專利名稱：用于改良徑向流動(dòng)床再生/反應(yīng)系統(tǒng)效能的方法與裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種依重力移動(dòng)固體粒子與徑向流體反應(yīng)的裝置類型。徑 向流的成分與移動(dòng)固體粒子如催化劑反應(yīng)。
背景技術(shù)：
徑向流反應(yīng)器與再生器在石油與石化產(chǎn)業(yè)中的應(yīng)用為公知碳水化合 物處理技術(shù)者所熟悉的技術(shù)。徑向反應(yīng)器與再生器為環(huán)狀接觸器
(contactor)，其中催化劑粒子床由兩個(gè)同心圓筒狀粒子保留篩(retaining screen)支撐。徑向流再生器己揭示在，例如，美國(guó)專利第3,65,231 、 3,907,511、 3,882,015、 3，799，866、 3,785,96與3,692,496號(hào)，徑向流反應(yīng)器 已公開在，例如，美國(guó)專利第3,652,231與3,647,680號(hào)。此型徑向流接觸 器提供優(yōu)于其它典型接觸器的優(yōu)點(diǎn)徑向流接觸器減少橫向壓差、降低再 循環(huán)氣壓縮機(jī)的投資與設(shè)備需求。為了將碳水化合物轉(zhuǎn)換為有用的產(chǎn)物， 在這些徑向流反應(yīng)器須小心調(diào)整溫度與壓力。用于反應(yīng)器中的催化劑總是 因?yàn)橐环N或多種原因而失去活性。在催化劑上所累積的焦炭是導(dǎo)致催化劑 失去活性最常見的理由之一。為了恢復(fù)已失去活性的催化劑的效能，通常 需對(duì)催化劑進(jìn)行小心地重整與燒掉已累積的焦炭。由將含焦炭的催化劑在 高溫環(huán)境與含氧氣體接觸，并于再生器中燃燒而將催化劑再活化，其中具 有焦炭的催化劑垂直地移動(dòng)通過(guò)徑向床，并且含氧氣體徑向地流通橫越 它。在連續(xù)或半連續(xù)再生器過(guò)程中，將載滿焦炭的催化劑粒子周期性地加 入焦炭燃燒床且抽出，讓含氧氣體與含焦炭催化劑在環(huán)狀床反應(yīng)。美國(guó)專 利3，652，231顯示用于催化劑再生過(guò)程的連續(xù)再生裝置。前述再生裝置是 使用固定寬度移動(dòng)催化劑床，可應(yīng)用于碳水化合物重組中。美國(guó)專利 3,647,680與3,692,496亦處理重組催化劑的再生。
目前已有大量關(guān)于徑向流反應(yīng)器/再生器的設(shè)計(jì)與效能的改良的研究， 例如，美國(guó)專利第6,103,652號(hào)公開用分段式燃燒過(guò)程與裝置于移動(dòng)床中來(lái)再生催化劑，其中包括至少兩個(gè)分離的連續(xù)燃燒區(qū)。為了確保在徑向流 反應(yīng)器環(huán)狀床中催化劑的均勻流量，在催化劑床底端使用多個(gè)催化劑抽出 系統(tǒng)，且將其位于催化劑的流通道中。典型地，這些包含多個(gè)位置低于兩 催化劑保留篩的催化劑抽出導(dǎo)管，每一導(dǎo)管的上端由圓錐形蓋覆蓋，此圓 錐形蓋的設(shè)計(jì)允許從每個(gè)方向有相同的催化劑流量。此設(shè)計(jì)亦顯示于美國(guó)
專利第3,706,536、 3,785,963、 3,854,887與4,110，08號(hào)中。美國(guó)專利第 5,157,181號(hào)公開徑向流反應(yīng)器的環(huán)狀床深度在床較低部比床較高部分大， 以維持接近相同的催化劑活性在不同的位置。美國(guó)專利第4,859,643號(hào)公 開用于含焦炭催化劑粒子的再生方法，其限制粒子在再生器區(qū)的燃燒區(qū)為 一端逐漸變細(xì)(tapered)床結(jié)構(gòu)。上述一端逐漸變細(xì)床結(jié)構(gòu)由增加催化劑粒 子在高溫區(qū)的移動(dòng)速度，并降低降低催化劑暴露在高溫的時(shí)間而減少催化 劑表面積的流失。此方法增加在具有較薄床深度的床頂部的粒子向下移動(dòng) 速度。
如先前參考文件所述，多數(shù)的公知技術(shù)是為了達(dá)到均勻固態(tài)流且在環(huán) 狀床間消除死區(qū)。另一些由使用一端逐漸變細(xì)床結(jié)構(gòu)而在環(huán)狀床的不同軸 高度改變催化劑粒子的速度。當(dāng)床深度減少，在軸向粒子速度增加，但粒 子速度在相同軸高度及徑向是相似的。橫越軸向床的流體在床較薄區(qū)會(huì)以 較高流速不均勻的分布。不均勻分布的高橫越流速可由釘住(PINNING) 催化劑在內(nèi)墻上而停止催化劑的移動(dòng)而決定移動(dòng)床設(shè)計(jì)。如此一來(lái)，發(fā)展 新的方法與裝置以最佳化反應(yīng)器效能，并且同時(shí)不會(huì)顯著地影響橫越流體 布局，且不導(dǎo)致橫越流體的不均勻分布是一項(xiàng)重要的開發(fā)課題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種用于改良徑向流動(dòng)床再生/反應(yīng)系統(tǒng)效能 的方法與裝置，可有效地改良移動(dòng)床徑向流反應(yīng)器/再生器或其它具有催化 劑向下移動(dòng)特征的接觸容器類型的效能。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供的徑向流動(dòng)床再生/反應(yīng)系統(tǒng)，其中連接 流動(dòng)固態(tài)粒子在一濃縮相以一連續(xù)或半連續(xù)模式依重力移入與移出該系 統(tǒng)，該徑向流動(dòng)床再生/反應(yīng)系統(tǒng)包含 一垂直指向圓筒狀外容器；一外圓筒狀粒子保持篩與一內(nèi)圓筒粒子保持篩，其中該外篩與該內(nèi)篩 兩者都位于該外容器內(nèi)且同心于該外容器的中心垂直軸；
在圓筒狀外容器與外篩間有一環(huán)狀反應(yīng)物分配體積，該反應(yīng)物分配體 積至少連接一反應(yīng)物進(jìn)料導(dǎo)管，用以加入反應(yīng)物流
一環(huán)狀粒子保留體積在該外篩與該內(nèi)篩間，其中該環(huán)狀粒子保留體積 用于再生/反應(yīng)，至少一粒子入口導(dǎo)管與該環(huán)狀粒子保留體積的一上端連 通，至少一粒子抽出導(dǎo)管與該環(huán)狀粒子保留體積的一下端連通，以及一床 深度定義為該外篩與該內(nèi)篩間的距離；
至少一中間篩插于該外篩與該內(nèi)篩之間而位于粒子保留體積內(nèi)，反應(yīng) 流體橫向越過(guò)該中間篩但限制固體粒子橫越穿過(guò)該篩，其中該中間篩將該 環(huán)狀粒子保留體積的全部或部分體積分為至少兩個(gè)流通道，由調(diào)整中間篩 位置或斜率或在該中間篩底部的截面開口，該固體粒子在至少一流通道的 駐留時(shí)間改變；以及
一圓筒狀流體收集體積在該內(nèi)篩內(nèi)，其中至少一反應(yīng)物出口導(dǎo)管與該 流體收集體積連通。
本發(fā)明提供的徑向流動(dòng)床焦炭移除系統(tǒng)，其中，多個(gè)催化劑粒子以一 連續(xù)或半連續(xù)模式依重力進(jìn)入與出該系統(tǒng)，該徑向流動(dòng)床焦炭移除系統(tǒng)包
含
一垂直指向圓筒狀外容器；
一外圓筒狀催化劑保持篩與一內(nèi)圓筒催化劑保持篩，其中該外篩與該
內(nèi)篩兩者都位于該外容器內(nèi)且同心于該外容器的中心垂直軸；
一環(huán)狀反應(yīng)物分配體積在該容器與該外篩間，其中該環(huán)狀反應(yīng)物分配
體積與至少一反應(yīng)物入口導(dǎo)管連通以引入含氧氣體；
一環(huán)狀催化劑保留體積在該外篩與該內(nèi)篩間，其中該環(huán)狀催化劑保留
體積用于再生/反應(yīng)，至少一催化劑入口導(dǎo)管與該環(huán)狀催化劑保留體積的一
上端連通，至少一粒子抽出導(dǎo)管與該環(huán)狀粒子保留體積的一下端連通，以
及一床深度定義為該外篩與該內(nèi)篩間的距離；
至少一中間篩插于該外篩與該內(nèi)篩之間而位于催化劑保留體積內(nèi)，含
氧氣體橫向越過(guò)該中間篩但限制固體粒子橫越穿過(guò)該篩其中該中間篩將
該全部或部分的環(huán)狀粒子保留體積分為內(nèi)及外流通道，在中間篩及內(nèi)篩間
7形成的內(nèi)流通道底部漸漸減小有較同一流通道平均截面積為小的截面積， 在內(nèi)流通道中的催化劑粒子因而增加駐留時(shí)間；
在內(nèi)篩里部有一圓筒狀流體收集體積，其中至少一反應(yīng)物出口導(dǎo)管與 該流體收集體積連通。
上述的改良可經(jīng)由使用內(nèi)部插入篩來(lái)分開催化劑床為不同流通道而 達(dá)到。藉由改變每一流通道的位置、幾何/斜率與底部截面積開口，可調(diào)整 在每一流通道中的粒子駐留時(shí)間或粒子速度以達(dá)到最佳化效率。


圖1為徑向流動(dòng)床再生器的燃燒區(qū)，其中包含一新中間篩插入外網(wǎng)篩 與中心管篩間的設(shè)計(jì)V
圖2為中間篩的另一設(shè)計(jì)，其中包含中間篩插入徑向移動(dòng)床再生器的 燃燒區(qū)的設(shè)計(jì)；
圖3為徑向移動(dòng)床反應(yīng)器在扇型或外藍(lán)篩與中央管篩間插入中間篩，
其中插入中間篩底部的制作使得催化劑床在接近外藍(lán)篩處為逐漸便寬而
在底部具有較大開口的設(shè)計(jì)；
圖4為徑向流移動(dòng)床反應(yīng)器在扇型或外篩與中央管篩間插入中間篩安 裝。插入中間篩底部的制作，使得催化劑床接近外篩處為逐漸變細(xì)而在底 部具有較小開口；
圖5顯示在徑向流移動(dòng)床催化重組再生器的燃燒區(qū)不同位置的催化劑 焦炭含量；
圖6顯示在徑向流移動(dòng)床催化重組再生器的燃燒區(qū)不同位置內(nèi)的氧含
圖7顯示插入中間篩分開的兩粒子流通道駐留時(shí)間比與粒子進(jìn)入流通
道口及離開流通道口處的床深度的關(guān)系；以及
圖8為圖2的一典型例子，具有中間篩ll、支撐桿12、 25與支撐環(huán)26。
附圖中主要組件符號(hào)說(shuō)明 1移動(dòng)催化劑 2環(huán)狀床3補(bǔ)充氣體 4再循環(huán)氣體 5流出氣體
6頂部管嘴
7催化劑傳送管
8外藍(lán)篩
9內(nèi)中心篩
10、 11中間篩
13催化劑流
14催化劑流出口
15反應(yīng)器入口
16反應(yīng)器出口
17外藍(lán)篩
18中心管篩
19催化劑傳遞管
20、 22中間篩
21內(nèi)環(huán)狀流通道
24密封區(qū)(seal area)
25支撐桿
26支撐環(huán)
A、 B、 C、 D環(huán)狀床開口截面積 E、 F環(huán)狀流通道開口區(qū)
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明可應(yīng)用于移動(dòng)床反應(yīng)器、再生器，由最佳化固態(tài)粒子在容器中 駐留時(shí)間，可改進(jìn)固態(tài)粒子與橫向流體的反應(yīng)、再生效能。徑向流體一固 體接觸設(shè)備在多種工業(yè)工藝中使用。這些工藝包括但不限于一般石蠟的異 構(gòu)化(isomerization)、 一般石蠟的去氫化與在石腦油(naphtha)沸點(diǎn)范圍 的重組反應(yīng)。為本領(lǐng)域技術(shù)人員所熟悉的是，在徑向流反應(yīng)器中，多種反 應(yīng)物在反應(yīng)器的周圍及其中心軸沿著徑向流動(dòng)。對(duì)于典型的催化重組工藝的反應(yīng)器或再生器而言，反應(yīng)物是向內(nèi)流動(dòng)。亦即，反應(yīng)物自環(huán)狀反應(yīng)物 分布體積向內(nèi)流動(dòng)至圓筒狀反應(yīng)物搜集體積。環(huán)狀反應(yīng)物分布體積為在容
器殼與外催化劑保留篩或壓孔板(punchplate)之間。外催化劑保留篩或壓 孔板通常是指外藍(lán)篩或扇(scallop)。中心保留搜集體積由內(nèi)催化劑保留篩 包覆，內(nèi)催化劑保留篩通常是指中心管。簡(jiǎn)言之，原料與包含氫的循環(huán)氣 混合并在反應(yīng)區(qū)與催化劑接觸。上述原料為石油分餾物， 一般公知為石腦 油且具有初始沸點(diǎn)為約180卞且最終沸點(diǎn)為約400。F。原料質(zhì)量由去氫化、 環(huán)化與異質(zhì)化的芳香化改進(jìn)。催化重組工藝的進(jìn)一步信息可在如美國(guó)專利 第4,409,095與4,440,626號(hào)中找到。
在本發(fā)明的第一實(shí)施例中，描述徑向移動(dòng)床再生/反應(yīng)系統(tǒng)，其中包 含多個(gè)固態(tài)粒子以連續(xù)或半連續(xù)模式依重力移動(dòng)進(jìn)入與流出系統(tǒng)，上述系 統(tǒng)包含垂直指向圓筒狀外容器、外圓筒狀粒子保留篩、內(nèi)圓筒狀粒子保留 篩與至少一中間篩。上述的外篩與內(nèi)篩兩者都位于外容器內(nèi)，且同心于外 容器的中心垂直軸。再者，在容器與與外篩間是環(huán)狀反應(yīng)物分布體積，其 中環(huán)狀反應(yīng)物分布體積與至少一反應(yīng)物入口導(dǎo)管連通以引入反應(yīng)流體。此 外，在外篩與內(nèi)篩間是環(huán)狀粒子保留體積，其中該環(huán)狀粒子保留體積用于 再生/反應(yīng)，至少一粒子入口導(dǎo)管與環(huán)狀粒子保留體積的上端連通，至少一 粒子抽出導(dǎo)管與該環(huán)狀粒子保留體積的下端連通，外篩與內(nèi)篩間的距離定 義為床深度。
在此實(shí)施例中，至少一中間篩插于外篩與內(nèi)篩之間而位于粒子保留體 積內(nèi)，反應(yīng)流體橫向越過(guò)中間篩但沒有固體粒子橫越穿過(guò)此中間篩。中間 篩將環(huán)狀粒子保留體積的全部或部分體積分為至少兩個(gè)流通道，由調(diào)整中 間篩位置或斜率或在中間篩位置底部的截面開口，固體粒子在至少一流通 道的駐留時(shí)間因而改變。換言之，至少有一流通道的底部截面積不同于同 一流通道高于底部的所有或部份截面積。再者，在內(nèi)篩內(nèi)體積定義為圓筒 狀外流體收集體積，其中至少有一反應(yīng)物出口導(dǎo)管與外流體收集體積連 通。
根據(jù)本實(shí)施例，上述的中間篩有兩種較佳設(shè)計(jì)圓錐狀，以及圓筒與 圓錐結(jié)合的形狀。在單一中間篩插入的情況中，中間篩分開環(huán)狀粒子保留
體積為外與內(nèi)流通道。在本實(shí)施例中，上述的流通道亦有兩種較佳狀況第一種是外流通道形成在中間篩與外篩間，且外流通道在較低部份逐漸變 細(xì)具有較同一流通道的平均截面積小的截面積，以便增加固態(tài)粒子在外流 通道的駐留時(shí)間；第二種是內(nèi)流通道形成在中間篩與內(nèi)篩間且內(nèi)流通道在 較低部份逐漸變細(xì)具有較同一流通道的平均截面積小的截面積，以便增加 固態(tài)粒子在內(nèi)流通道的駐留時(shí)間。
再者，位于外流通道及內(nèi)流通道間的中間篩在所有或部份篩中與水平
形成一角度，且此角度不小于在其中固體粒子的靜止(repose)角度。其中， 上述的固體粒子的移動(dòng)速率等于或小于1 ft/min。
在此實(shí)施例中，上述固態(tài)粒子包含選自下述群組中之一催化劑、與
吸附劑。反應(yīng)流體包含選自下述組群中之一用于催化再生的稀釋空氣、
碳水化合物、加熱爐燃燒廢氣與來(lái)自處理單元的廢氣流。
在本發(fā)明的第二實(shí)施例中，描述徑向移動(dòng)床焦炭移除系統(tǒng)，其中多個(gè) 催化劑粒子以連續(xù)或半連續(xù)模式依重力進(jìn)入與移出系統(tǒng)，此系統(tǒng)包含垂直 指向圓筒狀外容器、圓筒狀催化劑外保持篩、圓筒狀催化劑內(nèi)保持篩、與 至少一中間篩。上述的圓筒狀催化劑外保持篩與圓筒狀催化劑內(nèi)保持篩兩 者都位于垂直指向圓筒狀外容器內(nèi)，且同心于上述外容器的中心垂直軸。 再者，在容器與圓筒狀催化劑外保持篩間的環(huán)狀體積用來(lái)分布反應(yīng)物，其 中環(huán)狀反應(yīng)物分布體積與至少一反應(yīng)物入口導(dǎo)管連通，以引入含氧氣體。 此外，在圓筒狀催化劑外保持篩與圓筒狀催化劑內(nèi)保持篩間是環(huán)狀催化劑 保留體積，其中催化劑環(huán)狀保留體積可用于再生/反應(yīng)。依據(jù)本實(shí)施例，至 少一催化劑入口導(dǎo)管與催化劑環(huán)狀保留體積的上端連通，至少一粒子抽出 導(dǎo)管與粒子環(huán)狀保留體積的下端連通，以及一定的床深度定義為外篩與內(nèi) 篩間的一定距離。
在此實(shí)施例中，至少一中間篩插于圓筒狀催化劑外保持篩與圓筒狀催 化劑內(nèi)保持篩之間，且中間篩位于催化劑保持體積中。含氧氣體可橫向越 過(guò)中間篩，但沒有固體粒子能橫越穿過(guò)中間篩，其中，中間篩將催化劑環(huán) 狀保留體積的全部或部分體積分為外與內(nèi)流通道，形成于中間篩與內(nèi)篩間 的內(nèi)流通通道在底部逐漸變細(xì)，具有比此篩的平均截面積小的截面積，以 便增加該催化劑粒子在內(nèi)流通道的駐留時(shí)間。中間篩的較佳設(shè)計(jì)如第一實(shí) 施例所描述。再者，圓筒狀流體收集體積在圓筒狀催化劑內(nèi)保持篩內(nèi)，其中至少一反應(yīng)物出口導(dǎo)管與流體收集體積連通。上述設(shè)計(jì)可導(dǎo)致氧使用率 與燃燒效率的改進(jìn)。根據(jù)此一設(shè)計(jì)，相同的再生器不需增加燃燒區(qū)體積， 或是修改再生風(fēng)箱而可燃燒更多焦炭，因?yàn)樵趦?nèi)通道具有較長(zhǎng)的催化劑駐 留時(shí)間，相同的再生器可以燃燒處理那些較慢焦炭燃燒速率的催化劑。
催化重組工藝通常在催化劑粒子存在時(shí)進(jìn)行，催化劑粒子包括一或多 個(gè)VII族貴金屬(如鉑、銥、銠、鈀)與鹵素結(jié)合于多孔載體，例如無(wú)機(jī) 氧化物。鋁土為通常使用載體。鹵素通常為氯。在重組反應(yīng)進(jìn)程期間，催 化劑粒因焦炭沉積或氯流失的機(jī)轉(zhuǎn)而失去活性。在使用后一段時(shí)間后，催 化劑促進(jìn)重組反應(yīng)能力降低至催化劑需要再處理的時(shí)候，失去活性的催化 劑連續(xù)地或周期地依重力流入反應(yīng)器的外與內(nèi)催化劑保留篩之間，且接著 傳送至再生器以再生。在再生期間，進(jìn)行焦炭移除、氯調(diào)整、粒子干燥且 金屬還原。再生的催化劑粒子接著傳回至反應(yīng)器的反應(yīng)區(qū)。
再生器中，含焦炭的催化劑與含氧熱氣流(燃燒區(qū)再循環(huán)氣體)接觸， 以移除在碳?xì)浠衔镛D(zhuǎn)換反應(yīng)區(qū)中累積在催化劑上焦炭。焦炭成分主要包 含碳與氫。焦炭移除機(jī)轉(zhuǎn)是由在稱為燃燒區(qū)的高溫區(qū)氧化碳與氫完成。在 焦炭中的碳和氫與氧反應(yīng)以形成二氧化碳、 一氧化碳和水。在失去活性的 催化劑上的焦炭成分可最多至催化劑重量的20%，但更典型為4至7%。
焦炭在燃燒區(qū)氧化溫度，通常在約800至1050°F的范圍。在催化劑上的 局部高溫可達(dá)到約1100。F。進(jìn)入燃燒區(qū)的再循環(huán)氣體中的氧濃度通常在0.2 至1.3體積％，但典型地控制在0.6至1°/。。典型再生燃燒區(qū)的配置可見于 美國(guó)專利第3,652,231號(hào)。圖1與圖2顯示在內(nèi)外催化劑保留篩間的燃燒 區(qū)。再循環(huán)氣體4含有氧、C02、 H20、氮與小量污染物徑向性地橫越過(guò) 垂直移動(dòng)催化劑床。移動(dòng)的催化劑l自環(huán)狀床頂部饋入，該環(huán)狀床在外藍(lán) 篩8與內(nèi)中心篩9內(nèi)，且移動(dòng)催化劑l自環(huán)狀床2的底部抽出。當(dāng)熱再循 環(huán)氣體4快速加熱冷的含焦炭催化劑，氧化反應(yīng)加快進(jìn)行。所有供應(yīng)至移 動(dòng)催化劑床上部的再循環(huán)氣體中的氧被氧化反應(yīng)消耗。催化劑上的焦炭與 再循環(huán)氣體中的氧反應(yīng)時(shí)持續(xù)損耗，直到焦炭氧化速度不夠快而不能消耗 所有氧。
圖5顯示催化重組工藝單元的使用過(guò)的催化劑在連續(xù)式催化劑再生器 的燃燒區(qū)中的焦炭量。圖5中的曲線1顯示在催化劑上的焦炭在含氧氣體饋入徑向流移動(dòng)床接近外藍(lán)篩處快速燃燒。如曲線2所示，在催化劑上的 焦炭在床軸深度點(diǎn)A與徑向床深度約75%處完全燃燒。因催化劑上焦炭
已經(jīng)完全燒除，床高度在點(diǎn)A以下并且在外藍(lán)篩與75%徑向床深度間的 體積因此被浪費(fèi)。再生器體積并沒有被有效利用。也因此在外藍(lán)與75%床 深度間的環(huán)狀流通道中較快的移出無(wú)焦炭催化劑是對(duì)有效使用再生器體 積是有利的。圖5的曲線5顯示在催化劑上的焦炭在接近中心管篩高于氧 突破點(diǎn)處沒有明顯的燃燒是因?yàn)檠踉谕黄泣c(diǎn)以上已耗盡，直到低于氧突破 點(diǎn)才有明顯的燃燒。美國(guó)專利第4,859,643號(hào)討論氧在不同徑向床沿著軸 長(zhǎng)度突破。由較快的移動(dòng)接近外藍(lán)篩的催化劑(此處催化劑幾乎為不含焦 炭)，且較慢的移動(dòng)接近再生器中心管篩并接近且低于氧突破點(diǎn)的含焦炭催 化劑，接近外藍(lán)篩而沒有被使用的反應(yīng)體積將被更有效利用，且接近中心 管篩含有焦炭的催化劑可留在燃燒區(qū)較長(zhǎng)的時(shí)間而可以有額外的焦炭燃
燒°
圖6進(jìn)一步顯示在催化重組工藝單元的連續(xù)式催化劑再生器中的氧含 量。圖6的曲線l顯示氧在外藍(lán)篩處有最高濃度。在相同軸位置，當(dāng)氧徑 向流出催化劑床，氧濃度徑向地遞減。曲線5顯示氧在接近中心管頂部篩 開口處完全消耗，而在床位置軸向接近中心管篩處在氧突破點(diǎn)下，有氧可 用于燃燒焦炭。氧的使用率幾乎為100%直到氧突破點(diǎn)。接著氧使用率自 氧突破點(diǎn)持續(xù)降低至底部的篩開口。較慢移動(dòng)接近中心管低于氧突破點(diǎn)的 含焦炭催化劑，可以增加燃燒時(shí)間且給予較完全的焦炭燃燒。
本領(lǐng)域技術(shù)人員已知催化劑粒子具有多孔。在孔中較深處焦炭的反應(yīng) 速度較慢，因此在氧突破點(diǎn)焦炭不是完全燃燒掉。焦炭氧化通常是指焦炭 燃燒。燃燒可典型地由溫度偵測(cè)。當(dāng)燃燒速率下降，床溫度下降。在床的 低于氧突破點(diǎn)的部分為較低溫度導(dǎo)致氧使用率下降。再循環(huán)氣體中的氧沒 有完全消耗且由再生風(fēng)箱而再次循環(huán)。美國(guó)專利第4,859,643號(hào)所指的氧 突破點(diǎn)是在頂中心篩穿孔下，且可根據(jù)徑向床形狀而改變。氧突破點(diǎn)在固 定寬度徑向床燃燒區(qū)約為48.5%軸深度，而在逐漸變細(xì)床為62%。除了床 形狀外，此突破點(diǎn)或整體氧使用效率，如圖5所示的焦炭曲線與如圖6所 顯示的氧濃度曲線可取決于許多因素，諸如催化劑性質(zhì)、燃燒氣體與含碳 催化劑入口溫度、氧濃度、循環(huán)氣體與含碳催化劑的相對(duì)量與此系統(tǒng)壓力等都可或多或少影響氧的使用效率。含炭催化劑被保留在燃燒區(qū)較低部分 直到催化劑的焦炭含量為約0.2%或更低才能離開燃燒區(qū)。催化劑上的殘余 焦炭接著在氧氯化區(qū)燃燒，其中氣相氧含量為4%至20%。傳送至氧氯化 區(qū)的催化劑上留有太多殘余焦炭，將可導(dǎo)致在氧氯化區(qū)中的溫度升高，因 而損害容器與催化劑。
催化劑在燃燒區(qū)以接近柱塞流(plug flow)移動(dòng)。催化劑流在接近外 藍(lán)篩8 (再循環(huán)氣體入口)部位會(huì)遇到較高濃度的氧且典型地在較低外藍(lán) 篩區(qū)域，焦炭幾乎完全燒除。另一方面，接近中心篩9的催化劑在頂部沒
有遇到氧且在接近燃燒區(qū)較低部分遇到較少氧。然而，催化劑在接近外藍(lán) 篩或接近中心篩以相同速度移動(dòng)。為了改進(jìn)焦炭燃燒，最有利是加快移動(dòng) 在接近外藍(lán)篩處的催化劑的移動(dòng)速度且減慢移動(dòng)在接近中心篩的催化劑 的移動(dòng)速度。為了避免增加催化劑在燃燒區(qū)中的熱駐留時(shí)間，因而同時(shí)增 加催化劑表面衰退且改進(jìn)燃燒速率，插入的中間篩的頂部可維持在中心篩 頂部穿孔下方，最好是中間篩的頂部維持在氧突破點(diǎn)并在中心篩底部穿孔 的上。插入中間篩的典型配置顯示于圖1中，且另一中間篩配置顯示于圖2中。
插入中間篩10與11改變?cè)谌紵齾^(qū)不同部分的催化劑駐留時(shí)間。由插 入適當(dāng)位置角度的中間篩于外藍(lán)與中心篩間，催化劑駐留時(shí)間可以經(jīng)由適 當(dāng)角度及位置的中間篩，使得在外藍(lán)篩與插入中心篩(區(qū)域A)的環(huán)狀底部 截面積開口大于環(huán)狀(區(qū)域B)的截面積。區(qū)域A位于與催化劑出口有足 夠距離，使得催化劑均勻地在其下抽出。出口區(qū)域A設(shè)定自環(huán)狀的體積抽 出率且降低催化劑在外藍(lán)篩8與插入10和11間環(huán)狀的體積的駐留時(shí)間。 另一方面，在篩10或11與中心篩9間內(nèi)環(huán)狀的底截面開口 (區(qū)域C)為 小于內(nèi)環(huán)狀(區(qū)域D)的截面積。區(qū)域C設(shè)定內(nèi)環(huán)狀的體積粒子流動(dòng)速率 且導(dǎo)致較長(zhǎng)催化劑駐留時(shí)間。由插入適當(dāng)定位中間篩，催化劑在接近循環(huán) 氣體入口外(藍(lán)篩8)移除焦灰較快也會(huì)較快的移出燃燒區(qū)。催化劑接近 循環(huán)氣體出口 (中心篩9)具有較低機(jī)會(huì)遇到完全沒有消耗的氧氣，將被 保留在再生器的較低部分較久時(shí)間。由改變?cè)谙嗤h(huán)狀流通道但不同軸階 層的截面積，可以改變?cè)谙嗤h(huán)狀流通道內(nèi)但不同區(qū)域的催化劑移動(dòng)速率 或催化劑駐留時(shí)間。此可由在上下重迭如圖8中的模塊，但在中間篩11
14底部具有不同截面開口而達(dá)到以上的目的。由在燃燒區(qū)的外藍(lán)篩與內(nèi)中心 管間堆疊兩模塊，并在每一模塊的底中間篩下方維持催化劑自由地橫越流 動(dòng)，其可以增加接近中心管在最高溫燃燒區(qū)的催化劑流動(dòng)速度，在此高溫 處需要較低駐留時(shí)間以降低表面積降解并且同時(shí)在燃燒區(qū)底部降低接近 中心管的催化劑移動(dòng)速度與增加接近外篩的催化劑的移動(dòng)速度進(jìn)而改進(jìn) 焦炭燃燒效率。
適當(dāng)中間篩規(guī)格增加氧使用率且增加焦炭燃燒量而不需增加傳遞到 燃燒區(qū)的氧量。因而可以避免修改再生風(fēng)箱。根據(jù)本說(shuō)明書，由于使用同
一整體床徑深度，所以可避免如美國(guó)專利第4,859,643號(hào)中，對(duì)于頂部高 熱的深度位置需輸送較多的再循環(huán)氣流的設(shè)計(jì)。因?yàn)楦鶕?jù)本說(shuō)明書的熱燃 燒氣體與冷催化劑熱質(zhì)量流比例較低，在頂部燃燒區(qū)的整體溫度較低，可 有利于降低在中心管篩頂部熱應(yīng)力(thermal stress)以及具有增進(jìn)催化 劑表面穩(wěn)定的效果。
圖1顯示用于徑向流再生器的簡(jiǎn)單插入中間篩。催化劑傳送管7傳送 含有焦炭的使用過(guò)的催化劑1至環(huán)狀燃燒區(qū)。環(huán)狀燃燒區(qū)形成于外藍(lán)篩8 與中心篩9間。含氧再循環(huán)氣體4自外藍(lán)篩8流向中心篩9且結(jié)合補(bǔ)充氣 體3以形成外流氣體5與在頂部管嘴6離開再生器。催化劑上所含的焦炭 在燃燒區(qū)內(nèi)可由燃燒移除。不含焦炭的催化劑傳送至燃燒區(qū)下方且由導(dǎo)管 2離開。中間篩的主組件為篩圓錐(screen cone)。篩圓錐的底部具有多個(gè) 支撐桿(未示于圖1中)以支撐。支撐桿的配置安排可使得固體粒子的橫 越連通與流體徑向流通在實(shí)質(zhì)上不受限制。篩圓錐的底部距離催化劑出口 導(dǎo)管2須大于最小距離。上述最小距離由床深度(外藍(lán)篩8與中心管篩9 間)距離乘以大于15%的百分比，但較佳地為等于或大于80%的床深度來(lái) 定義。在篩圓錐底部與催化劑粒子出口導(dǎo)管2之間的距離越遠(yuǎn)，終端效果 (end effect)的影響越小則催化劑粒子流變成柱塞流。由設(shè)定催化劑出口導(dǎo) 管2的適當(dāng)最小距離，在篩圓錐底部的催化劑可以完全移動(dòng)并且催化劑的 移動(dòng)速度為盡可能的均勻。為了避免橫越流體的不均勻分布，中間篩10 的穿孔的單位開口面積比最好不少于外藍(lán)篩8或中心篩9，但穿孔須足夠 小以限制固體粒子流動(dòng)穿過(guò)穿孔。
圖7顯示篩圓錐10頂部與底部的截面積對(duì)于催化劑在外與內(nèi)環(huán)狀的體積相對(duì)駐留時(shí)間的效果，中間篩底部為位于離催化劑抽出口有1米(3' 即3英尺)遠(yuǎn)使得終端效果為可忽略。于圖7中，各曲線上的標(biāo)號(hào)，代表中 間篩底端床深度與全部床深度的比例。例如，l代表中間篩底端床深度與 全部床深度的比例為10%; 2代表中間篩底端床深度與全部床深度的比例
為20%; 9代表中間篩底端床深度與全部床深度的比例為90%，余者類推。
由改變環(huán)狀開口的頂部與底部，催化劑在被中間篩圓錐分開的兩個(gè)環(huán)狀體 積的駐留時(shí)間的比例可以被改變。例如，如果在篩圓錐底部的外環(huán)狀床深
度僅為10% (如圖7中的曲線1所示)且在中間篩的圓錐頂部的外床深度 為總床深度的86%，在接近外藍(lán)篩環(huán)狀的體積的催化劑駐留時(shí)間可為接近 中心篩環(huán)狀的體積的6倍。另一方面，如果外底部環(huán)狀床深度為90% (如 圖7中的曲線9所示)且在外頂部環(huán)狀床深度為10%，在接近外篩環(huán)狀的 體積的催化劑駐留時(shí)間可為接近中心篩環(huán)狀的體積的催化劑駐留時(shí)間的 0.4倍。其可見于圖7，在環(huán)狀的體積中催化劑速度的增加受限于簡(jiǎn)單中間 篩圓錐。另一設(shè)計(jì)顯示在圖2。插入中間篩分為兩部分。中間篩在頂部具 有直篩但是在底部具有篩圓錐。此設(shè)計(jì)大量的降低在接近外篩環(huán)狀的體積 與催化劑駐留時(shí)間。在圖1與圖2中的篩圓錐的較佳設(shè)計(jì)應(yīng)包含，自水平 面的角度大于靜止角度，使得催化劑可適當(dāng)?shù)某楸M。用于對(duì)死區(qū)更敏感的 反應(yīng)系統(tǒng)，此角度可為更大以避免死區(qū)或不流動(dòng)區(qū)，對(duì)于敏感系統(tǒng)且較佳 地篩圓錐具有自水平角度至少60度。
重組固定床反應(yīng)器的床底部較頂部有較高的焦炭含量是眾所周知的。 在催化劑粒子上的焦炭在一開始時(shí)產(chǎn)生較快但在焦炭含量上升后產(chǎn)生減 慢。當(dāng)催化劑在徑向流反應(yīng)器中以柱塞流緩慢移動(dòng)，在接近反應(yīng)物入口的 催化劑將比接近中心篩(反應(yīng)物離開床處)的催化劑具有較少的焦炭含 量。具有不同焦炭含量的催化劑在反應(yīng)器底部的催化劑出口產(chǎn)生混合。因 為催化劑再生器設(shè)計(jì)是由較高焦炭含量的催化劑決定，因此在催化劑上有 較均勻焦炭含量是有利的。本發(fā)明的一范例可使用于最后一個(gè)重組反應(yīng) 器，以較快速度移動(dòng)催化劑出中心管區(qū)域，使得進(jìn)入再生器的催化劑上含 有較均勻的焦炭含量。當(dāng)再生器在其最大產(chǎn)能操作時(shí)，具更均勻焦炭含量 的催化劑能降低在氧氯區(qū)或鍛燒區(qū)中一些催化劑粒子的產(chǎn)生過(guò)度高溫的 機(jī)會(huì)，進(jìn)而增進(jìn)設(shè)備與催化劑的使用壽命。圖3與圖4顯示中間篩在催化重組反應(yīng)器的其它實(shí)施例子。圖3中催
化劑13透過(guò)催化劑傳遞管19自上一個(gè)反應(yīng)器傳遞至下一個(gè)反應(yīng)器經(jīng)密封 區(qū)24且接著傳至主催化劑床，且通過(guò)催化劑流出口 14移出較低的下一個(gè) 反應(yīng)器。反應(yīng)物通過(guò)反應(yīng)器入口 15、外藍(lán)篩17、移動(dòng)催化劑床、中心管 篩18再通過(guò)反應(yīng)器出口管16而流出。反應(yīng)器插入中間篩20在底部具有 圓錐篩，朝向中心管篩18為逐漸變細(xì)環(huán)狀催化劑床。頂部垂直與較低的 圓錐篩部分都穿孔。中間篩由支撐桿(在圖3與圖4中未畫示)來(lái)支撐。由 外藍(lán)篩或扇(scallop) 17與中間篩20形成在催化劑環(huán)狀底部的截面積是顯 示為區(qū)E。在區(qū)E上但在中心篩20下的環(huán)狀截面積為小于區(qū)E截面積。 結(jié)果，因而導(dǎo)致在區(qū)E以上環(huán)狀部分的催化劑駐留時(shí)間降低。另一方面， 在圖4中的插入中間篩22具有底部圓錐篩及朝向外藍(lán)篩或扇17而逐漸變 細(xì)的催化劑床。區(qū)F上的催化劑環(huán)狀流通道的特征為高于區(qū)F的環(huán)狀流通 道截面積大于區(qū)F的截面積。在圖4中，催化劑駐留在高于區(qū)F上環(huán)狀的 流通道的時(shí)間增加且接近中心管的催化劑駐留時(shí)間減少。圖4中的插入篩 由降低接近中心管篩18的低催化劑駐留時(shí)間，使得在移出反應(yīng)器的催化 劑上具有更均勻的焦炭含量。
顯然地，依照上面實(shí)施例中的描述，本發(fā)明可能有許多的修正與差異。 因此需要在其附加的權(quán)利要求范圍內(nèi)加以理解，除了上述詳細(xì)的描述外， 本發(fā)明還可以廣泛地在其它的實(shí)施例中施行。上述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施 例，對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員而言，凡其它未脫離本發(fā)明所揭示的精神下所完成 的等效改變或修飾，均應(yīng)包含在申請(qǐng)的權(quán)利要求范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1、一種徑向流動(dòng)床再生/反應(yīng)系統(tǒng)，其中連接流動(dòng)固態(tài)粒子在一濃縮相以一連續(xù)或半連續(xù)模式依重力移入與移出該系統(tǒng)，該徑向流動(dòng)床再生/反應(yīng)系統(tǒng)包含一垂直指向圓筒狀外容器；一外圓筒狀粒子保持篩與一內(nèi)圓筒粒子保持篩，其中該外篩與該內(nèi)篩兩者都位于該外容器內(nèi)且同心于該外容器的中心垂直軸；在圓筒狀外容器與外篩間有一環(huán)狀反應(yīng)物分配體積，該反應(yīng)物分配體積至少連接一反應(yīng)物進(jìn)料導(dǎo)管，用以加入反應(yīng)物流一環(huán)狀粒子保留體積在該外篩與該內(nèi)篩間，其中該環(huán)狀粒子保留體積用于再生/反應(yīng)，至少一粒子入口導(dǎo)管與該環(huán)狀粒子保留體積的一上端連通，至少一粒子抽出導(dǎo)管與該環(huán)狀粒子保留體積的一下端連通，以及一床深度定義為該外篩與該內(nèi)篩間的距離；至少一中間篩插于該外篩與該內(nèi)篩之間而位于粒子保留體積內(nèi)，反應(yīng)流體橫向越過(guò)該中間篩但限制固體粒子橫越穿過(guò)該篩，其中該中間篩將該環(huán)狀粒子保留體積的全部或部分體積分為至少兩個(gè)流通道，由調(diào)整中間篩位置或斜率或在該中間篩底部的截面開口，該固體粒子在至少一流通道的駐留時(shí)間改變；以及一圓筒狀流體收集體積在該內(nèi)篩內(nèi)，其中至少一反應(yīng)物出口導(dǎo)管與該流體收集體積連通。
2、 如權(quán)利要求1所述的徑向流動(dòng)床再生/反應(yīng)系統(tǒng)，其中，至少一流 通道具有底部截面積為不同于在其上所有相同流通道的所有或部分的截 面積。
3、 如權(quán)利要求1所述的徑向流動(dòng)床再生/反應(yīng)系統(tǒng)，其中，中間篩為 圓錐狀。
4、 如權(quán)利要求1所述的徑向流動(dòng)床再生/反應(yīng)系統(tǒng)，其中，中間篩為 圓筒與圓錐結(jié)合的形狀。
5、 如權(quán)利要求1所述的徑向流動(dòng)床再生/反應(yīng)系統(tǒng)，其中，中間篩底 部開口與該粒子抽出出口導(dǎo)管間的距離等于或大于該床深度的15%。
6、 如權(quán)利要求1所述的徑向流動(dòng)床再生/反應(yīng)系統(tǒng)，其中，中間篩底 部開口與該粒子抽出出口導(dǎo)管間的距離等于或大于該床深度的80%。
7、 如權(quán)利要求1所述的徑向流動(dòng)床再生/反應(yīng)系統(tǒng)，其中，固體粒子在該流通道內(nèi)的駐留時(shí)間在當(dāng)該底部截面積大于該相同流通道的平均截 面積時(shí)降低。
8、 如權(quán)利要求1所述的徑向流動(dòng)床再生/反應(yīng)系統(tǒng)，其中，中間篩在該外與該內(nèi)流通道間，在所有或部分篩中與水平形成一角度，且此角度不 小于在其中固體粒子的靜止角度。
9、 如權(quán)利要求1所述的徑向流動(dòng)床再生/反應(yīng)系統(tǒng)，其中，固體粒子 的移動(dòng)速率等于或小于1 ft/分。
10、 如權(quán)利要求l所述的徑向流動(dòng)床再生/反應(yīng)系統(tǒng)，其中，固體粒子包含選自下述的其中之一 一催化劑與一吸附劑。
11、 如權(quán)利要求1所述的徑向流動(dòng)床再生/反應(yīng)系統(tǒng)，其中，反應(yīng)流體包含選自下述的其中之一用于催化再生的稀釋空氣、碳水化合物、加熱 爐燃燒廢氣體與來(lái)自處理單元的廢氣流。
12、 一種徑向流動(dòng)床焦炭移除系統(tǒng)，其中，多個(gè)催化劑粒子以一連續(xù)或半連續(xù)模式依重力進(jìn)入與出該系統(tǒng)，該徑向流動(dòng)床焦炭移除系統(tǒng)包含一垂直指向圓筒狀外容器；一外圓筒狀催化劑保持篩與一內(nèi)圓筒催化劑保持篩，其中該外篩與該內(nèi)篩兩者都位于該外容器內(nèi)且同心于該外容器的中心垂直軸；一環(huán)狀反應(yīng)物分配體積在該容器與該外篩間，其中該環(huán)狀反應(yīng)物分配 體積與至少一反應(yīng)物入口導(dǎo)管連通以引入含氧氣體；一環(huán)狀催化劑保留體積在該外篩與該內(nèi)篩間，其中該環(huán)狀催化劑保留 體積用于再生/反應(yīng)，至少一催化劑入口導(dǎo)管與該環(huán)狀催化劑保留體積的一 上端連通，至少一粒子抽出導(dǎo)管與該環(huán)狀粒子保留體積的一下端連通，以 及一床深度定義為該外篩與該內(nèi)篩間的距離；至少一中間篩插于該外篩與該內(nèi)篩之間而位于催化劑保留體積內(nèi)，含 氧氣體橫向越過(guò)該中間篩但限制固體粒子橫越穿過(guò)該篩其中該中間篩將 該全部或部分的環(huán)狀粒子保留體積分為內(nèi)及外流通道，在中間篩及內(nèi)篩間 形成的內(nèi)流通道底部漸漸減小有較同一流通道平均截面積為小的截面積，在內(nèi)流通道中的催化劑粒子因而增加駐留時(shí)間；在內(nèi)篩里部有一圓筒狀流體收集體積，其中至少一反應(yīng)物出口導(dǎo)管與 該流體收集體積連通。
13、 如權(quán)利要求12所述的徑向流動(dòng)床焦炭移除系統(tǒng)，其中，中間篩為圓錐狀。
14、 如權(quán)利要求12所述的徑向流動(dòng)床焦炭移除系統(tǒng)，其中，中間篩 為圓筒與圓錐結(jié)合的形狀。
15、 如權(quán)利要求12所述的徑向流動(dòng)床焦炭移除系統(tǒng)，其中，中間篩 底部開口與該粒子抽出出口導(dǎo)管間的距離等于或大于該床深度的15%。
16、 如權(quán)利要求12所述的徑向流動(dòng)床焦炭移除系統(tǒng)，其中，中間篩 底部開口與該粒子抽出出口導(dǎo)管間的距離等于或大于該床深度的80%。
17、 如權(quán)利要求12所述的徑向流動(dòng)床焦炭移除系統(tǒng)，其中，催化劑 粒子的移動(dòng)速度為等于或小于1 ft/分。
18、 如權(quán)利要求12所述的徑向流動(dòng)床焦炭移除系統(tǒng)，其中，該催化 劑粒子自該系統(tǒng)抽出具有焦炭成分等于或小于粒子的0.2重量％。
全文摘要
本發(fā)明是關(guān)于一種改良的徑向或橫越流動(dòng)床再生器或反應(yīng)器，其中固態(tài)粒子在再生器或反應(yīng)器的不同部分的駐留時(shí)間可改變。改良結(jié)果來(lái)自放置一或多個(gè)插入篩使得徑向或橫越流動(dòng)床分為分離固態(tài)流通道。根據(jù)再生或反應(yīng)需求，由改變插入篩的位置、指向或幾何，最佳化固體在每一固態(tài)流通道的駐留時(shí)間。結(jié)果，因固體流動(dòng)床在不同部分駐留時(shí)間最佳化，而導(dǎo)致再生器或反應(yīng)器的效能的改進(jìn)。
文檔編號(hào)B01J8/12GK101422716SQ200810173870
公開日2009年5月6日 申請(qǐng)日期2008年10月29日 優(yōu)先權(quán)日2007年10月29日
發(fā)明者阮立昂 申請(qǐng)人:阮立昂