[发明专利]使用改进的接触段的流化床催化裂解烃物料的方法与设备

说明书

本发明涉及使用一种改进的物料与催化剂接触段的流化床催化裂解烃物料的方法与设备。

人们知道，在石油工业中，流化床催化裂解(FCC)在精炼中已占据越来越重要的位置，因为这种裂解能够使原油成分满足精炼产品市场的需求。

在这些方法中，这种物料的裂解过程是在没有氢的情况下以气相进行的；该反应温度约为500℃，其压力一般是约大气压。在裂解反应过程中，催化剂被焦炭和微量重烃覆盖，在将这种催化剂再装入反应器之后，在空气或氧存在下进行再生操作时这种焦炭燃烧所放出的热量，能够使这种催化剂达到提供给该裂解反应必需的热量所要求的温度。

这些FCC方法通常是在通量上升反应器“立管(riser)反应器”中进行的。但是，这种运行方式有某些缺陷：流化床的催化剂颗粒处于不稳定的平衡，因为一方面在保证进料的蒸发与流化作用的气体上升作用下它们有被提升的趋势，而另一方面由于它们的质量作用而有下降的趋势。

由此可以看出，催化剂流量C与待处理物料流量O之比C／O由最大值一般是3-7所限制，在实际的反应器中通常是约5。

此外，在向上流动的反应器中，该催化剂颗粒在靠近该反应器壁的地方堆积，因此在这个部位会发生烃过裂解，其表现是生成焦、氢、甲烷和乙烷，而不是所要求的高辛烷值的产物，而在反应器中心，该催化剂颗粒不足，导致这种物料转化不充分。

最后，如果催化剂粒子在该反应器中总体来说是被提升的，但由于上述堆积现象，在该壁附近某些粒子在局部可能会再下降。这种现象被称作“返混”，同样表现为该转化率局部下降，因为再下降的这些粒子部分失活，并且这些粒子对物料的作用要比提升的粒子小。这种现象越严重，上述C／O比也就越低。

为了克服立管缺陷，长久以来曾提出使用催化剂下降流动的反应器，即“降流式反应器”(为此目的例如可参见美国专利2 420 558)。

事实上人们知道，由于这些蒸汽相和固相都是在重力作用下进行移动的，所以这两类反应器之间的主要差别在于催化剂与物料的相对位置沿着降流式反应器基本上是一样的。

因此，没有返混现象发生，在这种反应器中保持了催化剂的径向均匀性，并且在这种反应器中流动是活塞类型的。这样能够赋予该裂解反应以良好的选择性。

另外，与立管相比，反应时间似乎能够显著地缩短，并且基本上是低于1秒钟，似乎还有可能自由地增加催化剂的流量，这样不会象在立管的情况下那样对颗粒位移产生有害的影响。

不过，使用一种降流式反应器有很多困难，其结果是实际上没有人冒险实现工业上从向上流动到向下流动的过渡。

事实上，如果认为该降流式反应器能够达到非常短的反应时间，当这些操作要以约1500吨／小时催化剂和300吨／小时高沸点烃的流量极快地进行时，则在技术上非常难实现烃与催化剂粒子的混合、蒸发和分离。

该降流式反应器尤其具有与催化剂和物料开始混合过程相关的缺陷：事实上，该催化剂有立刻下落没有回流又没有循环的趋势，这样对与物料传质与传热有负面的影响。

如果催化剂和物料的进口物流是非常有规律的，这种影响作用应该较小。然而事实并非如此，这就是为什么在一个裂解反应器中固-气混合是由富含催化剂的段、然后是贫催化剂的段交替构成的原因。

在降流式反应器中，没有任何能够促使该物料从一个段进入另一个段的机构。因此，与低密度固体段接触的烃馏分在此段遍及整个反应器，由于这种催化剂过早失活，这些烃馏分热裂解不充分。相反地，处在高密度固体段中的烃会发生过裂解。

为了同时优化物料-催化剂混合与严格意义上的裂解反应质量，US 5468 369专利提出了一种设备，其中将物料雾化，与催化剂接触，然后根据上升流动进行部分裂解。然后将该物流的方向反转，并按照向下流动达到裂解。

不过，这种设备在机械方面难于实施，在催化剂流量大的情况下不能够达到充分混合。事实上，当物料-催化剂混合物流的方向逆转时，该催化剂在靠近设备壁的地方有聚结的趋势，因此会与蒸发的物料分离。

因此本发明的目的是获得向上流动的优点，即大流量物料与催化剂之间令人满意的混合，和向下流动的优点，即良好的严格意义上的裂解反应选择性。

在这些工作范围内，本申请人发现催化剂与物料之间接触段特定几何结构能够同时优化混合与裂解反应的质量。