專利名稱:有兩個(gè)流化反應(yīng)段與集成氣/固分離系統(tǒng)的新反應(yīng)器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種新型的氣-固流化床反應(yīng)器，該反應(yīng)器有集成的氣-固分離系統(tǒng)，即完全是成套反應(yīng)系統(tǒng)的一部分。成套反應(yīng)系統(tǒng)應(yīng)該理解是不同反應(yīng)段(zone)系列，在本發(fā)明的情況下，它們包括至少一個(gè)以稠密或快速流化床方式運(yùn)行的段，后接以轉(zhuǎn)移流化床方式運(yùn)行的第二段，為了簡化起見將這種床稱之轉(zhuǎn)移床(lit transporté)。在英語術(shù)語學(xué)中常常把以轉(zhuǎn)移方式運(yùn)行的段稱之“提升管(riser)”。
使用傳統(tǒng)的催化裂解催化劑，人們一般觀察到，稠密(dense)流化作用是約1-30cm/s?？焖俜绞降牧骰饔檬菑募s30cm/s到1m/s。
在催化裂解設(shè)備的提升管內(nèi)產(chǎn)生夾帶床流化作用，在該設(shè)備內(nèi)氣體速度典型地是在提升管底部2-7m/s，而在其頂部達(dá)到10-30m/s。
在這里，對于其尺寸通常是50-80微米的催化裂解顆粒作為實(shí)例給出了流化速度。本技術(shù)領(lǐng)域：
的技術(shù)人員知道，這些不同方式之間的邊界不是固定的，而是取決于固體顆粒的特性和流化氣體的性質(zhì)。
在催化裂解設(shè)備、某些流化床鍋爐、丙烯腈合成、Fischer-Tropsch合成反應(yīng)中，在制備聚乙烯的烯烴聚合反應(yīng)器中，以及在能將甲醇轉(zhuǎn)化成烯烴的方法中，遇到具有多種流化方式的流體床反應(yīng)器。
這個(gè)名單并非是窮舉性的，本發(fā)明應(yīng)用于采用氣固流化反應(yīng)器的任何方法，該反應(yīng)器具有至少兩個(gè)反應(yīng)段，在前面定義意義上的以稠密或快速流化方式運(yùn)行的第一反應(yīng)段，接著是以轉(zhuǎn)移方式運(yùn)行的第二段。術(shù)語第一和第二是在流體流動(dòng)方向的意義上采用的。
本發(fā)明還涉及氣固分離裝置，這種裝置位于以轉(zhuǎn)移床方式運(yùn)行的第二反應(yīng)段出口，所述的氣固分離裝置能夠嚴(yán)格地控制氣體在以轉(zhuǎn)移床方式運(yùn)行的反應(yīng)段中和在分離系統(tǒng)本身中的停留時(shí)間。
本發(fā)明描述的連接(enchainement)優(yōu)點(diǎn)是以稠密或快速床方式運(yùn)行的第一段，接著以轉(zhuǎn)移床方式運(yùn)行的第二段，接著氣固分離裝置，是可能使不同段之間的停留時(shí)間漸變(gradation)，在進(jìn)行大多數(shù)反應(yīng)的第一個(gè)反應(yīng)段(以稠密或快速床方式運(yùn)行)得到最長的停留時(shí)間，接著在以轉(zhuǎn)移方式操作的第二反應(yīng)段中的停留時(shí)間較短。還可能的是，往第二反應(yīng)段中注入第二反應(yīng)物時(shí)，在所述的段中進(jìn)行快速反應(yīng)，或者根據(jù)期望的應(yīng)用，往所述的傳輸段中注入冷或熱的流體時(shí)，改變物流的溫度。
在整個(gè)說明書中，停留時(shí)間定義為有關(guān)反應(yīng)段的體積與氣體流量的比，而接觸時(shí)間定義為有關(guān)反應(yīng)段中催化相的體積與氣體流量的比。接觸時(shí)間能夠更精確地定義進(jìn)行催化反應(yīng)的特征時(shí)間。
背景技術(shù)：
關(guān)于用于FCC設(shè)備的流化床反應(yīng)器的現(xiàn)有技術(shù)數(shù)量龐大，本文限于分析有關(guān)描述在提升管出口有氣固分離裝置的文件。
文件US 4 978 440描述了使用“提升管”類反應(yīng)器的催化裂解方法，該反應(yīng)器在提升管下游的稠密相上面注入冷卻流體。使用一套直接與提升管相連的旋風(fēng)分離器實(shí)現(xiàn)氣固分離。這種氣固分離裝置完全不同于本發(fā)明所述的裝置。
US 5 112 576描述了在提升管出口有催化分離系統(tǒng)的催化裂解設(shè)備，它由位于釋放室內(nèi)的內(nèi)旋風(fēng)分離器，后接對于所述室而言的外分離系統(tǒng)組成。這種分離裝置完全不同于本發(fā)明所述的裝置。
US 4 789 458描述了一種催化裂解方法，其中汽提段和再生段有非常特定的溫度。在提升管出口的氣固分離裝置是直接與“提升管”相連的旋風(fēng)分離器類。
在引用的文件中沒有一個(gè)文件描述反應(yīng)段的結(jié)構(gòu)，其中提升管(它可確認(rèn)為本發(fā)明以轉(zhuǎn)移方式運(yùn)行的第二反應(yīng)段)在以稠密或快速方式運(yùn)行的第一反應(yīng)段之前。在引用的文件中沒有一個(gè)文件描述在提升管出口處的氣固分離系統(tǒng)，因此它構(gòu)成本發(fā)明的一部分。然而，本技術(shù)領(lǐng)域：
的技術(shù)人員知道，位于提升管出口處的氣固分離系統(tǒng)能夠限制來自初級裂解產(chǎn)物的降解反應(yīng)，因此對選擇性起著重要作用。本發(fā)明的氣固分離系統(tǒng)能夠確保氣體在所述分離器中的停留時(shí)間為0.5-3秒。因此，在催化裂解范圍內(nèi)，它對控制不期望的熱降解反應(yīng)，加之為聯(lián)產(chǎn)一定量的丙烯而極為嚴(yán)格的裂解有直接的影響。
更一般地，本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)反應(yīng)器的段別在于不僅完全控制了在反應(yīng)器中的總停留時(shí)間，而且還完全控制了在反應(yīng)器不同段中的分配，即第一反應(yīng)段、第二反應(yīng)段和氣固分離系統(tǒng)。
圖1表示有本發(fā)明固氣分離系統(tǒng)的反應(yīng)器的側(cè)視圖；圖2表示本發(fā)明反應(yīng)器的俯視圖，該圖能夠更好地說明氣固分離系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)。

發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明是一種氣固反應(yīng)器，按照氣固懸浮液的流動(dòng)順序，該反應(yīng)器包含至少一個(gè)催化劑調(diào)節(jié)段、至少一個(gè)以稠密或快速床方式運(yùn)行的第一反應(yīng)段、至少一個(gè)以攜帶床(lit entrainé)方式運(yùn)行并直接與第一反應(yīng)段出口端相連的第二反應(yīng)段，第二反應(yīng)段本身直接與初級氣固分離器相連。因此本發(fā)明的反應(yīng)器在不同反應(yīng)段之間停留時(shí)間如此分配，以致反應(yīng)物在第一反應(yīng)段內(nèi)的停留時(shí)間是4-10秒、在第二反應(yīng)段內(nèi)的停留時(shí)間是0.5-5秒、在初級分離器內(nèi)的停留時(shí)間是0.5-3秒。
初級分離器內(nèi)的停留時(shí)間一般是25％以下的反應(yīng)器內(nèi)總停留時(shí)間，優(yōu)選地是10％以下的反應(yīng)器內(nèi)總停留時(shí)間。
因此，本發(fā)明的氣固反應(yīng)器包括三個(gè)不同的段·以稠密流化方式運(yùn)行的催化劑調(diào)節(jié)段，該段能夠使該氣固懸浮液達(dá)到空隙率(fraction de vide)為0.45-0.85，優(yōu)選地0.5-0.6；·以稠密或快速流化方式運(yùn)行的第一反應(yīng)段，它供給烴餾分，任選地與水蒸汽混合的烴餾分；·第二反應(yīng)段沿著反應(yīng)流體流動(dòng)的方向直接接在第一反應(yīng)段后，它以轉(zhuǎn)移流化方式運(yùn)行。除了來自第一反應(yīng)段的流出物外，這個(gè)第二反應(yīng)段在某些情況下還供給第二種含烴物料。
第二反應(yīng)段直接與第一反應(yīng)段相連，這意味著在第一反應(yīng)段出口端與第二反應(yīng)段入口端之間沒有任何其他的段。然而，這兩個(gè)段之間的通道可以是漸進(jìn)的(progressif)，往往利用圓錐形過渡段實(shí)現(xiàn)其通道。
第二反應(yīng)段通過其出口端與初級氣固分離系統(tǒng)直接相連，該系統(tǒng)是本發(fā)明整體的一部分。
本文下面將詳細(xì)描述該初級氣固分離系統(tǒng)。
本發(fā)明集成具有一個(gè)調(diào)節(jié)段、兩個(gè)流化反應(yīng)段和氣固分離系統(tǒng)的氣固反應(yīng)器，其特征還在于第二轉(zhuǎn)移反應(yīng)段中的接觸時(shí)間是0.01-0.5秒，優(yōu)選地0.05-0.3秒。
同時(shí)，反應(yīng)物在這個(gè)第二反應(yīng)段內(nèi)的停留時(shí)間一般是0.5-5秒。
一般而言，第一反應(yīng)段運(yùn)行的體積分?jǐn)?shù)是0.55-09，表面氣體速度(vitesses superficielles gaz)是0.3-5m/s。
氣固懸浮液在初級分離器入口的速度一般是5-50m/s，優(yōu)選地15-30m/s。
氣體在初級分離器中的停留時(shí)間一般是0.5-3秒。
把待處理的原料或初級原料加到位于第一反應(yīng)段上游的催化劑調(diào)節(jié)段中。于是給該反應(yīng)器供給烴原料，該原料可以按照比例1-100重量％，優(yōu)選地2-25重量％與水蒸汽進(jìn)行混合。
給第二反應(yīng)段供給二次烴原料，該原料的分子量小于或等于供給第一反應(yīng)段的初級原料的分子量。
本發(fā)明有兩個(gè)流化反應(yīng)段的氣固反應(yīng)器的第一種應(yīng)用在于生產(chǎn)丙烯，初級原料大部分由沸騰烴構(gòu)成，即在560℃至少90％烴構(gòu)成，如汽油、煤油、柴油或減壓蒸餾物或這些餾分的混合物，二次原料由C4和C5低聚物構(gòu)成。
本發(fā)明有兩個(gè)流化反應(yīng)段的氣固反應(yīng)器的第二種應(yīng)用在于使用甲醇生產(chǎn)C2/C3/C4烯烴。
本發(fā)明有兩個(gè)流化反應(yīng)段的氣固反應(yīng)器的第三種應(yīng)用在于將含有的固體生物量(biomasse)轉(zhuǎn)化成液體烴餾分。
本發(fā)明流化床反應(yīng)器的第四種應(yīng)用在于使含有焦炭(coke)的固體顆粒再生，所述的再生是在空氣或氧氣中通過燃燒實(shí)現(xiàn)的。
當(dāng)然，列舉的應(yīng)用沒有限制本發(fā)明的應(yīng)用領(lǐng)域，它涉及任何實(shí)施的流化態(tài)反應(yīng)，其中控制反應(yīng)器中的總停留時(shí)間是一個(gè)十分重要的因素。
更確切地，本發(fā)明的反應(yīng)器特別適合于控制總停留時(shí)間及其在不同反應(yīng)器段中的分配，即以稠密或快速流化方式運(yùn)行的第一反應(yīng)段、以轉(zhuǎn)移流化方式運(yùn)行的第二反應(yīng)段和氣固分離系統(tǒng)本身。
本發(fā)明描述了一種新的流化床反應(yīng)器，該反應(yīng)器包括至少一個(gè)催化劑調(diào)節(jié)段、至少一個(gè)以稠密或快速流化方式運(yùn)行的第一反應(yīng)段、后接至少一個(gè)以轉(zhuǎn)移流化方式運(yùn)行的第二反應(yīng)段，并集成了與第二反應(yīng)段上端直接相連的氣固分離系統(tǒng)。
術(shù)語“第一反應(yīng)段”和“第二反應(yīng)段”應(yīng)該按照反應(yīng)流體流動(dòng)方向理解，其方向是垂直向上的。
把這些固體顆粒通過至少一條供給管道加到在反應(yīng)段前的調(diào)節(jié)段中，所述的固體顆粒可能部分來自再生段或熱交換段。
本技術(shù)領(lǐng)域：
的技術(shù)人員應(yīng)該從通常的意義上理解術(shù)語“再生”，即使在反應(yīng)階段過程中沉積的焦炭燃燒，恢復(fù)其催化劑活性。一般而言，已用催化劑的再生段以流化床方式操作。
同樣地，熱交換段可以是任何類型的，但在本發(fā)明的范圍內(nèi)，它優(yōu)選地是以流化床方式的。
在本文下面，簡要地談到第一反應(yīng)段，已知它以稠密或快速流化方式運(yùn)行，和第二反應(yīng)段，已知該段以轉(zhuǎn)移流化方式運(yùn)行。
第二反應(yīng)段直接與第一反應(yīng)段相連，這意味著第一反應(yīng)段出口端與第二反應(yīng)段入口端之間沒有任何其他的段，除了任選通常為圓錐形的連接段。
由圖1和2將更好地理解本說明書下文。
圖1表明本發(fā)明反應(yīng)器的詳細(xì)結(jié)構(gòu)，其中通過新的或再生的顆粒供給管道(2)和來自交換器(35)的再循環(huán)顆粒供給管道(3)將這些顆粒加到以稠密方式運(yùn)行的催化劑調(diào)節(jié)段(1)中。
在調(diào)節(jié)段(1)的下部，這些新顆粒與再循環(huán)顆粒一般使用流化構(gòu)件(5)進(jìn)行流化混合。
在調(diào)節(jié)段(1)的下部流體流動(dòng)的特征在于空隙率是0.45-0.85，優(yōu)選地0.5-0.6。
流體流動(dòng)的空隙率定義為顆粒未占用體積與顆粒未占用體積和占用體積之和的比。
使用管道(2)上的閥(6)控制新顆粒流動(dòng)，使用管道(3)上的閥(4)控制再循環(huán)顆粒流動(dòng)。
使用加料器(7)把反應(yīng)流體(8)加到在稠密或快速階段的反應(yīng)段(9)底部，以便讓所述的流體在稠密或快速第一反應(yīng)段(9)的整個(gè)截面上達(dá)到良好的分配。
可以加入氣態(tài)、液態(tài)或氣固混合相的反應(yīng)流體(8)。當(dāng)加入液態(tài)反應(yīng)流體時(shí)，使用噴霧器(7)將其轉(zhuǎn)變成細(xì)滴，以便有利于與固體顆粒接觸時(shí)蒸發(fā)(vaporisation)。
來自噴霧器(7)的液滴尺寸是這樣的，以致其值接近于固體顆粒尺寸，優(yōu)選地小于固體顆粒的尺寸。
實(shí)質(zhì)上(essentiellement)在調(diào)節(jié)段(1)后，在第一反應(yīng)段(9)、(10)、(11)中進(jìn)行氣固反應(yīng)。
第一反應(yīng)段本身可以分成許多以稠密或快速流化方式運(yùn)行的段。構(gòu)成第一反應(yīng)段的這些不同反應(yīng)段，其特征在于體積分?jǐn)?shù)是0.55-0.9，表面氣體速度是0.3-5m/s。
對于一般為40-100微米尺寸(沙得直徑(diamètre de Sauter))的固體顆粒，氣體速度的值是給定的。本發(fā)明可以應(yīng)用于粒度比40-100微米或大或小的顆粒，這時(shí)調(diào)整氣體速度值，以保持所期望的流化方式。
優(yōu)選地，本發(fā)明應(yīng)用于其平均尺寸(沙得直徑)25μm至1mm，優(yōu)選地50-500μm，顆粒密度(la masse volumique de grain)500-5000kg/m3的顆粒。
原料和固體顆粒(9)實(shí)施接觸的段后面接著一個(gè)圓錐形逐漸增大的段(10)，它本身接著一個(gè)上段(11)，其體積足以達(dá)到化學(xué)反應(yīng)所需要的停留時(shí)間和接觸時(shí)間。
這組段(9)、(10)和(11)構(gòu)成第一反應(yīng)段。
在第一反應(yīng)段(11)的上部中，有可能使用分配器(13)加入輔助流體(fluide auxiliaire)(12)，所述的分配器例如像圖1所示在壁上的噴嘴或環(huán)(鉆有適當(dāng)尺寸孔的環(huán))，或鉆有適當(dāng)尺寸孔的管，或本技術(shù)領(lǐng)域：
的技術(shù)人員已知的其他任何系統(tǒng)。
這種輔助流(12)可以是在反應(yīng)段中用于阻斷反應(yīng)進(jìn)行的冷卻流體。它還可以是其反應(yīng)性比加到第一反應(yīng)段(9)、(10)和(11)下部中的一種或多種反應(yīng)物高得多的反應(yīng)物。
第一反應(yīng)段一般是以圓錐形的過渡段(14)結(jié)束，該過渡段將氣體速度增加到5m/s以上，從而將全部顆粒轉(zhuǎn)移到以轉(zhuǎn)移床方式運(yùn)行的第二反應(yīng)段(15)、(16)。
以轉(zhuǎn)移床方式運(yùn)行的第二反應(yīng)段(15)、(16)體積比第一反應(yīng)段(9)、(10)和(11)相對低些。
該氣固懸浮液在這個(gè)第二反應(yīng)段中的速度相當(dāng)高時(shí)，氣體在所述段中的停留時(shí)間是短的，進(jìn)行的化學(xué)反應(yīng)一般是可忽略不計(jì)的，除非可能發(fā)生動(dòng)力學(xué)非常快的反應(yīng)。
典型地，反應(yīng)物在第二反應(yīng)段中的接觸時(shí)間是在整個(gè)反應(yīng)器中總停留時(shí)間的25％以下，優(yōu)選地20％以下。
因此，僅非?？斓姆磻?yīng)或許可能以顯著方式(de manièresignificative)持續(xù)進(jìn)行。
在第一反應(yīng)段(9)、(10)和(11)中，反應(yīng)物與催化劑的最佳接觸時(shí)間一般是0.5-15秒，優(yōu)選地1-5秒。
反應(yīng)物在第一反應(yīng)段中的停留時(shí)間一般是2-25秒，優(yōu)選地4-10秒。
在第二反應(yīng)段中的接觸時(shí)間一般是0.01-0.5秒，優(yōu)選地0.05-0.3秒。
反應(yīng)物在第二反應(yīng)段中的停留時(shí)間典型地是0.5-5秒。
第二反應(yīng)段(16)的上部與集成的氣固分離系統(tǒng)連通，它包括一組分離室(17)和汽提室(18)(chambre de stripage)，所述的室交替地排列在第二反應(yīng)段(15)、(16)周圍的室內(nèi)(en chapelles)。所述的集成氣固分離系統(tǒng)構(gòu)成初次分離。
根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選具體實(shí)施方案中，分離室的數(shù)量等于汽提室的數(shù)量。
通過在第二反應(yīng)段(16)側(cè)壁中的開口(19)實(shí)現(xiàn)第二反應(yīng)段(16)與各個(gè)分離室(17)之間的連通，所述的段(16)有封閉的上截面，以便強(qiáng)制氣固懸浮液通過側(cè)開口(19)進(jìn)入所述的分離室。
導(dǎo)向裝置(déflecteur)(21)構(gòu)成分離室(17)的內(nèi)壁，它基本上與圓形上壁(20)平行。
因此，由圓形的上壁(20)和導(dǎo)向裝置(21)限定了分離室(17)的上段。
因此，氣固懸浮液繞著導(dǎo)向裝置(21)進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，在離心力的作用下，它能夠?qū)⑵錃夤虘腋∫悍蛛x成固體顆粒和帶有少量固體顆粒的氣體，所述的固體顆粒排到分離室(17)下部，而所述的氣體通過由圖2可見的開口(24)排到與分離室相鄰的汽提室(18)。
從分離室(17)下部回收的固體顆粒然后通過開口(23)送到汽提段(30)。
在分離室(17)上部通道后的大部分除塵氣體通過位于導(dǎo)向裝置(21)下面位置的開口(24)加到與分離室(17)相鄰的汽提室(18)中，所述的開口(24)是在所述分離室(17)的垂直壁(25)上鉆的孔。
汽提室(18)通過其下部(31)與汽提段(30)連通。
帶有少量固體顆粒的氣體通過位于汽提室(18)上部的管道(26)送到在圖1上用一組平行排列的旋風(fēng)分離器(27)表示的二次氣固分離系統(tǒng)。
采用二次分離系統(tǒng)分離的固體顆粒通過返回管(38)再加到位于汽提段(30)的反應(yīng)器中。
來自二次氣固分離系統(tǒng)的除塵氣體通過管道(39)排出。
如果需要，這個(gè)二次分離系統(tǒng)可用三次分離系統(tǒng)完成，三次分離系統(tǒng)可以是第二級旋風(fēng)分離器、一組多個(gè)旋風(fēng)分離器或靜電除塵器。
一般而言，取決于所要求的規(guī)格，可以在初級氣固分離系統(tǒng)的下游放置本技術(shù)領(lǐng)域：
的技術(shù)人員已知的與本發(fā)明反應(yīng)器相適應(yīng)的任何除塵系統(tǒng)，初級氣固分離系統(tǒng)是納入本發(fā)明流化床反應(yīng)器的一部分。
由于初級氣固分離器的氣體中的固體顆粒平均濃度比以轉(zhuǎn)移方式運(yùn)行的第二反應(yīng)段的氣體中的低5-500倍，所以在所述初級分離器中，更不必說在其下游，進(jìn)行副反應(yīng)的危險(xiǎn)性是非常低的。
此外，在初級分離器中的停留時(shí)間一般是0.1-10秒，優(yōu)選地0.5-3秒。
由分離室(17)到達(dá)汽提段(30)的固體顆粒一般以逆流方式與惰性流體進(jìn)行接觸，以便置換吸附在固體顆粒表面上的烴，并用通過開口(24)離開分離室(17)的氣體回收烴。
用于汽提固體顆粒的惰性氣體可以是水蒸汽、氮?dú)饣驅(qū)腆w顆粒呈惰性的分子量相對低的任何其他氣體，以便降低烴分壓。
使用分布系統(tǒng)(28)使汽提氣體與固體顆粒接觸，該分布系統(tǒng)優(yōu)選地造成固體顆粒稠密流化，得到的流化床水平面范圍(un niveau de lit)優(yōu)選地位于開口(23)水平面和開口(31)水平面之間。
目的在于改善固體顆粒與汽提氣體之間的接觸時(shí)，有可能在汽提段(30)中安排機(jī)械接觸系統(tǒng)(29)。
在本技術(shù)領(lǐng)域：
的技術(shù)人員熟知的接觸系統(tǒng)中，可以非限制性地列舉結(jié)構(gòu)化填料或散裝填料、以隔板為基的系統(tǒng)、傾斜或非傾斜波紋板。這樣一些系統(tǒng)有利于固體顆粒向下流動(dòng)，同時(shí)保持氣泡向上流動(dòng)。
本發(fā)明不涉及任何特別類型的接觸系統(tǒng)。
可以借助管道(32)或(34)在汽提段(30)取出反應(yīng)器中固體顆粒，將至少部分固體顆?；蛘咚偷皆偕?圖1未繪出)，或者直接再循環(huán)到在調(diào)節(jié)段(1)的流化反應(yīng)器入口，或者加到熱交換段(35)，然后再加到調(diào)節(jié)段(1)。
一部分固體顆粒加到再生段時(shí)，可以通過閥(6)控制顆粒流，閥(6)能夠?qū)⒃谄岫?30)中床保持在確定的水平面。
流化交換器(35)裝有可以有不同形狀的交換束(36)，這些形狀與所述交換器內(nèi)的顆粒流化相適應(yīng)。
交換器(35)內(nèi)的流化速度一般是5cm/s-1m/s，優(yōu)選地5cm/s-0.5m/s。
如果固體顆粒應(yīng)該進(jìn)行再加熱，則提供熱量的流體(37)在交換束(36)內(nèi)循環(huán)，如果固體顆粒應(yīng)該進(jìn)行冷卻，則除去熱量的流體(37)在交換束(36)內(nèi)循環(huán)。
本發(fā)明是與以流化床方式運(yùn)行的任何熱交換系統(tǒng)相容的。一般而言，使用的熱交換流體(37)是水蒸汽。
借助配置固體流量控制閥(4)的管道(3)把固體再加到反應(yīng)器的調(diào)節(jié)段(1)中。
本發(fā)明的反應(yīng)器可以應(yīng)用于含烴原料在嚴(yán)格條件下的催化裂解，生產(chǎn)出輕烴和高附加值的烴(如汽油、LPG和丙烯)。
這樣一種催化裂解進(jìn)展以術(shù)語石油化學(xué)FCC為人們所知。
在這樣一些高度嚴(yán)格的催化裂解設(shè)備中，物料可以是原油常壓蒸餾餾分，或是由一次加氫裂解處理、加氫處理或低聚合處理得到的餾分。
使用的催化劑一般是含有大量USY或ReY沸石的二氧化硅-氧化鋁。
該催化劑還可以含有一定量的ZSM-5沸石，該沸石或者以顆粒直接與其他沸石混合，或者以單顆顆粒形式加入。
該催化劑磨碎成細(xì)顆粒，其平均直徑(沙得直徑)一般是40-150μm。如在通常的催化裂解設(shè)備中一樣，它應(yīng)該至少部分連續(xù)地進(jìn)行再生。
一些顆粒的粒子密度一般是1000-1800kg/m3，優(yōu)選地1300-1700kg/m3。
在溫度450-700℃，優(yōu)選地在520-600℃下進(jìn)行這些裂解反應(yīng)。壓力一般是1-15絕對巴，優(yōu)選地1.1-3絕對巴(1巴＝0.1MPa)。
可以隨物料一起注入水蒸汽，它的含量是以物料計(jì)5-50重量％，從而降低烴分壓，有利于烯烴的選擇性。
為了達(dá)到丙烯的高產(chǎn)率，在以轉(zhuǎn)移流動(dòng)方式操作的第二反應(yīng)段的上游，注入二次烴物料可能是有意義的，這種物料例如是來自C4-C5類輕烯烴低聚合方法的輕汽油或汽油餾分。
特別地，可能將本發(fā)明的反應(yīng)器與處理常壓蒸餾殘留物或真空餾出物的常見FCC設(shè)備聯(lián)用，術(shù)語“聯(lián)用”表示例如來自通常FCC的汽油作為初級原料加到本發(fā)明反應(yīng)器的第一反應(yīng)段，而C4/C5低聚物餾分作為二次原料加到以轉(zhuǎn)移床方式運(yùn)行的第二反應(yīng)段中。
更一般地，初級原料可能由大部分(至少90％)在560℃沸騰的烴構(gòu)成，例如汽油、煤油、柴油或真空餾出物或這些餾分的混合物。
這樣一種結(jié)構(gòu)能使丙烯產(chǎn)率最大化，同時(shí)限制產(chǎn)生干氣體。
本發(fā)明反應(yīng)器的第二種應(yīng)用涉及將含有氧原子的輕烴(如甲醇)轉(zhuǎn)化成輕烯烴(乙烯、丙烯和丁烯)。
這樣一種反應(yīng)使用的催化劑一般含有SAPO34、ZSM-5類或絲光沸石類的沸石，或這些不同成分的混合物。
通常在溫度400-650℃、壓力1-15絕對巴(1巴＝105帕)，優(yōu)選地1-5絕對巴下，在通過注入水蒸汽達(dá)到低的烴分壓下進(jìn)行這些反應(yīng)，該水蒸汽可以是甲醇流量的10-100重量％。
如在催化裂解設(shè)備中一樣，該催化劑應(yīng)該連續(xù)地進(jìn)行再生。
進(jìn)入再生的催化劑流量與新物料流量的比一般是2-100，優(yōu)選地4-50。
循環(huán)到該反應(yīng)器的催化劑的流量與再生催化劑的流量的比一般是0.5-10，優(yōu)選地1-5。
本發(fā)明反應(yīng)器的第三種可能應(yīng)用涉及生物量轉(zhuǎn)化成液體流出物。任選地與反應(yīng)液體混合或用氣流輸送的生物量作為固體加到該反應(yīng)器，從而形成加到反應(yīng)段中的假(pseudo)流體相。
使用如砂之類的惰性固體時(shí)，這些裂解反應(yīng)可能是放熱反應(yīng)，如果使用FCC用過催化劑類的固體，則這些裂解反應(yīng)是催化反應(yīng)。
希望液體流出物產(chǎn)生最多時(shí)，這些反應(yīng)一般在450-900℃，優(yōu)選地450-650℃下進(jìn)行。
生產(chǎn)最多烯烴時(shí)，溫度優(yōu)選地是650-900℃，操作壓力是1-10巴，一般用水流或水蒸汽稀釋生物量物料，水流或水蒸汽可以達(dá)到直到100重量％加入生物量。
在該方法中使用的固體相一般應(yīng)該經(jīng)過再生，燒掉在生物量轉(zhuǎn)化過程中沉積的焦炭。
本發(fā)明反應(yīng)器的第四種可能應(yīng)用在于在催化裂解設(shè)備中使用的含焦顆粒的再生，或在熱方法中已用作傳熱流體但也有焦炭沉積的顆粒的再生。
一般而言，焦炭含量是以顆粒重量計(jì)0.5-5重量％，優(yōu)選地0.5-1重量％。
再生所必需溫度一般是550-990℃，優(yōu)選地600-800℃，空氣與焦炭的比一般是8-20，優(yōu)選地10-15。
純粹作為說明列舉了這些應(yīng)用，而它們不限制本發(fā)明的應(yīng)用領(lǐng)域，本發(fā)明延伸到需要嚴(yán)格控制在反應(yīng)器中，特別在與之相關(guān)的氣固分離系統(tǒng)中的停留時(shí)間的任何氣固反應(yīng)。
具體實(shí)施方式本發(fā)明的實(shí)施例通過閱讀下面兩個(gè)實(shí)施例將會(huì)更好地理解本發(fā)明反應(yīng)器的優(yōu)點(diǎn)，該實(shí)施例涉及為生產(chǎn)烯烴而高度嚴(yán)格催化裂解類的應(yīng)用。
1)第一個(gè)實(shí)施例是通常的流化床反應(yīng)器與本發(fā)明的流化床反應(yīng)器的對比實(shí)施例。
在通常流化床工藝學(xué)中(表1中的LF)與在使用兩個(gè)反應(yīng)段的本發(fā)明反應(yīng)器中，在采用非常嚴(yán)格的條件下進(jìn)行VGO(石油真空餾出物)催化裂解進(jìn)行了比較，所述兩個(gè)反應(yīng)段的第一反應(yīng)段以稠密流化方式運(yùn)行，而第二反應(yīng)段以轉(zhuǎn)移流化床方式運(yùn)行(表1中計(jì)為NC)。
主要操作條件、幾何尺寸和產(chǎn)率結(jié)構(gòu)匯集于下表1中。
通常的流化床反應(yīng)器由稠密相與其上的稀釋相構(gòu)成。稠密相以快速流化方式運(yùn)行，其直徑是4.42m，表面流體速度是0.75m/s。為了限制夾帶，位于稠密相之上的稀釋相具有較大的橫截面5.42m，表面流體速度因此較低，即0.5m/s。
在這個(gè)稀釋段中輸送顆粒因此相對少些，只是細(xì)顆粒被夾帶到在下游的分離段。
因?yàn)橹皇且徊糠诸w粒被夾帶，所以這個(gè)稀釋段不以轉(zhuǎn)移方式操作的。由這種實(shí)施導(dǎo)致在稠密流化床或稠密相之上的稀釋相中的停留時(shí)間比在稠密相中的停留時(shí)間長(20秒對4.2秒)，這樣有利于反應(yīng)產(chǎn)物的熱降解作用。
本發(fā)明流化床反應(yīng)器(NC)的不同之處在于第一反應(yīng)段的表面速度較高，即1.5m/s(通常反應(yīng)器中的速度是0.75m/s)，而第二反應(yīng)段以表面速度10m/s以轉(zhuǎn)移方式操作。
因此，進(jìn)入第二反應(yīng)段中所有顆粒都被輸送。
第一反應(yīng)段的直徑比通常流化床反應(yīng)器的直徑小(3.13m對4.4m)。但是，由于等效高度稍大，在通常的流化床反應(yīng)器中與在本發(fā)明的流化床反應(yīng)器中的接觸時(shí)間相近。
第二反應(yīng)段的直徑則低得多(1.17m對5.42m)。
由此得出在第二反應(yīng)段中的停留時(shí)間減少很多，從通常反應(yīng)器的20秒減少到本發(fā)明反應(yīng)器的1秒以下。
這些幾何形狀、流化速度和停留時(shí)間上的差異表現(xiàn)在表1說明的選擇性顯著提高。
主要得出·熱降解產(chǎn)生較少的干氣；·焦炭少；·汽油和C3-C4輕質(zhì)餾分(LPG)多。
表12)第二個(gè)實(shí)施例說明為了輕烴裂解生產(chǎn)最多的丙烯而使用本發(fā)明的反應(yīng)器。
本實(shí)施例采用本發(fā)明的反應(yīng)器，它使用連續(xù)的兩個(gè)反應(yīng)段，第一反應(yīng)段以快速流化方式操作，第二段以轉(zhuǎn)移流化方式操作。
主要物料是來自通常FCC反應(yīng)段的裂解汽油。
第二種物料加到以轉(zhuǎn)移方式操作的第二反應(yīng)段入口。這第二種物料是一種反應(yīng)性高得多的汽油，它主要由C4-C5餾分低聚合所得到的烯烴組成。
這種低聚合汽油需要催化裂解的接觸時(shí)間短得多。因此，往第二反應(yīng)段注入第二種物料是特別有利的，這樣限制了如果這種第二種原料注入到第一稠密反應(yīng)段中時(shí)不可避免地發(fā)生的過度裂解反應(yīng)和氫轉(zhuǎn)移反應(yīng)。
如本發(fā)明所描述的快速分離器在0.5秒內(nèi)能將氣體流出物與再加到本發(fā)明反應(yīng)器汽提段中的固體顆粒快速分離。
因此，本發(fā)明的反應(yīng)器能夠處理兩種反應(yīng)性非常不同的物料，同時(shí)制約生成產(chǎn)物的降解反應(yīng)。由此得到最大量的產(chǎn)物，例如C3和C4，即注入物料的45重量％以上。
這個(gè)第二實(shí)施例說明了采用本發(fā)明反應(yīng)器使用第一種FCC汽油原料和第二種低聚合汽油原料生產(chǎn)烯烴的可能性，這兩種原料分別送到第一反應(yīng)段和第二反應(yīng)段，以便優(yōu)化烯烴的轉(zhuǎn)化率。
原料1裂解汽油
原料2低聚合汽油
來自反應(yīng)器的產(chǎn)物
表2
權(quán)利要求
1.有兩個(gè)流化反應(yīng)段和集成的氣固分離系統(tǒng)的氣固反應(yīng)器，它有至少一個(gè)催化劑調(diào)節(jié)段(1)、至少一個(gè)以稠密或快速方式運(yùn)行并供給初級原料的第一反應(yīng)段(9)、(10)、(11)，后接至少一個(gè)以轉(zhuǎn)移方式運(yùn)行的第二反應(yīng)段(15)，第二反應(yīng)段直接與初級氣固分離器相連，所述的初級分離器由一組分離室(17)和汽提室(18)構(gòu)成，所述的室交替地放置在第二轉(zhuǎn)移反應(yīng)段(15)、(16)周圍的室內(nèi)，通過第二轉(zhuǎn)移反應(yīng)段(16)側(cè)壁中的開口(19)，實(shí)現(xiàn)第二轉(zhuǎn)移方式反應(yīng)段(15)、(16)與各個(gè)分離室(17)連通，并且包括圓形上壁(20)和基本上平行的導(dǎo)向裝置(21)的分離室(17)能利用離心作用進(jìn)行分離·一方面，在分離室(17)下部的固體顆粒，然后通過開口(23)送到汽提段(30)；·另一方面，加到汽提室(18)的大部分除塵氣體，借助位于導(dǎo)向裝置(21)下面的分離室(17)垂直壁(25)上鉆的開口(24)，汽提室(18)通過其下部(31)與分離室(17)相鄰的汽提段(30)連通，汽提室(18)上部通過管道(26)與至少一個(gè)二次氣固分離系統(tǒng)連通。
2.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的有兩個(gè)流化反應(yīng)段和一個(gè)集成的氣固分離系統(tǒng)的氣固反應(yīng)器，其特征在于氣體在第一反應(yīng)段中的停留時(shí)間是4-10秒，其特征還在于在第二反應(yīng)段中的停留時(shí)間是0.5-5秒，以及其特征還在于在初級分離器中的停留時(shí)間是0.5-3秒。
3.根據(jù)權(quán)利要求
1或2所述的有兩個(gè)流化反應(yīng)段和一個(gè)集成的氣固分離系統(tǒng)的氣固反應(yīng)器，其中初級分離器入口處的氣固懸浮液的速度是15-30m/s。
4.根據(jù)權(quán)利要求
1-3中任一項(xiàng)權(quán)利要求
所述的有兩個(gè)流化反應(yīng)段和一個(gè)集成的氣固分離系統(tǒng)的氣固反應(yīng)器，其中把待處理原料加到催化劑調(diào)節(jié)段，其特征在于空隙率是0.5-0.6。
5.根據(jù)權(quán)利要求
1-4中任一項(xiàng)權(quán)利要求
所述的有兩個(gè)流化反應(yīng)段和一個(gè)集成的氣固分離系統(tǒng)的氣固反應(yīng)器，其中第一反應(yīng)段的體積分?jǐn)?shù)是0.55-0.9，表面氣體速度是0.3-5m/s。
6.根據(jù)權(quán)利要求
1-5中任一項(xiàng)權(quán)利要求
所述的有兩個(gè)流化反應(yīng)段和一個(gè)集成的氣固分離系統(tǒng)的氣固反應(yīng)器，其中第二反應(yīng)段供給第二種烴原料，其分子量小于或等于供給第一反應(yīng)段的初級原料的分子量。
7.根據(jù)權(quán)利要求
1-6中任一項(xiàng)權(quán)利要求
所述的有兩個(gè)流化反應(yīng)段和一個(gè)集成的氣固分離系統(tǒng)的氣固反應(yīng)器，其中汽提段(30)以稠密流化床方式運(yùn)行，它配置使固體顆粒與汽提氣體接觸的機(jī)械系統(tǒng)。
8.根據(jù)權(quán)利要求
1-7中任一項(xiàng)權(quán)利要求
所述的有兩個(gè)流化反應(yīng)段和一個(gè)集成的氣固分離系統(tǒng)的氣固反應(yīng)器，其中汽提段(30)以稠密床方式運(yùn)行，其床水平面范圍是在分離室(17)下部開口(23)水平面與汽提室(18)下部開口(31)水平面之間。
9.采用根據(jù)權(quán)利要求
1-8中任一項(xiàng)權(quán)利要求
所述的有兩個(gè)流化反應(yīng)段的氣固反應(yīng)器生產(chǎn)丙烯的方法，其中初級物料由大部分沸騰烴組成，即至少90％在560℃沸騰烴組成，例如汽油、煤油、柴油或真空餾出物，或這些餾分的混合物，二次物料由C4和C5低聚物組成。
10.采用根據(jù)權(quán)利要求
1-8中任一項(xiàng)權(quán)利要求
所述的有兩個(gè)流化反應(yīng)段的氣固反應(yīng)器，使用甲醇生產(chǎn)C2/C3/C4烯烴的方法。
11.采用根據(jù)權(quán)利要求
1-8中任一項(xiàng)權(quán)利要求
所述的有兩個(gè)流化反應(yīng)段的氣固反應(yīng)器，將生物量轉(zhuǎn)化成烴餾分的方法。
12.采用根據(jù)權(quán)利要求
1-8中任一項(xiàng)權(quán)利要求
所述的有兩個(gè)流化反應(yīng)段的氣固反應(yīng)器，使含焦炭固體顆粒再生的方法，其中通過在空氣或氧氣中燃燒進(jìn)行所述的再生。
專利摘要
本發(fā)明描述了一種有兩個(gè)流化反應(yīng)段的氣固反應(yīng)器，它具有集成的氣固分離系統(tǒng)，以達(dá)到嚴(yán)格控制停留時(shí)間。
文檔編號(hào)B01J8/26GK1990098SQ200610169083
公開日2007年7月4日 申請日期2006年12月20日
發(fā)明者J·羅斯, T·高蒂爾, R·安德魯西 申請人:法國石油公司導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan