一種催化裂化再生器實驗模擬方法及裝置的制造方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種進行模擬實驗的方法及裝置，具體涉及一種催化裂化再生器的實 驗模擬方法及裝置。
【背景技術】
[0002] 催化裂化技術是石油加工的重要技術手段之一，其工藝技術發展相對比較成熟， 也是重要的原油二次加工手段之一，提供著目前國內市場70%~80%的汽油和30%的柴 油。
[0003] 催化裂化流程主要包括三個部分：
[0004] ①原料油的催化裂化；
[0005] ②催化劑再生；
[0006] ③產物分離。
[0007] 催化裂化中使用的催化劑因在反應過程中表面會附著焦炭（此時的催化劑稱為 結焦催化劑或待生催化劑）而活性降低，所以必須進行再生處理。再生之后的催化劑再次 進入反應器中催化反應的進行。因此，裂化催化劑在反應器和再生器之間不斷地進行循環。 通常在離開反應器時待生催化劑上含碳量約為lwt%，必須在再生器內燒去積炭以恢復催 化劑的活性。對于分子篩催化劑一般要求含碳量降至〇. 2wt %以下，而對于超穩Y型分子篩 催化劑則要求降至〇. 〇5wt %以下。
[0008] 催化裂化裝置中再生器的主要作用是利用空氣（工業上稱為主風）燒去結焦催化 劑上的焦炭以恢復催化劑的活性，同時也提供催化裂化反應所需的熱量。因此，催化劑再生 是催化裂化過程中十分重要的環節，在研宄催化裂化時必須十分重視催化劑的再生問題。 對催化裂化再生器進行模擬試驗，預測和指導實際工業過程也就顯得尤為重要。
[0009] 實驗模擬催化裂化的裝置及方法已經有很多報道，比如W09960396、EP1393062、 US6069012、CN2538415。但是上述方法主要是對原料油的催化裂化反應進行模擬和研宄 (即催化裂化流程的第一個部分），而不能對催化裂化再生器中的反應情況進行很好地模 擬和研宄。
[0010] 目前，在實驗室條件下，針對催化裂化催化劑的再生過程，開展的研宄工作主要包 括：待生催化劑上的焦炭含量及焦炭的組成和結構、不同催化劑燒焦反應動力學以及燒焦 機理等。這些研宄工作均采用靜態分析方法，即結焦催化劑處于靜止的狀態，在恒溫或程序 升溫的條件下，研宄焦炭與載氣中的氧氣發生反應的規律。這些研宄過程中所用的反應器 一般采用石英玻璃U形管或者直管，將一定量的催化劑放置在反應管內，管外用電阻絲或 者外包電爐進行加熱，在含有氧氣的載氣中燃燒，通過測定尾氣中二氧化碳和一氧化碳的 含量及其變化規律來研宄待生催化劑的再生過程。例如CN2268256Y中公開了一種快速精 密定碳儀，其催化劑樣品平鋪在進樣器中，然后將進樣器推入纏有大功率電爐絲的石英管 燒焦器中進行燒焦，通過測定尾氣中二氧化碳的濃度來確定結焦催化劑上的碳含量。根據 該專利所描述的過程，催化劑在反應管內處于靜止狀態，由于受反應管尺寸的限制，不可能 使催化劑處于單層顆粒狀態，只能將催化劑盡量攤開，保證催化劑與氣體的充分接觸。專利 CN104280511A公開了一種鑄鐵定碳分析儀，也可用于催化裂化待生催化劑上焦炭含量的測 定，利用非恒壓讀數法，消除了恒壓讀數法中存在的"落差"現象，但其方法和原理與專利 CN2268256Y類似，也是一種靜態分析方法。
[0011] 然而，在實際工業過程中，催化裂化裝置中再生器內結焦催化劑并不是處于靜止 狀態。催化劑在一定的氣體流速下，床層不再維持固定的靜止狀態。此時，催化劑懸浮于氣 流中，顯示出相當不規則的運動，稱之為流化狀態。無論是單段再生、兩段再生，還是快速流 化床再生，結焦催化劑在燒焦空氣的作用下，均處于流化狀態。操作氣速一般控制在0. 5~ 1. 5m/s (空塔線速）范圍內，其流化狀態大部分屬于的湍動床或快速流化床，少部分為鼓泡 床。再生器內的這種氣固流化狀態不僅對反應物的有效濃度（包括有效氧濃度和有效碳濃 度）產生直接影響，而且也會對氣（氣相中的氧）_固（催化劑顆粒上的焦炭）兩相之間的 傳質和傳熱產生影響，進而影響整個再生過程的燒碳速率。比如在鼓泡流化床再生器中，氣 泡相與乳化相之間的傳質阻力會對燒焦速率產生重要影響。因此，欲研宄工業催化裂化裝 置再生器的燒焦效率，除了需要考慮再生溫度、氧分壓（或氧濃度）、催化劑的含碳量等因 素之外，還須考慮再生器內的流動、傳質、傳熱等問題。
[0012] 再生反應速率決定了再生器的效率，它直接對催化劑的活性和選擇性、裝置的生 產能力產生重要影響。再生反應速率取決于焦炭中碳的燃燒速率，而影響燒碳反應速率的 主要因素有再生溫度、氧分壓（或氧濃度）、催化劑的含碳量、氣固兩相之間的傳質和傳熱 情況等。以上提及的靜態分析方法，雖然能夠考察再生溫度、氧濃度以及催化劑上的碳含量 等因素對燒焦速率的影響，但是無法考察由流化狀態引起的氣固兩相之間的傳質和傳熱對 反應物的有效濃度以及燒焦速率的影響。因此，與工業條件下的再生過程有著本質的區別。
[0013] 眾所周知，新型工藝和/或新催化劑的開發必須經歷從小試摸索到中試放大，再 到工業應用的研宄過程。因此，實驗室研宄數據是否具有前瞻性（即能否正確反映工業實 際情況）是技術開發的關鍵。因此，采用現有技術所獲得的催化裂化再生規律或再生器工 藝數學模型無法預測和指導實際工業過程。

【發明內容】

[0014] 針對現有技術的不足，本發明的目的在于提供一種符合實際工業過程的催化裂化 再生器實驗模擬方法。該方法利用流態化原理，在設定的操作條件下，保證待生催化劑在反 應管內處于良好的流化狀態，從而使待生催化劑與流化氣體充分接觸，達到穩定的燒焦效 果，從而有效模擬工業狀態下催化裂化待生催化劑的再生過程，使研宄者能夠在實驗室條 件下，獲得與工業裝置較為一致的燒焦再生數據，從而實現對催化裂化待生催化劑上焦炭 含量及焦炭的組成和結構，不同催化劑燒焦反應動力學及燒焦機理的研宄。
[0015] 為了實現本發明的上述目的，該催化裂化再生器實驗模擬方法包括下列步驟：
[0016] 將氣體1通入反應管，調節氣體1的流速使反應管中的催化劑處于流化狀態；
[0017] 同時加熱反應管使其達到反應溫度，此后保持或程序升溫；
[0018] 達到反應溫度后，氣體2與氣體1在線混合，混合氣體隨后進入反應器；
[0019] 混合氣體與催化劑進行反應；
[0020] 反應后的氣體經過氣固分離；
[0021] 對氣固分離后的氣體進行計量和/或分析。
[0022] 上述催化裂化再生器實驗模擬方法可以非常方便地對催化裂化中不同的條件進 行模擬實驗。比如：通過控制待生催化劑的裝填量和氣體流速以保證催化劑在反應管中處 于不同的流化狀態；通過控制氣體1和氣體2中氣體的組成和流量，來實現待生催化劑在不 同氣體氛圍下的再生過程；通過連接不同的分析檢測裝置來實現對催化裂化待生催化劑上 的焦炭含量及焦炭的組成和結構，不同催化劑燒焦反應動力學及燒焦機理的研宄。
[0023] 改變反應管流化狀態，可以采用調節氣速和改變待生催化劑裝填量的方法。隨著 氣速的提高，催化劑床層經歷固定床、散式膨脹床、鼓泡床、湍動床、快速床等狀態。因此，優 選改變氣速的方法。
[0024] 目前報道了多種方法以確定流化狀態，包括可視化觀察、非均勻指數法、 床層膨脹法、壓力波動法、氣體示蹤劑停留時間法等。其中壓力波動法由于具有 便于測量和定量分析的特點，為優選方法（參見Kashkin VN，Lakhmostov VS， Zolotarskii IA，et al. Studiesontheonset velocityof turbulent fluidizationfor alpha-aluminaparticles[J]. Chemical Engineering Journal，2003,91，215 - 218.)〇
[0025] 上述催化裂