[发明专利]一种流化催化裂化催化剂纯氧再生工艺和制氢方法

说明书

技术领域

本发明属于石油化工技术领域，特别涉及一种用于流化催化裂化催化剂的纯氧再生工艺，并同时利用尾气中的CO制备氢气的方法。

背景技术

流化催化裂化（FCC）是现代炼油厂中使重油转化为轻油的核心技术，而催化裂化系统的核心装置是提升管裂化反应器和再生器。在FCC工艺中，原料油进入提升管裂化反应器，并与来自再生器的热催化剂接触发生反应，转化为更为轻质的高价值产品。但同时伴随副产物焦炭的生成，生成的焦炭覆盖催化剂表面而使催化剂活性下降，结焦催化剂在分离区与烃类蒸汽分离，然后进入再生器再生。

近年来，随着原料油的不断开采，原料油趋向重质化，品质不断降低， N、S含量较高，原料油中C/H原子比升高，碳质过剩，带来的问题主要有：（1）导致FCC工艺中催化剂再生过程热量严重过剩；为了保持FCC工艺反应器-再生器热平衡，不得不采用外取热装置将催化剂再生中产生的热量转化为蒸汽能，属于低品质能量利用；（2）为了满足FCC裂化条件和产品油的品质，必须对原料油进行加氢预处理和对产品油进行加氢精制，因此如何获得廉价的氢气资源已关系到炼油企业整体经济性，一直是困扰炼油厂的难题；（3）催化剂再生烟气中SO_x、NO_x浓度高，随着人们环保意识的增强，FCC工艺中催化剂再生过程必须考虑SO_x、NO_x的脱除。考虑到FCC工艺中催化剂再生过程热量过剩和氢气资源的缺乏，将FCC工艺中催化剂再生过程产生的CO转化为氢气化学能，是一种高品质能量利用。

中国专利CN1400159公开了一种利用催化剂再生烟气制氢的方法，该方法是在第一再生器中，积碳的催化剂与空气在较低温度下（500~660℃）接触反应，经分离后的烟气送至后续水蒸气变换制氢过程，半再生催化剂进入第二再生器进行高温再生。从专利说明书上看，由于第一再生器温度较低，导致了CO产率低，因而其氢气产率较低；而且该工艺只考虑了第一再生器产生SO_x、NO_x的脱除，由于第一段再生器温度过低，大量的SO_x、NO_x在第二再生器中产生，排放至大气。

中国专利CN102031140公布了一种劣质重质油加工焦炭气化的组合方法，该方法将待生催化剂与氧含量为12~30vol%体积的氧气和水蒸气的混合气在600~1000℃下接触，使焦炭发生气化反应，得到合成气和半再生催化剂；合成气送入水蒸气变换单元制氢，半再生催化剂送入再生器完全再生。从专利说明书中看，其积碳催化剂在短时间内水蒸气气化需要在高于700~900℃高温下进行，在如此高温下的FCC工艺中催化剂的水热失活问题严重，其工艺有待验证。

发明内容

本发明正是针对FCC工艺中催化剂再生过程热量严重过剩而氢气资源相对缺乏的现状，对比现有技术，提出了一种更有效的FCC工艺中催化剂纯氧再生工艺和利用再生烟气制备氢气的方法。

本发明提出的一种FCC工艺中催化剂纯氧再生工艺和利用再生烟气中CO制氢的方法，包括以下步骤：

（1）来自提升管裂化反应器的待生催化剂与来自再生器底部的纯氧气体逆流接触，形成再生器底部富氧区和再生器顶部还原区的氧化-还原环境；

（2）从再生器底部流出的再生催化剂进入提升管裂化反应器继续参与裂化反应；

（3）来自再生器的再生烟气与来自提升管裂化反应器的经旋风分离的气提尾气汇合，经余热回收装置回收显热后，得到富含CO的气体，送至后续制氢过程；

（4）来自步骤（3）的富含CO的气体与引入的水蒸气并流，进入水蒸气变换单元，与水煤气变换催化剂接触并发生反应，反应后的气体经碱液吸收池吸收脱除CO₂、少量H₂S和氨气后得到氢气。

本发明的有益效果为：

（1）由于待生催化剂是用纯氧再生，以1份的氧气量可相当于5份的空气量的再生能力，从而减少了气体量，故再生器的体积可大大减小；同时，排放的烟气中减少了4倍于氧气的氮气，故烟气携带的能量损失也大大降低；

（2）利用再生过程产生的CO通过水蒸气变换反应转化为氢气化学能，显著提高能量利用品质和效率；

（3）待生催化剂与氧气逆流接触，再生器底部为富氧环境，使再生催化剂含C量低于0.03wt%；再生器顶部为还原环境，使再生烟气中氧气含量接近于0，烟气中S以H₂S为主，经碱液吸收脱除，显著降低烟气中S含量对变换催化剂的影响；