专利名称：用分离并气提催化剂的综合设备对烃进行流化床催化裂化的制作方法
技术领域：
本发明涉及使用从气体中分离固体催化剂颗粒并从催化剂中气提烃的新型设备对烃进行流化床催化裂化(“FCC”)的方法。本发明还涉及在FCC方法的旋风分离器中将催化剂和气态物料从其混合物中分离。
从气体中分离固体的旋风分离方法已公知并普通应用。这种方法的一个特别广为人知的应用是在烃加工工业中，其中颗粒催化剂与气态烃反应物接触来实现气流组分的化学转化或与气流相接触的颗粒的物理变化。
对于使气流与最终分离的催化剂颗粒物流接触及实现气体与颗粒相接触的方法来说，FCC方法是其熟悉的一个实例。FCC方法及其中使用的分离装置在US-A-4701307和US-A-4792437中有全面的叙述。
从气流中分离固体颗粒的最普遍的方法使用的是旋风分离。旋风分离器是公知的，其操作方式是通过赋予夹带固体颗粒的气体一个切线方向的速度，使得较重的固体向外离去，从而向上排出气体并向下收集固体。旋风分离器通常包括直径较小的旋流器，后者具有在园筒形容器外部的切线入口，所述园筒形溶器构成了旋流器的外壳。
对于FCC方法领域的技术人员来说，用来从气态物料中分离颗粒物料的旋风分离器是公知的。在FCC旋风分离器的操作中，气态物料和催化剂的切线方向进入，产生了一个螺旋形流径，这在旋风分离器中建立起一个旋涡构型，使得与外部旋涡相关的向心加速作用造成催化剂颗粒向园筒容器的外部迁移而气态物料进入内部旋涡以最终从顶部出口排出。较重的催化剂颗粒在旋风分离器园筒形容器的侧壁上蓄积并最终落至旋风分离器底部并经出口和用于经FCC装置循环的浸入管排出。US-A-4670410和US-A-2535140总体叙述了旋风分离器装置和其变型。
FCC方法是寻求当气态流体和固体从管道排出时将它们快速分离的方法的许多途径的代表。在FCC方法中，达到这种初期快速释放的一种办法是将含有反应物流体和催化剂的管道与传统旋风分离器直接连接。在改进分离的同时，其存在的缺点是直接连接向旋风分离器排出固体和气态流体混合物的管道。而排入旋风分离器的混合物含有高载荷的固体，直接排出需要大的旋风分离器。此外，混合物输送的不稳定性还会造成旋风分离器功能恶化，并由于压力脉动造成被旋风分离器分离的烃蒸气中有不能接受的固体带出而破坏了所述的方法。在例如流化床催化裂化的方法中经常遇到这类问题。因而，常常寻求低限制性来实现固体颗粒和气态流体的混合物之间的初始分离。
US-A-4397738和US-A-4482451分开了旋风分离的另一种布置方式，其中从中心管道将气体和固体颗粒的混合物以切线方向排出至一容器中。该容器具有较大的直径，总体上提供了固体由气体中的第一步分离。这种类型的布置与普通旋风分离器布置的不同之处是从中心管道排出固体并使用较大直径的容器来作为容器。在这些布置中初分离通常后续有比传统旋风分离容器更好的第二级从气体中分离出固体。
除从烃气体中分离固体催化剂以外，FCC方法的有效操作还要求当固体催化剂从反应器输送至再生器时从该固体催化剂中气提烃。气提一般使用蒸气来实现，所述蒸气从固体催化物质表面及孔隙内取代吸附烃。重要的是要尽可能多的从催化剂表面上气提烃以最大量的回收产物并使在再生器中烃的燃烧减至最小，若不然所述烃的燃烧会在再生区产生过量的温度。
US-A-4689206公开了FCC方法的一种分离和气提布置，其中以切线方向将催化剂和气体的混合物排入分离容器中，并使气体从底部气提区向上流入一系列挡板中以从分离容器内的催化剂中取代烃。虽然这篇专利中所示的布置可实现在分离容器中烃气体从催化剂一定程度的气提，但该布置并未利用在分离容器中用于气提烃的可利用气体的全部，而且并来以通过在催化剂相内部良好分散而保证有效使用的方式来分配进入分离容器中的气提气体。
虽然从FCC催化剂中尽可能最大程度气提并最大量回收烃是有益的，但从事精炼的人员在越来越大的压力下已减少了用来实现气提的传统气提介质的数量。上述压力是由在一般的气提操作中由催化剂与蒸气接触而产生的酸性水流进行处理的困难产生的。因而，虽然更有效的操作方法要求从FCC催化剂中更有效的脱除烃，但优选气提介质的数量却受到了限制。
现已发现，通过以特定方式操作反应器容器可意外的改进由中心向分离室排出颗粒的旋风分离的气提效率，所述特定方式为，将可利用的气提气体的全部通道进入分离容器、同时以增加在分离室中气提效率的方式分配该气体。按照这一发现，围绕分离室的反应器容器中的气态流体在反应器容器内的压力保持高于在分离室内的压力。较高的压力产生了从围绕分离室的反应器容器大量的向分离容器的净气体。将这种气体的一些或其全部穿过多个气流节气阀在高于分离室底部的位置上导入在分离室内的催化剂床中可提高气提效率。所述的气流节气阀保证进入分离室的气体分布均匀，而这又使气体作为汽提介质可有效的使用。
对应的，本发明的一个具体实施方案是一种流化床催化裂化烃进料的方法。该方法将烃进料和固体催化剂颗粒通入包含一导管的立管转化区以产生固体颗粒和气体流体的混合物。该混合物经管道流入分离容器，其中管道占据分离容器的中央部分，而且分离容器位于反应器容器内部。该管道将所述混合物由排放口以切线方向排入分离容器。催化剂颗粒流入位于分离容器下部分的第一催化剂床，且催化剂颗粒在该第一床与第一气提气体接触。催化剂颗粒由该第一床流入在第一催化剂床之下位于分离容器内的第二床。催化剂颗粒与第二气提气体接触，而且第二气提气体流入第一催化剂床以提供一部分第一气提气体。催化剂颗粒由第二床流入到气提区并在该气提区与第三气提气体接触。第三气提气体流入第二催化剂床以提供至少一部分第二气提气体。清洗介质流入反应器容器上部部分，而且至少一部分清洗气体穿过在第一催化剂床底部沿分离容器外部设置的多个节气口以提供一部分第一气提气体。从第一气提区回收被气提的催化剂颗粒。由一出口将收集的包括第一气提气体和催化剂颗粒的气态流体从分离容器的顶部排入一出口并从分离容器排出气态流体。
本发明的另一个具体实施方案是一种从包含气态流体与固体颗粒混合物的物流中分离固体颗粒的装置。该装置包括一个反应器容器；一个位于该反应器容器内的分离容器；和伸入分离容器中并构成位于该容器内的排料口的混合物导管。排料口成切线方向取向用来将物流排入容器并赋予该物流切线方向的速度。由分离容器构成的颗粒出口从该容器的下部部分排出颗粒。一气提容器位于分离容器的下面。一个气体回收导管构成从分离容器内部排出气态流体的出口而且一个旋风分离器与该气体回收导管相联通。有多个喷嘴位于分离容器底部之上，并沿分离容器园周延伸以使分离容器与反应器容器连通。
通过在分离容器中保持催化剂床并在分离容器底部之上的位置从反应器容器向分离容器的紧密的床层注入气提流体，使全部在反应器容器中可利用的气体都被用作气提介质。这类气体包括进入反应器容器顶部以取代在该容器顶部收集的烃的清洗气体、以及出自旋风分离器浸入管的裂解了的烃气体。来自旋风分离器浸入管的裂解气体作为气提气体特别有效，这是因为由于在旋风分离器浸入管的停留时间长，它们经历的裂化已达到基本呈惰性的程度。将已存在于反应器容器中的全部气体用作流过分离容器的气提介质可减少达到所需气提程度而需要的气提蒸汽的总的需求量。对于面对与所产生的酸性水处理有关的处理费用越来越高的精炼者来说，消除对蒸气的需求是特别有益的。
此外，通过以与过去的利用方式相比更有效的方式来使用可利用的气提气体，本发明的方法和装置可进一步减少对蒸气的需求。现有技术在分离容器中气提催化剂的布置方式是从分离容器的一般较大的底部开口来吸纳气提气体。进入这种开口的气体一般不会均匀，主要趋向于流入一边或另一边。经过多个喷嘴从反应器容器向分离容器的紧密床层注入气提气体，使气提气体的分布方式为沿容器的园周均匀地注入气提气体。以这种分布方式气体可有效的用作气提介质。
附图
是FCC反应器容器10的剖面图，其中示意了按照本发明布置的分离容器11。
本发明的装置包括一个分离容器，含有由气态流体输送的固体颗粒混合物的混合物导管向所述分离容器中排出颗粒与气态流体的混合物。分离容器优选为一园筒形容器。当气态流体和固体从混合物导管的排放口以切线方向排入分离容器时，园筒形容器可促进它们的旋转作用。分离容器在排放口之下优选具有敞开的内部，当存在一些穿过分离容器的障碍物如导管或其它设备时，这仍能提供满意的操作。
排放口和排放口上游的导管部分构造成给释出的气态流体和固体的混合物提供切线方向的速度。可使用叶片或挡板来限制排放口以赋予释出的气态流体和固体所需的切线方向的速度。排放出口优选由从中央混合物导管向外延伸的导管或支管构成。在排放导管上游提供弯曲的支管部分，当气态流体和固体释出排放口时会给提供必需的动量以继续沿切线方向穿过分离容器。分离容器布置成从容器的底部移出催化剂颗粒，使得较重的固体颗粒向下从较轻的气态流体中脱离。在向分离容器延伸的分离容器的底部保持固体颗粒床。出自分离容器的分离过的气体将含有附加量的夹带催化剂，它们一般在旋风分离器中分离。优选的旋风分离器是具有与分离容器的出口直接连接的入口的类型。这种类型的分离布置的附加细节示于US-A-4482451中。
本发明的一个必要特征是多个节气口位于沿分离容器外面的园周上。出口位于分离容器底部出口之上并处于在分离容器内保持的紧密催化剂相的顶部之下。为保护良好分布，节气口产生的压降至少为1.7KPa(.25psi)。节气口优选呈喷嘴形，提供将气流导入分离容器的紧密催化剂相中的孔口。该喷嘴优选孔口直径为25.4mm(1吋或略少)，沿分离容器园周的间隔少于305mm(12吋)，更优选少于152mm(6吋)为了获得均匀的压降，全部节气口优选在分离容器壁上位于相同的高度上。
可进入分离容器节气口用作气提介质的流入反应器容器的气体来自多种源。主要来源是进入反应器容器的清洗介质。当不进行清洗时，围绕分离室及直接连接的旋风分离器装置的反应器容器容积在反应器操作过程中是相对无活性的。清洗介质给不然会相对无活性的区域提供了清除烃的必要功能，否则所述的烃会在容器内导致生成焦炭。由于这种清洗介质通常为蒸气，它可容易地提供一种有可能利用的气提气体。另一种气提介质可由旋风分离器的催化剂出口获得。旋风分离器释出的被回收的催化剂含有附加量的夹带气体，该气体进入反应器容器。通过长时间滞留在旋风分离器侵入管将重组分裂化消失使这些气体变得相对呈惰性。
按本发明方式对出自反应器容器的气提气流的有效利用还在于采用了在分离容器、环绕的反应器周围、及节气口之间的压力平衡。本发明的压力平衡保持反应器容器压力高于分离容器。保持必要的压力平衡求紧密催化剂相在反应器中高于底部向上延伸并进入分离容器。按照本发明的目的紧密催化剂相限定为催化剂密度至少是320kg/m3(20lb/ft3)。紧密催化剂相在分离容器的下部部分内向上延伸至高出节气口的高度。紧密催化剂相超出节气口的高度由从旋风分离器入口至浸入管出口穿过旋风分离器的最大压力降限制。通过延长旋风分离器浸入管的长度可增加穿过旋风分离器最大压力降。
节气口或喷嘴位于分离容器底部之上以保持紧密催化剂的一个顶部在节气口和分离容器底部之间。该催化剂顶部迫使至少一部分出自反应器的气体经节气口而不是分离容器底部开口流入分离容器，因为按照本发明反应器容器的压力总是超过分离容器节气口处的压力。优选的是在分离容器中低于节气口的催化剂顶部保持高于经过节气口的压力降，使得全部出自反应器容器的气体流经节气口并在气提分离容器中的催化剂之前经过再分布。
参见附图，该示意图示出了在反应器容器10中的分离布置。呈反应器立管12形态的中央导管从在典型FCC布置中反应器容器10的下部部分向上延伸。中央导管或立管在反应器容器10内优选垂直取向并从反应器容器的底部向上延伸或从反应器容器的顶部向下延伸。立管12的终端在分离容器11的顶部部分并带有呈臂状14的弯曲导管。臂14排出气态流体与包含催化剂的固体颗粒的混合物。
从排出口16以切线方向排出气体和催化剂产生了环绕分离容器11内部低于排出口16的旋涡螺旋构型。与螺旋运动相关的向心加速作用迫使较重的催化剂颗粒趋向分离容器11较外面的部分。出自排出口16的催化剂收集在分离容器11的底部以形成紧密催化剂床17。
密度低于固体的气体更易于改变方向并开始向上盘旋，气体最终流入具有进口20的气体回收管18，进口20用作分离容器11的气体出口。在本发明的优选形式(未在附图中示出)中进口20位于排出口16之下。经进口20进入气体回收管18的气体通常含有较轻的催化剂颗粒载荷。进口20从排放管道回收气体及本文后面将叙述的气提气体。进入导管18的气体中催化剂颗粒的载荷通常低于16kg/m3(1lb/ft3)，典型的是低于1.6kg/m3(.1lb/ft3)。
气体回收管18将分离的气体导入旋风分离器22，在该处从气体回收管内的气体中进一步除去颗粒物料。旋风分离器22与通常直接连接的旋风分离器一样以通用方式进行操作，其中气体以切线方向进入，在旋风分离器内部产生旋涡作用以建立公知的内层和外层旋涡由此从气体中分离催化剂。相对来说不含催化剂的产物物流经过出口24从反应器容器10流出。
通过旋风分离器22回收的催化剂经浸入管导管23从旋风分离器底部释出并流过反应器容器10的下部部分，在该处与经敞开的底部19释出分离容器11的催化剂收集在一起形成在分离容器11外部的部分具有顶部表面28′及在分离容器11内具有顶部表面28″的紧密催化剂床28。出自催化剂床28的催化剂向下流过气提容器30。气提流体，典型的是蒸气，经过分配器31进入气提容器30的下部部分，当催化剂持续向下穿过气提容器时，催化剂与气提流体经一系列挡板进行逆流接触，从催化剂中取代了产物气体。流化气体或附加的气提介质可通过分配器29在催化剂床28的顶部添加。
被气提过的催化剂自气提容器30流经导管15至催化剂再生器34，该再生器通过与含氧气体接触来再生催化剂。含氧气体与催化剂的高温接触从催化剂表面氧化了焦炭沉积物。再生之后，催化剂颗粒经过导管33进入反应器立管12的底部，在该处来自导管35的流化气体将催化剂颗粒向上气动传输穿过立管。当催化剂和传输气体混合物继续在立管中上升时，喷嘴36向催化剂中注入进料，它们之间接触使进料气化以提供按前述方式经排放口16释出的附加气体。
通过经喷嘴37向容器的顶部添加清洗介质，使得相对于旋风分离器内部压力P3和分离容器内压力P1来说，保持称为外层空间38的、在旋风分离器22和分离容器11之外的反应器空间处于一个正压力P2下。清洗介质典型的包含蒸气，用来在外层空间38中保持低的烃分压以防止如前述的焦化问题。
本发明添加了呈喷嘴40形式的节气口，使得进入喷嘴37的全部清洗介质在紧密催化剂床17的顶部部分41中有产地用作气提或预气提介质。最小正压力P2等于在出口16处反应物的压力PRX，该压降与在喷嘴40之上催化剂的顶部及经过喷嘴40的任何附加压降有关。如果忽略经过喷嘴40的压降，则最小正压力等于P1。在附图中标为X的、紧密催化剂床部分41的高度对于本发明的操作是必要的，因为它提供了完全利用可利用的气提介质的部位，这种完全利用是当催化剂进入分离容器时通过对多数催化剂进行初步气提来实现的。高度X通常至少向上延伸30cm(1ft)。如前面讨论过的，高度X受侵入管23可利用长度限制。当高度X增加时，附加的催化剂顶部提高了压力P1和P2最小压力的数值。因为压力P3等于压力PRX与旋风分离器压降的差值，相对于PRX在旋风分离器上部部分的压力保持恒定。因而，在侵入管23底部的压力P2的升高使侵入管23内紧密催化剂的高度上升。所以高度X必须保持低于使紧密催化剂平面42进入旋风分离器22筒状部分43的高度。因而在本发明的优选形式中，根据在分离容器11中催化剂的高度来调节压力P1。
相对于压力P1，压力P2的最大值也受到床17的下部部分44在喷嘴之下延伸的距离以限制。一旦压力P2超出压力P1的数量等于在高度Y之上的催化剂落差，则出自外层空间38的气体会在分离容器底部之下流动并经开口19进入其内部。因而，高度Y用来限制经喷嘴40的压降，该压降决不会超过由在高度Y之上催化剂落差产生的压力。所以，对可经喷嘴37进入该过程清洗介质的数量及进入再生器容器经底部开口19流入分离器的气提或清洗气体的任何附加数量没有限制。为了尽可能多的捕获可利用的气提介质用来在分离容器11中再分配和气提，高度Y提供了对应经喷嘴40的所需压降的最小距离以清除进入底部开口19的气流。当经喷嘴40的压降降低至防止来自外层空间38穿过底部开口19的气流的数值时，床28的顶部将处在床平面28′和喷嘴40高度之间的某个位置。清洗气流进一步减小会使床28顶部平面接近喷嘴40。优选保持催化剂高度Y使得在外层空间38中的全部气态物料流过喷嘴40而设有气体经开口19流入分离容器11。在大多数布置中距离Y至少等于30cm(12in)。这样，在优选的布置中，出自床28的全部气提气体流入床部分44中，而且出自床部分44的全部气提气体与来自外层空间38的气体一起流经床部分41作为气提介质。
权利要求
1 一种用于流化床催化裂化烃进料的FCC方法，包括(a)将烃进料和固体催化剂颗粒通入包括导管(12)的立管转化区以产生固体颗粒与气态流体的混合物；(b)经所述导管(12)将所述催化剂颗粒和气态流体的所述混合物通入分离容器(11)中，其中所述导管(12)占据所述分离容器(11)的中央部分，而且所述分离容器(11)位于反应器容器(10)的内部；(c)经排放口(16)从所述导管将所述混合物以切线方向排入所述分离容器(11)；(d)将催化剂颗粒通入位于所述分离容器(11)下部部分的第一催化剂床(17)中，并使所述催化剂颗粒与第一气提气体在所述第一床(17)中接触；(e)从所述第一床(17)将所述催化剂颗粒通入在所述第一催化剂床(17)之下位于所述反应器容器(10)内的第二床(28)中，使所述催化剂颗粒与第二气提气体接触并将所述第二气提气体通入所述第一催化剂床(17)中以提供一部分所述第一气提气体；(f)将所述催化剂颗粒从所述第二床(28)通入气提区(30)中，在所气提区(30)中使所述颗粒与第三气提气体接触，并将所述第三气提气体通入所述第二催化剂床(28)以提供至少一部分所述第二气提气体；(g)将清洗介质(经过喷嘴37)通入所述反应器容器(10)的上部部分；(h)使至少一部分所述清洗介质穿过在所述第一催化剂床(17)底部沿围绕所述分离容器(11)外部园周设置的多个节气口(40)以提供一部分所述第一气提气体；(i)从所述气提区(30)回收气提过的催化剂颗粒(经导管15)；及(j)将包括所述第一气提气体和催化剂的气态流体从所述分离容器(11)的上部部分收集进入出口(20)并从所述分离容器(11)中排出气态流体用于回收。
全文摘要
通过使用旋风分离方法和装置增加了在FCC方法中可利用气提介质的有效利用,其中从中央导管排放口将颗粒固体和气态流体排入分离容器,并通过在分离容器中使催化剂与来自分离容器外部的再分配气体接触从分离容器中排出所述分离的气态流体, 至少一部分所述再分配气体是穿过围绕所述分离容器底部设置的多个节气口进入分离容器的。
文档编号C10G11/00GK1185477SQ9612139
公开日1998年6月24日 申请日期1996年12月16日 优先权日1996年12月16日
发明者D·A·罗玛斯 申请人:环球油品公司