提升管反应器.doc

1、提 升 管 反 应 器 的 作 用图 1 提 升 管 反 应 器 结 构 示 意 图提 升 管 反 应 器 的 基 本 结 构 形 式 如 图 1 所 示 。 提 升 管 反 应 器 的 直 径 由 进 料量 确 定 。 工 业 上 一 般 采 用 的 线 速 是 人 口 处 为 4-7m/s ， 出 口 处 为 12-18m/s。 随 着 反 应 深 度 的 增 大 ， 油 气 体 积 流 量 增 大 ， 因 此 有 的 提 升 管 反 应 器由 不 同 直 径 的 两 段 （ 上 粗 下 细 ） 组 成 二 提 升 管 反 应 器 的 高 度 由 反 应 所 需 时 间确 定 ， 工 业

2、设 计 时 多 采 用 2-4s 的 反 应 时 间 。 近 年 来 由 于 进 人 反 应 器 的 再 生催 化 剂 温 度 多 已 提 高 到 650-720 ， 提 升 管 下 段 进 料 油 与 再 生 催 化 剂 接 触 处的 混 合 温 度 较 高 ， 当 以 生 产 汽 油 、 柴 油 为 上 要 目 标 时 ， 反 应 只 需 2s 左 右 的时 间 就 已 基 本 完 成 ， 过 长 的 反 应 时 间 使 二 次 裂 化 反 应 增 多 ， 反 而 使 口 的 产 物的 收 率 下 降 。 为 了 优 化 反 应 深 度 ， 有 的 装 置 采 用 终 止 反 应 技 术

3、， 即 在 提 升 管的 中 上 部 某 个 适 当 位 置 注 人 冷 却 介 质 以 降 低 终 中 部 的 反 应 温 度 ， 从 而 抑 制 二次 反 应 。 有 的 还 在 注 人 反 应 终 止 剂 的 问 时 相 应 地 提 高 或 控 制 混 合 段 的 温 度 ，称 为 混 合 温 度 控 制 技 术 （ MTC） 。 此 项 技 术 的 关 键 是 如 何 确 定 注 人 冷 却 介 质的 适 宜 位 置 、 种 类 和 数 量 。 国 内 有 些 炼 油 厂 采 用 了 注 人 终 止 剂 技 术 ， 但 是 仅是 凭 经 验 来 确 定 有 关 的 参 数 ， 可 靠

4、性 差 。 中 国 石 油 大 学 提 出 的 提 升 管 反 应 器流 动 反 应 模 型 可 以 对 提 升 管 内 的 反 应 过 程 进 行 三 维 模 拟 ， 初 步 解 决 了 科 学确 定 上 述 有 关 参 数 的 问 题 。 图 2 是 在 某 催 化 裂 化 装 置 的 提 升 管 的 适 当 位 置 注入 反 应 终 止 剂 前 后 提 升 管 沿 高 的 温 度 及 反 应 产 二 物 产 率 变 化 情 况 的 模 拟 计 算结 果 。 由 此 可 见 ， 注 人 终 止 剂 后 ， 汽 油 和 柴 油 的 产 率 都 有 所 提 高 。 注 人 终 止剂 的 效 果

5、 与 原 工 况 及 注 人 的 条 件 有 关 。 提 升 管 反 应 过 程图 2 提 升 管 注 人 终 止 剂 的 效 果 的 模 拟 计 算 结 果提 升 管 上 端 出 口 处 设 有 气 固 快 速 分 离 构 件 ， 其 目 的 是 使 催 化 剂 与 油 气快 速 分 离 以 抑 制 反 应 的 继 续 进 行 。 快 速 分 离 构 件 有 多 种 形 式 ， 比 较 简 单 的 有半 圆 帽 形 、 T 字 形 的 构 件 ， 为 了 提 高 分 离 效 率 ， 近 年 来 较 多 地 采 用 初 级 旋 风分 离 器 。 实 际 上 油 气 在 沉 降 器 及 油 气

6、转 移 管 线 中 仍 有 一 段 停 留 时 间 ， 从 提 升管 出 日 到 分 馏 塔 约 为 10-20s。 ， 而 且 温 度 也 较 高 一 般 为 450-510 。 在 此条 件 下 还 会 有 相 当 程 度 的 二 次 反 应 发 生 ， 而 且 主 要 是 热 裂 化 反 应 ， 造 成 于 气和 焦 炭 产 率 增 大 。 对 重 油 催 化 裂 化 ， 此 现 象 更 为 严 重 ， 有 时 甚 至 在 沉 降 器 、油 气 管 线 及 分 馏 塔 底 的 器 壁 上 结 成 焦 块 。 因 此 ， 缩 短 油 气 在 高 温 下 的 停 留 时间 是 很 有 必 要

7、 的 。 适 当 减 小 沉 降 器 的 稀 相 空 间 体 积 、 缩 短 初 级 旋 风 分 离 器 的升 气 管 出 口 与 沉 降 器 顶 的 旋 风 分 离 器 入 口 之 间 的 距 离 是 减 少 二 次 反 应 的 有 效措 施 之 一 。 据 报 道 ， 采 取 此 措 施 可 以 使 油 气 在 沉 降 器 内 的 停 留 时 间 缩 短 至3s， 热 裂 化 反 应 明 显 减 少 。提 升 管 下 部 进 料 段 的 油 剂 接 触 状 况 对 重 油 催 化 裂 化 的 反 应 有 重 要 影 响 。对 重 油 进 料 ， 要 求 迅 速 汽 化 、 有 尽 可 能

8、高 的 汽 化 率 ， 而 且 一 与 催 化 剂 的 接 触均 匀 。 原 料 油 雾 化 粒 径 小 可 增 人 传 热 面 积 ， 而 .只 由 于 原 料 油 分 散 程 度 高 ，油 雾 与 催 化 剂 的 接 触 机 会 较 均 等 ， 从 而 提 高 了 汽 化 速 率 。 实 验 及 计 算 结 果 表明 ， 雾 滴 初 始 粒 径 越 小 则 进 料 段 内 的 汽 化 速 率 越 高 ， 两 者 之 间 呈 指 数 关 系 。实 验 结 果 还 表 明 ， 对 重 油 催 化 裂 化 ， 提 高 进 料 段 的 汽 化 率 能 改 善 产 品 产 率 分布 。 因 此 ，

9、选 用 喷 雾 粒 径 小 ， 而 且 粒 径 分 布 范 围 较 窄 的 高 效 雾 化 喷 嘴 对 重 油催 化 裂 化 是 很 重 要 的 。 模 拟 计 算 结 果 表 明 ， 当 雾 滴 平 均 粒 径 从 60 m 减 小至 50 m 时 ， 对 重 油 催 化 裂 化 的 反 应 结 果 仍 有 明 .显 的 效 果 。 除 了 液 雾 的 粒径 分 布 外 ， 影 响 油 雾 与 催 化 剂 的 接 触 状 况 的 因 素 还 有 喷 嘴 的 个 数 及 位 置 、 喷出 液 雾 的 形 状 、 从 预 提 升 管 上 升 的 催 化 剂 的 流 动 状 况 等 。 在 重 油

10、 催 化 裂 化 时 ，对 这 些 因 素 都 应 予 以 认 真 的 研 究 。汽 提 段 的 作 用沉 降 器 下 面 的 汽 提 段 的 作 用 是 用 水 蒸 气 脱 除 催 化 剂 上 吸 附 的 油 气 及 置 换催 化 剂 颗 粒 之 间 的 油 气 ， 其 目 的 是 减 少 油 气 损 失 和 减 小 再 生 器 的 烧 焦 负 荷 。裂 化 反 应 中 生 成 的 催 化 焦 、 附 加 焦 及 污 染 焦 的 含 氢 量 约 为 4%（ 质 量 分 数 ） ，但 汽 提 段 的 剂 油 比 焦 的 含 氢 量 有 时 可 达 10%（ 质 量 分 数 ） 以 上 。 因

11、此 ， 从 汽提 后 的 催 化 剂 上 焦 炭 的 氢 碳 比 可 以 判 断 汽 提 效 果 。 汽 提 段 的 效 率 与 水 蒸 气 用量 、 催 化 剂 在 汽 提 段 的 停 留 时 间 、 汽 提 段 的 温 度 及 压 力 以 及 催 化 剂 的 表 面 结构 有 关 。 工 业 装 置 的 水 蒸 气 用 量 一 般 为 2-3kg/1000kg 催 化 剂 ， 对 重 油 催 化裂 化 则 用 4-5 kg/1000kg 催 化 剂 。 改 进 汽 提 段 的 结 构 可 以 提 高 汽 提 效 率 或 减少 水 蒸 气 用 量 。 据 报 道 ， 在 初 级 旋 风 分

12、离 器 料 腿 处 安 装 预 汽 提 器 有 利 于 进 一步 提 高 油 气 与 催 化 剂 分 离 的 效 果 。编 辑 本 段 提 升 管 反 应 器 的 发 展提 升 管 反 应 器 已 广 泛 应 用 于 重 油 催 化 裂 化 ， 但 仍 还 有 不 少 值 得 研 究 和 改进 之 处 ， 特 别 是 为 了 提 高 轻 质 油 收 率 并 直 接 生 产 清 洁 油 品 ， 近 年 来 出 现 了 不同 形 式 反 应 器 系 统 的 重 油 催 化 裂 化 工 艺 技 术 ， 如 两 段 提 升 管 催 化 裂 化 技 术（ TSRFCC） 、 多 产 异 构 烷 烃 催

13、化 裂 化 技 术 （ MIP） 以 及 催 化 裂 化 汽 油 辅 助 反应 器 改 质 技 术 等 。两 段 提 升 管 催 化 裂 化 技 术 （ TSRFCC）图 3 两 段 提 升 管 催 化 裂 化 工 艺 流 程 示 意 图中 国 石 油 大 学 重 质 油 国 家 重 点 实 验 室 开 发 的 （ TSRFCC） 技 术 ， 采 用 两段 提 升 管 反 应 器 ， 构 成 了 两 段 提 升 管 催 化 裂 化 反 应 系 统 （ 见 图 3） ， 第 一段 提 升 管 进 新 鲜 原 料 ， 与 再 生 催 化 剂 接 触 反 应 一 定 时 间 后 进 人 油 气 和

14、待 生 催化 剂 分 离 系 统 ； 未 转 化 的 原 料 （ 循 环 油 ） 进 人 第 二 段 提 升 管 与 再 生 催 化 剂 接触 进 一 步 转 化 反 应 。 TSRFCC 技 术 通 过 分 段 反 应 、 催 化 剂 接 力 、 短 反 应 时 间和 大 剂 油 比 工 艺 条 件 ， 可 以 明 显 促 进 催 化 反 应 和 抑 制 热 裂 化 反 应 ， 并 在 一 定程 度 下 克 服 新 鲜 原 料 和 循 环 油 在 同 一 反 应 器 内 存 在 的 恶 性 吸 附 反 应 竞 争 。工 业 应 用 结 果 表 明 ， 轻 质 油 收 率 提 高 1%-2%，

15、 干 气 产 率 下 降 1.5%， 柴 汽 比增 加 ， 产 品 质 量 得 到 明 显 改 善 。多 产 异 构 烷 烃 催 化 裂 化 技 术 （ MIP）MIP 工 艺 采 用 串 联 提 升 管 反 应 器 型 式 的 新 型 反 应 系 统 及 相 应 的 工 艺 条 件 ，选 择 性 地 控 制 裂 化 反 应 ， 促 进 氢 转 移 反 应 和 异 构 化 反 应 ， 主 要 目 的 是 降 低 催化 裂 化 汽 油 烯 烃 含 量 。 新 型 反 应 系 统 优 化 了 催 化 裂 化 一 次 反 应 和 二 次 反 应 ，该 反 应 系 统 分 为 两 个 反 应 区 ，

16、第 一 反 应 区 以 一 次 裂 化 反 应 为 主 ， 采 用 较 高 的反 应 强 度 ， 即 较 高 的 反 应 温 度 和 较 大 的 剂 油 比 ， 裂 解 较 重 质 的 原 料 油 并 生 产较 多 的 烯 烃 ； 第 二 反 应 区 主 要 增 加 氢 转 移 反 应 和 异 构 化 反 应 ， 抑 制 二 次 裂 化反 应 ， 采 用 较 低 的 反 应 温 度 和 较 长 的 反 应 时 间 。 因 此 ， MIP 工 艺 技 术 是 从反 应 器 型 式 和 工 艺 条 件 的 差 异 来 构 造 两 个 不 同 的 反 应 区 ， 其 工 艺 流 程 可 见 图4。

17、工 业 化 应 用 结 果 表 明 ， 1IIP 技 术 可 大 幅 度 降 低 汽 油 的 烯 烃 含 量 ， 重 油裂 化 能 力 较 好 ， 液 收 率 较 高 。催 化 裂 化 汽 油 辅 助 反 应 器 改 质 技 术图 4 MIP 工 艺 流 程 示 意 图中 国 石 油 大 学 成 功 开 发 的 催 化 裂 化 汽 油 辅 助 反 应 器 改 质 技 术 ， 以 常 规 催化 裂 化 催 化 剂 和 常 规 催 化 裂 化 工 艺 为 基 础 ， 依 托 原 有 催 化 裂 化 装 置 ， 增 设 了一 个 单 独 的 提 升 管 与 湍 动 床 层 相 组 合 的 辅 助 反

18、 应 器 ， 利 用 这 一 单 独 的 改 质 反应 器 对 催 化 裂 化 汽 油 进 行 进 一 步 改 质 ， 促 进 了 需 要 的 氢 转 移 和 异 构 化 反 应 并抑 制 了 不 需 要 的 裂 化 反 应 ， 实 现 了 催 化 裂 化 汽 油 的 良 性 定 向 催 化 转 化 ， 从 而达 到 了 降 低 烯 烃 含 量 、 维 待 辛 烷 值 基 本 不 变 以 生 产 清 洁 汽 油 的 目 的 。 其 工 艺流 程 如 图 5 所 示 。 工 业 化 应 用 结 果 表 明 ， 可 使 催 化 裂 化 汽 油 烯 烃 含 量 降 到20%（ 体 积 分 数 ） 以

19、 下 ， 且 维 持 辛 烷 值 不 变 ， 使 催 化 裂 化 装 图 5 汽 油 辅 助 反 应 器 改 质 技 术 工 艺 流 程 示 意 图置 直 接 生 产 出 烯 烃 含 量 合 格 的 高 品 质 清 洁 汽 油 。 改 质 过 程 损 失 小 ， 只 占整 个 重 油 催 化 裂 化 装 置 物 料 平 衡 的 0.8%（ 质 量 分 数 ） ， 且 操 作 与 调 变 灵 活 ，通 过 调 整 改 质 反 应 器 操 作 ， 可 提 高 丙 烯 产 率 3%左 右 。除 此 之 外 ， 有 研 究 报 道 ， 采 用 渣 油 单 独 进 料 并 选 好 其 注 人 的 位 置

20、 会 有 利于 改 善 反 应 状 况 。 对 下 行 式 钾 式 反 应 器 也 有 不 少 研 究 。 从 原 理 上 分 析 ， 卜 行式 反 应 器 可 能 有 以 下 一 些 优 点 ： 油 气 与 催 化 剂 一 起 从 上 而 下 流 动 ， 没 有 固 体颗 粒 的 滑 落 间 题 ， 流 型 可 接 近 平 推 流 而 很 少 返 混 ； 有 可 能 与 管 式 再 生 器 结 合而 节 约 投 资 等 。 这 种 反 应 器 型 式 可 能 对 要 求 高 温 、 短 接 触 时 间 的 反 应 更 为 适合 。 关 于 下 行 式 反 应 器 的 研 究 已 有 一 些 专 利 ， 但 尚 未 见 有 工 业 化 的 报 道 。1