一种多级逆流催化裂化/裂解系统及方法与流程
本发明涉及石油加工技术领域，特别涉及一种多级逆流催化裂化/裂解系统及方法。
背景技术
催化裂化/裂解是炼油工业中的一个重要工业过程。在催化裂化/裂解过程中，附加值高的产品多为连串化学反应的中间产物，例如汽油和煤油等，而严格控制反应时间以及减少反应器中的气固返混现象有利于反应过程中间产物的生成。
目前企业中大多沿用并流向上快速循环流化床体系进行催化裂化/裂解反应，反应时油气原料和催化剂均从反应器的底端向顶端运动，即油气原料和催化剂的运动方向为逆重力场方向。
在此过程中，催化剂由于重力作用易发生向下滑落的现象，造成其与油气原料的气固返混，导致反应器轴向的催化剂密度分布不均，进而引起部分催化剂在反应器中停留时间过长，导致反应时间过长，由此不利于反应中间产物的生成。
技术实现要素：
本发明实施例提供了一种多级逆流催化裂化/裂解系统及方法，有利于提高反应的选择性，提高反应中间产物的产率。
第一方面，本发明实施例提供了一种多级逆流催化裂化/裂解系统，包括：呈阶梯分布的至少两级下行流化床反应器和至少两个气固快速分离装置；其中，
所述下行流化床反应器和所述气固快速分离装置一一对应，每一级所述下行流化床反应器的出料口与对应的所述气固快速分离装置的气固混合相入口连通；
每一级所述下行流化床反应器对应的所述气固快速分离装置的气体出口与对应的上一级下行流化床反应器的进料口连通；
每一级所述下行流化床反应器对应的所述气固快速分离装置的固料出口与对应的下一级下行流化床反应器的进料口连通；
最底级下行流化床反应器，用于接收油气原料和催化剂，进行催化裂化/裂解反应，形成油气混合物，并将所述催化剂和所述油气混合物输送给对应的所述气固快速分离装置；
除所述最底级下行流化床反应器之外，每一级所述下行流化床反应器，用于接收油气混合物和催化剂，进行催化裂化/裂解反应，并将反应后的油气混合物和催化剂输送给对应的所述气固快速分离装置；
每一个所述气固快速分离装置，用于对接收到的油气混合物和催化剂进行分离，并通过自身的所述气体出口输送所述油气混合物，通过自身的所述固料出口输送所述催化剂。
可选地，
进一步包括：汽提器、再生器和输送提升管；其中，
所述汽提器的催化剂颗粒入口与所述最底级下行流化床反应器对应的快速气固快速分离装置的固料出口连通；
所述再生器的颗粒入口与所述汽提器的固料出口连通；
所述输送提升管的一端与一级下行流化床反应器的进料口连接，另一端与所述再生器的颗粒出口连接；
所述最底级下行流化床反应器对应的气固快速分离装置，用于将分离出的所述催化剂输送给所述汽提器；
所述汽提器，用于对所述催化剂中的油气混合物进行汽提，并通过自身的固料出口将汽提后的所述催化剂输送给所述再生器；
所述再生器，用于对所述催化剂进行再生；
所述输送提升管，用于将所述再生器再生后的催化剂输送给所述一级下行流化床反应器。
可选地，
进一步包括：分馏塔；其中，
所述一级下行流化床反应器对应的气固快速分离装置的气体出口与所述分馏塔连通；
所述一级下行流化床反应器对应的所述气固快速分离装置，用于将分离后的所述油气混合物输送给所述分馏塔；
所述分馏塔，用于对所述油气混合物中的气相组分和液相组分进行分离，并分别输出分离后的所述气相组份和所述液相组份。
可选地，
所述下行流化床反应器包括：反应器主体、折返筒、气体进料口和固体进料口；其中，
所述反应器主体为直筒型；
所述反应器主体设置于所述折返筒内，所述反应器主体的入料口与所述折返筒连通；
所述折返筒的顶部为子弹头型或
当所述折返筒的顶部为子弹头型时，所述气体进料口和所述固体进料口分别设置于所述折返筒两侧；
当所述折返筒的顶部为
所述气体进料口与下一级下行流化床反应器对应的气固快速分离装置的气体出口连通；
所述固体进料口与上一级下行流化床反应器对应的气固快速分离装置的固料出口连通；
通过所述固体进料口进入所述折返筒的所述催化剂在外部提升风的作用下向上运动，与通过所述气体进料口进入的所述油气混合物在所述折返筒的顶部混合，混合后的所述催化剂和所述油气混合物通过所述反应器主体的入料口进入所述反应器主体内，在所述反应器主体内进行催化裂化/裂解反应；
可选地，
所述气固快速分离装置包括：圆环状分离器主体和气体导出管；其中，
所述气固混合相入口的开口向上，设置于所述圆环状分离器主体外壁的一侧，所述固料出口的开口向下，设置于所述圆环状分离器主体外壁的另一侧；
所述气体导出管的一端设置在所述分离器主体中，所述气体导出管的另一端为所述气体出口；
所述分离器主体，通过所述气固混合相入口接收所述油气混合物和所述催化剂，控制所述油气混合物和所述催化剂在圆环状环隙中进行旋转运动，使所述催化剂进入所述固料出口，所述油气混合物进入所述气体导出管，完成所述油气混合物和所述催化剂的分离。
第二方面，本发明实施例提供了一种利用上述任一实施例提供的多级逆流催化裂化/裂解系统进行催化裂化/裂解的方法，包括：
利用最底级下行流化床反应器接收油气原料和催化剂，进行催化裂化/裂解反应，形成油气混合物，并将所述催化剂和所述油气混合物输送给对应的气固快速分离装置；
利用除最底级下行流化床反应器之外的每一级下行流化床反应器接收所述油气混合物和催化剂，进行催化裂化/裂解反应，并将反应后的油气混合物和催化剂输送给对应的所述气固快速分离装置；
利用各个所述气固快速分离装置对接收到的油气混合物和催化剂进行分离，并通过自身的气体出口将所述油气混合物输送至上一级下行流化床反应器的进料口，通过自身的固料出口将所述催化剂输送至下一级下行流化床反应器的进料口。
可选地，
进一步包括：
利用所述最底级下行流化床反应器对应的气固快速分离装置将所述催化剂输送给汽提器；
利用所述汽提器对所述催化剂中的油气混合物进行汽提，并将汽提后的所述催化剂输送给所述再生器；
利用所述再生器对所述催化剂进行再生；
利用输送提升管将再生器再生后的催化剂输送给一级下行流化床反应器。
可选地，
进一步包括：
利用一级下行流化床反应器对应的气固快速分离装置将分离后的所述油气混合物输送给分馏塔；
利用所述分馏塔对所述油气混合物中的气相组分和液相组分进行分离，并分别输出分离后的所述气相组分和所述液相组分。
可选地，
所述利用各个所述气固快速分离装置对接收到的油气混合物和催化剂进行分离，包括：
利用所述气固快速分离装置的气固混合相入口接收所述油气混合物和所述催化剂；
利用所述气固快速分离装置的分离器主体控制所述油气混合物和所述催化剂在圆环状环隙中进行旋转运动，以使所述催化剂进入所述固料出口，所述油气混合物进入所述气固快速分离装置的气体导出管，完成所述油气混合物和所述催化剂的分离。
可选地，
所述催化剂包括：粒径为25μm～750μm的分子筛；
可选地，
所述催化裂化/裂解反应的温度为：550～650℃。
可选地，
当所述催化裂化/裂解系统包括三级下行流化床反应器时，
一级下行床流化床反应器中的温度为：450～550℃；
二级下行床流化床反应器中的温度为：500～600℃；
最底级下行流化床反应器中的温度为：550～650℃；
可选地，
所述分子筛包括：以y型分子筛为主体的主剂和zsm-5为主体的助剂；所述主剂与所述助剂的质量比为：1:1～10:1。
本发明实施例提供了一种多级逆流催化裂化/裂解系统及方法，每一级下行流化床反应器的进料口设置在下行流化床反应器的顶端，出料口设置在底端，由此，各级下行流化床反应器中的油气原料(最底级下行流化床反应器)或油气混合物和催化剂在反应时，从下行流化床反应器顶端的进料口运动至底端的出料口，该过程为顺重力运动过程，不易造成油气混合物或油气原料与催化剂的气固返混，使得反应器中催化剂的分布更加均匀，有利于有效控制催化剂在反应器中的停留时间，从而有利于提高反应的选择性。
另外，每一级下行流化床反应器对应设置有气固快速分离装置，每一级下行流化床反应器在催化裂化/裂解反应后，均将反应后的油气混合物和催化剂输送给对应的气固快速分离装置。气固快速分离装置可对油气混合物和催化剂进行快速分离，从而有效避免过度的催化裂化/裂解反应，即有效避免油气混合物的反应时间过长，从而有利于提高催化裂化/裂解反应中间产物的产率。
另外，每一级下行流化床反应器对应的气固快速分离装置的固料出口与对应的下一级下行流化床反应器的进料口连通，并且每一个气固快速分离装置的气体出口与对应的上一级下行流化床反应器的进料口连通。这使得油气混合物由最底级下行流化床反应器逐级向对应的上一级下行流化床反应器输送，同时催化剂由一级下行流化床反应器逐级向对应的下一级下行流化床反应器输送，使得油气混合物和催化剂进行逆流接触，有利于增强油气混合物与催化剂之间的传质传热推动力，而传质推动力的增强可保证催化裂化/裂解反应的快速进行，同时，传热推动力的增强可保证下行流化床反应器内的温度均匀，也有利于反应的快速进行，避免反应时间过长，从而进一步有利于提高催化裂化/裂解反应中间产物的产率。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明一个实施例提供的一种多级逆流催化裂化/裂解系统的结构示意图；
图2是本发明另一个实施例提供的一种多级逆流催化裂化/裂解系统的结构示意图；
图3是本发明一个实施例提供的一种多级逆流催化裂化/裂解系统中的再生器的结构示意图；
图4是本发明一个实施例提供的一种包括分馏塔的多级逆流催化裂化/裂解系统的结构示意图；
图5是本发明一个实施例提供的一种多级逆流催化裂化/裂解系统中的气固快速分离装置的结构示意图；
图6(a)是本发明一个实施例提供的一种多级逆流催化裂化/裂解系统中的下行流化床反应器的结构示意图；
图6(b)是本发明另一个实施例提供的一种多级逆流催化裂化/裂解系统中的下行流化床反应器的结构示意图；
图7是本发明又一个实施例提供的一种多级逆流催化裂化/裂解系统中的下行流化床反应器的结构示意图；
图8是本发明一个实施例提供的一种催化裂化/裂解方法的流程图；
图9是本发明一个实施例提供的一种两级逆流催化裂化/裂解系统的结构示意图；
图10是本发明另一个实施例提供的一种两级逆流催化裂化/裂解系统的结构示意图；
图11是本发明一个实施例提供的一种三级逆流催化裂化/裂解系统的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1所示，本发明实施例提供了一种多级逆流催化裂化/裂解/裂解系统，包括：呈阶梯分布的至少两级下行流化床反应器101和至少两个气固快速分离装置102；其中，
所述下行流化床反应器101和所述气固快速分离装置102一一对应，每一级所述下行流化床反应器101的出料口与对应的所述气固快速分离装置102的气固混合相入口连通；
每一级所述下行流化床反应器101对应的所述气固快速分离装置102的气体出口与对应的上一级下行流化床反应器101的进料口连通；
每一级所述下行流化床反应器101对应的所述气固快速分离装置102的固料出口与对应的下一级下行流化床反应器101的进料口连通；
最底级下行流化床反应器，用于接收油气原料和催化剂，进行催化裂化/裂解反应，形成油气混合物，并将所述催化剂和所述油气混合物输送给对应的所述气固快速分离装置102；
除所述最底级下行流化床反应器之外，每一级所述下行流化床反应器101，用于接收油气混合物和催化剂，进行催化裂化/裂解反应，并将反应后的油气混合物和催化剂输送给对应的所述气固快速分离装置102；
每一个所述气固快速分离装置102，用于对接收到的油气混合物和催化剂进行分离，并通过自身的所述气体出口输送所述油气混合物，通过自身的所述固料出口输送所述催化剂。
在上述实施例中，利用阶梯形分布的至少两级下行流化床反应器进行催化裂化/裂解反应，其中最底级下行流化床反应器接收油气原料和催化剂，进行催化裂化/裂解反应后生成油气混合物，除最底级下行流化床反应器以外的每一级下行流化床反应器接收油气混合物和催化剂，进行催化裂化/裂解反应后，输出反应后的油气混合物和催化剂。
由于下行流化床反应器具有类似平推流的性质，在该催化裂化/裂解反应系统中，采用下行流化床反应器，使得该系统易于满足高苛度条件，例如高温和大油剂比等。每一级下行流化床反应器的进料口设置在下行流化床反应器的顶端，出料口设置在底端，由此，各级下行流化床反应器中的油气原料(最底级下行流化床反应器)或油气混合物和催化剂在反应时，从下行流化床反应器顶端的进料口运动至底端的出料口，油气混合物和催化剂并流向下运动，该过程为顺重力运动过程，相较于现有技术的逆重力体系，不易造成油气混合物或油气原料与催化剂的气固返混，使得反应器中催化剂的分布更加均匀，有利于有效控制催化剂在反应器中的停留时间，从而有利于提高反应的选择性。
另外，每一级下行流化床反应器对应设置有气固快速分离装置，每一级下行流化床反应器在催化裂化/裂解反应后，均将反应后的油气混合物和催化剂输送给对应的气固快速分离装置。气固快速分离装置可对油气混合物和催化剂进行快速分离，使得油气混合物和催化剂的接触时间非常短，有效避免油气混合物的反应时间过长，从而有效避免过度的催化裂化/裂解反应，进而有利于提高催化裂化/裂解反应中间产物(汽油和煤油等)的产率。
值得一提的是，每一级下行流化床反应器对应的气固快速分离装置的固料出口与对应的下一级下行流化床反应器的进料口连通，并且每一个气固快速分离装置的气体出口与对应的上一级下行流化床反应器的进料口连通。这使得油气混合物由最底级下行流化床反应器逐级向对应的上一级下行流化床反应器输送，同时催化剂由一级下行流化床反应器逐级向对应的下一级下行流化床反应器输送，使得油气混合物和催化剂进行逆流接触，这使得在除一级下行流化床反应器以外的其他每一级下行流化床反应器中，油气原料(最底级下行流化床反应器)和油气混合物与已经部分积碳的催化剂接触，避免油气原料或油气混合物直接与最新鲜的催化剂接触而在反应的最初阶段快速失活，使得整个催化裂化/裂解系统的传递推动力均匀分布。同时，一级下行流化床反应器中的油气混合物与最新鲜的催化剂接触，即反应到最后阶段的油气混合物与最新鲜的催化剂相接触，有利于增强油气混合物与催化剂之间的传质传热推动力，而传质推动力的增强可保证催化裂化/裂解反应的快速进行，同时，传热推动力的增强可保证下行流化床反应器内的温度均匀，也有利于反应的快速进行，避免反应时间过长，从而进一步有利于提高催化裂化/裂解反应中间产物的产率。可以理解的是，本实施例中各级下行流化床反应器的顺序是按照催化剂自上而下的运动方向进行排序的，即一级下行流化床反应器为最高级下行流化床反应器。
综上所述，本发明实施例提供的多级逆流催化裂化/裂解/裂解系统，采用下行流化床反应器与气固气固分离装置气固快速分离装置结合的形式，使得气相反应物(原油或油气混合物)和固相反应物(催化剂)的接触时间非常短，非常适合高苛度(高油和大油剂比)的催化裂化/裂解反应。
如图2所示，本发明一个实施例中，该多级逆流催化裂化/裂解/裂解系统可以进一步包括：再生器201、输送提升管202和汽提器203；其中，
所述汽提器203的催化剂颗粒入口与所述最底级下行流化床反应器对应的快速气固快速分离装置的固料出口连通；
所述再生器201的颗粒入口与所述汽提器203的固料出口连通；
所述输送提升管202的一端与一级下行流化床反应器的进料口连接，另一端与所述再生器201的颗粒出口连接；
所述最底级下行流化床反应器对应的气固快速分离装置，用于将分离出的所述催化剂输送给所述汽提器203；
所述汽提器203，用于对所述催化剂中的油气混合物进行汽提，并通过自身的固料出口将汽提后的所述催化剂输送给所述再生器；
所述再生器201，用于对所述催化剂进行再生；
所述输送提升管202，用于将所述再生器201再生后的催化剂输送给所述一级下行流化床反应器。
催化剂虽然不参与催化裂化/裂解反应，但反应过程中产生的焦炭容易粘附在催化剂上，使得催化剂降低或丧失催化活性。为了维持催化剂的催化活性，最底级下行流化床反应器对应的气固快速分离装置将分离出的催化剂输送给汽提器，汽提器对粘附在催化剂上的油气混合物进行汽提，例如采用蒸汽分离催化剂表面的油气混合物，然后汽提器将汽提后的催化剂输送给再生器，由此有利于轻质油收率。然后再生器利用从底部接收的再生气体，对催化剂进行再生，即去除催化剂上粘附的焦炭，恢复催化剂的催化活性。例如，利用高温干燥空气对分子筛等催化剂进行再生。然后，再生器将再生后的催化剂输送给输送提升管，输送提升管将再生后的催化剂输送给一级下行流化床反应器，由此不仅维持了催化剂的催化活性，还实现了催化剂的循环利用。并且，再生后的催化剂输送给一级下行流化床反应器，使得最新鲜的催化剂与反应最后阶段的油气混合物相接触，有利于增强催化裂化/裂解反应的深度。
可以理解的是，在准备催化裂化/裂解反应的初期，将催化剂加入到一级下行流化床反应器或者再生器中均可。在催化裂化/裂解反应过程中，各级下行流化床反应器与再生器之间没有严格的先后顺序，即在催化裂化/裂解反应过程中，各级下行流化床反应器与再生器一直处于运行状态。
另外，可以理解的是，对于一级下行流化床反应器来说，不存在上一级下行流化床反应器，对于最底级下行流化床反应器来说，不存在下一级下行流化床反应器，对于两级下行流化床反应器来说，最底级下行流化床反应器即为二级下行流化床反应器。
具体地，如图3所示，再生器201可为湍动流化床301，湍动流化床301的内部设置有一个旋风分离器302，其中，
所述湍动流化床301的两侧壁下端分别设置有进料口和出料口，所述进料口设置在所述出料口的上方；
所述旋风分离器302设置在所述湍动流化床301内部；
所述输送提升管202的一端与所述湍动流化床301的出料口相连，所述输送提升管202的另一端与所述一级下行流化床反应器相连；
所述最底级下行流化床反应器对应的气固快速分离装置，用于将所述催化剂从所述湍动流化床301的进料口输送至所述湍动流化床301中；
所述湍动流化床301，用于利用从底部接收的再生气体将内部存在的所述催化剂输送至所述旋风分离器302中；将所述旋风分离器302排出的所述催化剂通过所述出料口排出至所述输送提升管202；
所述旋风分离器302，用于利用自身产生的离心力，对内部存在的所述催化剂和所述再生气体进行分离，并将分离后的所述催化剂从底端的料腿排出至所述湍动流化床301。
在这里，最底级下行流化床反应器对应的气固快速分离装置将分离后的催化剂从湍动流化床侧壁下端的进料口输送至湍动流化床中，催化剂可在湍动流化床内部形成流动床层。当再生气体从湍动流化床的底部进入湍动流化床之后，可由下至上经过催化剂形成的流动床层。通过与高温再生气体的接触，催化剂表面粘附的焦炭可反应生成二氧化碳和水蒸气等气体，然后与再生气体一起排出再生器，由此去除催化剂表面粘附的焦炭，恢复催化剂的催化活性。
值得一提的是，湍动流化床作为全混釜，最底级下行流化床反应器输送的催化剂一旦从进料口进入湍动流化床，则与其内部存在的流动床层均匀混合，即流动床层中的催化剂没有进入先后的区别。另外，湍动流化床侧壁下侧的进料口设置在出料口的上方，使得催化剂从进料口流向出料口的过程中有一定高度差，从而保证再生气体与催化剂有足够的接触时间，以对催化剂进行充分再生。
在再生过程中，再生气体可能将部分催化剂吹至湍动流化床的中上部，这部分催化剂与再生气体将进入旋风分离器，通过旋风分离器分离后，催化剂通过旋风分离器底部的料腿落回湍动流化床的底部，再生气体则从旋风分离器顶端的升气管排出至湍动流化床顶部，从湍动流化床的顶部排出，由此避免再生气体在由下至上的流动过程中，将部分催化剂携带出湍动流化床，从而保证固体颗粒的循环量。
另外，该催化裂化/裂解系统中的各级下行流化床反应器中的温度可调整，具体地，可通过设置在对应下行流化床反应器外壁的加热套进行温度调节，使得催化裂化/裂解反应的温度维持在550～650℃范围内，以保证催化裂化/裂解反应的正常进行。一般情况下，低级下行流化床反应器的温度较高，而在高级下行流化床反应器中的反应温度较低，这使得随着催化裂化/裂解反应的进行，油气混合物逐级上升，其所处的各级下行流化床反应器中的温度逐渐降低，由此有利于避免油气混合物的过度反应，提高高产轻质烯烃与芳烃等中间产物的产率。例如，当催化裂化/裂解系统包括有三级下行流化床反应器时，一级下行床流化床反应器中的温度为：450～550℃，二级下行床流化床反应器中的温度为：500～600℃，最底级下行流化床反应器中的温度为：550～650℃。
综上所述，本发明实施例提供的多级逆流催化裂化/裂解系统，在下行流化床反应器具有气固均匀分布和抑制气固返混性质的基础上，形成多级气固逆流系统，从而增大各级下行流化床反应器的平均传质推动力，并可在各级提供不同的反应氛围，有利于高产轻质烯烃与芳烃，非常适合高苛度(高油和大油剂比)的催化裂化/裂解反应。
如图4所示，本发明一个实施例中，该催化裂化/裂解反应系统可进一步包括：分馏塔401；其中，
所述一级下行流化床反应器对应的气固快速分离装置的气体出口与所述分馏塔401连通；
所述一级下行流化床反应器对应的所述气固快速分离装置，用于将分离后的所述油气混合物输送给所述分馏塔401；
所述分馏塔401，用于对所述油气混合物中的气相组分和液相组分进行分离，并分别输出分离后的所述气相组分和所述液相组分。
一级下行流化床反应器对应的气固快速分离装置分离出的油气混合物中，有催化裂化/裂解的反应中间产物，例如汽油和煤油等，这些反应中间产物为油气混合物中的液相组分。另外，油气混合物中也存在一氧化碳和水蒸气等气相组分。在对催化裂化/裂解产物进行利用时，汽油和煤油等液相组分为附加值较高的产品，因此一级下行流化床反应器对应的气固快速分离装置分离出的油气混合物后，需要对该油气混合物进行进一步分离，以将油气混合物中的液相组分和气相组分分离开来。如图4所示，油气混合物经分馏塔后，可分离出丙烯、芳烃、轻柴油以及回炼油和油浆等组份。
在这里，利用分馏塔对该油气混合物进行分离，分馏塔可接收外部的水蒸气等分馏气体，当接收到的分馏气体与油气混合物接触时，油气混合物中的一氧化碳等气相组分将扩散到分馏气体中，然后扩散的气相组分随着分馏气体排出分馏塔，液相组分则从分馏塔的另一出口排出，从而实现油气混合物气相组分和液相组分的分离，有利于油气混合物的高效利用。
如图5所示，本发明一个实施例中，所述气固快速分离装置102可以进一步包括：圆环状分离器主体1021和气体导出管1022；其中，
所述气固混合相入口的开口向上，设置于所述圆环状分离器主体1021外壁的一侧，所述固料出口的开口向下，设置于所述圆环状分离器主体1021外壁的另一侧；
所述气体导出管1022的一端设置在所述分离器主体1021中，所述气体导出管1022的另一端为所述气体出口；
所述分离器主体1021，通过所述气固混合相入口接收所述油气混合物和所述催化剂，控制所述油气混合物和所述催化剂在圆环状环隙中进行旋转运动，使所述催化剂进入所述固料出口，所述油气混合物进入所述气体导出管1022，完成所述油气混合物和所述催化剂的分离。
为了达到良好的分离效果，圆环状分离器主体的直径d与对应的下行流化床反应器的直径dr的比例d/dr为2.5～3.5。另外，气固混合相入口的横截面为矩形，矩形长l1为0.35～0.6d，宽w1为0.8～1.2dr。矩形气固混合相入口的一侧与圆环形分离器主体相切成一垂直防护板，与垂直防护板相对的另一侧与圆环状分离器主体相割，相割处的夹角α为50°～70°。气体导出管是一段与圆环状分离器主体同轴安装，并且插入到圆环状分离器主体内部的开口直管，其开口端面与圆环状分离器主体的挡板的距离w3为0.1～0.35d。在气固混合相入口与圆环状分离器主体相割处，设有入口导流挡板，其与垂直线所处的角度β为10°～25°。导流挡板的末端与垂直防护板之间的距离w2为0.07～0.25d。固料出口的横截面也为矩形，其一侧与圆环状分离器主体相切成另一垂直防护板，高度h3为0.8～1.2d。在固料出口与圆环状分离器主体相切处设有弧形切割板，其半径为d/2。弧形切割板与圆环状分离器主体的外壳的垂直距离h2为0.05～0.15d，与圆环状分离器主体的中心垂线的夹角γ为5与圆环状分。固料出口的另外两侧为圆弧形挡板，其圆弧半径r1和r2分别为0.2～0.3d与0.4～0.6d。
当油气混合物和催化剂组成的气固混合物离开对应的下行流化床反应器之后，从气固快速分离装置的气固混合相入口进入气固快速分离装置时，由于入口导流挡板对气固混合物的导流作用，使得催化剂在气固混合相入口处具有一个向边壁运动的趋势，气固混合物进入圆环状分离主体之后，在位于圆环状分离器主体的壳体与气体导出管之间的圆环状环隙中作旋转运动。由于油气混合物和催化剂惯性力的差别以及固体颗粒的附壁效应，使得催化剂在圆环状环隙中经过1/4圆弧的运动后，聚集在距边壁很近的一个边界层中。此时切割板利用固体颗粒的边壁聚集现象实现催化剂与油气混合物的高效快速分离。经过切割后，气体从切割板的上方继续在圆环状环隙中作旋转运动，在经过1～3周的旋转运动后，由气体导出管排出至对应的上一级下行流化床反应器。而催化剂则下落至固料出口，通过固料出口流入对应的下一级下行流化床反应器。
另外，为了进一步提高分离效果，气体导出管偏心安装在圆环状分离器主体中，这可减少催化剂切割前的空隙，使得催化剂向边壁进一步聚集，同时增加切割后的空隙，减少油气混合物在继续作旋转运动时对催化剂的夹带。
经实验测量，该气固快速分离装置具有良好的分离效果，其分离率可达97％以上，并且催化剂的停留时间在100ms以下，油气混合物的停留时间在2s以下，可有效避免停留时间过长而导致的过度催化裂化/裂解反应。
本发明一个实施例中，所述下行流化床反应器包括：反应器主体、折返筒、气体进料口和固体进料口；其中，
所述反应器主体为直筒型；
所述反应器主体设置于所述折返筒内，所述反应器主体的入料口与所述折返筒连通；
所述折返筒的顶部为子弹头型或
当所述折返筒的顶部为子弹头型时，所述气体进料口和所述固体进料口分别设置于所述折返筒两侧；
当所述折返筒的顶部为
所述气体进料口与下一级下行流化床反应器对应的气固快速分离装置的气体出口连通；
所述固体进料口与上一级下行流化床反应器对应的气固快速分离装置的固料出口连通；
通过所述固体进料口进入所述折返筒的所述催化剂在外部提升风的作用下向上运动，与通过所述气体进料口进入的所述油气混合物在所述折返筒的顶部混合，混合后的所述催化剂和所述油气混合物通过所述反应器主体的入料口进入所述反应器主体内，在所述反应器主体内进行催化裂化/裂解反应。
当折返头顶部为子弹头型时，下行流化床反应器的结构示意图如图6(a)所示，当折返头顶部为
值得一提的是，反应器主体的入料口与折返筒顶部之间的距离与折返筒底部直筒的直径之比为0.5～3，以折返筒顶部为子弹头型为例，如图6(b)所示，m:n＝0.5～3:1。可以理解的是，当折返筒顶部为
另外，下行流化床反应器的气体进料口(一般为喷油嘴)与反应器主体的中轴线所成的夹角为0～90～，即气体进料口设置在下行流化床反应器的顶部或侧面均可，而下行流化床反应器的固体进料口一般设置在下行流化床反应器的侧面。
可以理解的是，最底级下行流化床反应器也可设置为反应器主体与折返筒结合的形式，以便于油气原料和催化剂的混合，保证油气原料和催化剂均匀的进入反应器主体。
如图8所示，本发明实施例提供了一种利用上述任一实施例提供的催化裂化/裂解系统进行催化裂化/裂解的方法，该方法可以包括以下步骤：
步骤801：利用最底级下行流化床反应器接收油气原料和催化剂，进行催化裂化/裂解反应，形成油气混合物，并将所述催化剂和所述油气混合物输送给对应的气固快速分离装置；
步骤802：利用除最底级下行流化床反应器之外的每一级下行流化床反应器接收所述油气混合物和催化剂，进行催化裂化/裂解反应，并将反应后的油气混合物和催化剂输送给对应的所述气固快速分离装置；
步骤803：利用各个所述气固快速分离装置对接收到的油气混合物和催化剂进行分离，并通过自身的气体出口将所述油气混合物输送至上一级下行流化床反应器的进料口，通过自身的固料出口将所述催化剂输送至下一级下行流化床反应器的进料口。
本发明一个实施例中，该方法可以进一步包括：
利用所述最底级下行流化床反应器对应的气固快速分离装置将所述催化剂输送给汽提器；
利用所述汽提器对所述催化剂中的油气混合物进行汽提，并将汽提后的所述催化剂输送给所述再生器；
利用所述再生器对所述催化剂进行再生；
利用输送提升管将再生器再生后的催化剂输送给一级下行流化床反应器。
本发明一个实施例中，该方法可以进一步包括：
利用一级下行流化床反应器对应的气固快速分离装置将分离后的所述油气混合物输送给分馏塔；
利用所述分馏塔对所述油气混合物中的气相组分和液相组分进行分离，并分别输出分离后的所述气相组分和所述液相组分。
本发明一个实施例中，步骤803的具体实施方式，可以包括：
利用所述气固快速分离装置的气固混合相入口接收所述油气混合物和所述催化剂；
利用所述气固快速分离装置的分离器主体控制所述油气混合物和所述催化剂在圆环状环隙中进行旋转运动，以使所述催化剂进入所述固料出口，所述油气混合物进入所述气固快速分离装置的气体导出管，完成所述油气混合物和所述催化剂的分离。
本发明一个实施例中，所述催化剂包括：粒径为75μm～750μm的分子筛，所述分子筛包括：以y型分子筛为主体的主剂和zsm-5为主体的助剂；所述主剂与所述助剂的质量比为：1:1～10:1。由于合适粒径的分子筛具有超大比表面，从而使得分子筛与油气混合物或油气原料的传递推动力极大增强，从而保证反应的快速进行。
下面通过几个具体的实施例对利用本发明实施例提供的催化裂化/裂解系统进行催化裂化/裂解反应的方法进行详细说明。
实施例1：采用图9所示的多级逆流催化裂化/裂解系统进行催化裂化/裂解反应，具体过程如下：
在本实施例1中，多级逆流催化裂化/裂解系统具有最底级(二级)下行流化床反应器901以及其对应的最底级(二级)气固快速分离装置902，还有一级下行流化床反应器903以及其对应的一级气固快速分离装置904。
在反应初期，一级下行流化床反应器903接收催化剂，催化剂通过一级气固快速分离装置904的固料出口输送至二级下行流化床反应器901的进料口。然后催化剂与二级下行流化床反应器901接收的油气原料接触，进行催化裂化/裂解反应，生成油气混合物。
然后，生成的油气混合物与催化剂通过二级气固快速分离装置902的气固相混合入口进入二级气固快速分离装置902，经二级气固快速分离装置902分离后，油气混合物通过气体出口被提升至一级下行流化床反应器903，而催化剂则通过固料出口排出。
进入一级下行流化床反应器903中的油气混合物则与一级下行流化床反应器接收的催化剂进行进一步催化裂化/裂解反应，反应后的油气混合物与催化剂进入一级气固快速分离装置904，一级气固快速分离装置904对油气混合物和催化剂进行分离后，油气混合物通过气体出口排出，催化剂则通过固料出口进入二级下行流化床反应器901，催化二级下行流化床反应器901接收的油气原料进行催化裂化/裂解反应。
实施例2：采用如图10所示的多级逆流催化裂化/裂解系统进行催化裂化/裂解反应，具体过程如下：
在本实施例2中，催化裂化/裂解系统具有最底级(二级)下行流化床反应器901以及其对应的最底级(二级)气固快速分离装置902，还有一级下行流化床反应器903以及其对应的一级气固快速分离装置904，以及再生器1001、输送提升管1002和汽提器1003。
该催化裂化/裂解的反应过程与实施例1中的反应过程相似，不同之处在于：在循环反应过程中，二级气固快速分离装置902将分离出的催化剂输送给汽提器1003，汽提器1003对吸附在催化剂表面的油气混合物进行汽提后，将汽提后的催化剂输送给再生器1001，再生器对内部存在的催化剂进行再生后，通过输送提升管1002将再生后的催化剂提升至一级下行流化床反应器903，实现催化剂的循环利用，使得一级下行流化床反应器903无需不断接收外部输入的催化剂。
实施例3：采用如图11所示的多级催化裂化/裂解系统进行催化裂化/裂解反应，具体过程如下：
在本实施例3中，催化裂化/裂解系统具有最底级(三级)下行流化床反应器1101以及其对应的最底级(三级)气固快速分离装置1102，二级下行流化床反应器1103以及其对应的二级气固快速分离装置1104，还有一级下行流化床反应器1105以及其对应的一级气固快速分离装置1106，以及再生器1107、输送提升管1108、汽提器1109和分馏塔1110。
在一个循环周期内：
再生器1107接收催化剂，并通过输送提升管1108将催化剂提升至一级下行流化床反应器1105，一级下行流化床反应器1105通过其对应的一级气固快速分离装置1106将催化剂输送至二级下行流化床反应器1103，二级下行流化床反应器1103通过其对应的二级气固快速分离装置1104将催化剂输送至三级下行流化床反应器1101中。
三级下行流化床反应器1101接收外部输入的油气原料，其内部存在的油气原料在催化剂的催化作用下进行催化裂化/裂解反应，生成油气混合物，并将油气混合物和内部存在的部分催化剂输送给对应的三级气固快速分离装置1102，三级气固快速分离装置1102对油气混合物和催化剂进行分离，并将分离后的催化剂输送给汽提器1109，汽提器1109对吸附在催化剂表面的油气混合物进行汽提后，将汽提后的催化剂输送给再生器1107，三级气固快速分离装置1102同时将分离出的油气混合物输送给二级下行流化床反应器1103。
油气混合物在二级下行流化床反应器1103中进行进一步催化裂化/裂解反应后，通过其二级下行流化床反应器1103对应的二级气固快速分离装置1104将其与催化剂分离后，再输送至一级下行流化床反应器1105中。同时，再生器1107对三级气固快速分离装置1102输送的催化剂进行再生后，利用输送提升管1108将再生后的催化剂提升至一级下行流化床反应器1105。
一级下行流化床反应器1105中的催化剂与油气混合物进行接触，使得油气混合物进行进一步催化裂化/裂解反应，反应后的油气混合物和催化剂进入一级气固快速分离装置1106，一级气固快速分离装置1106将分离出的油气混合物输送至分馏塔1110，同时将分离出的催化剂输送至二级下行流化床反应器1103。分馏塔1110对油气混合物中的气相组分和液相组分进行分离，并分别输出分离后的气相组分和液相组分。
由上述实施例可以看出，油气原料由最底级下行流化床反应器进入，进行催化裂化/裂解反应后生成油气混合物，然后油气混合物经过二级下行流化床反应器进行进一步催化裂化/裂解反应……直至在一级(最高级)下行流化床反应器中反应，并由一级下行流化床反应器输出。催化剂由一级下行流化床反应器进入，经过次高级下行流化床反应器……直至进入最底级下行流化床反应器，并由最底级下行流化床反应器输送给再生器再生，再生后的催化剂再被输送到一级(最高级)下行流化床反应器。在此过程中，油气混合物与催化剂实现逆流接触，其传质传热推动力更大，有利于催化裂化/裂解反应的快速进行。
并且，每一级下行流化床反应器的出料口都设置有对应的气固快速分离装置，每一个气固快速分离装置可对油气混合物和催化剂进行快速分离，从而有效避免过度的催化裂化/裂解反应，即有效避免油气混合物的反应时间过长。
实施例4
将60％蜡油和40％渣油组成的原料油作为油气原料，催化剂包括75％分子筛与25％zsm-5，将油气原料和催化剂投入本发明上述任一实施例提供的多级逆流催化裂化/裂解系统，另外将同样的油气原料在提升管中进行催化裂化/裂解反应，两个系统的反应条件和反应产物如表1所示，其中，a1和a2表征本发明实施例提供的多级逆流催化裂化/裂解系统中的反应，b表征提升管中的反应。从表1中可以看出，本发明实施例提供的多级逆流催化裂化/裂解系统高产轻质烯烃与芳烃。
表1
综上，本发明各个实施例至少具有如下效果：
1、在本发明实施例中，利用阶梯形分布的至少两级下行流化床反应器进行催化裂化/裂解反应，由于下行流化床反应器具有类似平推流的性质，各级下行流化床反应器中的油气原料或油气混合物和催化剂在反应时，从下行流化床反应器顶端的进料口运动至底端的出料口，该过程为顺重力运动过程，从而不易造成油气混合物或油气原料与催化剂的气固返混，使得反应器中催化剂的分布更加均匀，有利于有效控制催化剂在反应器中的停留时间，从而有利于提高反应的选择性。
2、在本发明实施例中，每一级下行流化床反应器对应设置有气固快速分离装置，每一级下行流化床反应器在催化裂化/裂解反应后，均将反应后的油气混合物和催化剂输送给对应的气固快速分离装置。气固快速分离装置可对油气混合物和催化剂进行快速分离，从而有效避免过度的催化裂化/裂解反应，即有效避免油气混合物的反应时间过长，从而有利于提高催化裂化/裂解反应中间产物的产率。
3、在本发明实施例中，每一级下行流化床反应器对应的气固快速分离装置的固料出口与对应的下一级下行流化床反应器的进料口连通，并且每一个气固快速分离装置的气体出口与对应的上一级下行流化床反应器的进料口连通。这使得油气混合物由一级下行流化床反应器逐级向对应的上一级下行流化床反应器输送，同时催化剂由最高级下行流化床反应器逐级向对应的下一级下行流化床反应器输送，使得油气混合物和催化剂进行逆流接触，有利于增强油气混合物与催化剂之间的传质传热推动力，而传质推动力的增强可保证催化裂化/裂解反应的快速进行，同时，传热推动力的增强可保证下行流化床反应器内的温度均匀，也有利于反应的快速进行，避免反应时间过长，从而进一步有利于提高催化裂化/裂解反应中间产物的产率。
4、在本发明实施例中，最底级下行流化床反应器对应的气固快速分离装置将分离出的催化剂输送给再生器，再生器对催化剂进行再生后，利用输送提升管将再生后的催化剂输送至最高级下行流化床反应器，由此不仅维持了催化剂的催化活性，还实现了催化剂的循环利用。并且，再生后的催化剂输送给一级下行流化床反应器，使得最新鲜的催化剂与反应最后阶段的油气混合物相接触，有利于增强催化裂化/裂解反应的深度。
5、在本发明实施例中，一级下行流化床反应器对应的气固快速分离装置将分离出的油气混合物输送给分馏塔，分馏塔将油气混合物中的气相组分和液相组分进行分离，并分别输出分离后的气相组分和液相组分，便于轻组分和重组分的后续使用，从而有利于油气混合物的高效利用。
6、在本发明实施例中，在下行流化床反应器中设置有反应器主体和折返筒，进入折返筒的催化剂在提升风的作用下向上运动，与油气混合物在折返筒顶部混合，混合后的催化剂和油气混合物一并进入反应器主体，由此保证气固均匀的进入反应器主体，有利于提高反应均匀性。
7、在本发明实施例中，在下行流化床反应器具有气固均匀分布和抑制气固返混性质的基础上，形成多级气固逆流系统，从而增大各级下行流化床反应器的平均传质推动力，并可在各级提供不同的反应氛围，有利于高产轻质烯烃与芳烃，非常适合高苛度(高油和大油剂比)的催化裂化/裂解反应。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个······”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同因素。
最后需要说明的是：以上所述仅为本发明的较佳实施例，仅用于说明本发明的技术方案，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内所做的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本发明的保护范围内。
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