[发明专利]烃转化催化剂再生烧焦方法及再生器烧焦区结构

说明书

技术领域

本发明属于石油化工领域，涉及一种烃转化催化剂再生烧焦方法以及再生器烧焦区的新型结构形式。

背景技术

催化重整是炼油和石油化工领域一种重要的重整工艺过程，也是目前燃料油品质升级的重要手段之一。它通过临氢催化反应将石脑油转化为富含芳烃的重整生成油，并副产氢气和液化石油气。其催化反应过程中伴随着积炭反应，使烃类深度脱氢生成烯烃，烯烃环化及聚合形成稠环芳烃，吸附在催化剂的表面上最终形成积炭，并使催化剂失活。失活的催化剂需经过再生来恢复活性，而催化剂再生过程中最重要的一步是烧焦，即用含氧再生气体燃烧除掉催化剂表面沉积的焦炭。

重整催化剂实现连续再生以后，反应中的催化剂活性始终保持较高水平，大大提高了产品的收率和质量。在重整催化剂连续再生系统的再生器设备中，烧焦区是主要组成部分之一，其主体结构一般由径向烧焦床层和再生气体出入流道组成。催化剂在环形床层内在重力作用下的沿轴向向下缓慢移动，而含氧的再生气体则沿径向通过床层，并与催化剂错流接触，实现催化剂的连续烧焦过程。

在烧焦过程中，环境的湿度、温度以及催化剂在高温区的停留时间，是影响重整催化剂比表面积下降速率的主要因素，决定了催化剂的使用寿命。由于催化剂表面的含氢焦炭在燃烧过程中会生成水气，即催化剂烧焦过程是在高温、含水的环境下进行，因此重整催化剂再生烧焦是影响催化剂寿命的关键环节。在烧焦床层上部，具有较高炭含量和较低温度的催化剂随着气体的加热和燃烧反应的发生，烧炭放出的大量热量使该处床温度迅速上升，温度变化较大，并达到较高的床层温；在床层下部，随着燃烧的消耗，焦炭含量逐渐降低，放热量减小，温度变化较小。从烧焦区整个催化剂床层的炭含量和温度变化趋势可看出，高温且温度变化较大的环境一般出现在床层上部，该处过高的温度和过长的停留时间均对催化剂的性能带来不利影响。

对于径向向心型再生气体烧焦方式来说，由于含氧气体的流向是径向由外往内，氧气通过床层时逐渐消耗，同一水平截面上越靠近外筛网处催化剂烧焦越充分，而越靠近内筛网的催化剂表面的碳未未被烧净的可能性越大，残留的含炭量也相对越高，在实际工况中就体现为床层顶部靠近内筛网的一段区域内形成高炭区。当氧分析仪出现异常时，再生气中氧气含量可能会骤然增大时，此时该高炭区内催化剂所含的焦炭得以充分燃烧，在极短的时间内放出大量热量并顺着气体流向聚集在内筛网附近，使该部分床层内筛网附近温度急剧升高，即“飞温”现象。飞温导致内筛网顶部焊缝附近产生很大的热应力，容易使焊缝破裂、催化剂泄漏到再生气循环系统，导致整个装置紧急停车，给生产带来巨大的经济损失。因此开发出新型的烧焦床层结构形式，调节床层内的温度分布，限制高炭区的体积，防止“飞温”现象、保护再生器，是十分必要的。

USP4,859,643和USP5,277,880提供的再生工艺中，再生器烧焦区内筛网为锥形结构，床层的厚度从上往下由薄变厚，在一定程度上改善了轴向位置的气体流量分布。上部较薄的床层阻力较小，分配的气量较大，下部较厚的床层阻力较大，分配到的气量就少，在一定程度上缓解了催化剂下落过程中前期含炭量高需氧量大、后期含炭量低需氧量较少的实际情况，降低了催化剂在床层上部高温区的停留时间。然而由于上述专利描述的床层厚度是随轴向高度而逐渐增加的一个渐变过程，床层上部的高炭区体积仍然较大，需进一步缩减，飞温的风险依然存在。而且上述专利的再生气体循环回路中没有设置干燥系统，再生气体中水含量高。催化剂的再生烧焦过程是在高温、高水的苛刻工况下完成的，这种高温、高水含量环境极易造成催化剂比表面积的损失，从而缩短催化剂的使用寿命。

在USP5,034,117和CN1045411A提供的再生工艺中，再生器烧焦区为两段烧焦的结构。把烧焦区隔成独立的两段，催化剂床层间通过料腿连接。两段床层具有相同的结构尺寸和不同的再生气体入口条件，下段床层再生气体的入口温度高于上段床层，向两段床层之间的空间补充空气来调节第二段再生气体的入口氧含量。再生循环回路中设置了干燥系统，并采用了分段增压再生，因此再生循环气体水含量较低。但第一段床层顶部靠近催化剂入口处的高炭区体积较大，飞温的风险较大。另外床层分段和第二段床层补氧的措施加大了烧焦段结构的复杂度和对烧焦区氧含量的控制难度，提高了制造难度和投资成本，同时也增加了操作和维修的负担。

发明内容