專利名稱：利用下行床反應器進行烴類催化熱裂解的方法
技術領域：
本發明屬于石油產品的分餾裂解技術范疇。特別涉及從烴類獲得高收率的輕烯烴和穩定的、富含芳香烴的液相產品的一種利用下行床反應器進行烴類催化熱裂解的方法。
背景技術：
具有碳碳不飽和鍵的輕烯烴，是一類重要的有機化工原料。由它們出發，可以合成多種塑料、橡膠和纖維等高分子材料，也可以通過烷基化等過程生產其它化工產品。尤其是乙烯，其產量通常用來作為衡量一個國家石油化學工業發展水平的標志。輕烯烴的來源并不唯一，最初的丙烯等是催化裂化裝置的副產品。當管式爐熱裂解過程出現以后，烯烴主要從熱裂解過程獲得。目前，管式爐裝置生產的乙烯占世界總產量的99％以上。然而，裂解過程中生成的焦炭在爐管內壁上沉積，在實際生產中需要定期停車清焦，因而難于處理重質油品。近年來，利用餾分油催化裂解，或催化熱烈解來生產輕烯烴的新工藝得到了迅速的發展。這一類過程一般是在提升管反應器中進行相應的反應一再生循環操作方式，產生的焦炭將沉積在催化劑上，并在再生器內被燒掉，因而它們可以處理重質原料。由于所采用的提升管反應器存在著較大的氣固返混，氣固接觸時間長和嚴重的徑向非均勻性，它們的甲烷和焦炭等副產物產率比較高，所得液體產品烯烴含量高、不穩定，影響其經濟性和推廣應用。

發明內容
本發明的目的是提供一種利用下行床反應器進行烴類催化熱裂解的方法，其特征在于在下行床反應器內進行催化熱裂解工藝時，催化劑通過催化劑入口段進入反應器內，并在其橫截面上實現均布，同時在油劑混合區，原料油依靠蒸汽的作用實現霧化，并與高溫催化劑快速接觸和混合，氣固混合物并流下行，同時發生裂解反應，生成包括寬沸點烴類混合物的高溫油氣，催化劑因焦炭沉積在上，失去催化活性，經再生后重復利用；氣固混合生成的高溫油氣在反應器內短暫停留，被在下行床反應器的末端的氣固快速分離裝置快速分離，高溫油氣被引出到冷卻器進行急冷，以避免二次反應的進行，再進入分餾系統進行進一步分離，從而得到所需要的氣體產品和液體產品；其工藝流程為原料油經往復泵送至預熱爐進行預熱，一直到溫度升至350℃，再進入噴嘴內，在霧化蒸汽的作用下霧化，此時的原料油以20～40μm的微細液滴形式進入到下行床反應器2內，與此同時，從再生器5過來的800℃高溫催化劑，經催化劑入口段1均布后，也進入到下行床反應器2內，并與霧化后的原料油混合；氣固兩相在混合段內快速接觸和充分混合后，并沿反應器2向下流動，同時進行裂解反應；此時，反應器2內的溫度在600～800℃之間，氣固混合物的停留時間小于1.0秒；下行床末端的氣固快速分離裝置3將催化劑和產品油氣快速分離，其中高溫油氣經急冷和二級水冷后降至常溫，所得到的氣相產品和液相產品分別進行計量和分析；而失活的催化劑除取樣檢測其上的焦炭含量外，均經汽提器4進入再生器5用空氣再生而重新投入使用。
所述催化劑為一種高活性的分子篩催化劑。
所述催化劑和原料油的重量比為10～40。
本發明的有益效果1.下行床催化熱裂解可以通過選擇適當催化劑，并采用比催化裂解更高的溫度來加劇熱裂解作用，因而可以獲得高的乙烯或丙烯的收率。2.催化熱裂解得到的部分液體產品中，芳烴含量明顯增加而烯烴含量減少，甲烷和焦炭等副產品則被充分抑制，使得其穩定性大大增加，可以用作汽油添加劑或芳烴抽提原料。3.催化劑的專一性和下行床內良好的流型，可以將氣體產品中干氣量抑制到較低的水平，與低溫的催化裂解相比，催化熱裂解過程中焦炭產率有所升高，這將有利于維持過程的熱量平衡；失活的催化劑可以再生，重復利用、生產成本很低；4.采用了較大的劑油比，催化劑的循環量大，在反應結束時的失活程度低；再生劑的溫度高，因而平均反應溫度高，同時，大的劑油比使得反應器內的出入口溫度差比提升管要大為減小；下行床內的壓降低，保證了裂解反應在較低的壓力下進行，促進了增分子反應的進行。


圖1為利用下行床反應器進行烴類催化熱裂解的工藝流程示意圖。
具體實施例方式
本發明為利用下行床反應器進行烴類催化熱裂解的方法。即是在下行床反應器內進行催化熱裂解工藝時，原料油和催化劑通過催化劑入口段進入反應器內，在其橫截面上實現均布，進入油劑混合區，原料油同時依靠蒸汽的作用實現霧化，并與高溫催化劑快速接觸和混合，氣固混合物并流下行，同時發生裂解反應，生成包括寬沸點烴類混合物的高溫油氣；催化劑因焦炭沉積在上，失去催化活性，經再生后重復利用；氣固混合的高溫油氣在反應器內短暫停留，被在下行床反應器的末端的氣固快速分離裝置快速被分離，高溫油氣被引出到冷卻器進行急冷，以避免二次反應的進行，再進入分餾系統進行進一步分離，從而得到所需要的氣體產品和液體產品；其工藝流程為圖1所示即是原料油經往復泵送至預熱爐進行預熱，直到溫度升至350℃，再進入噴嘴內。在霧化蒸汽的作用下霧化，此時原料油以30μm左右的微細液滴形式進入到下行床反應器2內混合段，與此同時，由再生器5過來的約800℃高溫催化劑，經催化劑入口段1均布后，也進入到下行床反應器2內并與霧化后的原料油混合；氣固兩相在混合段內快速接觸和充分混合后，并流沿反應器2向下流動，同時進行裂解反應；此時，反應器2內的溫度在620～700℃之間，氣固混合物的停留時間在0.6～1.0秒之間；下行床末端的氣固快速分離裝置3將催化劑和產品油氣快速分離，其中高溫油氣經急冷和二級水冷后降至常溫，所得到的氣相產品和液相產品分別進行計量和分析；而失活的催化劑除取樣檢測其上的焦炭含量外，均經汽提器4進入再生器5用空氣再生而重新投入使用。本發明所用催化劑為一種高活性的分子篩催化劑。其劑油重量比為38。
本試驗獲得的典型產品分布與經典的提升管催化熱裂解的對比如下
產率，wt％

從試驗結果看，相比于同類過程，烯烴收率有明顯提高，而且表現出既有高的丙烯和丁烯收率(主要來源于催化劑對正碳離子反應的催化作用)，又有高的乙烯收率(主要來源于高溫下的自由基反應)。與此同時，甲烷和氫氣的總產率約為10.12wt％，焦炭產率為7.87wt％，兩者均受到了一定程度的抑制，表明了下行床反應器的良好流型可以有效地改善過程的選擇性。從液相產物來看，由于高裂解深度下轉化為氣體的緣故，裂解汽油的收率(14.27wt％)比一般催化裂解過程明顯減少，但其中的芳烴含量高達73.5v％，表明其穩定性比催化裂解產物要大為提高。
權利要求
1.一種利用下行床反應器進行烴類催化熱裂解的方法，其特征在于在下行床反應器內進行催化熱裂解工藝時，催化劑通過催化劑入口段進入反應器內，并在其橫截面上實現均布，同時在油劑混合區，原料油依靠蒸汽的作用實現霧化，并與高溫催化劑快速接觸和混合，氣固混合物并流下行，同時發生裂解反應，生成包括寬沸點烴類混合物的高溫油氣；催化劑因焦炭沉積在上，失去催化活性，經再生后重復利用；氣固混合生成的高溫油氣在反應器內短暫停留，被在下行床反應器的末端的氣固快速分離裝置快速分離，高溫油氣被引出到冷卻器進行急冷，以避免二次反應的進行，再進入分餾系統進行進一步分離，從而得到所需要的氣體產品和液體產品；其工藝流程為原料油經往復泵送至預熱爐進行預熱，一直到溫度升至350℃，再進入噴嘴內，在霧化蒸汽的作用下霧化，此時的原料油以20～40μm的微細液滴形式進入到下行床反應器(2)內，與此同時，從再生器(5)過來的800℃高溫催化劑，經催化劑入口段(1)均布后，也進入到下行床反應器(2)內并與霧化后的原料油混合；氣固兩相在混合段內快速接觸和充分混合后，并沿反應器(2)向下流動，同時進行裂解反應；此時，反應器內的溫度在600～800℃之間，氣固混合物的停留時間小于1.0秒；下行床末端的氣固快速分離裝置(3)將催化劑和產品油氣快速分離，其中高溫油氣經急冷和二級水冷后降至常溫，所得到的氣相產品和液相產品分別進行計量和分析；而失活的催化劑除取樣檢測其上的焦炭含量外，均經汽提器(4)進入再生器(5)用空氣再生而重新投入使用。
2.根據權利要求1所述的利用下行床反應器進行烴類催化熱裂解的方法，其特征在于所述催化劑為一種高活性的分子篩催化劑。
3.根據權利要求1所述的利用下行床反應器進行烴類催化熱裂解的方法，其特征在于所述催化劑和原料油的重量比為10～40。
全文摘要
本發明公開了屬于石油產品分餾裂解技術的一種利用下行床反應器進行烴類催化熱裂解的方法。它是以下行床作為反應器，使原料油在高溫和催化劑作用下進行催化熱裂解反應，生成以乙烯、丙烯和丁烯等輕烯烴為主的氣體產品，同時得到穩定的富含芳香烴的液相產品。由于下行床反應器能夠實現氣固的超短接觸反應，具有均勻的氣固徑向流動結構，相對于傳統的提升管反應器其氣固返混大大減小，因而可以獲得很高的輕烯烴收率，同時甲烷和焦炭等副產物被充分抑制。該工藝可以處理重質原料，并通過選擇不同的催化劑和操作條件來調節乙烯和丙烯的比例，因而具有廣泛的應用范圍和重大的經濟價值。
文檔編號C10G11/18GK1390916SQ0212521
公開日2003年1月15日 申請日期2002年7月17日 優先權日2002年7月17日
發明者魏飛, 張琪皓, 李強, 鄧任生, 金涌 申請人:清華大學