專利名稱：用于在流化床反應(yīng)器中分散和重新暴露催化劑的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種提高流化床催化劑性能的方法，所述催化劑由于其表面上的污染或其它物理或化學(xué)的變化而喪失了活性或流化品質(zhì)。本發(fā)明特別涉及一種在使用中為從催化劑表面除去一層薄層露出新的催化劑而研磨催化劑表面的方法。另外，本發(fā)明還涉及一種用于分散(deagglomerating)催化劑顆粒的方法。
在流化床催化反應(yīng)器中，被分離的催化劑的細(xì)顆粒與特殊的汽態(tài)反應(yīng)介質(zhì)相接觸。催化劑顆粒由反應(yīng)氣態(tài)物的一股上升氣流托起并被攪拌，因而使其在氣態(tài)流中呈懸浮狀態(tài)，并似類于一種沸騰的流體，故稱之為“流化床”。
廣為人知且為流化床反應(yīng)器技術(shù)的早期應(yīng)用之一的實(shí)例是為生產(chǎn)汽油和其它輕質(zhì)烴而對石油所進(jìn)行的催化裂化。其它用途包括殘余物的焦化;焦化氣化;把苯或丁烷催化氧化成馬來酐;把丙烯氨氧化成丙烯腈;并把氯化氫氧化成氯。
本發(fā)明的發(fā)明點(diǎn)集中在用于流化床反應(yīng)器中的催化劑上，對于已經(jīng)用過且過期的情況而言，當(dāng)催化劑的表面被污染或被反應(yīng)所生成的副產(chǎn)品弄臟時(shí)，或當(dāng)催化劑的表面經(jīng)受了物理的或化學(xué)的變化而變成一種喪失催化性的結(jié)構(gòu)時(shí)，某些流化床催化劑便喪失了活性。另外，由于在催化劑表面上產(chǎn)生污染或物理的、化學(xué)的變化，一些催化劑變成“粘附狀態(tài)”，而一些小的流化床顆粒開始附聚成大顆粒。附聚后的顆粒使得催化表面積減少，由此影響了流化床催化劑的全部性能。此外，附聚顆粒阻止了自然循環(huán)和催化劑床的流化。
通常，解決上述問題的方法是更換流化床反應(yīng)器中的所有或部分催化劑。就催化劑的價(jià)格而言，這是非常昂貴的。而且可能要以關(guān)掉流化床調(diào)整催化劑變化量進(jìn)而降低產(chǎn)量為代價(jià)。
因此本發(fā)明的目的是提供一種方法來解決由于附聚作用，污染或在催化劑表面上的物理或化學(xué)變化所引起的問題，以延長催化劑的壽命。
本發(fā)明公開了一種方法，該方法用以分散流化床催化劑并使流化床催化劑的表面重新暴露，所述表面由于其上的污染或物理、化學(xué)的變化而喪失了活性或流化品質(zhì)。本方法是在工作流化床反應(yīng)器的內(nèi)部完成的，但也可隨意地以連續(xù)或非連續(xù)的形式在反應(yīng)器之外完成。
在優(yōu)選實(shí)施例中，本方法包括，一個(gè)至少裝有一個(gè)噴嘴的流化床反應(yīng)器，氣體從反應(yīng)器的外部輸入該噴嘴。噴嘴設(shè)在反應(yīng)器之內(nèi)，以使其浸入催化劑床并使從噴嘴排出的氣體直接與催化劑接觸。所述氣體以足以使其能觸及被流化的流化床催化劑顆粒的速度排出噴嘴，并引起催化劑顆粒之間的多次碰撞，催化劑顆粒多次碰撞的沖擊研磨了催化劑的表面，從而除去催化劑表面上的污染物或喪失催化的物質(zhì)，最終暴露出新的催化劑。
附圖
是本發(fā)明實(shí)施例流化床反應(yīng)器的簡化剖視圖。
一個(gè)流化床反應(yīng)器是任一種反應(yīng)容器，在該容器中可以產(chǎn)生氣-固或液-固接觸反應(yīng)。在該容器中，被分離成細(xì)固體顆粒(即流化床催化劑)的床由工作氣流或液流使其升起并分離。流化床反應(yīng)器可以具有任何形狀和大小。特別是該反應(yīng)器的底部附近設(shè)有柵格，用以支承催化床并允許所需的反應(yīng)物通過。以下的描述將側(cè)重于本發(fā)明在氣-固接觸反應(yīng)中的應(yīng)用方面，但所述方法同樣可用于液-固接觸反應(yīng)。
在氣-固接觸反應(yīng)中，反應(yīng)氣態(tài)物位于反應(yīng)器的頂部。由于氣態(tài)物攜帶著催化劑顆粒，因此氣態(tài)物流過分離器便使催化劑顆粒移動(dòng)，這些顆粒通過浸入管返回催化床，所述分離器可以是任一種固體回收裝置，如旋風(fēng)分離器和過濾器。
流化床催化劑被細(xì)分成許多固體顆粒，而這種顆粒的大小、重量、形狀及成份依據(jù)應(yīng)用要求而變化。用肉眼看，流化床催化劑常似粉末。但用肉眼觀察這種催化劑也可呈小珠粒狀。典型的流化床顆粒的大小在10至200微米之間。
在使用一段時(shí)間之后，由于在催化劑表面上形成污染物或物理、化學(xué)的變化使流化床催化劑喪失了其功能。這種情況可能會(huì)引起催化活性降低或使催化劑變?yōu)椤罢掣綘顟B(tài)”，在這種狀態(tài)下，催化劑顆粒趨于附聚，因而降低了流化品質(zhì)和/或降低了催化劑的活性。
在本發(fā)明的實(shí)施例中，于流化床反應(yīng)器的內(nèi)部裝有一個(gè)或多個(gè)噴嘴，通過這些噴嘴將高速氣體送入催化劑床。在實(shí)施本發(fā)明時(shí)，使催化劑保持在流化(即成流體的)下，這種狀況是由一種提升氣流或其它氣流所引起的，這種氣流使催化劑顆粒于其中被舉起。攪拌并懸浮于其中。氣流力引起流化催化劑顆粒之間的多次碰撞，由此而產(chǎn)生的撞擊研磨催化劑表面，并除去了其表面的污染物，露出新的催化劑。另外，由催化劑顆粒碰撞所引起的撞擊將分散(即分離)任何附聚的催化劑顆粒。本發(fā)明亦可在任一種下述容器中得以實(shí)施，即在該容器中裝有任一種用以使高速氣流與流化催化劑顆粒接觸的裝置(如噴嘴或氣體分配柵或具有一個(gè)或多個(gè)孔的盤)。
最好在裝有一個(gè)以上噴嘴的流化床反應(yīng)器中實(shí)施本發(fā)明。所用的噴嘴可以具有任意的形狀或大小，并具有任一種“噴射”結(jié)構(gòu)。這些噴嘴可以是簡單的開口管，也可以是端部呈錐形或縮頸的短管，用以使管中的氣體加速或定向，對于本發(fā)明的實(shí)施而言，口頸的大小并無嚴(yán)格要求。已用的口頸直徑為0.016英寸(在一個(gè)氣體分配柵上設(shè)有直徑為0.016英寸的三個(gè)一組的孔)。常用的口頸直徑在0.0625至0.250英寸之間，更常用的在0.125至0.1875英寸之間。其優(yōu)選值為9/64英寸和5/32英寸。氣體的排放速度必須具有足以使催化劑顆粒產(chǎn)生多次碰撞的推力，以便研磨催化劑表面。通常硬催化劑需要較高的排放速度。所采用的排放速度可高達(dá)音速。噴嘴的口頸和氣體流量的大小取決于所用的氣體流速。優(yōu)選的流速為200至1200英寸/秒，更優(yōu)選的為600至1100英寸/秒之間。優(yōu)選的氣體流速使得氣體-催化劑“接觸區(qū)”在噴嘴的前面伸入催化劑床若干英寸，可以調(diào)整噴嘴的方向，以便為流化反應(yīng)氣體提供同向氣流、反向氣流或交叉的高速氣流。優(yōu)選的噴嘴方向是為流化反應(yīng)氣體提供高速同向氣流。
所述噴嘴或若干個(gè)噴嘴可位于催化劑床內(nèi)的下述任何位置，即噴嘴能夠與流化催化劑顆粒接觸的位置。如可以僅將噴嘴設(shè)于反應(yīng)器的壁中，或使其位于反應(yīng)器的中部。為了最大程度地提高本發(fā)明的效果，噴嘴應(yīng)設(shè)置在反應(yīng)器內(nèi)催化劑循環(huán)最好的地方。這樣即可加大與氣體接觸的一次裝入的催化劑總量。為此，噴嘴最好鄰近浸入管開口端，即在其附近(即使催化劑從分離器返反應(yīng)器的進(jìn)口位置)。應(yīng)注意的是要確保從噴嘴噴出的氣體不會(huì)將催化劑推入反應(yīng)器的任一個(gè)內(nèi)部件中。因?yàn)樵诖呋瘎┖头磻?yīng)器部件之間的碰撞將過多的地研磨催化劑，并且重復(fù)的碰撞將損壞反應(yīng)器元件。
所述高流速氣體可以是惰性或有利于反應(yīng)的任一種氣體或氣化液體。通常這種氣體由反應(yīng)器的外部的氣源供入噴嘴。對于將流化床反應(yīng)器用于氧化反應(yīng)的情況，常常使用空氣。但也可使用惰性氣體(如氮?dú)?或一種反應(yīng)輸入氣體。在以工業(yè)規(guī)模反應(yīng)器實(shí)施(即處于生產(chǎn)狀態(tài))本發(fā)明的實(shí)例中，總氣體量的增量可忽略不計(jì)。
用于分散催化劑和/或使其表面重新暴露的過程可以是間歇的或連續(xù)的，這取決于催化劑的要求和噴嘴的參數(shù)，如噴嘴的數(shù)量、位置及脫離噴嘴的氣體排放速度。
通常將污染物或喪失催化作用的物質(zhì)-即位于催化劑表面的從催化劑上磨落的物質(zhì)從具有反應(yīng)流出物的反應(yīng)器中清除，然后以適宜的分離方式(如旋風(fēng)分離裝置，過濾器等)將其從反應(yīng)生成物中分離出來。實(shí)施本發(fā)明的關(guān)鍵是控制氣體流速和噴嘴的位置，以盡可能地增大重新暴露催化劑表面的有益作用和/或分散催化劑的作用。而另一方面又要盡可能地減小對催化劑表面的研磨量，以便減小催化劑的損失。
本發(fā)明的實(shí)施例如圖所示。其流化床催化劑2的床是在流化床反應(yīng)器1的內(nèi)部，反應(yīng)氣體借助管3進(jìn)入反應(yīng)器并通過氣體分配柵4進(jìn)入催化床。含有被輸入的催化劑顆粒的氣態(tài)反應(yīng)物產(chǎn)品進(jìn)入旋風(fēng)分離器6，反應(yīng)物產(chǎn)品和催化劑在此被分離。氣態(tài)反應(yīng)物產(chǎn)品通過管5排出反應(yīng)器。催化劑通過浸入管7返回催化劑床2。高流速氣體通過管8輸入反應(yīng)器并通過噴嘴9進(jìn)入催化劑床。
在任一種催化流化床反應(yīng)中，當(dāng)表面被反應(yīng)副產(chǎn)品或催化劑組份中的物理或化學(xué)變化污染時(shí)，均可采用本發(fā)明。在這種情況下，催化劑的活性和/或流化品質(zhì)將降低。通過研磨催化劑表面使其露出新的催化劑或分散催化劑，來恢復(fù)其活性和/或流化品質(zhì)，并延長催化劑的壽命。采用本發(fā)明的有代表性的方法是為生產(chǎn)汽油和其它輕質(zhì)烴對石油的催化裂化，殘余物的焦化，焦化氣化、把苯或n-丁烷氧化成馬來酐、把丙烯氨氧化成丙烯腈，把氯化氫氧化成氯。
如上所述，在工作狀態(tài)下，高速氣體與反應(yīng)器內(nèi)部的流化催化劑接觸。本發(fā)明還可以通過將噴嘴設(shè)置在浸入管內(nèi)來實(shí)現(xiàn)。進(jìn)一步，流化床反應(yīng)器裝有一個(gè)再生器，它用于除去被處理過的或失效的催化劑，然后將其送回反應(yīng)器，如上所述，在反應(yīng)器和再生器之間的催化劑輸送線上或在再生器中，可使催化劑表面重新暴露和/或分散催化劑。最后，如上所述的那樣，還可通過從反應(yīng)器中除去催化劑，暴露催化劑的表面和/或分散催化劑，然后將催化劑送回反應(yīng)器來實(shí)現(xiàn)本發(fā)明。
以上描述不是作為完整的論述或限制本發(fā)明所公開的詳細(xì)結(jié)構(gòu)，根據(jù)上述內(nèi)容，許多明顯的改進(jìn)和變化是可能的。以上描述的目的是解釋本發(fā)明的原理及其實(shí)際應(yīng)用，并由此而使所屬領(lǐng)域的熟練技術(shù)人員能夠在各種變化的實(shí)施例中以及為適應(yīng)必要的特殊用途而作的各種改進(jìn)形式中利用本發(fā)明。在此僅試以下述各權(quán)利要求限定本發(fā)明。
權(quán)利要求
1.一種至少用于下述兩種用途之一的方法，即用于分散流化床催化劑顆粒或使其表面重新暴露，所述表面在生產(chǎn)丙烯腈或馬來酐的過程中已被污染或已經(jīng)受了物理的或化學(xué)的變化，該方法包括使所述流化床催化劑顆粒在流化狀態(tài)下與一種氣體接觸，所述氣體的速度在200至1200英寸/秒之間，且該速度足以在催化劑顆粒之間引起多次碰撞，所述碰撞至少足以產(chǎn)生下述之一的效果，即分散流化床催化劑顆粒或研磨催化劑顆粒的表面以除去被污染的或已變化的表面。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述氣體是空氣或氮?dú)狻?br> 3.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述方法在下述任一種容器中實(shí)施，即在該容器中裝有一個(gè)使氣流與流化催化劑接觸的裝置。
4.一種至少用于下述兩種用途之一的方法，即用于分散流化床催化劑顆?；蚴蛊浔砻嬷匦卤┞?，所述表面在生產(chǎn)丙烯腈或馬來酐的過程中已被污染或已經(jīng)受了物理的或化學(xué)的變化，所述方法包括(a)將催化劑顆粒在流化狀態(tài)下保持于流化床反應(yīng)器中，其中的流化床反應(yīng)器至少裝有一個(gè)噴嘴，氣體從反應(yīng)器之外的氣源供入噴嘴，該噴嘴位于反應(yīng)器之中，以便使其浸入催化劑顆粒中并使從噴嘴排出的氣體直接與催化劑顆粒接觸;(b)氣體通過噴嘴并以約在200至1200英寸/秒之間的排放速度噴出，所述氣體引起催化劑顆粒之間的多次碰撞，所述碰撞至少足以產(chǎn)生下述之一的效果，即分散流化床催化劑顆?；蜓心ゴ呋瘎╊w粒的表面以除去被污染的或已變化的表面。
5.如權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，其中的氣體是空氣或氮?dú)狻?br> 6.如權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于在流化床反應(yīng)器中設(shè)有用以將催化劑與氣態(tài)流出物流分離的旋風(fēng)分離器，該旋風(fēng)分離器裝有用于將催化劑送回反應(yīng)器的浸入管，所述噴嘴位于用于催化劑浸入管的出口附近。
7.如權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，當(dāng)所述流化床反應(yīng)器用于生產(chǎn)馬來酐或丙烯腈時(shí)，實(shí)施所述的用于重新暴露催化劑表面的方法。
8.如權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，噴嘴口頸的直徑在0.125至0.1875英寸之間。
全文摘要
通過使流化的催化劑與高速氣體相接觸，而分散含有由于污染、附聚或于其表面上的物理或化學(xué)變化而喪失活性或流化品質(zhì)的流化床催化劑，并使其表面重新暴露，所述氣體的速度足以在催化劑顆粒之間引起多次碰撞，并由此而分散催化劑顆粒和/或研磨其表面以便露出新的催化劑。
文檔編號(hào)B01J8/24GK1077399SQ9210367
公開日1993年10月20日 申請日期1992年4月16日 優(yōu)先權(quán)日1990年11月15日
發(fā)明者N·J·布雷默, L·R·特羅特, T·R·麥克唐奈 申請人:標(biāo)準(zhǔn)石油公司