專利名稱：在流化床催化裂化裝置中維持熱平衡的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及在連續(xù)的流化床催化裂化裝置中保持熱平衡的方法。更具體而言，本發(fā)明涉及能夠通過在適當(dāng)條件下將燃料和含氧氣體導(dǎo)入到輸送管線來維持或恢復(fù)熱平衡的燃燒控制方法。所述輸送管線將包括催化劑和燃燒產(chǎn)物的流出物導(dǎo)入到一個(gè)區(qū)域，在該區(qū)域，催化劑與流出物分離并返回到工藝中。
背景技術(shù)：
在連續(xù)的基于流化固體的催化裂化裝置，例如流化床催化裂化(“FCC”)裝置中，流動(dòng)的、熱的、再生的催化劑被導(dǎo)入到進(jìn)料立管的底部。進(jìn)料，例如石腦油、瓦斯油、渣油、重油及其混合物在進(jìn)料立管底部的下游點(diǎn)注入到進(jìn)料立管中。通常，進(jìn)料立管的下游端結(jié)束在一個(gè)反應(yīng)器中。裂化的產(chǎn)品從反應(yīng)器的頂部取出，并且含有吸附烴，例如焦炭的用過的催化劑穿過在所述反應(yīng)器中的汽提區(qū)，然后通過輸送管線進(jìn)入到再生反應(yīng)器。為了加熱和再活化催化劑，在再生器的富氧環(huán)境中焚燒掉用過的催化劑上的焦炭。當(dāng)在再生器中燃燒焦炭所供應(yīng)的熱量等于吸熱反應(yīng)、工藝物流的顯熱、引入的液態(tài)工藝物流的蒸發(fā)潛熱和熱量損失所消耗的熱量時(shí)，該裝置被稱為處于熱平衡。
盡管在傳統(tǒng)的FCC工藝中，為了在再生過程中加熱催化劑必須有焦炭，但是在催化劑上形成的焦炭的量可以通過例如操作參數(shù)和原料的選擇來進(jìn)行控制。在操作上，為了增加在工藝中可獲得的用以形成更有價(jià)值的(通常是低分子量的)產(chǎn)品的碳量，可能更好地是限制產(chǎn)生的焦炭量。而且，在反應(yīng)過程中形成的焦炭可能含有不希望的硫和氮物質(zhì)，導(dǎo)致增加了環(huán)境治理費(fèi)用。
另外，某些FCC工藝使用可導(dǎo)致在催化劑上形成較少焦炭的進(jìn)料。例如當(dāng)裝置的進(jìn)料含有石腦油或已經(jīng)過嚴(yán)格加氫處理的高沸點(diǎn)進(jìn)料時(shí)，在催化劑上形成明顯少的焦炭，使得在再生器中通過燃燒焦炭產(chǎn)生的熱量減少。因此，這類進(jìn)料有損于裝置的熱平衡。
當(dāng)例如操作條件和進(jìn)料選擇之類的因素使得焦炭燃燒不足以維持熱平衡時(shí)，需要加入熱量。而且，非穩(wěn)態(tài)操作，特別是例如在啟動(dòng)過程中出現(xiàn)的情況，要求額外的熱量以恢復(fù)或維持熱平衡，甚至在操作過程中通常有足夠的焦炭存在的情況下。
為了給催化劑提供額外的熱量的一種常規(guī)FCC方法，涉及在再生器內(nèi)將燃料例如火炬油注入到富氧環(huán)境中?？梢允荈CC進(jìn)料或其衍生物的火炬油在氧化條件下在再生器內(nèi)燃燒，所述氧化條件至少是化學(xué)計(jì)量的(或較稀薄的)。不幸的是，燃燒火炬油造成高的局部再生器溫度，并且可能導(dǎo)致例如對(duì)FCC裝置的機(jī)械損傷、催化劑失活、催化劑分解及其組合。
在另一種常規(guī)工藝中，通過使用過的催化劑與液態(tài)燃料在催化劑進(jìn)入再生器前接觸和混合來提供熱量。然后，液態(tài)燃料在再生器中于催化劑上燃燒。不幸的是，可能在再生過程中產(chǎn)生過高的催化劑溫度，特別是在再生器的最富氧的區(qū)域。而且，盡管有時(shí)需要在再生過程中產(chǎn)生顯著量的一氧化碳，這類工藝通常使燃料完全燃燒成二氧化碳。
在又一種常規(guī)工藝中，為了控制催化劑循環(huán)，將用過的催化劑、新鮮的再生催化劑、燃料和空氣導(dǎo)入到通向再生器的一個(gè)混合區(qū)中。盡管該工藝向FCC裝置中添加了熱量，但是可能會(huì)遇到高達(dá)1600°F的催化劑溫度。
因此需要改善的方法來維持或恢復(fù)流化床催化裂化裝置中的熱平衡，該方法不會(huì)造成過高的催化劑溫度，并且可以調(diào)節(jié)在再生器中一氧化碳的量。
發(fā)明概述在一個(gè)實(shí)施方案中，本發(fā)明是一種流化床催化裂化工藝，包括如下連續(xù)步驟(a)將含烴進(jìn)料流導(dǎo)入到反應(yīng)區(qū)，在該反應(yīng)區(qū)中所述進(jìn)料與熱的再生的催化劑源接觸，以至少形成裂化的產(chǎn)品和用過的催化劑；(b)將裂化的產(chǎn)品和用過的催化劑導(dǎo)入到分離區(qū)并分離用過的催化劑；(c)將用過的催化劑導(dǎo)入到輸送管線；(d)將燃料和含氧氣體獨(dú)立地導(dǎo)入到沿輸送管線的一個(gè)或多個(gè)點(diǎn)，并在輸送管線中燃燒燃料和氧氣，以形成含有熱的再生的催化劑的流出物；(e)由輸送管線的流出物中分離熱的再生的催化劑；和然后(f)將熱的再生的催化劑導(dǎo)入到步驟(a)。
優(yōu)選地，所述用過的催化劑的溫度為約900～約1175°F，更優(yōu)選為約900～約1150°F，更更優(yōu)選為約900～約1100°F。優(yōu)選地，所述熱的、再生的催化劑的溫度為約1200～約1400°F，更優(yōu)選為約1200～約1300°F，更更優(yōu)選為約1250～約1285°F。
在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案中，所述輸送管線是一種分區(qū)的輸送管線，包括至少一個(gè)第一區(qū)、在第一區(qū)下游的一個(gè)第三區(qū)和位于兩者之間的一個(gè)第二區(qū)。優(yōu)選地，至少一部分含氧氣體和燃料在第一區(qū)燃燒以形成CO，并且至少一部分所述CO在第二區(qū)及第二區(qū)下游的區(qū)被氧化以形成CO2。更優(yōu)選地，至少一部分含氧氣體和燃料在亞化學(xué)計(jì)量條件下，在第一區(qū)下游的區(qū)燃燒以形成CO，并且至少一部分所述CO在第二區(qū)下游的區(qū)被氧化以形成CO2。
在另一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方案中，將所述燃料導(dǎo)入到第一區(qū)，并將含氧氣體至少導(dǎo)入到第二和第三區(qū)。至少一部分含氧氣體和燃料在部分氧化條件下，在第一區(qū)下游的區(qū)燃燒以形成CO，并且至少一部分所述CO在第二區(qū)下游的區(qū)被氧化以形成CO2。
在又一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方案中，將含氧氣體導(dǎo)入到第一區(qū)，并將燃料導(dǎo)入到第一區(qū)下游的區(qū)域。調(diào)節(jié)燃料的量和分布，以沿所述輸送管線提供分布式燃燒，使得在輸送管線的局部溫度低于催化劑失活溫度。
附圖簡(jiǎn)述

圖1是可用于本發(fā)明方法的流化床催化裂化工藝的簡(jiǎn)單示意圖。
圖2示意性地顯示了一個(gè)優(yōu)選的空氣立管，其直徑逐漸減小，以在空氣和燃料沿該立管加入時(shí)提供需要的速度分布曲線。
圖3是實(shí)施例1中沿輸送管線的溫度分布曲線的模型。
圖4圖示了實(shí)施例2中測(cè)得的沿輸送管線的溫度分布曲線。
發(fā)明詳述本發(fā)明是基于以下發(fā)現(xiàn)，即通過將燃料和含氧氣體獨(dú)立地導(dǎo)入到在反應(yīng)器和再生器間的輸送管線的一點(diǎn)或多點(diǎn)，可以恢復(fù)限制結(jié)焦的FCC裝置中的熱平衡。當(dāng)調(diào)節(jié)燃料、空氣和催化劑的量和溫度以使燃料在輸送管線的體相中自燃時(shí)，將在輸送管線中發(fā)生燃料的分布式的燃燒，這樣向催化劑供給了熱量。因此恢復(fù)了裝置的熱平衡。由于消除了因局部燃燒區(qū)引起的確定區(qū)域的過高溫度，使得大大減少了催化劑失活作用。
除了維持或恢復(fù)熱平衡外，本發(fā)明還提供更大的操作控制及參數(shù)如溫度和輸送管線的燃料氣組成的適應(yīng)性，以優(yōu)化催化劑再生及污染金屬氧化態(tài)和影響。而且，本發(fā)明還可應(yīng)用于常規(guī)的FCC裝置來代替燃燒火炬油，以減輕與由催化劑失活造成的高的催化劑置換比、低的產(chǎn)率和不希望的產(chǎn)品選擇性有關(guān)的經(jīng)濟(jì)方面的缺點(diǎn)。另外，本發(fā)明在燃料組成方面適應(yīng)性寬，這樣可以使用對(duì)環(huán)境有較小影響的氣體或液體燃料，例如低硫燃料，以減少?gòu)乃鲅b置的可能的廢氣排放，而不會(huì)使催化劑失活。
圖1是可用于本發(fā)明的流化床催化裂化工藝的簡(jiǎn)要示意圖。這樣，顯示了一種FCC裝置200，它包括一個(gè)催化裂化反應(yīng)器單元202和一個(gè)再生單元204。202單元包括進(jìn)料立管206，其內(nèi)部包括反應(yīng)區(qū)，其開始處標(biāo)為208。202單元還包括蒸氣-催化劑分離區(qū)210和汽提區(qū)212，汽提區(qū)212內(nèi)含有多個(gè)導(dǎo)流片214，它們布置成類似于住宅瀝青屋頂?shù)慕饘佟芭铩钡男问?。將合適的汽提劑，例如水蒸氣，通過管線216引入到汽提區(qū)。輸送管線218將汽提過的、用過的催化劑顆粒導(dǎo)入到再生單元204。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案中，將空氣和燃料在一點(diǎn)或多點(diǎn)，注入到汽提區(qū)和再生器間的輸送管線。
預(yù)熱過的FCC進(jìn)料經(jīng)管線220，在流化床催化裂化反應(yīng)器單元202的進(jìn)料注入點(diǎn)224，通入到立管206的底部。水蒸氣可以通過管線222注入到進(jìn)料注入單元中。如下面所述，所述進(jìn)料含有烴，例如石腦油、真空瓦斯油(VGO)、重油、渣油餾分及其混合物。熱的進(jìn)料的霧化小滴與熱的、再生的裂化催化劑顆粒在所述立管中接觸。這將使進(jìn)料蒸發(fā)并催化裂化為較輕的、較低沸點(diǎn)的餾分，包括汽油沸程(通常為100～400°F)的餾分及更高沸點(diǎn)的柴油機(jī)燃料等?？梢圆捎贸Ｒ?guī)的FCC催化劑，例如含有沸石分子篩裂化組分的二氧化硅和氧化鋁的混合物。這樣的催化劑在約1300°F或更高的溫度下有一定的失活，并且在1400°F以上的溫度被認(rèn)為已不希望地失活了。當(dāng)進(jìn)料在立管中，在進(jìn)料注入點(diǎn)234與熱的催化劑接觸時(shí)，催化裂化反應(yīng)即開始，并持續(xù)到產(chǎn)物蒸氣與用過的催化劑在催化裂化器的上部或分離區(qū)210中分開為止。裂化反應(yīng)使不能汽提的含碳材料及吸附的可汽提的烴材料沉積在催化劑上，籠統(tǒng)地稱為焦炭。這種含焦炭的催化劑通常被稱為用過的催化劑。可以汽提用過的催化劑以除去和回收可汽提的烴材料，然后通過在再生器中焚燒掉剩下的焦炭而再生催化劑。如所述，某些進(jìn)料的選擇、操作條件及其組合，可能使形成的焦炭不足以提供或維持裝置的熱平衡。在優(yōu)選的實(shí)施方案中，通過使燃料在輸送管線中，在合適的條件下分布式燃燒，而恢復(fù)或維持熱平衡。
相應(yīng)地，如圖1所示，反應(yīng)單元202可以在分離區(qū)210中含有旋風(fēng)分離器(未示出)，它使裂化的烴產(chǎn)品蒸氣和汽提的烴(以蒸氣形式)與用過的催化劑顆粒分離。所述烴蒸氣向上通過反應(yīng)器并通過管線226引出。所述烴蒸氣可以被導(dǎo)入到蒸餾單元(未示出)，該單元將蒸氣的可濃縮部分濃縮成液體，并將所述液體分餾成各產(chǎn)品流。用過的催化劑顆粒下落到汽提區(qū)212，在此它們與通過管線216進(jìn)料到汽提區(qū)的汽提介質(zhì)例如水蒸氣接觸，并以蒸氣的形式脫除在裂化反應(yīng)過程中沉積到催化劑上的可汽提的烴材料。這些蒸氣與其它的產(chǎn)品蒸氣一起經(jīng)管線226引出。導(dǎo)流片214使催化劑顆粒均勻地分散在汽提區(qū)或汽提器的整個(gè)寬度內(nèi)，并使催化劑顆粒在汽提區(qū)的內(nèi)部回流或反混最小化。
所述用過的、汽提過的催化劑顆粒從汽提區(qū)的底部經(jīng)輸送管線218移出，并經(jīng)該輸送管線導(dǎo)入到容器204內(nèi)的流化床228，在此它們與經(jīng)管線240進(jìn)入該容器的所要求的空氣或其它流化介質(zhì)接觸。在其中在輸送管線中發(fā)生催化劑的不完全再生的實(shí)施方案中，容器204可起到再生器的作用，以在催化劑返回到反應(yīng)區(qū)前完全再生該催化劑。在這些情況下，催化劑在容器204中，于FCC再生條件下再生。在其中催化劑在輸送管線中完全再生的情況下，容器204用來分離熱的、再生的催化劑，以將其返回到反應(yīng)區(qū)。
如所述，在輸送管線218的從其在反應(yīng)器單元內(nèi)的低點(diǎn)至所述輸送管線進(jìn)入容器204的那點(diǎn)的區(qū)間內(nèi)，汽提過的催化劑被加熱并至少部分再生。為了加熱和至少部分再生所述催化劑，將燃料和含氧氣體導(dǎo)入到輸送管線，并且調(diào)節(jié)其各自的量和注入位置，以提供燃料在輸送管線內(nèi)的分布式燃燒。
含有流化的催化劑和燃燒產(chǎn)物的流出物通過所述輸送管線的下游端流入到分離區(qū)，例如圖1中的容器204，在此再生的并被加熱的催化劑可以從流出物中分離出來并返回到反應(yīng)區(qū)。當(dāng)在輸送管線流出物中的催化劑未完全再生時(shí)，即當(dāng)該催化劑帶有超過反應(yīng)區(qū)中使用的催化劑所希望的焦炭量時(shí)，該分離區(qū)(容器204)可起到常規(guī)FCC再生器的作用，以完成所述催化劑的再生。因此，當(dāng)空氣用作再生器的流化介質(zhì)時(shí)，任何保留在催化劑上的焦炭可以被氧化或焚燒掉，從而再生了催化劑顆粒，并且在如此操作過程中，完成了對(duì)催化劑顆粒的加熱，使其溫度通常升高到約950～1400°F。如本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的那樣，容器204可以含有旋風(fēng)分離器(未示出)或某些其它的裝置，這些裝置用于將熱的、再生的催化劑顆粒從主要包含CO2、CO、H2O和N2的氣態(tài)燃燒產(chǎn)物(廢氣)中分離出來，并借助于浸入管(未示出)將再生的催化劑顆粒送回到流化催化劑床228。流化床228可以負(fù)載在一個(gè)氣體分布器柵板上，其示意性地圖示為虛線244。在流化床中的所述熱的、再生的催化劑顆粒溢過由漏斗248的頂端形成的堰246，漏斗248的底部連接在下導(dǎo)管250的頂部。下導(dǎo)管250的底部變成再生催化劑輸送管線252。所述溢流的、再生的顆粒向下流過所述漏斗、下導(dǎo)管并進(jìn)入輸送管線252，輸送管線252將它們輸送回到立管反應(yīng)區(qū)，在此它們與由進(jìn)料注入器進(jìn)入所述立管的熱的進(jìn)料接觸。煙道氣從再生器的頂端經(jīng)管線254除去。
優(yōu)選地，所述用過的催化劑的溫度為約900～約1175°F，更優(yōu)選為約900～約1150°F，更更優(yōu)選為約900～約1100°F。優(yōu)選地，所述熱的、再生的催化劑的溫度為約1200～約1400°F，更優(yōu)選為約1200～約1300°F，更更優(yōu)選為約1250～約1285°F。
優(yōu)選地，在含有顯著量的未燃燒燃料的區(qū)域內(nèi)，調(diào)節(jié)含氧氣體的量，以提供亞化學(xué)計(jì)量的燃燒條件。調(diào)節(jié)在含有顯著量的CO的區(qū)域內(nèi)的含氧氣體的量，以根據(jù)在所述區(qū)域內(nèi)的未燃燒燃料的量，提供包括亞化學(xué)計(jì)量、化學(xué)計(jì)量和超化學(xué)計(jì)量條件的燃燒條件。一般地，當(dāng)所述區(qū)域含有大量未燃燒燃料時(shí)，優(yōu)選亞化學(xué)計(jì)量的條件，而當(dāng)所述區(qū)域含很少或不含未燃燒燃料時(shí)，優(yōu)選超化學(xué)計(jì)量的條件。換句話說，優(yōu)選在所述區(qū)域的未燃燒燃料的量越大，條件越是亞化學(xué)計(jì)量的。亞化學(xué)計(jì)量的燃燒條件有時(shí)被稱為“部分氧化”條件，因?yàn)槿紵a(chǎn)物含有更高量的CO和更小量的CO2。
圖2圖示了從輸送管線位于反應(yīng)器單元內(nèi)的最低點(diǎn)到輸送管線進(jìn)入分離區(qū)204的那點(diǎn)間的區(qū)域的輸送管線的優(yōu)選實(shí)施方案。如所示，燃料和空氣沿輸送管線的一點(diǎn)或多點(diǎn)注入，以提供燃料沿輸送管線的分布式燃燒。
在第一個(gè)實(shí)施方案中，維持或恢復(fù)熱平衡所要求的所有燃料，在接近立管底部的一點(diǎn)，通過燃料管線和位于點(diǎn)(1)的一個(gè)或多個(gè)注入器注入。在輸送管線的下游區(qū)域不再注入另外的燃料。將已加熱的含氧氣體在位于燃料注入點(diǎn)和輸送管線下游端間的一點(diǎn)或多點(diǎn)注入到所述輸送管線。優(yōu)選的含氧氣體是空氣，為了方便起見，本發(fā)明此后的描述中用空氣代替含氧氣體；但是應(yīng)該指出，任何適合用于燃料燃燒的含氧氣體都可使用。位于燃料注入點(diǎn)和最上游的空氣注入點(diǎn)間的區(qū)域被稱為第一區(qū)，并且該區(qū)域應(yīng)該足夠長(zhǎng)以提供燃料和催化劑的充分的混合。空氣注入點(diǎn)的數(shù)量和位置調(diào)節(jié)著燃料的燃燒，并定義了所述輸送管線的其余區(qū)域。
在所述第一個(gè)實(shí)施方案中，空氣在燃料注入點(diǎn)下游的兩點(diǎn)或多點(diǎn)引入到輸送管線中。為了減少燃料需求，降低空氣注入點(diǎn)的氧氣濃度，并維持空氣的溫度在所述燃料的自燃溫度以上，應(yīng)調(diào)節(jié)空氣的量和溫度。更優(yōu)選空氣的溫度維持在所述燃料的自燃溫度以上約200°F～約300°F?？諝獾臏囟群脱鯕獾臐舛瓤梢酝ㄟ^在所述工藝外進(jìn)行的燃料的直接的在線燃燒來調(diào)節(jié)。因此，空氣在注入到輸送管線前，其溫度優(yōu)選調(diào)節(jié)為約1150°F～約1400°F。
在所述第一個(gè)實(shí)施方案中，在第一(最上游)空氣注入點(diǎn)注入的空氣的量調(diào)節(jié)著在立管的第二區(qū)的燃料空氣混合物。一個(gè)區(qū)域的長(zhǎng)度，可以通過由該區(qū)域的上游端處存在的燃料、CO和空氣的量計(jì)算將達(dá)到的平衡溫度來確定。選擇所述區(qū)域的長(zhǎng)度，以提供平均溫度為計(jì)算出的平衡值的約75％的區(qū)流出物。優(yōu)選地，注入到第二區(qū)的空氣量相對(duì)于燃料來說提供了亞化學(xué)計(jì)量的氧氣。因此，將促進(jìn)CO在第二區(qū)的形成，并且將增加氧氣消耗，從而減慢燃燒并降低峰值溫度。所述燃料可以是烴，例如燃料氣或液體燃料。液體燃料包括重油、渣油、瓦斯油、石腦油及其衍生物。在一個(gè)實(shí)施方案中，使用液體燃料，因?yàn)樗ǔ１热剂蠚馊紵?，或者比可得到的燃料氣具有更低的自燃溫度?br> 在第二區(qū)的下游，空氣在一點(diǎn)或多點(diǎn)注入到所述輸送管線，從而在第三區(qū)(當(dāng)在第二區(qū)后采用兩個(gè)空氣注入點(diǎn)時(shí))和在隨后的區(qū)(當(dāng)采用更多的空氣注入點(diǎn)時(shí))將一氧化碳逐漸地氧化為二氧化碳。優(yōu)選地，空氣以約100ft/sec的速度注入到輸送管線中，以避免在空氣注入點(diǎn)附近形成穩(wěn)定的化學(xué)計(jì)量燃燒。為了很好地維持輸送管線內(nèi)的催化劑溫度在催化劑失活溫度以下，可以選擇空氣注入點(diǎn)的數(shù)量，以實(shí)現(xiàn)分布式燃燒。如所述，當(dāng)采用一個(gè)以上空氣注入點(diǎn)時(shí)，空氣注入點(diǎn)間的距離(即在空氣注入?yún)^(qū)域的區(qū)長(zhǎng)度)固定在這樣的長(zhǎng)度，其中催化劑和燃燒產(chǎn)物在到達(dá)下游的下一個(gè)空氣注入點(diǎn)前，接近熱平衡。所述輸送管線的流出物優(yōu)選含有CO、CO2、O2或其某種組合。通過調(diào)節(jié)輸送管線的長(zhǎng)度，可以調(diào)節(jié)在流出物中的這些物質(zhì)的相對(duì)量。因此，延長(zhǎng)輸送管線的長(zhǎng)度將導(dǎo)致在流出物中有更大量的CO2，而減小管線的長(zhǎng)度將導(dǎo)致在流出物中有更大量的O2和CO。
如圖2所示，優(yōu)選在燃料注入點(diǎn)下游的輸送管線直徑減小，以調(diào)節(jié)管線內(nèi)的速度。因此，調(diào)節(jié)輸送管線的直徑，以在輸送管線的第一區(qū)提供至少約10ft/sec，優(yōu)選約15ft/sec的流化態(tài)速度，流化態(tài)速度在位于再生器內(nèi)的所述管線的下游末端增加為約25ft/sec。輸送管線直徑沿輸送管線長(zhǎng)度方向的變化在本文中稱為輸送管線直徑的分布曲線。一般地，中等速度是更好的，以促進(jìn)燃料和催化劑的反混和均勻分布。
在第二個(gè)實(shí)施方案中，所有空氣在點(diǎn)(1)注入到輸送管線中，并且在輸送管線的上游區(qū)沒有空氣注入。盡管在該實(shí)施方案中未采用亞化學(xué)計(jì)量的燃燒條件，在輸送管線內(nèi)的燃燒的分布可以通過燃料注入點(diǎn)的數(shù)量和分布進(jìn)行調(diào)節(jié)，從而保持輸送管線溫度在催化劑失活溫度以下。任選的燃料點(diǎn)火器可以位于燃料注入點(diǎn)附近。如在第一個(gè)實(shí)施方案中那樣，空氣可以在注入前被加熱，并且輸送管線可以是直徑減小的。而且，當(dāng)采用一個(gè)以上燃料注入點(diǎn)時(shí)，可以調(diào)節(jié)這些點(diǎn)間的距離(區(qū)長(zhǎng)度)，使得催化劑和燃燒產(chǎn)物在到達(dá)下游的下一個(gè)燃料注入點(diǎn)前接近熱平衡。通過考慮例如在輸送管線內(nèi)燃料完全燃燒的必要性、在流出物中提供適當(dāng)量的一氧化碳、二氧化碳、氧氣及其組合，可以確定輸送管線的總長(zhǎng)度。
在第三個(gè)實(shí)施方案中，空氣和燃料在點(diǎn)(1)注入，其量足以在第一區(qū)中維持燃燒條件?？梢栽谙掠巫⑷朦c(diǎn)注入空氣、燃料和其混合物，以沿輸送管線提供分布式燃燒，從而調(diào)節(jié)輸送管線的溫度在催化劑失活溫度以下。優(yōu)選地，選擇燃料和空氣的量以在第一區(qū)中，在部分氧化條件下實(shí)現(xiàn)至少部分燃料和含氧氣體的燃燒，從而形成一氧化碳。然后，在第二區(qū)和第二區(qū)下游的區(qū)內(nèi)的至少部分一氧化碳被氧化以形成二氧化碳。更優(yōu)選地，在含有顯著量未燃燒燃料的區(qū)域內(nèi)，調(diào)節(jié)含氧氣體的量以提供亞化學(xué)計(jì)量的燃燒條件，而在含有顯著量一氧化碳的區(qū)域內(nèi)，調(diào)節(jié)含氧氣體的量以提供包括亞化學(xué)計(jì)量、化學(xué)計(jì)量和超化學(xué)計(jì)量燃燒條件的反應(yīng)條件。任選的燃料點(diǎn)火器可以位于燃料注入點(diǎn)附近。
如在第一個(gè)實(shí)施方案中那樣，空氣可以在注入前被加熱，并且輸送管線可以是直徑減小的。而且，當(dāng)在第一區(qū)的下游采用一個(gè)以上燃料或空氣注入點(diǎn)時(shí)，可以調(diào)節(jié)這些點(diǎn)間的距離，使得催化劑和燃燒產(chǎn)物在到達(dá)下游的下一個(gè)燃料或空氣注入點(diǎn)前接近熱平衡。通過考慮例如燃料完全燃燒的必要性、在流出物中需要的一氧化碳、二氧化碳、氧氣的量及其組合，可以確定輸送管線的總長(zhǎng)度。
在FCC工藝中使用的催化裂化器進(jìn)料是烴類，例如瓦斯油、重油、餾出油、催化裂化油、石腦油及其混合物。瓦斯油包括高沸點(diǎn)的非渣油，例如真空瓦斯油(VGO)、直餾(常壓)瓦斯油、輕催化裂化器油(LCGO)和焦化瓦斯油。這些油的初沸點(diǎn)一般在約450°F(232℃)以上，更一般地在約650°F(343℃)以上，而終點(diǎn)高達(dá)約1150°F(621℃)，以及直餾或常壓瓦斯油和焦化瓦斯油。
重質(zhì)進(jìn)料包括終沸點(diǎn)在1050°F以上(例如高達(dá)1300°F或更高)的烴混合物。這類重質(zhì)進(jìn)料包括例如全原油和拔頂油、來自原油的常減壓蒸餾的渣油或殘油、瀝青和瀝青質(zhì)、來自重質(zhì)石油的熱裂化的焦油和循環(huán)油、焦油砂油、頁(yè)巖油、源自煤的液體、合成原油等。這些物質(zhì)在裂化器進(jìn)料中的存在量可以為混合物的約2～50％體積，更典型地為約5～30％體積。這些進(jìn)料一般含有太高含量的不希望的組分，例如芳香化合物和含雜原子，特別是硫和氮的化合物。因此，如已知的那樣，通常通過例如加氫處理、溶劑萃取、固體吸附劑如分子篩等方法處理這些進(jìn)料或提升品質(zhì)，以減少不希望的化合物的量。
石腦油進(jìn)料包括烯屬石腦油，含有在石腦油范圍沸騰的烴物質(zhì)。更具體而言，烯屬石腦油含有約5％～約35％重量，優(yōu)選約10％～約30％重量，更優(yōu)選約10％～25％重量的烷烴，和從約15％重量，優(yōu)選從約20％重量到約70％重量的烯烴。該進(jìn)料還可以含有環(huán)烷和芳香化合物。石腦油沸程的物流一般是指那些沸點(diǎn)范圍為約65°F～約430°F，優(yōu)選約65°F～約300°F，更優(yōu)選65°F～約150°F的物流。石腦油可以是熱裂化的或催化裂化的石腦油。這些石腦油可衍生自任何適當(dāng)?shù)膩碓?，例如它們可衍生自瓦斯油和渣油的流化床催化裂?FCC)、衍生自渣油的延遲或流化焦化、衍生自新鮮石腦油或瓦斯油及其混合物的熱解。優(yōu)選地，石腦油物流衍生自瓦斯油和渣油的流化床催化裂化。這類石腦油一般富烯烴、二烯烴及其混合物，并相對(duì)貧烷烴。
在使用瓦斯油進(jìn)料、重質(zhì)進(jìn)料及其混合物的一個(gè)實(shí)施方案中，F(xiàn)CC工藝條件包括溫度為約800～1200°F，優(yōu)選850～1150°F，更優(yōu)選900～1075°F，壓力為約5～60psig，優(yōu)選5～40psig，進(jìn)料/催化劑接觸時(shí)間為約0.5～15秒，優(yōu)選約1～5秒，催化劑與進(jìn)料的比例為約0.5～10，優(yōu)選2～8。FCC進(jìn)料被預(yù)熱到不超過850°F，優(yōu)選不超過800°F，典型地為約500～800°F的溫度。
在使用石腦油進(jìn)料的另一個(gè)實(shí)施方案中，F(xiàn)CC工藝條件包括溫度為約900～約1200°F，優(yōu)選約1025～1125°F，烴分壓為約10～40psia，優(yōu)選約20～35psia，催化劑與石腦油的比例(wt/wt)為約3～12，優(yōu)選為約4～10，其中催化劑重量是催化劑復(fù)合物的總重量。盡管不是必須的，還優(yōu)選將水蒸氣與石腦油物流并流地引入到反應(yīng)區(qū)，并且水蒸氣最高可占所述烴進(jìn)料的約50％重量。還優(yōu)選石腦油在反應(yīng)區(qū)的停留時(shí)間低于約10秒，例如為約1～約10秒。
參考下面的實(shí)施例將會(huì)更進(jìn)一步地理解本發(fā)明。
將供應(yīng)到管線中的空氣總量的10％重量加熱到1200°F的溫度，并經(jīng)位于第一區(qū)下游端的10英寸直徑的管線注入到輸送管線內(nèi)。將另外15％重量的空氣加熱到1200°F，并經(jīng)12英寸直徑的管線注入到再下游的第二區(qū)。然后將30％重量的空氣加熱到1200°F，并經(jīng)末端在一個(gè)環(huán)狀頭內(nèi)的16英寸直徑的管線在第三區(qū)下游端注入。將最后45％重量的空氣加熱到1200°F，并在第四區(qū)的下游端經(jīng)末端在一個(gè)環(huán)狀頭內(nèi)的16英寸直徑的管線注入?？諝獾目偭繛?6.7kscfm，燃料的總量為用于空氣預(yù)熱的0.75kscfm的甲烷和進(jìn)入到空氣立管的1.10kscfm的丙烷。將催化劑/蒸氣混合物在底部區(qū)域加速到約10英尺/秒，并沿立管長(zhǎng)度方向進(jìn)一步加速到約25英尺/秒。約23標(biāo)準(zhǔn)噸/分鐘(s-ton/min)的催化劑環(huán)流從約1075°F被加熱到約1265°F。在希望的反應(yīng)工藝條件下產(chǎn)生了足以維持裝置熱平衡的熱量。
沿輸送管線的體相溫度分布曲線的計(jì)算值示于圖3。如從圖中可以看到的那樣，在各階段的終點(diǎn)達(dá)到了熱平衡。
權(quán)利要求
1.一種流化床催化裂化工藝，包括下列連續(xù)步驟(a)將含烴進(jìn)料流導(dǎo)入到反應(yīng)區(qū)，在該反應(yīng)區(qū)中所述進(jìn)料與熱的再生的催化劑源接觸，以至少形成裂化的產(chǎn)品和用過的催化劑；(b)將裂化的產(chǎn)品和用過的催化劑導(dǎo)入到分離區(qū)并分離用過的催化劑；(c)將用過的催化劑導(dǎo)入到輸送管線的上游端；(d)將燃料和含氧氣體獨(dú)立地導(dǎo)入到沿輸送管線的一個(gè)或多個(gè)點(diǎn)，并在輸送管線中燃燒燃料和氧氣，以形成含有熱的再生的催化劑的流出物，所述熱的再生的催化劑在輸送管線的下游端處的溫度為約1200～約1400°F；(e)由輸送管線的流出物中分離熱的再生的催化劑；和然后(f)將熱的再生的催化劑導(dǎo)入到步驟(a)。
2.權(quán)利要求1的工藝，其中用過的催化劑的溫度為約900～約1175°F。
3.權(quán)利要求2的工藝，其中用過的催化劑的溫度為約900～約1150°F。
4.權(quán)利要求3的工藝，其中用過的催化劑的溫度為約900～約1100°F。
5.權(quán)利要求1的工藝，其中熱的再生的催化劑的溫度為約1200°F～約1400°F。
6.權(quán)利要求5的工藝，其中熱的再生的催化劑的溫度為約1200°F～約1300°F。
7.權(quán)利要求6的工藝，其中熱的再生的催化劑的溫度為約1250°F～約1285°F。
8.權(quán)利要求1的工藝，還包括將步驟(b)的用過的催化劑導(dǎo)入到汽提區(qū)，使用過的催化劑與水蒸氣接觸，以從用過的催化劑上脫除烴，從而形成汽提過的、用過的催化劑，然后將該汽提過的、用過的催化劑導(dǎo)入到步驟(c)的輸送管線。
9.權(quán)利要求1的工藝，其中輸送管線是一種分區(qū)的輸送管線，包括至少一個(gè)第一區(qū)、位于第一區(qū)下游的一個(gè)第三區(qū)和位于兩者之間的一個(gè)第二區(qū)，并且其中將燃料導(dǎo)入到第一區(qū)，而將含氧氣體導(dǎo)入到至少第二和第三區(qū)。
10.權(quán)利要求9的工藝，其中在含有顯著量的未燃燒燃料的區(qū)域調(diào)節(jié)含氧氣體的量，以提供亞化學(xué)計(jì)量的燃燒條件。
11.權(quán)利要求10的工藝，其中用過的催化劑和燃料在第一區(qū)混合。
12.權(quán)利要求11的工藝，其中至少部分含氧氣體和燃料在第一區(qū)下游的區(qū)內(nèi)，在亞化學(xué)計(jì)量的條件下燃燒以形成一氧化碳，并且至少部分一氧化碳在第二區(qū)下游的區(qū)內(nèi)被氧化以形成二氧化碳。
13.權(quán)利要求12的工藝，其中含氧氣體是空氣，其中空氣在注入到輸送管線時(shí)的溫度保持在燃料的自燃溫度以上約200°F～約300°F，并且其中空氣以約100英尺/秒的速度注入到輸送管線。
14.權(quán)利要求13的工藝，其中空氣在注入到輸送管線前的溫度為約1150°F～約1400°F。
15.權(quán)利要求12的工藝，其中第一區(qū)的流出物含有未燃燒的燃料，并且其中注入到第二區(qū)的空氣量提供了相對(duì)于未燃燒燃料來說亞化學(xué)計(jì)量的氧氣，以在第二區(qū)的流出物中形成一氧化碳。
16.權(quán)利要求15的工藝，其中在第二區(qū)的流出物中的至少部分一氧化碳在第三區(qū)被氧化成二氧化碳。
17.權(quán)利要求9的工藝，其中輸送管線的直徑和直徑分布曲線足以在輸送管線的第一區(qū)內(nèi)提供至少約10英尺/秒的流化速度，該速度在管線的下游端增加到約25英尺/秒。
18.權(quán)利要求1的工藝，其中輸送管線是一種分區(qū)的輸送管線，包括至少一個(gè)第一區(qū)、位于第一區(qū)下游的一個(gè)第三區(qū)和位于兩者之間的一個(gè)第二區(qū)，并且其中將含氧氣體導(dǎo)入到第一區(qū)，而將燃料導(dǎo)入到第一區(qū)下游的區(qū)域。
19.權(quán)利要求18的工藝，其中將燃料導(dǎo)入到第二區(qū)。
20.權(quán)利要求19的工藝，其中將燃料導(dǎo)入到第二區(qū)和第三區(qū)。
21.權(quán)利要求19的工藝，其中含氧氣體是空氣，其中空氣在注入到輸送管線時(shí)的溫度保持在燃料的自燃溫度以上約200°F～約300°F，并且其中空氣以約100英尺/秒的速度注入到輸送管線。
22.權(quán)利要求21的工藝，其中空氣在注入到輸送管線前的溫度為約1150°F～約1400°F。
23.權(quán)利要求19的工藝，其中輸送管線的直徑和直徑分布曲線足以在輸送管線的第一區(qū)內(nèi)提供至少約10英尺/秒的流化速度，該速度在管線的下游端增加到約25英尺/秒。
24.權(quán)利要求1的工藝，其中輸送管線是一種分區(qū)的輸送管線，包括至少一個(gè)第一區(qū)、在第一區(qū)下游的一個(gè)第三區(qū)和位于兩者之間的一個(gè)第二區(qū)，并且其中至少一部分含氧氣體和燃料在第一區(qū)燃燒以形成CO，并且至少一部分所述CO在第二區(qū)及第二區(qū)下游的區(qū)被氧化以形成CO2。
25.權(quán)利要求24的工藝，其中含氧氣體是空氣，其中空氣在注入到輸送管線時(shí)的溫度保持在燃料的自燃溫度以上約200°F～約300°F，并且其中空氣以約100英尺/秒的速度注入到輸送管線。
26.權(quán)利要求25的工藝，其中空氣在注入到輸送管線前的溫度為約1150°F～約1400°F。
27.權(quán)利要求24的工藝，其中輸送管線的直徑和直徑分布曲線足以在輸送管線的第一區(qū)內(nèi)提供至少約10英尺/秒的流化速度，該速度在管線的下游端增加到約25英尺/秒。
全文摘要
本發(fā)明涉及在流化床催化裂化裝置中保持熱平衡的方法。更具體而言，本發(fā)明涉及能夠通過在適當(dāng)條件下將燃料和含氧氣體導(dǎo)入到輸送管線來維持或恢復(fù)熱平衡的燃燒控制方法。所述輸送管線將包括用過的催化劑和燃燒產(chǎn)物的流出物導(dǎo)入到裝置的催化劑再生區(qū)。
文檔編號(hào)C10G11/18GK1422325SQ01807579
公開日2003年6月4日 申請(qǐng)日期2001年3月28日 優(yōu)先權(quán)日2000年4月4日
發(fā)明者T·R·斯蒂芬斯, P·K·拉德維格, G·邁爾菲, J·E·阿斯普林 申請(qǐng)人:?？松梨诨瘜W(xué)專利公司