一种烃类反应原料催化转化制低碳烯烃和芳烃的耦合反应器的制作方法

1.本实用新型属于烃类反应原料类催化转化技术领域，特别涉及一种烃类反应原料催化转化制低碳烯烃和芳烃的耦合反应器。


背景技术：

2.以乙烯、丙烯为代表的低碳烯烃是化学工业的最基本原料,现有催化转化技术是在生产汽油、柴油的同时副产低碳烯烃，远不能满足当前市场对有机化工原料的需求。芳烃是产量和规模仅次于乙烯和丙烯的重要有机化工原料,其衍生物广泛用于生产化纤、塑料和橡胶等化工产物和精细化学品，随着石油化工及纺织工业的不断发展，世界上对芳烃的需求量也不断增长。国内外多以天然气或轻质石油馏分为原料，采用乙烯联合装置中蒸汽裂解工艺生产低碳烯烃，由生产乙烯的同时副产大量其他烯烃和芳烃等基础原料。虽然蒸汽裂解技术经过几十年的发展，技术不断完善，但仍具有能耗高、生产成本高、co2排放量大和产物结构不易调节等技术局限，传统的蒸汽裂解生产乙烯和丙烯的技术正面临严峻的考验。利用催化转化方法制低碳烯烃，同时副产丙烯、丁烯等低碳烯烃以及芳烃等化工原料是解决资源短缺、低成本生产化工产物的新方向，已成为当今重要的研究课题和热点问题。
3.由于石油烃组成复杂，不同的原料性质需要不同的反应条件，使用一个反应器很难适应不同原料的要求。


技术实现要素：

4.本实用新型设计了一种多反应器耦合的石油烃催化裂解制烯烃和芳烃的反应器，使不同原料在不同反应器不同条件下催化裂解，提高催化裂解制烯烃的产物选择性和效率，从而提高经济性。
5.本实用新型的目的在于提供一种石油烃催化转化制烯烃和芳烃的多区耦合反应器，即一种烃类反应原料催化转化制低碳烯烃和芳烃的耦合反应器，其特征在于，所述耦合反应器设置有反应器ⅰ，反应器ⅱ和反应器ⅲ；所述反应器ⅲ顶部设1个或多个催化剂和反应产物出口，或者反应器ⅲ的反应器ⅲ出口与气固分离器连接；
6.所述耦合反应器，下部设计成并列的反应器ⅰ和反应器ⅱ，反应器ⅰ和反应器ⅱ分别设置对应的催化剂入口和反应原料入口；
7.所述反应器ⅰ与反应器ⅲ串联，并在反应器ⅲ出口前与反应器ⅱ合并；或者，在反应器ⅰ和反应器ⅱ上部共用反应器ⅲ，反应器ⅰ的出口和反应器ⅱ的出口相互连通并和反应器ⅲ的入口连通。
8.本实用新型，在具体实施时，所述耦合反应器下部设计成并列的的反应器ⅰ和反应器ⅱ，反应器ⅰ和反应器ⅱ分别设催化剂入口，反应原料入口，以及蒸汽入口，所述耦合反应器上部设一个共用反应器即反应器ⅲ，所述反应器ⅰ和反应器ⅱ出口相互连通并和反应器ⅲ入口连通，在反应器ⅲ顶部设1个或多个催化剂和反应产物出口，或者反应器ⅲ出口与气固分离器连接；
9.具体实施时，进一步地，所述反应器ⅲ设蒸汽入口、反应物料入口、降温液体入口或急冷口；
10.或者，具体实施时，所述反应器ⅰ或与反应器ⅲ串联，在反应器ⅲ出口前与反应器ⅱ合并，或者反应器ⅱ先与反应器ⅲ串联，然后在反应器ⅰ出口合并。
11.上述的烃类反应原料催化转化制低碳烯烃和芳烃的耦合反应器，优选地，所述反应器ⅰ与反应器ⅲ同轴设计，或所述反应器ⅱ与反应器ⅲ同轴设计。具体实施时，优选地，所述反应器ⅰ或所述反应器ⅱ至少有一个与所述反应器ⅲ上下同轴设计，另一个反应器与所述反应器ⅲ并列设计。
12.上述的烃类反应原料催化转化制低碳烯烃和芳烃的耦合反应器，优选地，所述反应器ⅰ和/或反应器ⅱ设置多个或多层反应原料入口，以实现不同性质原料的进料。本实用新型，在具体实施时，所述耦合反应器设计时，反应器ⅰ和/或反应器ⅱ设置多个或多层反应原料入口，用于不同性质原料的进料。
13.上述的烃类反应原料催化转化制低碳烯烃和芳烃的耦合反应器，优选地，所述反应器反应器ⅲ的横截面积，大于所述反应器ⅰ的横截面积，或大于所述反应器ⅰ和所述反应器ⅱ的横截面积之和。
14.具体实施时，反应器ⅲ设置横截面积大于所述反应器ⅰ，或大于反应器ⅰ和反应器ⅱ之和；或所述反应器ⅲ部分高度上设置横截面积大于反应器ⅰ的反应区，或设置横截面积大于反应器ⅰ和反应器ⅱ之和的反应区。
15.上述的烃类反应原料催化转化制低碳烯烃和芳烃的耦合反应器，优选地，所述反应器ⅰ，反应器ⅱ和反应器ⅲ由不同直径的反应段或反应区串联组成，所述反应器ⅰ、反应器ⅱ、反应器ⅲ由不同直径串联组成；
16.上述的烃类反应原料催化转化制低碳烯烃和芳烃的耦合反应器，优选地，所述反应器ⅰ和反应器ⅱ至少有一个设置有流化床反应区，所述流化床反应区具有气体表观流速低于4.0m/s的直径或横截面积，即所述流化床反应区直径或横截面积按气体表观流速低于4.0m/s计算设计，技术人员容易计算。
17.进一步地，所述流化床反应区设置在所述反应器ⅰ或反应器ⅱ的底部。所述反应器ⅰ和反应器ⅱ中至少有一个底部设置流化床反应区
18.进一步地，在所述流化床反应区上方设置扩径的快速流化床反应区。
19.上述的烃类反应原料催化转化制低碳烯烃和芳烃的耦合反应器，优选地，所述反应器ⅰ和反应器ⅱ至少有一个反应器底部设置为包含内输送管的反应器或反应区。所述反应器ⅰ或反应器ⅱ设置带内输送管的反应器时，内输送管内和内输送管外设置不同物料入口；优先地，内输送管外作为c4或低碳数轻烃反应区，内输送管用于石脑油或汽油、柴油组分反应区。
20.上述的烃类反应原料催化转化制低碳烯烃和芳烃的耦合反应器，优选地，所述反应器ⅰ和反应器ⅱ至少有一个设置有扩径反应区，所述扩径反应区具有气体表观流速在2.0m/s到10.0m/s的直径或横截面积，即所述扩径反应区直径或横截面积按气体表观流速在2.0m/s到10.0m/s计算设计，技术人员容易计算。
21.具体实施时，更进一步地，反应器ⅰ和反应器ⅱ至少有一个设置上下两个直径扩大的反应区。
22.采用本实用新型的耦合反应器，使用烃类反应原料催化转化制低碳烯烃和芳烃，具体过程如下，但不限于以下过程：
23.1、进入反应器ⅰ反应原料即反应原料油被蒸汽雾化后进入反应器ⅰ，催化剂从进入反应器ⅰ反应原料入口下方通过催化剂斜管ⅰ进入反应器ⅰ，输送蒸汽ⅰ从下部进入反应器ⅰ，向上输送催化剂与原料油接触，原料油先在反应器ⅰ进行催化裂解反应；在反应器ⅰ反应后的产物和催化剂从反应器ⅰ出口进入反应器ⅲ；
24.2、催化剂从催化剂斜管ⅱ进入反应器ⅱ，进入反应器ⅱ反应原料或轻烃从原料入口进入反应器ⅱ，在反应器ⅱ进行催化裂解反应，反应后的产物和催化剂从反应器ⅱ出口进入反应器ⅲ；
25.3、反应器ⅰ和反应器ⅱ反应后的产物和催化剂在反应器ⅲ内混合，并并行向上流动进行进一步反应，反应产物和催化剂从反应器ⅲ出口流出或进入气固分离器；
26.具体实施时，为了提高烯烃尤其是丙烯的产率，反应器ⅰ和/或反应器ⅱ注入蒸汽，蒸汽注入量按各反应器内蒸汽和反应原料的质量比不大于60%设置；反应器补充蒸汽是常见措施；
27.具体实施时，优选地，进入反应器ⅱ反应原料或轻烃，为质量比90%以上实沸点低于380℃的组分，包括混合c4组分、石脑油组分、汽油组分、凝析油、加氢尾油、柴油；进入反应器ⅱ反应原料或轻烃，可以是一种原料或多种原料的混合；或进入反应器ⅱ反应原料或轻烃，为分开的或独立的多种不同原料；当进入反应器ⅱ反应原料或轻烃为多种分开的原料时，优先分层进入反应器ⅱ；当进入反应器ⅱ反应原料或轻烃为多种原料分层进入反应器ⅱ时，依次按实沸点或分子的c数顺序进入反应器，实沸点低的原料或c数少的组分在下方先进入反应器反应；c4为4个c原子的烃类；
28.混合c4组分、轻汽油组分、lco组分需要回炼时，优先在反应器ⅱ回炼；c4、轻汽油组分在反应器ⅱ回炼时，优先在进入反应器ⅱ反应原料或轻烃下方进入反应器ⅱ；当部分c4或轻汽油在反应器ⅰ回炼时，在进入反应器ⅰ反应原料下方进入反应器ⅰ；
29.或者，反应器ⅰ或反应器ⅱ设计成底部设置带内输送管的形式，进入反应器ⅱ反应原料或轻烃中，碳数低或实沸点低的组分进入内输送管反应，或石脑油、汽油、柴油组分中的一种或几种进入内输送管反应，c4进入输送管外部反应。
30.本实用新型的耦合反应器，设计了一种多反应器耦合的石油烃催化裂解制烯烃和芳烃的反应器，能实现不同原料在不同反应器不同条件下催化裂解，提高催化裂解制烯烃的产物选择性和效率，从而提高经济性。
附图说明
31.附图仅是对本实用新型实施方式的示意，具体实施不限于此。
32.图1为本实用新型实施例1的耦合反应器结构示意图；
33.图2为本实用新型实施例2的耦合反应器结构示意图；
34.图3为本实用新型实施例3的耦合反应器结构示意图；
35.图4为本实用新型实施例4的耦合反应器结构示意图。
36.图中编号标记内容如下：
37.1反应器ⅰ或重组分反应器；2反应器ⅱ或轻组分反应器，3反应器ⅲ，4气固分离器；
38.11蒸汽入口ⅰ，12反应器ⅰ反应原料入口，14催化剂入口ⅰ，19催化剂斜管ⅰ，f11进入反应器ⅰ反应原料，f12蒸汽ⅰ，v11催化剂控制阀ⅰ；
39.21蒸汽入口ⅱ，22（进入）反应器ⅱ反应原料入口，22a轻烃或蒸汽入口，23（轻烃或蒸汽）分布器，24催化剂入口ⅱ，26流化床反应区，27内输送管，28扩径反应区，29催化剂斜管ⅱ，f21进入反应器ⅱ反应原料或轻烃，f21a进入反应器ⅱ内输送管物流，f22蒸汽ⅱ，v21催化剂控制阀ⅱ；
40.33降温物流入口，即进入反应器ⅲ物流入口或降温或急冷液体入口，35反应器ⅲ出口。
具体实施方式
41.以下以具体实施例来说明本实用新型的技术方案，但本实用新型的保护范围不限于此。
42.如图1-4所示，具体实施过程如下：
43.具体实施时，优先设计成反应器ⅲ3和反应器ⅰ1上下同轴布置，反应器ⅱ2与反应器ⅰ1并列布置，反应器ⅰ1用于原料油裂解，反应器ⅱ2用于轻烃裂解；反应原料油即进入反应器ⅰ反应原料f11加热到20℃到350℃，用反应原料5%-15%的蒸汽雾化后从反应器ⅰ反应原料入口12进入反应器ⅰ1，蒸汽ⅰf12从蒸汽入口ⅰ11进入反应器ⅰ1，轻烃f21从反应器ⅱ反应原料入口22进入反应器ⅱ2，蒸汽ⅱf22从蒸汽入口ⅱ21进入反应器ⅱ2，来自再生器的催化剂分别从催化剂入口ⅰ14和催化剂入口ⅱ24进入反应器ⅰ1和反应器ⅱ2；当轻烃有多种分开进料的组成分时，反应器ⅱ2设多个或多层原料进口，碳数少的原料进口在下方；当反应器ⅱ2设置内输送管27时，内输送管27外设c4或碳数低的轻烃或实沸点低的轻烃进料口或分布器即轻烃或蒸汽分布器23，内输送管27下方设石脑油、汽油、柴油、凝析油等碳数多的轻烃进口，使这些轻烃原料进入内输送管27内部反应；设置蒸汽入口是常规做法。
44.实施例1：
45.采用图1所示的耦合反应器，设置有反应器ⅰ1，反应器ⅱ2和反应器ⅲ3；反应器ⅲ3顶部的反应器ⅲ出口35与气固分离器4连接，在反应器ⅲ3的出口设置降温物流入口33；
46.在反应器ⅰ1和反应器ⅱ2上部共用反应器ⅲ3，反应器ⅰ的出口和反应器ⅱ的出口相互连通并和反应器ⅲ的入口连通；
47.反应器ⅰ1和反应器ⅱ2设计为提升管反应形式；
48.反应器ⅰ1设置有催化剂入口ⅰ14、反应器ⅰ反应原料入口12和蒸汽入口ⅰ11，以分别向反应器ⅰ1引入催化剂、进入反应器ⅰ反应原料f11和蒸汽ⅰf12，连通催化剂入口ⅰ14的催化剂斜管ⅰ19上设置有催化剂控制阀ⅰv11；
49.反应器ⅱ2设置有催化剂入口ⅱ24、反应器ⅱ反应原料入口22以及蒸汽入口（图中未示出），以分别向反应器ⅱ2引入催化剂、进入反应器ⅱ反应原料或轻烃f21以及蒸汽，连通催化剂入口ⅱ24的催化剂斜管ⅱ29上设置有催化剂控制阀ⅱv21；
50.反应器ⅲ3设计为下部扩径、上部缩径形式；反应器ⅰ1与反应器ⅲ3同轴设置。
51.实施例2：
52.采用图2所示的耦合反应器，设置有反应器ⅰ1，反应器ⅱ2和反应器ⅲ3；
53.反应器ⅰ1采用提升管形式，与反应器ⅲ3同轴布置；
54.反应器ⅱ2采用流化床和提升管串联形式，流化床反应区26在下部，流化床反应区26内设内输送管27；在内输送管27下方的反应器ⅱ壳体上设轻烃或蒸汽入口22a和蒸汽入口ⅱ21，以分别引入进入反应器ⅱ内输送管物流f21a即轻烃或蒸汽，以及蒸汽ⅱf22；在流化床反应区26的壳体设反应器ⅱ反应原料入口22作为轻烃或c4或蒸汽入口，在内输送管27和流化床反应区26之间的环隙设置分布器23用于进入反应器ⅱ反应原料或轻烃f21即轻烃或蒸汽的分配；
55.反应器ⅲ3横截面积为反应器ⅰ1和反应器ⅱ2横截面积之和的4 倍。其余同实施例1。
56.实施例3：
57.采用图3所示的耦合反应器，设置有反应器ⅰ1，反应器ⅱ2和反应器ⅲ3；
58.反应器ⅱ2出口在反应器ⅲ3的出口或上部与反应器ⅲ3合并，其他与实施例2相同。
59.实施例4：
60.采用图4所示的耦合反应器，设置有反应器ⅰ1，反应器ⅱ2和反应器ⅲ3；
61.反应器ⅱ2中部设置扩径反应区28，反应器ⅱ2出口在反应器ⅲ3的出口或上部与反应器ⅲ3合并，其他与实施例3相同。