一种用于废轮胎热解油改质的催化精馏单元的制作方法

1.本发明涉及废轮胎资源化领域，尤其涉及一种用于废轮胎热解油改质的催化精馏单元。


背景技术：

[0002][0003]
热解油是废轮胎热解的主要产品，可作为燃油替代品。然而轮胎热解油馏程宽、烯烃含量高，导致其稳定性差、热值低、应用场景受限。目前主流的轮胎热解工艺中针对热解产生挥发分往往采取多级冷凝的收集工艺；催化剂的应用少且主要集中在与热解物料掺混的原位催化热解环节，目的主要是降低热解反应活化能并提高热裂解深度，尚且缺乏对热解油的催化改性提质，使热解油的凝点进一步降低、烯烃含量下降、饱和烃和芳烃的含量提升。
[0004]
在热解单元后增加催化改质单元及分馏单元是解决上述问题、提高热解油品质和经济性的必要手段。然而同时增加催化改质单元与分馏单元将会显著增加系统的复杂性及投资。此外，由于催化改质过程中富烯烃环境下催化剂不可避免的会出现较为严重的积炭现象，因而开发催化剂的在线更换技术是避免系统频繁起停，提高系统可用性的关键所在。


技术实现要素：

[0005]
为解决上述技术问题，本发明设计了一种用于废轮胎热解油改质的催化精馏单元，改善热解油品质，为冷却单元、分馏单元及催化改质单元相剥离所带来的系统高投资和高复杂性提供解决方案，同时耦合催化剂在线更换技术以提高系统可用性。
[0006]
本发明采用如下技术方案：一种用于废轮胎热解油改质的催化精馏单元，包括催化精馏塔、塔底回流泵、塔底回流冷却器、中段回流泵、中段回流换热器、汽提塔、柴油泵、柴油冷却器、催化剂料斗、催化剂排出管、催化剂冷却器、富气分离器、增压风机、塔顶回流冷却器、油气分离器、塔顶回流泵、三通阀门，催化精馏塔内从上到下平行设置多组精馏区，部分精馏区之间设置催化区，精馏区设置多个平行的泡罩塔板，相邻塔板之间通过降液管相连接；催化区设置上层平面网板、中层催化段及下层锥形栅板，中层催化段的顶部塔壁处开有催化剂进料口，与催化剂料斗通过进料阀门相连接；催化区底部塔壁处开有催化剂出料口，与催化剂排出管通过出料阀门相连接，催化剂排出管出口与催化剂冷却器入口相连接，催化剂冷却器出口与富气分离器入口相连接，富气分离器富气出口与增压风机入口相连接，增压风机出口与塔顶回流冷却器相连接，富气分离器废催化剂出口与后续的催化剂再生单元相连接；催化区上下相邻的精馏区通过降液管相连接。
[0007]
催化精馏塔底部出口与塔底回流泵入口相连接，塔底回流泵出口于塔底回流冷却器入口相连接，塔底回流冷却器出口分为回流管路与采出管路，回流管路与催化精馏塔内底部最后一级塔板的塔壁侧方入口相连接，采出管路与后续的油收集单元相连接。
[0008]
中段回流泵和中段回流换热器组成中段回流循环，中段回流泵入口与催化精馏塔中部某精馏区底部塔板的集油箱相连接，中段回流泵出口与中段回流换热器入口相连接，中段回流换热器出口与催化精馏塔内该塔板的上一级塔板的塔壁侧方入口相连接。中段回流分布于催化精馏塔中的一至数段精馏区，位于催化区之间的精馏区的中段回流循环维持热解油温在320~380℃，位于全部催化区之上的中段回流循环取走油气多余热量，以满足后续柴油馏分油采出要求。
[0009]
汽提塔进料入口与催化精馏塔中部某精馏区底部塔板的集油箱相连接，汽提塔顶部出口与催化精馏塔内该塔板的上一级塔板的塔壁侧方入口相连接，汽提塔底部入口与外源蒸汽管道相连接，汽提塔底部出口与柴油泵入口相连接，柴油泵出口与柴油冷却器入口相连接，柴油冷却器出口与后续的油收集单元相连接。
[0010]
催化精馏塔的顶部出口与增压风机出口管路合并后与塔顶回流冷却器入口相连接，塔顶回流冷却器出口与油气分离器入口相连接，油气分离器回流出口通过塔顶回流泵与催化精馏塔顶部塔板的塔壁侧方入口相连接，油气分离器采出出口与后续的油收集单元相连接，油气分离器富气出口与三通阀门相连接，三通阀门后主路与后续的富气处理单元相连接，三通阀门后支路与催化剂料斗相连接。
[0011]
催化精馏塔内的催化区所采用的催化剂模块由金属镂空球壳及球壳内部的球状催化剂构成，金属镂空球壳由两个半球壳连接而成，金属镂空球壳直径为60~150 mm；球状催化剂直径为10~30 mm，催化精馏塔内的催化区上层平面网板开孔率》85%，催化精馏塔内的催化区下层锥形栅板开孔率不小于60%，斜度为1:4~1:8，栅格长度方向平行于锥面母线，栅格宽不大于20 mm，催化精馏塔内精馏区的泡罩塔板数量为2~5个；催化区高度为0.8~1.2m，催化区总数目为2~8个，催化剂料斗具有密封盖与放气阀。
[0012]
本发明的有益效果是：（1）、本发明将废轮胎热解油气的催化改质和分馏在同一设备内实现，节约占地，降低了设备投资和系统复杂性；（2）、本发明采用塔底回流、中段回流及塔顶回流三级取热控制塔内温度分布，并在塔内适宜温度区间处布置相应催化反应所需的催化区，催化反应吸热由高温油气自身供热，无需外源热；催化反应放热由催化区上方精馏区的取热回流移除，不影响上部其他催化区温度；（3）、本发明可实现催化剂的不停机在线更换，催化剂更换全流程密封且闭环，采用塔顶分离富气作为全流程密封的催化剂更换环节的保护气，避免催化剂装填时外部空气进入精馏塔，同时避免塔内高温油气泄露出塔；（4）、本发明将塔板与填料的特点结合，于塔板上实现气液传热传质及气液平衡，于催化填料中进行气固催化反应，液相通过降液管自催化区上段精馏区输送至下端精馏区，不与催化剂直接接触，避免在催化剂表面形成液膜，导致传质速率的下降及催化效率的降低；（5）、本发明在催化精馏塔的催化区采用锥形栅板作为催化剂支承装置，在保证较大过流面积的同时，便于催化剂更换时球形催化剂模块通过重力作用向塔壁催化剂排出口滚动聚集，并自然卸出催化区，无需停炉降温打开塔壳便可取出失活催化剂。
附图说明
[0013]
图1是本发明的一种结构示意图；图2是本发明的一种局部放大图；图3是本发明中金属镂空球壳和球状催化剂的一种结构示意图；图4是本发明中下层锥形栅板的一种结构示意图；图中：1、催化精馏塔，2、塔底回流泵，3、塔底回流冷却器，4、汽提塔，5、柴油泵，6、柴油冷却器，7、塔顶回流冷却器，8、油气分离器，9、塔顶回流泵，10、三通阀门，11、催化剂料斗，12、催化剂排出管，13、催化剂冷却器，14、富气分离器，15、增压风机，16、中段回流换热器，17、中段回流泵，18、金属镂空球壳，19、球状催化剂，101、精馏区，102、催化区，103、进料阀门，104、降液管，105、上层平面网板，106、中层催化段，107、下层锥形栅板，108、出料阀门，109、泡罩塔板；ⅰ、高温热解油气，ⅱ、重油馏分油，ⅲ、轻组分油，ⅳ、蒸汽，
ⅴ
、柴油馏分油，ⅵ、待再生催化剂，ⅶ、出塔循环富气，
ⅷ
、轻油气，
ⅸ
、回流汽油馏分油，
ⅹ
、入塔循环富气，
ⅺ
、采出富气，
ⅻ
、采出汽油馏分油。
实施方式
[0014]
下面通过具体实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步的具体描述：实施例：如图1和图2所示，一种用于废轮胎热解油改质的催化精馏单元，包括催化精馏塔1、塔底回流泵2、塔底回流冷却器3、中段回流泵17、中段回流换热器16、汽提塔4、柴油泵5、柴油冷却器6、催化剂料斗11、催化剂排出管12、催化剂冷却器13、富气分离器14、增压风机15、塔顶回流冷却器7、油气分离器8、塔顶回流泵9、三通阀门10，催化精馏塔内从上到下平行设置多组精馏区，部分精馏区之间设置催化区，精馏区设置多个平行的泡罩塔板，相邻塔板之间通过降液管相连接；催化区设置上层平面网板、中层催化段及下层锥形栅板，中层催化段的顶部塔壁处开有催化剂进料口，与催化剂料斗通过进料阀门相连接；催化区底部塔壁处开有催化剂出料口，与催化剂排出管通过出料阀门相连接，催化剂排出管出口与催化剂冷却器入口相连接，催化剂冷却器出口与富气分离器入口相连接，富气分离器富气出口与增压风机入口相连接，增压风机出口与塔顶回流冷却器相连接，富气分离器废催化剂出口与后续的催化剂再生单元相连接；催化区上下相邻的精馏区通过降液管相连接。
[0015]
催化精馏塔底部出口与塔底回流泵入口相连接，塔底回流泵出口于塔底回流冷却器入口相连接，塔底回流冷却器出口分为回流管路与采出管路，回流管路与催化精馏塔内底部最后一级塔板的塔壁侧方入口相连接，采出管路与后续的油收集单元相连接。
[0016]
中段回流泵和中段回流换热器组成中段回流循环，中段回流泵入口与催化精馏塔中部某精馏区底部塔板的集油箱相连接，中段回流泵出口与中段回流换热器入口相连接，中段回流换热器出口与催化精馏塔内该塔板的上一级塔板的塔壁侧方入口相连接。中段回流分布于催化精馏塔中的一至数段精馏区，位于催化区之间的精馏区的中段回流循环维持热解油温在320~380℃，位于全部催化区之上的中段回流循环取走油气多余热量，以满足后续柴油馏分油采出要求。
[0017]
汽提塔进料入口与催化精馏塔中部某精馏区底部塔板的集油箱相连接，汽提塔顶部出口与催化精馏塔内该塔板的上一级塔板的塔壁侧方入口相连接，汽提塔底部入口与外
源蒸汽管道相连接，汽提塔底部出口与柴油泵入口相连接，柴油泵出口与柴油冷却器入口相连接，柴油冷却器出口与后续的油收集单元相连接。
[0018]
催化精馏塔的顶部出口与增压风机出口管路合并后与塔顶回流冷却器入口相连接，塔顶回流冷却器出口与油气分离器入口相连接，油气分离器回流出口通过塔顶回流泵与催化精馏塔顶部塔板的塔壁侧方入口相连接，油气分离器采出出口与后续的油收集单元相连接，油气分离器富气出口与三通阀门相连接，三通阀门后主路与后续的富气处理单元相连接，三通阀门后支路与催化剂料斗相连接。
[0019]
如图3和图4所示，催化精馏塔内的催化区所采用的催化剂模块由金属镂空球壳18及球壳内部的球状催化剂19构成，金属镂空球壳由两个半球壳连接而成，金属镂空球壳直径为60~150 mm；球状催化剂直径为10~30 mm，催化精馏塔内的催化区上层平面网板开孔率》85%，催化精馏塔内的催化区下层锥形栅板开孔率不小于60%，斜度为1:4~1:8，栅格长度方向平行于锥面母线，栅格宽不大于20 mm，催化精馏塔内精馏区的泡罩塔板数量为2~5个；催化区高度为0.8~1.2m，催化区总数目为2~8个，催化剂料斗具有密封盖与放气阀。
[0020]
如图1和图2所示，该用于废轮胎热解油改质的催化精馏单元使用时，来自5000吨/年废轮胎热解炉的550℃高温热解油气ⅰ于催化精馏塔1底部最后一级泡罩塔板109下方入塔，于精馏区101与来自塔上方的低温热解油进行传热传质，经气液平衡后离开本级塔板向上移动。离开最后一级塔板的重油馏分油ⅱ汇集至塔底，由塔底采出，经过塔底回流泵2提高压头，经塔底回流冷却器3将油温由410℃降低至206℃，一部分回流至最后一级塔板，用以控制热解油气首次进入催化区温度约为380℃；其余重油馏分油ⅱ采出，送至后处理及收集单元。热解气离开精馏区101首次进入催化区102，通过下层锥形栅板107进入中层催化段106。中层催化段106内堆满由金属镂空球壳18及其内部的球状非临氢降凝催化剂所构成的催化剂模块，与热解气进行气固接触催化降凝反应。该段催化反应结束后，热解油气上升离开中层催化段106，通过上层平面网板105进入上部精馏区101，精馏区的液态油通过降液管104穿过催化区102输送至下级精馏区101的首块塔板。由于催化降凝反应吸热，离开催化降凝反应区的热解油气温度降低至340℃，在通过数段精馏区101完成气液平衡过程之后，进入催化氢转移反应区，以降低热解油中烯烃含量，提高饱和烃及芳烃含量。由于氢转移反应放热，离开催化降凝反应区的热解油气温度升高，在通过数段精馏区101完成气液平衡过程之后继续上行。热解反应油气交替通过精馏区、催化降凝反应区与氢转移反应区，直至完成催化改质过程。
[0021]
于催化精馏塔的一个或数个精馏区设置中段回流循环，将精馏区底部塔板的集油箱的液态油抽出，依次通过中段回流泵17及中段回流换热器16，送回该塔板的上一级塔板上。位于催化反应区间的中段回流循环目的是控制热解油气温度处于320~380℃间；最顶部的中段回流循环所处的精馏区101位于所有催化区102之上，目的是对热解油气的热量进行回收，使热解油温降低至170℃。
[0022]
于最顶部中段回流循环抽出塔板所抽出的热解油送至汽提塔4，与塔底上行的外源蒸汽ⅳ接触进行汽提，将柴油馏分油中的轻组分油ⅲ分离并送回催化分馏塔1中的上级塔板。合格的柴油馏分油
ⅴ
于汽提塔4塔釜采出，经柴油泵5增压后通过柴油冷却器6降温至40℃，送至后续的油收集单元。
[0023]
催化分馏塔顶采出的轻油气
ⅷ
经塔顶回流冷却器7冷却至40℃后进入油气分离器
8分离出富气及汽油馏分油。回流汽油馏分油
ⅸ
通过塔顶回流泵9返回催化精馏塔1的第一级塔板，用以控制塔顶温度为125℃；剩余采出汽油馏分油
ⅻ
送至后续的油收集单元。富气在常规运行时作为采出富气
ⅺ
送至后续的富气处理单元。
[0024]
在催化剂更换时，在催化剂料斗中填满再生后催化剂后关闭料斗密封盖，切换三通阀门10，使入塔循环富气
ⅹ
作为保护气充入催化剂料斗11，打开放气阀，排出料斗内空气，关闭放气阀。打开进料阀门103与出料阀门108，将催化区102中的待再生催化剂卸出至催化剂排出管12，同时将催化剂料斗11中再生后催化剂卸入催化区102。待再生催化剂ⅵ通过催化剂排出管12进入催化剂冷却器13，通过循环冷却水间接换热降温至40℃后进入富气分离器14进行气液固分离。分离后得到的出塔循环富气ⅶ，通过增压风机15后与塔顶采出的轻油气
ⅷ
混合，送入塔顶回流冷却器。
[0025]
以上所述的实施例只是本发明的一种较佳的方案，并非对本发明作任何形式上的限制，在不超出权利要求所记载的技术方案的前提下还有其它的变体及改型。

技术特征：
1.一种用于废轮胎热解油改质的催化精馏单元，其特征是，其包括催化精馏塔、塔底回流泵、塔底回流冷却器、中段回流泵、中段回流换热器、汽提塔、柴油泵、柴油冷却器、催化剂料斗、催化剂排出管、催化剂冷却器、富气分离器、增压风机、塔顶回流冷却器、油气分离器、塔顶回流泵、三通阀门，所述催化精馏塔内从上到下平行设置多组精馏区，部分精馏区之间设置催化区，精馏区设置多个平行的泡罩塔板，相邻塔板之间通过降液管相连接；催化区设置上层平面网板、中层催化段及下层锥形栅板，中层催化段的顶部塔壁处开有催化剂进料口，与催化剂料斗通过进料阀门相连接；催化区底部塔壁处开有催化剂出料口，与催化剂排出管通过出料阀门相连接，催化剂排出管出口与催化剂冷却器入口相连接，催化剂冷却器出口与富气分离器入口相连接，富气分离器富气出口与增压风机入口相连接，增压风机出口与塔顶回流冷却器相连接，富气分离器废催化剂出口与后续的催化剂再生单元相连接；催化区上下相邻的精馏区通过降液管相连接；催化精馏塔底部出口与塔底回流泵入口相连接，塔底回流泵出口与塔底回流冷却器入口相连接，塔底回流冷却器出口分为回流管路与采出管路，回流管路与催化精馏塔内底部最后一级塔板的塔壁侧方入口相连接，采出管路与后续的油收集单元相连接；中段回流泵和中段回流换热器组成中段回流循环，中段回流泵入口与催化精馏塔中部一精馏区底部塔板的集油箱相连接，中段回流泵出口与中段回流换热器入口相连接，中段回流换热器出口与催化精馏塔内该塔板的上一级塔板的塔壁侧方入口相连接；汽提塔进料入口与催化精馏塔中部一精馏区底部塔板的集油箱相连接，汽提塔顶部出口与催化精馏塔内该塔板的上一级塔板的塔壁侧方入口相连接，汽提塔底部入口与外源蒸汽管道相连接，汽提塔底部出口与柴油泵入口相连接，柴油泵出口与柴油冷却器入口相连接，柴油冷却器出口与后续的油收集单元相连接；催化精馏塔的顶部出口与增压风机出口管路合并后与塔顶回流冷却器入口相连接，塔顶回流冷却器出口与油气分离器入口相连接，油气分离器回流出口通过塔顶回流泵与催化精馏塔顶部塔板的塔壁侧方入口相连接，油气分离器采出出口与后续的油收集单元相连接，油气分离器富气出口与三通阀门相连接，三通阀门后主路与后续的富气处理单元相连接，三通阀门后支路与催化剂料斗相连接。2.根据权利要求1所述的一种用于废轮胎热解油改质的催化精馏单元，其特征是，所述催化精馏塔内的催化区所采用的催化剂模块由金属镂空球壳及球壳内部的球状催化剂构成。3.根据权利要求2所述的一种用于废轮胎热解油改质的催化精馏单元，其特征是，所述金属镂空球壳由两个半球壳连接而成，金属镂空球壳直径为60~150 mm。4.根据权利要求2所述的一种用于废轮胎热解油改质的催化精馏单元，其特征是，所述球状催化剂直径为10~30 mm。5.根据权利要求1所述的一种用于废轮胎热解油改质的催化精馏单元，其特征是，所述催化精馏塔内的催化区上层平面网板开孔率>85%。6.根据权利要求1所述的一种用于废轮胎热解油改质的催化精馏单元，其特征是，所述催化精馏塔内的催化区下层锥形栅板开孔率不小于60%，斜度为1:4~1:8，栅格长度方向平行于锥面母线，栅格宽不大于20 mm。7.根据权利要求1所述的一种用于废轮胎热解油改质的催化精馏单元，其特征是，所述
催化精馏塔内精馏区的泡罩塔板数量为2~5个。8.根据权利要求1所述的一种用于废轮胎热解油改质的催化精馏单元，其特征是，所述催化区高度为0.8~1.2m，催化区总数目为2~8个。9.根据权利要求1所述的一种用于废轮胎热解油改质的催化精馏单元，其特征是，所述催化剂料斗具有密封盖与放气阀。10.根据权利要求1所述的一种用于废轮胎热解油改质的催化精馏单元，其特征是，所述中段回流循环分布于催化精馏塔中的一至数段精馏区，位于催化区之间的精馏区的中段回流循环维持热解油温在320~380℃，位于全部催化区之上的中段回流循环取走油气多余热量。

技术总结
本发明公开了一种用于废轮胎热解油改质的催化精馏单元，包括催化精馏塔、塔底回流泵、塔底回流冷却器、中段回流泵、中段回流换热器、汽提塔、柴油泵、柴油冷却器、催化剂料斗、催化剂排出管、催化剂冷却器、富气分离器、增压风机、塔顶回流冷却器、油气分离器、塔顶回流泵、三通阀门。本发明改善热解油品质，为冷却单元、分馏单元及催化改质单元相剥离所带来的系统高投资和高复杂性提供解决方案，同时耦合催化剂在线更换技术以提高系统可用性。剂在线更换技术以提高系统可用性。剂在线更换技术以提高系统可用性。


技术研发人员：孙锴 占顺 徐燕洁 吴海茜
受保护的技术使用者：西子清洁能源装备制造股份有限公司
技术研发日：2023.03.22
技术公布日：2023/8/5