專利名稱：逆流式反應釜的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明關(guān)于加工液態(tài)石油和化學蒸汽的反應釜，其中蒸汽與如含氫氣的氣體的處理氣體流在至少一個中間反應區(qū)逆向流動。反應釜包括蒸汽、有選擇性的液體、旁路一個或多個填充床、最好是催化劑床的通道。這允許更穩(wěn)定而有效的容器操作。
先有技術(shù)的描述在石油精煉和化學工業(yè)中，一直有要求改進催化和加工技術(shù)。一種加工技術(shù)、加氫處理技術(shù)已要求改進雜原子的除去、芳族飽和及降低沸點。更具活性的催化劑和改進的反應釜設(shè)計需要滿足這些要求。逆流式反應釜具有滿足這些要求的潛力，由于它們提供了一些超越共流反應釜的優(yōu)點。逆流式加氫處理是已知的，但它們的商業(yè)用途非常有限。在美國專利No.3147210中公開了一種逆流方法，它教導了一種用于高沸點芳香族烴的加氫處理氫化的兩級方法。首先最好在與氫氣共流的情況下使原料經(jīng)受催化加氫處理。然后在與富氫氣體流逆向的硫敏隋性金屬氫化催化劑上氫化。美國專利No.3767562和3775291公開了一種生產(chǎn)噴氣燃料的類似方法，只是噴氣燃料在兩級氫化之前先加氫脫硫。美國專利No.5183556還公開了一種在柴油燃料蒸汽中加氫精制氫化芳香族的兩級共流一逆流方法。
美國專利No.5449501公開了用作催化蒸餾的一種裝置，該蒸餾裝置是一個反應釜，它包含一蒸汽通道，該通道提供了一個用于上方的分餾部分和下方的催化劑床之間的蒸汽聯(lián)通的裝置。在反應釜中的基本上是所有的蒸汽通過蒸汽通道上升，蒸汽和液體之間的必要的接觸僅出現(xiàn)在分餾部分中。
除了逆流式氫化處理有時是已知的外，在石油工業(yè)中通常不采用逆流式反應釜，這主要是因為傳統(tǒng)的固定床反應釜在逆流模式工作時易受到催化劑床液泛的損害。亦即向上流動的處理氣體的較高速度阻止了液體向下的流動。因此液體不能通過催化劑床。在液泛不希望出現(xiàn)的情況下，由反應液接觸的催化劑在該床接近液泛條件時得到改進，然而，靠近早期的液泛點的操作使該方法產(chǎn)生缺陷，使溫度或壓力出現(xiàn)波動，或使液體或氣流速度波動。這會導致大到足以啟動液泛的干擾，為了重新開始適當?shù)牟僮鳎庸ぴO(shè)備會關(guān)閉。這個中斷操作對連續(xù)的工業(yè)生產(chǎn)來說是非常不符合要求的。
在美國多個發(fā)明人提出的系列號為08/702334的文件中公開了一種具有逆流式反應釜的對液泛問題的解決辦法。在該反應釜中，一根或多根旁路管安裝成越過催化劑床，催化劑床允許處理氣體旁路該反應區(qū)。允許氣體旁路反應區(qū)將超過反應區(qū)的壓差保持在不出現(xiàn)液泛的量級上。而本發(fā)明不能增加反應釜的效率和生產(chǎn)率，它并不是一個簡單而有效的調(diào)節(jié)旁路反應區(qū)的氣量的裝置。理想情況應該是氣體在預定液泛條件之前那一刻轉(zhuǎn)向，并反轉(zhuǎn)向到使液體保持在液泛水平前的必要的程度上。
因此，仍然有必要改進逆流式反應釜設(shè)計，使它不易受到液泛的傷害，在液泛出現(xiàn)時不關(guān)機的情況下能很容易地恢復工作，同時使該反應釜在液泛條件之前進行工作。
發(fā)明概述因此本發(fā)明的目的在于提供一種逆流式反應釜，它將液泛出現(xiàn)的可能性降到最小。
本發(fā)明的另一目的在于提供一種逆流式反應釜，它能在不必中斷反應過程的情況下很容易從液泛條件下恢復過來。
本發(fā)明還有一個目的在于提供一種逆流式反應釜，它具有自動調(diào)節(jié)旁路氣體的時間和氣量的氣體旁路能力。
本發(fā)明的再一個目的在于提供一種逆流式反應器，它的氣體旁路裝置很簡單，且維護的工作量極小。
毫無疑問，對本專業(yè)技術(shù)人員來說，在閱讀了參照各種附圖對優(yōu)選和選擇性的實施例的描述后會更加清楚本發(fā)明的這些和其它目的。
因此，按照本發(fā)明的目的提供一種在具有催化劑的情況下使液體與處理氣體反應的反應釜，該反應釜包括包住第一反應區(qū)的連續(xù)的壁，其中第一反應區(qū)包括一個在液體和處理氣體之間產(chǎn)生所需要的反應的催化劑床；在第一反應區(qū)上方用以允許未反應的液體部分進入反應釜的液體入口裝置；在第一反應區(qū)下方允許未反應的處理氣體進入反應釜的氣體入口裝置；在第一反應區(qū)下方允許反應后的液體部分排出反應釜的液體出口裝置；在第一反應區(qū)上方允許反應后的氣體排出反應釜的氣體出口裝置；在第一反應區(qū)中允許部分處理氣體旁路部分第一反應區(qū)的氣體旁路裝置，該氣體旁路裝置包括用以調(diào)節(jié)旁路部分第一反應區(qū)的處理氣體量的氣體旁路調(diào)節(jié)裝置。上述布局允許液體和處理氣體以逆流方式越過反應區(qū)內(nèi)的催化劑床。
在一個優(yōu)選實施例中，該反應釜包括若干反應區(qū)，一個液體配置盤安置在每個反應區(qū)的上方。氣體旁路裝置包括一個管道，該管道具有下段和上段，其中上段能與接納在液體配置盤中的液體一起形成液壓靜態(tài)密封，下段裝在或伸到第一反應區(qū)的下方。
反應釜還可以有選擇地包括在第一反應區(qū)上方的至少一個反應區(qū)；裝在附加反應區(qū)上方用以在與液流相同的方向、即向下方向建立處理氣體流的第二氣體入口裝置。此外液體原料能被引入附加反應區(qū)下方、但在第一反應區(qū)上方，同時附加處理氣體處于同樣的水平線上，這樣蒸氣相的原料能與附加處理氣體以共流的方式、即向上方向一起反應。
附圖概述

圖1是本發(fā)明優(yōu)選實施例的剖視圖，它示出三個反應區(qū)，每個區(qū)包括放置成相對于液體配置盤的工作位置的氣體旁路裝置，圖2示出圖1的氣體旁路裝置的另一實施例，圖3示出圖2氣體旁路裝置的進一步的替換實施例，其中去掉了液體配置盤中的泄水口。
本發(fā)明的詳細描述本發(fā)明的反應釜宜用于任何石油化工中，其中，它有利于使諸如含氫的處理氣體以與液體原料流相反方向通過。在現(xiàn)有的反應釜采用的精制方法的非限定性的例子包括重油原料到低沸點產(chǎn)品的加氫轉(zhuǎn)化；餾出液沸騰范圍原料的加氫裂化；各種石油原料的加氫處理以去掉如硫、氮和氧類的雜原子；芳香族的氫化；和蠟、尤其是Fischer-Tropsch蠟的加氫異構(gòu)化和/或催化劑的脫蠟。本發(fā)明的反應釜最好用于氫化處理和氫化碳氫化合物，尤其在去掉雜原子和氫化至少部分送入物芳香族細粒時更是如此。
詳細描述傳統(tǒng)逆流反應釜中的常見的問題將有助于理解本發(fā)明提供的先進性。在逆流式加工中，垂直向上流動的氣體阻礙液體向下的移動。在液體和氣體的流速較低時，來自低速移動的氣體的阻礙不足以引起液泛，反應釜中的液體能夠排出反應區(qū)中的催化劑床。然而，如果向上流動的氣體或向下流動的液體的速度太高，液體就不能排出催化劑床，這就是所謂的“液泛”。保留在床上的液體增加，并開始聚集在催化劑床頂面的上方。液泛在某一床上出現(xiàn)時的向上流動的氣體速度取決于向下流動的液體的速度和物理特性，以及催化劑顆粒的尺寸和形狀。同樣，在某一床上出現(xiàn)液泛時向下流動的液體的速度同樣取決于向上流動氣體的速度和特性，以及催化劑顆粒的尺寸和形狀。
正如下面將要細述的，本發(fā)明的反應釜出現(xiàn)液泛的情況比傳統(tǒng)的逆流反應釜要少，這是因為它具有通道或氣體旁路裝置，它能有選擇地旁路部分向上流動的穿過一個或多個催化劑床的處理氣體，應該看到，這是所用的術(shù)語“處理氣體”和“氣體旁路”還可包括任何蒸發(fā)的液體，它們在反應時與處理氣體混合在一起。當壓差增加到預定的接近液泛條件的臨界量級時，允許部分向上流動的處理氣體旁路一個或多個催化劑床。當氣體旁路催化劑床時，越過催化劑床的壓差減小使液體朝下流動。當壓差降到預定的臨界值以下時，氣體的旁路自動停止。因此，氣體旁路裝置提供了自動調(diào)節(jié)的向上流動的處理氣體的量，因此擴大了反應釜的加氫動態(tài)操作的窗口。采用一個或多個裝有流動控制裝置的外部氣體旁路裝置能提供進一步擴大的范圍。這樣的系統(tǒng)提供了一個使催化劑床壓力降低的裝置，因此，催化劑接觸效率能得到進一步控制。外部旁路能用來輔助內(nèi)部氣體旁路裝置，從而使反應釜的操作按需要接近液泛點。沒有旁路特殊催化劑床的處理氣體將穿過其它的催化劑床、用來參與所要求的氫化處理反應，帶走輕的或蒸發(fā)的反應產(chǎn)品，汽提如硫化氫、水和/或氨類的催化劑毒品。
因此，本發(fā)明的氣體旁路裝置為反應釜提供了擴大的操作范圍和接近液泛點操作的機會。這就能使反應釜處于更穩(wěn)定、更有效的操作狀態(tài)。另外，該反應釜可在正常的液體和氣體的速度及溫度波動的情況下安全而連續(xù)地工作。因此擴大了可能有差異的總的流速的范圍。接近液泛點工作可導致非常有效的接觸，這是因為催化劑顆粒受到向下流動的液體的充分的沖洗。在不具有氣體旁路裝置的情況下，為了保持正常操作，傳統(tǒng)的逆流式反應釜將必須在較低效率下工作。
本發(fā)明的反應釜較高的氣流速度的能力為使用較高的急冷氣體速度和/或處理氣體速度提供了機動性，使其用途廣泛外延，例如用于涉及高氫氣消耗和熱量釋放的芳族飽和反應中。另外，較高的氣體處理能力使逆流反應加工能用于涉及蒸汽相產(chǎn)品轉(zhuǎn)化的反應中，而在這些加工中可能會由于在如加氫裂化的反應期間產(chǎn)生過量的蒸汽而導致液泛。
即使液泛出現(xiàn)，本發(fā)明的反應釜也能比較容易地恢復并返回到正常操作。在液泛期間，留在床上的液體增加，并會緊集在床的頂面上方。這些受阻的液體必須排出以從液泛中恢復過來。在液泛出現(xiàn)時或被激活時，氣體旁路裝置減少了通過催化劑床的氣流速度，允許液體比較容易地穿過催化劑床。
除非另有說明，這里的術(shù)語“向上”和“向下”相對于液流來說，最好是向下流動。另外，本發(fā)明的反應罐不僅限于催化化學反應，還可用于氣液接觸塔，如用作蒸餾、萃取或汽提。在這種情況下，通常得到兩種蒸汽之間的質(zhì)量轉(zhuǎn)換，不涉及向上移動的氣體與向下移動的液體的必要的反應。
現(xiàn)參見圖1，本發(fā)明的反應釜1的一個實施例通常包括一個連續(xù)的壁2，它包住具有催化劑床4的一個反應區(qū)R1，催化劑床4宜于在液體5和處理氣體6之間產(chǎn)生所需要的反應。為清楚起見，各種反應釜內(nèi)部構(gòu)件、如熱電偶、熱傳導裝置等不涉及新款性的構(gòu)件均省略了。雖然在圖1中以系列形式示出三個反應區(qū)R1、R2、R3，任何已知反應釜內(nèi)的反應區(qū)的數(shù)量將取決于反應的特殊要求，這一點下面將敘述。每個反應區(qū)緊接著一個非反應區(qū)NR1，NR2，NR3，NR4，非反應區(qū)是反應釜1中的空置部分，液體入口7位于靠近反應釜1的頂部，允許作為待處理的原料的流進液體5進入反應釜1，氣體入口8位于靠近反應釜1的底部，允許流進的處理氣體6進入反應釜1。液體出口9位于靠近反應釜1的底部，允許反應后的部分液體作為反應產(chǎn)品排出反應釜1。同時氣體出口10位于靠近反應釜1的頂部，允許部分氣體排出反應釜1。
液體配置裝置最好為配置盤11的形式，它最好放置在每個反應區(qū)的正上方，用以使向下流動的液體5均勻配置越過反應區(qū)R1、R2、R3。在一個優(yōu)選實施例中，每個盤11包括一個底面12。底面12能保存累積的液體，它的周邊與容器壁12密封接觸。若干短管13、每根均具有從底面12上豎起的上端，它們成形在盤11中，允許液體配置在下游的反應區(qū)。上面的布局允許液體在達到管13的高度之前容納在盤11的底面12上。僅當容納的液體超過管13的高度后，液體均勻地配置在盤11下方的反應區(qū)上。盤11還包括多根較高的液面限制管14，在液體超出短管13的排放能力時它協(xié)助排放容納在盤11中的液體，一個或多個氣體出口15也成形在盤11中，允許向上移動的處理氣體通過。氣體出口15包括一塊蓋板16，它可防止來自上游反應區(qū)的液體旁路配置盤11進入下游的反應區(qū)。然而，氣體出口15還可在嚴重的液泛條件出現(xiàn)時用作一個備用的液體排放裝置。本專業(yè)技術(shù)人員將很清楚，上述盤11是可用來允許將液體均勻配置在床上的多種設(shè)計之一。
正如圖1所示，氣體旁路裝置17裝在每個反應區(qū)上，允許部分處理氣體旁路至少部分反應區(qū)。在一個優(yōu)選的實施例中，氣體旁路裝置17包括一個或多個氣體旁路管18，每根管具一個上段19和一個下段20。每根氣體旁路管18使處理氣體在獨立的非反應區(qū)流體聯(lián)通。參見圖1的最上部反應區(qū)R1，每根氣體旁路管18的下段20其終端在非反應區(qū)NR2，而其上段19形成一倒U形，它的終端21位于液體配置盤11中形成的液體凹坑22中。在反應釜1工作時，累積在盤11中的液體將注滿凹坑22，并與氣體旁路管18的終端21液壓靜力密封。一旦產(chǎn)生了液壓靜力密封，處理氣體就不能進入非反應區(qū)NR1，除非反應區(qū)R1的壓差超過液壓靜力密封的壓頭H1。尤其從圖1可以看出，為使氣體旁路出現(xiàn)，反應區(qū)R1的壓差必須超過反應區(qū)R1采用的至少一個氣體旁路管18的總的壓頭。
例如，對于一個給定尺寸的催化劑床，當壓差超過每英尺床高的液體中為1.0～1.5英寸時預計就可能發(fā)生液泛。如果催化劑床的高度是20英尺，液體凹坑22和氣體旁路管18的上段19必須設(shè)計成提供約20英寸的累積的液壓靜態(tài)水頭?；谝阎囊悍簵l件，在特殊的設(shè)計中將采用多個物理參數(shù)，例如氣體旁路管18的內(nèi)徑，終端21浸入液體凹坑22中的程度，累積在盤21中液體的高度以及在特殊的反應區(qū)上使用的氣體旁路管18的數(shù)量等。
上述設(shè)計可在得到最佳操作條件方面具有很多機動性。例如，在為產(chǎn)生較小的壓頭而設(shè)計特殊的氣體旁路管18、然后使氣體僅通過該特珠的氣體旁路管18來旁路反應區(qū)R1的情況下，這可通過采用較短的終端21，氣體克服較少的液體、或在終端21上開孔使氣體通過較高的孔逸出來做到。因此，可以看出，一組氣體旁路管18可有選擇地設(shè)置在任何已知反應區(qū)上，其中一些氣體旁路管18將比另一些產(chǎn)生較大或較小的壓差，從而能分階段旁路處理氣體。換言之，如果通過具有較小壓頭的氣體旁路管18的旁路氣體的量足以防止液泛，就不會有氣體通過具有較大壓頭的其余的氣體旁路管18。因此，開始液泛量級上的最大量的處理氣體將被迫通過反應區(qū)4。這種布局提供了微調(diào)壓差范圍內(nèi)的氣體的釋放量的機會，使反應釜1在非常有效并在即將產(chǎn)生液泛的條件下工作。本發(fā)明的附加的有利之處在于它使反應釜在催化劑床調(diào)整和/或結(jié)污的整個時間內(nèi)壓降增大的情況下，在接近最大效率的情況下連續(xù)工作。
重要的是U形上段19的頂部位于盤11內(nèi)能累積最大液面上方的一個高度上。如果一定的液泛出現(xiàn)，使液面迅速上升到液面限制管14的上方，氣體出口15可用作為附加的液體排放裝置，使液體轉(zhuǎn)向正下游方的反應區(qū)。因此，該氣體旁路管18將決不會象一個虹吸管那樣將未反應的液導向下一個未反應區(qū)。
現(xiàn)參見圖2，它示出本發(fā)明的一個替換的實施例，其中去掉了氣體旁路裝置17的倒“U”形上段19，代之以直的氣體旁路管25，每個管25具有覆蓋倒置容器27的上端26。在該實施例中，每個氣體旁路管25的壓頭H由留在上端26和容器27之間的液體產(chǎn)生。容器27的開口28相對于累積在盤11中的液面30的高度確定了必須克服以釋放旁路氣體的液壓靜態(tài)密封的強度。
同樣在圖3中示出另一個替換的實施例，它并未采用液體凹坑22，而是采用了在盤11上較高地累積液體的設(shè)施。正如圖中看出的，由于要求較高的液面來產(chǎn)生預定的壓頭H，在本實施例中就要求具有較高的液面限制管14。然而無論是哪一個實施例、單獨的或是相互聯(lián)合的，每個均能以簡單的結(jié)構(gòu)、以同樣的有效性和可靠性來工作。
雖然氣體旁路裝置17的優(yōu)選實施例采用了液壓靜態(tài)密封，還可采用多種替換裝置來達到同樣或類似的結(jié)果。例如，任何能調(diào)節(jié)開口和關(guān)閉氣體旁路管內(nèi)的閥門的壓敏裝置均可用在合適的時候排放處理氣體。一個這類替換裝置可以包括一個或多個裝在直的氣體旁路管中的彈簧加載的閥門。
應該看到，任何氣體旁路管18、25的下端20均不是必須放在非反應區(qū)內(nèi)，正如具有反應區(qū)R2的圖1所示，氣體旁路管18的下端20實際上位于催化劑床內(nèi)。因此這些特殊的氣體旁路管18的壓頭H可以設(shè)計成小于下端20整個地位于反應區(qū)R2下方的情況。因此，反應釜1可以成形為使所采用的氣體旁路管18的陣列中，每個氣體旁路管18的下端20在反應區(qū)的不同的高度上旁路。此外，管18還可在沿其高度的不同位置打孔，同樣如果液泛即將發(fā)生的話，部分反應后的氣體也可以反轉(zhuǎn)到上游的未反應區(qū)、如未反應區(qū)NR2。
正如以前說明的，反應釜是由將待處理的液態(tài)原料5引入液體入口裝置7來工作的。合適的處理氣體、如含氫的氣體通過氣體入口裝置8以與向下流動的液體原料5相對的方向被引入反應釜1。應該看到處理氣體不必僅在反應釜底的氣體入口裝置8處引入，而且還可被引入到一個或多個非反應區(qū)NR1，NR2，NR3，NR4。處理氣體還可噴入反應區(qū)R1，R2，R3的一個或多個反應床中。在反應釜的多點上引入處理氣體的好處是能控制反應釜內(nèi)的溫度。例如，冷的反應氣體在多點噴入反應釜，就可中和反應時放出的熱量。在任何上述點的一個上引入處理氣體也均在本發(fā)明的范圍內(nèi)。同樣為了溫控，液體也可在多點和合適的溫度上噴入。當采用這項溫度控制技術(shù)時，驟冷流體(氣體或液體)的流速會有波動，這將引起反應區(qū)4上壓降的波動。因此，該氣體旁路管18在減小可能出現(xiàn)的液泛的危險的同時提供了調(diào)節(jié)這些波動的機動性。
本發(fā)明的實施例中所使用的反應釜在符合要求的反應中在合適的溫度和壓力下工作。例如，典型的加氫處理的溫度范圍約為40℃～450℃，壓力約為50psig～3000psig，最好為50～2500psig。液體原料最初穿過反應區(qū)R1的催化劑床向下，在反應區(qū)R1在催化劑表面與處理氣體反應。得出的氣相反應產(chǎn)品由向上流動的處理氣體帶走。這種氣相反應產(chǎn)品可以包括低沸點的碳氫化合物和雜原子成份，如H2S和NH3。任何未反應的原料、以及液態(tài)反應產(chǎn)品向下通過下一個反應區(qū)R2和R3的下一個催化劑床。在臨界的液泛條件下，自調(diào)節(jié)氣體旁路管18有選擇地將在反應區(qū)R2產(chǎn)生的蒸汽旁路到反應釜的氣體出口10，同時通過有選擇地使含高純度氫氣的氣體從非反應區(qū)NR3旁路到反應區(qū)R1的底部，使含高純度氫的反應氣體進入反應區(qū)R1。反應后的液體流通過液體出口裝置9排出反應釜，同時氣流通過氣流出口裝置10排出。在反應釜工作期間，僅部分氣體旁路，因此使足夠的氣體向上流過催化劑床，以滿足具有相當高的動態(tài)效率的催化劑床的處理氣體(氫)的要求。
氣體旁路管18可以用能經(jīng)受反應釜工作條件的任何材料制成。合適的材料包括如不銹鋼和碳鋼、陶瓷材料以及如碳纖維材料類的高性能復合材料。最好采用具有圓形截面的管狀通道。管子不必是很直的，也就是說，它們可以是彎的、甚至做成螺旋形式。應該看到，管子可具有任何尺寸，這取決于人們想從一個非反應區(qū)旁路到另一個的氣體的數(shù)量和速度。氣體旁路管還能延伸通過多于一個反應區(qū)。一些氣體旁路管可以延伸通過所有上游的反應區(qū)，使一些氣體從反應釜抽出而既不與催化劑接觸，也不與向下流動的液體接觸。當采用多根氣體旁路管時，最好能繞著反應釜的垂直軸對中安置。還可以將一根或多根氣體旁路管安置在反應釜的外部。例如在反應釜的外側(cè)可采用管狀布局，從而使一個或多個反應區(qū)與任何一個或多個非反應區(qū)流體連通。正如上面所述，無論是內(nèi)部還是外部的氣體旁路管都可以包含流體控制裝置，從而控制從一個非反應區(qū)到另一個非反應區(qū)的部分氣體。這些流體控制裝置可用以代替由氣體旁路管或它們的聯(lián)合而形成的液壓靜態(tài)密封。如果氣體旁路管裝在反應釜的外部，那末流體控制裝置最好采用工業(yè)上通用的流體控制閥，這對本專業(yè)技術(shù)人員來說是已知的。
應該看到，氣體旁路管不必是如剛性壁管的中空結(jié)構(gòu)，它們可以包含惰性型式或催化劑顆粒，或兩者均有的填充材料。能被用作填充材料的惰性型式的非限定性的例子包括先有技術(shù)的發(fā)明，如球、拉希格(填充瓷)圈，Intalox鞍，Pall圈，Berl鞍、Cyclohelix螺旋圈、Lessing圈、交叉分割圈等等。如果在氣體旁路管中至少部分填充材料含有催化劑顆粒，它們還能用于使氣相反應物作進一步反應。在旁路管中的填充材料和/或催化劑顆粒可以具有與反應區(qū)的催化劑床上的催化劑顆粒不同的尺寸。這樣的填充材料有助于改進旁路管的旁路特性。該氣體旁路管還可以打孔，從而使蒸汽沿催化劑床的不同高度來配置。
可以選擇一個或多個共流反應區(qū)作為一個或多個逆流反應區(qū)的上游區(qū)。例如，液體原料可以從兩個反應區(qū)之間引入，這樣液相原料向下流入下面的反應區(qū)，而蒸汽相原料向上流過上游的反應區(qū)。對于蒸汽相原料向上的流動，可在與原料相同的高度上引入附加的處理氣體，這樣處理氣體將向上流入上游反應區(qū)、與蒸汽相原料共流。因此液態(tài)原料將在下方反應區(qū)中以逆流方式與引入反應區(qū)下游的反應氣體反應，不管流動方向怎樣，這些反應區(qū)可以是一個單獨的反應罐、或兩個或多個在同樣的反應罐中的反應區(qū)。當然，最好所有逆流區(qū)在同一個反應罐中。
本發(fā)明的實施例可用于所有的蒸汽逆流精制和化學處理系統(tǒng)中。適用于該系統(tǒng)的原料包括粗揮發(fā)油沸騰范圍和重油類的原料，如中間餾出物、粗柴油和殘油。通常沸騰溫度將約為40℃～1000℃。能用于本發(fā)明實施例的這類供給物的非限定性的例子包括真空殘油、常壓殘油、真空粗柴油(VGO)、常壓粗柴油(AGO)、重常壓粗柴油(HAGO)，蒸汽裂化粗柴油(SCGO)、脫瀝青油(DAO)和輕餾分循環(huán)油(LCCO)。
一些由本發(fā)明的實施例處理的原料可包含高量級的廢原子，如硫和氮。在這種情況下，最好在第一反應區(qū)中、送入的液體與向下通過合適的加氫處理的催化劑的固定床的含氫處理氣體流共流。這里所用的術(shù)語“加氫處理”指的是一種處理，其中在具有催化劑的情況下采用含氫處理氣體來處理，催化劑作為除去具有一些芳香族烴的氫化物、如硫和氮的雜原子的主要活性劑。術(shù)語“加氫加工”包括加氫處理，還包括氫化、加氫裂化和加氫異構(gòu)化。用于本發(fā)明目的的環(huán)打開、尤其是環(huán)烷環(huán)的打開也可包括在“加氫加工中”。用于本發(fā)明的合適的加氫處理催化劑可以是任何普通的加氫處理催化劑，它們包括至少一種VIII族金屬、優(yōu)選Fe、CO和Ni，最好是CO和/或Ni；以及至少一種VI族金屬，優(yōu)選Mo或W，最好是Mo，它們放在最好為氧化鋁的上表面區(qū)載體材料上。其它的加氫處理的催化劑包括沸化催化劑，以及貴金屬催化劑，其中貴金屬從Pd和Pt中選出。在同一個反應釜中采用多于一種類型的催化劑也在本發(fā)明的范圍內(nèi)。通常VIII族金屬占重量的2～20％、最好約為4～12％。通常VI族金屬將占重量的5～50％，優(yōu)選10～40％、最好約20～30％。所有的金屬重量百分比是建立在載體上的，我們所指的“在載體上”意思是該百分比是以載體重量為基礎(chǔ)的，例如，如果載體重100克，那么20％的VIII族金屬指的是在載體上有20克VIII族金屬。典型的加氫處理溫度約為100℃～430℃，壓力約為50psig～3000psig，最好約為50psig～2500psig。如果原料含有較低的雜原子，可以去掉加氫處理步驟，原料直接送到芳族飽和、加氫裂化和/或環(huán)打開反應區(qū)。
為了加氫加工，術(shù)語“含氫處理氣體”指的是至少含有有效數(shù)量的、擬進行反應的氫氣的處理氣體流。引入反應釜的處理氣體流至少含有50％體積、最好含有75％體積的氫氣。含氫處理氣體由富氫氣體、最好由氫氣制成。
在第一反應區(qū)是共流的向下流動的加氫處理反應區(qū)的情況下，來自上述加氫反應區(qū)的液流將至少通過一個下游的反應區(qū)，在該反應區(qū)，液體通過含氫處理氣體向上反向流動的催化劑床。按照原料的特性和提高質(zhì)量所需的量級，可以要求多于一個的反應區(qū)。當用粗柴油作原料時從加氫加工得出的最符合要求的產(chǎn)品是硫和氮含量減少的產(chǎn)品。含有石蠟、尤其是線性鏈烷烴的產(chǎn)品流常常優(yōu)于環(huán)烷烴，而環(huán)烷烴常優(yōu)于芳香族環(huán)烴。為此，至少一種下游的催化劑將從包括下列催化劑的組合中選出加氫裂化的催化劑、芳香族飽和催化劑、開環(huán)催化劑。如果經(jīng)濟上允許生產(chǎn)一種具有較高級的石蠟的產(chǎn)品氣流，該下游區(qū)最好包括芳香族飽和區(qū)和開環(huán)區(qū)。
如果下游反應區(qū)中的一個是加氫裂化區(qū)，催化劑可采用合適的普通的加氫裂化催化劑。在授予UOP的美國專利No.4921595中描述了典型的加氫裂化催化劑，這里指出以供參考。這種催化劑通常由沸石裂化基上的VIII族金屬氫化組分構(gòu)成。沸石裂化基常與分子篩技術(shù)有關(guān)，并通常包含硅、氧化鋁和一種或多種可置換的陽離子、如鈉、鎂、鈣、稀土金屬等的陽離子。它們的特征還在于具有較均勻的直徑在4～12之間的晶狀微孔。最好采用具有大于3、最好大于6的較高的硅/氧化鋁摩爾比的沸石。在自然中發(fā)現(xiàn)的合適的沸石包括絲光沸石、斜發(fā)沸石、鎂堿沸石、環(huán)晶沸石、毛沸石和八面沸石。合適的合成沸石包括Beta X.Y和L晶體型、如合成的八面沸石、絲光沸石ZSM-5、MCM-22，以及ZSM和MCM系列的大微孔品種。一種特別推薦的沸石是八面沸石族中的任何一種，對此請參見Tracy等的Proc.of the Royal Soc.1996卷452第813頁。應該看到，這些沸石可以包括脫金屬的沸石，它們包括很大的孔，其間隙孔范圍達20～500?？捎糜诩託淞鸦呋瘎┑腣III族金屬的非限定性的例子包括鐵、鈷、鎳、釕、銠和鈀、優(yōu)選推薦鈀。VIII族金屬的量的范圍占催化劑總重量的0.05％～30％。如果金屬是VIII族貴金屬，則推薦使用0.05～2％的重量。如果VIII族金屬不是貴金屬，推薦的組份還將包括VI族金屬，其比例類似于上述用作加氫處理催化劑的比例。加氫裂化條件包括從200℃～425℃的溫度、推薦值220℃～330℃、最好為245℃～315℃；從200psig～3000psig的壓力；液體的每小時空間速度約為0.5～10v/v/小時，最好為1～5v/v/小時。
芳族氫化催化劑的非限定性的例子包括鎳、鈷銅合金、鎳銅合金和鎳鎢合金。貴金屬催化劑的非限定性的例子包括鉑和/或鈀基上的金屬，它們最好支撐在合適的載體材料上，這些載體材料通常是耐火的氧化材料，如氧化鋁，氧化硅、氧化鋁-氧化硅、硅藻土(Kieselguhr，diatomaceous earth)，氧化鎂和二氧化鋯。也可使用沸石載體。這種催化劑通常要受到硫和氮的毒化的影響。芳族飽和區(qū)優(yōu)選的工作溫度是40～400℃，最好為260～350℃；壓力為100psig～3000psig，最好為200～1200psig；液體每小時空間速度(LHSV)為0.3v/v/小時～2.0v/v/小時。
本發(fā)明所用的反應釜中的液相將通常是具有較高的沸點的進料組分，蒸汽相通常是含氫處理氣體、雜原子雜質(zhì)和新進料的蒸汽的低沸點組分、以及加氫加工反應的輕質(zhì)產(chǎn)品。在逆流反應區(qū)催化劑床中的蒸汽相將隨著含氫處理氣體向上流動而向上排放、匯集、分餾或為進一步加工而通過反應床。汽相流體可從任何非反應區(qū)抽回。如果汽相流體需要進一步加氫加工，可使它通過含附加加氫加工催化劑的汽相反應區(qū)，經(jīng)受到合適的加氫加工條件以進行進一步的反應。應該看到，所有反應區(qū)可以在同一個反應罐中由非反應區(qū)分隔或也可以是單獨的反應罐。在后者情況下非反應區(qū)通常包括從一個反應罐到另一個的傳輸管線。
如果進行共流的預加工步驟，蒸汽和液體可以分開，液體流導向逆流反應釜的頂部。來自預加工步驟的蒸汽可以單獨加工或與來自本發(fā)明的反應釜的汽相產(chǎn)品聯(lián)合加工。如果要求更大量地減少雜原子和芳香族物質(zhì)汽相產(chǎn)品可以進行進一步的加氫加工或直接送到回收系統(tǒng)。
來自上游反應區(qū)的液體與溶有H2S和NH3雜質(zhì)的、來自向上流動的處理汽流的汽提逆流接觸，從而既改進了氫氣的部分壓力，也提高了催化劑的性能。所得到最終的液體產(chǎn)品將含有比原來的原料更低量級的雜原子和更多的氫。這種液體產(chǎn)品流可以送到下游進行加氫加工或轉(zhuǎn)化加工。
雖然已以特殊實施例來描述了本發(fā)明，對本專業(yè)技術(shù)人員來說，毫無疑問可進行各種置換或修改。因此下面的權(quán)利要求將力圖包含落在本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)的置換和修改。
權(quán)利要求
1.一種在具有催化劑的情況下使液體與處理氣體反應的反應釜，上述反應釜包括(a)包住第一反應區(qū)的連續(xù)的壁，其中上述第一反應區(qū)包括在上述液體和上述處理氣體之間產(chǎn)生所需要的反應的催化劑裝置；(b)在上述第一反應區(qū)的上方、用以使上述一部分液體進入上述反應釜的液體入口裝置，(c)在上述第一反應區(qū)的下方、用以使一部分上述處理氣體進入上述反應釜的氣體入口裝置；(d)在上述第一反應區(qū)的下方、用以使反應后的上述液體排出上述反應釜的液體出口裝置，(e)在上述第一反應區(qū)的上方、用以使一部分上述處理氣體排出上述反應釜的氣體出口裝置，(f)在上述第一反應區(qū)內(nèi)的氣體旁路裝置，用以使一部分上述處理氣體旁路一部分上述反應區(qū)，上述氣體旁路裝置包括氣體旁路調(diào)節(jié)裝置，它調(diào)節(jié)旁路上述第一反應區(qū)的上述部分的上述處理氣體的量。
2.權(quán)利要求1的反應釜，其中上述處理氣體以基本與通過上述第一反應區(qū)的液體流相反的方向流過上述第一反應區(qū)。
3.權(quán)利要求1的反應釜，其中上述反應釜包括多個上述反應區(qū)。
4.權(quán)利要求3的反應釜，其中每個上述反應區(qū)包括上述氣體旁路裝置。
5.權(quán)利要求1的反應釜，還包括(a)安置在上述第一反應區(qū)上方的第二反應區(qū)；和(b)第二氣體進口裝置安置在上述第二反應區(qū)的上方，以使上述處理氣體以與上述液體流同樣的方向流動。
6.權(quán)利要求1的反應釜，其中上述氣體旁路裝置使上述處理氣體完全旁路上述第一反應區(qū)。
7.權(quán)利要求1的反應釜，還包括放置在上述第一反應區(qū)上方的液體配置盤，其中上述氣體旁路裝置包括具有一上段和下段的管道，其中(a)上述上段能與累積在上述液體配置盤中的上述液體一起形成液壓靜態(tài)密封；和(b)上述下段伸到上述第一反應區(qū)的下方。
8.權(quán)利要求7的反應釜，其中上述上段做成倒“U”形，它的終端放置在成形在上述液體配置盤中的液體凹坑內(nèi)。
9.權(quán)利要求1的反應釜，還包括放置在上述第一反應區(qū)上方的液體配置盤，其中上述氣體旁路裝置包括具有上段和下段的管道，其中(a)上述上段能與累積在上述液體配置盤中的上述液體一起形成液壓靜態(tài)密封，和(b)上述下段安置在上述第一反應區(qū)內(nèi)。
10.權(quán)利要求9的反應釜，其中上述上段做成倒“U”形，它的終端放置在成形在上述液體配置盤中的液體凹坑內(nèi)。
11.權(quán)利要求3的反應釜，其中上述氣體旁路裝置使上述處理氣體可旁路兩個或多個依次相連的反應區(qū)。
12.權(quán)利要求7的反應釜，其中上述上段還包括倒扣的容器，該容器蓋住上述上段的終端，其中上述倒扣的容器包括一個與上述液體配置盤中上述液體接觸的開口。
全文摘要
一種反應釜(1)在催化劑(4)存在的情況下具有與處理氣體(6)反應的液體(5),反應釜(1)包括包住第一反應區(qū)(R1)的連續(xù)的壁(2),其中第一反應區(qū)(R1)包括在液體(5)和處理氣體(6)之間產(chǎn)生所需要的反應的催化劑(4);第一反應區(qū)上方用以允許部分液體(5)進入反應釜的液體入口(7),第一反應區(qū)(R1)的下方用以允許部分處理氣體(6)進入反應釜(1)的氣體入口(8),第一反應區(qū)(R1)的下方用以允許反應后的液體(5)排出反應釜(1)的液體出口(9),第一反應區(qū)(R1)的上方允許部分處理氣體(6)排出反應釜的氣體出口(10),和一個氣體旁路裝置(17),它裝在第一反應區(qū)(R1)內(nèi)用以允許部分處理氣體旁路部分第一反應區(qū)(R1),該氣體旁路裝置(17)包括用以調(diào)節(jié)旁路第一反應區(qū)的處理氣體量的旁路調(diào)節(jié)裝置。
文檔編號B01J19/24GK1261820SQ9880668
公開日2000年8月2日 申請日期1998年6月30日 優(yōu)先權(quán)日1997年6月30日
發(fā)明者拉梅什·古普塔, 杰弗里·W·弗萊德里克, 愛德華·S·愛利斯, 戴維·C·丹克沃斯, 迪米特廖斯·M·燦加里斯 申請人:埃克森研究工程公司