专利名称：组合式催化裂化再生工艺方法及设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种催化裂化再生工艺方法及设备，尤其是一种组合式催化裂化再生工艺方法及设备，使因积炭而失去活性的催化剂重新恢复活性；属于石油化工技术领域。
背景技术：
催化裂化原料油在催化裂化催化剂存在的情况下，一方面分解成气体、汽油、柴油等轻组分，另一方面也发生缩合反应生成焦炭。焦炭的主要成份是炭，也含有部分氢。其碳氢原子比很高，约为1∶0.3至1∶1。在反应过程中焦炭沉积在催化剂的表面上，不能作为产品分离出。随着反应的进行，催化剂表面的积炭越来越多，使催化剂的活性下降或完全丧失。因此，必须用含氧气体将焦炭烧去，恢复催化剂的活性和选择性。用含氧气体烧去焦炭的过程称为再生。表面沉积有焦炭的催化剂称为待生剂，烧去焦炭的催化剂称为再生剂。再生剂可以返回反应系统循环使用。
含氧气体在600℃以上的高温条件下与待生催化剂接触烧焦，由于氢的燃烧速度大约是炭的10倍，因此，烧去部分炭时，焦炭中的氢就已经全部烧掉。炭燃烧生成CO2和CO，氢燃烧生成水。在高温，特别是有水蒸气存在的条件下，催化剂的表面结构发生变化，导致催化剂的活性和选择性下降，称为水热失活。为提高烧焦速度，通常采取提高烧焦温度的办法。然而，温度的提高，在水蒸气存在的情况下催化剂很容易发生水热失活。最初的流化催化裂化再生采用一个再生器，一次完成烧焦过程，称为单段再生。尽管设备比较简单，但是烧焦速度低，烧焦效果差，再生剂残炭较高，催化剂水热失活严重。因此，必须及时除去燃烧生成的水蒸气。为解决这个问题，人们将催化裂化再生分成两段，一段先烧去大部分焦炭和全部的氢，含水蒸气的烟气随即排出再生器。然后，催化剂进入二段，由于氢已全部烧去，不存在水蒸气的影响，因此，二段可以在更高的温度下烧焦，烧焦速度大大提高，再生剂的残炭值也随之进一步降低。
待生催化剂的烧焦速度也受烧焦气速的影响，气速较低时，气固比低，氧从气流主体传递到催化剂表面以及燃烧生成的CO2和CO传递到气流主体的传质阻力大。因此，传质过程就成了烧焦速度的控制因素。为使烧焦反应达到由反应动力学控制，再生气速不断提升。再生器床层流型也由鼓泡床发展为湍流床，进而出现了快速床甚至是输送床。气速超过3m/s，烧焦过程可以实现完全由反应动力学控制。
再生过程一方面可以通过烧去焦炭来恢复催化裂化反应催化剂的活性和选择性。同时又是催化裂化装置中最大的耗能部分。因此，一直受到人们的关注。随着原料的日益变重，反应过程中生成的焦炭成倍增加，再生器的烧焦负荷增大，温度升高。特别是超稳沸石裂化催化剂的推广应用，对再生技术提出了更苛刻的要求，因而，工业上先后设计出了不同类型的再生器，归纳起来主要有单段再生、两段再生和快速床再生。按照催化剂和烧焦气体的流程不同，可分为单段或两段、并流、错流或逆流；按照流化床类型不同，可分为鼓泡床、湍流床、快速床或输送床；按照烧焦程度不同，可分为部分烧焦或完全烧焦；按照温度、床层气速、氧浓度等工艺条件的不同，组合成多种多样的再生方式。
单段再生是最早的流化再生形式，就是使用一个再生器一次完成催化剂的烧焦过程。两段再生把再生过程分为两段，第一段烧去部分焦炭，余下的进入第二段继续烧焦。两段再生又分为单器错流两段再生、单器逆流两段再生、双器错流两段再生、双器逆流两段再生。一直以来，为消除烧碳的传质阻力，再生气速不断提高，床层流型从鼓泡床、湍流床发展到快速床。最初快速床再生是以烧焦罐为特征的，因此国内也俗称烧焦罐技术。其工艺型式分为前置烧焦罐再生和后置烧焦罐再生两种。
单段与两段再生大多属于鼓泡床和湍流床，气固传质阻力大，返混严重，因此烧焦强度低，烧焦效果差。烧焦罐再生技术虽然进一步提高了气速，进入了快速床区域，但也没有使烧焦过程完全达到由反应动力学控制。而烧焦管再生属于输送床操作区域，作为一种高效、无气泡气固接触技术，可以完全消除传质阻力的影响，烧焦过程完全由反应动力学控制。烧焦管再生不仅具有烧焦强度大，而且可以使再生催化剂残炭值大大降低，以满足渣油催化裂化反应的要求。此外烧焦管再生还具有其他再生型式无法比拟的占地小，投资少等优点。因此，烧焦管再生是催化裂化再生型式的必然趋势。
然而，管式再生也有自己的弱点。单独采用烧焦管再生，由于气固比的提高，启燃温度难以满足要求。若在较高的温度下烧焦，也会存在催化剂水热失活的问题等等。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于，针对现有技术的不足，提供一种组合式催化裂化再生工艺方法，该方法采用后置烧焦管加湍流床再生器组合式再生，避免了后续烧焦过程中催化剂水热失活的发生，烧焦速度快，烧焦效果好。
本发明所要解决的技术问题还在于，针对现有技术的不足，提供一种组合式催化裂化再生设备，将管式烧焦和湍流床烧焦有效组合，使催化裂化装置扩能并提高掺渣比。该设备占地面积小，投资少，操作灵活、弹性大，既可用于新建装置，也可用于对老装置的改造，能有效实现扩能和提高掺渣比的目的，从而提高经济效益。
本发明所解决的技术问题是通过如下技术方案实现的一种催化裂化再生工艺方法，该方法包括如下步骤步骤一将待生催化剂与含氧气体混合，在烧焦温度为650-730℃，再生器顶部压力为0.12-0.2Mpa(表压)的条件下，烧去60-80％的焦炭和全部氢，生成半再生催化剂；生成的含有CO2、CO和水蒸气的混合烟气，随即与催化剂分离。
步骤二将半再生催化剂继续与含氧气体混合，烧焦温度为680-750℃，继续烧焦，生成含有CO2、少量CO和过剩氧的混合烟气及再生剂。
步骤一中的气体操作线速范围为0.5-1.2m/s；步骤二中的气体操作线速范围为4-16m/s。
一种组合式催化裂化再生工艺设备，包括常规湍流床再生器，在湍流床再生器上增加后置烧焦装置，该烧焦装置主要包括烧焦管、斜管和气固分离件，湍流床再生器下部和烧焦管下部用斜管连接，烧焦管顶部出口与气固分离件连接，待生催化剂首先进入湍流床再生器部分烧焦，含水蒸气烟气上升至再生器稀相，经旋风分离后排出，半再生催化剂进入后置烧焦管继续烧焦，烧焦管出口的气固分离件将催化剂和烟气分离，生成再生剂并返回反应系统。
为了更好地控制催化剂的流量，斜管上设有气动阀。
湍流床再生器密相增设一隔板，在隔板一侧部分烧焦后生成的半再生催化剂，进入烧焦管内烧焦后生成再生剂，再生剂进入隔板的另一侧返回反应系统。
烧焦管的下方增设一缓冲罐，由烧焦管出口的气固分离件分离出的再生剂经缓冲罐返回反应系统。
烧焦管出口气固分离件之后增设第二旋风分离器，用于减轻再生器内第一旋风分离器的负荷，从第一、二旋风分离器中分离出来的两股烟气在再生器之外汇合。
气固分离件为拱门状壳体，拱门两端分别为气固混合物入口和固体出口，与拱门圆弧同心设置中心管，该中心管为气体出口，其容置在壳体内的管体沿轴向开有两条纵向窄缝，窄缝的开度分别为α角和β角，α角和β角的大小可以相等或不相等。两条窄缝的开设夹角为γ角，开设长度与壳体宽度相同，根据催化剂的流量和分离效率的要求，α、β角的大小为15°-35°，γ角为20°-60°，中心管与拱门壳体的圆弧半径比r∶R＝1/2-2/3，拱门高度H＝(0.5-3)R。
综上所述，本发明将管式再生与湍流床再生相结合，形成的组合式催化裂化再生工艺方法及设备，烧焦强度大，烧焦效果好，处理量大，占地面积小，投资少，操作灵活，弹性大；既可用于新建装置，也可用于对老装置的改造，可有效的实现扩能和提高掺渣比的目的，从而提高经济效益。
图1为本发明实施例一再生工艺设备的结构示意图；图2为本发明实施例二再生工艺设备的结构示意图；图3为本发明实施例三再生工艺设备的结构示意图；图4为本发明实施例四再生工艺设备的结构示意图；图5为气固分离件的主视图；图6为气固分离件的右视图。
具体实施例方式
下面结合附图和具体实施例对本发明的技术方案进行详细地说明。
本发明所提供的组合式催化裂化再生工艺方法，包括如下步骤步骤一将待生催化剂与含氧气体混合，在温度为650-730℃，再生器顶部压力为0.12-0.2Mpa(表压)的条件下，烧去60-80％的焦炭和全部氢，生成半再生催化剂；生成的含有CO2、CO和水蒸气的混合烟气，随即与催化剂分离。
步骤二将半再生催化剂继续与含氧气体混合，在680-750℃条件下，继续烧焦，生成含有CO2、少量CO和过剩氧的混合烟气及再生剂。
步骤一中的气体操作线速范围为0.5-1.2m/s，步骤二中的气体操作线速范围为4-16m/s。
上述的步骤一为贫氧不完全再生，生成的烟气中会含有一定量的CO，而步骤二为富含氧的再生过程，再生后的烟气中会有一定量的过剩氧，如不加以控制两股烟气混合时会发生尾燃现象。控制方法可采用在步骤一的湍流床再生器中加入CO助燃剂的方式，尽可能减少烟气中的CO含量；也可通过热量衡算的方法严格控制步骤二中过剩氧含量。
采用上述方法进行催化裂化再生工艺过程的设备可以通过多种组合形式来实现。
实施例一如图1所示，本发明所提供的这种组合式催化裂化再生工艺设备，包括常规湍流床再生器1，在湍流床再生器1上增设一烧焦装置2，该烧焦装置2主要包括烧焦管21、斜管22和气固分离件23，湍流床再生器1下部和烧焦管21下部用斜管22连接，烧焦管21顶部出口与气固分离件23连接后再与湍流床再生器1相连。
为了更好地对催化剂的流量进行控制，斜管22上设有气动阀221。
如图1所示，待生催化剂首先进入湍流床再生器1，含氧气体由气体分布器11进入再生器1，与待生剂接触部分烧焦，含水蒸气再生烟气上升至再生器1稀相，经旋风分离器12分离后排出再生器1，分离下来的催化剂返回再生器1密相。半再生催化剂经斜管22进入后置输送床烧焦管21，其流量由气动阀221控制。含氧气体从烧焦管21底部进入，由于消除了水蒸气的影响，半再生催化剂可在烧焦管21内在更高的温度下继续烧焦。烧焦管21出口气固分离件23置于再生器稀相，分离下来的催化剂返回到再生器1的密相，烟气与再生器1烟气汇合。这种方案的烧焦管21出口气固分离件23也可以放在再生器1外面，但是需要考虑保温的问题，如果再生器稀相内有足够的空间，气固分离件最好放在再生器1稀相。
实施例二如图2所示，为本发明实施例二再生工艺设备的结构示意图。从图中可知，在再生器1密相加一隔板13，将气固分离件23分离下来的催化剂与再生器1密相催化剂隔开。待生剂进入再生器1密相隔板的一侧，含氧气体由气体分布器14进入再生器，与待生剂接触部分烧焦。烟气上升至再生器1稀相，经旋风分离器12分离后排出再生器1，分离下来的催化剂返回再生器1密相。半再生催化剂进入后置烧焦管21，含氧气体由烧焦管21底部进入，与半再生催化剂接触，在更高的温度下继续烧焦，由烧焦管21出口气固分离件23分离下来的催化剂进入隔板13的另一侧，流化风由气体分布器15进入，保持床层流化。气固分离件23烟气返回到再生器1的稀相。同样，这种方案的烧焦管21出口气固分离件23也可以选择放在再生器1稀相或置于再生器1外。再生器1底部与烧焦管21底部的连接管为斜管22，其上安装有气动阀221，用于控制催化剂的流量。
实施例三如图3所示，为本发明实施例三再生工艺设备的结构示意图。从图中可知，待生催化剂首先进入湍流床再生器1，含氧气体由气体分布器11进入再生器1，与待生剂接触部分烧焦，含水蒸气烟气上升至再生器1稀相，经旋风分离器12分离后排出再生器1，分离下来的催化剂返回再生器1密相。半再生催化剂经斜管22进入后置输送床烧焦管21，其流量由斜管22上的气动阀221控制。含氧气体由烧焦管21底部进入，由于排除了水蒸气的影响，半再生催化剂可在烧焦管21中在更高的温度下继续烧焦。经烧焦管21出口气固分离件23分离下来的催化剂经缓冲罐3返回反应系统。烟气则返回到再生器1的稀相，与再生器1的烟气汇合排出器外。
实施例四如图4所示，为本发明实施例四再生工艺设备的结构示意图。从图中可知，待生催化剂首先进入湍流床再生器1，含氧气体由气体分布器11进入再生器1，与待生催化剂接触部分烧焦，含水蒸气烟气上升至再生器1稀相，经旋风分离器16分离后排出再生器1，分离下来的催化剂返回再生器1密相。半再生催化剂经斜管22进入后置烧焦管21，其流量由斜管22上的气动阀221控制。含氧气体由烧焦管21底部进入，在没有水蒸气的存在下，可在更高的温度下继续烧焦。气固混合物经烧焦管21出口气固分离件23分离后，催化剂经缓冲罐3返回提升管反应系统，烟气再经一组旋风分离器24分离，分离下来的催化剂返回再生器1密相床，旋风24烟气与再生器1烟气在再生器1外汇合。
综上所述，实施例二与实施例一的区别在于实施例一，催化剂在再生器1与烧焦管21之间循环烧焦，达到定炭指标后回到提升管反应器；实施例二，再生器1密相区焊有一平面或弧形的竖直隔板1 3，可减少催化剂之间的返混，进一步降低再生催化剂的含炭量。经烧焦管21烧焦后的催化剂不再与再生器1中密相催化剂混合，直接返回提升管反应器。
另外，实施例三与实施例二的区别在于实施例三取消了再生器1密相的隔板13，增设了一个催化剂缓冲罐3，由烧焦管21出口气固分离件23分离下来的催化剂经缓冲罐3返回提升管反应器。缓冲罐3能够保证催化剂稳定的循环，提高装置操作的稳定性。
而实施例四与实施例三的区别在于实施例四在烧焦管21出口气固分离件23之后增设了一组旋风分离器24，以减轻再生器1内旋分16的负荷。最后两股烟气在再生器1外汇合。
因此，本发明所提供的工艺方法，实质也是两段再生。待生催化剂先在湍流床再生器中烧去全部的氢，含水蒸气的烟气及时排出，避免了后续烧焦过程中催化剂水热失活的发生。烧焦管置于再生器之后，半再生催化剂以很高的温度进入，能很好的满足管式再生的启燃温度要求。而且管式再生具有烧焦速度快，烧焦效果好，占地面积小，投资少的有点。充分发挥了管式烧焦的优势，避免了其不足。
后置烧焦管组合式再生的实现依赖于两个关键设备气固分离件和气动阀。烧焦管出口的催化剂应能高效快速分离，而且压降要小，因此本发明采用一种气固分离件23，其结构如图5、6所示。气固分离件23为拱门状壳体，拱门两端分别为气固混合物入口231和固体出口232，与拱门圆弧同心设置中心管233，该中心管233为气体出口，其容置在壳体内的管体沿轴向开有两条纵向窄缝2331和2332，窄缝2331和2332的开度分别为α角和β角，两条窄缝2331和2332的开设夹角为γ角。窄缝开设长度与壳体宽度D相同，根据催化剂的流量和分离效率的要求，α、β角的大小为15°-35°，α角和β角的大小可以相等或者不相等，γ角为20°-60°，中心管与拱门壳体的圆弧半径比r∶R＝1/2-2/3，拱门高度H＝(0.5-3)R。
气固混合物入口231与烧焦管21出口相连，固体颗粒出口232接气固分离件23料腿，气体由中心管233排出。待分离的气固混合物进入气固分离件23后，沿壳体做半圆周运动，由于固体颗粒的惯性大于气体的惯性，经过窄缝2331和2332时，气体流动方向发生急剧变化，由窄缝进入中心管233，固体颗粒则继续沿壳体做半圆周运动，由固体颗粒出口232进入气固分离件23料腿，从而实现气固分离。斜管中催化剂的流量采用气动阀221控制。气动阀阻力小，操作简单。
结合图1-图4所示，图中箭头的指向表示烧焦过程中设备内的气体和固体颗粒的流向，其中，A表示待生剂、B表示烧焦后生成的再生剂。
最后需要说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而未脱离本发明技术方案的精神和范围的，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
权利要求
1.一种组合式催化裂化再生工艺方法，其特征在于该方法包括如下步骤步骤一将待生催化剂与含氧气体混合，在烧焦温度为650-730℃，再生器顶部压力为0.12-0.2Mpa的条件下，烧去60-80％的焦炭和全部氢，生成半再生催化剂；生成的含有CO2、CO和水蒸气的混合烟气，随即与催化剂分离。步骤二将半再生催化剂继续与含氧气体混合，烧焦温度为680-750℃，继续烧焦，生成含有CO2、少量CO和过剩氧的混合烟气及再生剂。
2.根据权利要求1所述的组合式催化裂化再生工艺方法，其特征在于所述的步骤一中的气体操作线速范围为0.5-1.2m/s。
3.根据权利要求1所述的组合式催化裂化再生工艺方法，其特征在于所述的步骤二中的气体操作线速范围为4-16m/s。
4.一种组合式催化裂化再生工艺设备，包括常规湍流床再生器，其特征在于在所述的湍流床再生器上增加后置烧焦装置，该烧焦装置主要包括烧焦管、斜管和气固分离件，湍流床再生器下部和烧焦管下部用斜管连接，烧焦管顶部出口与气固分离件连接，待生催化剂首先进入湍流床再生器部分烧焦，含水蒸气烟气上升至再生器稀相，经旋风分离后排出，半再生催化剂进入后置烧焦管继续烧焦，烧焦管出口的气固分离件将催化剂和烟气分离，生成再生剂并返回反应系统。
5.根据权利要求4所述的组合式催化裂化再生工艺设备，其特征在于所述的斜管上设有气动阀，用于控制催化剂的流量。
6.根据权利要求4所述的组合式催化裂化再生工艺设备，其特征在于所述的湍流床再生器密相增设一隔板，在隔板一侧部分烧焦后生成的半再生催化剂，进入烧焦管内烧焦后生成再生剂，再生剂进入隔板的另一侧返回反应系统。
7.根据权利要求4所述的组合式催化裂化再生工艺设备，其特征在于所述的烧焦管的下方增设一缓冲罐，由烧焦管出口的气固分离件分离出的再生剂经缓冲罐返回反应系统。
8.根据权利要求7所述的组合式催化裂化再生工艺设备，其特征在于所述的烧焦管出口气固分离件之后增设第二旋风分离器，用于减轻再生器内第一旋风分离器的负荷，从第一、二旋风分离器中分离出来的两股烟气在再生器之外汇合。
9.根据权利要求4-8任一项所述的组合式催化裂化再生工艺设备，其特征在于所述的气固分离件为拱门状壳体，拱门两端分别为气固混合物入口和固体颗粒出口，与拱门圆弧同心设置中心管，该中心管为气体出口，其容置在壳体内的管体沿轴向开有两条纵向窄缝，窄缝的开度分别为α角和β角，两条窄缝的开设夹角为γ角，开设长度与壳体宽度相同，根据催化剂的流量和分离效率的要求，α、β角的大小为15°-35°，γ角为20°-60°，中心管与拱门壳体的圆弧半径比r∶R＝1/2-2/3，拱门高度H＝(0.5-3)R。
10.根据权利要求9所述的组合式催化裂化再生工艺设备，其特征在于所述的α角和β角相等。
全文摘要
一种组合式催化裂化再生工艺方法，将待生催化剂先用含氧气体烧去部分焦炭和全部氢，生成含CO
文档编号C10G11/00GK1626622SQ20041003087
公开日2005年6月15日 申请日期2004年4月7日 优先权日2004年4月7日
发明者卢春喜, 刘显成, 王丽旻, 时铭显 申请人:石油大学(北京)