用于流化催化裂化（FCC）的系统和方法与流程

背景技术：

0、背景

1、技术领域

2、本公开涉及流化催化裂化（fcc），并且更具体地涉及fcc系统中的汽提。

3、背景技术

4、流化催化裂化（fcc）方法是炼油厂中常用的化学方法，其目的是将重的高分子量烃材料转化成较轻的较低分子量烃馏分。在这种类型的方法中，烃原料在高温下汽化，同时放置成与保持悬浮在原料蒸气中并由此夹带的裂化催化剂颗粒接触。在裂化反应已经产生期望的分子量范围并伴随着沸点的对应下降之后，将所获得的产物蒸气与催化剂颗粒分离。颗粒随后被汽提以回收任何夹带的烃，通过燃烧在其上形成的焦炭而再生，并通过再次放置成与待裂化的原料接触而再循环。

5、汽提是fcc方法中的确定步骤之一。事实上，不充分汽提导致反应器流出物保留在催化剂颗粒上和催化剂颗粒之间，使得在再生步骤期间，附加燃烧负荷被施加在再生器上，产生超过驱动催化反应所需的热量的过量热量。因此，夹带的烃蒸气到再生器中的燃烧代表转化产物的最终产率的损失。

6、在fcc方法中，催化剂颗粒的汽提通常发生在深流化床中，以促进流体料流和催化剂颗粒在容器内的剧烈混合、紧密接触，并提供足够的停留时间以进行汽提。使用挡板和填料来实现期望的接触。流化床通常通过使流体料流（通常为蒸气料流）以足以使颗粒悬浮并在固体颗粒床内引起气固混合的流速向上通过该床而产生。

7、通常，在反应器流出物与催化剂颗粒分离之后，颗粒被导向到汽提室，在该汽提室中在下降的致密流化相中进行汽提。在腔室底部注入的气态流体用于使焦化的催化剂颗粒流化并置换位于颗粒之间的间隙空间中的夹带的烃。优先将极性材料（诸如蒸汽）用于该气态流体，因为它被催化剂颗粒更强地吸附，并且因此烃更容易被置换。最后，将汽提的催化剂颗粒转移到再生区。

8、已经提出了用于较热分级汽提的不同方法。例如，美国专利第5,000,841号描述了通过在fcc汽提塔中将热的再生催化剂与fcc废催化剂直接共混的较热分级汽提方法。废催化剂和较热的再生催化剂之间的较热催化剂混合物在第一/上级汽提塔处的目标是从高于rot 55℃至760℃，并且然后催化剂混合物在其进入再生器之前，进一步需要在第二/下级汽提塔处冷却至少30℃，与冷却的催化剂直接共混，目的是不干扰fcc再生器操作。

9、在美国专利第5,128,109号中描述的另一较热分级汽提中，将热的再生催化剂与fcc废催化剂在fcc汽提塔中直接共混。废催化剂和较热的再生催化剂之间的较热催化剂混合物在第一/上级汽提塔处的目标是从高于rot 55℃至760℃，并且然后催化剂混合物在其进入再生器之前，进一步需要在第二/下级汽提塔处用冷却器（任选地甚至分离器容器）冷却至少30℃，目的是不干扰fcc再生器操作。

10、在美国专利第4,542,114号中描述了处于氧燃烧模式的fcc单元再生器。在美国专利第4,542,114号中，fcc单元再生器的操作使用稀释的纯o2流，目的是产生富含co2的流出物流，以避免温度峰值和再生器内催化剂的流化不足。美国专利第4,542,114号还可能需要使用大规模装备和额外能量消耗来再处理和再循环调节再生器操作所需量的co2，因为它没有提供有效的措施来降低焦炭产率和sox和nox的污染物排放。

11、美国专利第5,362,380号描述了通过蒸汽重整将fcc催化剂上的碳转化成co2、co、ch4和h2的气态混合物的方式。美国专利第5,362,380号报告了温度为537℃至650℃、蒸汽与碳摩尔比为0.5至20（优选地约2至6）且反应时间为0.5至30分钟的反应条件。他们报告了通过这些蒸汽处理可以去除10%至40%的碳。描述了通过用含氧介质（诸如空气）进行第二再生处理来从催化剂中去除残余碳。在流体催化中试装置中，在590℃至650℃的温度下，在不存在氧气的情况下，将蒸汽注入蒸汽汽提塔中。当fcc单元rot在537℃以下运行时，对于在537℃至650℃的温度下用不含氧的气体的目标蒸汽气化没有提供有效的或额外的措施。此外，没有利用有效或额外的措施来降低焦炭产率和sox和nox的污染物排放。

12、美国专利第5,000,841号和第5,128,109号描述了在fcc汽提塔段中加热和冷却的两个相反的动作。此外，两者都没有将fcc焦炭气化和氧燃烧整合以实现更高的碳利用效率。

13、美国专利第7,932,204号描述了具有两级再生器的fcc单元的操作，以优选地在再生气体和催化剂之间以逆流方式产生合成气。第一级再生器可在类似气化的条件下运行，其中在部分再生模式下，源自第二级再生器的缺氧再生气体的温度介于705℃和815℃（1300℉和1500℉）之间，并且压力介于1.36个大气压和3.4个大气压（20psig和50psig）之间。而第二级再生器可以在完全再生模式下，在介于675℃和735℃（1250℉和1350℉）之间的温度和介于1.7个大气压和3.4个大气压（25psig和50psig）之间的压力下，在蒸汽和/或co2的存在下，在来自第一级再生器的部分再生的催化剂和含氧的燃烧气体之间反应。优选地提出到第二级再生器的预热再生气体超过537℃（1000℉），以帮助产生优质合成气。在美国专利第7,932,204号中，可能难以准确地控制第一级再生器在部分燃烧模式（缺氧/类似气化的条件）下运行，同时需要第二级再生器在完全燃烧模式（其中将存在过量的氧）下操作，因为第二级再生器烟气用作到第一级再生器的进料气体。在美国专利第7,932,204号中，第一级再生器不能在没有额外热量输入的情况下在较高温度（介于705℃和815℃（1300℉和1500℉）之间）下在缺氧条件下运行，因为第二级再生器在当前堆叠式再生器配置下在相对较低的温度范围（介于675℃和735℃（1250℉和1350℉）之间的温度）下操作。该公开也未能提供有效或额外的措施来降低焦炭产率和sox和nox的污染物排放。

14、另一种fcc单元描述于美国专利公布第2011/0155642号中。在该公布中，fcc单元包括“提升管”再生器，其具有纯o2或任选的o2和co2的高富氧混合物作为再生气体。为了控制整个提升管再生器的温度并避免热点的出现，提出了沿着“提升管”再生器多次注入氧气以及添加额外的催化剂冷却器。用于废催化剂和较热的再生催化剂的混合物的废催化剂再调节器将导致更热的催化剂（比常规汽提塔操作高50℃至100℃）到达底部提升管再生器。当纯o2或任选的o2和co2的高富氧混合物用作再生气体时，该方案可能破坏控制整个提升管再生器的温度并避免热点出现的意图。

15、这种传统的方法和系统通常被认为对于其预期目的是令人满意的。然而，本领域仍然需要改进的填料元件和系统。本公开的实施方案的附加目的将从以下概述和详细讨论中变得显而易见。

技术实现思路

1、一种流体催化裂化方法包括在第一再生级中使来自汽提塔容器的废催化剂再生以产生部分再生的催化剂，在第二再生级中使部分再生的催化剂再生以产生完全再生的催化剂，以及将完全再生的催化剂的第一部分提供到提升管反应器。该方法包括利用提升管反应器生成废催化剂并将废催化剂提供到汽提塔容器以及将完全再生的催化剂的第二部分提供到汽提塔容器以与废催化剂混合，以实现更好的汽提效率并促进进一步反应，从而导致待燃烧的焦炭负荷、硫和氮的总体减少，以及提供随后的焦炭气化以在第一再生级中产生合成气所需的必要热量。

2、在上述的实施方案中，汽提塔容器在500℃（932℉）至820℃（1508℉）范围内的温度下操作。

3、在上述任一者的另外实施方案中，设想到汽提塔容器在12psig至30psig（0.83barg至2.07barg）范围内的压力下操作。

4、在上述任一者的另外实施方案中，汽提塔容器内的汽提塔床的温度为高于rot 55℃（122℉）至815℃（1500℉），或优选地高于rot 83℃（150℉）至760℃（1400℉），或在上述任一者的另外实施方案中，优选地高于rot 100℃（212℉）至732℃（1350℉）。

5、在上述任一者的另外实施方案中，废催化剂在汽提塔容器中的停留时间在0.5分钟至7分钟的范围内。

6、在上述任一者的另外实施方案中，废催化剂在汽提塔容器中的停留时间在1分钟至3分钟的范围内。

7、在上述任一者的另外实施方案中，汽提塔容器中完全再生的催化剂与废催化剂的比率在0.3:1至0.7:1的范围内。

8、在上述任一者的另外实施方案中，汽提塔容器中完全再生的催化剂与废催化剂的比率在1:5至5:1的范围内。

9、在上述任一者的另外实施方案中，汽提塔容器中完全再生的催化剂与废催化剂的比率在1:10至10:1的范围内。

10、在上述任一者的另外实施方案中，该方法包括将第一再生级作为气化器运行。

11、在上述任一者的另外实施方案中，第一再生级包括粗合成气出口管线。

12、在上述任一者的另外实施方案中，该方法包括使来自汽提塔容器的废催化剂料流的一部分与气化气体在第一再生级中反应以产生粗合成气。

13、在上述任一者的另外实施方案中，粗合成气包括co、h2、co2、h2o、cos、h2s、sox、nox或未反应的o2中的至少一者。

14、在上述任一者的另外实施方案中，设想到粗合成气的氧气浓度为0.2摩尔%（干基），或优选没有剩余氧气。

15、在上述任一者的另外实施方案中，在第一再生级中使来自汽提塔容器的废催化剂再生包括使废催化剂与气化气体反应以产生部分再生的催化剂。

16、在上述任一者的另外实施方案中，气化气体是包含以下项中的至少一项的人工产生的混合物：i)氧气和蒸汽，ii)氧气和co2，或iii)蒸汽、氧气和co2。

17、在上述任一者的另外实施方案中，这三种主要组分的浓度水平对于氧气在0至50摩尔%的范围内，对于co2在0至75摩尔%的范围内，并且对于蒸汽在0至75摩尔%的范围内。

18、在上述任一者的另外实施方案中，这三种主要组分的浓度水平对于蒸汽在25摩尔%至30摩尔%、70摩尔%至75摩尔%和0至75摩尔%的范围内。

19、在上述任一者的另外实施方案中，以干基计，浓度水平的范围对于氧气为约30摩尔%，并且对于co2为70摩尔%。

20、在上述任一者的另外实施方案中，该方法包括将第二再生级作为完全再生器运行。

21、在上述任一者的另外实施方案中，第二再生级包括烟气出口管线。

22、在上述任一者的另外实施方案中，该方法包括通过催化剂输送管线将部分再生的催化剂进料到第二再生级。

23、在上述任一者的另外实施方案中，将完全再生的催化剂的第一部分提供到提升管反应器包括通过具有控制阀的再生催化剂输送管线进料完全再生的催化剂的第一部分。

24、在上述任一者的另外实施方案中，将完全再生的催化剂的第二部分提供到汽提塔容器包括通过具有控制阀的催化剂输送管线进料完全再生的催化剂的第二部分。

25、在上述任一者的另外实施方案中，在汽提塔容器中，催化剂与汽提介质，优选汽提塔表面介质（优选蒸汽）之间的逆流在0.5fps（157mm/s）至1.0fps（305mm/s）的范围内。

26、在上述任一者的另外实施方案中，如果需要，该方法包括在热烟气/合成气与汽提塔气体之间提供热交换以实现高汽提塔温度。

27、在上述任一者的另外实施方案中，第一再生级在705℃（1300℉）至820℃（1508℉）范围内的目标气化条件温度下操作。

28、在上述任一者的另外实施方案中，第一再生级在750℃（1382℉）至815℃（1500℉）范围内的目标气化条件温度下操作。

29、在上述任一者的另外实施方案中，第一再生级在20psig（1.38atm）至50psig（3.45atm）范围内的目标气化条件压力下操作。

30、在上述任一者的另外实施方案中，第一再生级在30psig至35psig（2.1barg至2.4barg）范围内的目标气化条件压力下操作。

31、在上述任一者的另外实施方案中，废催化剂在第一再生级中的停留时间在0.5分钟至30分钟的范围内。

32、在上述任一者的另外实施方案中，废催化剂在第一再生级中的停留时间在2分钟至15分钟的范围内。

33、在上述任一者的另外实施方案中，在第一再生级中，催化剂与气化气体之间的逆流具有优选地设定为2fps（0.6m/s）至4fps（1.2m/s）的气化气体表观速度。

34、在上述任一者的另外实施方案中，该方法包括将热源供应到第一再生源中的气化气体。

35、在上述任一者的另外实施方案中，该方法包括在热烟气/合成气与气化气体之间交换热量以将气化气体加热至高于425℃（800℉），优选地高于537℃（1000℉）的温度。

36、在上述任一者的另外实施方案中，第二再生级在675℃（1250℉）至815℃（1500℉）范围内的目标再生温度下操作。

37、在上述任一者的另外实施方案中，第二再生级在704℃（1300℉）至800℃（1472℉）范围内的目标再生温度下操作。

38、在上述任一者的另外实施方案中，第二再生级在725℃（1337℉）至760℃（1400℉）范围内的目标再生温度下操作，如果需要，利用催化剂冷却器。

39、在上述任一者的另外实施方案中，第二再生级在15psig（1.03atm）至50psig（3.45atm）范围内的压力下操作。

40、在上述任一者的另外实施方案中，第二再生级在17psig至20psig（1.17barg至1.38barg）范围内的压力下操作。

41、在上述任一者的另外实施方案中，部分再生的催化剂在第二再生级中的停留时间在0.5分钟至10分钟的范围内。

42、在上述任一者的另外实施方案中，部分再生的催化剂在第二再生级中的停留时间在2分钟至5分钟的范围内。

43、在上述任一者的另外实施方案中，在催化剂和再生气体之间的逆流中，再生气体的表观速度被设定为2fps（0.6m/s）至4fps（1.2m/s）。再生气体可以是包含以下项的人工产生的混合物：(1)纯氧气，(2)氧气和co2，和/或氧气和co2的混合物。

44、在上述任一者的另外实施方案中，氧气和co2的混合物的浓度水平对于氧气可以在0至50摩尔%的范围内（或者在上述任一者的另外实施方案中，优选地为约25摩尔%至30摩尔%），对于co2可以在0至75摩尔%的范围内（或者在上述任一者的另外实施方案中，优选地为约70摩尔%至75摩尔%）。

45、在上述任一者的另外实施方案中，以干基计，再生气体为约30摩尔%的氧气和70%的co2。

46、根据另一方面，一种流体催化裂化系统包括具有废催化剂出口的汽提塔容器。第一再生级在废催化剂出口的下游，并且被配置和适配为使来自汽提塔容器的废催化剂再生。该系统包括在第一再生级下游的第二再生级。第二再生级被配置和适配为使来自第一再生级的部分再生的催化剂完全再生。第二再生级与汽提塔容器流体连通。该系统包括在汽提塔容器上游并与第二再生级流体连通的提升管反应器。提升管反应器被配置和适配为接收来自第二再生级的完全再生的催化剂的第一部分。汽提塔容器被配置和适配为接收来自提升管反应器的废催化剂和来自第二再生级的完全再生的催化剂的第二部分以与废催化剂混合，从而实现更好的汽提效率并促进进一步反应。

47、在上述fcc系统的另外实施方案中，该系统包括与汽提塔容器热连通的补充热源。

48、在上述任一者的另外实施方案中，第一再生级包括粗合成气出口管线。

49、在上述任一者的另外实施方案中，粗合成气可以类似于上文针对fcc方法描述的粗合成气。

50、在上述任一者的另外实施方案中，第二再生级包括烟气出口管线。

51、在上述任一者的另外实施方案中，该系统包括用于将第一再生级流体连接到第二再生级的催化剂输送管线。

52、在上述任一者的另外实施方案中，该系统包括用于将第二再生级流体连接到提升管反应器的再生催化剂输送管线。

53、在上述任一者的另外实施方案中，该系统包括用于将第二再生级流体连接到汽提塔容器的再生催化剂输送管线。

54、在上述任一者的另外实施方案中，第一再生级操作温度和压力类似于上文针对fcc方法描述的第一再生级操作温度和压力。

55、在上述任一者的另外实施方案中，第二再生操作温度和压力可以类似于上文针对fcc方法描述的第二再生操作温度和压力。

56、通过下面结合附图对优选实施方案的详细描述，本主题公开的系统和方法的这些和其它特征对于本领域技术人员来说将变得更加显而易见。