提升管反应器

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，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，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

60μm减小至50μm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%，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，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。工业化应用结果表明，1}IIP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]