用于最小化催化劑粒子磨損的方法和設(shè)備的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明大體上涉及一種用于在將烷烴或烷基芳族脫氫催化劑粒子尤其為丙烷脫 氫(PDH)催化劑粒子與夾帶氣體分離期間最小化夾帶于催化劑回收構(gòu)件中的夾帶氣體中的 此等粒子磨損的方法和對(duì)應(yīng)設(shè)備。
【背景技術(shù)】
[0002] 通常必須將用于某些液固反應(yīng)系統(tǒng)中的粒狀催化劑(例如，烷烴或烷基芳族脫氫 催化劑)與反應(yīng)產(chǎn)物分離并回收于反應(yīng)系統(tǒng)中，或在回收于反應(yīng)系統(tǒng)中之前進(jìn)行再生。在任 一狀況下，還必須將固體催化劑粒子與再生器系統(tǒng)排出物分離。分離固體催化劑粒子的最 常見(jiàn)方法為通過(guò)將再生器床維持為靠近(0.914米/秒(m/s)(3英尺/秒(ft/s))的速度，并通 過(guò)控制夾帶而允許粒子脫離以減少到一或多個(gè)高速旋風(fēng)分離器的催化劑數(shù)量，使得在沖擊 第一旋風(fēng)分離器之后的氣體流速可介于16.8米/秒(m/s) (55. lft. s)到25.9111/8(85;^/8)的 范圍內(nèi)。此高氣體速度導(dǎo)致固體催化劑粒子在旋風(fēng)器壁上具有高沖擊速度，從而導(dǎo)致催化 劑粒子磨損。熟知用于脫氫系統(tǒng)的鼓泡床再生器，其中脫氫催化劑和夾帶氣體以大約1米/ 秒的速度離開(kāi)鼓泡床。
[0003] 相比催化劑粒子塊體，歸因于貴金屬組分例如？1:、68、？(1、411、48在高溫下發(fā)生電子 迀移，已知脫氫催化劑在粒子外表面上含有較高鉑濃度。因此，由于脫氫催化劑粒子發(fā)生磨 損，因此可失去為細(xì)粒的最活躍催化劑組分，從而留下具有較低活性的剩余催化劑粒子。主 要由于Pt組分脫氫催化劑傾向于為極昂貴的，所述Pt組分受催化劑粒子磨損影響最大。然 而，液固反應(yīng)系統(tǒng)催化劑粒子進(jìn)一步包含其它昂貴組分，例如，氧化鋁-二氧化硅載體。因 此，最小化催化劑(尤其為roH催化劑粒子)磨損將有益于此類(lèi)液固反應(yīng)系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)可行性， 且尤其有益于roH方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明提供一種用于在將烷烴或烷基芳族脫氫催化劑粒子尤其為丙烷脫氫(PDH) 催化劑粒子與夾帶氣體分離期間，通過(guò)在接觸高速分離構(gòu)件之前用低速氣/固分離構(gòu)件預(yù) 處理混合催化劑粒子和夾帶氣流而最小化夾帶于催化劑回收構(gòu)件中的所述夾帶氣體中的 此等粒子磨損的經(jīng)改良方法和對(duì)應(yīng)設(shè)備。
[0005] 在一個(gè)實(shí)施例中，本發(fā)明提供一種用于在將催化劑粒子與夾帶氣體分離期間最小 化夾帶于催化劑回收構(gòu)件中的此等粒子與所述夾帶氣體的混合流中的此等粒子磨損的經(jīng) 改良方法，所述方法包括使得所述混合流以16.8米/秒到25.9米/秒的氣流速度接觸高速分 離構(gòu)件并借此從所述混合流移除至少99.8%的所述催化劑粒子，其中所述改良包括:使具 有流向軸線的所述混合流經(jīng)受預(yù)處理步驟，所述預(yù)處理步驟先于使所述混合流以16.8米/ 秒到25.9米/秒的所述高氣流速度與所述分離構(gòu)件接觸，所述預(yù)處理步驟以從7.6米/秒到 15.2米/秒范圍內(nèi)的較低氣流速度結(jié)合遠(yuǎn)離所述混合氣流的方向改變發(fā)生，所述方向改變 為距所述流向軸線至少90度，且所預(yù)處理步驟與速度和方向改變的組合使得從所述混合流 移除大于80 %的所述催化劑粒子，使得小于20 %的所述催化劑粒子接觸所述高速分離構(gòu) 件，所述經(jīng)改良方法提供根據(jù)相關(guān)性
，所計(jì)算的總催化劑磨損率，其中r為磨損 率(每小時(shí)磨損的催化劑質(zhì)量/每小時(shí)沖擊的催化劑質(zhì)量），K為催化劑特定之磨損率常數(shù)，u 為所述沖擊速度(米/秒），且μ為比在并無(wú)所述預(yù)處理步驟情況下的所述總催化劑磨損率至 少小15%的固氣裝載比率(催化劑質(zhì)量比氣體質(zhì)量）。
[0006] 在替代性實(shí)施例中，本發(fā)明進(jìn)一步提供一種用于在將催化劑粒子與夾帶氣體分離 期間最小化夾帶于催化劑回收構(gòu)件中的此等粒子與所述夾帶氣體的混合流中的此等粒子 磨損的經(jīng)改良設(shè)備，所述經(jīng)改良設(shè)備包括經(jīng)設(shè)計(jì)而以16.8米/秒到25.9米/秒的氣流速度接 收所述混合流，并借此從所述混合流移除至少99.8 %的所述催化劑粒子的一或多個(gè)高速旋 風(fēng)分離器，其中所述改良包括:位于所述一或多個(gè)旋風(fēng)分離器的汲料腿狀物上方的混合流 導(dǎo)流板，且其中所述混合流導(dǎo)流板能夠改變所述速度和方向，從而借此從所述混合流移除 來(lái)自催化劑粒子與夾帶氣體的所述混合流的大于80 %的所述催化劑粒子，使得20%以下的 所述催化劑粒子沖擊所述高速分離構(gòu)件，其中所述混合氣流速度在接觸所述混合流導(dǎo)流板 之后為從7.6米/秒到15.2米/秒且混合氣流方向在接觸所述混合流導(dǎo)流板之后距接觸所述 混合流導(dǎo)流板之前的混合流軸線至少90度。
【附圖說(shuō)明】
[0007] 出于說(shuō)明本發(fā)明的目的，圖式展示示范性形式;然而，應(yīng)理解本發(fā)明不限于所展示 的精確配置和工具。
[0008] 圖1為經(jīng)改良設(shè)備的第一實(shí)施例的示意圖；且
[0009] 圖2為經(jīng)改良設(shè)備的第二實(shí)施例的示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0010]本發(fā)明的實(shí)施例提供一種用于在將催化劑粒子與夾帶氣體分離期間最小化夾帶 于催化劑回收構(gòu)件中的此等粒子與夾帶氣體的混合流中的此等粒子磨損的經(jīng)改良方法，所 述方法包括使得混合流以16.8米/秒到25.9米/秒的氣體流速接觸高速分離構(gòu)件，并借此從 所述混合流移除至少99.8%的催化劑粒子;和用于在將催化劑粒子與夾帶氣體分離期間最 小化夾帶于催化劑回收構(gòu)件中的此等粒子與夾帶氣體的混合流中的此等粒子磨損的經(jīng)改 良設(shè)備。
[00?1 ]經(jīng)改良方法和設(shè)備提供根據(jù)來(lái)自萊本根(Reppenhagen)和維特(Werther)的粉末 技術(shù)(第113卷第55到69頁(yè)(2000))的相關(guān)性所計(jì)算的總催化劑磨損率；即
，其 中r為磨損率(每小時(shí)磨損的催化劑質(zhì)量/每小時(shí)沖擊的催化劑質(zhì)量），K為催化劑特定的磨 損率常數(shù)，u為沖擊速度(米/秒），且μ為比在無(wú)預(yù)處理步驟的情況下的總催化劑磨損率至少 小15%的固氣裝載比率(催化劑質(zhì)量比氣體質(zhì)量）。
[0012]雖然尤其合適為應(yīng)用于分離丙烷脫氫催化劑，但經(jīng)改良方法也用于分離液固反應(yīng) 系統(tǒng)中的其它催化劑粒子，包含(例如)其它烷烴脫氫催化劑，例如乙烷脫氫催化劑、丁烷脫 氫催化劑、戊烷脫氫催化劑、乙苯脫氫催化劑、丙基苯脫氫催化劑和甲基乙基苯脫氫催化 劑。經(jīng)改良方法可用于分離用于液固反應(yīng)系統(tǒng)中的再其它催化劑粒子，例如甲醇制烯烴、醇 制烯烴、烴裂解催化劑、烴脫蠟催化劑和氫化裂解催化劑。
[0013] 用于方法實(shí)施例中的分離構(gòu)件包含旋風(fēng)分離器和使用離心力或沖擊力以實(shí)現(xiàn)粒 子分離的其它裝置(例如，渦旋分離器）。
[0014] 在特定實(shí)施例中，催化劑特定之磨損率常數(shù)K大約為100X l(T9S2/m。
[0015] 在一個(gè)實(shí)施例中，高速分離構(gòu)件為二級(jí)旋風(fēng)系統(tǒng)，其包含以從16.8米/秒到22.9 米/秒范圍內(nèi)的氣體進(jìn)入流速操作的初級(jí)旋風(fēng)器和以從18.3米/秒到25.9米/秒范圍內(nèi)的氣 體進(jìn)入流速操作的二級(jí)旋風(fēng)器。
[0016] 在替代性實(shí)施例中，除混合流導(dǎo)流板為圓盤(pán)之外，本發(fā)明提供根據(jù)之前實(shí)施例中 的任一者的經(jīng)改良方法和對(duì)應(yīng)經(jīng)改良設(shè)備。在特定實(shí)施例中，圓盤(pán)具有為升管直徑的1倍到 2倍的直徑。從1到2的所有個(gè)別值和子范圍全被包含在本文中且公開(kāi)在本文中；舉例來(lái)說(shuō)， 圓盤(pán)直徑可為升管直徑的1.5倍到2倍，或在替代方案中，圓盤(pán)直徑可為升管直徑的1倍到 1.5倍，或在替代方案中，圓盤(pán)直徑可為升管直徑的1.25倍到1.75倍。
[0017] 在特定實(shí)施例中，升管帽與升管頂部之間的區(qū)域具有為升管自身面積的1倍到3倍 的圓柱形面積。從1到3的所有個(gè)別值和子范圍全被包含在本文中且公開(kāi)在本文中；舉例來(lái) 說(shuō)，升管與圓盤(pán)之間的開(kāi)口面積可為升管面積的2倍到3倍，或在替代方案中，升管與圓盤(pán)之 間的開(kāi)口面積可為升管面積的1倍到2倍，或在替代方案中，升管與圓盤(pán)之間的開(kāi)口面積可 為升管面積的1.5倍到2倍，或在替代方案中，升管與圓盤(pán)之間的開(kāi)口面積可為升管面積的 1.75倍到2.25倍。圖1中部分展示一個(gè)此示范性實(shí)施例。經(jīng)改良設(shè)備1展示為具有二級(jí)旋風(fēng) 分離器系統(tǒng)，所述系統(tǒng)具有兩對(duì)旋風(fēng)器3,每一旋風(fēng)器具有于混合流導(dǎo)流板2的安置下方延 伸的汲料區(qū)段(dip leg)4。如圖1中所展示，混合流檢測(cè)器2呈以升管5的高度安置的圓盤(pán)之 形狀，使得混合氣流以從7.6米/秒到15.2米/秒范圍內(nèi)的速度沖擊混合流導(dǎo)流板。
[0018] 在另一替代性實(shí)施例中，本發(fā)明提供根據(jù)之前實(shí)施例中的任一者的經(jīng)改良方法和 對(duì)應(yīng)經(jīng)改良設(shè)備，除混合流導(dǎo)流板包括具有中心點(diǎn)和外緣的板和從外緣延伸的多個(gè)臂之 外，其中臂包括軸向遠(yuǎn)離中心點(diǎn)且朝下的彎曲部。圖2中展示一個(gè)此示范性實(shí)施例。參看圖 2,經(jīng)改良設(shè)備1同樣展示為具有兩階段旋風(fēng)分離器系統(tǒng)，所述系統(tǒng)具有兩個(gè)旋風(fēng)分離器3， 每一旋風(fēng)分離器具有于混合流導(dǎo)流板2下方延伸的汲料區(qū)段4。如圖2中所展示，混合流導(dǎo)流 板2具有四個(gè)臂8從其延伸的中心點(diǎn)6。每一臂8從中心點(diǎn)6朝外且朝下彎曲。圖2中展示可選 臂側(cè)板10。
[0019] 在替代性實(shí)施例中，混合流導(dǎo)流板可成形為朝下彎曲的板，其中板的中心點(diǎn)為導(dǎo) 流板的最高點(diǎn)。在又一實(shí)施例中，混合流導(dǎo)流板可成形為半球，其中半球極點(diǎn)為導(dǎo)流板的最 高點(diǎn)。在另一實(shí)施例中，混合流導(dǎo)流板成形為錐體，其中錐體頂點(diǎn)為導(dǎo)流板的最高點(diǎn)。在另 一實(shí)施例中，混合流導(dǎo)流板成形為錐臺(tái)，其具有相比底表面具有較小面積的頂表面，其中頂 表面為導(dǎo)流板的最高點(diǎn)。如可從前述內(nèi)容看出，所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員將理解混合流導(dǎo)流板 可具有任何適當(dāng)形狀，使得適當(dāng)?shù)馗淖兓旌狭鞯乃俣群头较颉?br>[0020] 結(jié)合氣流速度在沖擊分離構(gòu)件或與分離構(gòu)件連接之后介于16.8米/秒（55英尺/ 秒)與25.9米/秒(85英尺/秒)之間的那些系統(tǒng)使用本發(fā)明的經(jīng)改良方法和/或經(jīng)改良設(shè)備。 16.8米/秒與25.9米/秒之間的所有個(gè)別值和子范圍全被包含在本文中且公開(kāi)在本文中。舉 例來(lái)說(shuō)，改良可用于如下系統(tǒng)中：氣流速度在沖擊分離構(gòu)件或與分離構(gòu)件連接之后介于 16.8米/秒與25.9米/秒之間，或在替代方案中為介于16.8米/秒與20米/秒之間，或在替代 方案中為介于18.5米/秒與24.5米/秒之間，或在替代方案中為介于22.6米/秒與25.9米/秒 之間。
[0021 ]本發(fā)明的預(yù)處理步驟和/或混合流導(dǎo)流板使得將混合流的氣流速度改變?yōu)?.6米/ 秒到15.2米/秒的范圍。從7.6米/秒到15.2米/秒的所有個(gè)別值和子范圍全被包含在本文中 且公開(kāi)在本文中；舉例來(lái)說(shuō)，預(yù)處理步驟可帶來(lái)7.6米/秒、8.6米/秒、9.6米/秒、10.6米/秒、 11.6米/秒、12.6米/秒、13.6米/秒或14.6米/秒的氣流速度下限到8米/秒、9米/秒、10米/ 秒、11米/秒、12米/秒、13米/秒、14米/秒或15.2米/秒的上限。舉例來(lái)說(shuō)，預(yù)處理步驟或接觸 混合流導(dǎo)流板之后的氣流速度可為從7.6米/秒到15.2米/秒;或在替代方案中為從9.6米/ 秒到13.8米/秒，或在替代方案中為從7.8米/秒到12.5米/秒，或在替代方案中為從13米/秒 到15.2米/秒。
[0022]本發(fā)明的預(yù)處理步驟和/或混合流導(dǎo)流板帶來(lái)混合流的流向軸線改變?yōu)榫嗔飨蜉S 線至少90度。距流向軸線至少90度的所有個(gè)別值和子范圍全被包含在本文中且公開(kāi)在本文 中。舉例來(lái)說(shuō)，混合流方向在預(yù)處理步