專利名稱：一種密相流化床反應器和催化反應制烯烴和芳烴的方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種以渣油(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 應制烯烴和芳烴的密相流化床反應器。本發(fā)明還涉及利用上述密相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， 反應產物在高溫下容易繼續(xù)反應生成非目的產物，催化劑結焦失活快。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進行反應，以及迅速分離反應產物和催化劑，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)明內容本發(fā)明的目的在于提供一種催化反應制烯烴和芳烴的密相流化床反 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)明提供的密相流化床反應器，該反應器包括 一種密相流化床反應器，該反應器包括一個催化劑入口，設于密相流化床反應器頂部，使催化劑順重力方向 自密相流化床反應器的上部向下流動；一個反應原料入口，設于密相流化床反應器下部，使反應原料沿密相 流化床反應器向上流動，穿過催化劑床層進行催化裂解反應；一個用于將催化劑燒焦再生的燒焦罐，連接反應器催化劑入口，燒焦 罐底部設有高溫燒焦催化劑出口 ，該高溫燒焦催化劑出口與用于輸送一部 分低溫燒焦催化劑至高溫燒焦催化劑出口的催化劑側線輸送管匯合后通 過燒焦再生催化劑汽提管與反應器催化劑入口相連接；密相流化床反應器底部連接反應后催化劑汽提管，該提管的上部連接 密相流化床反應器的底部，下部連接一根用于輸送失活催化劑的催化劑輸 送管，并在該催化劑輸送管內進行低溫燒焦，該催化劑輸送管的另一端連 接至燒焦罐、并在中途接入催化劑側線輸送管入口。所述的密相流化床反應器，其中，所述的流化床反應器的內部和殼層 設置有用于提供反應熱的加熱元件。所述的密相流化床反應器，其中，所述的流化床反應器的內部設置有 金屬網等構件以改善催化劑的流化狀態(tài)。所述的密相流化床反應器，其中，所述反應后催化劑汽提管的下端連 接一輕烴催化裂解反應器，其下部連接催化劑輸送管。本發(fā)明提供的利用上述密相流化床反應器進行催化反應制烯烴和芳 烴的方法，其過程為將預熱至50—400。C的反應原料與高溫水蒸氣按照水/油0—1的比例從反應原料入口進入密相流化床反應器內并向上流動，與自密相流化床反 應器上部向下流動的催化劑混合，催化劑進入密相流化床反應器的溫度為540 700°C，反應原料與催化劑接觸時間為0.5 — 7秒，反應溫度為400 —700 。C;反應產物向上流動至密相流化床反應器頂部與催化劑分離進入產物 分離系統(tǒng)，失活催化劑向下流動，自密相流化床反應器底部進入反應后催 化劑汽提管脫出殘留在催化劑中的反應產物，然后進入催化劑輸送管，用空氣輸送催化劑至燒焦罐和催化劑側線輸送管；催化劑在輸送途中于 600 65(TC先進行低溫燒焦再生，在燒焦罐中于670 72(TC進行高溫燒焦再生；通過控制催化劑側線輸送管的流量調節(jié)高溫燒焦再生催化劑和低溫 燒焦再生催化劑的比例，使進入密相流化床反應器的燒焦再生催化劑溫度 控制在640 700°C ，從而進行上述反應、分離和燒焦再生的循環(huán)過程。所述的方法，其中，反應溫度為550 — 660°C。所述的方法，其中，反應原料為渣油、蠟油、石腦油、輕汽油、植物 油脂、動物油脂和脂肪酸其中一種或任意混合的幾種。8、按照權利要求5所述的方法，其中，以C4一C5輕烴反應原料裂解 反應制乙烯、丙烯和芳烴時，反應原料從輕烴裂解反應器的底部進入反應 器與催化劑逆向流動，進行催化反應，反應溫度為500 — 70(TC，反應后的 反應產物從輕烴裂解反應器上部與催化劑分離，進入產物分離系統(tǒng)，催化 劑在輕烴裂解反應器下部進入催化劑輸送管。由本發(fā)明的實施，反應床層的催化劑密度高。反應物穿過催化劑床層 時，與催化劑充分接觸進行高轉化率高選擇性反應，并且可把反應溫度和 反應時間控制在最佳的范圍內；在反應中分離產物和催化劑，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)明提供的密相流化床反應器結構示意圖。圖2為圖1中反應器底部連接有輕烴裂解反應反應器的結構示意圖。
具體實施方式
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， 其基本結構是燒焦罐2位于密相流化床反應器1的頂部。燒焦罐2中的催化劑出口 管與催化劑側線輸送管3匯合后通過再生催化劑汽提管9 (具有水蒸氣入 口)與密相流化床反應器l頂部的催化劑入口連接，使催化劑順重力方向 向下流動。密相流化床反應器1的下部安裝進料噴嘴6，密相流化床反應 器的底部與反應后催化劑汽提管IO連接。該汽提管10的底部與催化劑輸 送管4相連接。催化劑輸送管4的出口連接至燒焦罐1，并在中途與催化 劑側線輸送管3聯(lián)結。密相流化床反應器工作時，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，分別從密相流化床反應器1底部的進料噴嘴6和高溫水蒸汽入口 7噴入密相流化床反應器1內向上流動，與順重力向 下流動的高溫催化劑迅速混合加熱至高溫，反應原料穿過催化劑床層進行 催化裂解反應，在密相流化床反應器1頂部反應產物與催化劑分離進入產物分離系統(tǒng)，自反應產物出口5排出。反應溫度控制在400 — 70(TC，最好 在550 — 66(TC，反應原料與催化劑接觸時間為0.5 — 7秒，劑油比控制在 10 40。反應后的失活催化劑向下流動出密相流化床反應器進入反應后催 化劑汽提管IO，汽提后進入催化劑輸送管4。用空氣入口8進入的空氣輸 送催化劑至燒焦罐2和催化劑側線輸送管3。催化劑輸送途中部分低溫燒 焦再生，燒焦溫度控制在600 65(TC。催化劑在燒焦罐2中進行高溫燒焦 再生，燒焦溫度控制在670 720溫度。通過控制催化劑側線輸送管3的 流量來調節(jié)高溫燒焦催化劑和低溫燒焦催化劑的比例，實現(xiàn)進入密相流化 床反應器催化劑溫度的調節(jié)。進入密相流化床反應器的催化劑溫度控制在 640 700°C 。催化劑經再生催化劑汽提管9進入密相流化床反應器1后， 又進行上述反應、分離和燒焦再生的循環(huán)過程。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，反應轉化率(氣體產率)高， 需要吸收大量的反應熱，而本身反應結焦率低，燒焦產生的熱量小于反應 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，由于反應轉化率(氣體產率)較低，需要的反應 熱不很大，而本身反應結焦率高，燒焦產生的熱量不少于反應熱，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)反應原料的性質而決定是否在密相流化床反應 器內設置加熱元件。該加熱元件是可以流通加熱介質的金屬管，其形狀包 括金屬列管或金屬盤管。也可在下行式反應器內設置金屬制的破泡網，破 壞反應過程中產生的氣泡，使反應物和催化劑充分接觸。當需要進行C4和C5等輕烴原料裂解反應制乙烯、丙烯和芳烴時，在 圖1所示的密相流化床反應器1下面通過反應后催化劑汽提管10連接一 輕烴裂解反應器12，形成圖2所示的密相流化床反應器。反應原料C4和 C5等輕烴從輕烴裂解反應器12底部的輕烴原料進口 13與水蒸汽入口 14分別進入輕烴裂解反應器12與催化劑逆向流動，進行催化反應，反應溫度為500 — 700溫度，最好在500 — 62(TC。輕烴反應后的反應產物從輕烴 裂解反應器上部與催化劑分離后，進入產物分離系統(tǒng)自反應產物出口 15 排出。反應后的失活催化劑從輕烴裂解反應器12下部向下流動進入另外 一根反應后催化劑汽提管ll，汽提后進入催化劑輸送管4。其他工藝同上 所述，進行反應、分離和再生循環(huán)過程。本發(fā)明的水蒸氣可以在密相流化床反應器或分離罐的不同部位加入。 本發(fā)明的反應熱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；或者由上述兩種 方式各提供一部分。
權利要求
1、一種密相流化床反應器，該反應器包括一個催化劑入口，設于密相流化床反應器頂部，使催化劑順重力方向自密相流化床反應器的上部向下流動；一個反應原料入口，設于密相流化床反應器下部，使反應原料沿密相流化床反應器向上流動，穿過催化劑床層進行催化裂解反應；一個用于將催化劑燒焦再生的燒焦罐，連接反應器催化劑入口，燒焦罐底部設有高溫燒焦催化劑出口，該高溫燒焦催化劑出口與用于輸送一部分低溫燒焦催化劑至高溫燒焦催化劑出口的催化劑側線輸送管匯合后通過燒焦再生催化劑汽提管與反應器催化劑入口相連接；密相流化床反應器底部連接反應后催化劑汽提管，該提管的上部連接密相流化床反應器的底部，下部連接一根用于輸送失活催化劑的催化劑輸送管，并在該催化劑輸送管內進行低溫燒焦，該催化劑輸送管的另一端連接至燒焦罐、并在中途接入催化劑側線輸送管入口。
2、 按照權利要求1所述的密相流化床反應器，其中，所述的流化床 反應器的內部和殼層設置有用于提供反應熱的加熱元件。
3、 按照權利要求1或2所述的密相流化床反應器，其中，所述的流化床反應器的內部設置有金屬網等構件以改善催化劑的流化狀態(tài)。
4、 按照權利要求1所述的密相流化床反應器，其中，所述反應后催 化劑汽提管的下端連接一輕烴催化裂解反應器，其下部連接催化劑輸送 管。
5、 一種利用權利要求1所述的密相流化床反應器進行催化反應制烯 烴和芳烴的方法，其過程為.-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 從反應原料入口進入密相流化床反應器內并向上流動，與自密相流化床反 應器上部向下流動的催化劑混合，催化劑進入密相流化床反應器的溫度為 540 700°C，反應原料與催化劑接觸時間為0.5 — 7秒，反應溫度為400 — 700 。C;反應產物向上流動至密相流化床反應器頂部與催化劑分離進入產物分離系統(tǒng)，失活催化劑向下流動，自密相流化床反應器底部進入反應后催 化劑汽提管脫出殘留在催化劑中的反應產物，然后進入催化劑輸送管，用 空氣輸送催化劑至燒焦罐和催化劑側線輸送管；催化劑在輸送途中于600 65(TC先進行低溫燒焦再生，在燒焦罐中于670 72(TC進行高溫燒焦 再生；通過控制催化劑側線輸送管的流量調節(jié)高溫燒焦再生催化劑和低溫 燒焦再生催化劑的比例，使進入密相流化床反應器的燒焦再生催化劑溫度 控制在640 70(TC，從而進行上述反應、分離和燒焦再生的循環(huán)過程。
6、 按照權利要求5所述的方法，其中，反應溫度為550 — 66(TC。
7、 按照權利要求5所述的方法，其中，反應原料為渣油、蠟油、石 腦油、輕汽油、植物油脂、動物油脂和脂肪酸其中一種或任意混合的幾種。
8、 按照權利要求5所述的方法，其中，以C4一C5輕烴反應原料裂解 反應制乙烯、丙烯和芳烴時，反應原料從輕烴裂解反應器的底部進入反應 器與催化劑逆向流動，進行催化反應，反應溫度為500—70(TC，反應后的 反應產物從輕烴裂解反應器上部與催化劑分離，進入產物分離系統(tǒng)，催化 劑在輕烴裂解反應器下部進入催化劑輸送管。
全文摘要
一種密相流化床反應器，包括一密相流化床反應器，在其中催化劑順重力方向向下流動，反應原料向上流動，穿過催化劑床層進行催化裂解反應；一燒焦罐，用于將催化劑燒焦再生；一催化劑輸送管，用于輸送失活催化劑，并在其中進行低溫燒焦；一催化劑側線輸送管，用于輸送一部分低溫燒焦催化劑至高溫燒焦催化劑出口。本發(fā)明的反應器可以應用于烴類原料例如渣油、石腦油、原油、碳4-6輕烴、蠟油等和動植物油脂以及脂肪酸等原料的催化裂解制烯烴和芳烴的反應。
文檔編號C10G11/00GK101579612SQ200810099589
公開日2009年11月18日 申請日期2008年5月15日 優(yōu)先權日2008年5月15日
發(fā)明者劉中民, 李銘芝, 鵬 謝 申請人:中國科學院大連化學物理研究所