再生催化设备的分成多个区段的新型催化剂再生区的制作方法

专利名称：再生催化设备的分成多个区段的新型催化剂再生区的制作方法
技术领域：
本发明涉及采用移动床技术的设备的领域，例如在汽油催化重整设备中、在骨架异构化设备中、在复分解设备中或者在某些低裂化(oligocracking)或脱氢设备中可以找到该技术。该技术的特征在于催化床在重力作用下发生缓慢移动而待处理的进料沿横向或径向穿过所述床。为此，通常在重力自流的催化床的周缘引入所述进料，而反应流出物收集在中心收集器中。还可以预见到从催化床中心向周缘的移动。在催化重整设备中，结焦催化剂的再生区也采用移动床技术。例如在专利FR2641712、FR 2761910和FR 2922786中所述，该再生区包含若干步骤催化剂的燃烧、氧氯化、煅烧和还原。更具体地，本发明涉及构成再生区的一部分的燃烧区的布置，该燃烧区分成多个径向的区段(sector)，燃料气体沿着特定路径横向通过各个区段。这种新型构造与现有技术相比的优点在于所述燃烧区中较好的温度控制和燃料气体的优化消耗。本发明还涉及相比现有技术简化的燃烧区内部装置。现有技术分析在再生设备例如在汽油的催化重整中，通过反应区之后结焦催化剂的再生是连续进行的。例如，对于剧烈的催化重整就是如此。在这种类型的设备中，催化剂从反应器或多个反应器中连续取出，清除它所包含的氢气并送至再生区，在其中以可控的方式烧除焦炭以重新建立催化剂的活性。在再生区中还进行其它操作，例如催化剂的氧氯化、煅烧或还原，但是本发明特别涉及燃烧区。在该燃烧区中，应当避免过于加热催化剂从而不使催化性能劣化且避免热点的形成，这意味着必须用惰性气体(例如氮气和二氧化碳)大幅稀释的氧气来进行所述操作。为此目的，常规地是通过注入少量的空气将氧气消耗殆尽的燃烧气体再循环以充当稀释剂从而使氧气含量足够低以限制燃烧反应的放热。本领域技术人员已知分两个步骤进行该燃烧，第一步在低温没有燃料的情况下用于以较大但有限的温度提升来可控地燃烧大部分的焦炭，然后第二步在较高的温度下借助过量的燃料来终止燃烧，尽管由于少量残余的焦炭燃烧而伴随有相对较小的温度提升。在现有技术中，焦炭燃烧通常在环状布置的两个薄的径向床中进行，其中催化剂在重力自流条件下以缓慢的速率自顶部向底部移动，燃烧气体水平移动通过所述径向床，通常是从床的外部朝向内部。从各再生区移除的气体经过回收和处理从而能够再次再循环到再生区。实际上，现有技术中已知用氮气稀释氧气。然而，氮气是非常昂贵的气体。作为实例，就具有40吨催化剂的重整设备而言，如果不再利用所述再生气体，那么必须使用约6000-10000Nm3/h的 氮气。通过将再生气体再循环，新鲜氮气的消耗量下降到大约80Nm3/h。此外，再生气体线路包括若干件昂贵的设备例如再循环压缩机、干燥器、电炉或交换器。因而氮气流量的任何降低对于催化剂再生回路的投资成本和操作成本具有重要影响。
本发明的一个目的是通过使用新型再生区优化惰性气体流的使用从而对于相同的再生催化剂量减小设备尺寸。构成最接近的现有技术的是以FR 2934963A1号公布的专利申请，其描述了包括至少一个环形焦炭燃烧区的燃烧区，所述区分成多个径向区段，每一级(stage)包括N个径向区段。在所引用的申请中，通过在每个区段的入口处具有恒定氧含量的摩尔组成的原理来操控燃烧。这使得同一级的区段与区段之间燃烧掉的焦炭量存在变化，因而各区段中的燃烧质量可能缺乏均匀性。在本发明中，摩尔氧气流量在一级的所有区段中保持恒定从而使燃烧掉的焦炭量在一级的所有区段中均相同。在构成一级的所有区段中的燃烧均匀性得到改善，从而确保使催化性能最优化，而这是获得所寻求的高辛烷值所必需的，例如在再生式重整设备中。
附图
简述图I是根据本发明的每一级具有多于2个区段的燃烧区的截面示意图，其显示了燃料气体通路。图2是本发明燃烧区的俯视示意图，每一级显示有4个区段。发明简述本发明描述了使来自反应区的结焦催化剂再生的方法，所述催化剂在再生区中以移动床形式移动。术语“移动床”是指催化剂在重力自流条件下移动，再生区中用于使所述催化剂再生的气体沿基本上与催化剂流动方向垂直的方向移动。更准确地，本发明包括使来自反应区的结焦催化剂再生的方法，所述反应区包括用于燃烧催化剂上沉积的焦炭的至少一个区。本发明的再生方法可以应用于称为再生设备的设备，在该设备中反应期间结焦的催化剂必须连续再生。催化剂再生方法通常包括氧氯化步骤，煅烧步骤，然后是催化剂还原步骤。再生后的催化剂再次引入到反应区中。燃烧步骤下游的步骤不构成本发明的一部分，本发明与所述下游步骤的任何实施方案是完全相容的。因此，本发明涉及在再生区中燃烧的步骤，在下文称作燃烧区。本发明的燃烧区是两级区(two-stage zone)，其中催化剂以移动床方式移动，SP在重力自流条件下移动，并且其中燃料气体以径向方式穿过催化剂床，优选从所述床的外缘向其内缘。催化剂床具有环形形状并且分成一定数目的径向区段。为了理解气体移动线路，第一燃烧级的区段编号为I至N，而第二级的区段编号为I，至 N，。第一级的区段i和第二级的区段i’在垂直方向上大致相互对齐，并且第一级的区段数量等于第二级的区段数量。在垂直方向上相互对齐的区段i和i’称作“对应”的区段。燃烧气体的移动包括以任何次序穿过第一级的所有区段，然后以任何次序穿过第二级的所有区段。作为实例，在每一级分成4个区段的构造中，本发明的一种可能的移动线路是线路 1，2，3，4，1，，2，，3，，4，。另一种可能的线路是线路1，2，3，4，4’，3’，2’，1’，这确保了燃料气体在两个燃烧级之间穿过。还能够预见到1，3，4，2，2’，4’，3’，I’类型的线路。实际上，以任何次序穿过第一级的区段、然后同样以任何次序穿过第二级的区段的任何线路，都落入本发明的范围内。使本发明与现有技术相区别的本发明的另一个重要特性是每个燃烧级在恒定的氧气摩尔流量下操作。更准确地，给定燃烧级的每个区段在其入口接收燃料气体使得氧气的摩尔流量总是相同。因此，在同一级的每个区段中燃烧掉的焦炭的流量相同。因此，同一燃烧级的各个区段中热梯度的均匀性保证了催化剂再生的品质。由于燃料气体的流量会从一个区段到下一区段会发生改变，这意味着氧气含量从同一级的一个区段到下一区段不是恒定的。这对于第二燃烧级的各个区段仍是如此。在第一燃烧级，引入到每个区段中的氧气量对应于使催化剂上沉积的总焦炭的50% -90%，优选60% -80%的焦炭量燃烧，且在第二级，引入的氧气量对应于使剩余的焦 炭全部燃烧。实际上，将燃料气体过量地引入到第二级的所有区段上，这种过量可以量化为区段出口处的氧气过量在O. 1% -0.5%，优选O. 2% -O. 4%氧气的范围。优选地，燃烧级的数量为2，并且每一级的区段数量为2-8，优选2-4。在每个区段的入口处进行冷却气体的补充以将入口处的温度维持在预定限度内，对于第一级的区段通常为460°C _480°C，对于第二级的区段通常为470°C _490°C。该冷却气体通常是从循环回路的压缩机出口取出的燃料气体，且因此是在它穿过构成再生式重整型设备的常规线路的一部分的交换器和/或再加热炉系列之前。冷却气体的补充通常通过特定管线进行，该管线通入用于将一个区段的出口连接到邻近区段的入口的管线。在该同一管线中，冷却气体与燃料气体流混合以在同一级的各个区段之间提供燃料的补充。燃料气体通常可以含有4%-21%的氧气。在一变型中，本发明的燃烧区不再包括通过冷却气体的补充来冷却燃料气体，而是通过使用热交换器来冷却燃料气体，这可进一步大幅降低催化剂再生所必需的燃料气体的总流量。在另一变型中，所述方法包括通过在各个区段之间采用交替设置来简化燃料气体分配的线路。术语“交替设置”是指燃料气体在一给定区段从外部向内部移动，然后在下一区段从内部向外部移动，然后以此类推的设置。术语给定区段的“下一区段”是指燃料气体横向穿过的几何位置上相邻的区段。发明详述本发明可以描述为用于再生设备的燃烧区，例如用于再生式重整或骨架异构化的燃烧区，其中催化剂以移动床模式(即在重力自流下)从第一级向第二级流动，每一级分成一定数目的径向区段，并且燃料气体沿以下线路移动，该线路的特征在于燃料气体连续通过第一级的所有区段然后连续通过第二级的所有区段。在再生式重整设备或任何其它必需使催化剂连续再生的过程的情形中，除对催化剂上沉积的焦炭进行燃烧的燃烧区外，催化剂再生区还包括进行催化剂的氧氯化、煅烧和还原的其它区。这些其它区在本文中不作描述，因为它们采用现有技术的构造。图I是本发明再生区结构的视图。
下面我们将描述区段4中的催化剂的线路和区段I中的燃料气体的线路。第一燃烧级的区段编号为1，2，3，4。面向第一燃烧级的区段的第二级的区段编号为1’，2’，3’和4’。这些区段被壁
(9)隔开。在垂直方向上彼此对齐的区段是I和1’，2和2’，3和3’，4和4’；这些称作“相应”区段。催化剂通过料腿(5)引入上部容器⑴并在重力自流下移动到区段4的腔室(I)中，然后它穿过料腿(5，)引入区段4’的下部腔室(I’ )中。它通过滴管(5”)离开区段 4，。燃料气体通过与区段I连通的外围管线(E)引入容器(I)，挡板(6)迫使该气体向该区的外环移动。气体从催化床的外缘向内缘径向穿过催化床(I)，并在环形空间(II )中找到。如图2所示，该环形空间(II )可用于将燃料气体通过管线(7)返回到同一环形空间的下一区段，即区段2，的入口。术语给定区段之后的“下一区段”是指燃料气体沿所述燃料气体的流向横向穿过的几何位置上相邻的区段。区段2中的气体线路与区段I所描述的相同。从区段2的出口，燃料气体通到区段3的入口，然后从区段3的出口，燃料气体通到区段4的入口。从区段4的出口，燃料气体引入到位于所述区段4下方的属于第二燃烧级的区段4，的入口。在第二燃烧级中燃料气体继续其线路区段4’的出口去往区段3’的入口 ；区段3’的出口去往区段2’的入口 ；区段2’的出口去往区段I’的入口，区段I’的出口通过管线(S)去往外部。冷却气体燃料气体的补充混合物通过连接到管线(7)的管线(8)引入。燃料气体通过排空管线(S)离开第二燃烧级的最后区段。因此，本发明可以定义为使以移动床模式移动的结焦催化剂再生的方法，所述催化剂在反应区末端处发生结焦。本发明的再生方法包括至少一个用于使催化剂上沉积的焦炭燃烧的区，所述燃烧区具有环形形状并且分成至少两个燃烧级，每个燃烧级分成数目N的径向区段，这些径向区段基本上是等同的。催化剂在重力作用下通过下降料腿从第一燃烧级的一个区段流向第二燃烧级的在垂直方向上对齐布置的区段，且燃烧气体的移动使得该燃烧气体以任意次序连续地穿过第一燃烧级的所有区段，然后以任意次序连续地穿过第二燃烧级的所有区段。对于第一级的所有区段，燃料气体的摩尔流量具有相同的第一值，所述第一值使得催化剂上沉积的总焦炭的50% -90%，优选60% -80%的焦炭量燃烧。对于第二燃烧级的所有区段，燃料气体的摩尔流量具有相同的第二值，该值与前述值不同，所述第二值使得剩余焦炭完全燃烧同时燃料气体中的氧气过量在O. 1%-0. 5%氧气的范围，优选在O. 2% -O. 4%氧气的范围。第一燃烧级的所有区段的入口温度通常为460°C _490°C，而第二燃烧级的所有区段的入口温度通常为470°C -510°C。
每个燃烧级中区段的数目通常为2-8，优选2-4。在本发明的第一变型中，每个燃烧级的区段数目为4，并且第一级的区段编号为1，2，3，4且第二级的相应区段编号为1’，2’，3’，4’；燃料气体沿着线路1，2，3，4，4，，3，，2，，I，。在本发明的第二变型中，每个燃烧级的区段数目为2，并且第一级的区段编号为1，2且第二级的相应区段编号为1’，2’，燃料气体沿着线路1，2，2’，1’。在本发明的第三变型中，燃料气体从每个区段的外缘向内缘穿过各区段。在另一个变型中，燃料气体从每个区段的内缘向外缘穿过各区段。最后，在另一个变型中，燃料气体在一给定区段上从外缘 向内缘移动，而在所关注区段相邻的区段上从内缘向外缘移动。一般而言，燃料气体是氧气含量为4% -21%的空气。在本发明的变型中，在每个区段的入口处可以通过一组交换器对燃料气体进行冷却。本发明的催化剂再生方法可以适用于所有如下设备，该设备使用必需连续再生的催化剂并且催化剂在其中以移动床模式移动。可以提及以下设备作为实例汽油的再生式重整、骨架异构化、复分解、低裂化、脱氢。比较实施例以下实施例将已公布申请FR 2934963A1所代表的现有技术构造与本发明的构造进行了对比。再生区分成2级，每一级包括4个区段，对第一级以I，2，3，4表示而对第二级以1’，2’，3’，4’ 表示。对比了两种类型的燃料气体流程(circulation)使用现有技术的几何设置的1，1’，2，2’，3，3’，4，4’ ；根据本发明的1，2，3，4，4，，3，，2，，I，。两种构造共同的条件如下· 120kg/h的待燃烧的焦炭(即1800kg/h的结焦催化剂);· 2个燃烧级；·每一级4个区段；·第一燃烧级的区段1-4的平均入口温度(475°C )；·第二燃烧级的区段1-4的平均入口温度(480°C )。在现有技术中，通过在每个区段的入口维持恒定的氧气含量来控制气体流量，这造成给定级的各区段燃烧掉的焦炭量和出口温度的相对较大的差异。在本发明中，通过在第一级的所有区段中维持氧气流量恒定在某一值然后在第二级的所有区段中恒定在另一值来控制燃料气体的流量，即·将到达第一燃烧级的区段1-4的氧气摩尔流量调节为燃烧2/3的焦炭；·将到达第二燃烧级的区段I’ -4’的氧气摩尔流量调节为燃烧剩余的焦炭，其中相对于化学计量的氧气量过量30%。从下表I可看出，根据本发明，第一级各区段的出口温度位于530°C _521°C，第二级各区段的出口温度位于506°c -50rc。然而，在现有技术中(参见表2)，每个区段出口处的温度离散性要明显得多。还可看出，根据本发明，在给定级的所有区段中燃烧掉的焦炭的百分数相当恒定(在第一级为66. 6%而在第二级为100%)，而这在现有技术中的区段与区段之间差异非常大。
权利要求
1.使以移动床模式移动的结焦催化剂再生的方法，其包括至少一个用于使催化剂上沉积的焦炭燃烧的燃烧区，所述燃烧区具有环形形状并且分成至少两个燃烧级，每个燃烧级分成N个基本上等同的径向区段，所述催化剂在重力作用下通过下降料腿从第一燃烧级的一个区段流向第二燃烧级的在垂直方向上对齐的区段，且燃烧气体的移动基本上垂直于催化剂的移动，并且使得该燃烧气体以任意次序连续地穿过第一燃烧级的所有区段，然后以任意次序连续地穿过第二燃烧级的所有区段，燃料的摩尔流量对于第一级的所有区段具有相同的第一值，所述第一值使得催化剂上沉积的总焦炭的50% -90%的焦炭量燃烧，所述燃料的摩尔流量对于第二燃烧级的所有区段具有与前述值不同的第二值，所述第二值使得剩余焦炭完全燃烧且燃料气体中的氧气过量在O. 1% -O. 5%的范围，燃烧区第一级的所有区段的入口温度在460°C _490°C的范围，且燃烧区第二级的所有区段的入口温度在4700C -510°C的范围。
2.根据权利要求I的使结焦催化剂再生的方法，其中在燃烧区的第一级燃烧的焦炭为催化剂上沉积的总焦炭的60% -80%，且在燃烧区的第二级燃料气体中的氧气过量在O. 2% -O. 4%的范围。
3.根据权利要求I或权利要求2的使结焦催化剂再生的方法，其中燃烧区的每一级中的区段数目为2-8，优选2-4。
4.根据权利要求1-3中任一项的使结焦催化剂再生的方法，其中在燃烧区的每一级中区段的数目为4，并且第一级的区段编号为1，2，3，4而第二级相对的区段编号为I’，2’，3’，4’，燃料气体沿着线路1，2，3，4，4，，3，，2，，I，。
5.根据权利要求1-3中任一项的使结焦催化剂再生的方法，其中在燃烧区的每一级中区段的数目为2，并且第一级的区段编号为1，2而第二级相对的区段编号为I’，2’，燃料气体沿着线路1，2，2，，1，。
6.根据权利要求1-5中任一项的使结焦催化剂再生的方法，其中在燃烧区的给定区段中燃料气体从外部向内部移动，而在所关注区段的相邻区段中从内部向外部移动。
7.根据权利要求1-6中任一项的使结焦催化剂再生的方法，其中燃料气体是氧气含量为4% -21%的空气。
8.根据权利要求1-7中任一项的使结焦催化剂再生的方法，其中在燃烧区的每个区段的入口处使用交换器装置对燃料气体进行冷却。
9.权利要求I的使结焦催化剂再生的方法的应用，其用于以下过程再生式重整、骨架异构化、复分解、低裂化和脱氢。
全文摘要
本发明描述了用于催化剂连续再生的再生催化设备的燃烧区，所述燃烧区具有环形形状并且分成至少两个燃烧级，每一级分成N个基本上等同的径向区段，催化剂在重力作用下通过下降料腿从第一燃烧级的区段流向垂直地位于其下方的第二燃烧级的区段，并且燃烧气体的流程使得燃烧气体以任意次序连续地流过第一燃烧级的所有区段，然后以任意次序连续地流过第二燃烧级的所有区段。
文档编号B01J38/24GK102869447SQ201180015771
公开日2013年1月9日 申请日期2011年2月18日 优先权日2010年3月24日
发明者E·桑切斯, F·巴泽-巴希, B·菲舍尔 申请人:Ifp新能源公司