分离催化剂粉末悬浮物和碳氢化合物反应混合物的系统及一种催化裂化方法

摘要

本发明涉及一种分离催化剂颗粒悬浮物和已反应的碳氢化合物混合物的系统及一种催化裂化方法。本发明涉及一个在已反应的碳氢化合物的催化裂化中分离催化剂颗粒的系统，其包含一个由一个无浸入管的旋风分离器(4)组成的非限制的旋风分离设备，该旋风分离器(4)直接通入大体积分离容器(21)，通入是通过下部开口(19)和上部的同轴心管(6、7、30、31、40、41、26、27)之间的环形空间实现的，其通过同轴心管(6、7、30、31、40、41、26、27)连接到该系统的其它部件上，并且连到碳氢化合物流体催化裂化方法在其中进行的装置上。

说明书

本发明涉及一种从气体中分离固体物质的系统及加入或未加入高沸点碳氢化合物的碳氢化合物原料的催化裂化方法。

本发明特别是涉及一种在催化裂化方法中将催化剂悬浮物中的已反应的碳氢化合物混合物与粉末分离的系统。本发明的新颖的、革命性的思想使得气相的粒子悬浮物能被更有效的分离出来。

本发明的实施必须使用该系统，也必须使用一种新的流体催化裂化方法（FCC）。

流体催化裂化方法的目的是将高沸点的碳氢化合物转化成轻的碳氢化合物分馏物，如液化石油气。

流体催化剂裂化方法中使用的催化剂是很细的粉末，催化剂在蒸气或空气中流化时的颗粒其作用象液体一样。

流化的FCC催化剂在反应区域和还原区域之间连续地循环。在这些区域中的第一区域，随着裂化反应，在催化剂的表面形成了含碳的附着物（焦碳），这就降低了催化剂的活性和选择性。在第二个区域里，这种附着物通过在空气中燃烧而被除去了，催化剂的活性和选择性再次变高了。催化剂也做为从还原区域向反应区域传热的介质。

在引入含有沸石，特别是含有超稳定的沸石的催化裂化催化剂的情况下，随着使用高反应温度，及在立管式反应器中的短停留时间的裂化，能够在立管式反应器中找到新鲜的区域来发展该项技术，以便能提高此种沸石催化剂的高活性和选择性。

现有技术包括添加催化剂混合物，做为一种热悬浮物，还一同喷射碳氢化合物液滴进入发生裂化反应的立管中。在超过485℃的反应温度下，反应混合物的停留时间是从0.5秒到8秒。

需要注意的是与裂化反应同时，一种有害的沉积物（煤焦油）在催化剂的表面生成，这导致了催化剂活性和选择性的下降。

离开立管以后，合适的做法是使带煤焦油的催化剂颗粒迅速地从裂化的碳氢化合物悬浮物中分离出来。这样做的目的是为了避免气体与颗粒相长时间的接触，这种接触将导致副反应的发生，即众所周知的过分裂化反应的发生。

这种不理想的将贵重产品，如汽油、转化成热气体、煤焦油和液化石油气（LPG）馏分的过分裂化反应基本上是由于加热引起的，并且反应的发生起因于反应混合物中的气相与固态催化剂颗粒的长时间接触，或者仅仅是由于高温的反应混合物中的气相在分离区域中的长久滞留引起的。

在现有技术中，来自立管的催化剂悬浮物和裂化了的碳氢化合物一般来说作为下降的射流，被送入到分离容器中，在分离容器中大多数的催化剂被用重力方法分离出来了。在萃取流体中的裂化了的碳氢化合物夹带了一些催化剂，流入了分离容器的上部，在那里旋风分离器分离出了颗粒相分离物，然后气体最终还是继续进入产品的分馏系统中。在旋风分离器中分离出来的催化剂落入旋风分离器的浸入管中，在管中形成一个致密的固体柱，当分离器浸入管的底部压强与周围环境的压强相等以后，致密的固体柱将流入汽提设备中。对于这个众所周知的操作，旋风分离器的内部压强总是小于容器的压强，分离器的浸入管必须被封闭，或者是用将其浸没在汽提设备的催化剂流化床中的方式封闭，或者是在其底端安装某种封闭阀门。

在分离容器的下部，用过了的催化剂生成一个流化床，利用一种萃取流体将其萃取。

这种萃取过程除去了反应的气相，气相点据颗粒之间的空间和颗粒内部空间，也除去了一些吸收的重碳氢化合物，所以防止了其被送入还原器中，所以避免了不必要的燃烧，这种燃烧将导致还原器温度的大大升高。

在使用这个通用的FCC方法中，分离容器的直径很大，那是为了提供给立管端、固体物质的自由空间、旋风分离器和它们的相应的浸入管，这就导致了一个大的体积，所以在这个容器内部的反应过的气相就有过长的停留时间，那样就增加了前面提到过的有害效果。另一方面大的空间也是一个优点，如从事此项工作的人所知：立管并非是以均匀的形式工作的;也许会有突然的压力上升及上升二到二十倍的质量和体积流量，这是由于设备的操作变化引起的，如与碳氢化合物供料一起夹带的空气引起的。由于在分离器中有大量的空间，这处变化很容易消除，而不会导致任何不理想的结果，如催化剂夹带进分馏系统的不良后果。

离开立管以后，为了减少反应过了的气体与颗粒固体长时间接触引起的或者仅仅是由于所述的反应过的气相在分离容器中的停留引起的过分裂化反应，已经提出了各种各样的方法和工艺规程。

各种方法中的一种最有效的系统是通常称为“闭合式旋风分离器”系统的系统，该系统是基于将立管直接连接到旋风分离器的观念形成的。

沿着这种思路，在现有技术中有许多种的选择：

Larry    W.Kruse的美国专利US5171423描述了一种大型的外部旋风分离器，它有一个下部的带有缓冲板的腔室和一个萃取流体注入设备，依次向其添加欲供给分离容器的反应过的带有一些颗粒物质的气态悬浮物，在此处旋风分离器以通常的方式使夹带的固态物质形成最后的分离。为上述目的，通过管线使在分离器容器收集到的固体流入旋风分离器。该外部旋风分离器是为了减少将固态物质引入到分离容器的装料量，且同时萃取反应发生。发明人指出这种设计对于减少立管中的不连续的工作过程的效应是特别有用的。在该发明的一个优选的设计中，为了减少操作规程，添加到分离器容器的已反应过的气体流被冷的碳氢化合物体冷却，这是为了降低温度和减少过分裂化反应的效应。

Wesley    A.        Parker等人的美国专利US4455220描述了一种内部有一个涡流稳定器和一个为了注入萃取流体的下部腔室的旋风分离器。在该设备中，催化剂、碳氢化合物和萃取流体完全通过旋风分离器的内部。涡流打存和终止设备是为了减少在旋风分离器的底部萃取流体的引入所引起的被收集的颗粒物质的牵引效应。

T.Gauthier的欧洲专利EP0545771描述了与上述设备很相似的设备。不同之处是旋风分离器的气体出口走向向下，这使得添加原料和排出气体流同时进行。

Schatz，K.Wilhelm的美国专利US4581205描述了在旋风分离器和立管之间使用一个小的容器的情况，这种使用是为了调节立管的不均匀操作引起的压力和流量波动。这种安装到分离容器中的较小的容器是为了配合流体的注入来萃取容器底部的催化剂。将其连接到立管的管子的边窗、较小容器自身的边窗及旋风分离器的边窗使得气体的任何突然的膨胀被应付了。这些边窗的顶部是被铰接起来的，以便它们能够被打开并缓解压力。带有一些催化剂的碳氢化合物流和萃取流体流从较小的容器流入旋风分离器。已分离的催化剂沿着装有单向阀的旋风分离器的浸入管流动，气体流入分馏系统。

Haddad.James    H等人的美国专利4502947提供了一种直接与立管及第一和第二级旋风分离器连接的旋风分离器。同轴心管将立管旋风分离器的气体出口与第一级旋风分离器的入口相联通。萃取流体带着一些催化剂流入同轴心管之间的环状空间。在这个优选的结构中，一个直径比立管旋风分离器浸入管直径大的容器座落在其底端，使得分离器被封闭，使得聚集在那的催化剂从其中溢出。虽然给在其中流动的萃取流体留出某些空间，关于同轴心管的安装和衬装，建设在环形空间中放入不同种类的填料。

美国专利US4623446中提到的这种设备的另一种设计去掉了立管旋风分离器浸入管的密封容器，使得萃取流体从它流过，因此不需要连接立管旋风分离器和第一级旋风分离器的同轴心管。立管旋风分离器浸入管尺寸的确定是依据操作速度为0.03-0.30m/s确定的，这足以使得夹带进入旋风分离器的催化剂减少，因此这防止了效率的损失。

Kam，Anthony    Yuk-Yim等人的美国专利US4588558提供了一个处理压力突然上升的替换的方法，该方法是在连接立管到立管旋风分离器的管子上及连于第一级旋风分离器的内部连接管上安装铰接窗。旋风分离器的浸入管装有单向阀。在旋风分离器连接的上游测的立管的窗为萃取流体从分离容器流入分离系统提供了一条通道。

Van    Den    Akker，Hendrikus    E.A，等人的美国专利US4961863提供了一个可选择的设备，该设备位于旋风分离器和立管之间，该设备的轴相互成直角安装。因此旋风分离器的弯曲面与立管的开口的上端正切。该设备有一个封闭的浸入管来使固体物质流出，该设备至少还有一个与旋风分离器同轴安装的管子来让气相流动。萃取流体注入到旋风分离器，注入到漏出颗粒态物质的浸入管的上端。

尽管已经在减少FCC过程的过分裂化反应中已经取得了进步，但是在上述提及的所有可选择的“闭封旋风分离器”系统中，仅仅是在立管出口的旋风分离器的分离级提供了以被分离的固相的封闭为特色的旋风分离设备。

在某些情况下，旋风分离器具有浸入管来带走聚集了大量固体物质的封闭流体，为了避免萃取流体的流动和相应的催化剂颗粒的再夹带引起的立管旋风分离器的效率损失，旋风分离器被用同样的方法封闭住所述的浸入管的底部。

在另一些情况下，旋风分离器就是包围住了萃取室的容器，在容器中分离和萃取一起发生，在旋风分离器中就发生众所周知的收集效率的损失。

使用封闭的旋风分离器使得处理立管的不稳定的操作很困难，这将导致分离器效率的下降且带来夹带的气相与催化剂悬浮物发生反应，引起不理想的过分裂化反应的后果，也带来对生产分馏系统和其辅助设备的严重的催化剂损失。

为了克服这种缺陷，Farnsworth，carl    D的美国专利US4478708提供了一种方法，该方法是从立管来的悬浮物中的颗粒流出物被用一个在其底部打开的园柱区域分离，园柱区域的上部周边被连接到立管上，连接是通过使用一个闭合的径向通道和切向地连接到所说的园柱区域实现的，除了一个小直径的用于抽出气体的同轴管外，园柱区域上端是封闭的。固体从圆柱区域的开口部位卸出。用离心作用产生分离，为了获得起始时的/进行中的分离作用，圆柱区域的封闭的加料通道可以是在水平方向弯曲的。

Farnshworth的另一件美国专利US4666586提供了与第一种方法相似的另一种方法，分离发生在一个形状象颠倒的茶杯的单一区域中。这些方法与以前描述的那些方法的主要不同点在于旋风分离器直接连接到立管，立管是以这样的方式设计的，这种设计使得其没有必要用浸入管来限定收集到的固体物质，这就是说旋风分离器是没有浸入管的非限制旋风分离器，旋风分离器的底部直接半开于分离容器，因此这就具有后面的大体积的优点，以便应付立管的任何操作的不连续性。

尽管Farnsworth设计的非限制旋风分离器，对帮助解决普通的封闭旋风分离器系统中遇到的不稳定操作的控制问题有益，但是该设计被下述事实严重的妨碍，该事实是所有的萃取气体必须通过它们，向上和反向于颗粒流，这个事实将导致颗粒被再夹带，导致效率的下降。

这里提供一个新的分离系统，特别是在FCC方法中使用的分离系统，甚至可以是在那些已经使用的方法中使用的分离系统，该分离系统包括适合这些系统的原始的、新颖的和低成本的思想。

该系统的新颖性在于旋风分离设备是直接连接到立管，它包括一个没有浸入管的旋风分离器，其同时在上部和下部直接通入分离容器，因此获得了相当有效的分离并保持了降低了活性和选择性的催化剂颗粒悬浮物与已反应气体的快速分离的效益，并且这些是处理了立管的不稳定操作后而得到的。

在这也要描述一种新的FCC方法，该方法使用新的分离系统，关于控制易变的过程方面其在技术上比上述所有的方法有显著的技术上的好处。

为了使本领域的一般技术人员能更好地理解本发明的优点，在这里提供了附图，图1是在流体催化裂化过程中使用的分离容器的侧视图，并且是本发明的系统的总装方式之一。

图2和图3及图4和图5是连接管安装方式的侧视图和剖面图，附图所示的是本发明的设备连接到进一步分离的第一级的连接管的顶部。

图6和图7是本发明的其它可选择的系统。

这些图仅是本发明的说明书的一部分，它并不限定本发明，而仅仅是为了解释本发明，使它更容易理解。因此在本发明的设计的范围内对本发明的改变和改进都属于本发明的保护范围。

参照图1，图1所示的是本发明的系统，其包括一个直接连接到立管（2），并用同轴心管（6，7）直接连接到初级旋风分离器（8）的无浸入管的旋风分离器（4），并且其与加入或不加入高沸点碳氢化合物的碳氢化合物的流体催化裂化方法（FCC）相联系，该方法包括在催化裂化区域（1）封闭混合以液滴形成加入的水雾状碳氢化合物，这种物质的加入是与加热的催化剂颗粒的悬浮物一起加入的，在立管（2）中使其裂化，然后直接向本发明的分离设备供入相当丰富的催化剂颗粒和已裂化的碳氢化合物是悬浮物，上述直接供入是使用了直接连接到立管（2）的矩形截面的管子（3），在无浸入管的旋风分离器（4）的内部气相被从颗粒相中迅速分离出来，在同轴心管（6，7）的帮助下，加进为随后在初级旋风分离器（8）中分离的含有一些催化剂的气流，通过连接管（9），气流流到第二级旋风分离器（10），基本没有催化剂颗粒的气流沿着分离容器（21）的输出管（11）流入分馏系统。

所有被旋风分离器（4、8、10）分离出来的催化剂聚集到一个小直径容器（5）中，小直接容器（5）位于分离容器（21）的底部，催化剂从容器（5）流入还原区域（图中未画出）。

在所述的容器的内部，颗粒之间及其内部的碳氢化合物的气相被带走（萃取），及部分较重碳氢化合物的吸收是通过向下降的催化剂流逆向注射萃取流体实现的。在一个优选的实施例中，带有被萃取物质的所有萃取流与已裂化的碳氢化合物流汇合起来，这些汇合起来的流体通过开口（19）在无浸入管的旋风分离器（4）中循环。

在初级旋风分离器（8）和第二级旋风分离器（10）中分离出来的催化剂在浸入管（15，16）中聚集，它们变成了一个固体柱，在达到系统的压力平衡以后，固体柱通过单向阀（17，18）流出。

分离容器（21）中的停滞部分的清除是被清除流体喷射设备（12、13）完成的。最合适的方法是使部分清除流体进入同轴心管（6、7）之间的环形空间，而其他部分与从无浸入管的旋风分离器（4）的开口（19）流出固体逆向流动。

在本发明中，来自分离容器（21）内部，通过开口（19）到达旋风分离器（4）内部的物质流占沿输出管（11）流出的总体积的0.1-20%。分离容器内部的剩余物质是通过同轴心管（6、7）之间的环形空间流出的。

对此本发明实践的一种选择是，当需要的时候，从无浸入管的旋风分离器（4）的下部开口（19）流出颗粒物质的悬浮物和反应混合物。这将帮助在本发明的分离设备中获得聚集固体物质的更大的效率。在阻止从分离容器（21）来的进入旋风分离器上（4）内部的气流中，催化剂颗粒的任何再夹带被防止，这对于非限制的旋风分离器是个大问题。从分离容器（21）流出的分馏系统的3-20%的碳氢化合物与萃取流体、清除流体、催化剂颗粒一起从无浸入管的旋风分离器（4）的上部流出或通过同轴心管（6、7）之间的环形空间。

为了实行其它的操作方式，能够使用图4和图5所示的设备，这里详细绘出了图1中同轴心管的安装方式，在图中装在圆锥形扩展连接管（41）到管（40）的小窗（48）帮助流出的流体流入第一级旋风分离器的入口。

本发明的第二种可选择的操作方式是，通过清除流体注入设备（12、13）注入的流体的喷射流是小的。

这表明了本发明的方法的最大的优点：清除流体、萃取流的输出控制和从分离容器（21）内部流出的一些已裂化的碳氢化合物蒸气的适应性。这种控制在装置操作时能够在无浸入管的旋风分离器（4）的固体物质排放口（19）的帮助下执行，或由所述的旋风分离器的同轴心管（6、7）之间的环形空间执行。

本发明的两个适合的实施例在图6和图7中给出;即，为在无浸入管的旋风分离器（4）中已分离的下降的颗粒流提供一个布料器（22）;和具有将其连接到初级旋风分离器（8）的同轴心管（26、27）的旋风分离器的同类设计。

从上述说明得出，本发明的其它的容易理解的优点是：例如：

a）由于直接连接到立管的旋风分离器没有浸入管，从反应流体中分离出来的大多数催化剂的颗粒通过其下部开口直接流至由被清除流体和萃取流饱和的环境，流到分离容器的底部。沿着这段路程大量的催化剂的萃取已经发生，因为物质团的颗粒内部传输是非常顺利的，这大大减少了所需的萃取物质的密度，当以通常的方式操作时，甚至不需要特别为了上述目的注射流体，所以显著改进了这个方法的设计和操作。

b）仅仅是通过调整清除流体的流速，以反回到传统方法中接近的一般状态，该方法就容易的从一种操作方式变换成另一种操作方式，以便提高气体、LPG和某些做为石油化工原料的碳氢化合物的收获，该方法的操作方式能够在经济上具有吸引力。

c）本发明的系统能够很容易地引入到现存的设备中，仅仅需要对已经安装了的设备进行很小的改变，唯一需要做的事情是该系统的尺寸能够容纳该装置，在该系统中该装置将被使用。