專利名稱：渣油催化反應制烯烴和芳烴流化床反應器和方法
技術領域：
本發(fā)明涉及渣油(重油)、蠟油、石腦油、輕汽油等烴類原料以及植 物油脂、動物油脂和脂肪酸等生物原料，或任意混合的原料催化反應制烯 烴和芳烴的流化床反應器。
本發(fā)明還涉及利用上述流化床反應器進行催化反應制烯烴和芳烴的 方法。
背景技術：
采用渣油(重油)、蠟油、石腦油、輕汽油等烴類原料以及植物油脂、 動物油脂和脂肪酸等生物原料催化反應制烯烴和芳烴反應是強吸熱反應， 反應產(chǎn)物在高溫下容易繼續(xù)反應生成非目的產(chǎn)物，催化劑結(jié)焦失活快。因 此，如何提供充足的反應熱，使反應物和催化劑充分接觸并在最佳的反應 溫度和反應時間范圍內(nèi)進行反應，以及迅速分離反應產(chǎn)物和催化劑，失活 催化劑快速連續(xù)燒焦再生是能否工業(yè)化實施該方法的關鍵。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種渣油催化反應制烯烴和芳烴流化床反應器。本發(fā)明的又一目的在于提供利用上述反應器進行催化反應制烯烴和 芳烴的方法。
為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供的渣油催化反應制烯烴和芳烴的流化床 反應器，該反應器包括
一提升管反應器，用于將反應物料和催化劑，或者反應物料、催化劑 和水蒸汽混合、加熱并進行初步反應，物料在反應管中逆重力向上流動；
一下行式反應器，在其中進行深度催化反應，物料和催化劑順重力向 下流動；
該提升管反應器物料出口與該下行式反應器的頂部物料入口相連接；
一分離罐，連接在下行式反應器的底部，用于分離反應產(chǎn)物和催化劑；
一燒焦罐，其一端連接至分離罐催化劑出口，另一端連接至提升管催 化劑入口，用于將催化劑燒焦再生。
所述的流化床反應器，其中，下行式反應器的長度大于或等于提升管 反應器的長度，且下行式反應器的橫截面積大于或等于提升管反應器的橫 截面積。
所述的流化床反應器 于提供反應熱的加熱元件
所述的流化床反應器 金屬列管或金屬盤管。
所述的流化床反應器
器°
本發(fā)明提供的利用上述的流化床反應器進行渣油催化反應制烯烴和
，其中，下行式反應器的內(nèi)部設置有金屬網(wǎng)和用 ，其中，下行式反應器的內(nèi)部設置的加熱元件為 ，其中，在分離罐的下面設有一個輕烴反應反應芳烴的方法，其過程為
A) 將預熱至50—40(TC的反應物料與高溫水蒸氣按照水/油0—1的比
例從提升管反應器底部噴入提升管反應器內(nèi)，與來自燒焦罐的催化劑混
合，并加熱進行裂化反應和芳構化反應；反應物料與催化劑在提升管反應 器中的接觸時間為0.5—2.5秒；
B) 催化劑和反應物料氣體流動上升至提升管頂部進入下行式反應器 繼續(xù)反應，反應溫度為400—70(TC，反應物料與催化劑接觸時間為0.5 — 7 秒；反應物料和催化劑順重力向下行式反應器底部流動，在分離罐中進行 反應產(chǎn)物和催化劑的分離；分離出的產(chǎn)物進入產(chǎn)物分離系統(tǒng)。
C) 分離出的催化劑用空氣或水蒸汽輸送至燒焦罐，于550—75(TC下 用空氣燒焦再生；再生后的催化劑流動到提升管反應器底部催化劑入口進 行循環(huán)反應。
所述的方法，其中，步驟B中從分離罐中分離出的催化劑順重力流至 輕烴反應反應器中，與預熱至100-600'C的輕烴逆向流動，于500 — 620。C 下進行催化反應制烯烴和芳烴；反應物從輕烴裂解反應器上部進入分離系 統(tǒng)，催化劑從輕烴反應反應器底部流出并被提升至燒焦罐，繼續(xù)步驟C。
所述的方法，其中，輕烴的碳數(shù)為4一6。
所述的方法，其中，水蒸氣在下行式反應器或分離罐的不同部位加入。 所述的方法，其中，反應所需熱量由燒焦再生后的催化劑提供；或在
反應器的加熱構件中通入高溫熔鹽、低溫合金或高溫氣體等對反應器加熱
提供；或者由上述兩種方式各提供一部分。
所述的方法，反應原料是渣油(重油)、蠟油、石腦油、輕汽油等烴類原料；植物油脂、動物油脂和脂肪酸等生物原料；以及上述原料任意品 種、任意比例的混合物。
由本發(fā)明的實施，可以使反應物和催化劑充分接觸并在最佳的反應溫 度和反應時間范圍內(nèi)進行反應；在反應中分離產(chǎn)物和催化劑，并對失去活 性的催化劑快速連續(xù)燒焦再生，從而有效地解決反應過程中催化劑失去活 性的問題。


圖1為本發(fā)明提供的流化床反應器結(jié)構示意圖。
圖2為圖1中下行式反應器底部連接有輕烴反應反應器的結(jié)構示意
圖3為下行式反應器的結(jié)構示意圖；其中
a為內(nèi)部不設置金屬網(wǎng)和加熱元件的下行式反應器示意b為內(nèi)部設置金屬網(wǎng)的下行式反應器示意c為內(nèi)部設置加熱元件的下行式反應器示意d為內(nèi)部設置金屬網(wǎng)和加熱元件的下行式反應器示意e為內(nèi)部設置金屬網(wǎng)、加熱構件和殼體可以加熱的下行式反應器示意圖。
圖4為圖3的俯視圖；其中 f顯示下行式反應器中的金屬網(wǎng)結(jié)構；
g顯示下行式反應器中的加熱元件，為可以使加熱介質(zhì)流通的金屬管。
具體實施例方式
本發(fā)明提供的渣油催化反應制烯烴和芳烴流化床反應器如圖1所示， 其基本結(jié)構是
在下行式反應器11的頂部(物料入口)與提升管反應器10的頂部(物 料出口)相連接，該提升管反應器10的底部(催化劑入口)與再生催化 劑用的燒焦罐14的底部(催化劑出口)相連接。
在下行式反應器11的底部連接有用于分離產(chǎn)物和催化劑的分離罐12; 該分離罐12的底部(催化劑出口)與燒焦罐14的上部(催化劑入口)相 連接。13是旋風分離器，用于回收產(chǎn)物氣體中攜帶的催化劑。它也可以設
置在分離罐12的內(nèi)部。
流化床反應器工作時，先將預熱至50—40(TC的反應原料與高溫水蒸 氣按照水/油0 — 1的比例從提升管反應器10的底部噴入提升管反應器10 內(nèi)，與來自燒焦罐14的高溫催化劑在提升管反應器10內(nèi)迅速混合，在瞬 間加熱至高溫進行反應，并逆重力方向，向上流動。催化劑和反應原料氣 體流動上升至提升管反應器頂部進入下行式反應器11內(nèi)順重力方向，向 下流動繼續(xù)反應。反應溫度控制在400 — 70(TC，最好在550 — 66(TC，物 料與催化劑接觸時間為0.5 — 7秒。
在下行式反應器11底部連接的分離罐12中，反應產(chǎn)物和催化劑借助 重力作用實現(xiàn)快速初步分離，反應產(chǎn)物經(jīng)過旋風分離器13后進入冷卻和 分離系統(tǒng)。分離出的催化劑在分離罐12的底部用水蒸汽進一步脫出反應 產(chǎn)物后，在出口處用空氣或水蒸氣提升至燒焦罐14 (圖中箭頭方向)。催 化劑進入燒焦罐14燒焦再生，燒焦溫度為550—750。C。再生后的催化劑在燒焦罐下部用水蒸汽脫出攜帶的空氣，二氧化碳，氧化氮等化合物后流 動到提升管反應器11的底部循環(huán)進行上述反應。
除在提升管反應器11的底部加水蒸氣外，還可以在下行式反應器或 分離罐的不同部位注入水蒸氣。
本發(fā)明的提升管反應器采用較細而短的結(jié)構，以有利于反應原料與催 化劑混合后迅速流出進入下行式反應器，從而減少返混。下行式反應器采 用較大的直徑，利于降低物料運行速度。
由于本發(fā)明是對渣油(重油)、蠟油、石腦油、輕汽油等烴類原料以 及植物油脂、動物油脂和脂肪酸等生物原料或任意混合的原料進行催化反 應，其中石蠟基渣油和動植物油脂這類原料，反應轉(zhuǎn)化率(氣體產(chǎn)率)高， 需要吸收大量的反應熱，而本身反應結(jié)焦率低，燒焦產(chǎn)生的熱量小于反應 熱，此時宜采用外加熱的方式提供部分反應熱。對于中間基渣油、中間基 偏環(huán)垸基渣油這類原料，由于反應轉(zhuǎn)化率(氣體產(chǎn)率)較低，需要的反應 熱不很大，而本身反應結(jié)焦率高，燒焦產(chǎn)生的熱量大于反應熱，此時可以 不采用外加熱的方式提供反應熱。
因此，本發(fā)明可以根據(jù)反應原料的性質(zhì)而決定是否在下行式反應器內(nèi) 設置加熱元件，該加熱元件是可以流通加熱介質(zhì)的金屬管，其形狀包括金 屬列管或金屬盤管。也可在下行式反應器內(nèi)設置金屬制的破泡網(wǎng)，破壞反 應過程中產(chǎn)生的氣泡，使反應物和催化劑充分接觸。圖3和圖4顯示了下
行式反應器內(nèi)設置有金屬破泡網(wǎng)和加熱元件，其中，圖3a是不設置任何 加熱元件的下行式反應器；圖3b是設置了金屬破泡網(wǎng)的下行式反應器； 圖3c是設置了金屬管的下行式反應器；圖3d是設置了金屬破泡網(wǎng)和金屬管的下行式反應器；圖3e是設置了金屬破泡網(wǎng)和金屬管的下行式反應器， 并且該下行式反應器的殼體也具有加熱功能。圖4f從俯視角度顯示了設置 了金屬破泡網(wǎng)的結(jié)構；圖4g也是從俯視角度顯示了設置有金屬管的結(jié)構。 由于上述加熱元件其結(jié)構和設置方法均為公知技術，因此不再作詳細 描述。
本發(fā)明在下行式反應器的內(nèi)部設置破泡網(wǎng)和加熱元件，可以增加催化 劑和反應物料的接觸概率，降低催化劑的下降速度，使得反應器中催化劑 密度增大，有利于催化反應。同時利用加熱裝置，反應熱由外部加熱提供 一部分，燒焦再生的高溫催化劑提供一部分，可以提供充足的反應熱并把 反應溫度控制在最佳的范圍內(nèi)。
當需要進行C4和C5等輕烴原料反應制乙烯、丙烯和芳烴時，在圖l 所示的流化床反應器底部的分離罐12的下面連接一輕烴裂解反應器15， 形成圖2所示的流化床反應器。反應原料C4和C5等輕烴從輕烴裂解反應 器15的底部進入反應器與從分離罐12分離出的催化劑逆向流動，進行催 化反應，反應溫度為500 —700溫度，最好在500 —620°C。輕烴反應后的 反應產(chǎn)物從輕烴裂解反應器15的上部進入旋風分離器16與催化劑分離 后，進入產(chǎn)物分離系統(tǒng)。催化劑在輕烴裂解反應器15的下部用水蒸氣進 一步脫出反應產(chǎn)物后，在底部出口處用空氣或水蒸汽提升至燒焦罐，燒焦 再生。其他工藝流程和條件與上述相同。
權利要求
1、一種渣油催化反應制烯烴和芳烴的流化床反應器，該反應器包括一提升管反應器，用于將反應物料和催化劑，或者反應物料、催化劑和水蒸汽混合、加熱并進行初步反應，物料在反應管中逆重力向上流動；一下行式反應器，在其中進行深度催化反應，物料和催化劑順重力向下流動；該提升管反應器物料出口與該下行式反應器的頂部物料入口相連接；一分離罐，連接在下行式反應器的底部，用于分離反應產(chǎn)物和催化劑；一燒焦罐，其一端連接至分離罐催化劑出口，另一端連接至提升管催化劑入口，用于將催化劑燒焦再生。
2、 按照權利要求1所述的流化床反應器，其中，下行式反應器的長 度大于或等于提升管反應器的長度，且下行式反應器的橫截面積大于或等 于提升管反應器的橫截面積。
3、 按照權利要求1所述的流化床反應器，其中，下行式反應器的內(nèi) 部設置有金屬網(wǎng)和用于提供反應熱的加熱元件。
4、 按照權利要求3所述的流化床反應器，其中，下行式反應器的內(nèi)部設置的加熱元件為金屬列管或金屬盤管。
5、 按照權利要求l-4任一項所述的流化床反應器，其中，在分離罐的下面設有一個輕烴反應反應器。
6、 一種利用權利要求1-5任一項所述的流化床反應器進行渣油催化反 應制烯烴和芳烴的方法，其過程為A) 將預熱至50—40(TC的反應物料與高溫水蒸氣按照水/油0 — 1的比 例從提升管反應器底部噴入提升管反應器內(nèi)，與來自燒焦罐的催化劑混 合，并加熱進行裂化反應和芳構化反應；反應物料與催化劑在提升管反應 器中的接觸時間為0.5—2.5秒；B) 催化劑和反應物料氣體流動上升至提升管頂部進入下行式反應器 繼續(xù)反應，反應溫度為400—70(TC,反應物料與催化劑接觸時間為0.5 — 7 秒；反應物料和催化劑順重力向下行式反應器底部流動，在分離罐中進行 反應產(chǎn)物和催化劑的分離；分離出的產(chǎn)物進入產(chǎn)物分離系統(tǒng)。C) 分離出的催化劑用空氣或水蒸汽輸送至燒焦罐，于550—750。C下 用空氣燒焦再生；再生后的催化劑流動到提升管反應器底部催化劑入口進 行循環(huán)反應。
7、 按照權利要求6所述的方法，其中，步驟B中從分離罐中分離出 的催化劑順重力流至輕烴反應反應器中，與預熱至100-600。C的輕烴逆向 流動，于500—62(TC下進行催化反應制烯烴和芳烴；反應物從輕烴裂解反 應器上部進入分離系統(tǒng)，催化劑從輕烴反應反應器底部流出并被提升至燒 焦罐，繼續(xù)步驟C。
8、 按照權利要求7所述的方法，其中，輕烴的碳數(shù)為4一6。
9、 按照權利要求6所述的方法，其中，水蒸氣在下行式反應器或分 離罐的不同部位加入。
10、 按照權利要求6所述的方法，其中，反應所需熱量由燒焦再生后 的催化劑提供；或在反應器的加熱構件中通入高溫熔鹽、低溫合金或高溫 氣體等對反應器加熱提供；或者由上述兩種方式各提供一部分。
11、按照權利要求6所述的方法，反應原料是渣油(重油)、蠟油、石腦油、輕汽油等烴類原料；植物油脂、動物油脂和脂肪酸等生物原料；以及上述原料任意品種、任意比例的混合物。
全文摘要
一種渣油催化反應制烯烴和芳烴流化床反應器，包括提升管反應器，其底部連接至燒焦罐；下行式反應器；提升管反應器物料出口與該下行式反應器的頂部物料入口相連接；分離罐連接在下行式反應器的底部；燒焦罐用于催化劑燒焦再生。反應過程是在提升管底部的原料油與高溫再生催化劑混合后逆重力向上流動，進入下行式反應器進行制烯烴和芳烴的催化反應，于分離罐中進行催化劑和反應產(chǎn)物的分離。分離出的產(chǎn)物進入產(chǎn)物分離系統(tǒng)，分離出的催化劑在燒焦罐中燒焦再生后進入提升管底部再與原料油混合進行催化反應。在下行式反應器底部的分離罐下面連接輕烴反應器，利用分離出的高溫催化劑可以進行C4和C5等輕烴的催化反應制乙烯、丙烯和芳烴。
文檔編號C10G11/18GK101429451SQ200710176928
公開日2009年5月13日 申請日期2007年11月7日 優(yōu)先權日2007年11月7日
發(fā)明者劉中民, 鵬 謝 申請人:中國科學院大連化學物理研究所