Mto再生器多通路格栅的制作方法
【专利摘要】本发明提出了用于催化剂的再生的方法和设备。所述设备包括位于再生容器内的一系列格栅，其中每个格栅都包括用于使气体通过的小开口和用于使催化剂通过的大开口。所述格栅水平地横跨所述容器并且在竖向上分隔开以形成向下通过所述再生器的催化剂流。
【专利说明】MTO再生器多通路格栅
[0001]优先权声明
[0002]本申请要求于2012年3月23日提交的美国临时专利申请N0.61/614，580的优先权，该临时专利申请作为美国专利申请13/458，592于2012年4月27日提交。
【技术领域】
[0003]本发明涉及用于催化剂的再生的方法和设备，其中催化剂与再生气体接触。具体地，本发明涉及再生器的用于分布再生气体以及使再生气体与固体接触的内部构件的设计。
【背景技术】
[0004]催化剂的再生需要使催化剂与再生气体接触。通常，再生工艺包括燃烧催化剂上的积碳或焦炭。利用热的但有氧的贫气燃烧焦炭以再生催化剂。催化剂要求充足的停留时间以流动通过再生器并且使用于燃烧催化剂上的焦炭的时间充足。
[0005]催化剂通常向下流动通过再生器，与向上流动通过催化剂床层的再生气体或燃烧气体一起作为流化床来移除催化剂上的焦炭。
[0006]典型工艺往往形成不均匀的燃烧，并因而导致催化剂的不均匀再生。
【发明内容】
[0007]本发明提供了甲醇制烯烃(MTO)系统中的更有效的催化剂再生器。再生器通过燃烧掉在MTO反应过程中形成的焦炭而持续地再生废催化剂。本发明中的再生器包括容器，该容器具有催化剂入口、催化剂出口、气体入口和气体出口。所述容器包括布置在所述容器内的多个多通路格栅。每个格栅以水平取向布置且横跨所述容器的截面，并且所述格栅在容器内在竖向上分隔开。每个格栅都包括多个小开口，所述多个小开口的尺寸足够允许气体流动通过格栅，但足够小到防止催化剂颗粒通过。格栅还包括至少一个大开口，所述至少一个大开口用于允许催化剂从一个格栅向下流动至下一个格栅。所述大开口优选地相对于相邻的格栅的大开口偏置，以在催化剂向下流动至下一格栅之前引导催化剂部分地流动穿过格栅。
[0008]对本领域技术人员而言，本发明的其它目的、优点及应用将从下面的详细说明书和附图中显而易见。
【专利附图】
【附图说明】
[0009]图1是具有第一格栅设计和第一取向的再生器的实施例；
[0010]图2是再生器的一个实施例，示出了横跨再生器的截面的一个格栅；
[0011]图3是具有第二格栅取向、具有大开口、横跨再生器的截面的格栅的另一个实施例；以及
[0012]图4是用于再生器的格栅设计的另一个实施例。
【具体实施方式】
[0013]再生器包括容器，其用于催化剂向下流动通过该容器，并且具有向上流动通过催化剂、同时燃烧掉催化剂上的积碳的热的气体。对于一些再生器而言，所述容器需要诸如用在ΜΤ0(甲醇制烯烃)催化剂再生器中的厚的催化剂床层。众所周知，厚的催化剂床层会形成气体流动分配问题。厚床层还可能在流化床内形成大规模的颗粒流，这会导致分离的区域以及催化剂再生程度的非期望分布。人们已经对厚床层内的气体流动分布进行了研究并且已经发现了气泡相互结合而形成较大的气泡。这在流化床内形成了气泡区域，在该气泡区域内存在大量的气体和很少的催化剂。这在再生器中产生了不同的催化剂床层密度，影响了催化剂的流动和循环以及催化剂与气体的接触时间和停留时间。这样的流动区域所具有的问题中的一个是催化剂不能均匀地再生，并且降低了碳燃烧速率。
[0014]本发明是用于使催化剂颗粒向下流动通过再生器、同时使向上流动的燃烧气体与催化剂接触的设计。气体流速足以使催化剂颗粒流化，同时接触和燃烧掉颗粒上的焦炭。催化剂颗粒流动穿过并向下通过一系列格栅以维持催化剂颗粒的分布。提供格栅用于在流化床内使催化剂颗粒流动且防止气泡结合。
[0015]格栅水平地延伸横跨再生器截面，并且每个格栅都具有用于使气体流动通过格栅的多个小开口。所述多个小开口具有足够小的尺寸以防止催化剂颗粒通过。格栅可包括用于使催化剂通过的大开口，或者可横跨再生器截面的一部分，在格栅部分与再生器的壁之间具有开口或间隔。大开口的开口面积或格栅端部与再生器的壁之间的间隔的尺寸设计成允许催化剂颗粒流动。
[0016]格栅通过在容器的整个水平截面上分布流动而防止气体的不均匀分布，其中气体向上流动通过格栅与催化剂接触。这防止了催化剂的高密度区域，因此提供了更佳的催化剂与气体的接触。格栅提供了催化剂向上和向下移动通过再生器而不形成催化剂的明显分离的体积的能力，所述催化剂的分离的体积可以在再生器中停留很长时间，或者以极短的时间穿过再生器。
[0017]格栅需占据再生器的足够百分比的截面积，不仅用于维持格栅的保持催化剂重量的足够强度，而且具有足够的开口以使气体通过从而使催化剂流动并流化，同时允许催化剂向下流动通过再生器。
[0018]催化剂再生器包括如图1所示的容器10。容器10包括用于准许待再生的催化剂进入的至少一个催化剂入口端口 12，以及用于移走经再生的催化剂的至少一个催化剂出口端口 14。容器10包括用于准许燃烧气体进入的至少一个气体入口端口 16，以及用于排放燃烧气体产物的至少一个气体出口端口 18。再生器包括布置在容器10内的多个格栅20，并且其中每个格栅20都沿基本上水平的方向横跨容器10截面的全部或部分地设置。每个格栅20包括多个开口 22。开口 22的尺寸允许气体基本上自由地流过格栅20，同时限制催化剂颗粒穿过格栅20的量。在图1中的实施例中，每个格栅20都横跨(容器10的)截面的一部分延伸，其中在格栅20的端部处在格栅20与容器壁之间具有开口区24。对于该实施例而言，催化剂通过再生气体而流化，并且流动穿过格栅20并向下流动至设置在该格栅下方的格栅20，其中催化剂持续来回地流动穿过容器10。在一个替代实施例中，开口 22可以足够小以允许气体向上流动，同时防止催化剂颗粒向下流动通过开口 22，以迫使催化剂通过开口区24往下流动。开口区24优选具有至少2厘米的宽度，更优选具有至少5厘米的宽度，使得开口区24限定出较大的开口。
[0019]在一个实施例中，再生器包括容器，所述容器具有至少一个催化剂入口、至少一个气体入口、至少一个催化剂出口以及至少一个气体出口。如图2所示，所述容器包括多个格栅20，其中所述格栅以水平取向设置在所述容器内并且横跨所述容器的截面延伸。每个格栅20都包括穿过每个格栅20的面的多个小的开口 22。格栅可包括具有适当尺寸的孔22的实心金属板/片，或者可包括如30所示的由交叉金属条带形成的格子。格栅中的开口(孔)22将优选具有至少9cm2的开口面积。
[0020]图3中示出上述设计的另一个变型，该变型具有如图2所示的格栅，但还具有在格栅20内的较大开口 26的附加特征。较大开口 26允许催化剂从一个格栅到另一个格栅的明显向下流动，同时允许流化气体向上通过较小开口 22。当设计包括较大开口 26时，较小开口的尺寸可设计成限制或约束催化剂流过小开口，或者较小开口可具有比允许颗粒流过的尺寸小的开口面积。通过将流化状态的催化剂的流动限定至较大开口，维持了催化剂的持续流动同时限制了可引起分离的大规模流动。格栅20水平地取向，其中在相邻的格栅20之间具有竖向间隔。
[0021]格栅内的大开口具有大致矩形的形状，其长度等于经过格栅的弦长，并且具有至少I厘米的宽度，其中宽度优选为至少2厘米并且处于2到5厘米的范围内。大开口 26不必横跨格栅的整个弦长延伸，但优选地具有至少5厘米的长度，例如具有至少10厘米的优选长度。
[0022]格栅20中的大开口 26的位置相对于相邻的格栅20中的大开口在水平方向上偏置。作为示例，可将一组格栅分成两类，第一类具有3个大开口，而第二类具有2个大开口。第一类可具有间隔地位于直径的1/6、直径的1/2及直径的5/6处的开口。第二类可具有在直径的1/3及直径的2/3处的开口。因此，当格栅定位在容器内时，每类格栅彼此交替，如图3中可见。
[0023]可设想其它取向，并且图3仅仅是一种设计，而大开口 26的偏置防止了催化剂的大规模流动并且使再生器内的气泡破碎。
[0024]大开口 26定位成使得开口垂直于格栅20的直径，并且具有沿着格栅20的垂直于该直径的弦的基本取向。大开口 26可以是基本上矩形的，或者可以是基本上梯形的以在大开口与容器的壁或格栅20的边缘相交时适应格栅和容器的弯曲。大开口具有至少2厘米且优选至少5厘米的宽度，具有至少5厘米且优选至少10厘米的长度，从而为大开口 26提供至少1cm2且优选至少50cm2的开口面积。
[0025]图4中示出另一实施例，其中格栅20包括两类格栅。第一类包括在格栅内具有小开口 22的格栅，并且在对向侧上包括用于催化剂向下流动的开口间隔(开口区)24。第二类包括具有贯穿格栅20的小开口 22的格栅20，其中在格栅20的中间位置具有大开口 26。大开口 26可横跨格栅20的整个宽度或格栅20的宽度的较小部分延伸。格栅20以交替模式布置在容器内，其中来自第二类的格栅紧接着来自第一类的格栅，然后重复第一类、第二类等的模式。
[0026]本发明包括用于使颗粒物质与热的气体接触的设备，其中颗粒物质具有沉积在颗粒上的焦炭。热的气体包括用于可控地燃烧焦炭以将焦炭从颗粒上移除的可控量的氧气。所述设备包括容器，该容器具有由所述容器限定的用于接收含有沉积在其上的焦炭的颗粒的至少一个端口，和用于抽取由焦炭的燃烧生成的燃烧气体的至少一个端口。所述设备还包括多个穿孔的板，其中所述板在容器内水平地取向，并且所述板在竖向上彼此分隔开。每个板都包括穿孔部分和挡板(grate)部分。穿孔部分包括具有允许气体流动的多个孔的部分。挡板部分包括一些小孔，但还包括至少一个较大的开口，其中大开口具有足够的尺寸以允许颗粒流动。所述板可包括不只一个挡板部分和不只一个穿孔部分。
[0027]挡板部分包括开口面积至少为9cm2的较大开口，并且可具有大致矩形的形状。优选地，挡板部分中的大开口具有至少2厘米的宽度，优选地挡板部分中的大开口具有至少5厘米的长度。
[0028]板在容器中的布置分布成使得一个板中的大开口相对于相邻板中的大开口在水平方向上偏置。
[0029]再生过程包括使废催化剂颗粒通至再生器。废催化剂颗粒通常具有沉积在催化剂颗粒上阻挡活性部位的焦炭。烧掉焦炭则颗粒再生。再生气体或燃烧气体通至再生器并且在再生器内与催化剂颗粒接触。气体以使催化剂流化而形成流化床的足够量流动至再生器，其中催化剂和气体在燃烧过程中循环。气体的循环和流动会在再生器内产生分离的和较大的气泡。再生器具有用于足够的停留时间以烧尽焦炭的厚床层。正因如此，再生器填充有内部构件或格栅，其用于控制流化颗粒的流动和气体的流动以提供颗粒和气体的更均匀的工作密度。
[0030]催化剂颗粒向下流动通过再生器，其中所述流动包括引导颗粒穿过格栅并且通过格栅内的大开口。格栅包括小开口，所述小开口用于允许再生气体向上流动通过容器以使颗粒流化并将焦炭从颗粒上烧掉。颗粒向下流动穿过多个格栅，并且在燃烧后形成再生的催化剂流。再生的催化剂流从再生器底部流出，并且被引导至工艺系统中的反应器。具体地，被引导至MTO反应器。燃烧气体向上流动通过容器且从已燃烧气体端口流出。
[0031]再生器容器内的多通路格栅或板包括大开口。大开口可以是矩形的或圆形的，并且分布在格栅中的不同位置。格栅沿水平取向布置成使大开口相对于邻近的格栅(中的大开口)在水平方向上偏置。这允许催化剂上下来回地流过再生器，但限制催化剂以及催化剂和再生气体的大规模循环和分离。多通路格栅包括用于使气体流动以在再生器内使颗粒流化的小开口。
[0032]通过控制催化剂通过再生器的流动，提供了催化剂在再生器内的更均等的停留时间，改进了气体-催化剂的混合，并且可减少总催化剂停留时间。这允许更小的再生器容器和更少的催化剂库存，由此节省了 MTO工艺的大量成本。
[0033]尽管已经结合目前考虑过的优选实施例对本发明进行了描述，但应理解的是，本发明不限于所公开的实施例，而是旨在涵盖包括在所附权利要求的范围内的各种改型和等同方案。
【权利要求】
1.一种催化剂再生器，包括: 容器，所述容器具有催化剂入口、催化剂出口、气体入口和气体出口； 多个格栅，所述多个格栅布置在所述容器内并且水平地横跨所述容器延伸，在成对的格栅之间具有竖向间隔，其中每个格栅都包括: 多个小开口，所述多个小开口的尺寸足够允许气体通过但又足够小到防止催化剂颗粒通过；和，允许催化剂流动通过所述格栅的至少一个大开口。
2.根据权利要求1所述的再生器，其特征在于，所述格栅在所述容器内具有水平取向且在竖向上分隔开。
3.根据权利要求1所述的再生器，其特征在于，所述格栅具有水平取向，其中，相邻的格栅具有相对于相邻的格栅的大开口在水平方向上偏置的大开口。
4.根据权利要求1所述的再生器，其特征在于，所述大开口是基本上矩形的，横跨所述格栅，并且具有介于2和5cm之间的开口宽度。
5.根据权利要求1所述的再生器，其特征在于，每个格栅都包括板，所述板具有分布在该板上的小开口，每个格栅都横跨所述容器的水平截面并且具有与该容器的一侧相隔至少2厘米的端部，其中在容器壁与格栅之间的间隔限定了所述大开口。
6.根据权利要求5所述的再生器，其特征在于，交替的格栅在所述容器的相对两侧上具有所述在容器壁与格栅之间的间隔。
7.根据权利要求1所述的再生器，其特征在于，所述小开口的尺寸允许气体流动但足够小到防止催化剂颗粒通过。
8.根据权利要求1所述的再生器，其特征在于，所述小开口的尺寸允许催化剂颗粒流动通过，所述大开口的尺寸允许更大的催化剂颗粒流。
9.根据权利要求1所述的催化剂再生器，其特征在于，所述格栅内的大开口相对于所述容器中的最邻近的格栅处于偏置的水平位置。
10.根据权利要求1所述的催化剂再生器，其特征在于，所述格栅具有每个格栅至少两个大开口，其中所述大开口具有至少2厘米的宽度和与格栅的弦长相等的长度。
【文档编号】B01J38/30GK104203390SQ201380015916
【公开日】2014年12月10日 申请日期:2013年3月6日 优先权日:2012年3月23日
【发明者】R·A·约翰逊二世, P·帕尔马斯 申请人:环球油品公司