專利名稱：反應和再生系統的制作方法
發明的背景本發明涉及在烴轉化反應中有用的徑向流動催化反應和再生系統。
用于催化烴轉化加工的反應和再生系統是人所共知的。典型的系統具有至少一個反應器和至少一個再生區。在反應器中，固體催化劑顆粒促進了特定的烴轉化反應的進行并同時在某種程度上失活。失活的催化劑顆粒被輸送至再生區以進行再活化，并且將再活化后的催化劑顆粒輸送回反應器中。
典型地，反應器為徑向流動反應器，其中反應物料流在通過垂直放置在延長的室中的環狀催化劑床的徑向料流中得到處理。將催化劑顆粒保持在用同軸地放置在垂直放置的外管狀催化劑保留網中的內管狀催化劑保留網(通常用穿孔或開槽的中心管支持)定義的、垂直放置的環狀催化劑保留區中。系統可以使用多于一個反應器，并且每一反應器可以包含多于一個環狀催化劑床。催化劑可以從一個環狀催化劑床流動至串聯或并聯流動形式的下一個床。多個環狀催化劑床可以相互水平間隔(例如在并列的反應器中)或相互垂直間隔(例如在堆疊的反應器中)。每一催化劑床可以是移動的填充床并且顆粒可以由重力流動而移動。使用此類反應器的烴轉化過程的例子是石蠟的催化重整、催化脫氫，烷基芳香化合物的催化脫氫，以及石蠟的脫氫二聚環化。適用的徑向流動反應器的信息參看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。
進入環狀催化劑床的反應物已經被加熱并以升高的溫度進入。反應物再加熱反應器壁、網和催化劑，從而使整個反應器在升高的溫度下在穩定狀態下操作。即使如此，取決于所發生的反應是吸熱的還是放熱的以及熱損失，在反應器或環狀催化劑床中的溫度會在空間上變化。但是，只要溫度大致恒定，此類溫度差別不會成為問題，并且在反應器的機械設計中通常得到處置。類似地，在逐漸地或以被控制的方式完成加熱和冷卻的條件下并且在溫度變化的程度不過大的條件下，反應器中溫度的上升或下降不會引起反應器機械完整性方面的問題。這樣，反應器壁、網和催化劑能夠以催化劑床體積實際恒定、催化劑床中催化劑的量實際恒定、并且在反應器中沒有機械破壞的形式相對于彼此并按照它們的熱膨脹系數膨脹或收縮。
但是，非常快的、不受控制的或不均勻的加熱和冷卻或大幅度的冷卻則是非常不同的。如果反應器開始時處于穩態和升高的溫度下，反應物流的損耗會給包含固定量催化劑的催化劑床的體積造成極大瞬間差異。內網可能比壁較早和較快冷卻，這樣可能使床容積擴大。由于床是由重力流動供給的，這樣就可能允許更多催化劑進入床。但是，一旦壁也開始冷卻，床容積可能減小，并且由于床此時較以前包含了更多的催化劑，床壓強可能上升。這種顆粒間應力又可能在內網和外網上產生極大的力，而內網和外網在極端的載荷下是可能崩潰或破裂的。進入反應器的反應物所使用的加熱器的停機也可能有同樣的影響。
US-A-3,647,680中描述了一個反應和再生系統。更具體而言，US-A-3,647,680的附圖
顯示了環狀床13、活底料斗22、升降機銜接器25和分離料斗28。該系統可以用于通過將催化劑顆粒從床13的底部取出并通過活底料斗22和提升裝置接合器25將其輸送到分離料斗28來降低床的壓強和釋放環狀床13中的網上的應力。但是，該系統具有幾個缺點。首先，當反應器中的條件快速變化時，即使將那些催化劑顆粒輸送至其他地方對于再生區的操作更有利，該系統仍將催化劑顆粒從反應器輸送到再生區。第二，即使再生區停機(這是由于引起反應器床壓強上升的相同情況經常也引起再生區的停機)，該系統仍將催化劑顆粒輸送至再生區。因此，人們還在尋找其他降低床壓強的反應和再生系統。
發明的概述本文公開了一種用于降低反應器中催化劑顆粒重力流動環狀床中的應力而沒有任何催化劑顆粒向反應器外的凈輸送的反應和再生系統。該系統具有將催化劑顆粒從反應器出口輸送至處于反應器中較高位置的反應器入口的裝置。該系統釋放床中的應力而不將凈數量的催化劑顆粒輸送至再生區。即使在再生區停機時，該系統仍具有降低環狀床中應力的能力。
據此，本文公開了用于實現反應物料流與以環狀床的形式可以通過重力流動而通過系統移動的催化劑顆粒的徑向流動接觸以及用于減少床中應力的反應和再生系統。該系統包括具有環狀催化劑保留區的反應器。催化劑保留區具有上部和位于上部以下的下部。第一催化劑入口端口與催化劑保留區上部相連通。第一催化劑出口端口與催化劑保留區下部相連通。用于將催化劑顆粒至少部分再生的再生區與第一催化劑出口端口相連通以從催化劑保留區接受催化劑顆粒，并且也與第一催化劑入口端口相連通以將催化劑顆粒引入催化劑保留區。第二催化劑出口端口與催化劑保留區下部相連通。第二催化劑入口端口與催化劑保留區上部相連通。用于將催化劑從第二催化劑出口端口輸送至第二催化劑入口端口的裝置與第二催化劑出口端口和第二催化劑入口端口相連通。用于輸送催化劑的裝置并非用于將催化劑顆粒引入再生區。
本文還公開了用于實現反應物料流與環狀床的形式可以通過重力流動而通過系統移動的催化劑顆粒的徑向流動接觸以及用于減少床中的應力的反應和再生系統。系統包括具有垂直室壁的室。該室是在垂直方向上延伸的并且是封閉的。將外催化劑保留網放置在室中。外催化劑保留網是垂直放置的并且呈管狀。將內催化劑保留網共軸地放置在外催化劑保留網中以形成催化劑保留區。內催化劑保留網是封閉的并且呈管狀。催化劑保留區呈環狀并具有圍繞著其外部的外多支管空間。外多支管空間由室壁和外催化劑保留網圍成。催化劑保留區也具有內催化劑保留網圍成的內多支管空間，并且催化劑保留區圍繞在內多支管空間的外部。催化劑保留區具有上部和下部，二者均由內和外催化劑保留網圍成。下部被放置在上部之下。反應物入口端口與外多支管空間相連通。反應物出口端口與內多支管空間相連通。第一催化劑入口端口與催化劑保留區上部相連通。第一催化劑出口端口與催化劑保留區下部相連通。用于將催化劑顆粒至少部分再生的再生區與第一催化劑出口端口相連通以從催化劑保留區接受催化劑顆粒。再生區也與第一催化劑入口端口相連通以將催化劑顆粒導入催化劑保留區。第二催化劑出口端口與催化劑保留區下部相連通。第二催化劑入口端口與催化劑保留區上部相連通。用于將催化劑從第二催化劑出口端口輸送到第二催化劑入口端口的設備與第二催化劑出口端口和第二催化劑入口端口相連通。用于輸送催化劑的設備并非用于將催化劑顆粒輸送到再生區中。
該反應和再生系統的其他實現方案在詳述部分中公開。
信息公開US-A-3,647,680和US-A-5,500,110描述了反應器和再生系統。
US-A-5,584,615和US-A-5,716,516描述了使用非機械閥和無碰撞流動轉向器的顆粒材料的氣動和重力輸送。
US-A-4,567,023描述了用于實現移動催化劑床的徑向流動接觸的多級反應器系統。
附圖的簡述附圖是顯示了屬于本發明實現方案的反應和再生系統的工藝流程圖。
發明的詳述此處公開的反應和再生系統可以用于任何其中顆粒由重力流動而移動通過環狀床的徑向流動接觸反應器。該系統特別適用于其瞬間狀態在特定時間在環狀床內會引起極端的顆粒間壓強的工藝過程中的催化劑顆粒徑向流動(向內或向外)接觸的反應器。特別適用的場合是當催化劑顆粒不能或不應被從反應器輸送至催化劑顆粒的再生的區域時。可以使用該系統的最常見的工藝過程類型是烴轉化過程，包括石蠟的催化重整、催化脫氫，烷基芳香化合物的催化脫氫和石蠟的脫氫二聚。
可以使用本發明的最經常實施的烴轉化過程是催化重整。因此，此處對本發明進行的討論將借助其在催化重整反應系統中的應用。這樣作并非旨在對權利要求書中指出的本發明的范圍進行限制。
催化重整是一種很好地確立了其地位的用于在石油加工工業中改善烴原料中的辛烷質量的烴轉化方法，重整的主要產物是車用汽油。
催化重整的技術是人所共知的，無需在此詳細描述。簡而言之，在催化重整中，將原料與包含烴的循環料流混合并在反應區中與催化劑相接觸。催化重整的常見的原料是被稱為石腦油并具有80℃(180°F)的初沸點和205℃(400°F)的終沸點的石油餾分。催化重整方法特別適用于直餾汽油的處理，上述直餾汽油包含較高濃度的環烷和基本直鏈石蠟烴(通過脫氫和/或環化反應對其進行芳構化)。
可以將重整定義為通過環己烷脫氫和烷基環戊烷脫氫異構化生成芳香化合物、石蠟烴脫氫生成烯烴、石蠟烴和烯烴脫氫環化生成芳香化合物、n-石蠟烴異構化、烷基環狀石蠟烴異構化生成環己烷、飽和芳香化合物異構化和石蠟烴氫化裂化而產生的總效果。
通常在包含一種或多種第VIII(IUPAC 8-10)族貴金屬(例如鉑、銥、銠、鈀)和一種鹵素并與多孔載體(例如難溶非金屬氧化物)相結合的催化劑顆粒的存在下實現催化重整反應。鹵素通常是氯。通常將氧化鋁作為載體。催化劑可以包含其他第IB至VIIB(IUPAC 11-12和3-7)族的金屬，包括鉬、錸、鋯、鉻和錳，以及第IA至VIA(IUPAC 1-2和13-16)族的金屬，包括鉀、鈣、鎂、鋁、鎵、鍺、銦、錫和鉛。
催化劑顆粒通常呈球形，并且具有1.6至3.2mm(1/6-1/8英寸)的直徑，盡管其可以大至6.4mm(1/4英寸)。但是，在特定的反應-再生系統中，希望使用落在相對窄的顆粒度范圍內的催化劑顆粒。在重整反應的過程中，由于例如焦炭在顆粒上沉積的機理，催化劑顆粒被鈍化，也就是說，在使用一段時間之后，催化劑顆粒促進重整反應進行的能力下降至催化劑不再有用的程度。在將催化劑再用于重整過程中之前，必須將催化劑再活化或再生。
在常見的形式中，重整器使用移動床反應區和再生區。可以將本發明的反應和再生系統用于移動床再生區或固定床再生區。將新鮮的催化劑顆粒送入可以包括數個反應器的反應區，顆粒由重力而流動通過該區。從反應區的底部將催化劑取出并輸送至再生區，在此使用多級再生方法除去焦炭沉積物并將催化劑再活化以恢復其全部反應促進能力。移動床再生區的技術是人所共知的，無需在此詳細描述。催化劑通過重力流動通過各再生級并隨后被從再生區取出并被供給至反應區。催化劑通過反應區和再生區的移動通常被稱為是連續的，盡管其實際上可以只是半連續的。所謂半連續移動，是指在小間隔的時間點上相對少量的催化劑的重復輸送。例如，可以每分鐘從反應區的底部取出一批，并且取出過程耗時半分鐘，即，催化劑將會流動半分鐘。如果在反應區中的存量較大，可以認為催化劑床是連續移動的。移動床系統具有在取出或更換催化劑時維持生產的優點。
附圖顯示了屬于本發明的實現方案的反應和再生系統。該反應和再生系統與US-A-5,500,110中所示的系統相類似。因此，無需對附圖進行詳細描述。簡而言之，疊級反應器30與用于將催化劑顆粒從反應器30中取出的下保留室32相連通。
疊放反應器30與US-A-4,567,023中描述的多級反應器系統相類似。在此不對層疊的反應器30進行詳細描述，也沒有將其內部顯示在附圖中。但是，每一反應器(級)都具有伸長的室、垂直的室壁、外催化劑保留網(可以包括一組扇形元件)、內催化劑保留網、環狀催化劑保留區、圍繞著外網的外部的外多支管空間、被內網和催化劑保留區所圍繞的內多支管空間、與外或內多支管空間相連通的反應物入口端口以及與內或外多支管空間相連通的反應物出口端口。
疊級反應器30的設計優選具有能夠接受從底反應器催化劑保留區下部向下流動的催化劑顆粒的下保留室32。下保留室32具有從下保留室32中的催化劑顆粒上清洗烴的氫的入口端口(未顯示)。下保留室32允許氫氣向上流動進入底反應器。管線34通過端口或噴嘴(未顯示)與下保留室32連接，并通過“Y”型接頭連接至兩根管線-管線54(用于將催化劑顆粒輸送至再生區90)和管線36(用于將催化劑顆粒輸送至用于降低反應器30中床壓強的調節室28的頂部26)。在反應器30的穩定和持續操作中，將催化劑顆粒輸送至再生區90(在附圖中概括性表示)，并且管線54中的閥56是完全打開的。管線54將氫和烴從催化劑顆粒中置換。管線54與使用源自管線58和60的常規氣體(例如氮)控制催化劑顆粒向管線66中的輸送的非機械閥64相連接。管線58和62將提升氣體(氮)輸送至用于將催化劑顆粒沿管線66向上輸送的非機械閥64。非機械閥是眾所周知的，進一步的信息可以在以下文獻中找到“用于固體流的L型閥”，《烴加工》(Hydrocarbon Processing)1978年3月號第149-156頁；《氣體流化技術》，D.Geldart編輯(John Wily & Sons出版于1986年)。低碰撞轉向器是人所共知的，進一步的信息可以在US-A-5,584,615和US-A-5,716,516中找到。
管線70將催化劑顆粒從轉向器68輸送至使用揚析氣體(例如氮)將破碎的或變成碎片的催化劑顆粒從全部催化劑顆粒中分離出來的分離料斗72。管線74將催化劑碎片和細粉輸送至袋式集塵器76。管線78將催化劑顆粒輸送至用于將催化劑顆粒再活化的再生容器80。再生方法和再生容器80的細節取決于催化劑顆粒。管線82、密封鼓84、閥86和活底料斗88控制了源于再生容器80的催化劑輸送并且也從催化劑顆粒中置換催化劑再活化中使用的氣體。密封鼓和活底料斗是人所共知的。
管線10將催化劑顆粒輸送至用于使用源自管線12和14的控制氣體(例如氫)控制催化劑顆粒向管線20中的輸送的非機械閥18。管線12和16將提升氣體(氫)輸送至用于將催化劑顆粒沿管線20向上輸送至低碰撞轉向器22的非機械閥18。管線24將催化劑顆粒從轉向器22輸送至位于調節室28的頂部26的端口或噴嘴(未顯示)，從而使催化劑進入調節室28。
當反應器30中的條件快速改變時，產生了釋放床壓強和應力的需求。但是，即使必須從反應器取出一些催化劑顆粒，那些催化劑顆粒經常不能被輸送至再生區，其原因在于例如再生區停機或對催化劑顆粒的烴的沖洗不夠充分。為了避免將催化劑顆粒輸送至再生區90，可以完全關閉管線54中的閥56。為了降低反應器30中的床壓強和應力，反應和再生系統具有用于將催化劑顆粒從反應器的底部30輸送至反應器30中或調節室28中較高位置的點的設備。該設備并非用于將催化劑顆粒輸送至再生區90。附圖中顯示了一個這樣的設備。可以將管線36中的、在反應器30穩定和持續操作過程中可以關閉的閥38完全打開以允許將催化劑輸送至調節室28的頂部26。管線36與使用源自管線40和42的控制氣體(例如氮)控制催化劑顆粒向管線48中的輸送的非機械閥46相連通，管線40和44將抬升氣體(氮)輸送至用于將催化劑顆粒沿管線48向上輸送至調節室28的頂部26的端口或噴嘴(未顯示)從而使催化劑顆粒進入調節室28的非機械閥46。管線48具有兩個長半徑(例如1.2m(4英尺))彎曲50和52。
當反應器30中的條件要求將床壓強和應力釋放的時候，催化劑通過管線36和閥38的移動可以是連續的，盡管實踐中可能是半連續的。所謂半連續移動，是指在小間隔的時間點上相對少量的催化劑顆粒的重復輸送。例如，可以在閥38上裝置簡單的計時器和位置指示器以控制其打開和關閉。計時器設置可以是可調整的從而使閥38每二十分鐘一次并保持打開三分鐘，即催化劑以二十分鐘的間隔流動三分鐘。另一個可能的方法是管線36可以帶有兩個閥(而不是一個閥)，這兩個閥相互間隔，其中間的容積對應于一批催化劑顆粒。兩個閥都裝有簡單的計數器和位置指示器以控制其打開和關閉。計時器設置可以是可調整的從而使每二十分鐘可以從反應器的底部取出一批并且取出過程持續三分鐘，即，催化劑流動三分鐘。
用于輸送催化劑顆粒的設備可以具有在12小時或更短的時間內輸送其量等于必須釋放其壓強或應力的催化劑床中催化劑顆粒的量的3.5％的能力。用于輸送催化劑顆粒的設備的實際能力應可以由具有本領域中一般技能的人員進行調整，從而從催化劑床中以釋放床壓強和應力所需要速度輸送催化劑顆粒。優選地，調節室28的容量對于容納必須釋放其壓強或應力的催化劑床中的催化劑顆粒的量的3.5％至5％而言應足夠大。
將催化劑顆粒從反應器30的底部輸送至反應器30中或調節室28中較高位置的點的其他設備是可能的，上述設備包括螺桿輸送機、帶式輸送機、斗式提升機、振動或搖動輸送機、連續流動輸送機、以及其他氣動輸送機(包括升降機銜接器)。輸送催化劑顆粒的設備的選擇取決于許多因素。參看《Perry’s化學工程師手冊》(Perry’s Chemical Engineers’Handbook)第7版(McGraw-Hill出版于1997年)第21-4至21-27頁。
顯示在附圖中的反應和再生系統的可能的變通方案是在權利要求的范圍之內的。一個可能的變通方案是可以使用管線52和24通過僅一個的入口端口(例如噴嘴)而不是通過分開的入口端口將催化劑顆粒加入調節室28中。另一個可能的變通方案是可以通過管線36和54將催化劑顆粒通過下保留室32中分開的出口端口(例如噴嘴)而不是如附圖所示的僅一個的出口端口及與其相關的管線34取出。第三個可能的變通方案是調節室28可以位于反應器30之一中，特別是最上面的反應器之中。第四個可能的變通方案是反應和再生系統可以具有用于將催化金屬還原的區域(特別是當再生容器80中的催化劑再活化方法包括將催化金屬氧化時)。此類反應區可以位于調節室28之上或之下或包括調節室28。第五種可能的變通方案是調節室28與下保留室32之間僅有一個反應器(級)而不是多個反應器。
在催化劑通過非機械閥46輸送至調節室28的操作的末尾，在將內催化劑保留網封閉并成為管狀、催化劑保留區呈環狀之后，優選地，反應器和再生系統監測輸送至再生區90的催化劑的質量。這種監測可以包括簡單地將活底料斗的循環次數(始于向再生區90的輸送恢復時)乘以活底料斗的加料量。當乘積等于調節室28、反應器30和下保留室32中的催化劑量(該量低于由非機械閥46輸送的催化劑的量)時，系統通知再生容器80的操作者由非機械閥46輸送的催化劑即將進入再生容器80。由于該催化劑通過反應器30兩次(而不是一次)，其可能承受了額外的失活作用(例如更多的焦炭)并且再生容器80的操作條件可能需要據此進行調整。
權利要求
1.一種降低床中應力的反應和再生系統，該系統用于將反應物料流與以環狀床的形式可通過重力流動而通過系統的催化劑顆粒的徑向流動接觸，該系統包括a)具有催化劑保留區的反應器，催化劑保留區呈環狀，催化劑保留區具有上部和放置在上部之下的下部；b)與催化劑保留區上部相連通的第一催化劑入口端口；c)與催化劑保留區下部相連通的第一催化劑出口端口；d)用于將催化劑顆粒至少部分再生的再生區，再生區與用于接受源自催化劑保留區的催化劑顆粒的第一催化劑出口端口相連通，并且與用于將催化劑顆粒引入催化劑保留區的第一催化劑入口端口相連通；e)與催化劑保留區下部相連通的第二催化劑出口端口；f)與催化劑保留區上部相連通的第二催化劑入口端口；和g)將催化劑從第二催化劑出口端口輸送至第二催化劑入口端口而不將催化劑顆粒引入再生區的設備，該設備與第二催化劑出口端口和第二催化劑入口端口相連通。
2.根據權利要求1的系統，其中用于輸送催化劑的設備包括非機械閥。
3.根據權利要求1的系統，其中用于輸送催化劑的設備包括低碰撞轉向器。
4.根據權利要求1的系統，其中用于輸送催化劑的設備不從催化劑再生區中接受催化劑顆粒。
5.根據權利要求1的系統，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.根據權利要求1的系統，其中催化劑保留區具有保留一定量的催化劑的能力并且用于輸送催化劑的設備具有在12小時或更短的時間內輸送該催化劑的量的3.5％的能力。
7.根據權利要求1的系統，其中還包括催化劑調節區，催化劑調節區與第二催化劑入口端口相連通，以從用于輸送催化劑的設備接受催化劑顆粒，并且與催化劑保留區的上部相連通以將催化劑顆粒通過重力流動引入催化劑保留區。
8.根據權利要求1的系統，其中還包括催化劑調節區，催化劑調節區與用于輸送催化劑的設備和第二催化劑入口端口相連通，以將催化劑顆粒通過重力流動引入催化劑保留區。
9.根據權利要求1的系統，其特征還在于定義了至少兩個垂直分開的反應器部分的室，并且至少兩個反應區中下方的一個包括外催化劑保留網、內催化劑保留網、催化劑保留區、反應物入口端口、反應物出口端口、第一催化劑出口端口以及用于將催化劑從至少兩個反應區中上方的一個輸送到至少兩個反應區中下方的一個的裝置。
10.根據權利要求1的系統，其中還包括垂直延伸并且封閉的、具有垂直的室壁的室；垂直放置在室中的外網和內網，并且內網在外網內共軸延伸從而將催化劑保留在內網和外網之間的容積內，并且圍出催化劑保留區，其中內和外網圍出催化劑保留區上部和位于上部之下的催化劑保留區下部；由室壁和外網圍出的、圍繞催化劑保留區的外多支管空間；由內網圍出并被催化劑保留區所圍繞的內多支管空間；與外多支管空間相連通的反應物入口端口；與內多支管空間相連通的反應物出口端口。
全文摘要
本文公開了用于實現反應物料流與可以以環狀床的形式通過重力流動而通過系統的催化劑顆粒的徑向流動接觸以及用于減少床中應力的反應器和再生系統。
文檔編號B01J8/12GK1529745SQ02814211
公開日2004年9月15日 申請日期2002年6月19日 優先權日2001年6月22日
發明者K·P·奧斯汀, J·A·斯楚雷克, L·D·理查森, D·M·卡澤爾, C·T·雷斯爾, M·J·維特爾, G·A·齊亞比斯, P·R·科特雷爾, M·J·威爾, K P 奧斯汀, 卡澤爾, 威爾, 斯楚雷克, 理查森, 科特雷爾, 維特爾, 雷斯爾, 齊亞比斯 申請人:環球油品公司