專利名稱：使催化劑細粉末含量低的全體催化劑顆粒流態(tài)化的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于使催化劑顆粒流態(tài)化的方法，更具體地使催化劑細粉末含量低的全體催化劑顆粒流態(tài)化。
背景技術(shù)：
輕質(zhì)烯烴(本文中定義為乙烯和丙烯)用作眾多化學品生產(chǎn)用的原料。傳統(tǒng)上通過石油裂化生產(chǎn)烯烴。由于石油資源的有限供應和/或高成本，從石油資源生產(chǎn)烯烴的成本不斷地提高。
多種含氧化合物，諸如醇類，特別是甲醇、二甲醚和乙醇，是用于輕質(zhì)烯烴生產(chǎn)的可供選擇的原料。醇類可以通過發(fā)酵生產(chǎn)，或者由源于天然氣、石油液體、含碳材料(包括煤、回收塑料、城市廢棄物)或任何有機材料的合成氣來生產(chǎn)。由于來源廣泛，醇、醇衍生物以及其它含氧化合物有希望作為經(jīng)濟、非石油的烯烴生產(chǎn)用來源。
在含氧化合物至烯烴(OTO)反應系統(tǒng)中，含有含氧化合物的原料中的含氧化合物，在有效使至少一部分的含氧化合物轉(zhuǎn)化成輕質(zhì)烯烴的條件下接觸分子篩催化劑組合物，在反應流出物中從反應系統(tǒng)得到該輕質(zhì)烯烴。由于原料在高的重時空速以及高溫和高壓條件下接觸分子篩催化劑組合物，一部分催化劑組合物會破碎，例如磨損(attrit)，以形成一種或多種較小的磨損催化劑顆粒。一些催化劑磨損顆粒尺寸非常小而且被稱為催化劑細粉末。由于其相對較高的表面積與質(zhì)量的比例，反應系統(tǒng)中的一部分催化劑細粉末可能被反應流出物夾帶并隨其離開反應系統(tǒng)。相反地，由于其相對較低的表面積與質(zhì)量的比例，較大的顆粒傾向于選擇性地留在OTO反應系統(tǒng)中。較大顆粒的選擇性滯留對于非常耐磨的顆粒而言格外成問題。
另外的催化劑顆粒、特別是催化劑細粉末，可能在與OTO反應系統(tǒng)相連的再生器中損失。在常規(guī)的再生容器中，將結(jié)焦的催化劑從反應器引導至催化劑再生器。在催化劑再生器中，用通常包含再生介質(zhì)的流化介質(zhì)，在有效通過與再生介質(zhì)燃燒從結(jié)焦的催化劑上除去焦炭并形成再生催化劑和氣態(tài)副產(chǎn)物的條件下，使催化劑流態(tài)化。使大部分來自再生器的再生催化劑回到反應器中。使氣態(tài)副產(chǎn)物從催化劑再生器上部定位設置的排氣口排出。非所需的是，來自再生器的大量的被夾帶的催化劑、特別是催化劑細粉末隨氣態(tài)副產(chǎn)物從排氣口排出。
由大的催化劑顆粒在OTO反應或再生系統(tǒng)中的堆積所造成的一種非所需的影響在于，在大顆粒富集的反應或再生系統(tǒng)中，由于細微顆粒的損失，循環(huán)流化床或流化床運行不良，特別是對于豎管內(nèi)的催化劑循環(huán)以及對于流化床內(nèi)的氣體分布而言。已經(jīng)提出了解決該問題的幾種方法。
例如一種常規(guī)技術(shù)包括非選擇性地除去反應系統(tǒng)中全部催化劑顆粒的一小部分，從而為新鮮催化劑的添加騰出空間。然而，除去非所需大小的催化劑顆粒的該技術(shù)效率低，因為相當大部分的所需大小的催化劑顆粒與該非所需大小的催化劑顆粒一起從反應系統(tǒng)中除去。
Hettinger，Jr.等的US 5,746,321公開了磁力分離器、催化劑分級器和/或催化劑研磨器的組合，其磨去催化劑的外層，產(chǎn)生平均粒度更嚴格控制和較低金屬含量的更有活性的催化劑，以及使粒度分布變窄，提供改進的流態(tài)化性能以及更好的活性和選擇性。當處理高金屬含量原料時，該方法特別有用。
Friedman的US 2,573,559公開了用新鮮的流化催化劑替代在使用過程中活性已經(jīng)減小的流化催化劑床，兩種催化劑的平均粒度都是40-400目。新鮮催化劑的平均大小與部分用過的催化劑相差至少10目大小，優(yōu)選25目。在使得反應溫度基本上沒有提高的條件下將新鮮催化劑引入反應器中，同時在床頂部位置以下的部分將催化劑從反應器中取出。使取出的催化劑按粒度分成送回反應器的新鮮催化劑和進行再生的減活催化劑。按照該’559專利，可以在20-48小時內(nèi)在正常的操作條件下完成催化劑的完全替換。
美國專利申請No.2005-0245781公開了用于在OTO反應系統(tǒng)中保持所期望的粒度分布的方法。在一種實施方案中，該發(fā)明包括用較小活性的助催化劑顆粒代替損失的催化劑細粉末。通過向反應系統(tǒng)中添加較小活性的助催化劑顆粒，可以維持所需的流化特性和流體動力而不影響整體的性能和產(chǎn)物選擇性。
然而，仍然需要改進全體催化劑顆粒的流化特性而不需要添加新的催化劑細粉末，所述全體催化劑顆粒是催化劑細粉末貧化的，例如具有高的粒度分布或中值粒徑。
發(fā)明概述本發(fā)明提供了在流化床反應器中有效使催化劑細粉末含量低的全體催化劑顆粒流態(tài)化的新方法。該全體催化劑顆粒在流化床反應器中進行流態(tài)化以形成流化床。在該流化床中，全體催化劑顆粒在流化條件下接觸一個或多個阻隔構(gòu)件如擋板。本發(fā)明特別適合于在含氧化合物至烯烴(OTO)反應器和/或催化劑再生器中使催化劑細粉末貧化的全體催化劑顆粒流態(tài)化。
在一種實施方案中，本發(fā)明涉及在反應器中使催化劑顆粒流態(tài)化的方法，其中所述方法包括以下步驟(a)在反應器中提供多個催化劑顆粒，其中所述催化劑顆粒具有大于約40μm、大于約50μm或大于約60μm的d2值；(b)在有效使所述催化劑顆粒表現(xiàn)出流化行為和形成流化床的條件下，使催化劑顆粒與流化介質(zhì)接觸；和(c)在流化床中時，使所述顆粒與一個或多個初級阻隔構(gòu)件接觸。
任選地，所述方法進一步包括以下步驟使含有含氧化合物的原料與所述多個催化劑顆粒在有效使該含氧化合物轉(zhuǎn)化成輕質(zhì)烯烴和水的條件下接觸。在這種情況下，所述流化介質(zhì)任選地包含所述原料。
作為選擇地，至少一部分的所述多個催化劑顆粒至少部分地結(jié)焦，以及所述方法進一步包括以下步驟使再生介質(zhì)與所述多個催化劑顆粒在有效使所述至少部分結(jié)焦的催化劑顆粒至少部分再生的條件下接觸。在這種情況下，所述再生介質(zhì)任選地包含空氣，以及所述流化介質(zhì)任選地包含所述再生介質(zhì)。
在另一實施方案中，本發(fā)明涉及在流化床中的多個流化催化劑顆粒，其具有大于40μm、大于約50μm或大于約60μm的d2值以及當所述顆粒在具有設置于所述流化床內(nèi)的一個或多個初級阻隔構(gòu)件的反應器中流化時，具有約4-約100的軸向氣體Peclet數(shù)。
在另一實施方案中，本發(fā)明涉及一種反應系統(tǒng)，其包含(a)在反應器中的多個催化劑顆粒的流化床，其中所述催化劑顆粒具有大于約40μm、大于約50μm或大于約60μm的d2值；和(b)設置于所述流化床內(nèi)的一個或多個初級阻隔構(gòu)件，其用于至少部分地阻礙所述催化劑顆粒的向上流動。
任選地，所述反應器包含反應區(qū)和分離區(qū)，所述流化床位于反應區(qū)內(nèi)。在本發(fā)明的這一方面，任選地在所述分離區(qū)內(nèi)設置一個或多個次級阻隔構(gòu)件，其用于至少部分地阻礙夾帶催化劑的向上流動。任選地，所述一個或多個次級阻隔構(gòu)件設置在所述流化床上方小于2米處。所述反應器任選地包含催化劑再生器或含氧化合物至烯烴反應器。
任選地，所述流化床中的催化劑顆粒、例如流化催化劑顆粒具有約4-約100，優(yōu)選約8-約30，以及最優(yōu)選約10-約20的軸向氣體Peclet數(shù)。
任選地，所述催化劑顆粒包含選自以下的分子篩SAPO-5、SAPO-8、SAPO-11、SAPO-16、SAPO-17、SAPO-18、SAPO-20、SAPO-31、SAPO-34、SAPO-35、SAPO-36、SAPO-37、SAPO-40、SAPO-41、SAPO-42、SAPO-44、SAPO-47、SAPO-56、AEI/CHA共生物、它們的含金屬形式、以及它們的混合物。催化劑顆粒任選地在流化床中在有效使含氧化合物轉(zhuǎn)化成輕質(zhì)烯烴和水的條件下接觸含有含氧化合物的原料。在這種情況下，所述催化劑顆粒任選地用包含所述原料的流化介質(zhì)流化。
作為選擇地，所述反應器包含催化劑再生器。在該實施方案中，至少一部分的所述多個催化劑顆粒至少部分地結(jié)焦。在這種情況下，催化劑顆粒任選地在流化床中在有效使至少部分結(jié)焦的催化劑顆粒至少部分地再生的條件下接觸再生介質(zhì)，其優(yōu)選包含空氣。任選地，用包含所述再生介質(zhì)的流化介質(zhì)使催化劑顆粒流態(tài)化。
任選地，所述一個或多個初級阻隔構(gòu)件包含至少一個反向的“V”型擋板，其覆蓋流化床整個橫截面積的一部分。所述反向“V”型擋板任選地覆蓋流化床整個橫截面積的約20-約80％、約40-約60％、或者約45-約55％。另外地或者可供選擇地，所述一個或多個初級阻隔構(gòu)件包含至少一個地鐵格柵型擋板(subway grate style baffle)，其覆蓋流化床整個橫截面積的一部分。所述地鐵格柵型擋板任選地覆蓋流化床整個橫截面積的約60-約95％、約70-約95％、或者約80-約90％。
附圖簡要說明當連同附圖一起，參照本發(fā)明的詳細描述會更好地理解本發(fā)明，其中

圖1顯示按照本發(fā)明一種實施方案的流化床反應器或再生器；圖2A-E顯示按照本發(fā)明幾個實施方案的阻隔構(gòu)件的構(gòu)造；圖3提供描繪了作為密相床上方高度的函數(shù)的催化劑夾帶的圖；圖4顯示按照本發(fā)明另一實施方案的流化床反應器或再生器；圖5顯示按照本發(fā)明另一實施方案的流化床反應器或再生器；圖6提供對于具有2個有凹槽和格柵的擋板(notched gratedbaffles)的流化床反應器，描繪了作為時間的函數(shù)的在低細粉末含量下動態(tài)床壓降測量的圖；圖7提供對于具有1個有凹槽和格柵的擋板的流化床反應器，描繪了作為時間的函數(shù)的在低細粉末含量下動態(tài)床壓降測量的圖；圖8提供對于如圖5所示具有反向“v”型擋板的流化床反應器，描繪了作為時間的函數(shù)的在低細粉末含量下動態(tài)床壓降測量的圖；圖9提供對于沒有任何擋板的流化床反應器，描繪了作為時間的函數(shù)的在低細粉末含量下動態(tài)床壓降測量的圖；圖10提供對于沒有任何擋板的流化床反應器，描繪了作為時間的函數(shù)的在適當細粉末含量(8-12wt％)下動態(tài)床壓降測量的圖。
發(fā)明詳述I.介紹本發(fā)明提供了新穎的方法和反應系統(tǒng)，其用于通過使催化劑細粉末含量低以及因此粒度分布(PSD)大的全體催化劑顆粒與擋板接觸，優(yōu)選在流化床內(nèi)在流化條件下進行接觸，有效使所述顆粒流態(tài)化。因而，本發(fā)明非常適合于在流化床反應器中使催化劑細粉末含量低的全體催化劑顆粒流態(tài)化。用于本文時，“流化床反應器”是指其中形成催化劑顆粒流化床的反應器或催化劑再生器。本發(fā)明還提供使夾帶催化劑損失最小化的能力。優(yōu)選地，所述流化床反應器包括含氧化合物至烯烴(OTO)反應器或催化劑再生器。本發(fā)明還涉及細粉末含量低、但是顯示有效的流化特性的全體催化劑顆粒。
II.使細粉末含量低的催化劑顆粒流態(tài)化在流化床反應工藝中，催化劑顆粒在有效使該催化劑顆粒表現(xiàn)出流化行為的條件下接觸流化介質(zhì)如原料。當它們得以流化時，催化劑顆粒轉(zhuǎn)變成具有許多液體性質(zhì)的膨脹、懸浮的團塊狀物。例如，該團塊狀物具有零度的休止角、自行水平以及呈現(xiàn)包含它的容器的形狀。催化劑流化工藝在化學工程技術(shù)中是已知的。例如參見Robert H.Perry&Don W.Green，Perry’s Chemical Engineers’Handbook 17-2至17-18(第7版1997)。通常在流化床流動方式下進行的幾種反應工藝的實例包括但是不限于烴裂化和重整、萘至鄰苯二甲酸酐的氧化、以及丙烯至丙烯腈的氨解氧化。也往往將流化床反應工藝用于再生用過的催化劑顆粒。
在常規(guī)的OTO反應系統(tǒng)中，在有效使含有含氧化合物的原料中的至少一部分含氧化合物轉(zhuǎn)化成輕質(zhì)烯烴的條件下，分子篩催化劑組合物接觸含有含氧化合物的原料。由于該原料在高的重時空速以及在極端的溫度和壓力條件下接觸分子篩催化劑組合物，一部分催化劑組合物會破碎，例如磨損，從而形成一個或多個較小的磨損催化劑顆粒。一些催化劑磨損顆粒尺寸非常小而且被稱為催化劑細粉末。
用于本文時，“催化劑細粉末”是指d90不大于44μm的經(jīng)配制的催化劑組合物顆粒的集合。相反地，“催化劑非細粉末”在本文中定義成d90大于44μm的經(jīng)配制的催化劑組合物顆粒的集合?！按呋瘎┐至Ｗ印痹诒疚闹卸x成中值粒徑為至少120μm的經(jīng)配制的催化劑組合物顆粒的集合。用于此處時，“催化劑非粗粒子”在本文中定義成中值粒徑小于120μm的經(jīng)配制的催化劑組合物顆粒的集合。
用于本文時，“中值粒徑”是指規(guī)定數(shù)目顆粒的d50值。對于本專利申請和所附權(quán)利要求而言，dx粒度是指x體積％的規(guī)定數(shù)目的顆粒具有不大于該dx值的粒徑。對于本說明書而言，用于定義dx值的粒度分布(PSD)用來自Microtrac，Inc.(Largo，F(xiàn)lorida)的Microtrac ModelS3000粒度分析儀采用已知的激光散射技術(shù)測量。用于本文時，“粒徑”是指規(guī)定的球形顆粒的直徑或者非球形顆粒的等效直徑，如使用Microtrac Model S3000粒度分析儀通過激光散射測量的那樣。
由于其相對較高的表面積與質(zhì)量的比例，反應系統(tǒng)中的一部分催化劑細粉末可能非所需地被反應流出物夾帶并隨其離開反應系統(tǒng)。催化劑細粉末還可能被再生器煙道氣夾帶并經(jīng)由催化劑再生器從反應系統(tǒng)中失去。相反地，由于其相對較低的表面積與質(zhì)量的比例，當顆粒耐磨時以及當只是進行彌補損耗時，較大的顆粒如催化劑粗粒子傾向于選擇性地留在OTO反應系統(tǒng)中。所得到的催化劑全體具有增大的粒度分布，如d50值，而且在反應器以及在催化劑再生器中顯示出差的流化特性。
一方面，本發(fā)明提供使來自流化床反應器的夾帶催化劑損失最小化的能力。雖然本發(fā)明針對使夾帶催化劑損失最小化，但是一定量的夾帶催化劑損失是不可避免的。盡管如此，當催化劑細粉末從反應和/或再生系統(tǒng)中失去時，本發(fā)明還提供在具有由催化劑細粉末含量相對低的全體催化劑顆粒形成的流化床的流化床反應器、如催化劑再生器中保持期望的流化特性的能力。因而，本發(fā)明的益處是雙重的本發(fā)明使夾帶催化劑損失最小化，同時如果一些催化劑細粉末損失的話，使剩余催化劑顆粒的流化特性最大化。
在一種實施方案中，本發(fā)明涉及在反應器、優(yōu)選流化床反應器中使催化劑顆粒流態(tài)化的方法。該方法包括在反應器中提供多個催化劑顆粒的步驟，其中所述催化劑顆粒具有大于約40μm、大于約50μm或大于約60μm的d2值。另外，所述方法包括在有效使所述催化劑顆粒表現(xiàn)出流化行為和形成流化床的條件下使催化劑顆粒與流化介質(zhì)接觸的步驟。該方法還包括在流化床中時使所述顆粒與一個或多個初級阻隔構(gòu)件接觸的步驟。
d2值大于40μm的全體催化劑顆粒具有比通常在流化反應系統(tǒng)中采用的全體催化劑低得多的催化劑細粉末含量。迄今已經(jīng)證實細粉末含量低的全體催化劑顆粒具有非常不合意的流化特性。例如，當流化細粉末含量低的全體催化劑顆粒時，在床內(nèi)傾向于形成大的“鼓泡”。這些鼓泡阻礙催化劑顆粒流入豎管中，催化劑顆粒通過該豎管離開流化床。用于本文時，“細粉末含量低”的全體催化劑顆粒是指d2值大于40μm的全體催化劑顆粒。然而，現(xiàn)在已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，通過提供一個或多個阻隔構(gòu)件如擋板，優(yōu)選在流化床內(nèi)提供，盡管按照本發(fā)明流化的催化劑顆粒具有相對較高的d2值，還是可以有利地保持期望的流化特性。
任選地，本發(fā)明的方法進一步包括以下步驟使含有含氧化合物的原料與所述多個催化劑顆粒在有效使該含氧化合物轉(zhuǎn)化成輕質(zhì)烯烴和水的條件下接觸。在這種情況下，所述流化介質(zhì)任選地包含所述原料。因此，本實施方案中的流化床反應器包含OTO反應器。本實施方案中，所述催化劑顆粒優(yōu)選包含選自以下的分子篩SAPO-5、SAPO-8、SAPO-11、SAPO-16、SAPO-17、SAPO-18、SAPO-20、SAPO-31、SAPO-34、SAPO-35、SAPO-36、SAPO-37、SAPO-40、SAPO-41、SAPO-42、SAPO-44、SAPO-47、SAPO-56、AEI/CHA共生物、它們的含金屬形式、以及它們的混合物。
作為選擇地，至少一部分的所述多個催化劑顆粒至少部分地結(jié)焦，以及所述方法進一步包括以下步驟使再生介質(zhì)與所述多個催化劑顆粒在有效使所述至少部分結(jié)焦的催化劑顆粒至少部分再生的條件下接觸。在這種情況下，所述再生介質(zhì)任選地包含空氣，以及所述流化介質(zhì)任選地包含所述再生介質(zhì)。因而，本實施方案中的流化床反應器包含催化劑再生器，優(yōu)選OTO反應系統(tǒng)中的催化劑再生器。催化劑再生方法也在以下進行詳細描述。
優(yōu)選地，所述流化床反應器包含反應區(qū)和分離區(qū)，所述流化床位于反應區(qū)內(nèi)。如果該流化床反應器是催化劑再生器，將所述反應區(qū)稱作再生區(qū)。如同該名字暗示的那樣，在流化床反應器中發(fā)生的反應幾乎全部在反應區(qū)中進行以形成氣態(tài)產(chǎn)物，通過氣體動力將其轉(zhuǎn)移到分離區(qū)中。來自反應區(qū)的一部分催化劑可能被該氣態(tài)產(chǎn)物夾帶并隨其進入分離區(qū)。優(yōu)選地，該分離區(qū)裝配有一個或多個分離裝置如旋風分離器，從而促進夾帶的催化劑與氣態(tài)產(chǎn)物的分離以及使催化劑返回到反應區(qū)中。理想地設置在流化床內(nèi)的本發(fā)明的阻隔構(gòu)件也優(yōu)選設置在所述反應區(qū)中，然而可以將另外的阻隔構(gòu)件(次級阻隔構(gòu)件)設置在分離區(qū)中，以便至少部分地阻礙夾帶催化劑的向上流動，由此進一步限制夾帶催化劑損失。如果流化床反應器在分離區(qū)中包含一個或多個次級阻隔構(gòu)件，所述次級阻隔構(gòu)件任選地設置在流化床表面上方約0.5-約4m處，更優(yōu)選約0.5-約2m處，以及最優(yōu)選約0.5-約1m處。就范圍上限而言，該次級阻隔構(gòu)件或者其一部分任選地設置在流化床上方小于4m、小于2m或小于1m處。
細粉末含量低的全體催化劑顆粒的經(jīng)改進的流化特性可以用各種方式表征。一種情況下，流化床反應器中的全體催化劑顆粒的流化能力可以由催化劑體系的軸向蒸氣Peclet數(shù)來反映。Peclet數(shù)是反映與活塞式流動相對偏離的無因次數(shù)，其通常與給定流化床反應器中的全體催化劑顆粒的流化能力一致。Peclet數(shù)無窮大(零分散)是理想的活塞式流動，低的Peclet數(shù)(比如小于4)描述的是更完全混合的反應器。對于本發(fā)明而言，“Peclet數(shù)”(Pe)由以下方程式定義Pe=(Ug)(L)D]]>其中Ug是通過催化劑床的氣體表觀速度；L是流化床的深度；和D是軸向氣體分散系數(shù)。
軸向分散系數(shù)D，也稱作軸向氣體擴散系數(shù)，其單位為面積/時間，以及優(yōu)選通過示蹤實驗確定，如同所屬領(lǐng)域技術(shù)人員會意識到的那樣。優(yōu)選地，細粉末含量低的全體催化劑顆粒具有約4-約100、約8-約30或者約10-約20的Peclet數(shù)。這樣的Peclet數(shù)是具有特別好的流化特性的流化床或提升管反應系統(tǒng)內(nèi)的全體催化劑顆粒的特征。
因而，在另一實施方案中，本發(fā)明涉及在流化床中的多個流化催化劑顆粒，其具有大于40μm、大于約50μm或大于約60μm的d2值以及當所述顆粒在具有設置于所述流化床內(nèi)的一個或多個初級阻隔構(gòu)件的反應器中流化時，具有約4-約100的軸向氣體Peclet數(shù)。
在另一實施方案中，本發(fā)明涉及一種反應系統(tǒng)，其包含(a)在反應器中多個催化劑顆粒的流化床，其中所述催化劑顆粒具有大于約40μm、大于約50μm或大于約60μm的d2值；和(b)設置于所述流化床內(nèi)的一個或多個初級阻隔構(gòu)件，其用于至少部分地阻礙所述催化劑顆粒的向上流動。
除了Peclet數(shù)以外，全體催化劑顆粒的流化能力還可以由催化劑顆粒通過與流化床反應器相連的豎管的流量來反映。在流化床反應器中，例行地加入催化劑顆粒以及由于多種原因而將其從流化床中取出，例如是為了催化劑再生、為了將再生過的催化劑引導回主反應器(如果該流化床反應器是催化劑再生器的話)、為新鮮催化劑騰出空間等。通常，使催化劑通過豎管從流化床中取出，該豎管在一種實施方案中是與流化床流動聯(lián)通以及具有在流化床表面以下的開口的基本上垂直取向的管道。然而，預期該管道可以從垂直傾斜多達45-60°。由于催化劑顆粒在流化床中表現(xiàn)為流體，因此催化劑顆粒會傾向于流入豎管開口并向下(在最接近的方向上)流經(jīng)豎管。任選地，然后使催化劑通過提升管線或其它輸送裝置提升至另一容器或者通過重力直接流入另一接收容器中。
如上所述，與顯示出良好流化能力的全體催化劑顆粒相比，流化能力差的全體催化劑顆粒不那么有效地將催化劑顆粒輸送至流化床反應器的豎管中。因而，催化劑通過豎管(或多個豎管)的流量與全體催化劑顆粒的流化能力直接相關(guān)。在本發(fā)明的這一方面中，流量與沒有接收上升介質(zhì)的豎管區(qū)域有關(guān)，例如優(yōu)選與豎管的基本上垂直取向的區(qū)域有關(guān)，而不是可能與豎管相連的提升管線。
因而，在本發(fā)明的一種實施方案中，流化床反應器進一步包含開口設置在該流化床表面以下的豎管。細粉末含量低的全體催化劑顆粒的一部分從流化床進入所述開口并以約0.1-約5m/s、更優(yōu)選約0.25-約3m/s以及最優(yōu)選約0.5-約2m/s的表觀速度流經(jīng)豎管。在另一實施方案中，細粉末含量低的全體催化劑顆粒的一部分從流化床進入所述開口并以約0.5-約5m/s、更優(yōu)選約1-約3m/s以及最優(yōu)選約1.5-約2m/s的表觀速度流經(jīng)豎管。
III.流化床反應器設計參數(shù)和操作條件如上所述，本發(fā)明涉及在流化床反應器中使細粉末含量低的全體催化劑顆粒流態(tài)化。理想地，所述流化床反應器包括設置在流化床內(nèi)以促進所述全體催化劑顆粒流化的一個或多個阻隔構(gòu)件。另外地或者作為選擇地，為了使其中所含的催化劑顆粒的流化特性最大化，在某些操作條件下運行該流化床反應器?，F(xiàn)在將更詳細地描述優(yōu)選的流化床反應器設計參數(shù)和操作條件。
通過提供具有以下所述的特定設計參數(shù)的流化床反應器(如催化劑再生器)和/或通過仔細監(jiān)控在流化床反應器的反應和分離區(qū)中的催化劑流動方式，按照本發(fā)明可以改進催化劑流化特性和使催化劑夾帶最小化。
流化床反應器優(yōu)選包括反應區(qū)和分離區(qū)。在反應區(qū)中，催化劑在有效形成流化床的條件下接觸流化介質(zhì)，該流化床是湍流緊密床或密相。所述條件如溫度和壓力還優(yōu)選有效使流化介質(zhì)(其優(yōu)選包含原料)轉(zhuǎn)化成氣態(tài)產(chǎn)物。該氣態(tài)產(chǎn)物離開密相(流化床)并形成稀相，該稀相從密相表面延伸至分離區(qū)的頂部。分離區(qū)適合于分離稀相中的夾帶的催化劑與氣態(tài)產(chǎn)物以及使該夾帶催化劑返回到反應區(qū)。
如果流化床反應器包含催化劑再生器，則將反應區(qū)稱作再生區(qū)。在該實施方案中，流化床中的接觸有效使至少部分結(jié)焦的催化劑至少部分地再生并形成再生催化劑。所述再生催化劑可以完全或部分地進行再生。在這種情況下，流化介質(zhì)優(yōu)選包含以下詳細描述的再生介質(zhì)，其通過燃燒使催化劑顆粒上的含碳沉積物(焦炭)轉(zhuǎn)化成再生工藝中的各種氣態(tài)產(chǎn)物。因而，催化劑再生工藝中的“產(chǎn)物”包含再生工藝的各種氣態(tài)產(chǎn)物，如水蒸氣(water vapor)、一氧化碳和二氧化碳。該氣態(tài)產(chǎn)物任選地與夾帶的催化劑和/或未反應的再生介質(zhì)一起離開密相并形成稀相，該稀相從密相表面延伸至分離區(qū)的頂部。分離區(qū)適合于分離稀相中夾帶的催化劑和氣態(tài)組分，以及使該夾帶的催化劑返回到再生區(qū)。最后，再生工藝的氣態(tài)產(chǎn)物作為煙道氣從分離區(qū)獲得。
在一種實施方案中，在分離區(qū)中催化劑顆粒的表觀速度低于常規(guī)流化床反應器中的表觀速度。用于本文時，表觀速度是指在規(guī)定高度處容器的整個敞開橫截面中的平均氣體速度。通過在分離區(qū)中于較低的表觀速度下運行，分離區(qū)中每個單獨的催化劑顆粒的慣性會相應地低于常規(guī)流化床反應器中的慣性。由于只有其落速等于或小于氣體表觀速度的那些固體繼續(xù)被夾帶，因此減小表觀速度時可實現(xiàn)夾帶催化劑損失的降低。落速大于氣體表觀速度的顆粒會傾向于落回反應區(qū)中。顆粒落速是顆粒與流化介質(zhì)之間的密度差以及粒徑平方的函數(shù)。
本發(fā)明的流化床反應器優(yōu)選具有某些設計參數(shù)和/或在某些操作條件下運行，其促進細粉末含量低的催化劑顆粒的流化，同時還在分離區(qū)中提供期望的流動特性以降低夾帶催化劑損失。
所述流化床反應器優(yōu)選包括向其中進料流化介質(zhì)和催化劑的反應區(qū)。該反應區(qū)具有第一下端、第一上端和其間的第一主要長度。流化床反應器還包括為了分離夾帶的催化劑與氣態(tài)組分并使該夾帶催化劑返回到反應區(qū)中而提供的分離區(qū)，所述氣態(tài)組分如該流化床反應器中發(fā)生的反應或再生工藝的產(chǎn)物。該分離區(qū)具有第二下端、第二上端和其間的第二主要長度。分離區(qū)包括與分離區(qū)的第二下端相鄰的型鍛區(qū)域(swaged region)，而且該第二下端與第一上端流動聯(lián)通。如果流化床反應器是催化劑再生器，該流化床反應器還包括催化劑回路，可以將再生催化劑從反應(再生)區(qū)送入該回路中以及可以使再生催化劑由該回路引入反應器中。按照一種實施方案，第二主要長度與第一主要長度之比大于1.0、1.25、1.5、2.0、3.0、4.0或5.0。在本文中作出指示的情況下，這些比例不包括型鍛區(qū)域。如果沒有如此指示，則這些比例包括型鍛區(qū)域，其將被計入(be factored into)第二主要長度內(nèi)。通過提供具有這些特征的催化劑流化床反應器，可以獲得期望的流化特性，同時使夾帶催化劑損失最小化。
所述分離區(qū)任選地包括型鍛區(qū)域和上部分離區(qū)域。該型鍛區(qū)域包括狹窄端和寬闊端以及從狹窄端到寬闊端橫截面積增大。狹窄端位于該型鍛區(qū)域的近端，而寬闊端位于該型鍛區(qū)域的遠端附近。該型鍛區(qū)域的寬闊端與上部分離區(qū)域相鄰并與其流動聯(lián)通。狹窄端與反應區(qū)相鄰并與其流動聯(lián)通。型鍛區(qū)域截面積的增大是為了在催化劑從該型鍛區(qū)域的狹窄端通到寬闊端時降低夾帶催化劑的表觀速度而提供的。上部分離區(qū)域優(yōu)選由中空的圓柱體、例如管狀部件形成，其具有一致的或基本上一致的橫截面積，從而為其中所含的夾帶催化劑提供一致的表觀速度特征。
任選地，反應區(qū)具有第一平均直徑而分離區(qū)具有第二平均直徑。該第二平均直徑與第一平均直徑之比為至少約1.1、至少1.4、1.7、2.0、2.3、2.6或2.9。在本文中作出指示的情況下，這些比例不包括型鍛區(qū)域。如果沒有如此指示，則這些比例包括型鍛區(qū)域，其將被計入第二平均直徑的確定中。
就截面積而言，反應區(qū)具有第一平均截面積而分離區(qū)具有第二平均截面積，該第二平均截面積與第一平均截面積之比任選地為至少1.2、至少2.0、3.0、4.0、5.3、6.8或8.5。在本文中作出指示的情況下，這些比例不包括型鍛區(qū)域。如果沒有如此指示，則這些比例包括型鍛區(qū)域，其將被計入第二平均截面積的確定中。
任選地，催化劑顆粒在反應區(qū)中具有第一表觀速度而在分離區(qū)中具有第二表觀速度。在這種情況下，該第一表觀速度與第二表觀速度之比任選地為至少1.2、至少2.0、3.0、4.0、5.3、6.8或8.5。在本文中作出指示的情況下，型鍛區(qū)域的表觀速度(如果有的話)也不包括在這些比例內(nèi)。如果沒有如此指示，則這些比例包括型鍛區(qū)域的表觀速度，其將被計入第二表觀速度的確定中。該第二表觀速度任選地小于約1.0m/s、小于0.5、0.25或0.1m/s。如果這樣指示的話，這些速度不包括型鍛區(qū)域中的表觀速度。
按照本發(fā)明，所述全體催化劑顆粒具有低的細粉末含量。通過在流化床中接觸一個或多個擋板，這些催化劑顆粒顯示出期望的流化特性。因而，所述流化床反應器優(yōu)選地包括一個或多個阻隔構(gòu)件、例如擋板，其為了在密相(流化床)和/或稀相中阻礙夾帶催化劑的向上流動而提供。阻隔構(gòu)件在稀相中起作用以降低夾帶催化劑損失。優(yōu)選地，阻隔構(gòu)件位于密相中。用于本文時，術(shù)語“密相”和“流化床”互為同義詞而且可交換使用。
通過將阻隔構(gòu)件定位于密相中，可以有利地使密相中的氣態(tài)組分的鼓泡尺寸減小，這對于細粉末含量低的全體催化劑顆粒是特別有益的。還可以將阻隔構(gòu)件設置在使較大的鼓泡破碎的位置。從而，可以減少騰涌和催化劑夾帶。在一種實施方案中，多個顆粒圍繞緊密床相中的至少一個阻隔構(gòu)件以曲折的路經(jīng)流動。優(yōu)選地，使催化相劑流動以至于在緊密床內(nèi)有不大于1.0英寸水柱的壓力波動。更優(yōu)選地，使催化劑流動以至于在緊密床內(nèi)有不大于0.9英寸水柱的壓力波動，以及最優(yōu)選不大于0.9英寸水柱。
另外地或作為選擇地，可以將阻隔構(gòu)件設置在密相表面上方的一個或多個反應區(qū)中和/或分離區(qū)中(例如在型鍛區(qū)域和/或在上部分離區(qū)域中)。如果流化床反應器包括彼此縱向設置的多層阻隔構(gòu)件，則理想地使每一層相對于其相鄰的阻隔構(gòu)件層交錯排列?！敖诲e排列”是指一層相對于縱向上相鄰的層橫向偏移。例如，圖2A表明在分離區(qū)中具有兩層半管狀構(gòu)件的流化床反應器。為了進一步降低夾帶催化劑損失，使這些層彼此交錯排列。在反應區(qū)中顯示出第三層半管狀的阻隔構(gòu)件。然而，反應區(qū)也可以包括多個層，其優(yōu)選相對于一個或多個相鄰的層交錯排列。
按照本發(fā)明可以提供各種阻隔構(gòu)件。在圖2A-2E中顯示出幾種可能的阻隔構(gòu)件。在優(yōu)選的實施方案中，阻隔構(gòu)件包含一個或多個橫向延伸的半管狀構(gòu)件201，如圖2A所示。該半管狀構(gòu)件201優(yōu)選包括面向近端的凹面端202和面向遠端的凸面端203。該半管狀構(gòu)件201可以由一個或多個如線型半管狀構(gòu)件204所示的線型橫向延伸結(jié)構(gòu)形成，其任選地包括其中的一個或多個開口205，以促進氣態(tài)組分從中穿過的流動。在另一實施方案中，阻隔構(gòu)件包含一個或多個半球狀的構(gòu)件206，其各自也優(yōu)選包括面向近端的凹面端和面向遠端的凸面端。在另一實施方案中，半管狀構(gòu)件形成環(huán)200，它也包括面向近端的凹面端和面向遠端的凸面端。
在另一實施方案中，阻隔構(gòu)件包含一個或多個橫向延伸的反向“v”型結(jié)構(gòu)207，如圖2B所示。每一個反向“v”型結(jié)構(gòu)207優(yōu)選地包括面向遠端的頂點209以使近端移動的催化劑轉(zhuǎn)回反應區(qū)中。該反向“v”型結(jié)構(gòu)207任選地由兩個基本上平坦的表面形成，如“v”型結(jié)構(gòu)210所示。反向“v”型結(jié)構(gòu)任選地在其中包括與圖2A中的開口205相似的一個或多個開口(未示出)。該開口促進氣態(tài)組分從中穿過的流動。在另一實施方案中，阻隔構(gòu)件包含一個或多個錐形構(gòu)件211或金字塔形的構(gòu)件(例如，具有三角形、正方形、矩形、五邊形或其它幾何形狀的底部)。任選地，阻隔構(gòu)件沒有橫向延伸的底部。在另一實施方案中，反向“v”型結(jié)構(gòu)形成環(huán)212，它也包括面向遠端的頂點213。
圖2C顯示本發(fā)明的另一實施方案，其中阻隔構(gòu)件包含一個或多個橫向延伸的管狀構(gòu)件214。每一個管狀構(gòu)件214固有地包括圓形表面以使近端移動的催化劑轉(zhuǎn)回反應區(qū)中。該管狀構(gòu)件214任選地在其中包括與圖2A中的開口205相似的一個或多個開口(未示出)，所述開口促進氣態(tài)組分從中穿過的流動。在另一實施方案中，阻隔構(gòu)件包含一個或多個球形構(gòu)件215。在另一實施方案中，阻隔構(gòu)件包含管狀的環(huán)216。
在另一實施方案中，阻隔構(gòu)件包含一個或多個橫向延伸的平坦表面217，如圖2D所示。每一個平坦表面217優(yōu)選包括面向近端的主要平坦表面和面向遠端的主要平坦表面。橫向延伸的平坦表面217的形狀任選地形成圓形218、三角形、四邊形、正方形、矩形219或任意的其它二維幾何形狀。每一個橫向延伸的平坦表面217任選地在其中包括與圖2A中的開口205相似的一個或多個開口(未示出)。在另一實施方案中，阻隔構(gòu)件包含在其中具有開口的平坦的環(huán)220。
在另一實施方案中，阻隔構(gòu)件包含一個或多個篩網(wǎng)構(gòu)件221，如圖2E所示。在該實施方案中，該一個或多個篩網(wǎng)構(gòu)件221優(yōu)選地覆蓋將所述一個或多個篩網(wǎng)構(gòu)件221設置于其中的區(qū)域或地帶的整個截面積。
通過實現(xiàn)一種或多種本發(fā)明的特征，除了改進流化特性以外，實現(xiàn)的夾帶催化劑損失速率可比常規(guī)的流化床反應系統(tǒng)中的低。在一種實施方案中，催化劑損失速率小于0.146、小于0.073或小于0.0365克催化劑損失/千克流化床反應器的氣體進料。
IV.催化劑再生工藝如上所述，本發(fā)明涉及在流化床反應器中使催化劑顆粒流態(tài)化。在優(yōu)選的實施方案中，所述流化床反應器如上所述包含催化劑再生器?，F(xiàn)在將更詳細地描述催化劑再生工藝。
在將烴類催化轉(zhuǎn)化成各種產(chǎn)物如將含氧化合物催化轉(zhuǎn)化成輕質(zhì)烯烴(OTO工藝)的過程中，含碳沉積物積累在用于促進所述轉(zhuǎn)化反應的催化劑上。在一定時候，這些含碳沉積物的累積使催化劑有效發(fā)揮作用的能力降低。例如，在OTO工藝中，過分“結(jié)焦”的催化劑不能容易地將含氧化合物進料轉(zhuǎn)化成輕質(zhì)烯烴。此時，該催化劑部分失活。當催化劑不再能夠?qū)N轉(zhuǎn)化成所需產(chǎn)物時，所述催化劑被認為完全失活。本發(fā)明的催化劑再生器從至少部分結(jié)焦的催化劑組合物上有效地除去至少一部分含碳沉積物，以形成相對該至少部分結(jié)焦的催化劑組合物具有提高的催化活性的再生催化劑組合物。
在再生系統(tǒng)中，從烴轉(zhuǎn)化設備(HCA)、例如反應器或反應單元中取出催化劑，并將其導入到催化劑再生器中。優(yōu)選地，該HCA包含OTO反應器，以及最優(yōu)選地包含甲醇至烯烴(MTO)反應器。使催化劑在催化劑再生器中部分地再生，如果沒有完全地再生的話。再生是指從催化劑上至少部分地除去含碳沉積物。理想地，從HCA中取出的催化劑至少部分地結(jié)焦，并且因而至少部分失活。HCA中剩下部分的催化劑不經(jīng)過再生而再循環(huán)。然后，使再生催化劑經(jīng)過或不經(jīng)過冷卻后返回HCA。
理想地，以含氧化合物至所述HCA的總進料速率(含氧化合物重量/小時)的約0.05倍-約1倍、更理想地以約0.1倍-約0.5倍、最理想地以約0.1倍-約0.3倍的速率(催化劑重量/小時)，從HCA中取出一部分包含分子篩和任何其它材料如基質(zhì)材料、粘合劑、填料等的催化劑，以便進行再生并再循環(huán)返回HCA。這些速率與配制的分子篩催化劑組合物有關(guān)，包括非反應性固體在內(nèi)。
理想地，在包含分子氧或其它氧化劑的通常是氣體的再生介質(zhì)存在下，在催化劑再生器中進行所述催化劑再生。其它氧化劑的實例包括但是不必限于單態(tài)O2、O3、SO3、N2O、NO、NO2、N2O5及其混合物。空氣以及用氮氣或CO2稀釋的空氣是特別理想的再生介質(zhì)?？梢允箍諝庵醒鯕獾臐舛冉档椭潦芸氐乃?，以使催化劑再生器的過熱或在其中產(chǎn)生熱點減少到最低限度。還可以使催化劑用氫氣、氫氣和一氧化碳的混合物或其它合適的還原氣體還原性再生。
可以使催化劑以許多種方法再生，諸如間歇、連續(xù)、半連續(xù)的方法或它們的組合。連續(xù)的催化劑再生是所期望的方法。理想地，使催化劑再生至剩下的焦炭含量基于再生催化劑組合物的總重量為約0.01wt％-約15wt％、更優(yōu)選約0.01-約5wt％。
催化劑再生溫度應當為約250℃-約750℃以及任選地為約500℃-約700℃。優(yōu)選地在再生區(qū)中結(jié)焦催化劑與再生介質(zhì)的接觸在至少約538℃、至少649℃或至少710℃的溫度下進行。由于再生反應優(yōu)選在比OTO轉(zhuǎn)化反應明顯更高的溫度、例如高出約93℃-約150℃的溫度下進行，因此將再生催化劑送回HCA之前使至少一部分的再生催化劑冷卻至更低的溫度是合乎需要的。將再生催化劑從催化劑再生器中取出之后，任選地將優(yōu)選位于催化劑再生器外的一個或多個催化劑冷卻器用于從該再生催化劑中除去熱量。當冷卻再生催化劑時，任選地將它冷卻至比從HCA取出的催化劑溫度高約70℃至低約80℃的溫度。然后將該冷卻的催化劑返回到HCA的某部分、催化劑再生器或它們兩者中。使來自催化劑再生器的再生催化劑返回到HCA時，它可以返回到HCA的任意部分。例如，可以使催化劑返回到等待與進料接觸的催化劑保留區(qū)、與進料的產(chǎn)物接觸的分離區(qū)、或它們兩者的組合。
理想地，在約5psig(34.5kPag)-約50psig(345kPag)、優(yōu)選約15psig(103kPag)-約40psig(276kPag)、以及最優(yōu)選約20psig(138kPag)-約30psig(207kPag)的壓力下，在催化劑再生器中進行再生。該精確的再生壓力受HCA中的壓力控制。為降低設備尺寸和催化劑存量一般優(yōu)選較高的壓力，然而，較高的壓力增加鼓風機功率和成本。
所期望地，在使至少部分失活的催化劑在汽提器或汽提室中汽提除去大部分可容易地除去的有機材料(有機物)、例如空隙間的烴后，進行催化劑再生。經(jīng)由在高溫下使汽提介質(zhì)如汽提氣體通過該用過的催化劑來實現(xiàn)汽提。適合汽提的氣體包括蒸汽(steam)、氮氣、氦氣、氬氣、甲烷、CO2、CO、氫氣及其混合物。優(yōu)選的氣體是蒸汽?；跉怏w體積與催化劑和焦炭體積比的汽提氣體的氣時空速(GHSV)為約0.1hr-1約20，000hr-1。可接受的汽提溫度為約250℃-約750℃、以及理想地約400℃-約600℃?？山邮艿钠釅毫榧s5psig(34.5kPag)-約50psig(344kPag)、更優(yōu)選約10psig(69.0kPag)-約30psig(207kPag)、以及最優(yōu)選約20psig(138kPag)-約25psig(172kPag)。該汽提壓力很大程度上取決于HCA和催化劑再生器中的壓力。
所述催化劑再生器優(yōu)選包括再生區(qū)和分離區(qū)。在所述再生區(qū)中，優(yōu)選作為湍流緊密床或密相的至少部分結(jié)焦的催化劑，在有效使該至少部分結(jié)焦的催化劑至少部分地再生的條件例如溫度和壓力下，接觸再生介質(zhì)。特別地，該條件優(yōu)選有效使所述至少部分結(jié)焦的催化劑和再生介質(zhì)轉(zhuǎn)化成再生催化劑和該再生工藝的氣態(tài)副產(chǎn)物。所述再生催化劑可以是完全或部分再生的。該氣態(tài)副產(chǎn)物任選地與夾帶的催化劑和/或未反應的再生介質(zhì)一起離開密相并形成稀相，該稀相從密相表面延伸至分離區(qū)的頂部。分離區(qū)適合于分離稀相中的夾帶的催化劑與氣態(tài)組分，并使該夾帶的催化劑返回到再生區(qū)。
所述密相的密度將取決于固體顆粒密度和表觀氣體速度。優(yōu)選地，密相的密度將是約10lb/ft3(160.2kg/m3)-約50lb/ft3(800.9kg/m3)，優(yōu)選約15lb/ft3(240.3kg/m3)-約35lb/ft3(560.6kg/m3)以及最優(yōu)選約20lb/ft3(320.4kg/m3)-約30lb/ft3(480.6kg/m3)。密相中的表觀速度任選地不大于5ft/sec(1.5m/s)、不大于4ft/sec(1.22m/s)、不大于2ft/sec(0.61m/s)、不大于1ft/sec(0.30m/s)或不大于0.5ft/sec(0.15m/s)。遠高于4ft/sec(1.22m/s)的速度會造成從湍流緊密床至循環(huán)快速流動床的轉(zhuǎn)變。就范圍下限而言，密相的表觀速度任選地是至少0.1ft/sec(0.03m/s)、至少0.25ft/sec(0.08m/s)、至少0.5ft/sec(0.15m/s)或至少0.75ft/sec(0.23m/s)。然而，優(yōu)選地，密相中的表觀速度為1.5ft/sec(0.46m/s)-4.5ft/sec(1.37m/s)、2.0ft/sec(0.61m/s)-4.0ft/sec(1.22m/s)或2.5ft/sec(0.76m/s)-3.5ft/sec(1.07m/s)。
再生區(qū)包括用于從烴轉(zhuǎn)化設備(HCA)、通常是反應器或反應單元中接收至少部分結(jié)焦的催化劑的一個或多個催化劑入口。在一種實施方案中，將至少部分結(jié)焦的催化劑在催化劑供應管道例如管狀部件中從HCA或中間容器例如催化劑汽提器傳送至再生器。在催化劑供應管道中，催化劑優(yōu)選在有效使管道中所含的催化劑流態(tài)化的條件下與流化劑接觸。示例性的流化劑的非限制性列舉包括蒸汽、天然氣、氮氣、氬氣、二氧化碳或類似的惰性氣體。催化劑供應管道從HCA或從中間裝置如催化劑汽提器接收至少部分結(jié)焦的催化劑并將其引導至催化劑再生器。因而，該催化劑供應管道包括與HCA或中間裝置流動聯(lián)通的第一末端以及與再生區(qū)流動聯(lián)通的第二末端。
催化劑供應管道優(yōu)選伸入催化劑再生器的再生區(qū)中并將至少部分結(jié)焦的催化劑釋放至再生區(qū)中以便除去含碳沉積物。該催化劑供應管道任選地包括用于在再生區(qū)中均勻分配該至少部分結(jié)焦的催化劑顆粒的多個第二末端。在一種優(yōu)選的實施方案中，該第二末端延伸至再生區(qū)中，優(yōu)選相對于催化劑再生器縱向延伸，并通過如下所述的橫向延伸的分配器柵格。在該實施方案中，第二末端在該分配器柵格上方的位置處將該至少部分結(jié)焦的催化劑組合物釋放至再生區(qū)中。大部分的再生過程優(yōu)選在再生區(qū)的密相中進行。密相任選地基于再生區(qū)的總體積占該再生區(qū)的約2-約45體積％，優(yōu)選約20-約35％。以重量計，密相優(yōu)選占所述再生區(qū)中的催化劑的約45-約98％，任選地約85-約95％。
用于本文時，“縱向”是指在垂直于基準面(grade)的方向上延伸，例如垂直的，“橫向”是指在平行于基準面的方向上延伸，例如水平的。物體的“近”端是該物體最靠近基準面的部分。物體的“遠”端是該物體最遠離基準面的部分。因而，“面向近端”是指縱向上朝著該近端。
再生區(qū)還優(yōu)選包括用于接收再生介質(zhì)的一個或多個再生介質(zhì)入口，該再生介質(zhì)優(yōu)選是空氣、分子氧或其混合物。一個或多個再生介質(zhì)管道將再生介質(zhì)從再生介質(zhì)來源、例如再生介質(zhì)存儲于其中的加壓再生介質(zhì)保留容器傳送至一個或多個再生介質(zhì)入口。在一種實施方案中，一個或多個噴嘴將再生介質(zhì)引入再生區(qū)中。優(yōu)選地，將再生介質(zhì)以約50-約500標準立方英尺(scf)/lb燃燒的焦炭(約3.1-約31.2標準立方米(scm)/kg燃燒的焦炭)、更優(yōu)選約150-約400scf/lb燃燒的焦炭(約9.4-約25.0scm/kg燃燒的焦炭)以及最優(yōu)選約200-約350scf/lb燃燒的焦炭(約12.5-約21.9scm/kg燃燒的焦炭)的速率引入催化劑再生器中。
如果進入催化劑再生器的再生介質(zhì)的表觀速度高的話，大多數(shù)再生介質(zhì)以及由再生工藝形成的氣態(tài)副產(chǎn)物會合并而且以鼓泡形式流經(jīng)密相。這些鼓泡在懸浮的固相中上升并在密相的表面破碎。鼓泡的破碎作用使大量的顆粒固體進入稀相中。粗大的顆粒傾向于容易落回到緊密床中。因而，稀相的固體密度在密相表面上方馬上就隨著高度降低，如圖3所示，它是描繪作為密相表面上方高度的函數(shù)的催化劑夾帶的圖。然而，在一定高度處，高度的進一步增加對稀相的固體密度具有微不足道的影響。不管高度的進一步增加，固體夾帶保持基本上恒定的稀相中的點在本文中稱作輸送脫離高度(TDH)。在該TDH以上增加再生器高度的減小效果也示于圖3中，其中不管TDH以上高度增加如何，催化劑夾帶的降低接近最小的夾帶值(如圖所示，對于底部直徑為約0.41lb/ft3以及對于1.5x底部直徑為0.125lb/ft3)。
按照本發(fā)明的一個方面，密相表面與分離單元入口(例如旋風分離器的入口)之間的距離大于TDH。然而，增加分離區(qū)的直徑通過使表觀速度降低至一些夾帶催化劑的落速以下的點而進一步減少催化劑夾帶。
在另一實施方案中，使再生介質(zhì)在引入再生區(qū)之前釋放到分配區(qū)中。該分配區(qū)是使再生介質(zhì)在引入再生區(qū)之前最初釋放于其中的區(qū)域，其優(yōu)選定位于再生區(qū)下方。具有一個或多個開口(優(yōu)選多個開口)的隔板，它在本文中也被稱為分配器格柵，將分配區(qū)與再生區(qū)分開。在該實施方案中，所述一個或多個開口充當使再生介質(zhì)均勻分配至再生區(qū)中的一個或多個再生介質(zhì)入口。該分配器格柵任選地包括兩個相對的主要平坦表面，以及開口在該兩個相對的主要平坦表面之間提供。在一種實施方案中，分配器格柵包括所屬領(lǐng)域技術(shù)人員已知的管狀格柵分配器。當由于從一個或多個再生介質(zhì)入口流入新的再生介質(zhì)而在分配區(qū)內(nèi)再生介質(zhì)的壓力增大時，再生介質(zhì)通過分配器格柵中的開口并進入再生區(qū)中。在該實施方案中，再生介質(zhì)向分配區(qū)的進料速率應當足夠高以防止催化劑回流至分配區(qū)中。分配區(qū)和分配器格柵提供將再生介質(zhì)分配至再生區(qū)中的能力以及從而提供在催化劑再生器中均勻的催化劑再生特性。分配區(qū)和分配器格柵提供的另外的優(yōu)點在于，在再生區(qū)以及在分離區(qū)中提供如下所述的低表觀速度。
優(yōu)選地，任選地與未反應的再生介質(zhì)一起的來自再生工藝的氣態(tài)副產(chǎn)物(共同作為氣態(tài)組分)從再生區(qū)流到分離區(qū)以便從催化劑再生器中除去。由于它們的重量輕、體積小以及相應地表面積與重量之比高，一些催化劑顆粒，特別是催化劑細粉末可能被這些氣態(tài)組分夾帶而且非所需地進入分離區(qū)。在分離區(qū)中，第一數(shù)量的夾帶催化劑顆粒理想地落回到再生區(qū)中并且最終重新回到HCA。分離區(qū)還任選地包含一個或多個分離裝置，如旋風式分離器、過濾器、篩網(wǎng)、撞擊裝置、塔板或錐體，它們促進在分離區(qū)中夾帶催化劑與氣態(tài)組分的分離。分離區(qū)任選地包括用于從一個或多個分離裝置中收集氣態(tài)組分的增壓殼體(plenum shell)和增壓容積。該增壓殼體與排氣口流動聯(lián)通，氣態(tài)組分優(yōu)選從分離區(qū)通過該分離區(qū)中的排氣口作為排氣物流釋放。按照本發(fā)明的一個方面，使得隨著氣態(tài)組分通過排氣口離開分離區(qū)的夾帶催化劑的量最小化。
圖1提供了按照本發(fā)明一種實施方案的優(yōu)選的流化床反應器的部分縱向截面圖。如圖所示，該流化床反應器是催化劑再生器，一般標記為100，然而在催化劑再生器100中公開的特征也可以用于非再生器的流化床反應器中。
所述催化劑再生器包括催化劑進料管道109、催化劑回路110、一個或多個再生介質(zhì)入口111、一個或多個再生介質(zhì)進料管道124、排氣口112和殼體101。當然，所示的催化劑再生器純粹是示例性的，再生介質(zhì)進料管道124、催化劑進料管道109、催化劑回路110或該催化劑再生器的其它組件的布置可以根據(jù)設計優(yōu)選方案寬范圍地變化。殼體101包括內(nèi)表面102和外表面103，而且限定出再生區(qū)104，其中至少部分結(jié)焦的催化劑在有效使該結(jié)焦的催化劑至少部分地再生的條件下接觸再生介質(zhì)。殼體101還限定出分離區(qū)105，在其中使氣態(tài)組分與夾帶的催化劑分離。殼體101另外限定出再生器頂端隔板116和再生器底端隔板117。再生器優(yōu)選是“冷壁”容器，意思是存在使殼體101絕熱的難熔材料的內(nèi)部絕緣襯里(未示出)。因此，由能夠經(jīng)受住有效催化劑再生所必需的極端溫度的材料形成殼體101并非必要。然而，分離裝置123、分配器格柵118和阻隔構(gòu)件134應當由能夠經(jīng)受住催化劑再生所必需的高溫的合金鋼、例如304H SS形成。
再生區(qū)104包括第一下端113和第一上端114。再生區(qū)104的第一上端114相對于第一下端113定位于遠端而且與分離區(qū)105相鄰。如圖所示，再生區(qū)104的第一下端113由分配器格柵118面向遠端的表面限定。在沒有該任選的分配器格柵118的實施方案中，再生區(qū)104的第一下端113任選地與再生器底端隔板117的內(nèi)表面相鄰。也就是說，再生器底端隔板117的內(nèi)表面任選地限定該再生區(qū)104的第一下端113。優(yōu)選地，再生區(qū)104作為中空的圓柱體、例如管狀部件形成，在其整個縱向長度上限定出恒定的或基本上恒定的截面中空面積，盡管再生區(qū)104的截面可以形成任意的各種形狀，如圓形、橢圓形、正方形、六邊形等。然而，通過提供在其整個縱向長度上具有恒定截面積的再生區(qū)104，可以實現(xiàn)理想一致的催化劑再生性能，如表觀速度。
本發(fā)明的催化劑再生器還優(yōu)選包括在密相表面133以上或以下設置的阻隔構(gòu)件134。在未示出的優(yōu)選實施方案中，阻隔構(gòu)件設置在密相表面133以下。通過在密相115內(nèi)設置阻隔構(gòu)件，細粉末貧化的全體催化劑顆粒可以顯示出期望的流化特性。提供阻隔構(gòu)件134以使夾帶催化劑的向上慣性運動突然停止并使密相115中形成的“鼓泡”破碎。通過改進細粉末貧化的全體催化劑顆粒的流化特性，該阻隔構(gòu)件134還有利于催化劑顆粒轉(zhuǎn)移到豎管內(nèi)，如催化劑回路110，以及最終回到HCA(未示出)。
阻隔構(gòu)件134任選地由板、盤、格柵、錐形構(gòu)件、篩網(wǎng)或“環(huán)形”構(gòu)件形成，例如由具有相對的主要平坦表面和在該相對的主要平坦表面之間延伸的一個或多個開口的構(gòu)件(優(yōu)選圓盤形構(gòu)件)形成，或者由能夠通過阻礙接觸降低夾帶催化劑的速度以及因而降低其慣性的任意其它裝置形成。示例性的阻隔構(gòu)件示于圖2A-E中，這在以上詳細描述過。阻隔構(gòu)件134還將燃燒產(chǎn)物以及未反應的再生介質(zhì)(如果有的話)引向分離區(qū)105并最終引向排氣口112。阻隔構(gòu)件134優(yōu)選具有與鄰近該阻隔構(gòu)件134所在位置處的催化劑再生器100的截面輪廓相似的截面輪廓。例如，如果阻隔構(gòu)件134所在位置處的催化劑再生器的截面是圓形，則該阻隔構(gòu)件也優(yōu)選具有圓形的外部形狀，其可以有或者可以沒有成角度的表面以引導催化劑顆?；氐皆偕鷧^(qū)104。特別優(yōu)選錐形的阻隔構(gòu)件，優(yōu)選如圖2B所示那樣沒有底部，其中該錐形阻隔構(gòu)件的頂點與其遠端相鄰，以便將夾帶的催化劑顆粒從分離區(qū)105引導回再生區(qū)104。優(yōu)選提供為了清楚起見沒有顯示的一個或多個臂，以使阻隔構(gòu)件134連在殼體101的內(nèi)表面102上，由此支撐該阻隔構(gòu)件134。錐形構(gòu)件或其它與平行于基準面的平面成角度的阻隔構(gòu)件的角度優(yōu)選大于休止角，其在本文中定義為規(guī)定數(shù)目的顆粒在將該顆粒傾倒在表面上時與水平表面所成的固有角度。優(yōu)選地錐形構(gòu)件的角度大于約30°，更優(yōu)選大于約45°以及最優(yōu)選大于約60°。
在一種實施方案中，提供多個阻隔構(gòu)件134以產(chǎn)生迷宮，由此夾帶的催化劑接觸多個表面以進一步減小其慣性運動。該迷宮也提供將催化劑再生器100中的氣態(tài)組分最終引導至一個或多個分離裝置123和排氣管道112的路徑。迷宮阻隔構(gòu)件的幾種非限制性實施方案在圖2A-2E中顯示。為了防止在迷宮的一個或多個區(qū)域中停滯的催化劑堆積，任選地形成該迷宮的一個或多個阻隔構(gòu)件，其具有用于將催化劑引導回到再生區(qū)104的向下傾斜(或圓形邊緣)，如圖2A-2C所示。該任選的向下傾斜優(yōu)選與平行于基準面的平面成角度，該角度大于固體固有的休止角。優(yōu)選地該向下傾斜的角度大于約30°，更優(yōu)選大于約45°以及最優(yōu)選大于約60°。
除非另作說明，分離區(qū)105包括型鍛區(qū)域106和上部分離區(qū)域120。然而，在本說明書和所附權(quán)利要求的部分中，當如此指明時，術(shù)語“分離區(qū)”不包括型鍛區(qū)域106在內(nèi)而是指分離區(qū)域120。
型鍛區(qū)域106包括狹窄端107和寬闊端108以及從狹窄端107到寬闊端108橫截面積增大。狹窄端107位于該型鍛區(qū)域106的近端，而寬闊端108位于該型鍛區(qū)域106的遠端附近。在圖1中，型鍛區(qū)域106處于虛線125和虛線126之間，該虛線只是為了說明而提供。虛線125將型鍛區(qū)域106和再生區(qū)104分開，虛線126將型鍛區(qū)域106與上部分離區(qū)域120分開。狹窄端107與再生區(qū)104的第一上端114相鄰并與其流動聯(lián)通，寬闊端10g與分離區(qū)105的上部分離區(qū)域120相鄰并與其流動聯(lián)通。型鍛區(qū)域106截面積的增大是為了在催化劑從型鍛區(qū)域106的狹窄端107通到寬闊端108時降低夾帶催化劑的表觀速度而提供。
上部分離區(qū)域120優(yōu)選由中空的圓柱體、例如管狀部件形成，其具有一致的或基本上一致的橫截面積，從而為其中所含的夾帶催化劑提供一致的表觀速度特征。該上部分離區(qū)域120包括第一端121和第二端122。上部分離區(qū)域120的第一端121與型鍛區(qū)域106的寬闊端108相鄰并與其流動聯(lián)通；上部分離區(qū)域120的第二端122優(yōu)選與再生器頂端隔板116在側(cè)面相鄰。如果催化劑再生器100如圖1所示和以下更詳細敘述的那樣包括增壓殼體127和增壓容積128，則上部分離區(qū)域120的第二端122優(yōu)選與增壓殼體127面向近端的外表面在側(cè)面上相鄰。
從催化劑再生器100釋放再生燃燒產(chǎn)物和可能未反應的再生介質(zhì)的排氣口112與一個或多個分離裝置123的頂端敞開地相連。氣體管道129與增壓殼體127敞開地相連。在增壓殼體127與殼體101限定出的再生器頂端隔板116相連時，在增壓殼體127的界線內(nèi)形成增壓容積128。提供增壓殼體127和增壓容積128以收集離開氣體管道129的再生燃燒產(chǎn)物和可能未反應的再生介質(zhì)，并將該物質(zhì)引導至排氣口112，其在增壓容積128附近與上部分離區(qū)域120敞開地相連。排氣口112將再生燃燒產(chǎn)物和可能未反應的再生介質(zhì)傳送離開催化劑再生器100。上述增壓設計在采用多個分離裝置123的實施方案中特別有用，例如象圖1所示那樣，其中兩套旋風式分離器經(jīng)由增壓容積128與單一的排氣口112相連。氣體管道129任選地全都與增壓殼體127敞開地相連，以及提供單一的次要產(chǎn)物離開管道、例如排氣口112以從催化劑再生器100中帶走燃燒產(chǎn)物和可能未反應的再生介質(zhì)。增壓殼體127在本發(fā)明的催化劑再生器100中是任選的，因為一些分離裝置如某些旋風式分離器、過濾器、篩網(wǎng)、撞擊裝置、塔板或錐體充分地起到了直接除去氣態(tài)產(chǎn)物的作用。
再生區(qū)104的第一下端113和第一上端114之間的縱向距離限定再生區(qū)104的第一主要長度α。在語義上，分離區(qū)105作為整體(包括型鍛區(qū)域106和上部分離區(qū)域120)在本文中包括第二下端和第二上端。除非在本文中另作說明，第二下端是型鍛區(qū)域106的狹窄端107，第二上端是上部分離區(qū)域120的第二末端122。分離區(qū)105的第二下端和第二上端之間的縱向距離限定分離區(qū)105的第二主要長度β。也就是說，第二主要長度β從型鍛角θ的頂點130縱向測量至增壓殼體127的面向近端的外表面。如果催化劑再生器100不包括增壓殼體，則第二主要長度β從型鍛角的頂點130測量至再生器頂端隔板116面向近端的內(nèi)表面。在本發(fā)明的一種實施方案中，第二主要長度β與第一主要長度α之比大于1.0，任選地大于1.25、1.5、2.0、3.0、4.0或5.0。
在優(yōu)選的實施方案中，分離區(qū)105、優(yōu)選其上部分離區(qū)域120包括一個或多個分離裝置123，其用于在分離區(qū)105中分離夾帶的催化劑與氣態(tài)組分。該分離裝置123任選地是旋風式分離器、過濾器、篩網(wǎng)、撞擊裝置、塔板、錐體或者會在分離區(qū)105中分離夾帶的催化劑與氣態(tài)組分的任意其它裝置。圖1所示的分離裝置123是旋風式分離器，其各自具有從分離區(qū)105接收氣態(tài)組分和夾帶催化劑的分離單元入口137，以及相對于分離單元入口137向近端引導經(jīng)過分離的催化劑顆粒的催化劑返回浸入管136。
旋風式分離器的設計和操作是所屬領(lǐng)域技術(shù)人員已知的。例如參見US專利5,518,695，其全部在此引入供參考。在旋風式分離器的操作中，蒸氣反應產(chǎn)物以及未反應的再生介質(zhì)(如果有的話)向旋風式分離器上行進并經(jīng)由氣體管道129離開頂部，而催化劑向旋風式分離器下行進通過催化劑返回浸入管136，離開進入上部分離區(qū)域120、型鍛區(qū)域106和/或再生區(qū)104(在密相表面133以上或以下)中的一個或多個。
如圖所示，催化劑返回浸入管136延伸并開口在上部分離區(qū)域120中，例如與其流動聯(lián)通。然而，在未示出的另外的實施方案中，催化劑返回浸入管136開口在型鍛區(qū)域106和/或再生區(qū)104的一個或多個中。任選地，一個或多個催化劑返回浸入管136開口在密相115中或者在密相115上方的再生區(qū)104的區(qū)域中。在這種未示出的實施方案中，一個或多個催化劑返回浸入管136任選地延伸通過阻隔板134。在另一實施方案中，催化劑返回浸入管136延伸通過殼體101并充當催化劑回路110。也就是說，一個或多個分離裝置123任選地與HCA(或與一個或多個中間容器、例如催化劑冷卻器)直接緊密連結(jié)流動聯(lián)通。在未經(jīng)圖示的其它實施方案中，將分離裝置設置在分離區(qū)105之外、在限定該分離區(qū)105的殼體101外部，或者是在分離區(qū)外部和內(nèi)部設置的組合。
按照本發(fā)明，在頂點130處垂直于外表面103的平面中形成本文中稱作“型鍛角”的角θ。該型鍛角是型鍛區(qū)域106的外表面103與假想平面之間的角度，該假想平面平行于基準面，其一部分如虛線139顯示。當然，為了催化劑再生器100具有型鍛區(qū)域106，型鍛角必須小于90°。優(yōu)選地，型鍛角θ大于固體固有的休止角以便防止停滯的催化劑顆粒在型鍛區(qū)域106的內(nèi)表面102上的堆積。優(yōu)選地該型鍛角大于約30°，更優(yōu)選大于約45°以及最優(yōu)選大于約60°。通過提供具有所述型鍛角的催化劑再生器100，可以得到期望的再生區(qū)104和上部分離區(qū)域120之間表觀速度的降低。該表觀速度降低容許夾帶催化劑回收增加以及運行費用的相應減少。
然而，按照本發(fā)明也可以提供提供較小的型鍛角。在型鍛角小的實施方案中，停滯的催化劑顆粒沿著限定型鍛區(qū)域106的內(nèi)表面102的堆積可以通過在型鍛區(qū)域106中提供一個或多個流化噴嘴(未示出)來控制和減少。流化噴嘴在內(nèi)表面102上將流化劑注入型鍛區(qū)域106以促進催化劑顆粒從該型鍛區(qū)域106回到再生區(qū)104的流動。因而，型鍛角任選地小于30°、小于20°或小于10°。通過提供小的型鍛角，可以減小型鍛區(qū)域102的縱向長度，由此提供與建造按照本發(fā)明的催化劑再生器相關(guān)的生產(chǎn)成本的相應減少。
在優(yōu)選的實施方案中，催化劑再生器100包括分配區(qū)119，其理想地位于再生區(qū)104以下。在將再生介質(zhì)引入再生區(qū)104之前，通過一個或多個再生介質(zhì)進料管道124將它引入分配區(qū)119中。分配器格柵118將分配區(qū)119與再生區(qū)104分開。該分配器格柵118包括一個或多個再生介質(zhì)入口111(如圖所示，有多個再生介質(zhì)入口111)，通過該入口使再生介質(zhì)從分配區(qū)119釋放至再生區(qū)104中。包括分配器格柵的催化劑再生器實施方案提供理想均勻的再生介質(zhì)分配特性。分配區(qū)119和分配器格柵118提供的另外的優(yōu)點在于，在再生區(qū)104以及在分離區(qū)105中提供低的表觀速度。
催化劑進料管道109優(yōu)選與再生區(qū)104流動聯(lián)通并將至少部分結(jié)焦的催化劑優(yōu)選以流化方式通過催化劑入口131引導至再生區(qū)104中。該催化劑進料管道109任選地與HCA、汽提單元和/或催化劑冷卻器中的一個或多個流動聯(lián)通，它們都沒有在圖1中顯示。如圖1所示，催化劑進料管道109延伸通過再生器底端隔板117、分配區(qū)119和分配器格柵118。因而，該催化劑進料管道109優(yōu)選將至少部分結(jié)焦的催化劑直接釋放至再生區(qū)104中以形成密相115。任選地，由于其中傳送的至少部分結(jié)焦的催化劑在高溫和壓力條件下接觸流化劑(通常是空氣)，一些催化劑再生在催化劑進料管道109內(nèi)進行。
運行中，在有效使至少部分結(jié)焦的催化劑至少部分地再生的條件下，密相115中的至少部分結(jié)焦的催化劑接觸經(jīng)由再生介質(zhì)入口111接收的再生介質(zhì)。如果再生單元100不包括分配區(qū)119，則催化劑進料管道109穿過再生器底端隔板117并將至少部分結(jié)焦的催化劑直接釋放至再生區(qū)104中以形成密相115，而不通過分配器格柵118。
另外提供與再生區(qū)104流動聯(lián)通的催化劑回路110。該催化劑回路110引導至少部分再生的催化劑離開催化劑再生器100的再生區(qū)104并最終回到HCA。如圖所示，催化劑回路110包括用于從密相115接收該至少部分再生的催化劑的催化劑出口132。理想地，催化劑回路110與未示出的一系列管道流動聯(lián)通，該管道使至少部分再生的催化劑任選地在它經(jīng)過催化劑冷卻器后引回到烴轉(zhuǎn)化設備。如圖1所示，催化劑回路110延伸通過再生器底端隔板117、分配區(qū)119和分配器格柵118，以及優(yōu)選延伸至密相115中，但是在密相表面133以下。然而，在沒有示出的另外的實施方案中，催化劑回路110延伸通過密相表面133，而且任選地延伸至一個或多個下列區(qū)域中密相表面133以上的再生區(qū)104的區(qū)域；型鍛區(qū)域106；和/或上部分離區(qū)域120。因而，催化劑出口132任選地開口在密相115、密相表面133以上的再生區(qū)104的區(qū)域、型鍛區(qū)域106和/或上部分離區(qū)域120中并從中接收催化劑。
催化劑回路110的遠端任選地包括槽紋部件135，其具有窄的近端和寬的遠端。窄的近端連在形成催化劑回路110的管狀管道上。寬的一端形成催化劑出口132。槽紋部件135提供具有接收容量增大的催化劑出口132，從而促進催化劑從催化劑再生器100中除去。寬的遠端任選地包括一個或多個凹槽138，其通過增加催化劑出口132的接收面積而進一步提高催化劑回路110的接收容量。
催化劑再生器100的幾何形狀可以寬范圍地改變。在圖1的實施方案中，該幾何形狀由形成再生區(qū)104的第一圓柱形構(gòu)件、形成型鍛區(qū)域106的部分圓錐形區(qū)段、以及形成上部分離區(qū)域120的第二圓柱形構(gòu)件(其直徑和截面積大于第一圓柱形構(gòu)件)構(gòu)成。任選地，再生區(qū)104、型鍛區(qū)域106和/或上部分離區(qū)域120中的一個或多個的幾何形狀由單個的直立截頭圓錐體構(gòu)成。其它適合的幾何形狀包括但是不限于三角棱柱和截頭棱錐，長方形和正方形楔形物和截頭棱錐，五邊形、六邊形、七邊形和八邊形普通的和直立的角體及其截頭體。另一些非限制性的實例包括各種多面體，諸如四面體、八面體、十二面體或二十面體，以及圓錐球體和球狀扇形體(spherical sector)，以及以其圓形、橢圓形或拋物線形存在的環(huán)面體和筒形體，以及它們的截頭體(普通的和直立的)。限定再生區(qū)104、型鍛區(qū)域106和/或上部分離區(qū)域120中的一個或多個的這些幾何形狀的任意的多種情況，都在本發(fā)明所述裝置的范圍內(nèi)。
催化劑再生器100及其各部分的尺寸取決于諸如表觀氣體速度、固體流體動力、壓力和催化劑再生工藝的再生能力等參數(shù)。在本發(fā)明中，再生區(qū)104理想地具有約6ft(1.8m)-約30ft(9.1m)、優(yōu)選約10ft(3.0m)-約20ft(6.1m)的高度。上部分離區(qū)域120理想地具有約20ft(6.1m)-約50ft(15.2m)、優(yōu)選約25ft(7.6m)-約45ft(13.7m)以及最優(yōu)選約30ft(9.1m)-約35ft(10.7m)的高度。因而，分離區(qū)120和再生區(qū)104的總計高度將是約26-80ft(7.9-24.2m)，更優(yōu)選35-70ft(10.7-21.3m)以及最優(yōu)選約42-約55ft(12.8-16.8m)。型鍛區(qū)域106的高度取決于分離區(qū)120和再生區(qū)104之間的直徑差異以及取決于所期望的型鍛角。當然，根據(jù)在其中進行再生的結(jié)焦催化劑的量，在催化劑再生器100的這些不同區(qū)域中可以提供更大或更小的高度和直徑。
本發(fā)明的一個方面可以由進入催化劑再生器的催化劑流量與再生區(qū)和/或分離區(qū)的長度的比例來表示。在一種實施方案中，基于再生和分離區(qū)的總長度，該比例大于0.3lb/sec/ft(0.45kg/sec/m)，任選地大于1.0lb/sec/ft(1.5kg/sec/m)和任選地大于6.0lb/sec/ft(9.0kg/sec/m)。
在一種特別優(yōu)選的實施方案中，分離區(qū)105的高度與再生區(qū)104的高度的比例大于1，優(yōu)選大于1.25、1.5、2.0、3.0、4.0或5.0。
在本發(fā)明的一種實施方案中，分離區(qū)105的平均截面積與再生區(qū)104的平均截面積的比例為約1-約8.0，優(yōu)選約1.5-約3.0以及最優(yōu)選約2.0-約2.5。就范圍下限而言，再生區(qū)104具有第一平均截面積，分離區(qū)105具有第二平均截面積，該第二平均截面積與第一平均截面積的比例任選地為至少約1.2，至少2.0、3.0、4.0、5.3、6.8或8.5。
圖4A顯示本發(fā)明另一實施方案的流化床反應器的部分縱向截面圖。如圖所示，該流化床反應器是催化劑再生器，一般標記為400，然而在催化劑再生器400中公開的特征也可以用于非再生器的流化床反應器中。圖4A的再生器400包含多層的跨越流化床415直徑一小部分的阻隔構(gòu)件450。因而，每個阻隔構(gòu)件450形成“缺口”，或者在擋板平面內(nèi)與擋板相對的完全敞開的區(qū)域。
所述催化劑再生器包括催化劑進料管道409、催化劑回路410、一個或多個再生介質(zhì)入口411、一個或多個再生介質(zhì)進料管道424、排氣口412和殼體401。當然，所示的催化劑再生器純粹是示例性的，再生介質(zhì)進料管道424、催化劑進料管道409、催化劑回路410或該催化劑再生器的其它構(gòu)件的布置可以根據(jù)設計優(yōu)選方案寬范圍地變化。殼體401包括內(nèi)表面和外表面，而且限定出密相415的側(cè)壁，在其中至少部分結(jié)焦的催化劑在有效使該結(jié)焦的催化劑至少部分地再生的條件下接觸再生介質(zhì)。殼體401還限定出分離區(qū)405，在其中使氣態(tài)組分與夾帶的催化劑分離。殼體401另外限定出再生器頂端隔板416和再生器底端隔板417。再生器優(yōu)選是“冷壁”容器，意思是存在使殼體401絕熱的耐火材料的內(nèi)部絕緣襯里(未示出)。因此，由能夠經(jīng)受住有效催化劑再生所必需的極端溫度的材料形成殼體401并非必要。然而，分離裝置423、分配器格柵418和阻隔構(gòu)件450應當由能夠經(jīng)受住催化劑再生所必需的高溫的合金鋼、例如304H SS形成。在另一實施方案中，一個或多個阻隔構(gòu)件450有耐火材料襯里以防止它們燒蝕。
密相415的下端以分配器格柵418面向遠端的表面作為邊界。在沒有該任選的分配器格柵418(例如提供噴射器)的實施方案中，密相415的下端任選地與再生器底端隔板417的內(nèi)表面相鄰。也就是說，再生器底端隔板417的內(nèi)表面任選地限定密相415的下端。如圖所示，密相415作為中空的圓柱體、例如管狀構(gòu)件形成，在其整個縱向長度上限定出恒定的或基本上恒定的截面中空面積，盡管密相415的截面可以形成任意的各種形狀，如圓形、橢圓形、正方形、六邊形等。然而，通過提供在其整個縱向長度上具有恒定截面積的密相415，可以實現(xiàn)理想一致的催化劑再生性能，如表觀速度。
本發(fā)明的催化劑再生器還優(yōu)選包括在密相表面433以上或以下設置的多個阻隔構(gòu)件450。如圖所示，阻隔構(gòu)件450設置在密相表面433以下。通過在密相415內(nèi)設置阻隔構(gòu)件450，細粉末貧化的全體催化劑顆粒能夠顯示出期望的流化特性。提供阻隔構(gòu)件450以使夾帶催化劑的向上慣性運動突然停止和分裂，并使密相415中形成的“鼓泡”破碎。通過改進細粉末貧化的全體催化劑顆粒的流化特性，該阻隔構(gòu)件450還有利于催化劑顆粒轉(zhuǎn)移到豎管內(nèi)，如催化劑回路410，以及最終回到HCA(未示出)?？v向相鄰的阻隔構(gòu)件之間的距離可以根據(jù)許多因素寬范圍地變化。任選地，縱向相鄰的阻隔構(gòu)件之間的距離大于約0.5m、大于約1m、大于約2m或大于約5m。就范圍上限而言，縱向相鄰的阻隔構(gòu)件之間的距離任選地小于約10m、小于約7m、小于約5m或小于約3m。
在圖4A所示的實施方案中，顯示出3個阻隔構(gòu)件450，每一個由板或盤形成，其覆蓋密相415橫截面積的一部分。每一個阻隔構(gòu)件450具有所示的相對主要平坦表面，包括在該相對主要平坦表面之間延伸的多個開口。阻隔構(gòu)件450還將燃燒產(chǎn)物以及未反應的再生介質(zhì)(如果有的話)引向分離區(qū)405而且最終到達排氣口412。在所示的實施方案中，每個阻隔構(gòu)件450由具有以大約幾英寸的開口分隔的多個相交水平片的“地鐵格柵”型阻隔構(gòu)件形成，從而在細粉末含量低時使形成的較大氣體鼓泡破碎。圖4B顯示沿線4B-4B的阻隔構(gòu)件450的詳細側(cè)視圖。如圖所示，每一個阻隔構(gòu)件450由基本上平坦的表面形成，其中具有開口以使催化劑顆粒和/或氣體從此通過同時破碎密相415中的鼓泡形成。給定阻隔構(gòu)件450的整個橫向延伸平面內(nèi)的總計敞開面積，包括敞開面積452在內(nèi)，任選地大于截面面積的約50％、優(yōu)選大于約70％以及最優(yōu)選大于約90％。
優(yōu)選地，再生器400包括多層(所示為3層)跨越密相415直徑一小部分的內(nèi)在阻隔構(gòu)件450，因此每個阻隔構(gòu)件450形成“缺口”或敞開面積452。在阻隔構(gòu)件450的平面中完全敞開的面積452優(yōu)選小于密相415的整個截面積的75％、優(yōu)選小于50％以及最優(yōu)選為約10-約25％。優(yōu)選地，如圖所示由相鄰的阻隔構(gòu)件450限定的相鄰的敞開面積452彼此相對交錯排列。“交錯排列”是指相鄰的敞開面積452沒有完全相互重疊，然而考慮是指該相鄰的敞開面積452可以在某種程度上相互重疊。
雖然作為圓柱體形式顯示，但是再生器400任選地具有如上所述的型鍛區(qū)域。
分離區(qū)405優(yōu)選由中空圓柱體、例如管狀構(gòu)件形成，其具有一致的或基本上一致的橫截面積，從而為其中所含的夾帶催化劑提供一致的表觀速度特征。任選地，如圖4A所示，催化劑再生器400包括增壓殼體427和增壓容積428。
從催化劑再生器400釋放再生燃燒產(chǎn)物和可能未反應的再生介質(zhì)的排氣口412與一個或多個分離裝置423的頂端敞開地相連。在增壓殼體427的界線內(nèi)形成增壓容積428，該增壓殼體與再生器頂端隔板416相連。提供增壓殼體427和增壓容積428以收集離開分離裝置423的再生燃燒產(chǎn)物和可能未反應的再生介質(zhì)，并將該物質(zhì)引導至排氣口412，其在增壓容積428附近與分離區(qū)405敞開地相連。排氣口412將再生燃燒產(chǎn)物和可能未反應的再生介質(zhì)傳送離開催化劑再生器400。上述增壓設計在采用多個分離裝置423的實施方案中特別有用，例如象圖4A所示那樣，其中兩套旋風式分離器經(jīng)由增壓容積428與單一的排氣口412相連。增壓殼體427在本發(fā)明的催化劑再生器400中是任選的，因為一些分離裝置如某些旋風式分離器、過濾器、篩網(wǎng)、撞擊裝置、塔板或錐體充分起到了直接除去氣態(tài)產(chǎn)物的作用。
在優(yōu)選的實施方案中，分離區(qū)405(優(yōu)選其上部區(qū)域)包括一個或多個分離裝置423，其用于在分離區(qū)405中分離夾帶的催化劑與氣態(tài)組分。該分離裝置423任選地是旋風式分離器、過濾器、篩網(wǎng)、撞擊裝置、塔板、錐體或者會在分離區(qū)405中分離夾帶的催化劑與氣態(tài)組分的任意其它裝置。圖4A所示的分離裝置423是旋風式分離器，其各自具有從分離區(qū)405接收氣態(tài)組分和夾帶催化劑的分離單元入口437，以及相對于分離單元入口437向近端引導經(jīng)過分離的催化劑顆粒的催化劑返回浸入管436。
在優(yōu)選的實施方案中，催化劑再生器400包括分配區(qū)419，其理想地位于再生區(qū)密相415以下。在將再生介質(zhì)引入密相415之前，通過一個或多個再生介質(zhì)進料管道424將它引入分配區(qū)419中。分配器格柵418將分配區(qū)419與密相415分開。該分配器格柵418優(yōu)選由格柵或篩網(wǎng)形成，其包括一個或多個再生介質(zhì)入口411(如圖所示，有多個再生介質(zhì)入口411)，通過該入口使再生介質(zhì)從分配區(qū)419釋放至密相415中。包括分配器格柵的催化劑再生器實施方案提供了理想均勻的再生介質(zhì)分配特性。分配區(qū)419和分配器格柵418提供的另外優(yōu)點在于，在再生區(qū)404以及在密相415中提供低的表觀速度。
催化劑進料管道409優(yōu)選與密相415流動聯(lián)通并將至少部分結(jié)焦的催化劑優(yōu)選以流化方式引導至再生區(qū)中。該催化劑進料管道409任選地與HCA、汽提單元和/或催化劑冷卻器中的一個或多個流動聯(lián)通，它們都沒有在圖4A中顯示。如圖4A所示，催化劑進料管道409延伸通過再生器底端隔板417、分配區(qū)419和分配器格柵418。作為選擇地，催化劑進料管道409可以從容器側(cè)面進入到密相415以上或其中。因而，該催化劑進料管道409優(yōu)選將至少部分結(jié)焦的催化劑直接釋放至再生區(qū)中以形成密相415。任選地，由于其中傳送的至少部分結(jié)焦的催化劑在高溫和壓力條件下接觸流化劑(通常是空氣)，一些催化劑再生在催化劑進料管道409內(nèi)進行。在沒有示出的另一實施方案中，催化劑進料管道409在殼體401的側(cè)面上開口，以至于將至少部分結(jié)焦的催化劑引入密相415的較高區(qū)域中。
運行中，在有效使至少部分結(jié)焦的催化劑至少部分地再生的條件下，密相415中的至少部分結(jié)焦的催化劑接觸經(jīng)由再生介質(zhì)入口411接收的再生介質(zhì)。如果再生單元400不包括分配區(qū)419，則催化劑進料管道409穿過再生器底端隔板417并將至少部分結(jié)焦的催化劑直接釋放至再生區(qū)中以形成密相415，而不通過分配器格柵418。
另外提供與再生區(qū)流動聯(lián)通的催化劑回路410。該催化劑回路410引導至少部分再生的催化劑離開催化劑再生器400的再生區(qū)并最終回到HCA。如圖所示，催化劑回路410包括用于從密相415接收該至少部分再生的催化劑的催化劑出口。理想地，催化劑回路410與未示出的一系列管道流動聯(lián)通，該管道使至少部分再生的催化劑任選地在它經(jīng)過催化劑冷卻器后引回到烴轉(zhuǎn)化設備。如圖4A所示，催化劑回路410延伸通過再生器底端隔板417、分配區(qū)419和分配器格柵118，以及優(yōu)選延伸至密相415中，在密相表面433以下。然而，在沒有示出的另外的實施方案中，催化劑回路410延伸通過密相表面433，而且任選地延伸至分離區(qū)405。因而，催化劑出口任選地開口在密相415或分離區(qū)405中并從中接收催化劑。
優(yōu)選地，催化劑回路410在最低的阻隔構(gòu)件下方約1-約3m開口在密相415中。作為選擇地，催化劑回路410延伸通過一個或多個阻隔構(gòu)件450。在另一實施方案中，催化劑回路410在殼體401上形成開口，例如，在容器側(cè)面上，而且與向下成角度的管道(未示出)流動聯(lián)通。
催化劑回路410的遠端任選地包括槽紋部件435，其具有窄的近端和形成催化劑出口的寬的遠端。該窄的近端連在形成催化劑回路410的管狀管道上。槽紋部件435提供接收容量增大的催化劑出口，從而促進催化劑從催化劑再生器400中除去。該寬的遠端任選地包括一個或多個凹槽，其通過增加催化劑出口的接收面積而進一步提高催化劑回路410的接收容量。
圖5A顯示本發(fā)明另一實施方案的流化床反應器的部分縱向截面圖。如圖所示，該流化床反應器是催化劑再生器，一般標記為500，然而在催化劑再生器500中公開的特征也可以用于非再生器的流化床反應器中。圖5A的再生器500包含多層阻隔構(gòu)件。具體地，圖5A所示的阻隔構(gòu)件包含由多個反向“V”形構(gòu)件形成的棚型擋板。具體地，如圖所示，阻隔構(gòu)件包含中央阻隔構(gòu)件551和側(cè)面阻隔構(gòu)件550。
所述催化劑再生器500包括催化劑進料管道509、催化劑回路510、一個或多個再生介質(zhì)入口511、一個或多個再生介質(zhì)進料管道524、排氣口512和殼體501。當然，所示的催化劑再生器完全是示例性的，再生介質(zhì)進料管道524、催化劑進料管道509、催化劑回路510或該催化劑再生器500的其它構(gòu)件的布置可以根據(jù)設計優(yōu)選方案寬范圍地變化。殼體501包括內(nèi)表面和外表面，而且限定出密相515的側(cè)壁，在其中至少部分結(jié)焦的催化劑在有效使該結(jié)焦的催化劑至少部分地再生的條件下接觸再生介質(zhì)。殼體501還限定出分離區(qū)505，在其中使氣態(tài)組分與夾帶的催化劑分離。殼體501另外限定出再生器頂端隔板516和再生器底端隔板517。任選地，殼體501用耐火材料的內(nèi)部絕緣襯里(未示出)絕熱。分離裝置523、分配器格柵518和阻隔構(gòu)件應當由能夠經(jīng)受住催化劑再生所必需的高溫的合金鋼、例如304H SS形成，以及任選地用耐燒蝕的耐火材料覆蓋。
密相515的下端以分配器格柵518面向遠端的表面作為邊界。在沒有該任選的分配器格柵518(例如提供噴射器)的實施方案中，密相515的下端任選地與再生器底端隔板517的內(nèi)表面相鄰。也就是說，再生器底端隔板517的內(nèi)表面任選地限定密相515的下端。如圖所示，密相515作為中空的圓柱體、例如管狀構(gòu)件形成，在其整個縱向長度上限定出恒定的或基本上恒定的截面中空面積，盡管密相515的截面可以形成任意的各種形狀，如圓形、橢圓形、正方形、六邊形等。然而，通過提供在其整個縱向長度上具有恒定截面積的密相515，可以實現(xiàn)理想一致的催化劑再生性能，如表觀速度。
本發(fā)明的催化劑再生器500還優(yōu)選包括在密相表面533以上或以下設置的多個阻隔構(gòu)件。如圖所示，阻隔構(gòu)件包含中央阻隔構(gòu)件551和外側(cè)阻隔構(gòu)件550，兩者都完全設置在密相表面533以下。通過在密相515內(nèi)設置阻隔構(gòu)件，細粉末貧化的全體催化劑顆粒能夠顯示出期望的流化特性。提供阻隔構(gòu)件以使夾帶催化劑的向上慣性運動突然停止，并使密相515中形成的“鼓泡”破碎。通過改進細粉末貧化的全體催化劑顆粒的流化特性，該阻隔構(gòu)件還有助于催化劑顆粒轉(zhuǎn)移到豎管內(nèi)，如催化劑回路510，以及最終回到HCA(未示出)。
在圖5A所示的實施方案中，顯示出3個中央阻隔構(gòu)件551，每一個由反向“V”形的棚型擋板形成，其覆蓋密相515橫截面積的一部分。圖5A還顯示3層外側(cè)阻隔構(gòu)件550，其處于每一層中央阻隔構(gòu)件551之間。也就是說，在所示的實施方案中，每一級或每一層的阻隔構(gòu)件優(yōu)選在中央阻隔構(gòu)件551和外側(cè)阻隔構(gòu)件550之間交替，產(chǎn)生催化劑顆粒為了達到密相表面533必須穿過的迷宮。
在沒有顯示的一種實施方案中，每一個阻隔構(gòu)件由以上參照圖4A和4B所述的“地鐵格柵”形成。
圖5B顯示中央阻隔構(gòu)件551和外側(cè)阻隔構(gòu)件550的詳細側(cè)視圖。如圖所示，中央阻隔構(gòu)件551各自包含頂點554并從再生器500的一端延伸到另一端。優(yōu)選地，各個獨立的外側(cè)阻隔構(gòu)件550沿著弦桿(chord)延伸，弦桿與相鄰的中央阻隔構(gòu)件551沿著它的外邊緣重疊。任選地，每一個中央阻隔構(gòu)件551和/或每一個外側(cè)阻隔構(gòu)件550分別包含多個開口553和552，其橫貫該阻隔構(gòu)件的邊緣以促進密相515中鼓泡的破碎。
優(yōu)選地，再生器500包括多層中央阻隔構(gòu)件551，其各自跨越密相515直徑一小部分以使得形成敞開區(qū)域，該區(qū)域優(yōu)選地由相鄰的外側(cè)阻隔構(gòu)件550重疊。
分離區(qū)505優(yōu)選由中空圓柱體、例如管狀構(gòu)件形成，其具有一致的或基本上一致的橫截面積，從而為其中所含的夾帶催化劑提供一致的表觀速度特征。任選地，如圖5A所示，催化劑再生器500包括增壓殼體527和增壓容積528。
從催化劑再生器500釋放再生燃燒產(chǎn)物和可能未反應的再生介質(zhì)的排氣口512與一個或多個分離裝置523的頂端敞開地相連。在增壓殼體527的界線內(nèi)形成增壓容積528，該增壓殼體與再生器頂端隔板516相連。提供增壓殼體527和增壓容積528以收集離開分離裝置523的再生燃燒產(chǎn)物和可能未反應的再生介質(zhì)，并將該物質(zhì)引導至排氣口512，其在增壓容積528附近與分離區(qū)505敞開地相連。排氣口512將再生燃燒產(chǎn)物和可能未反應的再生介質(zhì)傳送離開催化劑再生器500。這種增壓設計在采用多個分離裝置523的實施方案中特別有用，例如象圖5A所示那樣，其中兩套旋風式分離器經(jīng)由增壓容積528與單一的排氣口512相連。增壓殼體527在本發(fā)明的再生器500中是任選的，因為一些分離裝置如某些旋風式分離器、過濾器、篩網(wǎng)、撞擊裝置、塔板或錐體充分起到了直接除去氣態(tài)產(chǎn)物的作用。
在優(yōu)選的實施方案中，分離區(qū)505(優(yōu)選其上部區(qū)域)包括一個或多個分離裝置523，其用于在分離區(qū)505中分離夾帶的催化劑與氣態(tài)組分。該分離裝置523任選地是旋風式分離器、過濾器、篩網(wǎng)、撞擊裝置、塔板、錐體或者會在分離區(qū)505中分離夾帶的催化劑與氣態(tài)組分的任意其它裝置。圖5A所示的分離裝置523是旋風式分離器，其各自具有從分離區(qū)505接收氣態(tài)組分和夾帶催化劑的分離單元入口537，以及相對于分離單元入口537向近端引導經(jīng)過分離的催化劑顆粒的催化劑返回浸入管536。
在優(yōu)選的實施方案中，催化劑再生器500包括分配區(qū)519，其理想地位于再生區(qū)密相515以下。在將再生介質(zhì)引入密相515之前，通過一個或多個再生介質(zhì)進料管道524將它引入分配區(qū)519中。分配器格柵518將分配區(qū)519與密相515分開。該分配器格柵518包括一個或多個再生介質(zhì)入口511(如圖所示，有多個再生介質(zhì)入口511)，通過該入口使再生介質(zhì)從分配區(qū)519釋放至密相515中。包括分配器格柵的催化劑再生器實施方案提供了理想均勻的再生介質(zhì)分配特性。分配區(qū)519和分配器格柵518提供的另外優(yōu)點在于，在再生區(qū)504以及在密相515中提供低的表觀速度。
催化劑進料管道509優(yōu)選與密相515流動聯(lián)通并將至少部分結(jié)焦的催化劑優(yōu)選以流化方式引導至再生區(qū)中。該催化劑進料管道509任選地與烴轉(zhuǎn)化設備、汽提單元和/或催化劑冷卻器中的一個或多個流動聯(lián)通，它們都沒有在圖5A中顯示。如圖5A所示，催化劑進料管道509延伸通過再生器底端隔板517、分配區(qū)519和分配器格柵518。作為選擇地，催化劑進料管道509延伸通過一個或多個阻隔構(gòu)件。因而，該催化劑進料管道509優(yōu)選將至少部分結(jié)焦的催化劑直接釋放至再生區(qū)中以形成密相515。
另外提供與再生區(qū)流動聯(lián)通的催化劑回路510。該催化劑回路510引導至少部分再生的催化劑離開催化劑再生器500的再生區(qū)并最終回到烴轉(zhuǎn)化設備。如圖5A所示，催化劑回路510延伸通過再生器底端隔板517、分配區(qū)519和分配器格柵518。催化劑回路510優(yōu)選延伸至密相515中，但是在密相表面533以下，如圖所示。在沒有示出的另一實施方案中，催化劑回路510延伸通過一個或多個阻隔構(gòu)件。任選地，催化劑回路510延伸通過密相表面533，而且延伸至分離區(qū)505中。催化劑回路510的遠端任選地包括槽紋部件535，其具有窄的近端和形成催化劑出口的寬的遠端，如上所述。
由密相515中的擋板限定的整個敞開表面積任選地是密相515的整個橫截面積的約20％-約80％、優(yōu)選約40％-約60％以及最優(yōu)選約45％-約55％。因而，阻隔構(gòu)件優(yōu)選覆蓋流化床整個橫截面積的一部分，任選地為流化床整個橫截面積的約20-約80％，約40-約60％或約45-約55％。另外地或者可供替代地，一個或多個初級阻隔構(gòu)件包含至少一個地鐵格柵型擋板，其覆蓋流化床整個橫截面積的一部分。該地鐵格柵型擋板任選地覆蓋流化床整個橫截面積的約60-約95％，約70-約95％或約80-約90％。阻隔構(gòu)件自身任選地包含孔或貫穿的其它孔口，以進一步使由于密相515中所含全體催化劑顆粒的細粉末含量低而形成的密相515中的氣泡尺寸破碎。
V.含氧化合物至烯烴反應系統(tǒng)在優(yōu)選的實施方案中，本發(fā)明涉及在含氧化合物至烯烴(OTO)反應系統(tǒng)或在與OTO反應系統(tǒng)相連的催化劑再生系統(tǒng)中改進細粉末含量低的催化劑顆粒的流化。優(yōu)選地該OTO反應系統(tǒng)包含以下更詳細描述的甲醇至烯烴(MTO)反應系統(tǒng)。
在MTO反應工藝中，在有效使至少一部分的含氧化合物轉(zhuǎn)化成輕質(zhì)烯烴以及使催化劑至少部分地失活以形成至少部分失活的催化劑如結(jié)焦的催化劑的條件下，含氧化合物如甲醇在HCA中接觸催化劑。將至少部分失活的催化劑引入按照本發(fā)明的催化劑再生器，在其中使該至少部分失活的催化劑再生以形成再生催化劑。將至少一部分再生催化劑引入反應單元。失活催化劑任選地在汽提單元中在有效從失活催化劑中除去空隙間的烴的條件下接觸汽提介質(zhì)。
現(xiàn)在將更詳細地描述與本發(fā)明的催化劑再生器一起提供的HCA的類型。反應工藝可以在各種催化HCA中進行，諸如具有結(jié)合在一起的緊密床或固定床反應區(qū)和/或快速流化床反應區(qū)的混合反應器，循環(huán)流化床反應器，提升管反應器等等。適合的常規(guī)反應器類型例如在US專利4,076,796、US專利6,287,522(雙重提升管)和FluidizationEngineering，D.Kunii和O.Levenspiel，Robert E.KriegerPublishing Company，New York，New York 1977中得到描述，它們?nèi)荚诖艘牍﹨⒖肌?br> 優(yōu)選的HCA類型選自提升管反應器，其一般地在Riser Reactor，F(xiàn)luidization and Fluid-Particle Systems，第48-59頁，F(xiàn).A.Zenz和D.F.Othmer，Reinhold Publishing Corporation，New York，1960，以及US專利6,166,282(快速流化床反應器)中得到描述，該文獻在此引入供參考。最優(yōu)選地，HCA包括多個提升管反應器，如Lattner等的2000年5月4日提交的美國專利申請序號09/564,613所公開的那樣，其全文在此引入供參考。
將優(yōu)選包含一種或多種含氧化合物的新鮮原料任選地與一種或多種稀釋劑一起，送入給定反應器單元內(nèi)的一個或多個提升管反應器中，其中引入沸石或非沸石分子篩催化劑組合物或其結(jié)焦變型。在一種實施方案中，該分子篩催化劑組合物或其結(jié)焦變型在引入提升管反應器之前與液體或氣體或它們的組合接觸，優(yōu)選該液體是水或甲醇，該氣體是惰性氣體如氮氣或蒸汽。
進入單獨的反應器系統(tǒng)的原料優(yōu)選在第一反應器區(qū)中部分或完全轉(zhuǎn)化成氣態(tài)流出物，它與至少部分失活的結(jié)焦分子篩催化劑組合物一起進入分離容器中。在優(yōu)選的實施方案中，設計該分離容器內(nèi)的旋風分離器以使分子篩催化劑組合物、優(yōu)選結(jié)焦的分子篩催化劑組合物在分離區(qū)內(nèi)與含有一種或多種烯烴的氣態(tài)流出物分離。優(yōu)選旋風分離器，然而分離容器內(nèi)的重力作用也會使催化劑組合物與氣態(tài)流出物分離。分離催化劑組合物與氣態(tài)流出物的其它方法包括使用板、罩、肘管等。
在單獨的HCA內(nèi)的分離系統(tǒng)的一種實施方案中，分離系統(tǒng)包括分離容器。在一種實施方案中，該分離容器的下部是汽提區(qū)。在該汽提區(qū)中，至少部分結(jié)焦的分子篩催化劑組合物與汽提介質(zhì)接觸，該介質(zhì)是氣體，優(yōu)選蒸汽、甲烷、二氧化碳、一氧化碳、氫氣或惰性氣體如氬氣中的一種或組合，優(yōu)選蒸汽，以從至少部分結(jié)焦的分子篩催化劑組合物中回收吸附的空隙間的烴，然后將該催化劑組合物引入再生系統(tǒng)中。理想地，對于每1000磅催化劑，向汽提單元提供約2-約10、更優(yōu)選約2-約6以及最優(yōu)選約3-約5磅的汽提介質(zhì)例如蒸汽。在另一實施方案中，汽提區(qū)處于獨立于分離容器的容器中，以及在結(jié)焦的分子篩催化劑組合物上，優(yōu)選在250℃-約750℃、優(yōu)選約350℃-650℃的高溫下，以基于氣體體積與結(jié)焦的分子篩催化劑組合物體積1hr-1-約20,000hr-1的氣時表觀速度(GHSV)通入汽提介質(zhì)。
在用硅鋁磷酸鹽分子篩催化劑組合物將含氧化合物轉(zhuǎn)化成烯烴的工藝的一種優(yōu)選實施方案中，該工藝在至少20hr-1的WHSV和小于0.016、優(yōu)選小于或等于0.01的溫度校正標準化甲烷選擇性(TCNMS)下運行。例如參見US專利5,952,538，其在此全面引入供參考。
本發(fā)明的任選的多重提升管HCA可用于進行幾乎所有的使用流化催化劑的烴轉(zhuǎn)化工藝。通常的反應包括例如烯烴互相轉(zhuǎn)化反應、含氧化合物至烯烴的轉(zhuǎn)化反應(例如MTO反應)、含氧化合物至汽油的轉(zhuǎn)化反應、馬來酸酐制備反應、汽相甲醇合成、鄰苯二甲酸酐制備反應、費-托反應和丙烯腈制備反應。
用于將含氧化合物轉(zhuǎn)化為烯烴的工藝采用包括含氧化合物的進料。用于本文時，術(shù)語“含氧化合物”定義為包括但不必限于含有氧的烴，例如下列脂族醇、醚、羰基化合物(醛、酮、羧酸、碳酸酯等)，和它們的混合物。脂族結(jié)構(gòu)部分理想地應含有約1-10個碳原子，更理想地含有約1-4個碳原子。代表性的含氧化合物包括但不必限于較低分子量的直鏈或支鏈脂族醇和它們的不飽和對應物。合適的含氧化合物的實例包括但不必限于以下甲醇、乙醇、正丙醇、異丙醇、C4-C10醇、甲乙醚、二甲醚、乙醚、二異丙醚、甲酸甲酯、甲醛、碳酸二甲酯、碳酸甲乙酯、丙酮和它們的混合物。理想地，用于轉(zhuǎn)化反應中的含氧化合物選自甲醇、二甲醚和它們的混合物。更理想地，含氧化合物是甲醇。向提升管反應器中加入的總進料可以含有其它組分，例如稀釋劑。
可以與含氧化合物一起向提升管反應器中加入一種或多種稀釋劑，以使得總進料混合物包含約1mol％-約99mol％的稀釋劑。所述工藝中可以采用的稀釋劑包括但不必限于氦氣、氬氣、氮氣、一氧化碳、二氧化碳、氫氣、水、石蠟、其它烴(如甲烷)、芳族化合物和它們的混合物。理想的稀釋劑包括但不必限于水和氮氣。
可以將一部分進料以液體形式提供至HCA。當部分進料是以液體形式供給時，該進料的液體部分可以是含氧化合物、稀釋劑或兩者的混合物?？梢詫⑦M料的液體部分直接注入各個提升管反應器，或者用進料的蒸氣部分或合適的載氣/稀釋劑夾帶或攜帶進入提升管反應器。通過在液相中提供部分進料(含氧化合物和/或稀釋劑)，可以控制提升管反應器內(nèi)的溫度。通過進料液體部分的蒸發(fā)的吸熱，含氧化合物轉(zhuǎn)化反應的放熱部分地被吸收。控制加入反應器的液體進料與氣體進料的比例是控制反應器溫度，尤其是提升管反應器內(nèi)溫度的可行方法之一。
任選地將液體原料獨立地或與蒸氣原料共同地送入。以液體形式供給的進料量，不管是單獨供給還是與蒸氣進料一起供給，都是進料中總含氧化合物含量加稀釋劑的約0.0wt％-約85wt％。更理想地，所述范圍是總含氧化合物加稀釋劑進料的約1wt％-約75wt％，以及最理想地為約5wt％-約65wt％。進料的液體部分和蒸氣部分可以是相同組成，或者可以含有不同比例的相同或不同含氧化合物和相同或不同稀釋劑。一種特別有效的液體稀釋劑是水，由于其較高的蒸發(fā)熱，水能夠以相對較小的比例對反應器溫度差具有大的影響。其它可用的稀釋劑如上所述。合適選擇加入反應器的任意合適的含氧化合物和/或稀釋劑的溫度和壓力，將確保至少部分進料在其進入反應器時、和/或與催化劑或進料和/或稀釋劑的蒸氣部分接觸時處于液相中。
任選地，進料的液體部分可以分成幾部分，并引入提升管反應器中沿著該提升管反應器長度方向的多個位置?？梢杂煤趸衔镞M料、稀釋劑或其兩者進行這種操作。通常用進料的稀釋劑部分進行這種操作。另一種選擇是提供噴嘴，該噴嘴以形成適當大小分布的液滴的方式，將進料的整個液體部分引入到提升管反應器中，當被引入提升管反應器的氣體和固體夾帶時，所述液滴沿著提升管反應器的長度逐漸汽化。這些布置之一或者它們的組合可以用于更好地控制提升管反應器內(nèi)的溫度差。在反應器中引入多個液體進料點或者設計液體進料噴嘴來控制液滴大小分布的方法在本領(lǐng)域是眾所周知的，在此不再討論。
適合于催化含氧化合物至烯烴轉(zhuǎn)化反應的催化劑包括分子篩和分子篩的混合物。分子篩可以是沸石型(沸石)或非沸石型(非沸石)。有用的催化劑還可以由沸石型和非沸石型分子篩的混合物制成。理想地，催化劑包括非沸石型分子篩。用于含氧化合物至烯烴轉(zhuǎn)化反應的理想分子篩包括“小”和“中”孔分子篩?！靶】住狈肿雍Y定義為孔徑小于約5.0的分子篩。“中孔”分子篩定義為孔徑為約5.0-約10.0的分子篩。
可用的沸石型分子篩包括但不限于絲光沸石、菱沸石、毛沸石、ZSM-5、ZSM-34、ZSM-48和它們的混合物。制備這些分子篩的方法在本領(lǐng)域是公知的，在此無需討論。適合用于本發(fā)明的小孔分子篩的結(jié)構(gòu)類型包括AEI、AFT、APC、ATN、ATT、ATV、AWW、BIK、CAS、CHA、CHI、DAC、DDR、EDI、ERI、GOO、KFI、LEV、LOV、LTA、MON、PAU、PHI、RHO、ROG、THO，及其取代形式。適合用于本發(fā)明的中孔分子篩的結(jié)構(gòu)類型包括MFI、MEL、MTW、EUO、MTT、HEU、FER、AFO、AEL、TON，及其取代形式。
硅鋁磷酸鹽(“SAPO”)是可用于含氧化合物至烯烴轉(zhuǎn)化反應的一組非沸石型分子篩。SAPO包括[SiO2]、[AlO2]和[PO2]四面體單元的三維微孔晶體骨架結(jié)構(gòu)。Si結(jié)合到結(jié)構(gòu)中的方式可以通過29Si MASNMR測定。參見Blackwell和Patton，J.Phys.Chem.，92，3965(1988)。理想的SAPO分子篩在29Si MAS NMR中顯現(xiàn)化學位移[(Si)]在-88至-96ppm范圍內(nèi)的一個或多個峰，在該范圍內(nèi)的總峰面積為化學位移[(Si)]在-88至-115ppm范圍內(nèi)的所有峰的總峰面積的至少20％，其中[(Si)]化學位移參考外標四甲基硅烷(TMS)。
希望所述工藝中所用的硅鋁磷酸鹽分子篩具有相對較低的Si/Al2比。通常，Si/Al2比越低，C1-C4飽和化合物的選擇性、尤其是丙烷選擇性越低。小于0.65的Si/Al2比是理想的，優(yōu)選Si/Al2比不超過0.40，特別優(yōu)選Si/Al2比不超過0.32。
通常將硅鋁磷酸鹽分子篩分為具有8、10或12元環(huán)結(jié)構(gòu)的微孔材料。這些環(huán)結(jié)構(gòu)可以具有約3.5-15的平均孔徑。優(yōu)選的是平均孔徑為約3.5-5，更優(yōu)選4.0-5.0的小孔SAPO分子篩。這些孔徑是典型的具有8元環(huán)的分子篩。
通常，硅鋁磷酸鹽分子篩包含共享角的[SiO2]、[AlO2]和[PO2]四面體單元的分子骨架。這種骨架類型有效地將各種含氧化合物轉(zhuǎn)化為烯烴產(chǎn)物。
用于含氧化合物至烯烴轉(zhuǎn)化工藝中的合適的硅鋁磷酸鹽分子篩包括SAPO-5，SAPO-8，SAPO-11，SAPO-16，SAPO-17，SAPO-18，SAPO-20，SAPO-31，SAPO-34，SAPO-35，SAPO-36，SAPO-37，SAPO-40，SAPO-41，SAPO-42，SAPO-44，SAPO-47，SAPO-56，以及它們的含金屬的形式，和它們的混合物。因而，通過催化劑再生器再生的至少部分結(jié)焦的催化劑任選地包含選自以下的分子篩顆粒SAPO-5，SAPO-8，SAPO-11，SAPO-16，SAPO-17，SAPO-18，SAPO-20，SAPO-31，SAPO-34，SAPO-35，SAPO-36，SAPO-37，SAPO-40，SAPO-41，SAPO-42，SAPO-44，SAPO-47，SAPO-56，以及它們的含金屬的形式，和它們的混合物。優(yōu)選SAPO-18，SAPO-34，SAPO-35，SAPO-44和SAPO-47，尤其是SAPO-18和SAPO-34，包括它們的含金屬形式和它們的混合物。用于本文時，術(shù)語混合物與組合是同義詞，并被認為是以各種比例具有兩種或多種組分的物質(zhì)的組合物，而不管它們的物理狀態(tài)如何。
優(yōu)選地，送入催化劑再生器的至少部分結(jié)焦的催化劑具有約20μm-約200μm的d50粒度。dx粒度是指x體積％經(jīng)配制的催化劑組合物顆粒具有不大于該dx值的粒徑。對于本定義而言，用于定義dx值的粒度分布(PSD)用來自Microtrac，Inc.(Clearwater，F(xiàn)lorida)的Microtrac Model 3000粒度分析儀采用已知的激光散射技術(shù)測量。用于本文時，“粒徑”是指規(guī)定的球形顆粒的直徑或者非球形顆粒的等效直徑，如使用Microtrac Model 3000粒度分析儀通過激光散射測量的那樣。
如果需要，其它形成烯烴的分子篩材料可以與硅鋁磷酸鹽催化劑混合。存在若干類型的分子篩，每一種具有不同的性能。適合用于本發(fā)明的小孔分子篩的結(jié)構(gòu)類型包括AEI、AFT、APC、ATN、ATT、ATV、AWW、BIK、CAS、CHA、CHI、DAC、DDR、EDI、ERI、GOO、KFI、LEV、LOV、LTA、MON、PAU、PHI、RHO、ROG、THO，及其取代形式。適合用于本發(fā)明的中孔分子篩的結(jié)構(gòu)類型包括MFI、MEL、MTW、EUO、MTT、HEU、FER、AFO、AEL、TON，及其取代形式?？梢耘c硅鋁磷酸鹽催化劑組合的優(yōu)選分子篩包括ZSM-5、ZSM-34、毛沸石和菱沸石。
取代的SAPO形成一類稱作“MeAPSO”的分子篩，它們也可以用于本發(fā)明。制備MeAPSO的方法在本領(lǐng)域是已知的。帶有取代物的SAPO如MeAPSO也可合用于本發(fā)明。合適的取代物“Me”包括但不必限于鎳、鈷、錳、鋅、鈦、鍶、鎂、鋇和鈣。取代物可以在合成MeAPSO的過程中結(jié)合進去。或者，取代物可以在合成SAPO或MeAPSO后利用許多方法結(jié)合。這些方法包括但不必限于離子交換、早期濕潤、干混、濕混、機械混合和它們的組合。
理想的MeAPSO是孔徑小于約5的小孔MeAPSO。小孔MeAPSO包括但不必限于NiSAPO-34、CoSAPO-34、NiSAPO-17、CoSAPO-17和它們的混合物。
帶有取代物的鋁磷酸鹽(ALPO)也稱作“MeAPO”，是另一組可適用于含氧化合物至烯烴轉(zhuǎn)化反應的分子篩，理想的MeAPO是小孔MeAPO。制備MeAPO的方法在本領(lǐng)域是已知的。合適的取代物包括但不必限于鎳、鈷、錳、鋅、鈦、鍶、鎂、鋇和鈣。取代物可以在合成MeAPO的過程中引入進去。或者，取代物可以在合成ALPO或MeAPO后利用許多方法引入。這些方法包括但不必限于離子交換、早期濕潤、干混、濕混、機械混合和它們的組合。
還可以將分子篩引入到固體組合物、優(yōu)選固體顆粒中，其中分子篩以有效催化所需的轉(zhuǎn)化反應的量存在。固體顆?？梢园ù呋行Я康姆肿雍Y和基質(zhì)材料，優(yōu)選填料和粘合劑材料中的至少一種，以使所述固體組合物具有一種或多種所需的性能，例如所需的催化劑稀釋、機械強度等。這類基質(zhì)材料往往在一定程度上是多孔性質(zhì)的，并且往往具有一些非選擇性的催化活性，從而促進了不希望的產(chǎn)物的形成，并且可能或不可能有效地促進所需的化學轉(zhuǎn)化。這樣的基質(zhì)材料(如填料和粘合劑)包括例如合成的和天然存在的物質(zhì)、金屬氧化物、粘土、二氧化硅、氧化鋁、二氧化硅-氧化鋁、二氧化硅-氧化鎂、二氧化硅-氧化鋯、二氧化硅-氧化釷、二氧化硅-氧化鈹、二氧化硅-二氧化鈦、二氧化硅-氧化鋁-氧化釷、二氧化硅-氧化鋁-氧化鋯、和這些材料的混合物。
固體催化劑組合物優(yōu)選包含約1wt％-約99wt％，更優(yōu)選約5wt％-約90wt％，甚至更優(yōu)選約10wt％-約80wt％的分子篩；以及約1wt％-約99wt％，更優(yōu)選約5wt％-約90wt％，甚至更優(yōu)選約10wt％-約80wt％的基質(zhì)材料。
包含分子篩和基質(zhì)材料的固體催化劑組合物如固體顆粒的制備方法是常規(guī)的，并且在本領(lǐng)域是眾所周知的，因此在此不再詳細描述。
催化劑可以進一步含有粘合劑、填料或其它材料，以提供更好的催化性能、抗磨耗性、再生性和其它需要的性能。理想地，催化劑在反應條件下是可流化的。催化劑的粒度應當為約5μ-約3,000μ，理想地為約10μ-約200μ，更理想地為約20μ-約150μ?？梢詫Υ呋瘎┻M行多種處理以達到所需的物理化學特性。這類處理包括但不必限于煅燒、球磨、碾磨、研磨、噴霧干燥、水熱處理、酸處理、堿處理和它們的組合。
理想地，在一個或多個HCA中進行的含氧化合物至烯烴的轉(zhuǎn)化反應采用大于1米/秒(m/s)的提升管反應器中的氣體表觀速度。用于本文和權(quán)利要求書中時，術(shù)語“氣體表觀速度”定義為蒸發(fā)的原料和任意稀釋劑的體積流量除以敞開的反應器截面積。由于含氧化合物在流經(jīng)反應器的同時轉(zhuǎn)化為包括輕質(zhì)烯烴的產(chǎn)物，因此氣體表觀速度在反應器內(nèi)的不同位置會不同，其取決于存在的氣體的總摩爾數(shù)以及反應器內(nèi)具體位置的截面積、溫度、壓力和其它有關(guān)的反應參數(shù)。在反應器內(nèi)任何位置，包括在原料中存在的任何稀釋劑的氣體表觀速度維持在大于1米/秒(m/s)的速度。理想地，該氣體表觀速度大于約2m/s。更理想地，該氣體表觀速度大于約2.5m/s。甚至更理想地，該氣體表觀速度大于約4m/s。最理想地，該氣體表觀速度大于約8m/s。
將氣體表觀速度維持在這些速率增加了在提升管反應器內(nèi)流動的氣體的活塞式流動行為的途徑。當氣體表觀速度增加到1m/s以上時，攜帶氣體的固體的內(nèi)部再循環(huán)的減少導致氣體軸向擴散或返混的降低。(當均勻流體反應物成分以活塞運動形式平行于反應器軸移動通過反應器時，出現(xiàn)理想的活塞式流動行為)。氣體在反應器中返混現(xiàn)象的最小化增加了含氧化合物轉(zhuǎn)化反應中對所需的輕質(zhì)烯烴的選擇性。
當氣體表觀速度接近1m/s或更高時，離開提升管反應器的氣體可以夾帶反應器中相當大部分的催化劑。至少一部分離開提升管反應器的催化劑將通過催化劑回路再循環(huán)，以再次接觸進料。
理想地，被再循環(huán)以與進料再次接觸的催化劑(包括分子篩和任何其它材料如粘合劑、填料等)的速率，是加入到反應器的含氧化合物總加料速率的約1-約100倍，更理想地為約10-約80倍，最理想地為約10-約50倍，以重量計。
可用于將含氧化合物轉(zhuǎn)化為輕質(zhì)烯烴的溫度可在寬范圍內(nèi)變化，它至少部分取決于催化劑、催化劑混合物中再生催化劑的分數(shù)，以及反應器設備和反應器的構(gòu)造。盡管這些工藝并不限于特定的溫度，但是如果在約200℃-約1000℃、更優(yōu)選約200℃-約700℃、理想地約250℃-約600℃以及最理想地在約300℃-約550℃的溫度下進行所述工藝，可以達到最好的結(jié)果。較低的溫度通常導致較低的反應速率，并且所需的輕質(zhì)烯烴產(chǎn)物的生成速率也明顯較低。然而，在高于700℃的溫度下，該工藝不能形成最佳量的輕質(zhì)烯烴產(chǎn)物，并且焦炭和輕質(zhì)飽和物在催化劑上形成的速率可能變得太高。
盡管不必以最佳的量，輕質(zhì)烯烴將在寬的壓力范圍內(nèi)形成，包括但不限于約0.1kPa-約5MPa的壓力。理想的壓力在約5kPa-約1MPa以及最理想地在約20kPa-約500kPa。如果存在稀釋劑的話，上述壓力不包括稀釋劑的壓力，并且當進料涉及含氧化合物和/或它們的混合物時，上述壓力是指進料的分壓?？梢允褂盟龇秶獾膲毫Γ⑶也慌懦诒景l(fā)明的范圍外。壓力的下限和上限可能不利地影響選擇性、轉(zhuǎn)化率、結(jié)焦速率和/或反應速率；然而，仍然會形成輕質(zhì)烯烴，因此，壓力的這些極限被認為是本發(fā)明的一部分。
寬范圍的含氧化合物轉(zhuǎn)化反應的WHSV可用于本發(fā)明，所述WHSV定義為相對于每單位重量的在提升管反應器中的催化劑中的分子篩，每小時向提升管反應器中加入的總含氧化合物的重量。向提升管反應器中加入的總含氧化合物包括在汽相和液相中的所有含氧化合物。盡管催化劑可以含有作為惰性物質(zhì)、填料或粘合劑的其它材料，但是計算WHSV時僅使用提升管反應器中的催化劑中的分子篩的重量。WHSV理想地高到足以在反應條件下以及在反應器構(gòu)造和設計內(nèi)，將催化劑維持在流化狀態(tài)。通常，WHSV為約1hr-1-約5000hr-1，理想地為約2hr-1-約3000hr-1，以及最理想地為約5hr-1-約1500hr-1。申請人已發(fā)現(xiàn)，在WHSV大于20hr-1下進行含氧化合物至烯烴的轉(zhuǎn)化反應，將降低轉(zhuǎn)化反應的產(chǎn)物組成(product slate)中甲烷的含量。因此，轉(zhuǎn)化反應理想地在至少約20hr-1的WHSV下進行。對于包含甲醇、二甲醚或它們的混合物的進料，WHSV理想地為至少約20hr-1，更理想地為約20hr1-約300hr-1。
本發(fā)明中制備優(yōu)選的烯烴產(chǎn)物的方法可以包括從烴如油、煤、焦油砂、頁巖、生物質(zhì)和天然氣制備含氧化合物組合物的附加步驟。制備所述組合物的方法在本領(lǐng)域是已知的。這些方法包括發(fā)酵成醇或醚，制備合成氣，然后將合成氣轉(zhuǎn)化成醇或醚。合成氣可以通過已知方法如蒸汽轉(zhuǎn)化、自熱轉(zhuǎn)化和部分氧化來制備。
本領(lǐng)域技術(shù)人員還將知道，通過本發(fā)明的含氧化合物至烯烴轉(zhuǎn)化反應制備的烯烴可以聚合形成聚烯烴，尤其是聚乙烯和聚丙烯。由烯烴制備聚烯烴的方法在本領(lǐng)域是已知的。優(yōu)選催化方法。特別優(yōu)選的是茂金屬、齊格勒/納塔和酸催化體系。參見例如美國專利3,258,455、3,305,538、3,364,190、5,892,079、4,659,685、4,076,698、3,645,992、4,302,565和4,243,691，其各自對催化劑和工藝的描述清楚地在此引入供參考。通常，這些方法包括在有效形成聚烯烴產(chǎn)物的壓力和溫度下，將烯烴產(chǎn)物與形成聚烯烴的催化劑接觸。
一種優(yōu)選的形成聚烯烴的催化劑是茂金屬催化劑。優(yōu)選的操作溫度范圍是50℃-240℃，并且反應可以在低壓、中壓或高壓下進行，無論如何在1-200巴下。對于溶液中進行的工藝來說，可以使用惰性稀釋劑，并且優(yōu)選的操作壓力范圍是10-150巴，優(yōu)選的溫度范圍是120℃-230℃。對于氣相工藝，優(yōu)選的是，溫度通常為60℃-160℃，操作壓力為5-50巴。
除了聚烯烴之外，由本發(fā)明方法制備的烯烴或由其回收的烯烴可以形成多種其它烯烴衍生物。它們包括但不限于醛、醇、乙酸、線性α-烯烴、乙酸乙烯酯、1，2-二氯乙烷和氯乙烯、乙苯、環(huán)氧乙烷、乙二醇、枯烯、異丙醇、丙烯醛、烯丙基氯、環(huán)氧丙烷、丙烯酸、乙丙橡膠和丙烯腈，以及乙烯、丙烯或丁烯的三聚體和二聚體。制備這些衍生物的方法在本領(lǐng)域是眾所周知的，因此本文不作討論。
VI.實施例鑒于下列非限制性的實施例，將更好地理解本發(fā)明。
實施例1和2在實施例1和2中，細粉末含量低的全體催化劑顆粒在流化床反應器中以0.15ft/s的容器速度進行流化。該流化床反應器主要是圖4所示的形式，然而提供有噴射器和外部分離裝置。實施例1在密相中包括2個圖4所示類型的地鐵格柵阻隔構(gòu)件，實施例2在密相中包括1個圖4所示類型的地鐵格柵阻隔構(gòu)件。實施例1和2的具體顆粒分布如下表I低細粉末含量PSD
在這些實施例中，經(jīng)過0-1200秒的時間段進行動態(tài)的床壓降測量。示于圖6中的實施例1的結(jié)果表明，提供2塊擋板時流化床中的壓力波動大約為+/-1英寸水柱。雖然細粉末含量低，該數(shù)據(jù)表示通常良好的流化，因為較低的壓力波動通常與較好的流化(較少的鼓泡爆裂)相對應。獲得42lb/ft3的流化密度。
示于圖7中的實施例2的結(jié)果表明，提供1塊擋板時流化床中的壓力波動大約為+/-2至3英寸水柱，反映出通常較差的流化。流化密度是42lb/ft3。
實施例3在實施例3中，細粉末含量低的全體催化劑顆粒在流化床反應器中以0.5ft/s的容器速度進行流化。該流化床反應器主要是圖5所示的形式，其具有6層反向“V”形的棚型阻隔構(gòu)件，然而提供有噴射器和外部分離裝置。具體的粒度分布如上述表I中所示。
在本實施例中，經(jīng)過0-1200秒的時間段進行動態(tài)的床壓降測量。示于圖8中的實施例3的結(jié)果表明，流化床中的壓力波動大約為+/-0.5至1.0英寸水柱。雖然細粉末含量低，這表示通常特別好的流化。
實施例4實施例4是比較例，其中細粉末含量低的全體催化劑顆粒在流化床反應器中以0.15ft/s的容器速度進行流化。該流化床反應器不含任何阻隔構(gòu)件。具體的粒度分布如上述表I中所示。
在本實施例中，經(jīng)過0-1200秒的時間段進行動態(tài)的床壓降測量。示于圖9中的實施例4的結(jié)果表明，流化床中的壓力波動大約為+/-4.0至5.0英寸水柱。這表示由于細粉末含量低造成的很差的流化。
實施例5實施例5是另一比較例，其中細粉末含量約8-12wt％的全體催化劑顆粒在流化床反應器中以0.07ft/s的容器速度進行流化。該流化床反應器不含任何阻隔構(gòu)件。
在本實施例中，經(jīng)過0-1200秒的時間段進行動態(tài)的床壓降測量。示于圖10中的實施例5的結(jié)果表明，流化床中的壓力波動大約為+/-0.5至1.0英寸水柱。這表示由于存在細粉末造成的特別好的流化。
以上參照各個示例性的和優(yōu)選的實施方案已經(jīng)描述了本發(fā)明的原理和操作方式。如同所屬領(lǐng)域技術(shù)人員理解的那樣，由權(quán)利要求限定的整個發(fā)明包含未在本文中逐一列舉的其它優(yōu)選實施方案。
權(quán)利要求
1.一種在反應器或再生器中使催化劑顆粒流態(tài)化的方法，其中所述方法包括以下步驟提供在反應器或再生器內(nèi)具有至少一個阻隔構(gòu)件的反應器或再生器；和在不大于1.0英寸(2.54cm)水柱的緊密床內(nèi)的壓力波動下，使多個顆粒在緊密床相中圍繞所述至少一個阻隔構(gòu)件以曲折路徑流動。
2.權(quán)利要求1的方法，其中所述密相具有101b/ft3(160.2kg/m3)-50lb/ft3(800.9kg/m3)的密度。
3.權(quán)利要求1或2的方法，其中所述多個顆粒在所述緊密床中以不大于5ft/sec(1.5m/s)流動。
4.前述權(quán)利要求任一項的方法，其中所述反應器或再生器具有至少兩個阻隔構(gòu)件。
5.權(quán)利要求4的方法，其中所述反應器或再生器具有交錯排列的至少兩個阻隔構(gòu)件。
6.前述權(quán)利要求任一項的方法，其中所述催化劑顆粒具有大于40μm的d2值。
7.權(quán)利要求6的方法，其中所述催化劑顆粒具有大于50μm的d2值。
8.權(quán)利要求7的方法，其中所述催化劑顆粒具有大于60μm的d2值。
9.前述權(quán)利要求任一項的方法，其中所述反應器或再生器包含反應區(qū)和分離區(qū)，以及所述緊密床處于所述反應區(qū)中。
10.前述權(quán)利要求任一項的方法，其中所述反應器或再生器進一步包含在所述分離區(qū)內(nèi)的一個或多個阻隔構(gòu)件以至少部分地阻礙夾帶催化劑的向上流動。
11.權(quán)利要求10的方法，其中一個或多個阻隔構(gòu)件設置在所述緊密床上方小于2米處。
12.前述權(quán)利要求任一項的方法，其中所述催化劑顆粒4-100的Peclet數(shù)流動。
13.權(quán)利要求12的方法，其中所述Peclet數(shù)為8-30。
14.權(quán)利要求13的方法，其中所述Peclet數(shù)為10-20。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于使催化劑細粉末貧化的全體催化劑顆粒流態(tài)化的方法。在一種實施方案中，所述方法包括在反應器中提供多個催化劑顆粒，其中所述催化劑顆粒具有大于約40μm的d
文檔編號B01J8/32GK101094905SQ200580045472
公開日2007年12月26日 申請日期2005年12月2日 優(yōu)先權(quán)日2004年12月30日
發(fā)明者J·H·小比奇, N·P·庫特, J·S·史密斯, M·P·尼科爾蒂 申請人:?？松梨诨瘜W專利公司