專利名稱：一種催化劑連續(xù)再生方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種烴轉(zhuǎn)化催化劑的再生方法，更具體地說，是一種催化劑連續(xù)再生方法。
催化重整是一種烴轉(zhuǎn)化過程，它以高辛烷值汽油和芳烴為主要產(chǎn)品，并副產(chǎn)廉價(jià)氫氣，發(fā)生的主要化學(xué)反應(yīng)有脫氫反應(yīng)、環(huán)化脫氫反應(yīng)、異構(gòu)化反應(yīng)、裂化反應(yīng)及生焦反應(yīng)等，其中生焦反應(yīng)生成的焦炭沉積在催化劑的表面上，使催化劑的活性下降，需經(jīng)過再生過程使催化劑的活性得以恢復(fù)。再生過程一般包括燒炭、氯化更新、焙燒和還原等過程。燒炭過程是用含氧氣體燒除催化劑上沉積的焦炭，同時(shí)帶走燃燒放出的熱量。氯化更新過程是補(bǔ)充催化劑上流失的氯組元，同時(shí)使催化劑上的活性金屬組分被氧化并均勻分布在催化劑的載體表面。焙燒過程除去催化劑中所含的水分。還原過程是在氫氣的氛圍內(nèi)使氧化態(tài)的金屬活性組元還原。
移動(dòng)床技術(shù)應(yīng)用到烴轉(zhuǎn)化過程之后，實(shí)現(xiàn)了催化劑在反應(yīng)器和再生器之間的循環(huán)，從而達(dá)到了催化劑連續(xù)再生的目的，使催化劑的活性始終維持在較高的水平上。烴轉(zhuǎn)化催化劑的連續(xù)再生系統(tǒng)的再生器一般由燒炭區(qū)和焙燒區(qū)組成，而連續(xù)重整催化劑的再生器往往要增加氧氯化區(qū)，以補(bǔ)充催化劑上流失的氯組元并使活性金屬組分得到再分散。燒炭區(qū)的主體結(jié)構(gòu)是徑向床層，催化劑在環(huán)形結(jié)構(gòu)床層內(nèi)依靠重力以緩慢的速度向下移動(dòng)，含氧再生氣體沿徑向通過催化劑床層，從而實(shí)現(xiàn)連續(xù)燒炭過程。氧氯化區(qū)有徑向床層和軸向床層兩種結(jié)構(gòu)，而焙燒區(qū)一般為軸向結(jié)構(gòu)床層。
烴轉(zhuǎn)化催化劑的使用壽命主要取決于其比表面積下降的速率，而影響其比表面積下降的主要因素是再生氣體的濕度、再生溫度和催化劑在高溫區(qū)的停留時(shí)間。因?yàn)闊窟^程是在高溫條件下進(jìn)行的，且催化劑上沉積的焦炭在燃燒過程中會(huì)生成水氣，燒炭又是在含水環(huán)境下完成的，所以烴轉(zhuǎn)化催化劑的再生燒炭過程是影響催化劑壽命的主要過程。
對(duì)于徑向燒炭床層來說，由于在床層入口處，催化劑具有較高的炭含量，當(dāng)與徑向通過催化劑床層的含氧再生氣體接觸時(shí)，燒炭放出大量的熱量，而且逐漸向內(nèi)篩網(wǎng)處聚集，致使在床層上部?jī)?nèi)篩網(wǎng)附近床層的溫度偏高，而在床層的下部由于催化劑上的炭含量較低，燒炭放出的熱量較少，床層的溫升較小。所以對(duì)于整個(gè)床層來說，床層上部的高溫區(qū)易給催化劑的性能帶來不利的影響，而下部床層溫度較低，還有進(jìn)一步提高燒炭能力的潛力，因此適當(dāng)?shù)卣{(diào)節(jié)床層內(nèi)的溫度分布對(duì)保護(hù)催化劑的性能，延長(zhǎng)催化劑的使用壽命將有積極的作用。
USP4,578,370和CN86102807A提供的再生工藝中，再生器的燒炭區(qū)為一段徑向床層結(jié)構(gòu)，催化劑在環(huán)形空間內(nèi)依靠重力緩慢向下移動(dòng)，燒炭區(qū)外篩網(wǎng)處的氣體空間分成兩部分，對(duì)應(yīng)的上部催化劑床層主要起燒炭作用，下部催化劑床層起加熱催化劑的作用，以使催化劑以較高的溫度進(jìn)入氧氯化區(qū)，再生氣體在中心管匯合后引出再生器，少量放空后經(jīng)過再生風(fēng)機(jī)，并分成兩股，其中一股經(jīng)空冷器、加熱器后進(jìn)入上部催化劑床層，另一股直接進(jìn)入下部催化劑床層。再生氣體的循環(huán)回路中不設(shè)干燥系統(tǒng)，再生氣體中的水含量是靠補(bǔ)充空氣和再生氣體的放空來調(diào)節(jié)，最終穩(wěn)定到一平衡值，再生氣體中的水含量始終維持在一個(gè)較高的水平，對(duì)催化劑的性能有不利的影響。
USP4,859,643和USP5,277,880提供的再生工藝中，再生器的燒炭區(qū)為錐形結(jié)構(gòu)，不同的軸向位置處，床層具有不同的厚度，可以改善沿床層軸向位置的氣體分布，上部床層較薄，分配的氣量較大，下部床層較厚，分配的氣量較少，較好地滿足不同軸向位置對(duì)氧氣的需要，同時(shí)催化劑在床層上部高溫區(qū)的停留時(shí)間減小。但再生氣體的循環(huán)回路中不設(shè)干燥系統(tǒng)，再生氣體中具有較高的水含量。
USP4,880,604和USP4,977,119提供的再生工藝中，再生器的燒炭區(qū)為一段條形結(jié)構(gòu)，催化劑在條形空間內(nèi)依靠重力緩慢向下移動(dòng)，外篩網(wǎng)的上部和下部具有不同的開孔率，從而使再生氣體沿軸向有不同的分布，上部床層分配的氣量較大，下部床層分配的氣量較小，有利于滿足不同軸向位置對(duì)氧氣的需要。但再生氣體的循環(huán)回路中不設(shè)干燥系統(tǒng)，再生氣體中具有較高的水含量。
在上述專利所介紹的再生工藝中，由于再生氣體回路中沒有設(shè)置干燥系統(tǒng)，再生循環(huán)氣體中具有較高的水含量。雖然USP4,578,370和CN86102807A中提到了再生氣體分段進(jìn)入燒炭區(qū)，但對(duì)總的再生氣體來說還是相當(dāng)于通過燒炭區(qū)外篩網(wǎng)的整個(gè)截面，截面上氣體的通量偏小，床層上部?jī)?nèi)篩網(wǎng)處存在高溫區(qū)，催化劑的再生燒炭過程是在高溫、高水含量環(huán)境下完成的，這種高溫、高水含量環(huán)境容易造成催化劑比表面積的損失，從而縮短催化劑的使用壽命。USP4,859,643、USP5,277,880、USP4,880,604和USP4,977,119提出了錐形結(jié)構(gòu)床層和不同開孔率的床層結(jié)構(gòu)，增加了上部床層所需的氧氣量，以適應(yīng)燒炭區(qū)入口處催化劑炭含量高的特殊情況，盡管床層上部通過的氣體量有了增加，但由于同時(shí)增加了燒炭所需的氧氣量，燒炭放出的熱量也有了增加，因而床層上部的高溫情況沒有得到緩解，只是使催化劑在床層上部的停留時(shí)間有了一定程度的減小。同時(shí)，由于再生氣體回路中沒有設(shè)置干燥系統(tǒng)，也同樣存在再生循環(huán)氣體中的水含量較高的問題。
USP5,034,117和CN1045411A提供的再生工藝中，把再生器燒炭區(qū)的催化劑床層分成兩段，催化劑通過料腿從上部燒炭段輸送到下部燒炭段，每段床層具有相同的結(jié)構(gòu)尺寸，兩段床層再生氣體的入口條件有所不同，下部床層再生氣體的入口溫度高于上部床層，通過向兩段床層之間的空間內(nèi)補(bǔ)充空氣，使兩段床層具有各自所要求的氧含量。再生氣體依次經(jīng)過上部燒炭段、下部燒炭段后引出再生器，與氧氯化區(qū)出口氣體混合后進(jìn)入洗滌、干燥系統(tǒng)，經(jīng)循環(huán)壓縮機(jī)返回再生器的上部燒炭段。由于再生循環(huán)回路中設(shè)置了干燥系統(tǒng)，再生循環(huán)氣體中的水含量較低，且由于采用了分段加壓再生，床層內(nèi)再生氣體的質(zhì)量通量較大，因此床層的溫升較不分段的情況有了明顯的降低。
本發(fā)明的目的是在現(xiàn)有技術(shù)的基礎(chǔ)上提供一種烴轉(zhuǎn)化催化劑在較低溫度、較低水含量環(huán)境下的連續(xù)再生方法。
本發(fā)明提供的方法是來自移動(dòng)床反應(yīng)器的待生催化劑在再生器內(nèi)向下依次經(jīng)過緩沖區(qū)、燒炭區(qū)、氧氯化區(qū)和焙燒區(qū)，再生后的催化劑離開再生器。
燒炭區(qū)外篩網(wǎng)與再生器內(nèi)壁圍成的空間分成上、下兩部分，再生氣體進(jìn)入外篩網(wǎng)與再生器內(nèi)壁圍成的下部空間，以向心方式沿徑向通過下部催化劑床層后，在內(nèi)篩網(wǎng)圍成的空間內(nèi)，與補(bǔ)充的常溫惰性氣體和干燥空氣進(jìn)行充分混合后，再以離心方式沿徑向通過上部催化劑床層，進(jìn)入外篩網(wǎng)與再生器內(nèi)壁圍成的上部空間，而后引出再生器，經(jīng)過換熱、堿洗水洗、干燥、過濾、增壓和加熱等過程后返回再生器循環(huán)使用。
本發(fā)明提供的方法是這樣具體實(shí)施的再生器自上至下依次為緩沖區(qū)、燒炭區(qū)、氧氯化區(qū)和焙燒區(qū)。
來自移動(dòng)床反應(yīng)器的待生催化劑進(jìn)入再生器，在緩沖區(qū)內(nèi)被其下部的熱再生氣體適當(dāng)加熱后，沿多根料腿靠重力向下進(jìn)入燒炭區(qū)，在燒炭區(qū)的環(huán)形空間內(nèi)依靠重力緩慢向下移動(dòng)，與再生氣體接觸并燒掉全部焦炭，而后進(jìn)入氧氯化區(qū)進(jìn)行補(bǔ)氯和重新分散金屬組元，再進(jìn)入焙燒區(qū)內(nèi)脫除催化劑上的水分后出再生器。
干燥含氧再生氣體由燒炭區(qū)下部引入，進(jìn)入外篩網(wǎng)與再生器內(nèi)壁圍成的下部空間，入口溫度為480～520℃，入口氧含量為0.2～1.0v％，再生氣體的水含量為50～200ppmv，以向心方式沿徑向通過下部催化劑床層，在內(nèi)篩網(wǎng)圍成的空間內(nèi)，與補(bǔ)充的常溫惰性氣體和干燥空氣進(jìn)行充分混合后，使再生氣體的溫度為400～480℃，入口氧含量為0.2～1.0v％，再以離心方式沿徑向通過上部催化劑床層，進(jìn)入外篩網(wǎng)與再生器內(nèi)壁圍成的上部空間，而后引出再生器，與氧氯化區(qū)出口氣體混合后，進(jìn)入堿洗水洗塔，洗掉再生氣體中的HCl和CO2，部分氣體放空后，剩余氣體經(jīng)干燥、過濾和增壓后，其中少部分氣體返回氯氧化區(qū)，絕大部分加熱至480～520℃后返回再生器燒炭區(qū)循環(huán)使用。上述再生器內(nèi)的操作絕壓為0.3～1.0兆帕。
本發(fā)明所述的再生方法適用于所有類型的烴轉(zhuǎn)化催化劑，尤其適用于連續(xù)重整催化劑。
下面結(jié)合附圖
來具體說明本發(fā)明所提供的再生方法，但并不因此而限制本發(fā)明。設(shè)備和管線的形狀與尺寸不受附圖的限制，而是根據(jù)具體情況來確定。
附圖為本發(fā)明提供的催化劑連續(xù)再生方法的流程示意圖。
待生催化劑經(jīng)管線1進(jìn)入再生器內(nèi)的緩沖區(qū)2，通過多根料腿3進(jìn)入環(huán)狀燒炭區(qū)5，完成燒炭的催化劑經(jīng)料腿8進(jìn)入氧氯化區(qū)9，補(bǔ)氯和金屬再分散后的催化劑經(jīng)料腿10進(jìn)入焙燒區(qū)11，脫除催化劑上的水分后，催化劑由管線12引出再生器。
再生器燒炭區(qū)的外篩網(wǎng)與再生器內(nèi)壁圍成的空間分成4和6兩部分。再生循環(huán)氣體經(jīng)管線33引入再生器，進(jìn)入空間6，入口溫度為480℃，氧含量為0.6v％，水含量為100ppmv，以向心方式沿徑向通過下部催化劑床層，同時(shí)燒除催化劑上剩余的焦炭，而后進(jìn)入燒炭區(qū)內(nèi)篩網(wǎng)圍成的空間7，在此處與管線36補(bǔ)充進(jìn)來的常溫惰性氣體和干燥空氣進(jìn)行充分混合，混合再生氣體溫度達(dá)到440℃，氧含量達(dá)到0.5v％，并以離心方式沿徑向通過上部催化劑床層，同時(shí)燒除催化劑上沉積的大部分積炭，并進(jìn)入空間4，由管線13引出再生器。
在再生循環(huán)氣體回路中，管線13來的再生氣體進(jìn)入換熱器14，換熱后經(jīng)管線15與管線16來的氧氯化區(qū)的氣體混合后，進(jìn)入水冷器17，進(jìn)一步冷卻后的再生氣體經(jīng)管線18進(jìn)入堿洗水洗塔19，脫除HCl和CO2的再生氣體由管線20引出，由管線21部分放空后，經(jīng)管線22進(jìn)入干燥器23，脫除水分的再生氣體經(jīng)管線24進(jìn)入過濾器25，凈化后的再生氣體經(jīng)管線26進(jìn)入循環(huán)壓縮機(jī)27，增壓后的再生氣體由管線28引出，其中一部分再生氣體經(jīng)管線29返回氧氯化區(qū)，另一部分氣體經(jīng)管線34，與管線35來的干燥空氣匯合后，經(jīng)管線36補(bǔ)充到空間7內(nèi)，管線28內(nèi)的主流氣體經(jīng)管線30進(jìn)入換熱器14，與管線13內(nèi)的再生氣體換熱后，經(jīng)管線31進(jìn)入加熱器32，升溫后的再生氣體由管線33引入再生器并進(jìn)入空間6，完成再生氣體的循環(huán)。
圖中各編號(hào)說明如下2為緩沖區(qū)，4為燒炭區(qū)外篩網(wǎng)與再生器內(nèi)壁圍成的上部空間，6為燒炭區(qū)外篩網(wǎng)與再生器內(nèi)壁圍成的下部空間，5為燒炭區(qū)催化劑床層，7為燒炭區(qū)內(nèi)篩網(wǎng)圍成的空間，9為氧氯化區(qū)，11為焙燒區(qū)，14為換熱器，17為水冷器，19為堿洗水洗塔，23為干燥器，25為過濾器，27為循環(huán)壓縮機(jī)，32為加熱器，3、8、10均為催化劑下料腿，1、12、13、15、16、18、20、21、22、24、26、28、29、30、31、33、34、35、36均為管線。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于1、燒炭區(qū)外篩網(wǎng)與再生器內(nèi)壁圍成的空間分成上下兩部分后，與USP4,578,370、USP4,859,643、USP5,277,880、USP4,880,604和USP4,977,119相比，再生氣體的流通截面減小了一倍，從而增加了床層截面上再生氣體的質(zhì)量通量，床層內(nèi)焦炭燃燒放出的熱量是一定的，而且再生氣體在進(jìn)入第二部分床層之前，可以通過溫度較低的惰性氣體和干燥空氣來調(diào)節(jié)入口溫度，因此床層的溫升有了明顯的降低，并同時(shí)降低了床層內(nèi)的峰溫，有利于保護(hù)催化劑的性能，延長(zhǎng)催化劑的使用壽命。由于采用了加壓再生，雖然再生氣體的流通截面減小了一倍，但再生氣體通過床層的表觀氣速還可維持在較低的水平，不至于在床層內(nèi)出現(xiàn)催化劑的貼壁現(xiàn)象。
2、直接把燒炭區(qū)外篩網(wǎng)與再生器內(nèi)壁圍成的空間分成兩部分，除了可以降低床層的峰溫外，還比USP5,034,117和CN1045411A提出的把燒炭區(qū)床層分成兩段的再生方法，省去兩段床層之間的催化劑下料料腿，降低再生器的高度，簡(jiǎn)化再生器燒炭區(qū)的結(jié)構(gòu)，節(jié)省設(shè)備投資。
3、再生器的上部設(shè)置了緩沖區(qū)，從反應(yīng)系統(tǒng)來的待生催化劑，經(jīng)過提升裝置后，首先進(jìn)入再生器內(nèi)的緩沖區(qū)，緩沖區(qū)內(nèi)的待生催化劑與其下部的熱再生氣體進(jìn)行換熱，催化劑的溫度有一定的提高，從而催化劑以較高的溫度進(jìn)入燒炭區(qū)，提高了床層上部的燒炭效率。
4、再生氣體回路中設(shè)置了干燥處理等過程，再生氣體中的水含量很低，從而使燒炭過程在低水含量的環(huán)境下完成，催化劑在燒炭過程中比表面積損失很小，有利于延長(zhǎng)催化劑的使用壽命。
5、再生循環(huán)氣體回路中設(shè)置了堿洗系統(tǒng)，脫除了再生氣體中的HCl，一方面一部分再生氣體可以直接放空，另一方面降低了對(duì)再生氣體回路中各設(shè)備材質(zhì)的要求。
權(quán)利要求
1.一種催化劑連續(xù)再生方法，來自移動(dòng)床反應(yīng)器的待生催化劑在再生器內(nèi)向下依次經(jīng)過緩沖區(qū)、燒炭區(qū)、氧氯化區(qū)和焙燒區(qū)，再生后的催化劑離開再生器，其特征在于再生氣體先進(jìn)入由外篩網(wǎng)與再生器內(nèi)壁圍成的下部空間，以向心方式通過下部催化劑床層后，在由內(nèi)篩網(wǎng)圍成的空間內(nèi)，與補(bǔ)充的常溫惰性氣體和干燥空氣混合后，再沿徑向以離心方式通過上部催化劑床層，并進(jìn)入由外篩網(wǎng)與再生器內(nèi)壁圍成的上部空間，隨后引出再生器，依次經(jīng)過換熱、堿洗水洗、干燥、過濾、增壓和加熱后返回再生器燒炭區(qū)循環(huán)使用。
2.按照權(quán)利要求1的方法，其特征在于進(jìn)入下部催化劑床層的再生氣體溫度為480～520℃。
3.按照權(quán)利要求1的方法，其特征在于進(jìn)入上部催化劑床層的再生氣體溫度為400～480℃。
4.按照權(quán)利要求1的方法，其特征在于進(jìn)入下部催化劑床層和上部催化劑床層的再生氣體的入口氧含量均為0.2～1.0v％。
5.按照權(quán)利要求1的方法，其特征在于進(jìn)入下部催化劑床層的再生氣體水含量為50～200ppmv。
全文摘要
一種催化劑連續(xù)再生方法,待生催化劑向下依次經(jīng)再生器的緩沖區(qū)、燒炭區(qū)、氧氯化區(qū)和焙燒區(qū),再生氣體先進(jìn)入外篩網(wǎng)與再生器內(nèi)壁圍成的下部空間,沿徑向通過下部催化劑床層,在內(nèi)篩網(wǎng)圍成的空間內(nèi)與補(bǔ)充的常溫惰性氣體和干燥空氣混合后,再沿徑向通過上部催化劑床層,進(jìn)入外篩網(wǎng)與再生器內(nèi)壁圍成的上部空間后引出再生器,經(jīng)凈化、干燥等步驟后返回再生器燒炭區(qū)循環(huán)使用。該方法能使催化劑在較低溫度、較低水含量環(huán)境下進(jìn)行再生。
文檔編號(hào)B01J38/00GK1387954SQ0111842
公開日2003年1月1日 申請(qǐng)日期2001年5月30日 優(yōu)先權(quán)日2001年5月30日
發(fā)明者趙志海, 趙仁殿, 師峰, 付錦暉, 王瑾 申請(qǐng)人:中國(guó)石油化工股份有限公司, 中國(guó)石油化工股份有限公司石油化工科學(xué)研究院