專利名稱:裝有循環(huán)液分布器的反應器及其用法的制作方法
本發(fā)明涉及應用多孔催化劑床使多相反應物接觸的設備和工藝過程。
液體和氣體在固體催化劑上進行化學反應時，在相與相之間要獲得緊密的接觸是有很多困難的。在常規(guī)的順流多相反應器中，氣體和液體可經(jīng)過不同的流動途徑。氣體在壓力阻力最小的方向流動。液體則靠重力沿著滴流途徑流到催化劑顆粒的上面和周圍。由于缺乏足夠的潤濕，液體流動不均勻，使部分催化劑床層不能充分利用。
曾有人嘗試在多層的催化劑中，沿反應器的縱軸方向上裝置夾層式再分配器，以避免不均勻的分布。目前已經(jīng)研制出許多多相反應器系統(tǒng)。美國專利4，126，539、4，235，847、4，283，271和4，396，538公開了能讓各相并流通過催化劑的固定床層反應器。這些反應器是令人滿意的，但對于某些用途來說，有效的多相接觸一直難以實現(xiàn)。
多相反應器已被應用于脫蠟、加氫、脫硫，加氫裂化、異構化和液體進料的其他處理，特別是重餾分、潤滑劑、重油餾分和渣油等等。
一般來說，如果反應物為重質液體和輕質氣體，則汽-液分布問題是較為困難的。在催化加氫脫蠟過程中，這些問題尤其困難。含蠟進料和H2通過一種具有約束指數(shù)約為1至12的中孔含硅沸石催化劑，例如，一種具有硅鋁摩爾比大于12的酸性ZSM-5型五硅鋁硅酸鹽。
一種較好的操作多相反應器，特別是脫蠟反應器的技術，是在受控制的流動條件下，保持均勻的氣-液接觸和均勻的液體流量以確保均勻地潤濕催化劑，這種操作技術可以使流量和(或)溫度分布不均勻的問題減少到最低的程度。
因此，本發(fā)明提供一種具有固體催化劑床的供蒸汽和液體接觸的反應器，此反應器包括一個氣體和液體的入口、一個回收產品的出口和至少一個讓蒸汽和液體順流通過其中的催化劑床，其特征在于床層下裝有一個與液體再循環(huán)和再分布器相連的液體收集槽，這個再分布器能把槽內的液體再循環(huán)到槽上的催化劑床層。
在另一個實施方案中，本發(fā)明提供了一個在多相固定床催化反應器中精制石油油料的方法，該方法是使液態(tài)油和一種蒸汽在常規(guī)的反應條件下通過至少一個多孔催化劑顆粒床層，以生產一種精制煤油，此方法的特征在于把催化劑床下的精制液態(tài)油進行再循環(huán)，和把精制液態(tài)油在催化劑床層上進行再分布。
圖1是本發(fā)明的垂直反應器的簡化工藝圖。
圖2是反應器的垂直剖面圖，說明較佳的液體再循環(huán)工藝。
圖3是垂直剖面圖，說明另一種可供選擇的液體循環(huán)工藝。
圖1示意地畫出反應器系統(tǒng)。主要的流體導管用實線來表示，而控制信號則用虛線來表示。垂直反應器10密封及支撐一系列重疊的固定多孔固體催化劑床層12A，12B和12C。管線14中的液態(tài)油和氣與管線28中的循環(huán)液體的混合進料經(jīng)由入口管114進入反應器10。氣體和液體通過床層12A。從床12A流出的液體匯聚成池，16A所顯示的是池的頂部。將蒸汽清除并經(jīng)管線15A通入下一個床層，即12B。液體經(jīng)管線18抽到泵24。將一種液體經(jīng)管線28再循環(huán)至反應器10的頂部與進料物流14混合。流量控制器20A和閥22A控制循環(huán)液流量。借助普通分布塔盤系統(tǒng)，即可把液體和蒸汽均勻分布到床12A上。另一方面，管線18和28可連接至一個內部液體噴咀集管分布器(圖中未標出)將再循環(huán)液體噴灑到床層12A上。液體產品經(jīng)管線28A排出，但通常所有經(jīng)管線18排出的液體都要進行再循環(huán)。通過外流環(huán)路中的換熱器23A，進行熱交換，可以調節(jié)循環(huán)液的溫度，這有助于控制床層12A的溫度。
從床層12A流出的液體和氣體經(jīng)導管15A流下進入下一個催化劑區(qū)，即床層12B。導管15A的高度決定了液面16A的高度，液體溢流入導管15A。用普通措施可將這些溢流液體和蒸汽分布在催化劑床12B上。
泵24B和流量控制器20B為反應物循環(huán)至床12B提供了保證，因此在變化的進料速度下，流到床12B的液體流量基本上是均勻的。
床12B及其后的床層的操作和床12A的操作方法相似，相應的單元(已編號)亦根據(jù)與床12A，12B和12C的關系用字母A，B和C表示。任意選用的熱交換器23A，B和C，使每一股再循環(huán)流的溫度有可能單獨地進行控制。因此亦有可能控制每一個催化劑床段的溫度，并可能在各階段之間進行采樣檢驗以測定每個床層的轉化率。
最后一個床層(12C)的液體產品可經(jīng)由管線28C進行回收。另一方面，或此外，反應器10中存在的蒸汽和溢流液體經(jīng)由管線134通過常規(guī)的后路加工步驟，例如熱交換，冷卻和汽-液分離，并從汽-液分離器中回收液體產品(圖中未標出)。
圖2是反應器底部的另一種設計。從最后床層12C排出的液體和蒸汽可用折流板16C予以分離。蒸汽經(jīng)底部氣出口34離開反應器10。液體產品則經(jīng)由管線28C排出。蒸汽中的氫含量一般比較高，例如70至90摩爾%，因此，把熱蒸汽再循環(huán)至入口管114(其裝置未在圖中標明)以增加氫循環(huán)和分壓是經(jīng)濟的。這種工藝很可能需要一部比用來循環(huán)由普通室溫分離器出來的冷氣所用的壓縮機小的壓縮機，并且可能提高過程的熱效率。此性能可應用于潤滑劑加氫脫蠟，加氫裂化或渣油加氫處理。
曾經(jīng)闡述過應用一系列多孔的催化劑床層使蒸汽與液體互相接觸的連續(xù)三床層反應器?？赡芟Ｍ褂脙蓚€床、四個床或更多的床。各床可使用相同的催化劑，但亦可在每個床中應用不同的催化劑和反應條件。
一套典型的反應器有一個供進料氣體和液體反應物流的頂部入口和底部產品回收裝置。反應器中最好至少有兩個垂直間隔的多孔催化劑床，使順流的氣體和液體反應物互相接觸，并裝有分布器把液體均勻地分散在每一個床上。在一部兩床反應器中，至少要用一個床間液體收集器，構成一個重力自流液收集槽，收集器應有幾條管線供排放液體和供把一部分(通常是0至50%)進入收集器的液體送到至少一個在收集器上方的催化劑床的泵和流量控制器使用。在每個床之上可使用裝有液體下導管的普通分布器。
圖3是另一種反應器設計的垂直剖面圖。反應器10有催化劑床12A和12B。從層12A排出的液體和蒸汽通往裝有折流板的相分離器16。液體從水平的收集板17流往流出槽118。槽內的液面通過與液位調節(jié)器220A連接的壓力接頭T來確定。出口118L使溶體有可能被排出供循環(huán)到床12A或排放到床12B。
可用任何普通技術把液體分布在床層之上，例如分布塔盤噴淋集管30。這種噴淋集管在分隔的點上把液體噴射到下層床12B的表面?？捎靡粚忧颉⒑Y或孔板來改進分布的情況。液相再次與反應氣接觸，此反應氣經(jīng)過普通的汽罩或汽孔通過板17。
反應器可包括一個控制槽118中液面的液面控制器和一個控制從槽118流出的循環(huán)液流量的控制器20A，以便在變動的液體進料速度下，保持催化劑床內液體的總流速基本上不變。
循環(huán)到任何一個床層的量可以改變或保持恒定?？捎裳b置操作人員來調節(jié)噴淋集管的流量，亦可使用自動控制器。
而從一種控制方式轉換到另一種控制方式就能使一臺過程控制計算機可發(fā)出或接收來自所有流量測量點的信號?？刂葡到y(tǒng)可產生出表示液體流入反應器入口的液體進料速度的第一個信號和表示液體的再循環(huán)量的第二個信號，把第一和第二個信號加起來，并控制液體的再循環(huán)量來保持恒定的液體總流量，這樣便可保持預定設計的床流量。
本發(fā)明適用于各種各樣的相間催化反應，特別適用于在高溫下用H2處理重油。
從分餾原油得來的潤滑劑油料可在一個或幾個催化反應器中進行加氫處理、加氫裂化或異構化。一種由Garwood等人在美國第4，283，271號中公開的綜合三步潤滑油精煉過程將從本發(fā)明得到好處。
在典型的多相反應器系統(tǒng)中，在工藝條件下，催化劑區(qū)中的平均氣液體積比約為1∶4至20∶1。液體進入催化劑層的速度最好是使液體能占空隙體積的10至50%。當液體進料和氣體通過反應器時，氣體的體積會因反應物的消耗而減少。蒸汽產生、加熱或膨脹亦會影響其體積。
采用多相反應器系統(tǒng)有助于達到均勻的分布和大致不變的液體流量。若液體流量太小，在多孔床上的催化劑表面會變得干燥或可能形成過多的氣相溝流?？刂屏藘上喾磻锏牧魉?，也就能保證反應器進行正常的操作。
催化劑床的空隙度最好大于0.25。使用疏松填充的Polylobal或筒形擠壓成型催化劑，為均勻潤濕催化劑提供充足的液體流動途徑，以提高傳質和催化作用。
催化劑的尺寸可在較寬的范圍內變化。假若在催化反應區(qū)容許低空速或長停留時間，則催化劑的最大平均尺寸最好是1至5毫米。
反應器的構型是重要的。一種簡單的形式是使用一個垂直的高壓容器和一組等截面的堆積式催化劑床。典型的垂直反應器的催化劑床的總長度比平均寬度(即長徑L/D)最好是1∶1至20∶1。堆積的催化劑床可以裝在同一個反應器殼內。最好是選用水平方向上截面一致的反應器，但是，若適當?shù)卣{節(jié)床的流體速度和相應的循環(huán)速度，則亦可采用不一致的構型。
堆積式反應器設計較好。使用并列式反應器時，用泵(而不是利用重力)把液體從一個床層泵送到下游的另一床層，亦可獲得同樣效果。
本發(fā)明對催化加氫脫蠟特別有用，把重石油瓦斯油潤滑劑料在液體空速約1小時-1的條件下加在孔隙度(表觀體積空隙度)為0.35至0.4的ZSM-5沸石的隨意填充的1.5毫米擠壓成型催化劑床上，烴油的粘度是0.1至1厘泊。在等速下通入反應氣。
雖然圖中的實施方案是使用裝有重疊式催化劑床的垂直反應器，但是亦可以使用并列式反應器。在此種構型中，多反應器組的容器以串聯(lián)形式連接。每個催化劑床內均設置液體再循環(huán)及分布區(qū)，以便在床層進行液體再循環(huán)和再分布。相連的催化劑床層均共用共同的氣相氣氛。有一股蒸汽流從第一個床層毫無阻礙的流到最后一個床層。在任何床層應用的液體再循環(huán)和再分布方案與圖1和圖3所示幾乎是一樣的。把液體從第一反應器床層輸送到第二反應器床層的方法是讓液體溢出液體槽，然后被蒸汽流沖到第二反應器床，或者最好是用泵泵送在催化劑床下收集的所有液體，把其中一部分液體在層內進行再循環(huán)和再分布，剩馀部份則輸送到下一床層。
本發(fā)明的工藝過程和設備亦可獨立全新使用或翻新裝配到現(xiàn)有的只有一個催化劑床的兩相反應器中。雖然較好的是把反應器分成多催化劑床，但是透過收集單催化床下的液體，并再循環(huán)和再分布一部分從催化劑床層流出的液體將大大改進單床反應器的操作性能，而在單床反應器中，由于單靠新進料流濕潤催化劑床是不充分的，或由于進料速度或進料性質的改變而使?jié)駶櫜怀浞帧?br>權利要求
1.一套應用一個固體催化劑床使蒸汽與液體接觸的反應器，有一個蒸汽和液體入口，一個回收成品的出口和至少一個讓蒸汽和液體并流通過的催化劑床，該反應器的特征是在催化劑床下裝有一個與液體再分布器相連的液體收集槽，此液體分布器把槽內的液體再循環(huán)到槽上的催化劑床。
2.權利要求
1的反應器的另一特征是它有一個控制再循環(huán)液體的流量控制器，它可在變動的液體進料速度下使催化劑層內液體總流速基本上保持不變。
3.權利要求
1或2的反應器的又一特征是裝在一套單個垂直反應器中的多催化劑床。
4.權利要求
1或2的反應器的再一特征是在并列容器中裝有多催化劑床。
5.一種在多相固定床催化反應器中精制石油油料的工藝過程，其方法是在常規(guī)的反應條件下，將液態(tài)油和蒸汽通過至少一個多孔催化劑顆粒的床層，以生產一種精制煤油，本發(fā)明工藝的特征在于把催化劑床下的精制液態(tài)油進行再循環(huán)和把精制液態(tài)油在催化劑床上進行再分布。
6.權利要求
5的方法的另一特征是當油的進料流速改變時，再循環(huán)到催化劑床的精制液態(tài)油的數(shù)量也自動改變，所以，進料速度和再循環(huán)速度的總和保持不變。
7.權利要求
5或6的方法的另一特征是將再循環(huán)的液態(tài)油在催化劑床上面再分布之前進行熱交換。
8.權利要求
5至7的任何一項方法的另一特征是在單垂直反應器中裝有二至四個催化劑床。
9.權利要求
5至7的任何一項方法的另一特征在于反應器包括至少兩個并列的，共用共同氣相的催化劑床。
10.權利要求
5至9的任何一項方法的另一特征是進料是一種含蠟的潤滑油進料，該進料用至少兩個ZSM-5型催化劑床進行加氫脫蠟。
11.權利要求
5至10的任何一項方法的另一特征是把再循環(huán)液噴灑在催化劑床層上。
專利摘要
一種應用一個固定床催化劑使蒸汽與液體接觸的反應器和工藝過程。將油與反應氣(最好是H
文檔編號B01J8/04GK86107633SQ86107633
公開日1987年5月13日 申請日期1986年11月3日
發(fā)明者理查德·喬治·格雷文, 約翰·克拉倫斯·贊納 申請人:無比石油公司導出引文BiBTeX, EndNote, RefMan