一种轻质烃油催化转化生产低碳烯烃和芳烃的系统和方法与流程

本公开涉及石油化工领域，具体地，涉及一种轻质烃油催化转化生产低碳烯烃和芳烃的系统和方法。

背景技术：

1、低碳烯烃(乙烯、丙烯)和低碳芳烃(btx)作为石油化工的重要基础有机原料，在石油化学工业中起着举足轻重的作用。

2、近年来，生产低碳烯烃和低碳芳烃的新技术受到越来越多的关注，催化裂解生产低碳烯烃和低碳芳烃的技术是其中应用最为广泛的一种。例如中国专利cn103509589a、cn103509593a、cn103509594a和cn103509595a公开了一种轻质烃油催化转化方法，轻质烃油原料进入催化裂解装置中进行催化裂化反应，生成的反应油气经分离得到低碳烯烃，待生催化剂再生后循环使用，反应产物中的c4轻馏分返回提升管反应器回炼。该发明为了减少反应器的散热能耗，将提升管反应器和其他全部或部分反应器组件布置在再生器内部；为了进一步满足反应-再生系统热量需求，这些发明直接将燃料通入再生器和/或待生斜管中。

3、上述现有技术提出了通过催化裂化(裂解)反应过程将石油烃类原料转化为低碳烯烃的方法，但仍未能解决轻质烃油催化转化过程中由于生焦低导致反应-再生系统热量不足、反应器磨损带来的安全隐患、催化剂高温破碎失活等一系列问题而且未涉及对高价值低碳芳烃回收及提高低碳芳烃收率的方案。

技术实现思路

1、本公开的目的是提供一种轻质烃油催化转化生产低碳烯烃和芳烃的系统和方法，以解决现有技术中存在的反应-再生系统热量不足、反应器磨损带来的安全隐患、催化剂高温破碎失活等问题。

2、为了实现上述目的，本公开第一方面提供一种轻质烃油催化转化生产低碳烯烃和芳烃的系统，该系统包括同轴设置的提升管反应器、反应产物提纯分离单元以及油气急冷器；所述油气急冷器设置在所述反应产物提纯分离单元的顶部；所述反应产物提纯分离单元由下至上依次包括汽提段和反应沉降器，所述汽提段与所述反应沉降器之间由密封盖板分隔；所述汽提段包括待生催化剂出口和可选的反应循环催化剂出口；所述提升管反应器包括第一再生催化剂入口、第二再生催化剂入口和可选的反应循环催化剂入口；所述汽提段的待生催化剂出口通过待生斜管用于与催化剂再生装置的入口连通；所述提升管反应器的第一再生催化剂入口通过第一再生斜管用于与催化剂再生装置的出口连通；所述提升管反应器的第二再生催化剂入口通过第二再生斜管用于与第二催化剂再生装置的出口连通；其中，所述第二再生斜管上设有第二再生催化剂冷却器；所述汽提段的反应循环催化剂出口通过反应循环斜管与所述提升管反应器的循环催化剂入口连通。

3、可选地，所述反应沉降器中设有全封闭防结焦旋流组件；所述全封闭防结焦旋流组件包括旋流快分头、封闭罩和反应旋风分离器；所述封闭罩为设置在所述汽提段上部的密封筒体；所述密封筒体上部的出口通过导流筒与所述反应旋风分离器的入口连通；所述密封筒体下部穿过所述密封盖板向下延伸至所述汽提段中，且所述封闭罩下部设有槽口，以使所述封闭罩的内侧和外侧仅通过所述槽口连通；所述提升管反应器的上部嵌设在所述反应产物提纯分离单元内部，且所述提升管反应器的顶部延伸至所述密封筒体内，并且所述旋流快分头设置于所述提升管反应器的顶部出口处；或者，所述反应沉降器中设有粗旋顶旋密闭直联组件；所述粗旋顶旋密闭直联组件包括粗旋、油气集合管、油气密闭导引管和反应旋风分离器；所述提升管反应器的顶部出口通过所述粗旋与所述油气集合管的内部连通；所述油气集合管的气体出口与所述反应旋风分离器的入口连通；所述油气密闭导引管的底部入口穿过所述密封盖板向下延伸至所述汽提段上部的气相空间；所述密封盖板下部的气相空间与所述油气集合管通过所述油气密闭导引管连通。

4、可选地，所述反应旋风分离器至少为一级，优选两级；所述封闭罩上部的导流筒的出口与第一级反应旋风分离器的入口连通；最后一级反应旋风分离器的气体出口与所述反应集气室的入口连通；所述反应旋风分离器的催化剂出口通过料腿穿过所述密封盖板向下延伸至所述封闭罩外壁和所述密封盖板形成的气相空间；或者，所述油气集合管的气体出口与第一级反应旋风分离器的入口连通；最后一级反应旋风分离器的气体出口与所述反应集气室的入口连通；所述粗旋的催化剂出口、所述油气密闭导引管的入口以及所述反应旋风分离器的催化剂出口通过料腿穿过所述密封盖板向下延伸至所述密封盖板下部的气相空间。

5、可选地，所述提升管反应器包括自下而上依次连通的预提升段、变径段和反应段；所述预提升段和所述反应段分别为等直径圆筒形；所述反应段的入口直径与所述预提升段的直径比为1～5；所述预提升段、变径段和反应段的长度的比值为1：(0.05～0.5)：(1～10)；所述预提升段设有预提升介质喷嘴、所述第一再生催化剂入口和回炼介质喷嘴；所述预提升介质喷嘴用于与预提升介质源连通、所述回炼介质喷嘴用于与回炼介质源连通、所述第一再生催化剂入口与所述第一再生斜管的一端连通；所述变径段设有原料喷嘴，所述原料喷嘴用于与轻质烃油原料源连通；所述反应段设有所述第二再生催化剂入口、所述反应循环催化剂入口和稀释蒸汽喷嘴；所述稀释蒸汽喷嘴用于与稀释蒸汽源连通；所述第二再生催化剂入口与所述第二再生催化剂冷却器的出口连通；所述反应循环催化剂入口与所述反应循环斜管的一端连通。

6、可选地，所述反应沉降器内还设有反应集气室以及位于所述反应集气室下方的防焦蒸汽环；所述反应集气室的出口与所述反应沉降器的顶部出口连通；所述防焦蒸汽环的入口用于与防焦蒸汽源连通；所述防焦蒸汽环的上表面和/或下表面开设蒸汽喷射孔；所述汽提段包括汽提段内构件、至少一组汽提蒸汽环和松动蒸汽环；所述汽提段内构件包括人字挡板、环形挡板、盘伞形挡板、填料和格栅中的一种或几种；所述汽提蒸汽环位于所述汽提段的中部和/或下部；所述松动蒸汽环位于所述汽提段的底部；所述汽提蒸汽环和所述松动蒸汽环的上表面和/或下表面设有蒸汽耐磨喷嘴。

7、可选地，所述油气急冷器包括油气分配器、急冷器挡板、急冷介质分配器和搅拌蒸汽环；所述油气分配器位于油气急冷器底部且所述反应沉降器的顶部出口与所述油气分配器的入口连通；所述急冷器挡板位于所述油气分配器的上方；所述急冷器挡板的层数为1～20层；所述急冷介质分配器位于所述急冷器挡板上部；所述急冷介质分配器的下表面开设喷射孔，所述急冷介质分配器的喷射孔的气流方向为竖直向下和/或斜向下；所述搅拌蒸汽环位于油气急冷器下部；所述搅拌蒸汽环的上表面开设喷射孔，所述搅拌蒸汽环的喷射孔的气流方向为竖直向上和/或斜向上。

8、本公开第二方面采用本公开第一方面所述的系统进行轻质烃油催化转化生产低碳烯烃和芳烃的方法，该方法包括：使轻质烃油原料进入提升管反应器与再生催化剂接触进行裂解反应，得到包含裂解反应产物和待生催化剂的反应物料；使所述反应物料经提升管反应器的出口进入反应产物提纯分离单元进行分离，得到高温反应油气和待生催化剂；使所述高温反应油气进入油气急冷器与急冷介质换热，得到降温反应油气；使所述低温反应油进一步分离，得到低碳烯烃和低碳芳烃；使所述待生催化剂通过待生斜管进入催化剂再生装置，得到再生催化剂；使一部分再生催化剂作为第一再生催化剂通过第一再生斜管进入所述提升管反应器，使另一部分再生催化剂作为第二再生催化剂通过第二再生斜管冷却后进入所述提升管反应器；

9、可选的，使一部分待生催化剂作为反应循环催化剂通过反应循环斜管返回所述提升管反应器。

10、可选地，所述轻质烃油原料选自馏程为20～300℃的轻馏分，优选为催化裂化汽油、催化裂解汽油、直馏石脑油、焦化石脑油、热裂解石脑油、热裂化石脑油、加氢石脑油、重整抽余油、直馏煤油和加氢煤油中的一种或几种；所述再生催化剂包括沸石、无机氧化物和黏土；以所述再生催化剂的总重量为基准，沸石的含量为0.5～90重量％，无机氧化物的含量为1～99重量％，粘土的含量为0～80重量％；所述沸石包括介孔沸石、中孔沸石和可选的大孔沸石；以所述沸石的总重量为基准，所述介孔沸的含量为10～90重量％，中孔沸石的含量为10～90重量％，大孔沸石的含量为0～50重量％；所述急冷介质选自初馏点在300℃以上的重质油品，优选为裂解重油、催化裂化油浆、催化裂解油浆、焦化油浆、常压渣油和减压渣油中的一种或多种。

11、可选地，所述裂解反应的反应条件包括：预热温度为40～600℃，反应温度为400～900℃，反应压力为0.01～1.0mpa(g)，反应时间为0.1～30s，所述再生催化剂与所述轻质烃油原料的质量流速比为1～100，水蒸汽与所述轻质烃油原料的质量流速比为0.05～2；所述汽提段的操作条件包括：气体平均气体表观线速为0.05～1m/s，催化剂平均停留时间为0.5～10min；所述油气急冷器的操作条件包括：出口的降温反应油气的温度为200～550℃，底部液体温度为200～500℃，底部液体停留时间为0～15min；通过所述第一再生斜管的再生催化剂与通过所述第二再生斜管的再生催化剂的质量流量比为(1～50)：1；所述待生催化剂与所述反应循环催化剂的质量流量比为(0.5～10)：1。

12、可选地，所述反应沉降器中设有全封闭防结焦旋流组件；所述全封闭防结焦旋流组件包括旋流快分头、封闭罩和反应旋风分离器；或者，所述反应沉降器中设有粗旋顶旋密闭直联组件；所述粗旋顶旋密闭直联组件包括粗旋、油气集合管、油气密闭导引管和反应旋风分离器；该方法还包括，使所述反应物料通过提升管反应器出口处的旋流快分头进行第一分离得到粗分油气和第一待生催化剂；使所述第一待生催化剂通过封闭罩内部空间向下流动，并流入所述汽提段；使所述粗分油气沿封闭罩内部空间向上流动并经过导流筒进入反应旋风分离器进行第二分离，得到所述高温反应油气和所述第二待生催化剂；使所述高温反应油气由所述反应旋风分离器的气相出口进入油气急冷器，使所述第二待生催化剂由所述反应旋风分离器的催化剂出口进入所述封闭罩外壁和所述密封盖板形成的气相空间，并通过所述槽口最终进入所述汽提段；或者，该方法还包括，使所述反应物料通过粗旋进行第一分离，得到粗分油气和第一待生催化剂；将使所述粗分油气进入反应旋风分离器进行第二分离，得到所述高温反应油气和第二待生催化剂；使所述高温反应油气由所述反应旋风分离器的气相出口进入油气急冷器；使由所述粗旋的催化剂出口流出的第一待生催化剂和由所述反应旋风分离器的催化剂出口流出的第二待生催化剂进入所述汽提段。

13、通过上述技术方案，将进行裂解反应的装置和催化剂再生的装置独立设置，能够提升系统的适应范围和安全性。在第二再生斜管上设置第二再生催化剂冷却器，用于将一部分再生催化剂的温度降低，可以灵活的调节提升管反应器中的催化剂活性和浓度，显著增大剂油比，提高原料与催化剂接触面积，显著增强催化反应，提高低碳烯烃和低碳芳烃收率，减低甲烷氢和焦炭产率。另外，在本技术的系统中设置油气急冷器，可以快速降低反应油气温度，避免反应油气在管线中过度热裂化而缩合结焦而带来的安全隐患，并且可以有效利用高温反应油气中的热量。

14、本公开的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。