专利名称：一种循环的流化系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及了一种循环的流化系统，更特别是涉及了这样的一个系统，即在下流型反应器中，气体物料进行预定的反应，反应器中使用着细碎的固体物料如催化剂和加热介质，它们通过系统来进行循环。
在已知的反应系统中，引入固体颗粒如催化剂或加热介质与反应物接触。流化床型的反应器是这类反应系统的典型例子，反应系统的反应器分为密相流化床(气泡式流化床)和高速移动床。高速移动床用于固体和气体短时间接触的反应中。目前，在以重油为原料生产汽油的流体催化裂解设备中，主要使用被称为“立管”的上流型高速移动床反应器。由于这种反应器改进了催化能力，因此能减少接触时间，由此增强了最终产品的选择性并减少了多余的第二次裂解反应。
然而，立管式设备出现了所谓的“返混”的问题，这是由于上升的混合物在其向下的重力的作用下，部分固体物料或气体物料的流动方向与主流方向相反而造成的一种现象。如果发生气体物料的返混，那么部分气体物料在未完全反应的情况下，就会从反应器中分离出去，由此极大地缩短了接触时间，而另一方面，由于延长了接触的时间，加强了另一部分气体物料的反应如过度的裂解，由此导致了反应物变差。固体物料的返混使得一部分固体物料在恶劣的条件下在反应器中停留很长的一段时间，由此降低了反应的效率。
最近，为了避免这个问题，日本专利公开公报第4-261494、美国专利第5,462,652、美国专利第4,385,985和日本专利第252325均公开了缩短接触时间、并避免气体或固体物料的返混的发生的方案，由此改进了反应产物的选择性的下流型反应器。然而，考虑到在现有技术中反应和再生是作为循环流化床系统的一个整体而连续进行的，因此仍然会出现一些问题。特别是，现有技术在以下方面并没有得到令人满意的结果，即通过下流反应器，落下来的固体物料返回到上游位置，在该位置处可以有效的方式再次使用再生的固体物料这一方面。
例如日本专利公开公报第4-261494中提出了用传输气体将再生的催化剂提升到反应器的入口。然而，由于气体是作为提升催化剂的介质而不是作为再生催化剂的燃烧气体，因此在该系统中需要极大增加吹风机的容量，这样就使得设备的结构复杂，从经济观点考虑这个设备是没有优越性的。美国专利第5,462,652也存在着同样的缺陷。
美国专利第4,385,985公开了用在上流型再生器中的燃烧气体来提升催化剂。然而，因下列原因发现这篇美国专利在实际使用中仍存在着以下困难，即该现有技术中未提到压力损失的问题、提升催化剂的工作量补偿的问题和由此而产生的在引入再生空气的入口压力增加的问题，该压力被形成在汽提装置的密相催化床的静压所抑制。若入口的压力增至大于密相催化床的静压时，由于燃烧的空气反向流入汽提装置，使催化剂不能循环。
为了解决这一问题，人们企图以增加汽提装置中的密相床的高度来增加在汽提装置中的静压而不是在入口处的压力。然而，这种企图最终也以失败而告终，因为这必须要增加提升催化剂的距离，结果就增加了提升催化剂所需要的压力损失。另外，增加汽提装置的压力的设想也增加了再生器上部的压力，其中再生器通过反应器与汽提装置相连。因此就增加了开在再生器的下部用于引入空气的入口处的压力。再者，若增加燃烧空气的吹动速率，就减少了再生器中催化剂的密度并且也降低了压力损失。然而，因为增加了空气的总量，所以这种方案在经济上都是可行的。上面所提到的日本专利提出了通过从再生器的下部引入循环空气来将催化剂提升到反应器的入口，因此它也存在着同样的缺陷。
如上所述，因为固体要依次在反应器、汽提装置、再生器、再到反应器中循环，同时将使用下流反应器的循环流化床系统中的空气量减到了最小值，因此在循环中维持压力平衡是相当困难的。由于固体物料的循环率很大，所以就需要很大的能源来提升固体，因此维持设备中的这种压力平衡更加困难。
在一个目的是要改善短接触时间的反应产物的选择性的方法中，在尽可能缩短接触时间的情况下，为了维持高的转换速率，反应希望在高混合比率下进行。从这个观点来出发，所需的系统包括一些以串联方式连接的流化床的元件或移动床的元件，该系统的结构简单，无需运送固体物料的气体并能很容易地维持压力的平衡，使固体物料平稳地进行循环。在这里所用的术语“流化床的元件”是指组成反应系统或设备的一系列单独的容器型的元件，反应材料和输送的气体在反应系统或设备中的一个方向上连续地流动。
考虑到现有技术中所存在的上述缺陷，本发明是要寻找一种循环的流化床系统，该系统结构简单，无需使用输送气体就能维持压力平衡，使固体物料平稳地进行循环。
本发明提供了一种用作催化剂或加热介质的粉末状固体物料的循环系统，该系统包括以下组合一个下流移动床形成元件，固体物料供入到它的上部；一个与下流移动床形成元件的下部相连的第一密相流化床形成元件；具有一个入口的第二密相流化床形成元件，固体物料通过一个速率调节元件被引入到其入口中，在这部分中的压力分配得很底；和具有底端的上流型移动床形成元件，其底端与第二密相流化床形成元件的上端相连并纵向延伸，所述的固体物料通过第二速率调节元件供入到下流移动床形成元件中，所述的第一密相流化床形成元件中的固体密度维持在仅比上流型移动床形成元件中的固体密度高出0.4-0.8g/cm3的范围内。
本发明还提供一种系统，该系统包括以下组合一个下流型移动床形成元件，所述的固体物料供入到它的上部；一个与下流移动床形成元件的下部相连的第一密相流化床形成元件；一个具有一个入口的第二密相流化床形成元件，所述的固体物料通过一个立管和第一个速率调节元件被引入到其入口中，在这部分中的压力分配得很高；和具有底端的上流型移动床形成元件，其底端与第二密相流化床形成元件的上端相连并纵向延伸，固体物料通过第二速率调节元件供入到下流移动床形成元件中，第一密相流化床形成元件中的所述固体的密度维持在仅比所述的上流型移动床形成元件中的固体密度高出0.4-0.8g/cm3的范围内。
在本发明的系统中，第一密相流化床元件如汽提器被安装在下流型移动元件如反应器的下面。通过将形成再生部分的第二流化元件和与再生区相连的上流型移动床元件如高速和中速流化床的结合，系统中的气体如空气可作为介质来提升固体物料。以这种方式，需要较少的压力损失，固体物料就可被提升到系统的上游。再者，固体物料从第一元件通过第二元件的上端、而不是通过它的下端引入到第二元件中，其中第二元件下端的压力随着固体物料的静压而增加。
另外，本发明的系统可作一些改变如固体物料通过与第二元件的下部的一端相连的一根立管被引入到压力较高的第二元件的下部，这样可以利用立管中固体的静压。因此，能够建立和维持固体物料的循环，用简单的流量机械就能维持压力的平衡，而无需增加整个系统的体积并且无需提供额外的空气来提升固体物料。
参照下面的附图，从下面的详细描述中将能更好地理解本发明的上述特征、其它的特征和优点。
图1为本发明的一个实施例的示意流程图。
参见图1，它显示了本发明的系统10的典型实例。在该系统中，烃油如重油的裂化反应是用粉末状的固体物料作为催化剂来进行，催化裂解反应的催化剂为硅铝，该催化剂从上游供给到已知的垂直的下流型反应器中，该反应器形成一个构成下流型的移动床元件的高速移动床。反应后的产品在与反应器11相连的分离器29中被分离并通过管道24从系统10除去。粉末状的固体催化剂在系统中依次在垂直的下流型高速移动床反应器11和汽提器12(第一密相流化床的形成元件)、密相流化床型的再生器13(第二密相流化床的形成元件)、高速和中速移动床型的上流再生器14(一个上流移动床的形成元件)即立式再生器、喂料漏斗15中流动，最终返回到反应器11中。通常把由泵增压的含有烃气体作为压力源的气体、通过与固体物料接触而被蒸发的烃油或气体如由锅炉产生的蒸汽和惰性气体如由压缩机增压的氮气引入到反应器11中或构成第一元件的其它组件中。在本发明的系统中，原料如烃油通过管道22供入到一个喷射器中。原料可为气体或液体。如果原料为液体，当它与固体物料混合，可由喷射器12蒸发。
安装在反应器11下端并与之相连的高速分离器29被供有反应产物。它是烃气体和粉末状固体催化剂的混合物。在大部分固体从分离器29的混合物中除去后，所得到的气体被移入第二个分离器18中，该气体通过管道24从系统中除去，此时气体中只有少量的固体。随后，把气体引入的系统中，来回收蒸馏塔中的反应产物。第二分离器18最好是一个切向型旋风除尘器。另外，如果需要缩短接触时间的话，可取消分离器29并将气体和固体反应产物的混合物直接引入到一个切向型旋风除尘器中。从分离器的混合物中所除去的固体通过浸入管20被引入到汽提器12中。
送至汽提器12中的固体形成了密相床，并且用从管道19引入的的惰性气体如蒸汽来除去留在固体上或固体间的烃。以这种方式，来自压力源的气体被供入到汽提器12和第一元件的其它组件中，其中的气体是从锅炉中产生的蒸汽、由压缩机加压的惰性气体如氮气。在本发明的系统中，上面所提到的烃与惰性气体如蒸汽一起通过管道23引入到回收系统(图中未示出)中。
从汽提器12底部卸出的固体通过阀门31被引入到再生器13中，其中阀门31构成第一流速的调节元件。管道26与再生器13的上半区域相连，在再生器13中的压力随着它的斜度大幅度而逐级递减，而再生器13的底部区域的压力是随着固体的静压力而增加的，这样就可以从汽提器12中引入固体。与上半区域连接的精确位置由公式P≤(PT+PB)/2确定，其中P是固体被引入区域的压力，PT为再生器13顶部的压力和PB为再生器13底部的压力。因为密相床的内部被认为是一个完全混合床，所以即使管道26与再生器13的上半部区域相连，也不会降低固体的再生效率。管道26的一部分可由一根立管替代，以改变与再生器13的连接位置，这一方式在下文中将详细描述。
在再生器13中，固体与从管道21中供给的再生空气接触，然后通过将沉积在固体上的含碳物料或汽提器中不完全除去的未分解的烃油燃烧来进行固体再生。以这种方式，通常将压力源中的气体如用压缩机增压空气、用泵增压烃气体和通过与固体接触而蒸发一部分的烃油供入再生器和构成第二密相流化床的元件的其它组件中。
再生器13的上部分与立式再生器14(上流再生器)相连，在立式再生器14中形成高速和中速低相流化床。加入到再生器13中的所有固体和再生气体引入到立式再生器14中，立式再生器的直径要小于再生器13的直径。
在立式再生器14中，固体和气体形成了高速或中速移动床。结果减少了固体的密度和气体的静压。因此可把固体提升到系统(设备)的上游。
通过再生器13的锥形上部与立式再生器14相连，再生空气可用作提升空气。因此，因为不必供入提升固体的空气，就能减少供入空气的装置如吹风机的容量，因此，可以简化设备的结构，方便操作并较为经济。
在再生器13中完全消耗掉了燃烧空气中的氧气时，那么立式再生器中的空气只是传送固体的介质。若未完全消耗掉燃烧空气中的氧气，那么在立式再生器14中空气既可用于燃烧也可作为传送固体的介质。为了便于燃烧，可在立式再生器的入口供入再生空气。固体可从喂料漏斗15经过管道27被循环到再生器13中。
一般来说，在系统(设备)中使用下流型反应器，就必须把落入反应器下部的固体提升到系统的上游。据此，因为本发明可以合理地向上输送固体，所以它更加经济。
从立式再生器的上部提升的固体暂时储存在喂料斗15中，然后引入到喷射器17中再与通过管道22供入的烃原料混合并在反应器11中进行反应，而再生空气通过分离器16并经过管道25从系统中卸出。如果借助阀门和立管的组合能够避免从立式再生器14到喷射器17空气运送中泄漏，可省去喂料漏斗15。
从上面所描述的整个系统看，沿着图1的逆时针方向，从汽提器12的底部出口到它的进口，其平衡压力逐渐降低。降低的原因是在以下几处存在着压力损失即在第一速率调整元件的阀门31处、在立式再生器14中、在第二速率调整元件的阀门30处、在喷射器17中、在反应器11中和在高速分离器29中。在这些压力损失的情况下，第一元件上部的压力要高于它下部的压力，即在流动方向上压力是增加的，使得固体不能循环。在流动方向上的压力差的问题被在第一元件12中形成固体的密相流化床的静压所克服。因此，固体不能在经分离器的密相流化型再生器的压力损失大于第一元件的固体静压的条件下进行循环。
用公式来表示上述提到的系统中固体的循环条件Hs×ρs/10＞Hr×ρr/10+ΔPb×2+ΔP’…(I)其中H为在汽提器12中的形成的密相流化床的高度(m)，ρs为在汽提器12中的形成的密相流化床的密度(g/cm3)，Hr为在立式再生器14中形成的流化床的高度(m)，ρr为在立式再生器14中形成的流化床的密度(g/cm3)，ΔPb为在阀门30和31处的压力损失，ΔP’为在系统的其它部分中的压力损失。
从图1中可明显地看出，若Hs大的话，Hr也会增加。用以下公式来表示Hs和Hr之间的关系Hr＝Hs+ΔH…(II)。在这个公式，ΔH代表包括反应器11在内的下流移动床形成元件的高度，因此当进行系统设计时，这个高度不能自由确定。公式(I)可用公式(II)来描述Hs(ρs-ρr)＞ρr×ΔH+ΔPb×2+ΔP’…(III)。
ΔPb是由阀的性质决定的，通常是在0.1至0.5kg/cm2的范围内，因此也限制了设计系统的选择性。ΔP’的选择范围是0.1至0.3kg/cm2，因此也限制了其选择性。
首先，当(ρs-ρr)减少时，就增加了Hs，这就意味着要增加系统的高度，致使增加了系统的成本。
以下给出了本发明的实例，ρs取最大值，ρr取最小值，这样在尽可能地减少了Hs的情况下，使系统得到了最佳的设计。如果把在第一密相流化形成元件的固体密度控制在仅比在立式再生器4的固体的密度高出0.4至0.8g/cm3的范围内的话，就可得到理想的ρs和ρr值。
本发明可获得与上面所描述的系统的结构相似的系统。该系统与图1所示的系统大致相同，所不同的是管道26一部分用一个立管替代，管道26可与再生器13的下半部相连，这里所述的“立管”是指垂直放置或相对于垂直方向倾斜45°的并填充固体管子。立管加入流化作用所需的最小量的气体，或在根本没有气体加入的情况下，提供了最大的固体密度。管道26底部的压力随着立管的静压而增加，立管要高于再生器13高度的一半。因此在把固体引入到再生器的下半部分时，能使固体维持着稳定的循环并能得到如图1所示的系统所得到的相同效果。
下面将用实施例中的试验结果来进一步地描述本发明，使本发明的系统更加具体化。
实施例1使用堆积密度为0.85g/cm3的固体作为流化裂解催化剂，并使用如图1所示的系统。汽提器12的密相流化床的高度为9米，用于汽提的蒸汽的线速度为0.1m/s。再生器13的高度为1米。再生器13中燃烧空气的线速度为0.6m/s。立式再生器14的高速为3米。立式再生器14中燃烧空气的线速度为3.6m/s。在这些条件下，能建立催化剂稳定的循环。
汽提器12、再生器13和立式再生器14中的每种催化剂的密度分别为0.77g/cm3、0.530g/cm3、0.07g/cm3。阀门30和31的压力损失为0.1g/cm2。管道26在距再生器13的上端0.2米处与其相连。
实施例2实施例2与实施例1的程序相同，所不同的是管道26在距再生器的上端0.8米处与其相连，即相当于距下游的阀门31长度为0.5m的部分管道26与再生器相连，并组成了一个垂直的立管。与实施例1相同，实施例2也能建立催化剂稳定的循环。
对照例1与实施例1的程序相同，所不同的是用于汽提的气体在柱中的空塔速度为0.8m/s，降低了汽提器12的静压，并降低了阀20和21的压差。这样就停止了催化剂的循环。
对照例2与实施例1的操作条件相同，所不同的是立式再生器14的气体在柱中的空塔速度为0.9m/s，并增加了立式再生器14中的压力损失。这样就停止了催化剂的循环。
对照例3与实施例1的操作条件相同，所不同的是用于汽提器12的气体在柱中的空塔速度为0.01m/s。降低汽提效率并减少反应物的产量。另外，增加了再生器的发热量，这样就不能控制反应器11的温度。
如上所述，在本发明的系统中，用较小的压力损失固体就能提升到设备的上部，因为汽提器安装在反应器的下游，就增加了在汽提器中形成的密相流化床的静压，并且因为提升固体使用了再生空气，并且通过形成密相移动床的再生器和形成高速和中速移动床并与再生器的上端相连的上流再生器的结合使提升固体成为了可能。另外，在本系统中，固体催化剂从汽提器引入到密相流化床再生器的上部，而不是它的下部，其中下部的压力随着固体的静压而增加。因此依靠平衡系统的压力而不是依靠输入运送固体的气体和增加设备的体积，就能建立稳定的固体循环，由此简化了流程。
另外，通过改变引入装置的一部分即通过立管把固体从汽提器引入到再生器中，固体能被引入到密相流化床再生器的下部，在此压力很高，通过使用立管中固体的静压也能产生同样的效果。
权利要求
1.一种用作催化剂或加热介质的粉末状固体物料的循环系统，包括以下组合一个下流移动床形成元件，所述的固体物料供入到它的上部；一个与所述的下流移动床形成元件的下部相连的第一密相流化床形成元件；一个具有一个入口的第二密相流化床形成元件，所述的固体物料通过一个速率调节元件被引入到其入口中，在这部分中的压力分配很低；和具有底端的上流型移动床形成元件，其底端与所述的第二密相流化床形成元件的上端相连并纵向延伸，所述的固体物料通过第二速率调节元件供入到所述的下流移动床形成元件中，所述的第一密相流化床形成元件中的所述固体的密度维持在仅比上流型流化床形成元件中所述的固体的密度高出0.4-0.8g/cm3的范围内。
2.一种用作催化剂或加热介质的粉末状固体物料的循环系统，包括以下组合一个下流移动床形成元件，所述的固体物料供入到它的上部；一个与所述的下流移动床形成元件的下部相连的第一密相流化床形成元件；一个具有一个入口的第二密相流化床形成元件，所述的固体物料通过一个立管和第一个速率调节元件被引入到其入口中，在这部分中的压力分配很高；和具有底端的上流型移动床形成元件，其底端与所述的第二密相流化床形成元件的上端相连并纵向延伸，所述的固体物料通过第二速率调节元件供入到所述的下流移动床形成元件中，所述的第一密相流化床形成元件中的所述固体的密度维持在仅比上流型移动床形成元件中所述的固体的密度高出0.4-0.8g/cm3的范围内。
3.如权利要求1和2所述的系统，其特征在于所述的下流移动床形成元件包括一个垂直方向的下流高速移动床型的反应器。
4.如权利要求1和2所述的系统，其特征在于所述的第一密相流化床形成元件包括一个汽提装置。
5.如权利要求1和2所述的系统，其特征在于所述的第二密相流化床形成元件包括一个密相流化床型的再生器。
6.如权利要求1和2所述的系统，其特征在于所述的上流型移动床形成元件包括一个高速和中速移动床的立式再生器。
全文摘要
本发明公开了一种用作催化剂或加热介质的粉末状固体物料的循环系统。该系统与传统的系统相比,结构简单,无需使用输送固体的气体,并能很容易地维持压力的平衡,使固体以稳定的方式进行顺畅地循环。
文档编号B01J8/18GK1200951SQ98108249
公开日1998年12月9日 申请日期1998年3月13日 优先权日1997年3月13日
发明者池田米一 申请人:日本石油株式会社