催化裂化提升管反應器

催化裂化提升管反應器，提升管反應器的直徑由進料量確定。

基本介紹

• 中文名：催化裂化提升管反應器
• 特色技術：終止反應技術
• 套用範圍：重油催化裂化
• 性質：反應器

提升管反應器

提升管反應器的作用

提升管反應器的基本結構形式如圖1所示。工業上一般採用的線速是入口處為4-7m/s ，出口處為12-18m/s。隨著反應深度的增大，油氣體積流量增大，因此有的提升管反應器由不同直徑的兩段（上粗下細）組成二提升管反應器的高度由反應所需時間確定，工業設計時多採用2-4s的反應時間。近年來由於進入反應器的再生催化劑溫度多已提高到650-720℃，提升管下段進料油與再生催化劑接觸處的混合溫度較高，當以生產汽油、柴油為上要目標時，反應只需2s左右的時間就已基本完成，過長的反應時間使二次裂化反應增多，反而使口的產物的收率下降。為了最佳化反應深度，有的裝置採用終止反應技術，即在提升管的中上部某個適當位置注人冷卻介質以降低終中部的反應溫度，從而抑制二次反應。有的還在注人反應終止劑的問時相應地提高或控制混合段的溫度，稱為混合溫度控制技術（MTC）。此項技術的關鍵是如何確定注入冷卻介質的適宜位置、種類和數量。國內有些煉油廠採用了注入終止劑技術，但是僅是憑經驗來確定有關的參數，可靠性差。中國石油大學提出的提升管反應器流動—反應模型可以對提升管內的反應過程進行三維模擬，初步解決了科學確定上述有關參數的問題。圖2是在某催化裂化裝置的提升管的適當位置注入反應終止劑前後提升管沿高的溫度及反應產二物產率變化情況的模擬計算結果。由此可見，注入終止劑後，汽油和柴油的產率都有所提高。注入終止劑的效果與原工況及注入的條件有關。

圖1 提升管反應器結構示意圖

提升管反應過程

提升管上端出口處設有氣—固快速分離構件，其目的是使催化劑與油氣快速分離以抑制反應的繼續進行。快速分離構件有多種形式，比較簡單的有半圓帽形、T字形的構件，為了提高分離效率，近年來較多地採用初級旋風分離器。實際上油氣在沉降器及油氣轉移管線中仍有一段停留時間，從提升管出日到分餾塔約為10-20s。，而且溫度也較高一般為450-510℃。在此條件下還會有相當程度的二次反應發生，而且主要是熱裂化反應，造成於氣和焦炭產率增大。對重油催化裂化，此現象更為嚴重，有時甚至在沉降器、油氣管線及分餾塔底的器壁上結成焦塊。因此，縮短油氣在高溫下的停留時間是很有必要的。適當減小沉降器的稀相空間體積、縮短初級旋風分離器的升氣管出口與沉降器頂的旋風分離器入口之間的距離是減少二次反應的有效措施之一。據報導，採取此措施可以使油氣在沉降器內的停留時間縮短至3s，熱裂化反應明顯減少。

圖2 提升管注人終止劑的效果的模擬計算結果

提升管下部進料段的油劑接觸狀況對重油催化裂化的反應有重要影響。對重油進料，要求迅速汽化、有儘可能高的汽化率，而且一與催化劑的接觸均勻。原料油霧化粒徑小可增人傳熱面積，而.只由於原料油分散程度高，油霧與催化劑的接觸機會較均等，從而提高了汽化速率。實驗及計算結果表明，霧滴初始粒徑越小則進料段內的汽化速率越高，兩者之間呈指數關係。實驗結果還表明，對重油催化裂化，提高進料段的汽化率能改善產品產率分布。因此，選用噴霧粒徑小，而且粒徑分布範圍較窄的高效霧化噴嘴對重油催化裂化是很重要的。模擬計算結果表明，當霧滴平均粒徑從60μm減小至50μm時，對重油催化裂化的反應結果仍有明.顯的效果。除了液霧的粒徑分布外，影響油霧與催化劑的接觸狀況的因素還有噴嘴的個數及位置、噴出液霧的形狀、從預提升管上升的催化劑的流動狀況等。在重油催化裂化時，對這些因素都應予以認真的研究。

汽提段的作用

沉降器下面的汽提段的作用是用水蒸氣脫除催化劑上吸附的油氣及置換催化劑顆粒之間的油氣，其目的是減少油氣損失和減小再生器的燒焦負荷。裂化反應中生成的催化焦、附加焦及污染焦的含氫量約為4%（質量分數），但汽提段的劑油比焦的含氫量有時可達10%（質量分數）以上。因此，從汽提後的催化劑上焦炭的氫碳比可以判斷汽提效果。汽提段的效率與水蒸氣用量、催化劑在汽提段的停留時間、汽提段的溫度及壓力以及催化劑的表面結構有關。工業裝置的水蒸氣用量一般為2-3kg/1000kg催化劑，對重油催化裂化則用4-5 kg/1000kg催化劑。改進汽提段的結構可以提高汽提效率或減少水蒸氣用量。據報導，在初級旋風分離器料腿處安裝預汽提器有利於進一步提高油氣與催化劑分離的效果。

提升管反應器的發展

提升管反應器已廣泛套用於重油催化裂化，但仍還有不少值得研究和改進之處，特別是為了提高輕質油收率並直接生產清潔油品，近年來出現了不同形式反應器系統的重油催化裂化工藝技術，如兩段提升管催化裂化技術（TSRFCC）、多產異構烷烴催化裂化技術（MIP）以及催化裂化汽油輔助反應器改質技術等。

兩段提升管催化裂化技術（TSRFCC）

中國石油大學重質油國家重點實驗室開發的（TSRFCC）技術，採用兩段提升管反應器，構成了兩段提升管催化裂化反應系統（見圖3），第一段提升管進新鮮原料，與再生催化劑接觸反應一定時間後進人油氣和待生催化劑分離系統；未轉化的原料（循環油）進人第二段提升管與再生催化劑接觸進一步轉化反應。TSRFCC技術通過分段反應、催化劑接力、短反應時間和大劑油比工藝條件，可以明顯促進催化反應和抑制熱裂化反應，並在一定程度下克服新鮮原料和循環油在同一反應器記憶體在的惡性吸附—反應競爭。工業套用結果表明，輕質油收率提高1%-2%，乾氣產率下降1.5%，柴汽比增加，產品質量得到明顯改善。

圖3 兩段提升管催化裂化工藝流程示意圖

多產異構烷烴催化裂化技術（MIP）

MIP工藝採用串聯提升管反應器型式的新型反應系統及相應的工藝條件，選擇性地控制裂化反應，促進氫轉移反應和異構化反應，主要目的是降低催化裂化汽油烯烴含量。新型反應系統最佳化了催化裂化一次反應和二次反應，該反應系統分為兩個反應區，第一反應區以一次裂化反應為主，採用較高的反應強度，即較高的反應溫度和較大的劑油比，裂解較重質的原料油並生產較多的烯烴；第二反應區主要增加氫轉移反應和異構化反應，抑制二次裂化反應，採用較低的反應溫度和較長的反應時間。因此，MIP工藝技術是從反應器型式和工藝條件的差異來構造兩個不同的反應區，其工藝流程可見圖4。工業化套用結果表明，1}IIP技術可大幅度降低汽油的烯烴含量，重油裂化能力較好，液收率較高。

催化裂化汽油輔助反應器改質技術

中國石油大學成功開發的催化裂化汽油輔助反應器改質技術，以常規催化裂化催化劑和常規催化裂化工藝為基礎，依託原有催化裂化裝置，增設了一個單獨的提升管與湍動床層相組合的輔助反應器，利用這一單獨的改質反應器對催化裂化汽油進行進一步改質，促進了需要的氫轉移和異構化反應並抑制了不需要的裂化反應，實現了催化裂化汽油的良性定向催化轉化，從而達到了降低烯烴含量、維持辛烷值基本不變以生產清潔汽油的目的。其工藝流程如圖5所示。工業化套用結果表明，可使催化裂化汽油烯烴含量降到20%（體積分數）以下，且維持辛烷值不變，使催化裂化裝置直接生產出烯烴含量合格的高品質清潔汽油。改質過程損失小，只占整個重油催化裂化裝置物料平衡的0.8%（質量分數），且操作與調變靈活，通過調整改質反應器操作，可提高丙烯產率3%左右。

圖4 MIP工藝流程示意圖

圖5 汽油輔助反應器改質技術工藝流程示意圖

除此之外，有研究報導，採用渣油單獨進料並選好其注人的位置會有利於改善反應狀況。對下行式鉀式反應器也有不少研究。從原理上分析，卜行式反應器可能有以下一些優點：油氣與催化劑一起從上而下流動，沒有固體顆粒的滑落間題，流型可接近平推流而很少返混；有可能與管式再生器結合而節約投資等。這種反應器型式可能對要求高溫、短接觸時間的反應更為適合。關於下行式反應器的研究已有一些專利，但尚未見有工業化的報導。