一種烷烴類催化轉(zhuǎn)化方法及其反應(yīng)設(shè)備的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于石油煉制領(lǐng)域，具體涉及一種烷烴類催化轉(zhuǎn)化方法及其反應(yīng)設(shè)備。
【背景技術(shù)】
[0002] 流化催化裂化（FCC)技術(shù)是原油二次加工的主要手段之一，其工藝技術(shù)發(fā)展相對 比較成熟，目前國內(nèi)市場70~80%的汽油，30%的柴油采用流化催化裂化（FCC)技術(shù)。隨著 原料的改變及加工工藝的不斷發(fā)展，其工藝流程和加工設(shè)備也在不斷地發(fā)生著改進(jìn)。然而， 迄今為止，國內(nèi)外幾乎所有的流化催化裂化裝置（FCCU)的反應(yīng)器均采用提升管反應(yīng)器，其 中包括上行式提升管反應(yīng)器和下行式提升管反應(yīng)器。
[0003] 在上行式提升管反應(yīng)器中原料油與來自再生器的催化劑在上行式提升管反應(yīng)器 下部混合并沿上行式提升管并流上行，在上升的過程中原料油在催化劑的作用下發(fā)生裂化 反應(yīng)。對上行式提升管反應(yīng)器進(jìn)行局部部件改進(jìn)的專利技術(shù)很多，如重油進(jìn)料（噴嘴）霧 化技術(shù)；上行式提升管反應(yīng)器末端氣固快分技術(shù)；待生劑高效多段汽提技術(shù)；兩段高效再 生技術(shù)；上行式提升管反應(yīng)終止技術(shù)；分段進(jìn)料技術(shù)等。近幾年，針對上行式提升管反應(yīng)器 本身改進(jìn)也有很多專利申請公開，如CN1302843A公開了一種兩段上行式提升管反應(yīng)器催 化裂化新技術(shù)，可大幅度提高原料的單程轉(zhuǎn)化率，獲得好的產(chǎn)品分布。CN1633493A則公開了 一種多上行式提升管反應(yīng)器技術(shù)，而CN1217366A則披露了一種多產(chǎn)烯烴的多反應(yīng)區(qū)上行 式提升管反應(yīng)器，可顯著提高低碳烯烴收率。
[0004] 在下行式提升管反應(yīng)器中原料油與來自再生器的催化劑在下行式提升管反應(yīng)器 頂部混合并沿下行式提升管反應(yīng)器并流下行，在下降的過程中原料油在催化劑的作用下發(fā) 生裂化反應(yīng)。CN1603389A公開了一種兩段式下行式提升管反應(yīng)器催化裂化方法和裝置， 主要用于解決現(xiàn)有的上行式提升管反應(yīng)器所存在的催化劑與油氣返混嚴(yán)重，以及下行式提 升管反應(yīng)器技術(shù)所存在的反應(yīng)器后半段的催化反應(yīng)程度下降等問題。CN1530423A公開了 一種下行式提升管反應(yīng)器的烴油催化裂化方法，通過使烴油原料經(jīng)下行式提升管反應(yīng)器頂 部垂直設(shè)置的進(jìn)料噴嘴注入該反應(yīng)器中，所形成的呈霧化狀態(tài)的烴油原料與催化劑接觸反 應(yīng)，經(jīng)下行式提升管反應(yīng)器后迅速分離。該方法可提高重油轉(zhuǎn)化能力、明顯改善產(chǎn)品分布。 CN1546610A披露了一種處理重質(zhì)原料油的催化裂化/裂解下行式提升管反應(yīng)器，設(shè)計(jì)了氣 固并流下行超短接觸催化的反應(yīng)器。關(guān)于下行式提升管反應(yīng)器的催化裂化技術(shù)的專利發(fā)明 申請公開還有很多，可參考CN1552800A、CN1453334A、CN1530422A等。
[0005] CN101210191A公開了一種下行式提升管反應(yīng)器與上行式提升管反應(yīng)器串聯(lián)的折 疊式提升管反應(yīng)器催化裂化方法，預(yù)熱后的原料油進(jìn)入下行式提升管反應(yīng)器與來自再生器 的高溫再生催化劑接觸，氣化并進(jìn)行裂解反應(yīng)，從下行式提升管反應(yīng)器出口出來的油氣進(jìn) 入上行式提升管反應(yīng)器繼續(xù)反應(yīng)。該發(fā)明還可根據(jù)目標(biāo)產(chǎn)品的不同，兩個(gè)反應(yīng)器內(nèi)可采用 不同的催化劑。采用該發(fā)明提供的方法，可提高汽油收率，改善產(chǎn)品質(zhì)量。
[0006] 上述專利無論是上行式提升管反應(yīng)器，下行式提升管反應(yīng)器還是折疊式提升管反 應(yīng)器，其油氣與催化劑在反應(yīng)器中都是采用并流的方式前進(jìn)，對于重油催化裂化來說，這是 比較有利的，因?yàn)橹赜头肿虞^大，很容易吸附在催化劑的表面并發(fā)生反應(yīng)，采用并流式可減 少催化劑的返混，便于控制反應(yīng)深度，有利于提高汽油、或柴油等催化裂化過程中間產(chǎn)物的 收率和選擇性。然而，隨著煉油化工一體化的發(fā)展，采用煉油廠所產(chǎn)的干氣、或輕石腦油，甚 至是天然氣等原料生產(chǎn)高附加值的氫氣、乙烯、丙烯、或丁烯等產(chǎn)品，已是許多煉油企業(yè)提 高經(jīng)濟(jì)效益的主要途徑之一，相對于傳統(tǒng)的流化催化裂化（FCC)技術(shù)來說，原料和目的產(chǎn) 品都發(fā)生了很大的變化，原有的提升管反應(yīng)器系統(tǒng)已經(jīng)無法滿足新的要求。這些烷烴類原 料，其分子較小，吸附能力較弱，在現(xiàn)有的提升管反應(yīng)器中并流的方式反應(yīng)中，催化劑流化 密度不高的情況下，原料分子與催化劑活性中心接觸機(jī)率較小，無法達(dá)到理想的反應(yīng)深度 和目的產(chǎn)品選擇性。此外，這類反應(yīng)過程的生焦量較少，催化劑失活不嚴(yán)重，而且失活較慢， 如果采用提升管反應(yīng)器，短時(shí)間內(nèi)催化劑未達(dá)到完全失活，又無法實(shí)現(xiàn)催化劑在反應(yīng)器中 長時(shí)間停留，未完全失活的催化劑和反應(yīng)油氣一起流出反應(yīng)器，不能再次和原料接觸并反 應(yīng)，從而造成了催化劑效率不高。
[0007] CN103360197A，雖然公開了一種流化床反應(yīng)器逆流接觸催化轉(zhuǎn)化的方法，但該方 法主要是提高C4-C8烯烴轉(zhuǎn)化的丙烯產(chǎn)率，并且需要配合特定改性的中孔分子篩催化劑。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008] 為了解決目前煉油廠所產(chǎn)富含烷烴類的干氣、輕石腦油、或天然氣等進(jìn)行催化裂 化，當(dāng)采用傳統(tǒng)的提升管反應(yīng)器進(jìn)行催化轉(zhuǎn)化造成的其中的烷烴轉(zhuǎn)化率以及產(chǎn)物選擇性不 高的問題，本發(fā)明提供如下的使烷烴類原料和催化劑在流化床反應(yīng)器中以逆流方式接觸并 發(fā)生催化轉(zhuǎn)化反應(yīng)的方法及其反應(yīng)設(shè)備的技術(shù)方案：
[0009] 一種烷烴類催化轉(zhuǎn)化方法，包括烷烴類原料和催化劑在流化床反應(yīng)器中以逆流方 式接觸并發(fā)生催化轉(zhuǎn)化的反應(yīng)步驟，所述的烷烴類原料為C1-C8的烷烴、天然氣、或輕石腦 油的一種或多種。
[0010] 作為上述烷烴類催化轉(zhuǎn)化方法的優(yōu)選方案，所述催化轉(zhuǎn)化在流化反應(yīng)器中進(jìn)行， 烷烴類原料從流化床反應(yīng)器下部進(jìn)入流化床反應(yīng)器，所述的催化劑為來自再生器的再生催 化劑，再生催化劑從流化床反應(yīng)器上部進(jìn)入流化床反應(yīng)器，上行的烷烴類原料與下行的再 生催化劑逆流接觸發(fā)生反應(yīng)；其中，所述的再生催化劑下行催化失活后繼續(xù)下行進(jìn)入汽提 器，經(jīng)汽提后送入所述再生器再生，所述烷烴類原料上行經(jīng)再生催化劑催化轉(zhuǎn)化后繼續(xù)上 行進(jìn)入沉降器沉降分離其攜帶的少量再生催化劑。
[0011] 作為上述烷烴類催化轉(zhuǎn)化方法的優(yōu)選方案，所述催化劑在流化床反應(yīng)器中的停留 時(shí)間優(yōu)選為3s-30s。
[0012] 作為上述烷烴類催化轉(zhuǎn)化方法的優(yōu)選方案，所述催化劑為平均粒徑優(yōu)選為 60 μ m-120 μ m 的顆粒。
[0013] 作為上述烷烴類催化轉(zhuǎn)化方法的優(yōu)選方案，所述流化床反應(yīng)器中，包含烷烴類原 料及其催化轉(zhuǎn)化產(chǎn)物的混合油氣線速優(yōu)選為介于0. 1-lm/s之間。
[0014] 作為上述烷烴類催化轉(zhuǎn)化方法的優(yōu)選方案，所述的烷烴類原料為甲烷或天然氣， 所述的催化劑為以氧化鋁為載體的鎳催化劑；或所述的烷烴類原料為輕石腦油，所述的催 化劑為ZSM-5分子篩。
[0015] -種烷烴類催化轉(zhuǎn)化反應(yīng)裝置，包括流化床反應(yīng)器3,所述的流化床反應(yīng)器3上部 設(shè)置有催化劑導(dǎo)入裝置，流化床反應(yīng)器3下部設(shè)置有烷烴類原料導(dǎo)入裝置，其中，所述的流 化床反應(yīng)器3設(shè)置有烷烴類原料導(dǎo)入裝置的一端設(shè)置的催化劑導(dǎo)出裝置與汽提器5連接， 流化床反應(yīng)器3設(shè)置有催化劑導(dǎo)入裝置的一端設(shè)置的烷烴類原料經(jīng)催化轉(zhuǎn)化后的混合油 氣導(dǎo)出裝置與沉淀器2連接，所述催化劑導(dǎo)入裝置與再生器12連接，并且，沉淀器2下部與 汽提器5連接，汽提器5與再生器12通過氣升管10連接。
[0016] 作為上述烴類催化轉(zhuǎn)化反應(yīng)裝置的優(yōu)選方案，所述烷烴類原料導(dǎo)入裝置設(shè)置有多 個(gè)且高度不同，所述催化劑導(dǎo)入裝置設(shè)置有多個(gè)且高度不同。
[0017] 作為上述烴類催化轉(zhuǎn)化反應(yīng)裝置的優(yōu)選方案，所述的流化床反應(yīng)器3的催化反應(yīng) 區(qū)內(nèi)設(shè)置有內(nèi)徑擴(kuò)徑催化反應(yīng)區(qū)或內(nèi)徑縮徑催化反應(yīng)區(qū)中的至少一個(gè)。
[0018] 采用本發(fā)明的烷烴類催化轉(zhuǎn)化方法，或采用本發(fā)明的烷烴類催化轉(zhuǎn)化反應(yīng)裝置進(jìn) 行烷烴類的催化轉(zhuǎn)化反應(yīng)，可提高催化劑的流化密度，增加混合油氣與催化劑的返混，提高 混合油氣與催化劑之間傳質(zhì)和傳熱效率，增大混合油氣中烷烴類原料與催化劑活性中心的 接觸機(jī)率，從而提高烷烴類原料的轉(zhuǎn)化率和目的產(chǎn)物的選擇性。此外，通過烷烴類原料與催 化劑逆流接觸使失活不嚴(yán)重的催化劑向下流動(dòng)接觸到裂化反應(yīng)活性較高的烷烴類原料，保 持催化反應(yīng)的持續(xù)高效進(jìn)行，提高了催化劑的利用效率；同時(shí)向上流動(dòng)的混合油氣，雖然其 裂化反應(yīng)活性有所下降，但是接觸到的是催化活性較高的再生催化劑，仍然能夠保持催化 反應(yīng)的高效進(jìn)行，增加烷烴類原料的反應(yīng)深度，進(jìn)一步提高目的產(chǎn)物的收率和選擇性。
【附圖說明】
[0019] 圖1是本發(fā)明的烷烴類催化轉(zhuǎn)化反應(yīng)裝置結(jié)構(gòu)示意圖；
[0020] 附圖中的標(biāo)記及相應(yīng)的部件名稱：
[0021] 1 一混合油氣出口；2-沉降器；3-流化床反應(yīng)器；4 一烷烴類原料進(jìn)口；5-汽提 器；6-汽提蒸汽；7-半待生劑閥；8-待生劑閥；9 一氣升空氣；10-氣升管；11一再生空 氣；12-再生器；13-煙氣出口； 14 一再生劑閥。
【具體實(shí)施方式】
[0022] 本發(fā)明的一種烷烴類催化轉(zhuǎn)化方法，包括烷烴類原料和催化劑在流化床反應(yīng)器中 以逆流方式接觸并發(fā)生催化轉(zhuǎn)化的反應(yīng)步驟，所述的烷烴類原料為C1-C8的烷烴、天然氣、 或輕石腦油的一種或多種，優(yōu)選為天然氣、甲烷或輕石腦油，其中所述的輕石腦油為沸程 20°C~70°C的汽油餾分。
[0023] 本發(fā)明的烷烴類催化轉(zhuǎn)化方法中，所述的催化劑種類，可以根據(jù)烷烴類原料不同， 使用相應(yīng)的現(xiàn)有技術(shù)中的各種固體顆粒催化劑，例如以氧化鋁為載體的鎳基催化劑，ZSM-5 分子篩催化劑，以氧化鋁為載體的鉬基烷烴脫氫催化劑等。特別是當(dāng)烷烴類原料為甲烷或 天然氣，所述的催化劑為以氧化鋁為載體的鎳催化劑時(shí)，甲烷轉(zhuǎn)化率顯著提高；所述的烷烴 類原料為輕石腦油，所述的催化劑為ZSM-5分子篩催化劑時(shí)，乙烯和丙烯的收率和選擇性 都得到了明顯提高。
[0024] 本發(fā)明的烷烴類催化轉(zhuǎn)化方法中，考慮到催化劑依靠自身重力向下流動(dòng)的原因， 固體催化劑顆粒的平均粒徑優(yōu)選為30 μ m-600 μ m，進(jìn)一步優(yōu)選為60 μ m-120 μ m。所述的平 均粒徑是指根據(jù)激光粒度分析儀，通過顆粒的衍射或散射光的空間分布來獲得的顆粒平均 粒徑。
[0025] 本發(fā)明的烷烴類催化轉(zhuǎn)化方法中，對所述的流化床反應(yīng)器沒有限定，只要包含能 使烷烴類原料和催化劑在反應(yīng)器中可以以逆流方式接觸并發(fā)生反應(yīng)的設(shè)置即可。優(yōu)選為流 化床反應(yīng)器上部設(shè)置有催化劑導(dǎo)入裝置，流化床反應(yīng)器下部設(shè)置有烷烴類原料導(dǎo)入裝置， 反應(yīng)階段，所述烷烴類原料從烷烴類原料導(dǎo)入裝置進(jìn)入流化床反應(yīng)器，所述的催化劑從催 化劑導(dǎo)入裝置進(jìn)入流化床反應(yīng)器，上行的烷烴類原料與下行的催化劑逆流接觸發(fā)生反應(yīng)。 所述的流化床反應(yīng)器可以是散式流化床、鼓泡床、湍動(dòng)床、或快速床中的一種或幾種的組 合。
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