反应和再生系统的制作方法

专利名称：反应和再生系统的制作方法
发明的背景本发明涉及在烃转化反应中有用的径向流动催化反应和再生系统。
用于催化烃转化加工的反应和再生系统是人所共知的。典型的系统具有至少一个反应器和至少一个再生区。在反应器中，固体催化剂颗粒促进了特定的烃转化反应的进行并同时在某种程度上失活。失活的催化剂颗粒被输送至再生区以进行再活化，并且将再活化后的催化剂颗粒输送回反应器中。
典型地，反应器为径向流动反应器，其中反应物料流在通过垂直放置在延长的室中的环状催化剂床的径向料流中得到处理。将催化剂颗粒保持在用同轴地放置在垂直放置的外管状催化剂保留网中的内管状催化剂保留网(通常用穿孔或开槽的中心管支持)定义的、垂直放置的环状催化剂保留区中。系统可以使用多于一个反应器，并且每一反应器可以包含多于一个环状催化剂床。催化剂可以从一个环状催化剂床流动至串联或并联流动形式的下一个床。多个环状催化剂床可以相互水平间隔(例如在并列的反应器中)或相互垂直间隔(例如在堆叠的反应器中)。每一催化剂床可以是移动的填充床并且颗粒可以由重力流动而移动。使用此类反应器的烃转化过程的例子是石蜡的催化重整、催化脱氢，烷基芳香化合物的催化脱氢，以及石蜡的脱氢二聚环化。适用的径向流动反应器的信息参看US-A-3,647,680、US-A-3,692,496、US-A-3,864,240、US-A-4,104,149、US-A-4,133,743、US-A-4,167,553、US-A-4,325,806、US-A-4,325,807、US-A-4,567,023和US-A-5,879,537。
进入环状催化剂床的反应物已经被加热并以升高的温度进入。反应物再加热反应器壁、网和催化剂，从而使整个反应器在升高的温度下在稳定状态下操作。即使如此，取决于所发生的反应是吸热的还是放热的以及热损失，在反应器或环状催化剂床中的温度会在空间上变化。但是，只要温度大致恒定，此类温度差别不会成为问题，并且在反应器的机械设计中通常得到处置。类似地，在逐渐地或以被控制的方式完成加热和冷却的条件下并且在温度变化的程度不过大的条件下，反应器中温度的上升或下降不会引起反应器机械完整性方面的问题。这样，反应器壁、网和催化剂能够以催化剂床体积实际恒定、催化剂床中催化剂的量实际恒定、并且在反应器中没有机械破坏的形式相对于彼此并按照它们的热膨胀系数膨胀或收缩。
但是，非常快的、不受控制的或不均匀的加热和冷却或大幅度的冷却则是非常不同的。如果反应器开始时处于稳态和升高的温度下，反应物流的损耗会给包含固定量催化剂的催化剂床的体积造成极大瞬间差异。内网可能比壁较早和较快冷却，这样可能使床容积扩大。由于床是由重力流动供给的，这样就可能允许更多催化剂进入床。但是，一旦壁也开始冷却，床容积可能减小，并且由于床此时较以前包含了更多的催化剂，床压强可能上升。这种颗粒间应力又可能在内网和外网上产生极大的力，而内网和外网在极端的载荷下是可能崩溃或破裂的。进入反应器的反应物所使用的加热器的停机也可能有同样的影响。
US-A-3,647,680中描述了一个反应和再生系统。更具体而言，US-A-3,647,680的附图
显示了环状床13、活底料斗22、升降机衔接器25和分离料斗28。该系统可以用于通过将催化剂颗粒从床13的底部取出并通过活底料斗22和提升装置接合器25将其输送到分离料斗28来降低床的压强和释放环状床13中的网上的应力。但是，该系统具有几个缺点。首先，当反应器中的条件快速变化时，即使将那些催化剂颗粒输送至其他地方对于再生区的操作更有利，该系统仍将催化剂颗粒从反应器输送到再生区。第二，即使再生区停机(这是由于引起反应器床压强上升的相同情况经常也引起再生区的停机)，该系统仍将催化剂颗粒输送至再生区。因此，人们还在寻找其他降低床压强的反应和再生系统。
发明的概述本文公开了一种用于降低反应器中催化剂颗粒重力流动环状床中的应力而没有任何催化剂颗粒向反应器外的净输送的反应和再生系统。该系统具有将催化剂颗粒从反应器出口输送至处于反应器中较高位置的反应器入口的装置。该系统释放床中的应力而不将净数量的催化剂颗粒输送至再生区。即使在再生区停机时，该系统仍具有降低环状床中应力的能力。
据此，本文公开了用于实现反应物料流与以环状床的形式可以通过重力流动而通过系统移动的催化剂颗粒的径向流动接触以及用于减少床中应力的反应和再生系统。该系统包括具有环状催化剂保留区的反应器。催化剂保留区具有上部和位于上部以下的下部。第一催化剂入口端口与催化剂保留区上部相连通。第一催化剂出口端口与催化剂保留区下部相连通。用于将催化剂颗粒至少部分再生的再生区与第一催化剂出口端口相连通以从催化剂保留区接受催化剂颗粒，并且也与第一催化剂入口端口相连通以将催化剂颗粒引入催化剂保留区。第二催化剂出口端口与催化剂保留区下部相连通。第二催化剂入口端口与催化剂保留区上部相连通。用于将催化剂从第二催化剂出口端口输送至第二催化剂入口端口的装置与第二催化剂出口端口和第二催化剂入口端口相连通。用于输送催化剂的装置并非用于将催化剂颗粒引入再生区。
本文还公开了用于实现反应物料流与环状床的形式可以通过重力流动而通过系统移动的催化剂颗粒的径向流动接触以及用于减少床中的应力的反应和再生系统。系统包括具有垂直室壁的室。该室是在垂直方向上延伸的并且是封闭的。将外催化剂保留网放置在室中。外催化剂保留网是垂直放置的并且呈管状。将内催化剂保留网共轴地放置在外催化剂保留网中以形成催化剂保留区。内催化剂保留网是封闭的并且呈管状。催化剂保留区呈环状并具有围绕着其外部的外多支管空间。外多支管空间由室壁和外催化剂保留网围成。催化剂保留区也具有内催化剂保留网围成的内多支管空间，并且催化剂保留区围绕在内多支管空间的外部。催化剂保留区具有上部和下部，二者均由内和外催化剂保留网围成。下部被放置在上部之下。反应物入口端口与外多支管空间相连通。反应物出口端口与内多支管空间相连通。第一催化剂入口端口与催化剂保留区上部相连通。第一催化剂出口端口与催化剂保留区下部相连通。用于将催化剂颗粒至少部分再生的再生区与第一催化剂出口端口相连通以从催化剂保留区接受催化剂颗粒。再生区也与第一催化剂入口端口相连通以将催化剂颗粒导入催化剂保留区。第二催化剂出口端口与催化剂保留区下部相连通。第二催化剂入口端口与催化剂保留区上部相连通。用于将催化剂从第二催化剂出口端口输送到第二催化剂入口端口的设备与第二催化剂出口端口和第二催化剂入口端口相连通。用于输送催化剂的设备并非用于将催化剂颗粒输送到再生区中。
该反应和再生系统的其他实现方案在详述部分中公开。
信息公开US-A-3,647,680和US-A-5,500,110描述了反应器和再生系统。
US-A-5,584,615和US-A-5,716,516描述了使用非机械阀和无碰撞流动转向器的颗粒材料的气动和重力输送。
US-A-4,567,023描述了用于实现移动催化剂床的径向流动接触的多级反应器系统。
附图的简述附图是显示了属于本发明实现方案的反应和再生系统的工艺流程图。
发明的详述此处公开的反应和再生系统可以用于任何其中颗粒由重力流动而移动通过环状床的径向流动接触反应器。该系统特别适用于其瞬间状态在特定时间在环状床内会引起极端的颗粒间压强的工艺过程中的催化剂颗粒径向流动(向内或向外)接触的反应器。特别适用的场合是当催化剂颗粒不能或不应被从反应器输送至催化剂颗粒的再生的区域时。可以使用该系统的最常见的工艺过程类型是烃转化过程，包括石蜡的催化重整、催化脱氢，烷基芳香化合物的催化脱氢和石蜡的脱氢二聚。
可以使用本发明的最经常实施的烃转化过程是催化重整。因此，此处对本发明进行的讨论将借助其在催化重整反应系统中的应用。这样作并非旨在对权利要求书中指出的本发明的范围进行限制。
催化重整是一种很好地确立了其地位的用于在石油加工工业中改善烃原料中的辛烷质量的烃转化方法，重整的主要产物是车用汽油。
催化重整的技术是人所共知的，无需在此详细描述。简而言之，在催化重整中，将原料与包含烃的循环料流混合并在反应区中与催化剂相接触。催化重整的常见的原料是被称为石脑油并具有80℃(180°F)的初沸点和205℃(400°F)的终沸点的石油馏分。催化重整方法特别适用于直馏汽油的处理，上述直馏汽油包含较高浓度的环烷和基本直链石蜡烃(通过脱氢和/或环化反应对其进行芳构化)。
可以将重整定义为通过环己烷脱氢和烷基环戊烷脱氢异构化生成芳香化合物、石蜡烃脱氢生成烯烃、石蜡烃和烯烃脱氢环化生成芳香化合物、n-石蜡烃异构化、烷基环状石蜡烃异构化生成环己烷、饱和芳香化合物异构化和石蜡烃氢化裂化而产生的总效果。
通常在包含一种或多种第VIII(IUPAC 8-10)族贵金属(例如铂、铱、铑、钯)和一种卤素并与多孔载体(例如难溶非金属氧化物)相结合的催化剂颗粒的存在下实现催化重整反应。卤素通常是氯。通常将氧化铝作为载体。催化剂可以包含其他第IB至VIIB(IUPAC 11-12和3-7)族的金属，包括钼、铼、锆、铬和锰，以及第IA至VIA(IUPAC 1-2和13-16)族的金属，包括钾、钙、镁、铝、镓、锗、铟、锡和铅。
催化剂颗粒通常呈球形，并且具有1.6至3.2mm(1/6-1/8英寸)的直径，尽管其可以大至6.4mm(1/4英寸)。但是，在特定的反应-再生系统中，希望使用落在相对窄的颗粒度范围内的催化剂颗粒。在重整反应的过程中，由于例如焦炭在颗粒上沉积的机理，催化剂颗粒被钝化，也就是说，在使用一段时间之后，催化剂颗粒促进重整反应进行的能力下降至催化剂不再有用的程度。在将催化剂再用于重整过程中之前，必须将催化剂再活化或再生。
在常见的形式中，重整器使用移动床反应区和再生区。可以将本发明的反应和再生系统用于移动床再生区或固定床再生区。将新鲜的催化剂颗粒送入可以包括数个反应器的反应区，颗粒由重力而流动通过该区。从反应区的底部将催化剂取出并输送至再生区，在此使用多级再生方法除去焦炭沉积物并将催化剂再活化以恢复其全部反应促进能力。移动床再生区的技术是人所共知的，无需在此详细描述。催化剂通过重力流动通过各再生级并随后被从再生区取出并被供给至反应区。催化剂通过反应区和再生区的移动通常被称为是连续的，尽管其实际上可以只是半连续的。所谓半连续移动，是指在小间隔的时间点上相对少量的催化剂的重复输送。例如，可以每分钟从反应区的底部取出一批，并且取出过程耗时半分钟，即，催化剂将会流动半分钟。如果在反应区中的存量较大，可以认为催化剂床是连续移动的。移动床系统具有在取出或更换催化剂时维持生产的优点。
附图显示了属于本发明的实现方案的反应和再生系统。该反应和再生系统与US-A-5,500,110中所示的系统相类似。因此，无需对附图进行详细描述。简而言之，叠级反应器30与用于将催化剂颗粒从反应器30中取出的下保留室32相连通。
叠放反应器30与US-A-4,567,023中描述的多级反应器系统相类似。在此不对层叠的反应器30进行详细描述，也没有将其内部显示在附图中。但是，每一反应器(级)都具有伸长的室、垂直的室壁、外催化剂保留网(可以包括一组扇形元件)、内催化剂保留网、环状催化剂保留区、围绕着外网的外部的外多支管空间、被内网和催化剂保留区所围绕的内多支管空间、与外或内多支管空间相连通的反应物入口端口以及与内或外多支管空间相连通的反应物出口端口。
叠级反应器30的设计优选具有能够接受从底反应器催化剂保留区下部向下流动的催化剂颗粒的下保留室32。下保留室32具有从下保留室32中的催化剂颗粒上清洗烃的氢的入口端口(未显示)。下保留室32允许氢气向上流动进入底反应器。管线34通过端口或喷嘴(未显示)与下保留室32连接，并通过“Y”型接头连接至两根管线-管线54(用于将催化剂颗粒输送至再生区90)和管线36(用于将催化剂颗粒输送至用于降低反应器30中床压强的调节室28的顶部26)。在反应器30的稳定和持续操作中，将催化剂颗粒输送至再生区90(在附图中概括性表示)，并且管线54中的阀56是完全打开的。管线54将氢和烃从催化剂颗粒中置换。管线54与使用源自管线58和60的常规气体(例如氮)控制催化剂颗粒向管线66中的输送的非机械阀64相连接。管线58和62将提升气体(氮)输送至用于将催化剂颗粒沿管线66向上输送的非机械阀64。非机械阀是众所周知的，进一步的信息可以在以下文献中找到“用于固体流的L型阀”，《烃加工》(Hydrocarbon Processing)1978年3月号第149-156页；《气体流化技术》，D.Geldart编辑(John Wily & Sons出版于1986年)。低碰撞转向器是人所共知的，进一步的信息可以在US-A-5,584,615和US-A-5,716,516中找到。
管线70将催化剂颗粒从转向器68输送至使用扬析气体(例如氮)将破碎的或变成碎片的催化剂颗粒从全部催化剂颗粒中分离出来的分离料斗72。管线74将催化剂碎片和细粉输送至袋式集尘器76。管线78将催化剂颗粒输送至用于将催化剂颗粒再活化的再生容器80。再生方法和再生容器80的细节取决于催化剂颗粒。管线82、密封鼓84、阀86和活底料斗88控制了源于再生容器80的催化剂输送并且也从催化剂颗粒中置换催化剂再活化中使用的气体。密封鼓和活底料斗是人所共知的。
管线10将催化剂颗粒输送至用于使用源自管线12和14的控制气体(例如氢)控制催化剂颗粒向管线20中的输送的非机械阀18。管线12和16将提升气体(氢)输送至用于将催化剂颗粒沿管线20向上输送至低碰撞转向器22的非机械阀18。管线24将催化剂颗粒从转向器22输送至位于调节室28的顶部26的端口或喷嘴(未显示)，从而使催化剂进入调节室28。
当反应器30中的条件快速改变时，产生了释放床压强和应力的需求。但是，即使必须从反应器取出一些催化剂颗粒，那些催化剂颗粒经常不能被输送至再生区，其原因在于例如再生区停机或对催化剂颗粒的烃的冲洗不够充分。为了避免将催化剂颗粒输送至再生区90，可以完全关闭管线54中的阀56。为了降低反应器30中的床压强和应力，反应和再生系统具有用于将催化剂颗粒从反应器的底部30输送至反应器30中或调节室28中较高位置的点的设备。该设备并非用于将催化剂颗粒输送至再生区90。附图中显示了一个这样的设备。可以将管线36中的、在反应器30稳定和持续操作过程中可以关闭的阀38完全打开以允许将催化剂输送至调节室28的顶部26。管线36与使用源自管线40和42的控制气体(例如氮)控制催化剂颗粒向管线48中的输送的非机械阀46相连通，管线40和44将抬升气体(氮)输送至用于将催化剂颗粒沿管线48向上输送至调节室28的顶部26的端口或喷嘴(未显示)从而使催化剂颗粒进入调节室28的非机械阀46。管线48具有两个长半径(例如1.2m(4英尺))弯曲50和52。
当反应器30中的条件要求将床压强和应力释放的时候，催化剂通过管线36和阀38的移动可以是连续的，尽管实践中可能是半连续的。所谓半连续移动，是指在小间隔的时间点上相对少量的催化剂颗粒的重复输送。例如，可以在阀38上装置简单的计时器和位置指示器以控制其打开和关闭。计时器设置可以是可调整的从而使阀38每二十分钟一次并保持打开三分钟，即催化剂以二十分钟的间隔流动三分钟。另一个可能的方法是管线36可以带有两个阀(而不是一个阀)，这两个阀相互间隔，其中间的容积对应于一批催化剂颗粒。两个阀都装有简单的计数器和位置指示器以控制其打开和关闭。计时器设置可以是可调整的从而使每二十分钟可以从反应器的底部取出一批并且取出过程持续三分钟，即，催化剂流动三分钟。
用于输送催化剂颗粒的设备可以具有在12小时或更短的时间内输送其量等于必须释放其压强或应力的催化剂床中催化剂颗粒的量的3.5％的能力。用于输送催化剂颗粒的设备的实际能力应可以由具有本领域中一般技能的人员进行调整，从而从催化剂床中以释放床压强和应力所需要速度输送催化剂颗粒。优选地，调节室28的容量对于容纳必须释放其压强或应力的催化剂床中的催化剂颗粒的量的3.5％至5％而言应足够大。
将催化剂颗粒从反应器30的底部输送至反应器30中或调节室28中较高位置的点的其他设备是可能的，上述设备包括螺杆输送机、带式输送机、斗式提升机、振动或摇动输送机、连续流动输送机、以及其他气动输送机(包括升降机衔接器)。输送催化剂颗粒的设备的选择取决于许多因素。参看《Perry’s化学工程师手册》(Perry’s Chemical Engineers’Handbook)第7版(McGraw-Hill出版于1997年)第21-4至21-27页。
显示在附图中的反应和再生系统的可能的变通方案是在权利要求的范围之内的。一个可能的变通方案是可以使用管线52和24通过仅一个的入口端口(例如喷嘴)而不是通过分开的入口端口将催化剂颗粒加入调节室28中。另一个可能的变通方案是可以通过管线36和54将催化剂颗粒通过下保留室32中分开的出口端口(例如喷嘴)而不是如附图所示的仅一个的出口端口及与其相关的管线34取出。第三个可能的变通方案是调节室28可以位于反应器30之一中，特别是最上面的反应器之中。第四个可能的变通方案是反应和再生系统可以具有用于将催化金属还原的区域(特别是当再生容器80中的催化剂再活化方法包括将催化金属氧化时)。此类反应区可以位于调节室28之上或之下或包括调节室28。第五种可能的变通方案是调节室28与下保留室32之间仅有一个反应器(级)而不是多个反应器。
在催化剂通过非机械阀46输送至调节室28的操作的末尾，在将内催化剂保留网封闭并成为管状、催化剂保留区呈环状之后，优选地，反应器和再生系统监测输送至再生区90的催化剂的质量。这种监测可以包括简单地将活底料斗的循环次数(始于向再生区90的输送恢复时)乘以活底料斗的加料量。当乘积等于调节室28、反应器30和下保留室32中的催化剂量(该量低于由非机械阀46输送的催化剂的量)时，系统通知再生容器80的操作者由非机械阀46输送的催化剂即将进入再生容器80。由于该催化剂通过反应器30两次(而不是一次)，其可能承受了额外的失活作用(例如更多的焦炭)并且再生容器80的操作条件可能需要据此进行调整。
权利要求
1.一种降低床中应力的反应和再生系统，该系统用于将反应物料流与以环状床的形式可通过重力流动而通过系统的催化剂颗粒的径向流动接触，该系统包括a)具有催化剂保留区的反应器，催化剂保留区呈环状，催化剂保留区具有上部和放置在上部之下的下部；b)与催化剂保留区上部相连通的第一催化剂入口端口；c)与催化剂保留区下部相连通的第一催化剂出口端口；d)用于将催化剂颗粒至少部分再生的再生区，再生区与用于接受源自催化剂保留区的催化剂颗粒的第一催化剂出口端口相连通，并且与用于将催化剂颗粒引入催化剂保留区的第一催化剂入口端口相连通；e)与催化剂保留区下部相连通的第二催化剂出口端口；f)与催化剂保留区上部相连通的第二催化剂入口端口；和g)将催化剂从第二催化剂出口端口输送至第二催化剂入口端口而不将催化剂颗粒引入再生区的设备，该设备与第二催化剂出口端口和第二催化剂入口端口相连通。
2.根据权利要求1的系统，其中用于输送催化剂的设备包括非机械阀。
3.根据权利要求1的系统，其中用于输送催化剂的设备包括低碰撞转向器。
4.根据权利要求1的系统，其中用于输送催化剂的设备不从催化剂再生区中接受催化剂颗粒。
5.根据权利要求1的系统，其中第一入口端口和第二入口端口是相同的端口和/或第一出口端口和第二出口端口是相同的端口。
6.根据权利要求1的系统，其中催化剂保留区具有保留一定量的催化剂的能力并且用于输送催化剂的设备具有在12小时或更短的时间内输送该催化剂的量的3.5％的能力。
7.根据权利要求1的系统，其中还包括催化剂调节区，催化剂调节区与第二催化剂入口端口相连通，以从用于输送催化剂的设备接受催化剂颗粒，并且与催化剂保留区的上部相连通以将催化剂颗粒通过重力流动引入催化剂保留区。
8.根据权利要求1的系统，其中还包括催化剂调节区，催化剂调节区与用于输送催化剂的设备和第二催化剂入口端口相连通，以将催化剂颗粒通过重力流动引入催化剂保留区。
9.根据权利要求1的系统，其特征还在于定义了至少两个垂直分开的反应器部分的室，并且至少两个反应区中下方的一个包括外催化剂保留网、内催化剂保留网、催化剂保留区、反应物入口端口、反应物出口端口、第一催化剂出口端口以及用于将催化剂从至少两个反应区中上方的一个输送到至少两个反应区中下方的一个的装置。
10.根据权利要求1的系统，其中还包括垂直延伸并且封闭的、具有垂直的室壁的室；垂直放置在室中的外网和内网，并且内网在外网内共轴延伸从而将催化剂保留在内网和外网之间的容积内，并且围出催化剂保留区，其中内和外网围出催化剂保留区上部和位于上部之下的催化剂保留区下部；由室壁和外网围出的、围绕催化剂保留区的外多支管空间；由内网围出并被催化剂保留区所围绕的内多支管空间；与外多支管空间相连通的反应物入口端口；与内多支管空间相连通的反应物出口端口。
全文摘要
本文公开了用于实现反应物料流与可以以环状床的形式通过重力流动而通过系统的催化剂颗粒的径向流动接触以及用于减少床中应力的反应器和再生系统。
文档编号B01J8/12GK1529745SQ02814211
公开日2004年9月15日 申请日期2002年6月19日 优先权日2001年6月22日
发明者K·P·奥斯汀, J·A·斯楚雷克, L·D·理查森, D·M·卡泽尔, C·T·雷斯尔, M·J·维特尔, G·A·齐亚比斯, P·R·科特雷尔, M·J·威尔, K P 奥斯汀, 卡泽尔, 威尔, 斯楚雷克, 理查森, 科特雷尔, 维特尔, 雷斯尔, 齐亚比斯 申请人:环球油品公司