用于改善催化劑流體動力學的反應器多通道格柵的制作方法
【專利說明】用于改善催化劑流體動力學的反應器多通道格柵
[0001]優先權聲明
[0002]本申請要求均于2013年3月29日提交的美國臨時申請US61/806，486和US61/806, 493以及均于2014年3月26日提交的美國申請US14/225, 464和US14/225, 465的權益。
技術領域
[0003]本發明涉及利用反應器內部結構在反應器內分布催化劑的方法和裝置。特別地，本發明涉及甲醇制烯烴(ΜΤ0)反應器的內部結構的設計，以更好地分布催化劑以及更好地使催化劑與反應物接觸。
【背景技術】
[0004]乙烯和丙烯，或低碳烯烴，對于商用重要塑料即聚乙烯和聚丙烯的生產是重要的。其它重要的聚合物前體包括氯乙烯、乙苯、環氧乙烷以及從低碳烯烴派生出的其它化合物。低碳烯烴的生產主要通過使源自石油的烴原料的較重的烴類裂解來生產。
[0005]低碳烯烴設備是反應器與氣體回收系統的組合。反應器包括用于產生具有低碳烯烴的物料流的裂解單元和用于使低碳烯烴與來自反應器的產品流中的其它烴組分分離的分饋單元。
[0006]由于石油成本的增加，對于低碳烯烴的日益增大的需求已導致人們去尋找其它資源。其中，新資源包括可源自生物物質的含氧化合物，以及其它資源。常見的含氧化合物包括醇類且特別是甲醇。特別地，主要包含甲烷的天然氣可被轉化成甲醇，且甲醇可被轉化成低碳烯烴。含氧化合物通過反應過程轉化以生產包含低碳烯烴的產品流。
[0007]一種轉化工藝通常被稱為甲醇制烯烴(ΜΤ0)工藝，且該工藝涉及催化反應并且在催化反應器內進行以產生低碳烯烴產品流。用于含氧化合物轉化成烯烴的催化劑包括固體催化劑如沸石。在ΜΤ0工藝中使用的沸石在大量專利中有所描述。一個用于制備沸石的方法在US 3，957，689中有所描述。一種用于制備改善了耐磨耗性的催化劑的方法在US4，987，110中有所描述。用于生產硬質微球的方法在US 5，352，645中有所描述。大量其它專利描述了用于改進反應和用于改進催化劑顆粒硬度的更好的催化劑的制備。
[0008]具有改善的耐磨耗性的催化劑是重要的，因為反應環境是苛刻的物理環境。ΜΤ0反應器通常是流化床且催化劑顆粒會與其它催化劑顆粒以及與催化劑顆粒經其輸送或在其內攪動的物理設備之間發生經常性接觸和摩擦。
[0009]改進用于生產低碳烯烴的系統能夠增加催化劑壽命并能夠改善工藝以使得所述生產更加經濟。
【發明內容】
[0010]本發明是用于改善在含氧化合物轉化工藝中生產的低碳烯烴的接觸和產量的方法和設備。該設備包括布置在該反應器內的多個格柵，其中，所述格柵包括多個小開口和至少一個大開口。所述大開口有助于催化劑的流動，同時最小化催化劑阻塞，并且在催化劑沿反應器向下流動時引導催化劑以至少部分地橫向流過所述格柵。
[0011]該方法包括以通常對流流動方式使富含含氧化合物的物料流流動穿過催化劑，其中所述催化劑沿反應器容器向下流動且該氣體沿該容器向上流動。該方法使富含含氧化合物的物流與催化劑在反應條件下接觸，同時使催化劑以大致蛇線軌跡沿反應器容器向下流動。催化劑的這種運動最小化了催化劑密集區的形成并最小化了在工藝中的催化劑分離。
[0012]從以下的詳細描述和附圖中，本發明的其它目的、優勢和應用對于本領域技術人員來說將變得顯而易見。
【附圖說明】
[0013]圖1示出了完全覆蓋ΜΤ0反應器的橫截面的格柵結構；以及
[0014]圖2示出了允許催化劑更流暢地沿反應器向下流動的一種格柵結構。
【具體實施方式】
[0015]存在多種利用流化催化劑床的反應器工藝。該催化劑床是流化的，以在催化劑與反應物之間提供良好接觸。甲醇制烯烴(ΜΤ0)反應器采用深度催化劑床。連同改進催化劑，改進反應器內的條件也是重要的。ΜΤ0中的催化劑床是深度流化催化劑床且該催化劑床向下流動經過反應器。深度催化劑床可在催化劑流動不好的區域以及氣體分布不均勻的區域設置在反應器內。為了改善催化劑在反應器內的運動和流動以及與氣體反應物的接觸，在反應器中布置有豎向板或格柵。格柵有助于改善催化劑在反應器床中的均勻性。這導致產品產量的提高。所述格柵跨反應器床水平延伸并且在多個高度處布置在催化劑床內。
[0016]所述格柵被設計成獲得足夠的開放面積或橫截面積，從而不會影響到該工藝過程，同時維持足夠的強度以支承所述格柵。如果格柵的橫截面積太高，催化劑的流動可能會受限并且會因局部催化劑分離導致反應性能較差。如在圖1中所示，格柵結構示出了 ΜΤ0反應器的內部結構。圖1示出了布置在反應器容器內的三個格柵10的堆疊。催化劑進入反應器頂部并向下流動通過反應器并流動經過每個所述格柵10。格柵10由焊接在一起的多根金屬條制成，以形成具有開口的網格結構，所述開口足夠用于使催化劑在反應器內向下流動以及氣體在反應器內向上流動。所述金屬條通常為2毫米至5毫米(mm)厚、10毫米至20_寬，但取決于反應器的尺寸和反應器內的格柵所需強度，可具有更大的厚度或寬度。所形成的網格結構將具有側邊尺寸為10mm至50mm的大致矩形或方形的多個開口。格柵被設計成具有大的開放面積，且優選地，該開放面積大于橫截面積的65 %，且更優選大于75%。
[0017]由催化劑和氣體的對流運動形態引起均勻柵格的問題。所述格柵通過限制催化劑的向上和向下運動幫助催化劑在統一方向上流動。但氣體的流動和催化劑粒徑范圍引起一些催化劑分離并產生催化劑密度增大區域和催化劑密度減小區域。這是因為較小催化劑顆粒被攔截并使得流動穿過格柵更加困難。
[0018]本發明旨在改進催化劑沿催化劑經過反應器的大范圍流動方向的流動并限制或阻止局部高速區和局部不均勻催化劑密度區域的形成。用于本發明的方法涉及在使催化劑向下通過反應器且進料流向上通過反應器時使含氧化合物進料流與催化劑接觸。
[0019]圖1示出了在常規反應器中使用的三格柵設計，其中，格柵10橫跨反應器的整個橫截面。圖1還示出了插圖15，其示出了格柵一部分的放大視圖。格柵是開放的并允許催化劑流動穿過該格柵，同時還允許流體沿相反方向或向上流動穿過該格柵。
[0020]本發明包括用于使固體催化劑與流體反應物接觸的反應器。該反應器包括容器、其中該容器具有催化劑入口、催化劑出口、流體入口和流體出口。在一個實施例中，所述流體是氣體，其中，固體向下流動，而氣體向上流動。圖2示出了反應器的內部結構，其中在該反應器容器內設置有多個格柵20。所述格柵20跨反應器水平延伸，并且在每對格柵20之間存在豎向間隔。格柵20包括多個小開口 25，所述小開口具有足以允許氣體穿過開口 25的尺寸，并且具有足以允許催化劑顆粒流動穿過所述開口 25的尺寸。格柵20還包括在格柵中的至少一個大開口 27。大開口 27足夠大以允許催化劑顆粒自由流動。
[0021]每個格柵中的大開口 27包括占總橫截面積的15%至35%的開放空間。優選地，大開口包括占總橫截面積的15%至25%的開放空間。
[0022]格柵20沿豎向疊加地設置在所述反應器中，在每對格柵20之間具有豎向間隔。對于相鄰的格柵，每個格柵具有水平取向，并且所述大開口在水平方向上相對于相鄰格柵20的大開口偏置。大開口 27呈大致矩形，具有寬度和長度，其中長度大于寬度。大開口 27具有介于5mm和50mm之間的寬度。在一個優選實施例中，大開口呈大致矩形或梯形，大開口27的長度從一個邊緣至對置邊緣地橫跨該格柵。
[0023]在一個實施例中，反應器格柵20包括板，所述板具有分布在板上的多個小開口。每個格柵20橫跨反應器容器的橫截面，并具有與容器的一側間隔至少10mm的至少一端。格柵與容器側壁之間的這種間隔提供出所述大開口，如在本發明中所定義的。在一個替代實施例中，反應器可具有這樣的格柵，所述格柵具有在側壁與格柵之間的間隔，其中相鄰的格柵在容器的相反側具有在側壁與格柵之間的間隔。在每個格柵20中的開口提供出占格柵總橫截面積的50 %至90 %的、允許催化劑和流體流動的總開放面積。在一個優選實施例中，總開放空間或開口的總空間提供出占總橫截面積的70%至85%的總開放面積。
[0024]優選地，反應器包括至少三個格柵20，它們沿豎向疊加布置在容器內。每個格柵具有至少兩個大開口，其呈大致矩形或梯形，并且其中，格柵中的每個大開口橫跨格柵的寬度布置。相鄰格柵的大開口在水平方向上也與相鄰格柵的大開口錯位布置。