[发明专利]一种抑制催化剂返混的催化裂化提升管进料混合段结构

说明书

技术领域

本发明属于石油化工技术领域，主要涉及一种抑制催化剂返混的催化裂化提升管进料混合段结构。

背景技术

催化裂化工艺在我国石油加工业中占有举足轻重的地位，提供了我国市场70％以上的汽油和约30％的柴油。提升管反应器是催化裂化的核心装置之一。高价值的目的产品汽油、柴油和液化气等均是在其内获得。

根据在裂化反应过程中所起的作用，通常可将整个提升管反应器由下至上分为预提升段、进料混合段、充分反应段以及出口快速分离区四个部分，在预提升段内，预提升汽(气)从提升管底部进入，与再生斜管引入的催化剂混合、接触，并携带催化剂颗粒群向上运动。当到达进料混合段时，催化剂颗粒与雾化喷嘴喷入的原料油混合、接触并迅速开始反应，生成汽油、柴油、液化气等目标产品。在充分反应段，油、剂混合物一边向上运动一边继续进行裂化反应。当到达提升管末端出口快速分离区时，在快速分离系统的作用下，反应产物——如柴油、汽油等和催化剂迅速分开，以防发生过度裂化。

提升管反应器是催化裂化的关键装置。根据在裂化反应中所起的作用，可以将其由下至上分为预提升段、进料混合段、充分反应段以及出口快分区4个部分。在预提升段，预提升气从提升管底部进入，与再生斜管引入的催化剂混合、接触，并携带催化剂颗粒群向上运动。当到达进料混合段时，催化剂颗粒与雾化喷嘴喷入的原料油混合、接触并迅速开始反应。在充分反应段，油、剂混合物一边向上运动一边进行裂化反应。当到达提升管末端出口快分段时，在快分系统的作用下，反应产物——如柴油、汽油等和催化剂迅速分开，以防发生过度裂化。

在进料混合段内，原料油和催化剂之间的接触与混合状况将会直接影响到整个裂化反应的进程。

对于进料混合段内油剂两相的流动与混合，最为理想的状况包含三个方面的意义：

1.油剂之间实现快速、均匀、充分地接触、混合，即在提升管反应器内，油、剂之间的接触、混合时间应当尽量缩短，避免反复接触，且油相和剂相的浓度分布相互“匹配”——油相浓度高的区域，催化剂浓度也较高，反之亦然；

2.油剂混合物以“平推流”的形式一起向上运动；

3.油、剂两相无轴向“返混”。

然而，实际情况却与理想状况相去甚远，主要问题也体现在三个方面：

(1)在进料混合段的大部分区域里，油剂两相的接触、混合状况并不理想，主要表现在：油剂两相在提升管截面上浓度分布并不“匹配”，油相浓度相对较高(低)的区域，剂相浓度却较稀(高)。

(2)油、剂混合物也并非以“平推流”的形式向上运动，催化剂颗粒在提升管近壁区域较为浓集，且存在着较为严重的返混；在提升管中心区域，油、剂两相的速度较高，而在提升管边壁附近，油、剂的速度较低，形成典型的“环-核结构”。

(3)在提升管反应器进料混合段内，催化剂存在着较为严重的返混现象，尤其在提升管边壁区域，催化剂返混更为剧烈，这使得催化剂停留时间延长，也增大了油、剂之间反复接触的几率，造成较为严重的结焦。据报道，结焦最为严重的区域位于喷嘴上方500mm～2000mm的提升管内壁附近。

多年来，针对提升管进料混合段内存在的上述三个方面的不足，国内外许多科研院所、石油公司提出了多种结构，以期使上述“三个问题”得到改善。

中国石化石油化工科学研究院提出了一种抗返混提升管，主要特点有二：原料油采用轴切向进入提升管；进料段采用缩径结构。这种结构有效地改善了所谓的“环-核结构”，改善了催化剂颗粒在提升管截面上分布不均匀的状况，并抑制了催化剂颗粒在边壁区域的返混，但是，这种结构由于采用轴切向进料，根据旋流的特点，原料油在提升管内的停留时间延长，这就增大了油、剂之间反复接触的几率，对于反应也是不利的；而且采用缩径结构，压降大为增加。

美国UOP公司曾经提出将原料油雾化喷嘴与提升管反应器轴线垂直安装，或者向下倾斜至某一角度的进料形式，这些结构虽然促进了油、剂两相的接触、混合，改善了油、剂之间的在提升管截面上浓度分布的“匹配”。但是，却加剧了催化剂颗粒的返混。

UOP公司还曾经提出在提升管内喷嘴安装位置的上游设置导流部件，以期改善油、剂之间的初始接触状况。但是，通过我们的实验发现，由于原料油的注入，将对提升管内喷嘴上游的区域产生了极大的影响，因而这种结构的作用应当是非常有限的。

事实上，上述各种专利结构，都是对前述“三个问题”进行定性地、尝试性地改进，并不是建立在对“三个问题”进行定量分析、研究的基础上而提出的。