调整在流体催化裂化装置中催化剂藏量的催化剂取回装置和方法

摘要

本发明提供了一种用于调整流体催化裂化(FCC)装置中催化剂藏量的催化剂取回装置和方法。在一个实施方式中，用于从FCC装置去除催化剂的催化剂取回装置包括压力容器，其具有连接至注入口的计量器。散热器邻近计量器放置并适于冷却进入压力容器的催化剂。传感器连接至配置的压力容器，以提供通过计量器进入压力容器的催化剂的计量指示。在另一实施方式中，用于调整FCC装置中的催化剂藏量的方法包括以下步骤：确定FCC装置中存在的催化剂的变化，从FCC装置取回催化剂并放入连接至FCC装置的可隔离的存储容器中，测量存储容器中放置的催化剂量，以及从存储容器去除测得的催化剂。

说明书

技术领域

本发明实施方式主要涉及一种用于调整流体催化裂化催化剂单元中催化 剂藏量的催化剂取回装置和方法。

背景技术

图1是传统的流体催化裂化系统130的简化示意图。该催化裂化系统130 主要包括连接至催化剂注入系统100的流体催化裂化(FCC)装置110、石油 供应储备源104、排放系统114和蒸馏系统116。来自催化剂注入系统100的 一种或多种催化剂和来自石油供应储备源104的石油输送到FCC装置110。 石油和催化剂在FCC装置110中反应生成蒸汽，其在蒸馏系统116中被收集 并分离为石化产品。排放系统114连接至FCC装置110并适于控制和/或监控 流体裂化工艺排出的副产品。

FCC单元110包括再生器150和反应器152。反应器152主要容纳石油供 应储备的催化裂化反应并将蒸汽形式的裂化产物输送到蒸馏系统116。来自裂 化反应的废催化剂从反应器152传送到再生器150，通过去除焦炭和其他材料 在再生器中复原催化剂。复原的催化剂再导入反应器152中以继续石油裂化工 艺。来自催化剂复原的副产物通过排放系统114的排放竖道从再生器150排出。

FCC装置110包括催化剂注入系统100，其维持连续或半连续添加新鲜催 化剂至在再生器150和反应器152之间循环的藏量。催化剂注入系统100包括 主催化剂源102和一个或多个附加源106。主催化剂源102和附加源106通过 工艺线路122连接到FCC装置110。流体源，诸如鼓风机或空气压缩机108， 连接至工艺线路122并提供压缩流体，诸如空气，其用于运送来自源102、106 的各种粉末状的催化剂经过工艺线路122并到达FCC装置110。

一个或多个控制器120用于控制FCC装置110中利用的催化剂和添加剂 的量。典型地，不同的添加剂提供给FFC装置110来控制蒸馏系统116中回 收的产物类型的比率(即，例如，LPG多于汽油)并控制流经排放系统114 的排放物的组成，以及其他工艺控制属性。由于控制器120一般邻近催化剂源 106、102和FCC装置110定位，因此控制器120通常被容纳在防爆箱中以防 止气体的火花点火，其可能潜存于石油处理环境中该箱的外部。

处理过程中，在FCC装置内存在总催化剂的动态平衡。如上所述，催化 剂应用催化剂注入系统周期添加。在裂化工艺期间，部分催化剂经过蒸馏系统 116而失去，而部分催化剂通过再生器150排出的废水而失去。维持预期级别 的催化剂活性需要的添加速率有时与通过损耗的丢失速率匹配，并且在该情形 下，不需要改进措施。

如果FCC装置内的催化剂量随着时间而减少，则FCC装置的性能和预期 产出将降低，并且FCC装置将变得不能运行。相反，如果FCC装置中的催化 剂藏量随着时间增加，再生器内的催化剂床层级别达到上操作极限，则需要小 量催化剂取回以防止不期望的大量催化剂排出物进入废气流，或防止其他工艺 干扰。

催化剂取回系统设计为标准尺寸，用于高要求的操作情形，该操作情形为 在FCC装置关闭时的较短的时间周期内将全部催化剂藏量去除。通过本发明 提供的级别控制的周期操作类型催化剂取回可以每天进行一次，每周一次，或 每月一次，取决于多快建立催化剂藏量级别。由于再生器床层级别的突变造成 FCC装置的压力平衡变化，这可导致催化剂循环速率、反应器温度和/或再生 器温度的变化，并且这些干扰FCC装置操作的稳定性。由于动态平衡的这些 变化使得FCC装置远离其操作极限，因此将不能获得预期的产物混合和/或排 放物组成。由于FCC装置是大多数炼油厂的主要利润中心，因此炼油厂花费 大量时间和资金来确保FCC装置总是在其操作极限下操作，从而使利润最大 化。任何使FCC装置的操作远离所述极限将降低利润率并对于精炼机是主要 的危害。因此，非常期望通过消除突然的催化剂取回来稳定FCC操作，从而 维持FCC装置中催化剂的动态平衡。

因此，需要一种适合流体催化裂化装置使用的催化剂取回装置。

发明内容

本发明提供了一种用于调整流体催化裂化(FCC)装置中的催化剂藏量的 催化剂取回装置和方法。在一个实施方式中，用于从FCC装置去除催化剂的 催化剂取回装置包括压力容器，其具有连接至注入口的计量器。散热器相计量 器放置并适于冷却进入压力容器的催化剂。传感器连接至配置的压力容器，以 提供通过计量器进入压力容器的催化剂的计量指示。

在另一实施方式中，提供一种流体催化裂化系统，包括FCC装置，该FCC 装置具有与其连接的催化剂取回装置，并配置为计量从FCCU去除的催化剂。

在再一实施方式中，一种用于调整FCC装置中的催化剂藏量的方法包括 以下步骤：确定FCC装置中存在的催化剂的变化，从FCC装置取回催化剂并 放入连接至FCC装置的可隔离的存储容器中，测量存储容器中放置的催化剂 量，以及从存储容器去除测得的催化剂。

附图说明

因此为了更详细地理解本发明的以上所述特征，将参照附图中示出的实施 例对以上简要所述的本发明进行更具体描述。然而，应该注意，附图中只示出 了本发明典型的实施例，因此不能认为是对本发明范围的限定，本发明可以允 许其他等同的有效实施例。

图1是传统的流体催化裂化系统的简化视图；

图2是根据本发明的一个实施方式的具有催化剂取回系统的流体催化裂 化系统的简化示意图；

图3是图2的催化剂取回系统的一个实施方式的剖视图；以及

图4是调整流体催化裂化系统的催化剂的方法的一个实施方式的流程图。

为了便于理解，尽可能用相同的参考标记表示相同的元件。预期来自任意 一个实施方式的部件可以有利地结合在其他实施方式中而不额外叙述。

具体实施方式

本发明主要提供适合用于流体催化裂化装置的催化剂取回装置和用于调 整FCC装置中的催化剂藏量的方法。本发明有助于方便地在工艺中断最小下 从FCC装置去除过量的催化剂。

图2是具有计量催化剂取回系统240的流体催化裂化系统230的简化示意 图。流体催化裂化系统230主要包括连接至催化剂注入系统200的流体催化裂 化(FCC)装置210和计量催化剂取回系统240、控制器220、石油供应储备 源204，排放系统214和蒸馏系统216。来自催化剂注入系统200的一种或多 种催化剂和来自石油供应储备源204的石油输送到FCC装置210。石油和催 化剂在FCC装置210内反应以产生蒸汽，其收集在蒸馏系统216中并分离成 不同的石化产品。

一般测试蒸馏系统216中回收的最重产品来确定夹带的催化剂量。在一个 实施方式中，可以在提炼实验室218中每天或每班一次执行所述测试。预期夹 带的催化剂量可以通过其他方法确定，诸如，但不限于一些在线分析形式。来 自实验室218的夹带的催化剂的测量提供给控制器220用于调整FCC装置内 的催化剂，如以下进一步描述。

排放系统214与再生器250的排出口212相接并适于监控从再生器250 排出的物质的组成。在一个实施方式中，排放系统214配置为检测通过排出口 从再生器250排出的催化剂的计量。该计量可通过确定再生器排出口中夹带的 催化剂颗粒和/或催化剂微粒的量而获得。同样地，排放系统214可包括第三 或第四级分离器，例如，旋风分离器232和洗涤器234。从再生器250排出的 催化剂的计量可提供给控制器220并用于平衡FCC装置210内的催化剂量， 如以下进一步描述。

FCC装置210包括现有技术已知的再生器250和反应器252。反应器252 主要容纳石油供应储备的催化裂化反应并将蒸汽形式的裂化产物输送给蒸馏 系统216。来自裂化反应的废催化剂从反应器252传送给再生器250，其中催 化剂在该再生器通过去除焦炭和其他物质而复原。来自催化剂复原工艺的副产 品通过排放竖道从再生器250排出。

FCC装置210包括催化剂注入系统200，其保持连续或半连续添加新鲜催 化剂至在再生器150和反应器152之间循环的催化剂藏量。催化剂注入系统 200包括主催化剂源202和一个或多个附加源206。主催化剂源202和附加源 206通过工艺线路222连接到FCC装置210。流体源，诸如鼓风机或空气压缩 机208，连接至工艺线路222并提供压缩流体，诸如空气，其用于运送来自源 202、206的各种粉末状的催化剂经过工艺线路222并到达FCC装置210。

典型地，不同的添加剂提供给FFC装置210来控制蒸馏系统216中回收 的产物类型的比率(即，例如，LPG多于汽油)并控制流经排放系统214的 排放物的组成，以及其他工艺控制属性。主催化剂源202一般输送含Y沸石 催化剂，其驱动主裂化工艺。在1995年2月14日授权的美国专利号 No.5,389,236；2002年3月19日授权的美国专利号No.6,358,401；在2002年 11月2日提交的美国专利申请号No.10/304,670；在2005年2月22日授权的 美国专利号No.6,859,759；在2003年5月27日提交的美国专利申请序列号 No.10/445,543；以及在2003年11月19日提交的美国专利申请序列号 No.10/717,250中描述可适于受益本发明的催化剂注入系统的实施例，引入其 全部内容作为参考。可适于受益本发明的其他适宜催化剂注入系统可从位于新 泽西的Sea Girt的Intercat Equipment Corporation购买得到。

控制器220用于调整通过注入系统200添加的催化剂和/或添加剂和由计 量催化剂取回系统240执行的取回，使得可以维持FCC装置210内催化剂的 动态平衡。由于控制器220通常定位在邻近催化剂源206、202和FCC装置 210，因此控制器220一般容纳在防爆箱中以防止气体火花点火，气体火花点 火可能潜存于石油处理环境中该箱的外部。控制器220可以配置为具有远程访 问能力以便可以监控其他位置，诸如操作中心或催化剂供应的活动。在2005 年2月22日授权的美国专利号No.6,859,759中和2002年11月26日提交的 美国专利申请序列号No.10/304,670中描述了具有所述能力的控制器，在此引 入其两个的全部内容作为参考。

再生器250可以配置有一个或多个传感器，其提供再生器250内的催化剂 级别的计量指示。在图2所示的实施方式中，再生器250包括第一传感器242 和第二传感器244，其配置为检测再生器250内的催化剂级别何时超过上阈值 或下阈值。传感器242、244可以是压差测量器、光换能器、电容器、声换能 器或其他适合用于提供可获得关于设置在再生器250中的催化剂的级别和体 积的信息的器件。例如，如果第一传感器242给控制器220提供催化剂级别较 低的指示，则控制器220可能启动通过催化剂注入系统200的催化剂注入。如 果第二传感器244给控制器220提供催化剂级别较高的指示，则控制器220 可启动通过催化剂取回系统从FCC装置取回催化剂，或加快所述另外半连续 取回工艺。

计量催化剂取回系统240通过导管254连接至再生器250。计量器256设 置在导管254中来控制再生器250和计量取回系统240之间的催化剂流动。输 出阀260连接至计量催化剂取回系统240并配置为控制取回系统240和废催化 剂存储/处理262之间的催化剂流动。计量器256和输出阀260可以同样构造。

图3示出图2的计量取回系统240的一个实施方式的放大图。取回系统 240包括存储容器310，其具有计量器256和与其连接的输出阀260。存储容 器310通常为适宜于在高温下使用的具有注入口314和排出口316的金属容 器。典型地，排出口316设置在或邻近存储容器310的底部。存储容器310 连接至压力控制装置318，其控制存储容器310内的压力。压力控制装置318 在取回操作期间一般将存储容器310加压至每平方英寸约5到约60磅(约0.35 到约4.2kg/cm²)。装置318可以间歇地使存储容器310通风至约大气压以容 许用来自再生器250的催化剂填充容器310。

存储容器310通过通风口312通风，该通风口312连接至再生器排出口 212或其他适宜的排放竖道。控制阀308被提供来调整从存储容器310经过通 风口314的流动。旋风分离器380或类似器件还可嵌入在通风管中以使从存储 容器310载送的催化剂最小化。来自旋风分离器380的回收微粒可通过回流管 382传送到存储容器310。

在一个实施方式中，压力控制装置318配置为给容器310提供空气或其他 气体。空气或其他气体可用于流化、充气和/或另外冷却放置在容器310中的 取回的催化剂。压力控制装置318可额外配置为控制提供给容器310的空气或 其他气体的流动，从而提供最优化冷却取回的催化剂和控制存储容器310内的 环境条件的能力。

计量器256连接至监控的注入口314以控制从再生器250接收的催化剂 量。输出阀260连接至排出口316以控制通过输出管304从存储容器310移除 到废催化剂存储/处理262的取回的催化剂量。计量器256可以是开关阀诸如 连续阀、旋转阀或其他适合用于移除和/或调整从FCC装置210取回进入存储 容器310的催化剂量的器件。计量器256可有重量、体积、计时分配或其他方 式来确定催化剂量。取决于系统230的催化剂需要，计量器256通常配置为从 再生器250去除每天约0.1到约30吨的催化剂而不中断FCC装置210的处理。 计量器256通常在计划生产循环的过程中周期性地从FCC装置210去除催化 剂，典型地24小时，生产循环期间多次间隔的预定量。然而，催化剂还可从 FCC装置210根据“视需要”而去除，如上所述。

在图3所示的实施方式中，计量器256是控制阀332，其通过定时致动来 调整从再生器250输送到存储容器310的催化剂量。控制阀332可包括剪切盘 (未示出)，用于打开和关闭阀孔。在一个实施方式中，剪切盘偏心旋转同时 附加地旋转孔以提供自研磨、底座清洗操作，这防止取回的催化剂使剪切盘的 密封表面和阀座变凹，其可能造成阀泄露。一种可以适于从本发明受益的阀可 从新泽西的South Plainfield的Everlasting Valve Company购买得到。替代地可 以使用其他控制阀。

控制阀332和输出阀260一般互锁以防止同时打开。这允许在阀332、260 打开之间获得数据以便可以精确获得进入和留在存储容器310的催化剂量。在 一个实施方式中，输出阀260打开同时气压调节系统240提供约60psi(约 4.2kg/cm²)的空气到存储容器310的内部以使得催化剂从存储容器310通过阀 260经由输出管304流入废催化剂存储/处理262中。

再参照图2，计量取回系统240包括一个或多个传感器262，用于提供计 量适合用于分析在每次从再生器250取回催化剂过程中通过计量器256的催化 剂量。传感器264可配置为检测存储容器310中的催化剂的级别(即，体积)、 存储容器310中的催化剂的重量和/或通过存储容器310、注入口314、排出口 316、计量器256、输出阀260、导管254或输出管304至少其中之一的催化剂 运动的速率。

在图3所示的实施方式中，传感器264是多个测压元件306，其适于提供 存储容器310中的催化剂的重量的计量指示。测压元件326分别连接至多个支 架336，该多个支架在表面320上支撑存储容器310，诸如混凝土垫。每个支 架336具有与之连接的一个测压元件306。控制器220接收测压元件306的输 出，并使用从其获得的顺序数据采样来分析在计量器256的每次致动后取回的 净催化剂量。在输出阀260的致动后也进行数据采样，从而可以精确确定通过 系统240从FCC装置210取回的实际催化剂量。另外，可以监控生产循环过 程中取回的净催化剂量从而通过调整计量器256的输送属性，例如，改变控制 阀332的打开时间以允许更多(或更少)的催化剂从其通过并从FCC装置210 去除，可补偿每次单独分配的催化剂量的变化。

可选地，传感器264可以是连接至存储容器310的水平传感器328，并适 于检测存储容器310内催化剂的级别的计量指示。水平传感器328可以是压差 测量器、光换能器、电容器、声换能器或其他适合用于提供可分析关于设置在 再生器250中的催化剂的级别和体积的信息的器件。通过应用感测的分配后设 置在存储容器310中催化剂的级别的不同，可以由已知的存储容器几何形状而 得到从再生器250去除的催化剂量。

可选地，传感器264可以是流量传感器330，适于检测通过催化剂取回系 统240其中一个组件的催化剂的流量。流量传感器330可以接触或非接触器件 并可以安装于存储容器310、计量器256或将存储容器310连接至废料容器的 导管254上。在图3所示的实施方式中，流量传感器330可以是声流量计或电 容器，适于检测夹带颗粒(即，催化剂)通过输送管308运动的速率。

回到图2，散热器258连接至或邻近导管254放置。散热器258配置为将 导管254内催化剂热去除，从而降低从再生器250流入计量取回系统240的催 化剂的温度。

另外参照图3，散热器258可以邻近再生器250和计量器256之间的导管 254定位，或邻近计量器256和存储容器310之间的导管254定位。在另一实 施方式中，导管254可以是卷曲的或限定弯曲的路径，从而散热器258可以连 接比在如图2所示的以直线路径布线的导管更大长度的导管，从而增加在其二 者之间传递的热量。

散热器258可包括至少一个或多个温度调节部件。例如，散热器258可包 括传热翅片342。在另一实施方式中，散热器258可包括一个或多个连接至流 体源346的导管344，传热流体通过该导管流动。通过降低从再生器250取回 的催化剂的温度，取回系统240的设计限制将随着进入容器310的催化剂温度 的降低而相应放宽。

同样地，存储容器310还可配置有热调节器件358来降低存储容器310 的温度。热调节器件358可类似于以上所述的散热器258配置。例如，热调节 器件358可包括传热翅片360。在另一实施方式中，热调节器件358可包括一 个或多个连接至流体源346的导管362，传热流体通过该导管流动。

如上所述通过将来自压力控制装置318的流体提供至容器310中可任选地 和/或额外冷却存储容器310。控制阀308还可周期打开以允许去除放置在容器 310的内容积的受热气体并由来自压力控制装置318的冷却气体替代。

可利用传感器384监控进入容器310的气体和/或催化剂的温度。如果控 制器220响应由传感器384提供的温度的计量确定进入容器的气体和/或催化 剂的温度超过预定极限，则可以启动矫正措施。例如，矫正措施可包括以下至 少一种：关闭进入容器310的流动以允许系统在重启前冷却，应用调整器件 256来减小进入容器310的催化剂的流速，增加散热器258的除热速率或增加 额外的冷却空气流向催化剂，使得再生器通过形成在导管254中的射流386 冷却催化剂。

回到图2，控制器220设置为控制至少取回系统240的功能。控制器220 可以是任意适宜的逻辑器件，用于控制催化剂取回系统240的操作。在一个实 施方式中，控制器220是程序化逻辑控制器(PLC)，诸如从GE Fanuc可购 买。然而，本领域的技术人员从在次公开将认识到其他控制器诸如微控制器、 微处理器、程序化门阵列和特定用途集成电路(ASIC)可用于执行控制器220 的控制功能。预期注入系统200和取回系统240可具有单独的控制器，其可能， 或可能不连接。

控制器220连接至不同的辅助电路，其提供不同的信号给控制器220。这 些辅助电路包括电源、时钟、输入和输出接口电路等等。其他辅助电路将温度 传感器384、传感器264、计量器256、输出阀260、压力控制装置318等等连 接至控制器220。

图4是用于调整FCC装置内的催化剂的方法400的一个实施方式。方法 400在步骤402开始，获得从FCC装置失去的和/或去除的催化剂计量。失去 的催化剂的计量可以是预定值。例如，基于经验数据，或计算数据，或可以是 假设的实时和/或作为最新的计量。最新的和/或假设的计量的实例包括蒸馏器 的产物气流夹带的催化剂、通过排出系统从再生器排出的催化剂、从计量取回 系统去除的催化剂的计量，等等。

在步骤404，获得催化剂添加的计量。催化剂添加的计量通常从催化剂添 加系统获得，以催化剂的形式和/或添加到FCC装置的添加剂。

在步骤406，确定FCC装置内的催化剂量。在一个实施方式中，通过在 步骤404获得的催化剂添加总和减去在步骤402获得的从系统去除的催化剂而 确定催化剂量。可以由经过预定周期的时间获得的数据而进行FCC装置内催 化剂的确定，预定周期的时间可以是以小时的分数、每小时、每天或其他时间 周期。可从实时获得的数据进行FCC装置内催化剂的确定，例如，通过监控 数据流诸如再生器床层级别。由于以上所述的工艺是重复的，因此可通过减去 经过从最后确定的周期去除的催化剂并加上经过同一周期增加的催化剂可替 代地计算所确定的总催化剂。

在步骤408，催化剂量与或工艺窗口阈值相比较。如果确定的催化剂是预 定的工艺窗口之外(或超过阈值)，则在步骤410添加或取回适当的催化剂。 重复监控催化剂量的循环以便维持FCC装置内的动态催化剂平衡。这方便地 允许FCC装置以微小波动在或接近工艺限制继续操作，从而在最佳情形下提 供预期的产品混合和排出物组成，因此使FCC系统精炼机的利润最大化。

在用于调整FCC装置内催化剂的方法的另一实施方式中，取回系统240 可设置为经过预定周期的时间去除预定量的催化剂。例如，取回系统240可设 置为每天去除约4吨催化剂的目标。可以以预定增量来执行所述取回，使得总 取回量将在预定周期内完成。在一个实施方式中操作者可人工启动利用系统 240从再生器250取回。例如，操作者可响应再生器250内的催化剂床层级别， 诸如由通过传感器244获得的信息所提供的，而启动取回。除了目标取回或认 为在所述时间周期不利于目标取回外，可执行人工取回。

虽然在此详细说明并描述了本发明的教学，但本领域的技术人员可方便地 设计仍结合该教导且不偏离本发明的精神和范围内的其他变化的实施方式。