一种催化裂化试验装置制造方法
【专利摘要】本发明提供了一种催化裂化试验装置，主要由提升管烧焦器、再生催化剂储罐、油剂短接触反应器、反应沉降器和汽提器组成，提升管烧焦器的出口端与再生催化剂储罐相连，再生催化剂储罐通过设在其下部的再生催化剂输送管与油剂短接触反应器相连，油剂短接触反应器呈水平设置，油剂短接触反应器的出口端与反应沉降器相连，反应沉降器的下方设有汽提器，汽提器通过待生斜管与提升管烧焦器的入口端相连。本发明的装置主要利用油剂短接触催化裂化工艺和管式烧焦技术进行试验研究，可为工业催化裂化装置的设计生产提供可靠的基础数据。
【专利说明】一种催化裂化试验装置
【技术领域】
[0001] 本发明涉及石油化工行业中一种石油烃的催化裂化设备，更具体地说涉及一种催
化裂化试验装置。
【背景技术】
[0002]催化裂化是石油二次加工中最重要的一个加工过程。近年来，针对原料油日益变重以及对环境友好燃料油品的需求，国内外各大石油公司、研究机构及大专院校围绕进一步优化催化裂化反应、提高转化率、改善产品分布进行了深入的研究，各种新技术，新设备及新型催化剂不断出现，不同程度地促进了催化裂化工艺技术的发展。然而，随着原油的重质化和劣质化，作为催化裂化反应过程的传统的提升管反应器而言，主要表现在提升管过长造成反应时间过长；催化剂在提升管中由于向下的重力作用，不可避免的产生滑落和返混现象；随着原料油的重质化以及对产品选择性要求的提高，提升管反应器因催化剂滑落和返混带来的问题也日益明显。提升管催化裂化由于催化剂积炭而使其活性和选择性下降及由于热裂化与非理想的二次反应发生等现象。这种现象对催化裂化产品的选择性和裂化产品的质量有很大的影响，干气和焦炭产率高，轻油收率低，产品质量差，催化裂化汽油中烯烃含量高。为此，20世纪80年代出现了气固下行短接触时间催化裂化工艺。在油剂短接触反应器内，催化剂顺重力场向下运动，不会产生类似于提升管反应器内的偏离理想平推流的催化剂滑落和返混现象。同时，原料油喷入油剂短接触反应器后与催化剂同时向下流动，剂、油接触均匀，能够在高温短接触时间条件下生产高辛烷值汽油，同时降低干气和焦炭的产率。因此，油剂短接触反应器有可能成为渣油催化裂化、轻烯烃生产等工艺所用的新一代反应器，油剂短接触新型催化裂化试验装置是研究催化裂化必不可少的重要工具。
[0003]为了克服上述缺点，国内外各大石油公司、研究单位及石油炼制研究者做了大量工作，相继开发了不同形式的油剂短接触催化裂化技术，其目的是最大限度地克服油气和催化剂之间的返混，减少二次裂化和氢转移反应的发生，使得裂化产品的选择性好，干气、焦炭产率降低，轻质油品收率高，裂化产品的质量好。下行床催化裂化反应器作为一项新技术，可以实现油剂短接触反应时间。有必要开发建立相应的油剂短接触新型催化裂化试验
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[0004]清华大学流态化研究组曾在下行床反应器流态化进行了多年的研究，建立了一套下行式循环流化床小型试验装置。反再系统主要包括催化剂储罐、下行床反应器、反应沉降器及汽提器、再生器及再生催化剂输送提升管等组件组成。该试验装置能够进行下行床催化裂化试验研究，实现油剂短接触裂化反应，油剂超短接触反应受到了一定的限制。催化剂的烧焦反应在再生器内完成，提升管主要是提升输送再生催化剂(摘自《石油化工》2003年第32卷第五期一气固下行床催化裂化反应过程实验研究)。
[0005]中国专利CN2538415Y公开了一种催化裂化试验装置，该实用新型专利涉及的是一种将提升管反应器和下行式反应器结合在一起的试验装置，可以进行提升管催化裂化试验，也可以进行下行式催化裂化试验，实现油剂短接触反应，二者可以切换。该试验装置在进行下行油剂短接触催化裂化试验研究时，提升管是将汽提后待生催化剂提升到再生器进行烧焦。提升管主要是提升输送待生催化剂的作用。该装置待生催化剂和反应油气或者再生催化剂和烟气的分离没有设置过滤系统，这样会造成气体携带少量催化剂进入产品回收系统和烟气冷却系统堵塞管线。
[0006]美国专利US7378059B2公开了一种使用催化剂和反应物短接触时间反应器，进行催化剂研究的下行床试验装置，主要包括油剂短接触反应器、催化剂储罐、分离器等部件。存在的主要问题是，催化剂不能循环流动使用，试验过程要准备大量的催化剂，属于一种间歇式下行油剂短接触反应催化裂化试验装置。试验过程受到催化剂储罐大小的制约。 [0007]上述催化裂化试验装置还存在结构较复杂，过程设备较多等不足。
【发明内容】
[0008]为了克服现有技术存在的问题，本发明提供了一种催化裂化试验装置，利用该装置主要进行油剂短接触催化裂化工艺和管式烧焦技术探索试验研究，可为工业催化裂化装置的设计生产提供可靠的基础数据。
[0009]本发明提供的催化裂化试验装置主要由提升管烧焦器、再生催化剂储罐、油剂短接触反应器、反应沉降器和汽提器组成，提升管烧焦器的出口端与再生催化剂储罐相连，再生催化剂储罐通过设在其下部的再生催化剂输送管与油剂短接触反应器相连，油剂短接触反应器呈水平设置，油剂短接触反应器的出口端与反应沉降器相连，反应沉降器的下方设有汽提器，汽提器通过待生斜管与提升管烧焦器的入口端相连。
[0010]所述的再生催化剂储罐与反应沉降器可以呈高低同轴式设置或高低并列式设置。
[0011]所述的提升管烧焦器用于积炭催化剂的烧焦再生，再生催化剂储罐用于再生催化剂和再生烟气的分离并储存再生催化剂，油剂短接触反应器用于进行催化裂化反应，反应沉降器用于反应油气与催化剂的分离，汽提器用于对待生催化剂所含油气进一步分离。
[0012]原料油经雾化后进入油剂短接触反应器，同时再生催化剂储罐内的再生催化剂经再生催化剂输送管也进入油剂短接触反应器，雾化后的原料油与再生催化剂在油剂短接触反应器内发生超短接触裂化反应。反应后的油气和积了炭的催化剂(待生催化剂)，由油剂短接触反应器出口端进入反应沉降器，在反应沉降器内进行分离。在反应沉降器内分离后，反应油气进入回收系统，结了炭的待生催化剂则流入汽提器，经汽提器汽提后通过待生斜管进入提升管烧焦器底部；在提升管烧焦器底部与空气并流接触向上提升，并烧去催化剂上的焦炭。在提升管烧焦器烧焦所产生的烟气与烧去积炭的催化剂进入再生催化剂储罐中，在再生催化剂储罐进行催化剂和烟气分离。烟气进入烟气冷却计量系统。再生催化剂则留在再生催化剂储罐内，通过再生催化剂输送管进入油剂短接触反应器，继续与原料油接触反应，循环使用。
[0013]采用本发明，具有如下的有益效果:
[0014]I)提升管烧焦器对积炭催化剂进行烧焦再生的同时，又起到输送物料的作用，从而使本发明结构更加简单，布局更合理，制造加工容易，成本低；
[0015]2)本发明主要用于石油化工行业中的实验室催化裂化试验，能够满足油剂短接触催化裂化工艺试验研究及提升管管式烧焦试验研究的需要。利用油剂短接触反应器进行催化裂化试验研究，实现油剂短接触大剂油比裂化反应，得到更理想的产品分布试验数据。利用提升管管式烧焦技术在试验装置进行试验研究，为工业催化裂化装置的设计生产，实现管式烧焦提供可靠的基础数据；
[0016]3)本发明可以用于对各种原料油的裂化性能及其产品性质进行考察，可以对各种裂化催化剂进行评价并就反应-再生动力学进行试验研究。
【专利附图】
【附图说明】
[0017]图1是本发明的催化裂化试验装置高低同轴式结构示意图；
[0018]图2是本发明的催化裂化试验装置高低并列式结构示意图。
[0019]图中:1_原料油入口管线，2-雾化气体入口管线，3-进料喷嘴，4-油剂短接触反应器，5-反应沉降器，6-汽提器，7-汽提分布器，8-待生斜管，9-待生塞阀，10-烧焦空气分布管线，11-提升管烧焦器，12-再生催化剂储罐，13-再生催化剂输送管，14-再生催化剂控制阀，15-再生烟气出口管线，16-再生剂储罐过滤器，17-反应油气出口管线，18-反应沉降过滤器，19-汽提蒸汽入口管线，20、21、22、23、24_快速连接件。
【具体实施方式】
[0020]下面结合附图和【具体实施方式】对本发明作进一步详细的说明。附图和【具体实施方式】并不限制本发明要求保护的范围。
[0021]图1为本发明的催化裂化试验装置高低同轴式结构示意图，由图中可知，本发明的催化裂化试验装置主要由提升管烧焦器11、再生催化剂储罐12、油剂短接触反应器4、反应沉降器5和汽提器6组成。提升管烧焦器11的出口端与再生催化剂储罐12相连，再生催化剂储罐12通过设在其下部的再生催化剂输送管13与油剂短接触反应器4相连，油剂短接触反应器4呈水平设·置，油剂短接触反应器4的出口端与反应沉降器5相连，反应沉降器5的下方设有汽提器6，汽提器6通过待生斜管8与提升管烧焦器11的入口端相连，再生催化剂储罐12与反应沉降器5呈高低同轴式设置。
[0022]所述的提升管烧焦器11自下而上按功能可分为待生剂入口段、烧焦反应段和出口段三部分，这三部分可以做成一整体，也可以分为三个独立的部分。图1中的提升管烧焦器11是由待生剂入口段、烧焦反应段和出口段三个独立的部分通过快速连接件连接而成，待生剂入口段位于提升管烧焦器11的入口端一侧，烧焦反应段位于提升管烧焦器11的中部，出口段位于提升管烧焦器11的出口端一侧，其中烧焦反应段又由两个管段通过快速连接件21连接而成，烧焦反应段上端通过快速连接件20与出口段连接，烧焦反应段下端通过快速连接件22与待生催化剂入口段连接，出口段呈水平设置，提升管烧焦器11以出口段与再生催化剂储罐12相连，以待生催化剂入口段分别与待生斜管8和设于待生催化剂入口段下方的烧焦空气分布管线10相连。当然，烧焦反应段可以为一个管段，也可以由三个或四个管段连接而成。快速连接件可以为法兰或活接头。
[0023]所述的再生催化剂储罐12顶部设有顶盖，顶盖上面设有再生烟气出口管线15，顶盖下面设有再生剂储罐过滤器16，再生烟气出口管线15的出口与烟气冷却及控制计量系统相连。
[0024]所述的再生催化剂输送管13的中部设有再生催化剂控制阀14，用以控制再生催化剂的流量。[0025]所述的油剂短接触反应器4呈水平设置，其入口端设有进料喷嘴3。进料喷嘴3与油剂短接触反应器4的截面中心线同轴设置，其上设有原料油入口和雾化气体入口，原料油入口和雾化气体入口分别与原料油入口管线I和雾化气体入口管线2相连。油剂短接触反应器4出口端与反应沉降器5垂直连接。在油剂短接触反应器4的入口端和出口端之间设有再生催化剂入口管，再生催化剂入口管与再生催化剂输送管13通过快速连接件24相连，再生催化剂入口管与油剂短接触反应器4的筒体垂直。如图1所示，油剂短接触反应器4也可以分段设置成两个管段，设有进料喷嘴3和再生催化剂入口管的管段为反应段，反应段位于油剂短接触反应器4的入口端一侧，出口端一侧的管段为出口段，在反应段上可以设置I~4个再生催化剂入口管，入口管间距可以为0.3~0.5米，油剂短接触反应器4以出口段与反应沉降器5垂直连接，油剂短接触反应器4的反应段与出口段通过快速连接件23相连。
[0026]所述的反应沉降器5的顶部设有顶盖，顶盖上面设有反应油气出口管线17，顶盖下面设有反应沉降过滤器18，反应油气出口管线17的出口与产品回收及计量系统相连。
[0027]所述的汽提器6设于反应沉降器5的下方，汽提器6的底部设有汽提分布器7，汽提分布器7与汽提蒸汽入口管线19相连。
[0028]所述的待生斜管8的中部设有待生塞阀9，主要用于控制汽提器6内的催化剂料位。
[0029]图2是本发明的催化裂化试验装置高低并列式结构示意图，其与图1的不同之处在于再生催化剂储罐12与反应沉降器5呈高低并列式设置，再生催化剂输送管13与油剂短接触反应器4垂直连接 。
[0030]本发明中所述的再生剂储罐过滤器16和反应沉降过滤器18通常为陶瓷或金属过滤器，用于再生烟气和反应油气的过滤，阻止催化剂颗粒通过。
[0031]所述的提升管烧焦器11和油剂短接触反应器4采用快速连接件连接的方式，可以将提升管烧焦器11的烧焦反应段和油剂短接触反应器4的反应段快速地更换为不同形式、不同直径的反应段，方便安装与更换。提升管烧焦器11的长度为3~18米，由内直径为10~30毫米的不锈钢管构成；油剂短接触反应器4的长度为0.3~2.0米，由内直径为10~200毫米的不锈钢管构成；当然，油剂短接触反应器4也可以设置成截面为矩形或其他形状的不锈钢反应器。
[0032]所述的提升管烧焦器11、再生催化剂储罐12、油剂短接触反应器4、反应沉降器5、汽提器6及再生催化剂输送管13和待生斜管9的外壁上均可设电加热炉控制温度。
[0033]本发明的催化裂化试验装置的装置规模及操作条件为:催化剂藏量:3~15kg ;原料油进油量I~10.0kg/h ;反应温度为400~600°C;提升管烧焦器11的烧焦温度为600~7000C ;再生催化剂温度为600~700°C ;剂油比可以控制在4~30之间；油剂接触时间为0.1 ~1.5 秒。
[0034]本发明的催化裂化试验装置所用的原料油可以是C4~CS低碳烯烃、汽油、柴油、蜡油、渣油等原料，催化剂可以是各种裂化催化剂。
[0035]本发明的催化裂化试验装置的操作过程如下:
[0036]试验前，首先将试验用的催化裂化催化剂加入到试验装置再生催化剂储罐12中，进行催化剂循环流化。[0037]原料油经原料油入口管线1、雾化蒸汽经雾化气体入口管线2进入进料喷嘴3。原料油经进料喷嘴3雾化后由进料喷嘴3喷出，同时再生催化剂储罐12内的再生催化剂经再生催化剂输送管13及再生催化剂控制阀14进入油剂短接触反应器4，由进料喷嘴3喷出的雾化原料油与再生催化剂在油剂短接触反应器4内发生超短接触裂化反应。反应后的油气和积了炭的催化剂(待生催化剂)，经油剂短接触反应器4的出口端进入反应沉降器5，在反应沉降器5内进行分离。在反应沉降器5内分离后，反应油气经反应油气出口管线17进入产品回收系统，结了炭的待生催化剂则流入汽提器6，汽提蒸汽经汽提蒸汽入口管线19和汽提分布器7进入汽提器6，对结了炭的待生催化剂进行汽提；结了炭的待生催化剂经汽提器6汽提后通过待生斜管8和待生塞阀9进入提升管烧焦器11下部的待生剂入口段，在提升管烧焦器11的待生剂入口段与来自烧焦空气分布管线10的空气并流接触向上提升，并烧去催化剂上的焦炭。在提升管烧焦器11内经烧焦所产生的烟气与烧去积炭的催化剂进入再生催化剂储罐12中，在再生催化剂储罐12内进行催化剂和烟气的分离。烟气经再生烟气出口管线15进入烟气冷却计量系统；再生催化剂则留在再生催化剂储罐12内，通过再生催化剂输送管13和再生催化剂控制阀14进入油剂短接触反应器4内，继续与原料油接触反应，循环使用。
[0038]下面的实施例是结合附图对本发明提供的催化裂化试验装置进一步说明，但并不因此使本发明受到任何限制。试验原料采用大庆减压馏分油和大庆常压渣油，催化剂为CC-20D工业平衡剂。原料性质和催化剂性质分别见表1和见表2。实施例1和实施例2是均利用同种原料油和催化剂在相同的试验操作条件下进行的重复性试验。
[0039]实施例1
[0040]本实施例采用大庆减压馏分油为原料进行油剂短接触催化裂化试验。在油剂短接触反应器长度为1.0m、直径为Φ 30mm，提升管烧焦器长度为10米、直径为Φ 25mm，进料量为5.0Kg/h的试验装置上进行 。本实施例进料量为5.0Kg/h，反应温度为550°C，剂油比为20。其主要操作条件和产品分布见表3。
[0041]实施例2
[0042]本实施例采用大庆常压渣油为原料进行油剂短接触催化裂化试验。在油剂短接触反应器长度为1.0m、直径为Φ 30mm，提升管烧焦器长度为10米、直径为Φ 25mm，进料量为5.0Kg/h的试验装置上进行。本实施例进料量为3.0Kg/h，反应温度510°C，剂油比为8。其主要操作条件和产品分布见表4。
[0043]表1原料性质
【权利要求】
1.一种催化裂化试验装置，其特征在于，主要由提升管烧焦器、再生催化剂储罐、油剂短接触反应器、反应沉降器和汽提器组成，提升管烧焦器的出口端与再生催化剂储罐相连，再生催化剂储罐通过设在其下部的再生催化剂输送管与油剂短接触反应器相连，油剂短接触反应器呈水平设置，油剂短接触反应器的出口端与反应沉降器相连，反应沉降器的下方设有汽提器，汽提器通过待生斜管与提升管烧焦器的入口端相连。
2.根据权利要求1所述的催化裂化试验装置，其特征在于，所述的再生催化剂储罐与反应沉降器呈高低同轴式设置或高低并列式设置。
3.根据权利要求1或2所述的催化裂化试验装置，其特征在于，所述的提升管烧焦器自下而上分为待生剂入口段、烧焦反应段和出口段三个独立的部分，这三个独立的部分通过快速连接件相连，出口段呈水平设置，提升管烧焦器以出口段与再生催化剂储罐相连，以待生催化剂入口段分别与待生斜管和设于待生催化剂入口段下方的烧焦空气分布管线相连。
4.根据权利要求3所述的催化裂化试验装置，其特征在于，所述的烧焦反应段由I~4个管段组成，管段之间通过快速连接件相连。
5.根据权利要求4所述的催化裂化试验装置，其特征在于，所述的快速连接件为法兰或活接头。
6.根据权利要求3所述的催化裂化试验装置，其特征在于，所述的快速连接件为法兰或活接头。
7.根据权利要求1或2所述的催化裂化试验装置，其特征在于，所述的油剂短接触反应器呈水平设置，其入口端设有进料喷嘴；进料喷嘴与油剂短接触反应器的截面中心线同轴设置，其上设有原料油入口和雾化气体入口，原料油入口和雾化气体入口分别与原料油入口管线和雾化气体入口管线相连；油剂短接触反应器出口端与反应沉降器垂直连接；在油剂短接触反应器的入口端和出口端之间设有再生催化剂入口管，再生催化剂入口管与再生催化剂输送管通过快速连接件相连，再生催化剂入口管与油剂短接触反应器的筒体垂直。
8.根据权利要求7所述的催化裂化试验装置，其特征在于，所述的油剂短接触反应器由两个管段组成，设有进料喷嘴和再生催化剂入口管的管段为反应段，出口端一侧的管段为出口段，油剂短接触反应器以出口段与反应沉降器垂直连接，油剂短接触反应器的反应段与出口段通过快速连接件相连。
9.根据权利要求8所述的催化裂化试验装置，其特征在于，所述的反应段上设置有1~4个再生催化剂入口管，入口管间距为0.3~0.5米。
10.根据权利要求8所述的催化裂化试验装置，其特征在于，所述的快速连接件为法兰或活接头。
11.根据权利要求9所述的催化裂化试验装置，其特征在于，所述的快速连接件为法兰或活接头。
12.根据权利要求1或2所述的催化裂化试验装置，其特征在于，所述的提升管烧焦器的长度为3~18米，由内直径为10~30毫米的不锈钢管构成；油剂短接触反应器的长度为0.3~2.0米，由内直径为10~200毫米的不锈钢管构成。
13.根据权利要求1或2所述的催化裂化试验装置，其特征在于，油剂短接触反应器的长度为0.3~2.0米，由截面为矩形的不锈钢管构成。
14.根据权利要求1或2所述的催化裂化试验装置，其特征在于，所述的提升管烧焦器、再生催化剂储罐、油剂短接触反应器、反应沉降器、汽提器及再生催化剂输送管和待生斜管的外壁上设有控制温度的电加热器。
15.根据权利要求1或2所述的催化裂化试验装置，其特征在于，所述的再生催化剂储罐顶部设有顶盖，顶盖上面设有再生烟气出口管线，顶盖下面设有再生剂储罐过滤器；所述的反应沉降器的顶部设有顶盖，顶盖上面设有反应油气出口管线，顶盖下面设有反应沉降过滤器；所述的再生催化剂输送管的中部设有用于控制再生催化剂流量的再生催化剂控制阀；所述的待生斜管的中部设有用于控制汽提器内催化剂料位的待生塞阀。
16.根据权利要求15所述的催化裂化试验装置，其特征在于，所述的再生剂储罐过滤器和反应沉降过滤器为陶瓷或金属过滤器，汽提器的底部设有汽提分布器，汽提分布器与汽提蒸汽入口管线相连。
17.根据权利要求5所述的催化裂化试验装置，其特征在于，所述的油剂短接触反应器呈水平设置，其入口端设有进料喷嘴；进料喷嘴与油剂短接触反应器的截面中心线同轴设置，其上设有原料油入口和雾化气体入口，原料油入口和雾化气体入口分别与原料油入口管线和雾化气体入口管线相连；油剂短接触反应器出口端与反应沉降器垂直连接；在油剂短接触反应器的入口端和出口端之间设有再生催化剂入口管，再生催化剂入口管与再生催化剂输送管通过快速连接件相连，再生催化剂入口管与油剂短接触反应器的筒体垂直。
18.根据权利要求17所述的催化裂化试验装置，其特征在于，所述的油剂短接触反应器由两个管段组成，设有进料喷嘴和再生催化剂入口管的管段为反应段，出口端一侧的管段为出口段，油剂短接触反应器以出口段与反应沉降器垂直连接，油剂短接触反应器的反应段与出口段通过快速连接件相连。
19.根据权利要求18所述的催化裂化试验装置，其特征在于，所述的反应段上设置有I~4个再生催化剂入口管， 入口管间距为0.3~0.5米。
【文档编号】C10G11/00GK103571520SQ201210271355
【公开日】2014年2月12日 申请日期:2012年7月25日 优先权日:2012年7月25日
【发明者】樊麦跃, 王文柯, 汤海涛, 冯凌, 陈曼乔, 武立宪, 张亚西, 陈章淼, 黄延召 申请人:中国石油化工集团公司, 中石化洛阳工程有限公司