专利名称：循环床共同进料转化反应器的制作方法
技术领域：
本发明主要涉及催化增强的转化体系，特别涉及那些在其体系中，转化产物是通过将进料气体与一种合成剂特别是催化剂颗粒，在合成条件下相接触进行制备的体系。优选的是本发明针对就地氧化催化剂的再氧合作用和轻烃如甲烷，通过与该氧化的催化剂接触转化为较高级烃。
一般低分子量进料气体特别是轻烃如甲烷催化转化为较高级烃如汽油涉及到已有技术。过去已经使用了多种反应器设计，包括固定床反应器和流化床反应器，这些设计包括将气体与一种氧化的催化剂接触，然后，一般是用水蒸汽将催化剂汽提以便从催化剂中除去残留的烃。然后在一再生器中将该催化剂与空气接触，使催化剂再氧合，之后，通常将催化剂再汽提一次以除去氮气，然后再循环返回反应器。
这些反应器设计有几点缺陷。例如单独的再氧合作用容器常常显著的增加系统费用。而且，常常需要大量的催化剂。在一定体系中，通过在相对低的气速，如在4英尺/秒或更低气速下操作反应器就可在经济上满足反应器重量小时空速(“WHSV”)要求。在降低的气速下操作往往会产生气体返混，必需设挡板，而挡板可能会导致催化剂颗粒的大量磨损，这取决于挡板的设计。还可有其它的不经济地扩大或增高转化反应器的设计。本发明称这些为将进料气体转变成转化产物在改进反应器设计和方法中共同性缺陷和建议。
本发明主要针对用于将一种物料，优选一种原料气体转化为转化产物的系统，该转化是通过将该反应物料与一种合成剂，特别是固体催化剂颗粒接触实现的。在本发明的一种优选的实施例中，反应器可以在较高的空速(以1bs/hr进料/1b催化剂)下操作，这可降低传统反应器系统中所需要的大量催化剂用量。在一优选的实施例中，空气和纯氧气可被用来就地再氧化氧化合成剂并合成转化产物;不仅所需的催化剂用量小，而且不需要单独的再氧合容器。
一个主要的方面为，所述的设备包括一个反应器，该反应器包括(a)一个第一反应区，该区优选包括用于在一高的速度下向上输送物料的具有均匀直径的狭窄的反应器段或立管;(b)一个第二反应区，该区优选包括具有一均匀或逐渐扩大的直径，优选为园锥形的转化反应器，该反应区用于降低从第一反应区向上通过转化反应器的物料速度;(c)用于输送合成剂，如催化剂的输送装置，该装置用于将合成剂与再生剂接触以形成合成混合物，所述合成剂最好至少有一部分再生，更好的是完全再生。所述再生是在第一反应区内通过将其与再生剂，如氧气接触以形成合成混合物而实现的;(d)推进装置，该装置以高初始速度推送合成混合物经过第一反应区;和(e)接触装置，该装置用于将合成混合物与进料气体以足够长的时间进行接触以产生转化产物，所述的合成混合物包括合成剂和再生剂。在本发明的一个优选实施例中，所述的设备还包括(f)用于在第二反应区中降低合成混合物速度的速度降低装置，所希望的将进料气转化为转化产物优选在第二反应区内完成;(g)用于在所希望的转化完成后加速流出物流或“产物混合物”的装置;所述“产物混合物”包括转化产物，合成剂，和剩余的进料气;(h)用于从第二反应区除去产物混合物的装置;和(i)用于从产物混合物中分离合成剂的装置，优选为一种洗提器或分离器。
在本发明的一个优选实施例中，所述系统包括一循环床反应器，该反应器有第一和第二串联的反应区，每个区包含竖直的反应器段，第二段比第一段有较大的最大直径，以便使含有合成剂，再生剂和进料气的“反应物混合物”通过循环床反应器，减速向上进入第二反应器段，在该段，保持足够的时间以实现所希望的进料气转化成转化产物。优选地合成剂为一种氧化的催化剂，它与一种氧化剂接触，并且在被输送经过所述两个反应区时被再氧化。
在
图1所示的本发明的实施例和下面的详细讨论中，所述的设计的设备用于将含有轻烃如甲烷的原料转化成较高级的烃。该设备包括一个循环床反应器用于就地再氧化一种氧化的催化剂，同时将进料气转化成较高级的烃。在反应器中颗粒催化剂在合成条件下接触进料气，优选为在第二反应区接触，将甲烷转化成较高级的烃。这些较高级的烃非限制性地包括乙烷，乙烯、丙烯、和芳烃如苯和甲苯。一个关键地方面是催化剂是在反应器中时被再氧化的。优选为，当反应物混合物迅速向上开始进入反应器的两个反应区时催化剂的再氧合作用和进料气的转化在反应器中同时发生。
本发明的另一个主要着眼点是针对一种用于将含有轻烃如甲烷的进料气，通过将该气体在合成条件下与固体颗粒接触而合成为转化产物的方法。该方法包括在一高初速下向上推进或以相同方法输送一种含固体合成剂颗粒(优选为催化剂颗粒)和再生剂的反应混合物，使之经过一个第一反应区并朝向一第二反应区，在第二反应区中降低合成混合物的速度，将合成混合物与进料气接触，并且在一所希望的转化率下将进料气体合成为转化产物。优选为，在进料气进入第二反应区之前，在进料气开始转化成转化产物之前，进料气接触装置将进料气与合成混合物接触以形成反应物混合物。优选为，该方法还包括在第一和/或第二反应区中将合成剂再氧化，将合成剂从第二反应区移出，将再氧化的合成剂从转化产物中分离出，以及将再氧化的合成剂从转化产物中分离出，以及将再氧化的合成剂再循环返回第一和第二反应区域这些步骤。
一般所期望的是本发明可适用于任何将反应物料，特别是反应气体转化成合成产物的催化增强的过程，特别是要求最低限度的副反应的那些过程。这样，虽然本发明优选针对轻烃催化增强转化为较高级的烃，它还可以被用于其它过程。
图1是一种用于甲烷转化的循环床反应器的平面垂直投影图。
本发明的一个优选实施例示于图1中，图1表示用于共同进料反应器系统的优选设计的一个平面垂直投影图。该优选的实施例包括一个反应器，一个分离器102和联合的旋风分离器。图1示出的是一个单个的旋风分离器104，但固体分离领域里的专业人员会理解，为了实现分离排出气体中的固体所希望的水平可能需要使用附加的旋风分离器。
图1中的反应器包括一个高速立管113和一个较低速转化反应器100。一般来说，高速立管113的直径应足够大以便从立管底部112将足够量的合成剂如催化剂颗粒输送到用于将进料气转化为转化产物的转化反应器100。立管113被串联并最好直联到降速的转化反应器100上，该反应器的一端是漏斗形或锥形的，该反应器的直径逐渐扩大，到120处为最大，从而当快速移动反应混合物向上运动经过反应器100时，其速度降低。在相对的方向上，该降低速度的转化反应器100的另一端为漏斗形或锥形的，该反应器的直径从最大直径点120处开始逐渐变窄，从而使产物混合物通过该反应器时其速度增加。虽然在图1中示出的立管113和转化反应器100是两个单独的部件，但很明显，一种单一结构也同样适用，反应器的尺寸取决于依不同过程而变化的传统设计系数和过程参数，并可由本领域的专业人员提供以实现所希望转化。例如用于立管中的反应混合物速度约40英尺/秒和在转化反应器中最宽点处的速度为约7英尺/秒，可实现25%-35%的甲烷转化为较高级烃。
优选为，该设备还包括一个所希望的在进料气转化以后，将产物混合物以一增加的速度从转化反应器引出的高速排出管122。产物混合物在排出管中的速度一般与经过排出管122的混合物的体积流速有关，可由排出管的直径来控制，反过来，它又与作用在经过立管113的混合物上的推力有关。这样，排出管122直径越小，混合物的速度越大。在排出管中的混合物速度的增加有助于减少进料气与较高级烃或其它转化产物的所不希望的副反应。在此所用的术语“速度”应理解为指全部颗粒/气体混合物的平均速度，无论它是合成混合物，反应物混合物，还是产物混合物都是如此。
图1所示的上述设备被用于氧化还原共同进料过程时具有一些优点，在所述过程中进料气的转化和合成剂的再氧化同时发生。例如对于使合成剂再氧化不必使用单独的设备。进一步而言，共同进料系统显著改进了空速要求，从而保证了在该设备中比在传统的反应器中需要较少的催化剂。而且，由于返混被减至最少或被消除，本发明的串联反应器或立管段不需要内挡板，这样，减化了反应器的设计，结构和操作。一般来说，通过反应器的低的温度降是该反应器设计的一个优点。这样对于转化甲烷成较高级的烃，不管反应的放热特性怎样，都不必进行反应器的冷却，并且除了在高的转化率如转化率大于约30%的情况下，不需要冷却系统。
在操作中，来自分离器102的催化剂由于重力作用通过催化剂输送管106，管106由滑阀18控制。在分离器102和立管113之间存在着由在立管113中的合成混合物的高速度和在分离器102的静压头引起的压力降，该压力降有助于使合成剂通过输送管106在立管底部112处流向立管113。虽然可以借助控制流向反应器的合成剂的流动的装置来调节合成剂的输送速率，但在一种优选的方案中，输送速率是由滑阀18来调节的，然后在立管113中，用压缩空气和/或富氧空气110吹起合成剂，通过入口114进入立管底部112，以形成一种含有空气和/或氧气和合成剂的合成混合物。在所述的推进状态，合成混合物以高速向上流向转化反应器，所述高速，对于这里所提到的那些以及其它的氧化的催化剂来说，优选为10.7-15.2m/s(35-50ft/s)，甚至可高达、24.4m/s(80ft/s)。
虽然进料气116可以是在沿立管113各点109处被引入反应器，但优选为进料气116在点118处被引入反应器100，在该点处，反应器的直径开如增加。反应器直径的增加有自动降低反应混合物速度的效果，从而增加了催化剂的停留时间。为了得到所希望的甲烷转化率，所需要的停留时间可以由本领域里的技术人员根据实际条件算出。在上述的一个优选的实施例中，最大直径120处的为约2.1m/s(7ft/s)。
对于本发明的循环床上流反应器的物料平衡计算取决于所用的催化剂，所希望的转化率，操作温度和压力以及反应器的尺寸等。例如，在一种假定情况下，所期望的是，对于35%的转化率，轻烃在入口118处可以以每kg催化剂1.4kg/h的流速被引入反应器中，催化剂经过立管113和转化反应器100的循环流速为约每kg/h甲烷180kg/h。催化剂的平均颗粒尺寸为约100-150微米，其堆积密度为约1.52Mg/cum(95Lbs/cuft)。
优选为，反应器在温度为约760-870℃(1400-1600°F)之间，压力在约0.21-0.55MPa(30-80psia)之间下操作。在开始时和在低转化率下操作时，进料气体在进入反应器之前被予热。然而，在高转化率时，甲烷进料可在环境温度下被引入。
在点120后反应器直径减小，从而使流出物流或产物混合物加速流向反应器出口管或流出管122。所述加速有助于减少任何可能出现的副反应。在该优选的实施例中，流出物流(或产物混合物)被加速至约12m/s(40ft/s)。含有催化剂和包括未被合成的轻烃如甲烷和合成产物如较高级烃气体流出物流(或产物混合物)，通过喷咀124切向引入分离器102中，所述喷咀再一次使物流加速。在该优选的实施例中，该物流以约17m/s(55ft/s)的流速进入分离器102。
在分离器102中可以实现催化剂从气体中的大部分分离。本发明的分离器广泛地包括任何用于从固体颗粒中分离或除去产物混合物中的剩余气体的传统装置。参照图1，本发明的一个特定的实施例包括一个蒸汽喷洒器103作为分离步骤的部件。当阀105开启时，通过除去催化剂微孔中被夹带的产物气体，该蒸汽喷洒器应能气提分离器中的催化剂颗粒。在该分离步骤后，如通过将催化剂与蒸汽接触以除去残留烃后，催化剂排出分离器经催化剂输送管106被循环送入反应器100。由于氧化剂的再氧化出现在两个反应区，不需要为再氧化去收集密集床中的催化剂。催化连续循环经过该系统，所以需要较少的催化剂贮量。在排出反应器后，仍含有催化剂细粒的气体经通风管126上升，流经排放管128，并切向送入旋风分离器104。为了进一步减少副反应，可以用在排放管126中的骤冷装置(优选为水)将排放物流冷却到约760℃(1400°F)或更低。可选择的骤冷装置可包括用于间接冷却的冷却盘管。在所述的旋风分离器中可以实现催化剂颗粒的进一步分离，被分离出的催化剂颗粒通过如密封腿130被输送至分离器102。从旋风分离器104顶部排出的气体可通过将其送入一单级旋风分离器或一组多级并联的旋风分离器来进一步分离剩余的催化剂颗粒，从而实现所希望的固体回收率。
在一个主要方面，本发明的设备包括第一和第二反应区，在向上流动型的反应器中给定一稳定的容积流速，所述的两区应这样设计，使在第一反应区中的合成剂在通过第二反应区时，高的初始速度被自动降低。优选为容积流速部分由一种可变的推力来调节，所述推力如是由在立管底部112处向上流入的加压上升气如空气和/或氧气(如希望的话还可是进料气)提供的。所述加压上升气还优选在立管113中产生一低密度区，从而有助于催化剂经过反应器的循环。另外，所述流速还可以部分由在立管113中一个或多个位置处引入进料气体来控制。参照图1所示的本发明的特定实施例，第一区包括立管113，第二区包括转化反应器100，在该优选的实施例中，凭借逐渐增加转化反应器100的直径来使合成或反应混合物的高的初始速度自动降低。
在本发明的另一个主要方面，提供用于将合成剂与再生剂接触的输送装置。优选为，合成剂包括一种物体颗粒催化剂，再生剂包括一种氧化剂如空气和/或纯氧气。图1中，所述输送装置包括一输送管106，该管将合成剂从汽提器或分离器处送到立管/反应器处，在该处，该气体与氧化剂混合。
本发明的另一个主要方面是推进装置提供给合成剂(如一种颗粒催化剂)一高的初始速度。参照图1，所述的推进装置优选为一种加压物流，该物流以高的初速度向上引经立管113的氧化气体。该加压物流在立管和合成剂进料管106的连接处被引入，以使合成剂不聚集成形一密集床，而是被输送，最好被立即推送与氧化气体一起，以一高的初速度流向转化区，转化区始于进料气体与合成剂开始接触的位置，优选为在立管113和反应器100的连接处。图1所示的反应器设计的一个优点为，用于移送催化剂经过该系统的力可以由加压气体物流来提供，该物流可以由一个阀方便地调节。优选的包括一种氧化剂以使氧化的催化剂再氧化的加压气体进入立管113，还可调节立管113中的合成或反应混合物的密度以及分离器102和反应器100之间的压差，以提供催化剂经过系统的循环。
在图1中，进料气体经入口118被引入反应器中，进料器在此与合成混合物中的合成剂接触。更主要的是，所述设备可以包括任何用于使合成混合物与进料气体接触的装置，优选为正好在合成剂进入上流反应器型的转化反应器之前使它们接触。然而，当并不认为将进料气的转化限制在反应器100中是合适需要的时候，进料气体接触装置可以设在相对于反应器的不同的位置。例如参照图1，进料气体可以在含氧气体引入口114处附近引入，例如在立管底部112处引入，以使进料气体到转化产物的合成始于立管113中。
本发明的一个重要方面是用于将合成剂的第一速度降为第二速度的速度降低装置。一般说来，合成剂的第一速度可通过提供一种具有两个反应区的竖直上流反应器被降低。(1)所述第一区包括具有第一直径和包括推进和再生装置的一个反应段，和(2)所述第二区包括具有第二直径的一个转化反应段，其中第二直径比第一直径大。第一和第二反应区应按照所需要的停留时间来设计，停留时间可按照进料气体转化产物，所希望的转化率，催化剂或其它合成剂的种类等而变化。
在上流侧和下流侧之间，催化剂-气体混合物的密度应当平衡。在图1所示的实施例中，上流侧包括立管113和转化反应器100，下流侧包括汽提器/分离器102和催化剂输送管106。所述密度平衡为催化剂通过该系统的连续流动提供最小的催化剂滞流量，这样减少了为操作该系统所需要的催化剂量。该设备应如此设计，使催化剂在被送经立管期间的速度足够高。以降低在任何位置处的返混。
本发明的另一重要方面是第一和第二反应区的相关直径，可保证合成剂颗粒保持特有的高和低的速度。例如，在图1所示的循环床共同进料反应器中，立管113的直径应小于转化反应器100的最大直径，在立管113中的合成混合物速度应大于在反应器100中的速度。在本发明的一个优选的方案中，通过立管113的合成混合物的速度约12m/s(40fe/s)，通过主要转化反应器100的反应混合物在点120处的速度约2.1m/s(7ft/s)，它在点122处的排出速度约17m/s(55ft/s)。优选为立管113是竖直的，以使催化剂颗粒在合成混合物中均匀地分布通过立管的横截面，然而，立管113也可以一角度倾斜，只要合成剂的循环基本上不被阻碍就行。
当该设备被用于将甲烷转化成较高级烃时，进料气可以是纯的或与较少量其它轻烃或惰性物质混合的甲烷，在一优选的实施例中，进料气体是天然气，该天然气是已经就地处理过的脱硫的和除去水以及一定比例的可冷却的烃，一般为丙烷和较高级烃。可供选择的是，可使用炼油厂排放出的废气体。
为了使轻烃转化成较高级烃，所述氧化的合成剂应当包括至少一种含有至少一种金属的可还原的氧化物;所述金属选自锰、锡、铟、锗、铅、锑和铋，优选为锰。如果氧化的合成剂进一步包括至少一种助催化剂，将是有利的，所述助催化剂选自碱金属，碱土金属，以及它们的化合物，优选为锂的化合物。更优选的是，氧化的合成剂进一步包括由硼和硼的化合物组成的组中的至少一种物质。
优选为，合成剂为一种含有一种载有氧化的合成剂的传统的载体材料的催化剂。优选的催化剂的成分和制备公开在美国专利US4，499，322和4，777，313中。在此被用作参考，但也可以使用其它适用的已知的催化剂。更优选为该催化剂含有一种锰的氧化物作为氧化剂，还带有一种锂化合物和硼或一种硼化合物作为助催化剂。为了减少或防止催化剂失活，进一步优选为反应器系统中的所有的湿表面被覆盖上适宜的衬里如一种高氧化铝耐熔物质。
在图1所示的共同进料反应器中，通过与原料共同进料的氧气源的引入，将催化剂就地再氧化。在一优选的实施例中，使用的是压缩的富氧空气，但空气或蒸汽以及纯氧是另外可能的氧源。富氧空气可由压缩空气通过一适宜的氮气提取装置(未示出)提供。任何已知的用于提供富氧空气的技术都可以被使用，包括除去氮气的变压吸附法(PSA)和/或一个低温空气分离装置，氮气优选地收集和销售或用作其它的用途。来自催化剂分离设备102的催化剂可以被引入反应器中，优选为在输送管106和立管113的接合处，与富氧的空气物流一起引入。使用压缩空气以提供一种流化的上流催化剂。所述轻烃原料优选从反应器较低部位引入，并在催化剂和轻烃一起向上流动相互接触时，进行合成，优选为发生在所述的第二反应器内。根据本发明，优选的轻烃转化率为25%和35%之间。
本发明的另一方面是针对一种用于将进料气转化或合成为一种转化产物的方法，该方法是通过在反应或合成条件下将进料气与固体颗粒接触而实现。该方法主要包括推送合成混合物的步骤，它包括将含有固体合成剂颗粒和再生剂的合成混合物以第一种速度从第一反应区向上推向第二反应区，最好不含进料气体，将合成混合物与进料气接触，降低所得到的反应混合物的速度，在第二反应区内将反应混合物中的进料气合成为转化产物。虽然合成混合物中的固体颗粒可以在第一和第二反应区内的任何地方与进料气接触，但优选为所述接触是在合成混合物已实现第一种速度之后和合成混合物进入第二反应区之前发生。
优选为，该方法还包括就地在第一和/或第二反应区将合成剂再氧化的步骤，最好在立管113中在与进料气接触之前进行，或在转化反应器100中合成期间进行。该方法还最好包括将产物混合物从第二反应区内除去，从转化产物中分离出再氧化合成剂，并将再氧化的合成剂再循环返回第一和第二反应区。
在一优选的方面，本发明针对于一种用于将轻烃转化成较高级烃的改进方法。该方法包括推送合成剂的步骤，将一种合成剂如一种催化剂向上通过优选含有一立管的第一反应区到优选包括一转化反应器的第二反应区;降低在第二反应区中合成剂的速度，以便有足够的时间去实现所希望的轻烃到较高级烃的转化，优选为25%至35%。所述的方法还优选包括将氧化的合成剂与一种氧化剂，如空气，蒸汽或纯氧接触，就地在第一和第二反应区内将合成剂再氧化。优选地，该方法进一步包括增加第二反应区中的产物混合物的速度，从第二反应区内除去产物混合物，将较高级烃的合成剂汽提并将合成剂再循环返回反应区。
一个特别优选的方面是本发明针对一种用于将进料气中的甲烷转化成较高级烃的方法，在转化时，在高速循环反应器中利用一种适宜的氧化源实现催化剂的就地氧化。设计一种全面体现本发明和示于图1的方案的反应器，该设计使气体和固体颗粒实现单向流，这样就避免了需要任何内部挡板的步骤，该步骤常常在传统反应器中被用于防止或减少反应气体的返混。本方法的一个有利的特点包括在限止反应区停留时间的同时，实现了所希望的甲烷转化率，这样就防止了不希望有的过多的副反应并提供了高选择性转化。
本发明的进一步有利的方面为，在一放热转化反应中，如甲烷的转化，催化剂颗粒从反应器区循环到分离器区，其特点为所提供的催化剂量足以作为一种热井操作，用于转化反应，从而提供了一种反应器的绝热操作，并优选消除了任何在反应器中冷却的需要。反应器中的温度上升可以通过调节进料气予热来降低。当希望有附加冷却时，可将锅炉给水(“BFW”)注入分离器中，蒸发的BFW用于汽提产物气体中的催化剂的操作。
非常明显，在上述实施例中可以作出许多修改，但并不脱离本发明的范围，本发明的范围将由权利要求书来限定。反应器系统的设计可稍不同于图1所示的设计。但仍保持与本发明相同的原理，例如取代分开的竖管和转化反应器，将第一和第二反应区合并成一个单一的转化反应器，该反应器在底部有一有第一种直径的狭窄的管段以将合成剂以一高速向上输送到反应器顶部，该顶部增宽到一第二种直径以降低在反应器顶部的被输送的合成剂的速度，在其中可发生进料气的转化。在一可供选择的设计中，在图1中被布置为与转化反应器串联的立管也可以不是完全竖直的，并且转化反应器的尺寸可以不是锥形的，只要可按照要求降低合成混合物速度就可。更进一步，虽然本发明提出不需要一个附加的用于合成剂的再氧化容器，但本发明的设备可以包含这样的一个容器作为一个附加特征。
虽然本发明的主要目标是转化轻烃成较高级烃，但应当理解本发明也可适用于其它过程，例如馏出液和重油馏分到较低分子量产物的催化裂化。虽然优选的实施例涉及氧化催化剂再生剂，应当考虑到所述再生剂可以包括一种还原剂，通过还原而不是氧化作用在反应物进料上。在这样的情况下，还原剂的再生自然会包含与本文所述的再氧化不同的装置。
权利要求
1.一种用于将一种进料气转化为一种转化产物的上流循环流化床反应器。包括第一和第二串联的反应区，每个区包括一个竖直的反应器段，还包括用于将一种合成剂向上输送经第一反应区且进入第二反应区的装置，其特征在于所述第二反应区的竖直反应器段的直径大于所述第一反应区的竖直反应器段的直径，从而使向上输送的合成剂在第二反应区内被减速。
2.一种用于将进料气转化成产物气的设备，包括一种含有一个第一反应区和一个第二反应区的上流反应器，所述第一反应区与所述第二反应区串联设置，所述两个反应区被布置为使合成剂从所述第一反应区上流到所述第二反应区。用于将一种合成剂与一种再生剂接触的输送装置，所述接触在所述上流反应器的所述第一反应区内发生;用于将所述合成剂与所述再生剂一起以第一种速度从所述第一反应区向上送往所述第二反应区的输送装置;用于将所述合成剂与所述进料气接触的接触装置;和用于在上述第二反应区降低所述的合成剂、再生剂和进料气的所述的第一种速度的速度降低装置，以便有足够的时间将进料气转化成转化产物。
3.按权利要求2所述的设备，其特征在于所述第一反应区包括一个立管和所述第二反应区包括一个转化反应器。
4.按权利要求3所述的设备，其特征在于所述转化反应器的直径大于所述立管的直径。
5.按权利要求3或4的设备，其特征在于所述立管是能输送含有固体颗粒的流化床。
6.按权利要求5的设备，其特征在于所述被输送的固体颗粒的速度至少为12m/s(40ft/s)。
7.一种用于通过将甲烷与合成剂接触，然后将合成剂再生将甲烷转化成较高级烃的设备，包括一个用于将所述合成剂从一第一端输送到一第二端的高速立管;一个用于从所述高速立管接收所述合成剂的低速转化反应器，所述转化反应器有一第一端和一第二端，该转化反应器的尺寸足以将甲烷以所希望的转化率转化成较高级烃;其特征在于该高速立管相对低速转化反应器串联布置，立管的第二端面对转化反应器的第一端，以便将合成剂从高速立管输送到低速转化器;和其中低速转化反应器的直径是可变的，转化反应器在其第一端和第二端之间的位置的直径大于所述转化反应器的第一端处的直径，以便输送合成剂从高速立管经过所述转化反应器时速度减慢。
8.按权利要求7的设备，还包括用于将所述合成剂通过所述高速立管和所述低速转化反应器再循环的装置，所述再循环装置包括用于调节合成剂通过所述立管和反应器的流速以控制所述甲烷转化的放热反应的装置;和用于将一种使合成剂再生的再生剂注入高速立管中的装置。
9.如权利要求8所述的装置，其特征在于所述合成剂包括氧化的催化剂颗粒，所述再生剂包括一种含氧气体。
10.用于由含甲烷的进料气合成较高级烃的设备，包括具有一第一反应段和一第二反应段的一种上流转化反应器;所述第一反应段包括一个用于将氧化的催化剂颗粒输送进并通过所述第二反应段的立管;所述第二反应段包括用于将甲烷转化成较高级烃的装置;所述第一和第二反应段包括用于将所述氧化的催化剂颗粒就地再氧化的装置。
11.按权利要求10所述的设备，还包括用于在所述第二反应区内降低所述氧化的催化剂颗粒的速度的装置。
12.按权利要求11所述的装置，其特征在于所述第二反应段包括一个被连接到所述立管上的转化反应器，所述转化反应器具有一第一端、第二端，和在所述第一和第二端之间的中间部位，所述第一端被布置在所述立管附近，所述用于降低所述氧化的催化剂颗粒的速度的装置包括一种在所述转化反应器中的漏斗形表面，其中，所述转化反应器的直径从所述第一端到所述转化反应器的中间位置是增加的。
13.如权利要求10、11或12所述的设备，还包括一容器，该容器包括一个用于在所述氧化的催化剂颗粒进入所述第一种和第二反应区之前汽提所述氧化的催化剂颗粒的汽提器。
14.按权利要求13的设备，还包括一个被连接到所述容器上的输送管，该管用于将汽提后的催化剂颗粒引入一立管中，所述立管是所述上流转化反应器的第一反应区的一个部件，所述汽提过的催化剂颗粒在所述立管中被再生。
15.按照权利要求10所述的设备，另外包括(a)一个排出管，用于除去所述氧化的催化剂颗粒、未反应的甲烷和较高级烃;(b)用于将所述催化剂从所述未反应的甲烷和较高级烃中分离出的装置;和(c)用于将所述被分出的催化剂返回所述第一和第二反应段的装置。
16.一种通过将进料气与固体颗粒在合成条件下接触而将进料气转化成一种转化产物的方法，包括下述步骤将含有固体合成剂颗粒和再生剂的一种合成混合物以第一种速度从第一反应区向上送往第二反应区;将合成混合物与进料气体接触;降低得到的反应混合物的速度;和在反应混合物处于第二反应区期间将在反应混合物中的进料气合成为转化产物。
17.如权利要求16所述的方法，其特征在于合成混合物已达到第一种速度之后和在合成混合物进入第二反应区之前，合成混合物被接触。
18.如权利要求16所述的方法，还包括在所述反应器的一个或两个所述反应区内的位置将合成剂再氧化的步骤。
19.如权利要求18所述的方法，其特征在于再氧化步骤是在合成剂与进料气接触前，在立管中实现的。
20.如权利要求19所述的方法，其特征在于再氧化步骤是在转化反应器内将进料气合成为转化产物期间完成的。
21.如权利要求16的方法，还包括将产物混合物从第二反应区中除去，将分离的再氧化合成剂返回第一和第二反应区。
22.一种用于将轻烃转化成较高级烃的方法，其步骤包括将合成剂在基本竖直的方向上向上送经含有一立管的第一反应区到达包括一转化反应器的第二反应区，以及降低在第二反应区中的合成剂的速度，以提供足够的时间实现轻烃转化成较高级烃所希望的转化率。
23.如权利要求22所述的方法，其特征在于所希望的转化率为25%-35%。
24.如权利要求23的方法，进一步包括在所述一个或两个反应区中就地将氧化的合成剂与一种氧化剂接触，且将合成剂再氧化。
25.如权利要求22的方法，进一步包括在完成所希望的转化以后，增加在第二反应区中的产物混合物的速度，从第二反应区中除去产物混合物，从合成剂中除去较高级烃，和将合成剂再循环返回反应区。
全文摘要
本发明提供了一种用于将进料气转化成转化产物的上流流化循环床反应器，包括第一和第二串联的反应区，每个反应区包括一竖直的反应段，还包括有用于将合成剂向上输送通过第一反应区并进入第二反应区的装置，其中所述第二反应区的竖直反应段的直径大于所述第一反应区的竖直反应段的直径，因而向上输送的合成剂在第二反应区中被减速。本设备特别适于利用再循环和再生的一种氧化的催化剂将甲烷转化成较高级的烃。
文档编号C10G2/00GK1059898SQ91104559
公开日1992年4月1日 申请日期1991年6月1日 优先权日1990年6月1日
发明者查兰吉特·S·贝恩斯, 贝扎德·扎沙雅里 申请人:莱昂德尔石油化学公司