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分子篩催化劑高效再生工藝         MTBE(甲基叔丁基醚)kx生產技術

提升管再生技術發展方向的探討--循環流化床( CFB )的新應用

    摘要本文介紹的分子篩催化劑高效再生工藝是一種不設床層的雙提升管再生技術,它是在 UOP 床層再生技術和提升管再生技術的基礎上發展起來的,它是對傳統分子篩催化劑床層再生技術的一次重大突破,是對提升管再生技術的發展和完善,其獨特的催化劑引燃技術、外取熱技術、及重金屬鈍化技術使它的燒焦效果提高到床層技術的十幾倍,它所具有的催化劑高活性和高選擇性將對催化裂化裝置輕質油收率的提高和操作成本的降低起到重要作用。 
主題詞: 催化裂化 分子篩 催化劑 再生技術 提升管再生器 發展方向 
1 前言 
    再生器的首要目的是使催化劑的定碳降到最低,并且燒焦速度要快,這樣,停留時間降低,可以避免催化劑高溫下的失活。 
    目前, 催化裂化裝置普遍使用的分子篩催化劑再生方式是流化床和燒焦罐再生。流化床再生主要存在催化劑停留時間長、 返混嚴重、燒焦強度低、內部結構復雜、 難于均勻流化和維持良好的顆粒分布、 內部設備易損壞等問題。這些問題在流化床內很難解決,于是,人們想到了用提升管再生器來克服難題。 
    提升管再生器和流化床再生器的區別在于它的藏量小、燒焦時間短、操作氣速大、燒焦強度高、投資少等特點。 它的另一特點在于可以方便地和任何形式的反應器相匹配, 并且特別適合與毫秒反應器或下行提升管反應器相匹配。 
    可見, 提升管再生器比流化床再生器能更好地滿足催化劑的再生目的。 
2 以往提升管燒焦存在的問題 
    近年來,提升管再生器在國內外已引起業內人士的高度重視,那么,為何提升管再生器得不到快速推廣呢? 
原因如下: 
2.1 缺少分子篩催化劑短時間內超高溫下的試驗數據 : 
    關于催化劑再生的許多研究工作是以流化床為研究對象的。比如,分子篩催化劑的高溫水蒸汽老化試驗,或4小時或12小時在固定床上連續老化所得出的數據,以及固定床上做出的分子篩催化劑高溫崩塌溫度數據,這些數據也只能說明分子篩催化劑在流化床上的表現。 
    以流化床為研究對象所得出的數據難于解釋分子篩催化劑在提升管內的特性表現,分子篩催化劑在提升管再生器內的特性表現還缺少試驗數據。盡管如此,人們可以推測,分子篩催化劑在提升管再生器中短時間內(5~10秒)所能承受的溫度肯定要比在流化床長時間內(5~10分鐘)所能承受的溫度要高得多,在800℃甚至更高溫度還能保持分子篩催化劑的結構穩定,從而大幅度提高再生速度,這也正是提升管再生器的魅力所在。 
2.2 以往提升管燒焦設計和運行分析: 
    飛馬公司、得士古公司和清華大學反應再生系統的共同點在于充分肯定了氣固并流下行超短接觸反應器與提升管燒焦再生器的優越性。據了解,上述國外專利已完成中間試驗,但未見公開。 
    飛馬裝置主要并不在提升管燒焦,而在上部類似燒焦罐部分燒焦。得士古公司采用單提升管燒焦,為了提高提升管底部待生催化劑啟燃溫度,采用了再生劑循環到沉降器汽提段底部與待生劑混合的措施。 
    以上兩個公司再生系統的共同不足是:因為催化劑的返混,延長了催化劑在水熱條件下停留的時間。 
    清華大學化工系設計的下行催化裂化提升管兩段再生裝置比飛馬、得士古公司進了一大步,可以在第二再生管實現高溫再生,強化燒焦。其不足在于為了提高第一提升管再生器的啟燃溫度和操縱穩定性,采取了設催化劑循環管道燒焦和多次布風措施,以避免主風一次大量進入造成溫降熄火。 
    據了解,中石化北京設計院曾采用清華大學提供的技術為長嶺煉油化工廠和安慶石化總廠設計過提升管再生器。
    以上三個專利技術有一個共同的問題難以克服:既要不返混,又要高氣速,還要實現高溫再生。因而,這三個專利難以充分發揮提升管再生器的特性。 
3 最新專利技術介紹 
    下面,介紹一種的理想的專利再生技術--分子篩催化劑高效再生工藝。這是一種雙提升管再生器技術--簡稱雙再生管技術。 
3.1 雙再生管技術的特點 
    雙再生管技術是一種無床層再生技術, 故能避免上述床層所不能解決的所有難題。 本專利未設催化劑循環管道燒焦, 而是采用高溫催化劑微塵循環, 這也是本專利的一大特色。此微塵循環催化劑僅僅在一再、二再中循環,不參加原料反應。 此微塵催化劑循環量可通過二再頂部外置旋分器組最后一級旋分器入口調速閥板加以控制,并從而控制再生管各點溫度。 
    全部燒焦主風一次從二再底部開工加熱爐鼓入,而不是采用多次布風措施,故能形成二再高溫高氧燒焦和鈍化鎳金屬環境。 再生管氣速較高,催化劑在再生管中以近似活塞流形式上升。 
    燒焦比例可以方便地通過調節主風來加以控制,不難想象,當主風量達到足夠大時,幾乎所有的氫和80%焦炭將在一再中燒掉, 當主風量小到一定量時,一再、二再的燒焦比例將達到1:1,或1:1.1等。 
3.2 實現這項專利的技術方案及圖解 
    這項專利是一項新的成熟技術,說它成熟是因為它的每一結構組成都是成熟的,如:燒焦用的提升管(即再生管),外取熱器及外旋分器等均是目前在用的成熟設備;說它新,是因為這種工藝是一種前所未有的組合技術。所以這項技術不需要一般創新所需要的小試、中試就可以直接用于工業生產。
    待生劑通過待斜管10進入第一再生管1,催化劑在第一再生管中以單純活塞流形式上升, 把幾乎全部的氫和百分之五十左右的炭燒掉后, 進入第一再生管外置旋分器組4,然后,料腿催化劑首先進入緩沖罐,之后通過斜管17自流進入第二再生管2。在第二再生管2把剩余的炭全部燒掉后,進入第二再生管外置旋分器組5,然后直接進入外取熱器3,經再斜管9進入提升管反應器7。從第二再生管外置旋分器組5出來的高溫高氧微塵煙氣6進入第一再生管1底部用于提升、快速加熱和引燃從待斜管10過來的待生劑。從第一再生管外旋分器組4出來的煙氣,進入廢熱鍋爐發生蒸汽。 
關于壓力平衡問題: 
    一再、 二再的壓差即使比本專利中提出的0.002 Mpa 高,但是,不會高到0.1 KG/cm3 ,20米高的旋分器料腿靜壓(約0.7 KG/cm3 )也肯定比一、 二再壓差大得多,所以,一再旋分器料腿催化劑順利、 平穩地自流入二再底部不成問題。 
    在工藝流程圖中,8為流化風,19為升氣管,13為水蒸汽,14為除氧水,15為催化劑開工循環線,18為開工加熱爐,16為主風。 
3.3這項專利與現有技術相比具有的技術效果 
a. 催化劑在再生管中以單純活塞流形式上升,以及獨特的催化劑微塵循環,基本解決了催化劑返混問題。 
b. 其燒焦時間很短,僅有幾秒。 
c. 燒焦強度能提高到現有技術的10倍左右。 
d. 再生劑活性可達到最高。 
e. 變密相再生為活塞流再生,整個再生系統催化劑藏量和現有技術相比至少降低一半。 床層稀相催化劑粉塵密度為7.7 KG/M3 左右,本專利提升管催化劑密度為4 ~ 8 KG/M3 ,并不比床層稀相催化劑密度高。 
f. 催化劑顆粒上的重金屬污染可通過第二再生管高溫高氧再生和外取熱器流化空氣加以抑制鈍化。 
g. 活塞流再生基本避免了密相再生催化劑顆粒之間的磨擦和碰撞,能夠維持新鮮催化劑顆粒分布,降低新鮮劑的補充,從而大大降低催化劑的跑損。 
h. 淘汰了 CO 助燃劑,消除二次燃燒危害。 
i. 從第二再生管旋分器料腿出來的高溫催化劑,全部直接到外取熱器,均勻降溫后自流進入再斜管,這種外取熱方式具有快速、均勻和靈活的特點。 
j. 外置旋分器的尺寸(特別是錐體長度)可以設計到最大, 以方便施工,保證質量;可以在最后一級旋分器入口設置調速閥板,從而省去目前再生系統常用的雙動滑閥, 靈活調節入口風速一直處于最佳狀態, 從而大大降低催化劑的跑損;外置旋分器制造成本低而耐用。 
3.4 雙再生管系統操作條件分析與選擇 
表1 操作條件和參數①

 

條件1

條件2

條件3

條件4

條件5

一再底部℃

555

702

653

614

614

一再頂部℃

790

790

790

730

690

二再底部℃

670

719

730

690

653

二再頂部℃

850

850

790

730

730

燒焦比例

57/43

40/60

69/31

75/25

50/50

①以處理量20萬噸/年催化裂化、生焦率8%,模擬計算。 
條件注釋: 
條件1: 催化劑循環量為127噸/時,兩再生管之間無微塵循環; 
條件2:催化劑循環量為127噸/時,兩再生管之間微塵循環量與催化劑循環量之比為1:1; 
條件3:催化劑循環量為152噸/時,兩再生管之間微塵循環量與催化劑循環量之比為1:1; 
條件4:催化劑循環量為197噸/時,兩再生管之間微塵循環量與催化劑循環量之比為1:1; 
條件5:催化劑循環量為197噸/時,兩再生管之間微塵循環量與催化劑循環量之比為1:1,調節主風,調節一再出口溫度,或設計較短一再長度,降低一再出口溫度。 條件控制: 
    用外取熱器料位控制待生斜管滑閥開度, 用提升管出口溫度控制再生斜管滑閥開度,用催化劑緩沖罐料位控制半再生滑閥開度。 
以條件5為例說明如下: 
    催化劑循環量197噸/時, 外取熱器容量4 M3 , 其中催化劑密度為300 KG / M3 ,那么,外取熱器中催化劑為1200 KG , 若催化劑循環量在±20%波動,即大幅度調整提升管出口溫度或改變產品方案時, 設上部1 M3 為控制料位,則從60%到30%需要9秒時間,在這9秒內,外取熱器料位就會因待生斜管滑閥開度變化而得到維持而不會對取熱影響太大。 
條件選擇: 
    可以看出, 條件4、5易于為熟悉或習慣于床層再生的人們所接受, 即使在這兩種條件下,催化劑的活性、 選擇性、壽命也肯定比床層高許多。劑油比的加大可減少催化劑炭差,使催化劑相對活性中心增加,從而也增加了相對微反活性和宏觀活性,反應深度加大,產品分布改善。 
    一旦催化劑在短時超高溫條件下能保持穩定性和高活性、 高選擇性的試驗成功,則條件1、2、3或相類似的條件就會為大多數廠家所接受。 
    需要著重指出的是: 催化劑循環量或劑油比可根據產品方案要求大幅度調整, 這也是此專利的一個特色。 
3.5 這項專利技術與檢索的主要相關文獻和相關專利相比,主要差別、效果 
主要相關文獻和相關專利如下: 
a. ZL專利號 93219972.0,名稱為:下行催化裂化提升管兩段再生裝置。 b. 美國 UOP 專利再生技術。

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