一种催化剂预积碳增加烃类产率的装置和方法
【技术领域】
[0001]本发明属于生物油/石油催化裂解及生物质积碳研宄领域，涉及生物油/石油催化裂解、催化剂再生、生物质原料预积碳的方法与装置。
【背景技术】
[0002]为解决日益短缺的石油资源与急剧增长的工业需求之间的矛盾，合理高效地利用石油资源、寻找替代能源是两个行之有效的方法。生物油作为近年出现的新型能源，在某些方面能很好的替代石油，具有较高的经济价值和环保效益。
[0003]生物油/石油催化裂解技术是在常压、较高反应温度下，生物油/石油与催化剂接触进行深度裂解以增产乙烯、丙烯等低碳烯烃与轻质芳香烃，所用催化剂主要为沸石分子筛催化剂，如ZSM-5、Y-型分子筛、LOSA-U FCC等。但目前的催化裂解反应系统仍存在目标产物产率低、催化剂易于结焦失活等问题。国内外学者对沸石分子筛催化剂的催化机理进行研宄，提出“烃池”理论:催化裂解反应是依靠沸石类催化剂内部形成的“烃池”来进行的，而“烃池”是由多甲基苯组成的催化活性中心。在反应初期会消耗反应物在活性位点上形成多甲基苯(积碳过程)，一旦多甲基苯形成，反应物就会与之结合生成产物，即以此为催化活性中心进行催化反应。故烃池的好坏直接影响目标产物产率与产物选择性。传统的催化裂解反应中，通过消耗生物油/石油形成烃池，但生物油/石油含氧量高、品位低，不易形成烃池且产物难以调控。因此我们提出采用高品位原料进行预积碳，以形成良好的催化反应活性中心，从而可以提高产物产率和调控产物分布。另有研宄表明，反应物组成中H元素和C元素的比例对烯烃和芳香烃产率、催化剂结焦率具有显著影响。因此可通过改变有效碳氢比来提升催化热解产物的产率、减少催化剂表面结焦。积碳试验中最优的有效碳氢比为1.2。
[0004]综上，提出在生物油/石油催化裂解反应之前，采用有效氢碳比较高的高有效氢碳比原料与催化剂反应生成预积碳，在催化剂内形成较好的催化反应活性中心，从而提高催化剂活性并减少结焦，最终达到提高生物油/石油催化裂解产物产率和控制产物分布的目的。
【发明内容】
[0005]技术问题:目前应用的催化裂解技术，存在目标产物即低碳烯烃的产率较低的问题。此外，所用的分子筛催化剂活性较弱，在催化裂解过程中易结焦失活。面对不断变化的工业需求，现有技术不能根据需求调节产物分布，造成原料的浪费。因此，亟需开发新技术以增强催化剂活性、提高目标产物产率，并通过对催化剂的处理调节产物分布，以满足工业需求；由此本发明提出一种催化剂预积碳增加烃类产率的装置和方法。
[0006]技术方案:为实现上述发明目的，使用的技术方案如下:在传统的催化裂解装置基础上，增设预积碳反应器，催化剂在进入催化裂解反应器之前与高有效氢碳比原料反应，生成预积碳，这些积碳是较好的催化反应活性中心，可以减少催化剂结焦，提高烃类物质产率。该过程在常压、中等温度下进行，并且短时间内即可在催化剂内形成活性烃池，处理时间短，工艺简单。
[0007]该装置包括:
[0008]催化剂预积碳系统，用于按照进料比例，使催化剂和预积碳原料充分反应，形成质量分数为1-3%的催化剂表面预积碳；
[0009]催化裂解反应系统，用于将生物油或石油催化裂解制备低碳烯烃和轻质芳香烃，同时实现反应产物和待生催化剂的输送；
[0010]催化剂再生系统，用来将积炭的待生催化剂进行烧焦反应，完成催化剂的再生并实现催化剂的输送；
[0011]催化裂解反应器为输送床，两侧边分别与生物油或石油入口、第四导管相连，催化裂解反应器底部为不冷凝气体入口，催化裂解反应器上部与第一旋风分离器相连；第一旋风分离器上出口通过第一导管与分馏塔相连，第一旋风分离器的下出口通过导管与再生器相连；分馏塔侧边为产品出口 ；再生器底部为空气入口，上部与第二旋风分离器相连；第二旋风分离器下出口通过第三导管与预积碳反应器相连，上出口为再生器尾气出口 ；预积碳反应器侧边为侧吹风入口，底部为高有效氢碳比原料入口 ；预积碳反应器通过导管与催化裂解反应器相连，使得催化剂在反应系统中不断循环利用。
[0012]所述的预积碳反应器被三块隔板分为四个反应室:物料供给室、第一物料传输室、第二物料传输室、返料室；物料供给室通过导管与再生器相连；物料供给室侧边为侧吹风入口，物料供给室、第一物料传输室、第二物料传输室底部均布着三个高有效氢碳比原料入口，返料室通过第四导管与催化裂解反应器相连。
[0013]所述的预积碳原料是甲醇、乙醇。
[0014]本发明的催化剂预积碳增加烃类产率的方法为:
[0015]新鲜的再生催化剂由第三导管进入预积碳反应器的物料供给室上部，惰性气体从侧吹风入口鼓入，携带催化剂向前流动；用氮气作载气，将高有效氢碳比原料汽化后分三路由物料供给室、第一物料传输室、第二物料传输室底部鼓入，在常压下与催化剂充分混合反应，生成预积碳；此外，用氮气作载气能为输送催化剂提供动力，提高反应室内压力，防止催化裂解反应器内气体向预积碳反应器内反窜，起到良好的密封作用，完成预积碳的催化剂通过第四导管进入催化裂解反应器；
[0016]利用再生器尾气预热生物油或石油至200°C，再将生物油或石油通入催化裂解反应器，与预积碳反应器输入的催化剂在常压、500-700°C下进行裂解反应，不冷凝气体作为流化气体，从催化裂解反应器底部通入，使反应物和催化剂进行充分混合；反应产物从催化裂解反应器上部进入第一旋风分离器，反应生成的油气被分离出来，进入分馏塔分段冷凝得到所需产品，其余不凝结气体返回催化裂解反应器作为流化气体；结焦催化剂则由第二导管进入再生器；
[0017]空气从再生器底部进入，与待生催化剂在常压、600-800°C下进行烧焦反应，烧焦尾气携带新鲜催化剂进入第二旋风分离器进行分离，反应产生的热量加热催化剂、为后续反应提供热源，分离出的再生催化剂通过第三导管进入预积碳反应器，至此实现催化剂的循环利用；再生器尾气则从第二旋风分离器上部离开，作为生物油/石油裂解之前的预热热源。
[0018]有益效果:本发明的装置和方法具有以下特色及优点:利用高品质原料预积碳的方法增强催化剂的活性，从而提高生物油/石油催化裂解目标产物的产率。通过改变预积碳原料与催化剂的比例，可以调控产物分布，满足不断变化的工业需求。该过程在常压、中等温度下进行，并且短时间内即可在催化剂内形成活性烃池，处理时间短，工艺简单。并且，预积碳反应过程中生成的气相产物可直接通入催化裂解反应器，进而转化为所需的工业产品。这种预积碳方法增强了催化剂活性、减少催化剂结焦，能有效提高产物产率。预积碳所使用的甲醇等原料易于获取、价格低廉，因此该方法具有较好的经济性和可行性。
【附图说明】
[0019]图1是生物油/石油催化裂解中催化剂预积碳增加烃类产率的装置示意图。
[0020]图2是预积碳反应器的结构示意图。
[0021]图中有:催化裂解反应器1、第一旋风分离器2、第二旋风分离器7，第一导管3，第二导管5，第三导管8，第四导管10、分馏塔4、再生器6、预积碳反应器9、生物油或石油入口1、不冷凝气体入口 i1、产品出口 ii1、空气入口 iv、再生器尾气出口 v、侧吹风入口 v1、高有效氢碳比原料入口vi1、物料供给室1、第一物料传输室I1、第二物料传输室II1、返料室IV。
【具体实施方式】
[0022]本发明提供了一种生物油/石油催化裂解中催化剂预积碳增加烃类产率的装置，包括催化剂预积碳系统、催化裂解反应系统、催化剂再生系统。再生催化剂在进入催化裂解反应器之前，与预积碳原料(高有效氢碳比原料，如甲醇、乙醇等)充分反应，形成质量分数为1-3%的催化剂表面预积碳，然后进入催化裂解反应器。在催化裂解反应器中，生物油/石油催化裂解制备低碳烯烃和轻质芳香烃等各种产品，同时实现反应产物和待生催化剂的输送与分离。在再生器中，分离出的结焦催化剂进行烧焦反应，完成催化剂的再生并实现催化剂的输送。至此完成催化剂的循环利用。
[0023]结合附图1，生物油/石油催化裂解中催化剂预积碳增加烃类产率的装置中，催化裂解反应器为输送床，两侧边分别与生物油/石油入口、导管相连，催化裂解反应器底部为不冷凝气体入口，催化裂解反应器上部与旋风分离器相连；旋风分离器上出口通过导管与分馏塔相连、下出口通过导管与再生器相连；分馏塔侧边为产品出口、上部为不冷凝气体出口。再生器底部为空气入口、上部与旋风分离器相连；旋风分离器下出口通过导管与预积碳反应器相连、上出口为再生器尾气出口。预积碳反应器侧边为侧吹风入口、底部为高有效氢碳比原料入口 ；预积碳反应器通过导管与催化裂解反应器相连，使得催化剂在反应系统中不断循环利用。预积碳反应器被三块隔板分为四个反应室:物料供给室1、第一物料传输室I1、第二物料传输室II1、返料室IV。物料供给室通过导管与再生器相连；物料供给室侧边为