气体中具有较高的水含量。
USP4,880,604和USP4,977,119提供的再生工艺中，再生器的烧炭区为一段条形结构，催化剂在条形空间内依靠重力缓慢向下移动，外筛网的上部和下部具有不同的开孔率，从而使再生气体沿轴向有不同的分布，上部床层分配的气量较大，下部床层分配的气量较小，有利于满足不同轴向位置对氧气的需要。但再生气体的循环回路中不设干燥系统，再生气体中具有较高的水含量。
在上述专利所介绍的再生工艺中，由于再生气体回路中没有设置干燥系统，再生循环气体中具有较高的水含量。虽然USP4,578,370和CN86102807A中提到了再生气体分段进入烧炭区，但对总的再生气体来说还是相当于通过烧炭区外筛网的整个截面，截面上气体的通量偏小，床层上部内筛网处存在高温区，催化剂的再生烧炭过程是在高温、高水含量环境下完成的，这种高温、高水含量环境容易造成催化剂比表面积的损失，从而缩短催化剂的使用寿命。USP4,859,643、USP5,277,880、USP4,880,604和USP4,977,119提出了锥形结构床层和不同开孔率的床层结构，增加了上部床层所需的氧气量，以适应烧炭区入口处催化剂炭含量高的特殊情况，尽管床层上部通过的气体量有了增加，但由于同时增加了烧炭所需的氧气量，烧炭放出的热量也有了增加，因而床层上部的高温情况没有得到缓解，只是使催化剂在床层上部的停留时间有了一定程度的减小。同时，由于再生气体回路中没有设置干燥系统，也同样存在再生循环气体中的水含量较高的问题。
USP5,034,117和CN1045411A提供的再生工艺中，把再生器烧炭区的催化剂床层分成两段，催化剂通过料腿从上部烧炭段输送到下部烧炭段，每段床层具有相同的结构尺寸，两段床层再生气体的入口条件有所不同，下部床层再生气体的入口温度高于上部床层，通过向两段床层之间的空间内补充空气，使两段床层具有各自所要求的氧含量。再生气体依次经过上部烧炭段、下部烧炭段后引出再生器，与氧氯化区出口气体混合后进入洗涤、干燥系统，经循环压缩机返回再生器的上部烧炭段。由于再生循环回路中设置了干燥系统，再生循环气体中的水含量较低，且由于采用了分段加压再生，床层内再生气体的质量通量较大，因此床层的温升较不分段的情况有了明显的降低。
本发明的目的是在现有技术的基础上提供一种烃转化催化剂在较低温度、较低水含量环境下的连续再生方法。
本发明提供的方法是来自移动床反应器的待生催化剂在再生器内向下依次经过缓冲区、烧炭区、氧氯化区和焙烧区，再生后的催化剂离开再生器。
烧炭区外筛网与再生器内壁围成的空间分成上、下两部分，再生气体进入外筛网与再生器内壁围成的上部空间，以向心方式沿径向通过上部催化剂床层后，在内筛网围成的空间内，与补充的常温惰性气体和干燥空气进行充分混合后，再以离心方式沿径向通过下部催化剂床层，进入外筛网与再生器内壁围成的下部空间，而后引出再生器，经过换热、碱洗水洗、干燥、过滤、增压和加热等过程后返回再生器循环使用。
本发明提供的方法是这样具体实施的再生器自上至下依次为缓冲区、烧炭区、氧氯化区和焙烧区。
来自移动床反应器的待生催化剂进入再生器，在缓冲区内被其下部的热再生气体适当加热后，沿多根料腿靠重力向下进入烧炭区，在烧炭区的环形空间内依靠重力缓慢向下移动，与再生气体接触并烧掉全部焦炭，而后进入氧氯化区进行补氯和重新分散金属组元，再进入焙烧区内脱除催化剂上的水分后出再生器。
干燥含氧再生气体由烧炭区上部引入，进入外筛网与再生器内壁围成的上部空间，入口温度为400～480℃，入口氧含量为0.2～1.0v％，再生气体的水含量为50～200ppmv，以向心方式沿径向通过上部催化剂床层，在内筛网围成的空间内，与补充的常温惰性气体和干燥空气进行充分混合后，使再生气体的温度为480～520℃，入口氧含量为0.2～1.0v％，再以离心方式沿径向通过下部催化剂床层，进入外筛网与再生器内壁围成的下部空间，而后引出再生器，与氧氯化区出口气体混合后，进入碱洗水洗塔，洗掉再生气体中的HCl和CO2，部分气体放空后，剩余气体经干燥、过滤和增压后，其中少部分气体返回氯氧化区，绝大部分加热至400～480℃后返回再生器烧炭区循环使用。上述再生器内的操作绝压为0.3～1.0兆帕。
本发明所述的再生方法适用于所有类型的烃转化催化剂，尤其适用于连续重整催化剂。
下面结合附图
来具体说明本发明所提供的再生方法，但并不因此而限制本发明。设备和管线的形状与尺寸不受附图的限制，而是根据具体情况来确定。
附图为本发明提供的催化剂连续再生方法的流程示意图。
待生催化剂经管线1进入再生器内的缓冲区2，通过多根料腿3进入环状烧炭区5，完成烧炭的催化剂经料腿8进入氧氯化区9，补氯和金属再分散后的催化剂经料腿10进入焙烧区11，脱除催化剂上的水分后，催化剂由管线12引出再生器。
再生器烧炭区的外筛网与再生器内壁围成的空间分成4和6两部分。再生循环气体经管线33引入再生器，进入空间4，入口温度为440℃，氧含量为0.5v％，水含量为100ppmv，以向心方式沿径向通过上部催化剂床层，同时烧除催化剂上沉积的大部分焦炭，而后进入烧炭区内筛网围成的空间7，在此处与自管线36补充的常温惰性气体和干燥空气进行充分混合，混合再生气体温度达到480℃，氧含量达到0.6v％，并以离心方式沿径向通过下部催化剂床层，同时烧除催化剂上剩余的焦炭，并进入空间6，由管线13引出再生器。
在再生循环气体回路中，自管线13来的再生气体进入换热器14，换热后经管线15与管线16来的氧氯化区的气体混合后，进入水冷器17，进一步冷却后的再生气体经管线18进入碱洗水洗塔19，脱除HCl和CO2的再生气体由管线20引出，由管线21部分放空后，经管线22进入干燥器23，脱除水分的再生气体经管线24进入过滤器25，净化后的再生气体经管线26进入循环压缩机27，增压后的再生气体由管线28引出，其中一部分再生气体经管线29返回氧氯化区，另一部分气体由管线34引出，与管线35来的干燥空气汇合后，经管线36补充到空间7内，管线28内的主流气体经管线30进入换热器14，与管线13内的再生气体换热后，经管线31进入加热器32，升温后的再生气体由管线33引入再生器并进入空间4，完成再生气体的循环。
图中各编号说明如下2为缓冲区，4为烧炭区外筛网与再生器内壁围成的上部空间，6为烧炭区外筛网与再生器内壁围成的下部空间，5为烧炭区催化剂床层，7为烧炭区内筛网围成的空间，9为氧氯化区，11为焙烧区，14为换热器，17为水冷器，19为碱洗水洗塔，23为干燥器，25为过滤器，27为循环压缩机，32为加热器，3、8、10均为催化剂下料腿，1、12、13、15、16、18、20、21、22、24、26、28、29、30、31、33、34、35、36均为管线。
本发明的优点在于1、烧炭区外筛网与再生器内壁围成的空间分成上下两部分后，与USP4,578,370、USP4,859,643、USP5,277,880、USP4,880,604和USP4,977,119相比，再生气体的流通截面减小了一倍，从而增加了床层截面上再生气体的质量通量，床层内焦炭燃烧放出的热量是一定的，而且再生气体在进入第二部分床层之前，可以通过温度较低的惰性气体和干燥空气来调节入口温度，因此床层的温升有了明显的降低，并同时降低了床层内的峰温，有利于保护催化剂的性能，延长催化剂的使用寿命。由于采用了加压再生，虽然再生气体的流通截面减小了一倍，但再生气体通过床层的表观气速还可维持在较低的水平，不至于在床层内出现催化剂的贴壁现象。
2、直接把烧炭区外筛网与再生器内壁围成的空间分成两部分，除了可以降低床层的峰温外，还比USP5,034,117和CN1045411A提出的把烧炭区床层分成两段的再生方法，省去两段床层之间的催化剂下料料腿，降低再生器的高度，简化再生器烧炭区的结构，节省设备投资。
3、再生器的上部设置了缓冲区，从反应系统来的待生催化剂，经过提升装置后，首先进入再生器内的缓冲区，缓冲区内的待生催化剂与其下部的热再生气体进行换热，催化剂的温度有一定的提高，从而催化剂以较高的温度进入烧炭区，提高了床层上部的烧炭效率。
4、再生气体回路中设置了干燥处理等过程，再生气体中的水含量很低，从而使烧炭过程在低水含量的环境下完成，催化剂在烧炭过程中比表面积损失很小，有利于延长催化剂的使用寿命。
5、再生循环气体回路中设置了碱洗系统，脱除了再生气体中的HCl，一方面一部分再生气体可以直接放空，另一方面降低了对再生气体回路中各设备材质的要求。
权利要求
1.一种催化剂连续再生方法，来自移动床反应器的待生催化剂在再生器内向下依次经过缓冲区、烧炭区、氧氯化区和焙烧区，再生后的催化剂离开再生器，其特征在于再生气体先进入由外筛网与再生器内壁围成的上部空间，以向心方式通过上部催化剂床层后，在由内筛网围成的空间内，与补充的常温惰性气体和干燥空气混合后，再沿径向以离心方式通过下部催化剂床层，并进入由外筛网与再生器内壁围成的下部空间，随后引出再生器，依次经过换热、碱洗水洗、干燥、过滤、增压和加热后返回再生器烧炭区循环使用。
2.按照权利要求1的方法，其特征在于进入上部催化剂床层的再生气体温度为400～480℃。
3.按照权利要求1的方法，其特征在于进入下部催化剂床层的再生气体温度为480～520℃。
4.按照权利要求1的方法，其特征在于进入上部催化剂床层和下部催化剂床层的再生气体的入口氧含量均为0.2～1.0v％。
5.按照权利要求1的方法，其特征在于进入上部催化剂床层的再生气体水含量为50～200ppmv。
全文摘要
一种催化剂连续再生方法,待生催化剂向下依次经再生器的缓冲区、烧炭区、氧氯化区和焙烧区,再生气体先进入外筛网与再生器内壁围成的上部空间,沿径向通过上部催化剂床层,在内筛网围成的空间内与补充的常温惰性气体和干燥空气混合后,再沿径向通过下部催化剂床层,进入外筛网与再生器内壁围成的下部空间后引出再生器,经净化、干燥等步骤后返回再生器烧炭区循环使用。该方法能使催化剂在较低温度、较低水含量环境下进行再生。
文档编号C10G35/12GK1387953SQ0111842
公开日2003年1月1日 申请日期2001年5月30日 优先权日2001年5月30日
发明者赵志海, 赵仁殿, 师峰, 付锦晖, 王瑾 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