BR112020000843B1 - METHOD FOR CONVERTING A REAGENT GAS - Google Patents

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Abstract

De acordo com uma ou mais modalidades divulgadas neste documento, um gás reagente pode ser convertido por um método compreendendo introduzir o gás reagente em um reator de leito fluidizado. O vaso de reator principal do reator de leito fluidizado pode ser afunilado de modo que a porção a montante do vaso de reator principal compreenda uma área de seção transversal menor que a porção a jusante do vaso de reator principal.According to one or more embodiments disclosed herein, a reactant gas can be converted by a method comprising introducing the reactant gas into a fluidized bed reactor. The main reactor vessel of the fluidized bed reactor may be tapered such that the upstream portion of the main reactor vessel comprises a smaller cross-sectional area than the downstream portion of the main reactor vessel.

Description

ANTECEDENTESBACKGROUND CAMPOFIELD

[0001] A presente divulgação se refere, de modo geral, a processamento químico e, mais especificamente, a projetos e sistemas de reator utilizados em processamento químico.[0001] The present disclosure refers, generally, to chemical processing and, more specifically, to reactor designs and systems used in chemical processing.

ANTECEDENTES DA TÉCNICABACKGROUND OF THE TECHNIQUE

[0002] Muitas reações utilizando correntes de gás como reagentes formam mols adicionais de gás como resultado da reação (isto é, quando existem mais moléculas de gás após reação do que antes). Por exemplo, reações de desidrogenação e craqueamento produzem mols adicionais de produto em comparação com aqueles que existiam na corrente de reagente. Quando o reagente e o produto são gases, mudanças em velocidades de gás locais podem resultar no reator pela formação destas moléculas adicionais.[0002] Many reactions using gas streams as reactants form additional moles of gas as a result of the reaction (that is, when there are more gas molecules after reaction than before). For example, dehydrogenation and cracking reactions produce additional moles of product compared to those that existed in the reactant stream. When the reactant and product are gases, changes in local gas velocities can result in the reactor forming these additional molecules.

BREVE SUMÁRIOBRIEF SUMMARY

[0003] Quando uma reação produz moléculas de gás adicionais em comparação com aquelas da corrente de reagente, pressão pode acumular no reator ou em outros componentes do sistema. Estas mudanças na pressão podem resultar em mudanças locais na velocidade do gás e/ou do catalisador sólido em um reator, tal como um reator de leito fluidizado. Mudanças na velocidade do gás também podem afetar a densidade da suspensão em uma porção local do reator, o que se correlaciona geralmente com a quantidade de catalisador por volume no reator em uma posição local. Controlar a velocidade superficial de fluido e/ou a densidade da suspensão em um reator pode ser importante para a taxa de conversão química global de uma reação e/ou as especificações operacionais (por exemplo, tamanho, forma, etc.) de um reator. Por conseguinte, existe uma necessidade contínua de métodos e aparelhos para processar correntes de gás sob condições de reação que aumentam o número de moléculas de gás, embora controlando a velocidade superficial e/ou a densidade da suspensão em todo o reator.[0003] When a reaction produces additional gas molecules compared to those in the reactant stream, pressure can build up in the reactor or other components of the system. These changes in pressure can result in local changes in the velocity of the gas and/or solid catalyst in a reactor, such as a fluidized bed reactor. Changes in gas velocity can also affect the density of the suspension in a local portion of the reactor, which generally correlates with the amount of catalyst per volume in the reactor at a local location. Controlling the surface fluid velocity and/or suspension density in a reactor can be important to the overall chemical conversion rate of a reaction and/or the operational specifications (e.g., size, shape, etc.) of a reactor. Therefore, there is a continuing need for methods and apparatus for processing gas streams under reaction conditions that increase the number of gas molecules, while controlling the surface velocity and/or suspension density throughout the reactor.

[0004] Mais especificamente, foi verificado que a formação de moléculas de gás em excesso em seguida à reação em relação à quantidade de gás do reagente de alimentação pode causar aumentos na velocidade superficial de gás e diminuir a densidade da suspensão do conteúdo do reator. Conforme usada neste documento, “densidade de suspensão” se refere à densidade calculada tanto do teor de sólidos (por exemplo, catalisador) quanto teor de gás (por exemplo, reagentes e produtos gasosos) no reator. Por exemplo, à medida que mais gás é produzido através da reação, a velocidade superficial dos gases pode aumentar, às vezes drasticamente, em um reator de leito fluidizado. Adicionalmente, a densidade de suspensão (incluindo o reagente e o gás de produto e o catalisador particulado sólido) pode diminuir de modo que a conversão seja diminuída devido à falta de catalisador em relação ao gás reagente. Como a conversão é afetada negativamente, pode ser necessário aumentar o volume de reator, adicionando custos de capital indesejáveis. Adicionalmente, a alta velocidade de gás no reator pode dificultar o controle da quantidade de catalisador no sistema em um dado tempo.[0004] More specifically, it has been found that the formation of excess gas molecules following the reaction in relation to the amount of gas in the feed reactant can cause increases in the superficial gas velocity and decrease the suspension density of the reactor contents. As used herein, “suspension density” refers to the calculated density of both the solids content (e.g., catalyst) and gas content (e.g., gaseous reactants and products) in the reactor. For example, as more gas is produced through the reaction, the surface velocity of the gases can increase, sometimes dramatically, in a fluidized bed reactor. Additionally, the suspension density (including the reactant and product gas and the solid particulate catalyst) may decrease so that conversion is decreased due to the lack of catalyst relative to the reactant gas. As conversion is negatively affected, it may be necessary to increase reactor volume, adding undesirable capital costs. Additionally, the high gas velocity in the reactor can make it difficult to control the amount of catalyst in the system at a given time.

[0005] A fim de mitigar ou parar completamente a subida na velocidade do gás e a diminuição na densidade de suspensão, foi descoberto que um reator de leito fluidizado com uma área de seção transversal crescente pode ser utilizado para reações à base de gás que produzam moléculas de gás em excesso. Por exemplo, um reator de leito fluidizado que é mais estreito em sua porção a montante do que sua porção a jusante pode permitir velocidade superficial de gás, densidade de suspensão, ou ambos, relativamente constantes nas porções a montante e a jusante do reator de leito fluidizado. Em contraste, reatores de leito fluidizado convencionais com formas tubulares geralmente têm velocidade de gás elevada em função da altura. O projeto adequado da geometria para o reator de leito fluidizado, tal como uma geometria cônica, pode permitir aumentos reduzidos na velocidade de gás e/ou nas perdas na densidade da suspensão à medida que a reação progride nas porções a jusante do reator. Isto é, quando a reação ocorre ao longo da altura do reator (assumindo que os produtos de reação estejam se movendo para cima), o aumento na área de seção transversal compensa o aumento no volume de gás e, portanto, pode manter a velocidade de gás relativamente constante. A estabilidade relativa da velocidade de gás, da densidade de suspensão, ou de ambas, pode permitir a mitigação dos problemas discutidos acima.[0005] In order to mitigate or completely stop the rise in gas velocity and the decrease in suspension density, it has been discovered that a fluidized bed reactor with an increasing cross-sectional area can be utilized for gas-based reactions that produce excess gas molecules. For example, a fluidized bed reactor that is narrower in its upstream portion than its downstream portion may allow relatively constant surface gas velocity, suspension density, or both in the upstream and downstream portions of the bed reactor. fluidized. In contrast, conventional fluidized bed reactors with tubular shapes generally have high gas velocity as a function of height. Proper geometry design for the fluidized bed reactor, such as a conical geometry, can allow for reduced increases in gas velocity and/or suspension density losses as the reaction progresses in the downstream portions of the reactor. That is, when the reaction occurs along the height of the reactor (assuming the reaction products are moving upward), the increase in cross-sectional area compensates for the increase in gas volume and therefore can maintain the reaction rate. relatively constant gas. Relative stability of gas velocity, suspension density, or both may allow for mitigation of the problems discussed above.

[0006] De acordo com uma ou mais modalidades, um gás reagente pode ser convertido por um método compreendendo introduzir o gás reagente em um reator de leito fluidizado, de modo que o gás reagente seja contatado por um catalisador, reagindo cataliticamente o gás reagente para formar um produto de reação no reator de leito fluidizado e passando o produto da reação e qualquer gás reagente que não reagido através de uma seção de transição. O reator de leito fluidizado pode compreender um vaso de reator principal compreendendo uma porção a montante e uma porção a jusante, e uma seção de transição conectada à porção a jusante do vaso de reator principal. O gás reagente pode entrar no reator de leito fluidizado na ou perto da porção a montante do vaso de reator principal. A reação pode resultar em moléculas de gás adicionais em relação ao gás reagente. O vaso de reator principal pode ser afunilado de modo que a porção a montante do vaso de reator principal compreenda uma área de seção transversal menor que a porção a jusante do vaso de reator principal, de modo que a velocidade superficial dos gases no reator de leito fluidizado na porção a jusante do vaso de reator principal possa ser menor ou igual a 140% da velocidade superficial dos gases no reator de leito fluidizado na porção a montante do vaso de reator principal. De acordo com uma ou mais modalidades adicionais, um gás reagente pode ser convertido por um método compreendendo introduzir o gás reagente em um reator de leito fluidizado, de modo que o gás reagente seja contatado por um catalisador, reagir cataliticamente o gás reagente para formar um produto de reação no reator de leito fluidizado e passar o produto de reação e qualquer gás reagente não reagido através da seção de transição. O reator de leito fluidizado pode compreender um vaso de reator principal compreendendo uma porção a montante e uma porção a jusante, e uma seção de transição conectada à porção a jusante do vaso de reator principal. O gás reagente pode entrar no reator de leito fluidizado na ou perto da porção a montante do vaso de reator principal. A reação pode resultar em moléculas de gás adicionais em relação ao gás reagente. O vaso de reator principal pode ser afunilado de modo que a porção a montante do vaso de reator principal compreenda uma área de seção transversal menor que a porção a jusante do vaso de reator principal, de modo que a densidade de suspensão no reator de leito fluidizado na porção a jusante do vaso de reator principal possa ser maior ou igual a 25% da densidade de suspensão no reator de leito fluidizado na porção a montante do vaso de reator principal.[0006] According to one or more embodiments, a reactant gas can be converted by a method comprising introducing the reactant gas into a fluidized bed reactor, such that the reactant gas is contacted by a catalyst, catalytically reacting the reactant gas to forming a reaction product in the fluidized bed reactor and passing the reaction product and any unreacted reactant gas through a transition section. The fluidized bed reactor may comprise a main reactor vessel comprising an upstream portion and a downstream portion, and a transition section connected to the downstream portion of the main reactor vessel. The reactant gas may enter the fluidized bed reactor at or near the upstream portion of the main reactor vessel. The reaction may result in additional gas molecules in relation to the reactant gas. The main reactor vessel may be tapered so that the upstream portion of the main reactor vessel comprises a smaller cross-sectional area than the downstream portion of the main reactor vessel, so that the surface velocity of the gases in the bed reactor fluidized bed reactor in the downstream portion of the main reactor vessel may be less than or equal to 140% of the surface velocity of the gases in the fluidized bed reactor in the upstream portion of the main reactor vessel. According to one or more additional embodiments, a reactant gas may be converted by a method comprising introducing the reactant gas into a fluidized bed reactor, such that the reactant gas is contacted by a catalyst, catalytically reacting the reactant gas to form a reaction product in the fluidized bed reactor and pass the reaction product and any unreacted reactant gas through the transition section. The fluidized bed reactor may comprise a main reactor vessel comprising an upstream portion and a downstream portion, and a transition section connected to the downstream portion of the main reactor vessel. The reactant gas may enter the fluidized bed reactor at or near the upstream portion of the main reactor vessel. The reaction may result in additional gas molecules in relation to the reactant gas. The main reactor vessel may be tapered so that the upstream portion of the main reactor vessel comprises a smaller cross-sectional area than the downstream portion of the main reactor vessel, so that the suspension density in the fluidized bed reactor in the downstream portion of the main reactor vessel may be greater than or equal to 25% of the suspension density in the fluidized bed reactor in the upstream portion of the main reactor vessel.

[0007] Deve-se entender que tanto o breve sumário anterior quanto a descrição detalhada a seguir apresentam modalidades da tecnologia e devem fornecer uma visão geral ou conjuntura para entender a natureza e caráter da tecnologia, conforme é reivindicado. Os desenhos anexos são incluídos para fornecer um entendimento adicional da tecnologia e são incorporados no presente relatório descritivo e constituem parte do mesmo. Os desenhos ilustram várias modalidades e, junto da descrição, servem para explicar os princípios e operações da tecnologia. Adicionalmente, os desenhos e as descrições se destinam a ser meramente ilustrativos e não se destinam a limitar o escopo das reivindicações de modo algum.[0007] It should be understood that both the previous brief summary and the following detailed description present embodiments of the technology and should provide an overview or context for understanding the nature and character of the technology, as claimed. The accompanying drawings are included to provide a further understanding of the technology and are incorporated into this specification and constitute part thereof. The drawings illustrate various modalities and, together with the description, serve to explain the principles and operations of the technology. Additionally, the drawings and descriptions are intended to be illustrative only and are not intended to limit the scope of the claims in any way.

[0008] Características e vantagens adicionais da tecnologia divulgada no presente documento serão estabelecidas na descrição detalhada a seguir e, em parte, serão prontamente evidentes para as pessoas versadas na técnica a partir da descrição ou reconhecidas praticando a tecnologia, conforme descrita no presente documento, incluindo a descrição detalhada a seguir, as reivindicações, assim como os desenhos anexos.[0008] Additional features and advantages of the technology disclosed herein will be set forth in the following detailed description and, in part, will be readily apparent to persons skilled in the art from the description or recognized practicing the technology as described herein. including the following detailed description, the claims, as well as the attached drawings.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOSBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS

[0009] A descrição detalhada a seguir de modalidades específicas da presente divulgação pode ser mais bem entendida quando lida em combinação com desenhos a seguir, em que estrutura semelhante é indicada com numerais de referência similares e nos quais:[0009] The following detailed description of specific embodiments of the present disclosure may be better understood when read in combination with the following drawings, in which similar structure is indicated with similar reference numerals and in which:

[0010] FIG. 1 representa esquematicamente um reator de leito fluidizado de acordo com uma ou mais modalidades descritas no presente documento;[0010] FIG. 1 schematically represents a fluidized bed reactor according to one or more embodiments described herein;

[0011] FIG. 2 representa esquematicamente outro reator de leito fluidizado de acordo com uma ou mais modalidades descritas no presente documento;[0011] FIG. 2 schematically represents another fluidized bed reactor according to one or more embodiments described herein;

[0012] FIG. 3 representa esquematicamente um sistema de processamento químico de exemplo que pode utilizar os reatores de leito fluidizado presentemente descritos de acordo com uma ou mais modalidades descritas no presente documento; e[0012] FIG. 3 schematically represents an example chemical processing system that can utilize the presently described fluidized bed reactors in accordance with one or more embodiments described herein; It is

[0013] FIGS. 4A-4D representam dados modelados de três modalidades de exemplo e um exemplo comparativo de acordo com uma ou mais modalidades descritas neste documento.[0013] FIGS. 4A-4D represent modeled data from three example embodiments and a comparative example in accordance with one or more embodiments described herein.

[0014] Deve ser entendido que os desenhos são de natureza esquemática e não incluem alguns componentes de um sistema de reator empregado comumente na técnica, tal como, sem limitação, transmissores de temperatura, transmissores de pressão, medidores de fluxo, bombas, válvulas e semelhantes. Seria conhecido que estes componentes estão dentro do espírito e escopo das presentes modalidades divulgadas. No entanto, componentes operacionais, tal como aqueles descritos na presente divulgação, podem ser adicionados às modalidades descritas nesta divulgação.[0014] It should be understood that the drawings are schematic in nature and do not include some components of a reactor system commonly employed in the art, such as, without limitation, temperature transmitters, pressure transmitters, flow meters, pumps, valves and similar. It would be known that these components are within the spirit and scope of the present disclosed embodiments. However, operational components, such as those described in the present disclosure, may be added to the embodiments described in this disclosure.

[0015] Será feita referência agora em mais detalhes a várias modalidades, algumas modalidades das quais são ilustradas nos desenhos anexos. Sempre que possível, os mesmos numerais de referência serão usados em todos os desenhos para se referir às mesmas ou a peças semelhantes.[0015] Reference will now be made in more detail to various embodiments, some embodiments of which are illustrated in the accompanying drawings. Whenever possible, the same reference numerals will be used in all drawings to refer to the same or similar parts.

DESCRIÇÃO DETALHADADETAILED DESCRIPTION

[0016] Modalidades relativas a métodos para processar correntes de produtos químicos em reator de leito fluidizado são descritas aqui. Em uma ou mais modalidades, a corrente de produto químico que é processada pode ser referida como uma corrente de alimentação ou corrente de reagente e a corrente de produto químico que inclui o produto da reação química pode ser referida como uma corrente de produto. Deve ser entendido que a corrente de produto pode incluir vários componentes da corrente de alimentação quando a conversão da corrente de alimentação é incompleta, o que pode ser típico de muitas reações químicas.[0016] Embodiments relating to methods for processing chemical product streams in a fluidized bed reactor are described here. In one or more embodiments, the chemical stream that is processed may be referred to as a feed stream or reactant stream and the chemical stream that includes the product of the chemical reaction may be referred to as a product stream. It should be understood that the product stream may include various components of the feed stream when feed stream conversion is incomplete, which may be typical of many chemical reactions.

[0017] Os sistemas e aparelhos aqui descritos, tal como os reatores de leito fluidizado aqui descritos, podem ser utilizados como equipamento de processamento para várias reações catalíticas fluidizadas. Os métodos e aparelhos descritos podem ser utilizados em reações em que uma alimentação gasosa é convertida em uma corrente de produto gasosa por contato com um catalisador de estado sólido, tal como um catalisador de particulados. Por exemplo, hidrocarbonetos, bem como outros estoques de produtos químicos, podem ser convertidos em produtos desejáveis através do uso de reatores de leito fluidizado. Reatores de leito fluidizado servem a muitos propósitos na indústria, incluindo desidrogenação de parafinas e/ou alquil aromáticos, craqueamento de hidrocarbonetos (isto é, craqueamento catalítico fluido), cloração de olefinas, oxidações de naftaleno em anidrido ftálico, produção de acrilonitrila a partir de propileno, amônia e oxigênio, síntese de Fischer- Tropsch, polimerização de etileno, desidratação de hidrocarbonetos para formar olefinas leves e algumas reações de metanol em olefina (MTO).[0017] The systems and apparatus described here, such as the fluidized bed reactors described here, can be used as processing equipment for various fluidized catalytic reactions. The described methods and apparatus can be used in reactions in which a gaseous feed is converted to a gaseous product stream by contacting a solid state catalyst, such as a particulate catalyst. For example, hydrocarbons as well as other chemical stocks can be converted into desirable products through the use of fluidized bed reactors. Fluidized bed reactors serve many purposes in industry, including dehydrogenation of paraffins and/or alkyl aromatics, cracking of hydrocarbons (i.e., fluid catalytic cracking), chlorination of olefins, oxidations of naphthalene to phthalic anhydride, production of acrylonitrile from propylene, ammonia and oxygen, Fischer-Tropsch synthesis, ethylene polymerization, dehydration of hydrocarbons to form light olefins and some methanol-to-olefin (MTO) reactions.

[0018] De acordo com uma ou mais modalidades, algumas destas reações, tal como sem limitação, desidrogenação, craqueamento, desidratação e MTO, podem formar mols adicionais de moléculas de gás em relação aos mols de moléculas de gás de alimentação. Quando os produtos são gasosos, a pressão local no reator pode ser elevada à medida que a reação progride. Tais reações, em algumas modalidades, podem ser representadas pela fórmula aR ^ bP + cZ, em que R representa a espécie de reagente, P representa a espécie de produto, Z representa outra espécie de produto e a, b e c representam cada qual a quantidade relativa de cada espécie utilizada na reação. Por exemplo, uma reação de desidrogenação resultaria em hidrogênio como Z, ou em uma reação de desidratação Z seria água. Quando a é menor que b+c, moléculas adicionais são formadas pela reação, que é a reação para a qual os métodos e aparelhos presentemente descritos podem ser dirigidos. Como tal, esta reação forma duas ou mais moléculas de produto de cada molécula reagente que é reagida. É observado que a equação acima é apenas uma reação química de exemplo e deve ser entendido que outras reações estão dentro do escopo desta divulgação, tal como aquelas em que dois ou mais produtos e/ou reagentes estão presentes.[0018] According to one or more embodiments, some of these reactions, such as without limitation, dehydrogenation, cracking, dehydration and MTO, may form additional moles of gas molecules in relation to the moles of feed gas molecules. When the products are gaseous, the local pressure in the reactor can be elevated as the reaction progresses. Such reactions, in some embodiments, can be represented by the formula aR ^ bP + cZ, where R represents the reactant species, P represents the product species, Z represents another product species, and a, b and c each represent the relative quantity of each species used in the reaction. For example, a dehydrogenation reaction would result in hydrogen as Z, or in a dehydration reaction Z would be water. When a is less than b+c, additional molecules are formed by the reaction, which is the reaction to which the presently described methods and apparatus can be directed. As such, this reaction forms two or more product molecules from each reactant molecule that is reacted. It is noted that the above equation is only an example chemical reaction and it should be understood that other reactions are within the scope of this disclosure, such as those in which two or more products and/or reactants are present.

[0019] De acordo com algumas modalidades, os reatores de leito fluidizado aqui descritos podem processar gás reagente compreendendo etano, propano, n-butano, isobutano e etilbenzeno (por exemplo, pelo menos 80% em peso, 90% em peso, 95% em peso ou mesmo 99% em peso de qualquer destes gases reagentes, ou combinações dos mesmos) para formar gás de produto compreendendo isômeros de eteno, propeno, buteno e butadieno, isobuteno, estireno ou combinações dos mesmos (por exemplo, pelo menos pelo menos 10% em peso, pelo menos 20% em peso, pelo menos 30% em peso, pelo menos 40% em peso, pelo menos 50% em peso, pelo menos 70% em peso ou mesmo pelo menos 90% em peso de qualquer destes gases de produto ou combinações dos mesmos). Por exemplo, gases adequados para desidrogenação são aqui contemplados.[0019] According to some embodiments, the fluidized bed reactors described herein can process reactant gas comprising ethane, propane, n-butane, isobutane, and ethylbenzene (e.g., at least 80% by weight, 90% by weight, 95% by weight or even 99% by weight of any of these reactant gases, or combinations thereof) to form product gas comprising isomers of ethylene, propylene, butene and butadiene, isobutene, styrene or combinations thereof (e.g., at least at least 10% by weight, at least 20% by weight, at least 30% by weight, at least 40% by weight, at least 50% by weight, at least 70% by weight or even at least 90% by weight of any of these product gases or combinations thereof). For example, gases suitable for dehydrogenation are contemplated herein.

[0020] Agora, com referência à FIG. 1, é representada uma modalidade de um reator de leito fluidizado a qual pode processar uma corrente de alimentação por contato com um catalisador sólido. De acordo com uma ou mais modalidades descritas no presente documento, o reator de leito fluidizado 202 pode compreender um vaso de reator principal 250, uma seção de transição 258 e uma seção de reator a jusante 230, tal como um tubo ascendente. A seção de transição 258 pode conectar a seção de reator principal 250 com a seção de reator a jusante 230. Conforme representado na FIG. 1, a seção de reator principal 250 pode ser posicionada abaixo da seção de reator a jusante 230. Tal configuração pode ser denominada como uma configuração de fluxo ascendente no reator de leito fluidizado 202. Um tubo ascendente de transporte 430 pode fornecer um ou mais de gás reagente e catalisador ao reator de leito fluidizado 202 e os reagentes e produtos gasosos, bem como o catalisador, podem se mover através de um distribuidor de alimentação 260, através do vaso de reator principal 250, através da seção de transição 258 e para e através da seção de reator a jusante 230. Como representado na FIG. 1, o movimento do catalisador e dos gases de produto e reagente é ascendente (representado pelo eixo x). Conforme descrito aqui, “velocidade superficial” se refere à velocidade superficial de um material na direção do fluxo de material global (através do plano perpendicular ao eixo x).[0020] Now, with reference to FIG. 1, an embodiment of a fluidized bed reactor is depicted which can process a feed stream by contact with a solid catalyst. According to one or more embodiments described herein, the fluidized bed reactor 202 may comprise a main reactor vessel 250, a transition section 258, and a downstream reactor section 230, such as a riser. The transition section 258 may connect the main reactor section 250 with the downstream reactor section 230. As depicted in FIG. 1, the main reactor section 250 may be positioned below the downstream reactor section 230. Such a configuration may be referred to as an upflow configuration in the fluidized bed reactor 202. A transport riser 430 may provide one or more of reactant and catalyst gas to the fluidized bed reactor 202 and the gaseous reactants and products, as well as the catalyst, may move through a feed manifold 260, through the main reactor vessel 250, through the transition section 258 and to and from through the downstream reactor section 230. As depicted in FIG. 1, the movement of the catalyst and the product and reactant gases is upward (represented by the x axis). As described here, “surface velocity” refers to the surface velocity of a material in the direction of global material flow (through the plane perpendicular to the x-axis).

[0021] Conforme descrito no presente documento, a seção de reator principal 250 pode incluir um vaso, tambor, barril, cuba ou outro recipiente adequado para uma dada reação química. Em uma ou mais modalidades, o vaso de reator principal 250 pode ter uma forma de seção transversal substancialmente circular (que é representativa da vista em seção transversal da FIG. 1). Alternativamente, o vaso de reator principal 250 pode ser não circular em seção transversal. Por exemplo, o vaso de reator principal 250 pode compreender formas de seção transversal de triângulos, retângulos, pentágonos, hexágonos, octógonos, ovais ou outros polígonos ou formas fechadas curvas, ou combinações das mesmas. O vaso de reator principal 250, como usado em toda esta divulgação, pode geralmente incluir uma estrutura metálica e pode incluir adicionalmente revestimentos refratários ou outros materiais utilizados para proteger a estrutura metálica e/ou controlar condições de processo. Conforme representado na FIG. 1, o vaso de reator principal 250 pode incluir um orifício de entrada de catalisador da porção de reator inferior 252 definindo a conexão do tubo ascendente de transporte 430 ao vaso de reator principal 250.[0021] As described herein, the main reactor section 250 may include a vessel, drum, barrel, vat or other container suitable for a given chemical reaction. In one or more embodiments, the main reactor vessel 250 may have a substantially circular cross-sectional shape (which is representative of the cross-sectional view of FIG. 1). Alternatively, the main reactor vessel 250 may be non-circular in cross-section. For example, the main reactor vessel 250 may comprise cross-sectional shapes of triangles, rectangles, pentagons, hexagons, octagons, ovals, or other polygons or curved closed shapes, or combinations thereof. The main reactor vessel 250, as used throughout this disclosure, may generally include a metallic structure and may additionally include refractory linings or other materials used to protect the metallic structure and/or control process conditions. As depicted in FIG. 1, the main reactor vessel 250 may include a catalyst inlet port from the lower reactor portion 252 defining the connection of the transport riser 430 to the main reactor vessel 250.

[0022] O vaso de reator principal 250 pode ser conectado a um tubo ascendente de transporte 430 que, em operação, pode fornecer catalisador processado e/ou produtos químicos reagentes em uma corrente de alimentação. O catalisador processado e/ou os produtos químicos reagentes podem ser misturados com um distribuidor de alimentação 260 alojado no vaso de reator principal 250. Em uma ou mais modalidades, o distribuidor de alimentação 260 pode ser operável para dispensar a primeira corrente de alimentação e a segunda corrente de alimentação em todas as velocidades de distribuidor de capuz de 76,2 m/s (250 ft/s) a 24,4 m/s (80 ft/s). Em tais modalidades, várias correntes de alimentação podem ser utilizadas, embora mantendo as características de reator desejadas, tal como operando como um reator de leito fluidizado, turbulento ou borbulhante rápido no vaso de reator principal 250 e como um reator de tubo ascendente de fase diluída na seção de reator a jusante 230. Por exemplo, de acordo com uma ou mais modalidades, uma velocidade de distribuidor de capuz de cerca de 24,4 m/s (80 ft/s) pode ser utilizada no vaso de reator principal 250 para alimentações de nafta, ao passo que uma velocidade de distribuidor de capuz de cerca de 76,2 m/s (250 ft/s) pode ser utilizada no vaso de reator principal 250 para alimentações de propano. Em modalidades adicionais, alguns orifícios poderiam ser fechados no reator de leito fluidizado 202 quando nafta é utilizada como uma corrente de alimentação. A “velocidade de distribuidor de capuz” se refere à velocidade à qual o gás sai do distribuidor, algumas vezes através de um capuz. Por exemplo, distribuidores adequados são divulgados na Patente US 9.370.759 cujos ensinamentos são incorporados no presente documento a título de referência em sua totalidade.[0022] The main reactor vessel 250 may be connected to a transport riser 430 which, in operation, may supply processed catalyst and/or reactant chemicals in a feed stream. The processed catalyst and/or reactant chemicals may be mixed with a feed distributor 260 housed in the main reactor vessel 250. In one or more embodiments, the feed distributor 260 may be operable to dispense the first feed stream and the second feed chain at all hood distributor speeds from 76.2 m/s (250 ft/s) to 24.4 m/s (80 ft/s). In such embodiments, various feed streams may be utilized while maintaining the desired reactor characteristics, such as operating as a fluidized bed, turbulent, or fast bubbling reactor in the main reactor vessel 250 and as a dilute phase riser reactor. in the downstream reactor section 230. For example, according to one or more embodiments, a hood distributor velocity of about 24.4 m/s (80 ft/s) may be utilized in the main reactor vessel 250 to naphtha feeds, while a hood distributor velocity of about 76.2 m/s (250 ft/s) can be utilized in the main reactor vessel 250 for propane feeds. In additional embodiments, some orifices could be closed in the fluidized bed reactor 202 when naphtha is used as a feed stream. “Hood distributor speed” refers to the speed at which gas exits the distributor, sometimes through a hood. For example, suitable dispensers are disclosed in US Patent 9,370,759, the teachings of which are incorporated herein by reference in their entirety.

[0023] Conforme representado na FIG. 1, o vaso de reator principal 250 pode ser conectado à seção de reator a jusante 230 via a seção de transição 258. A seção de transição 258 pode ser afunilada do tamanho da seção transversal do vaso de reator principal 250 até o tamanho da seção transversal da seção de reator a jusante 230, de modo que a seção de transição 258 se projete para dentro a partir do vaso de reator principal 250 até a seção de reator a jusante 230.[0023] As represented in FIG. 1, the main reactor vessel 250 may be connected to the downstream reactor section 230 via the transition section 258. The transition section 258 may be tapered from the size of the cross section of the main reactor vessel 250 to the size of the cross section of the downstream reactor section 230 such that the transition section 258 projects inwardly from the main reactor vessel 250 to the downstream reactor section 230.

[0024] Em uma ou mais modalidades, a seção de reator a jusante 230 pode ser geralmente cilíndrica no formato (isto é, tendo uma forma de seção transversal substancialmente circular) ou pode alternativamente ser não cilíndrica no formato, tal como formato de prisma com formato de seção transversal de triângulos, retângulos, pentágonos, hexágonos, octógonos, ovais ou outros polígonos ou formatos fechados curvados ou combinações dos mesmos. A seção de reator a jusante 230, conforme usado ao longo da presente divulgação, pode incluir geralmente uma estrutura metálica e pode incluir adicionalmente revestimentos refratários ou outros materiais utilizados para proteger a estrutura metálica e/ou controlar condições de processo.[0024] In one or more embodiments, the downstream reactor section 230 may be generally cylindrical in shape (i.e., having a substantially circular cross-sectional shape) or may alternatively be non-cylindrical in shape, such as prism shape with cross-sectional shape of triangles, rectangles, pentagons, hexagons, octagons, ovals or other polygons or curved closed shapes or combinations thereof. The downstream reactor section 230, as used throughout the present disclosure, may generally include a metallic structure and may additionally include refractory linings or other materials used to protect the metallic structure and/or control process conditions.

[0025] Em algumas modalidades, tal como aquelas onde o vaso de reator principal 250 e a seção de reator a jusante 230 têm formatos de seção transversal semelhantes, a seção de transição 258 pode ter o formato de um tronco. Por exemplo, para uma modalidade de uma porção de reator 200 compreendendo um vaso de reator principal de seção transversal cilíndrica 250 e seção de reator a jusante cilíndrica 230, a seção de transição 258 pode ter um formato troncônico. No entanto, deve ser entendido que é contemplada uma ampla variedade de formatos de vaso de reator principal 250 no presente documento que conectam vários formatos e tamanhos de seções de transição 258 e seções de reator a jusante 230.[0025] In some embodiments, such as those where the main reactor vessel 250 and the downstream reactor section 230 have similar cross-sectional shapes, the transition section 258 may be shaped like a log. For example, for an embodiment of a reactor portion 200 comprising a main reactor vessel of cylindrical cross section 250 and cylindrical downstream reactor section 230, the transition section 258 may have a frustoconical shape. However, it should be understood that a wide variety of main reactor vessel 250 shapes are contemplated herein that connect various shapes and sizes of transition sections 258 and downstream reactor sections 230.

[0026] De acordo com uma ou mais modalidades, o vaso de reator principal 250 pode ser afunilado para fora em relação à direção de fluxo geral de materiais (isto é, a direção do eixo x) no reator de leito fluidizado 202. Por exemplo, a FIG. 1 representa um vaso de reator principal se expandindo linearmente 250, que tem a forma de um segmento de um cone. Embora a geometria afunilada possa ser linear em algumas modalidades, algumas modalidades aqui divulgadas não são linearmente afuniladas, tal como aquela representada na FIG. 2.[0026] According to one or more embodiments, the main reactor vessel 250 may be tapered outward relative to the general flow direction of materials (i.e., the x-axis direction) in the fluidized bed reactor 202. For example , FIG. 1 depicts a linearly expanding main reactor vessel 250, which is shaped like a segment of a cone. Although the tapered geometry may be linear in some embodiments, some embodiments disclosed herein are not linearly tapered, such as that depicted in FIG. two.

[0027] Com referência à FIG. 1 ou 2, o vaso de reator principal 250 pode compreender uma porção a montante 204 e uma porção a jusante 206. A porção a montante 204 pode ser a porção do vaso de reator principal 250 adjacente ao distribuidor de alimentação 260 e a porção a jusante 206 pode ser a porção do vaso de reator principal 250 adjacente à seção de transição 258. Uma porção central 208 do vaso de reator principal 250 pode ser posicionada equidistante entre a porção a montante 204 e a porção a jusante 206 (com base na altura na direção x do vaso de reator principal 250). Geralmente, a porção a montante 204 do vaso de reator principal 250 pode ter uma área de seção transversal menor que a porção a jusante 206 do vaso de reator principal 250, definindo um afunilamento na geometria de seção transversal do vaso de reator principal 250. Conforme descrito no presente documento, a menos que declarado explicitamente em contrário, a “área de seção transversal” se refere à área de seção transversal de uma porção da parte de reator em um plano substancialmente ortogonal à direção de fluxo médio de reagentes e/ou produtos (isto é, o plano perpendicular ao eixo x na FIG. 1). Por exemplo, na FIG. 1, a área de seção transversal do vaso de reator principal 250, da seção de transição 258 e da seção de reator a jusante 230, ou qualquer porção de cada uma, estão na direção de um plano definido pela direção horizontal e a direção para a página (ortogonal à direção de movimento de fluido, isto é, verticalmente para cima na FIG. 1). Em modalidades adicionais, a porção a montante 204 pode ter uma área de seção transversal menor que a porção central 208 e a porção central 208 pode ter uma área de seção transversal menor que a porção a jusante 206. Como tal, em algumas modalidades, a área de seção transversal da porção central 208 pode ser menor que a área de seção transversal da porção a jusante 206 e maior que a área de seção transversal da porção a montante 204.[0027] With reference to FIG. 1 or 2, the main reactor vessel 250 may comprise an upstream portion 204 and a downstream portion 206. The upstream portion 204 may be the portion of the main reactor vessel 250 adjacent to the feed manifold 260 and the downstream portion 206 may be the portion of the main reactor vessel 250 adjacent to the transition section 258. A central portion 208 of the main reactor vessel 250 may be positioned equidistant between the upstream portion 204 and the downstream portion 206 (based on the height in x direction of the main reactor vessel 250). Generally, the upstream portion 204 of the main reactor vessel 250 may have a smaller cross-sectional area than the downstream portion 206 of the main reactor vessel 250, defining a bottleneck in the cross-sectional geometry of the main reactor vessel 250. According described herein, unless explicitly stated otherwise, “cross-sectional area” refers to the cross-sectional area of a portion of the reactor part in a plane substantially orthogonal to the direction of mean flow of reactants and/or products (i.e., the plane perpendicular to the x-axis in FIG. 1). For example, in FIG. 1, the cross-sectional area of the main reactor vessel 250, the transition section 258, and the downstream reactor section 230, or any portion of each, are in the direction of a plane defined by the horizontal direction and the direction toward the page (orthogonal to the direction of fluid movement, i.e., vertically upward in FIG. 1). In additional embodiments, the upstream portion 204 may have a smaller cross-sectional area than the central portion 208 and the central portion 208 may have a smaller cross-sectional area than the downstream portion 206. As such, in some embodiments, the cross-sectional area of the central portion 208 may be smaller than the cross-sectional area of the downstream portion 206 and larger than the cross-sectional area of the upstream portion 204.

[0028] Em uma ou mais modalidades, a área de seção transversal da porção a jusante 206 do vaso de reator principal 250 pode ser de 1,2 a 1,8 vezes aquela da porção a montante 204 do vaso de reator principal 250 (por exemplo, de 1,2 a 1,4, de 1,4 a 1,6 ou de 1,6 a 1,8). De acordo com uma ou mais modalidades, o vaso de reator principal 250 pode ter uma altura de 0,6 m a 3,6 m (2 ft a 12 ft) (por exemplo, de 0,6m a 1,2 m (2 ft a 4 ft), de 1,2 m a 1,8 m (4 ft a 6 ft), de 1,8 m a 2,4 m (6 ft a 8 ft), de 2,4 m a 3,0 m (8 ft a 10 ft), ou de 3,0 m a 3,7 m (10 ft a 12 ft)).[0028] In one or more embodiments, the cross-sectional area of the downstream portion 206 of the main reactor vessel 250 may be 1.2 to 1.8 times that of the upstream portion 204 of the main reactor vessel 250 (e.g. example, from 1.2 to 1.4, from 1.4 to 1.6 or from 1.6 to 1.8). According to one or more embodiments, the main reactor vessel 250 may have a height of 0.6 m to 3.6 m (2 ft to 12 ft) (e.g., 0.6 m to 1.2 m (2 ft). to 4 ft), from 1.2 m to 1.8 m (4 ft to 6 ft), from 1.8 m to 2.4 m (6 ft to 8 ft), from 2.4 m to 3.0 m (8 ft to 10 ft), or from 3.0 m to 3.7 m (10 ft to 12 ft)).

[0029] Em uma ou mais modalidades, o afunilamento do vaso de reator principal 250 pode ser descrito por uma inclinação em uma porção particular do vaso de reator principal 250. Por exemplo, o vaso de reator principal 250 pode ter uma inclinação mensurável (isto é, metade da mudança de largura dividida pela mudança de altura) na porção a montante 204, na porção a jusante 206 e na porção central 208. Isto é, um formato de seção transversal constante teria uma inclinação de 0. Na modalidade da FIG. 1, a inclinação pode ser substancialmente constante através do vaso de reator principal 250, tal como substancialmente constante em relação à porção a montante 204, à porção a jusante 206 e à porção central 208. Tal inclinação substancialmente constante corresponde a um perfil linear do vaso de reator principal 250. Em modalidades adicionais, tal como aquela da FIG. 2, o vaso de reator principal 250 pode compreender uma inclinação que é menor na ou perto da porção a jusante 206 do que aquela na ou perto da porção a montante 204 do vaso de reator principal 250. Em tais modalidades, a inclinação na porção central 208 pode ser menor que aquela da porção a montante 204 e maior que aquela da porção a jusante 206. Como é explicado nos Exemplos a seguir, a inclinação e a forma relativa do vaso de reator principal 250 podem afetar a velocidade de gás superficial e/ou a densidade de suspensão no local posicionado dentro do vaso de reator principal 250.[0029] In one or more embodiments, the taper of the main reactor vessel 250 may be described by a slope in a particular portion of the main reactor vessel 250. For example, the main reactor vessel 250 may have a measurable slope (i.e. is, half the width change divided by the height change) in the upstream portion 204, the downstream portion 206, and the central portion 208. That is, a constant cross-sectional shape would have a slope of 0. In the embodiment of FIG. 1, the slope may be substantially constant throughout the main reactor vessel 250, such as substantially constant with respect to the upstream portion 204, the downstream portion 206, and the central portion 208. Such substantially constant slope corresponds to a linear profile of the vessel. of main reactor 250. In additional embodiments, such as that of FIG. 2, the main reactor vessel 250 may comprise a slope that is less at or near the downstream portion 206 than that at or near the upstream portion 204 of the main reactor vessel 250. In such embodiments, the slope at the central portion 208 may be less than that of the upstream portion 204 and greater than that of the downstream portion 206. As explained in the Examples below, the slope and relative shape of the main reactor vessel 250 may affect the surface gas velocity and/or or the suspension density at the location positioned within the main reactor vessel 250.

[0030] Como representado nas FIGS. 1 e 2, a seção de transição afunilada para dentro 258 e o vaso de reator principal afunilado para fora 250 formam uma configuração geométrica do reator de leito fluidizado 202 na qual a porção do reator de leito fluidizado 202 com a área de seção transversal maior está no ponto em que a seção de transição 258 e o vaso de reator principal 250 estão conectados (isto é, na ou perto da porção a jusante 206 do vaso de reator principal 250). A seção de reator a jusante 230 pode ter uma área de seção transversal menor que a seção de transição 258 e o vaso de reator principal 250. Em uma ou mais modalidades, a seção de reator a jusante 230 pode ter uma área de seção transversal menor que a porção a montante 204 do vaso de reator principal 250.[0030] As depicted in FIGS. 1 and 2, the inwardly tapered transition section 258 and the outwardly tapered main reactor vessel 250 form a geometric configuration of the fluidized bed reactor 202 in which the portion of the fluidized bed reactor 202 with the largest cross-sectional area is at the point where the transition section 258 and the main reactor vessel 250 are connected (i.e., at or near the downstream portion 206 of the main reactor vessel 250). The downstream reactor section 230 may have a smaller cross-sectional area than the transition section 258 and the main reactor vessel 250. In one or more embodiments, the downstream reactor section 230 may have a smaller cross-sectional area. than the upstream portion 204 of the main reactor vessel 250.

[0031] De acordo com as modalidades descritas neste documento, pelo menos uma finalidade do vaso de reator principal afunilado para fora 250 é seu efeito sobre a velocidade superficial de gás e/ou densidade de suspensão em posições locais no vaso de reator principal 250. Pode ser desejável ter velocidade superficial de gás e/ou densidade de suspensão relativamente constante ao longo da altura do vaso de reator principal 250. Por exemplo, pode ser desejável ter velocidade superficial de gás e/ou densidade de suspensão semelhantes em duas ou mais da porção a montante 204 como na porção a jusante 206 ou na porção central 208.[0031] According to the embodiments described herein, at least one purpose of the outwardly tapered main reactor vessel 250 is its effect on the superficial gas velocity and/or suspension density at local positions in the main reactor vessel 250. It may be desirable to have relatively constant surface gas velocity and/or suspension density throughout the height of the main reactor vessel 250. For example, it may be desirable to have similar surface gas velocity and/or suspension density at two or more of the upstream portion 204 as well as the downstream portion 206 or the central portion 208.

[0032] De acordo com uma ou mais modalidades, a velocidade superficial dos gases no reator de leito fluidizado na porção a jusante 206 do vaso de reator principal 250 pode ser menor ou igual a 140% (tal como, por exemplo, menor ou igual a 130%, menor ou igual a 120%, menor ou igual a 110%, menor ou igual a 100%, menor ou igual a 90% ou até menor ou igual a 80%) da velocidade superficial dos gases no reator de leito fluidizado na porção a montante 204 do vaso de reator principal 250. Por exemplo, em modalidades adicionais, a velocidade superficial dos gases no reator de leito fluidizado na porção a jusante 206 do vaso de reator principal 250 pode ser de 60% a 140%, de 70% a 130%, de 80% a 120%, ou mesmo de 90% a 110% da velocidade superficial dos gases no reator de leito fluidizado na porção a montante 204 do vaso de reator principal. Em modalidades adicionais, a velocidade superficial dos gases no reator de leito fluidizado na porção a jusante 206 do vaso de reator principal 250, na porção a montante 204 do vaso de reator principal 250, ou em ambas, pode ser menor ou igual a 140% (tal como, por exemplo, menor ou igual a 130%, menor ou igual a 120%, menor ou igual a 110%, menor ou igual a 100%, menor ou igual a 90% ou mesmo menor ou igual a 80%) da velocidade superficial dos gases no reator de leito fluidizado na porção central 208 do vaso de reator principal 250. Por exemplo, a velocidade superficial dos gases no reator de leito fluidizado na porção a jusante 206 do vaso de reator principal 250, na porção a montante 204 do vaso de reator principal 250, ou ambas, pode ser de 60% a 140%, de 70% a 130%, de 80% a 120%, ou mesmo de 90% a 110% da velocidade superficial dos gases no reator de leito fluidizado na porção central 208 do vaso de reator principal 250.[0032] According to one or more embodiments, the surface velocity of gases in the fluidized bed reactor in the downstream portion 206 of the main reactor vessel 250 may be less than or equal to 140% (such as, for example, less than or equal to to 130%, less than or equal to 120%, less than or equal to 110%, less than or equal to 100%, less than or equal to 90% or even less than or equal to 80%) of the surface velocity of the gases in the fluidized bed reactor in the upstream portion 204 of the main reactor vessel 250. For example, in additional embodiments, the surface velocity of gases in the fluidized bed reactor in the downstream portion 206 of the main reactor vessel 250 may be 60% to 140%, from 70% to 130%, 80% to 120%, or even 90% to 110% of the superficial gas velocity in the fluidized bed reactor in the upstream portion 204 of the main reactor vessel. In additional embodiments, the surface velocity of gases in the fluidized bed reactor in the downstream portion 206 of the main reactor vessel 250, in the upstream portion 204 of the main reactor vessel 250, or both, may be less than or equal to 140% (such as, for example, less than or equal to 130%, less than or equal to 120%, less than or equal to 110%, less than or equal to 100%, less than or equal to 90% or even less than or equal to 80%) of the surface velocity of gases in the fluidized bed reactor in the central portion 208 of the main reactor vessel 250. For example, the surface velocity of gases in the fluidized bed reactor in the downstream portion 206 of the main reactor vessel 250, in the upstream portion 204 of the main reactor vessel 250, or both, may be 60% to 140%, 70% to 130%, 80% to 120%, or even 90% to 110% of the surface velocity of the gases in the reactor. fluidized bed in the central portion 208 of the main reactor vessel 250.

[0033] De acordo com modalidades adicionais, a densidade de suspensão no reator de leito fluidizado na porção a jusante 206 do vaso de reator principal 250 pode ser maior ou igual a 25% (tal como maior ou igual a 35%, maior ou igual a 50%, ou mesmo maior ou igual a 75%) da densidade de suspensão no reator de leito fluidizado na porção a montante 204 do vaso de reator principal 250. Por exemplo, em modalidades adicionais, a densidade de suspensão no reator de leito fluidizado na porção a jusante 206 do vaso de reator principal 250 pode ser de 25% a 175%, de 50% a 150%, de 80% a 120%, ou mesmo de 90% a 110% da densidade de suspensão no reator de leito fluidizado na porção a montante 204 do vaso de reator principal. Em modalidades adicionais, a densidade de suspensão no reator de leito fluidizado na porção central 208 do vaso de reator principal 250 pode ser maior ou igual a 40%, 50%, 60%, 70%, ou mesmo 80% da densidade de suspensão no reator de leito fluidizado na porção a montante 204 do vaso de reator principal 250.[0033] According to additional embodiments, the suspension density in the fluidized bed reactor in the downstream portion 206 of the main reactor vessel 250 may be greater than or equal to 25% (such as greater than or equal to 35%, greater than or equal to at 50%, or even greater than or equal to 75%), of the suspension density in the fluidized bed reactor in the upstream portion 204 of the main reactor vessel 250. For example, in additional embodiments, the suspension density in the fluidized bed reactor in the downstream portion 206 of the main reactor vessel 250 may be 25% to 175%, 50% to 150%, 80% to 120%, or even 90% to 110% of the suspension density in the bed reactor. fluidized in the upstream portion 204 of the main reactor vessel. In additional embodiments, the suspension density in the fluidized bed reactor in the central portion 208 of the main reactor vessel 250 may be greater than or equal to 40%, 50%, 60%, 70%, or even 80% of the suspension density in the fluidized bed reactor. fluidized bed reactor in the upstream portion 204 of the main reactor vessel 250.

[0034] Como descrito neste documento, a velocidade superficial na porção a montante 204 e na porção a jusante 206 do vaso de reator principal 250 pode ser determinada utilizando equações conhecidas, tal como a lei do gás perfeito com propriedades mensuráveis das correntes dentro do reator de leito fluidizado 202. A temperatura e a pressão na porção a montante 204 e na porção a jusante 206 do vaso de reator principal 250, respectivamente, bem como as taxas de fluxo de massa e composições de gás entrando e saindo do vaso de reator principal 250, podem ser utilizadas para determinar a velocidade superficial na porção a montante 204 e na porção a jusante 206 do vaso de reator principal 250. Por exemplo, sondas de temperatura e pressão podem ser usadas dentro do reator de leito fluidizado e correntes laterais em alturas ao longo do reator de leito fluidizado podem ser determinantes da composição de gás como uma altura particular. Adicionalmente, a densidade de suspensão pode ser determinada comparando a pressão em duas alturas de reator e aplicando equações conhecidas. Deve ser entendido que, uma vez que duas medições podem ser necessárias para determinar a densidade de suspensão, a densidade de suspensão na porção a montante 204 pode ser medida por dados coletados da área adjacente ao distribuidor e a um pé a jusante (por exemplo, acima) do distribuidor. Da mesma forma, a densidade de suspensão na porção a jusante 206 pode ser medida por dados coletados da área adjacente à seção de transição 258 e a um pé a montante (por exemplo, abaixo) da seção de transição 258.[0034] As described herein, the surface velocity in the upstream portion 204 and the downstream portion 206 of the main reactor vessel 250 can be determined using known equations, such as the perfect gas law with measurable properties of the currents within the reactor. of fluidized bed 202. The temperature and pressure in the upstream portion 204 and the downstream portion 206 of the main reactor vessel 250, respectively, as well as the mass flow rates and gas compositions entering and leaving the main reactor vessel 250, can be used to determine the surface velocity in the upstream portion 204 and the downstream portion 206 of the main reactor vessel 250. For example, temperature and pressure probes can be used within the fluidized bed reactor and side streams at heights throughout the fluidized bed reactor can be determinants of the gas composition as a particular height. Additionally, the suspension density can be determined by comparing the pressure at two reactor heights and applying known equations. It should be understood that since two measurements may be necessary to determine the suspension density, the suspension density in the upstream portion 204 may be measured by data collected from the area adjacent to the distributor and one foot downstream (e.g., above) from the distributor. Likewise, the suspension density in the downstream portion 206 can be measured by data collected from the area adjacent to the transition section 258 and one foot upstream (e.g., below) the transition section 258.

[0035] Em uma ou mais modalidades, com base no formato, no tamanho e em outras condições de processamento, tal como temperatura e pressão, no vaso de reator principal 250 e na seção de reator a jusante 230, o vaso de reator principal 250 pode operar de uma maneira que seja ou se aproxime de isotérmica, tal como em um reator de leito fluidizado, turbulento ou borbulhante rápido, embora a seção de reator a jusante 230 possa operar em mais de uma maneira de fluxo de obstrução, tal como em um reator de tubo ascendente de fase diluída. Por exemplo, o reator de leito fluidizado 202 da FIG. 1 pode compreender um vaso de reator principal 250 operando como um reator de leito fluidizado, turbulento ou borbulhante rápido e uma seção de reator a jusante 230 operando como um reator de tubo ascendente de fase diluída, com o resultado de que o fluxo de catalisador e de gás médio se move concomitantemente para cima. Como o termo é usado no presente documento, “fluxo médio” se refere ao fluxo líquido, isto é, o fluxo para cima total menos o fluxo retrógrado ou reverso, como é típico do comportamento de partículas fluidizadas de modo geral. Como descrito no presente documento, um reator “fluidizado rápido” pode se referir a um reator utilizando um regime de fluidização em que a velocidade superficial da fase de gás é maior que a velocidade de estrangulamento e pode ser semidensa em operação. Como descrito no presente documento, um reator “turbulento” pode se referir a um regime de fluidização em que a velocidade superficial é menor que a velocidade de estrangulamento e é mais densa que o regime fluidizado rápido. Como descrito no presente documento, um reator de “leito borbulhante” pode ser referir a um regime de fluidização em que bolhas bem definidas em um leito altamente denso estão presentes em duas fases distintas. A “velocidade de estrangulamento” se refere à velocidade mínima exigida para manter sólidos no modo de fase diluída em uma linha de transporte vertical. Como descrito no presente documento, um “tubo ascendente de fase diluída” pode se referir a um reator de tubo ascendente operando em velocidade de transporte, em que o gás e o catalisador têm aproximadamente a mesma velocidade em uma fase diluída.[0035] In one or more embodiments, based on the shape, size, and other processing conditions, such as temperature and pressure, in the main reactor vessel 250 and the downstream reactor section 230, the main reactor vessel 250 may operate in a manner that is or approaches isothermal, such as in a fluidized bed, turbulent, or fast bubbling reactor, although the downstream reactor section 230 may operate in more than one obstruction flow manner, such as in a dilute phase riser reactor. For example, the fluidized bed reactor 202 of FIG. 1 may comprise a main reactor vessel 250 operating as a fast bubbling, turbulent or fluidized bed reactor and a downstream reactor section 230 operating as a dilute phase riser reactor, with the result that the flow of catalyst and of medium gas moves concomitantly upward. As the term is used herein, “average flow” refers to the net flow, that is, the total upward flow minus the retrograde or reverse flow, as is typical of the behavior of fluidized particles generally. As described herein, a “fast fluidized” reactor may refer to a reactor utilizing a fluidization regime in which the surface velocity of the gas phase is greater than the choke velocity and may be semi-dense in operation. As described herein, a “turbulent” reactor may refer to a fluidization regime in which the surface velocity is less than the choke velocity and is denser than the fast fluidized regime. As described herein, a “bubbling bed” reactor can refer to a fluidization regime in which well-defined bubbles in a highly dense bed are present in two distinct phases. “Choke speed” refers to the minimum speed required to maintain solids in dilute phase mode in a vertical conveying line. As described herein, a “dilute phase riser” may refer to a riser reactor operating at transport velocity, wherein the gas and catalyst have approximately the same velocity in a dilute phase.

[0036] Em uma ou mais modalidades, a pressão no reator de leito fluidizado 202 pode variar de 0,41 MPa a 0,31 MPa (6,0 a 44,7 libra por polegada quadrada absoluta) (psia, de cerca de 41,4 kilopascals, (kPa) a cerca de 308,2 kPa), mas em algumas modalidades, uma faixa mais estreita selecionada, tal como de 0,10 MPa a 0,24 MPa (15,0 psia a 35,0 psia), (de cerca de 103,4 kPa a cerca de 241,3 kPa), pode ser empregada. Por exemplo, a pressão pode ser de 0,10 MPa a 0,21 MPa (15,0 psia a 30,0 psia) (de cerca de 103,4 kPa a cerca de 206,8 kPa), de 0,12 MPa a 0,19 MPa (17,0 psia a 28,0 psia) (de cerca de 117,2 kPa a cerca de 193,1 kPa) ou de 0,13 MPa a 0,17 MPa (19,0 psia a 25,0 psia) (de cerca de 131,0 kPa a cerca de 172,4 kPa). Conversões de unidade de expressões padrão (não SI) em métricas (SI) no presente documento incluem “cerca de” para indicar arredondamento que pode estar presente nas expressões métricas (SI) como resultado das conversões.[0036] In one or more embodiments, the pressure in the fluidized bed reactor 202 can vary from 0.41 MPa to 0.31 MPa (6.0 to 44.7 pounds per square inch absolute) (psia, about 41 .4 kilopascals, (kPa) to about 308.2 kPa), but in some embodiments, a narrower range is selected, such as from 0.10 MPa to 0.24 MPa (15.0 psia to 35.0 psia) , (from about 103.4 kPa to about 241.3 kPa), can be employed. For example, the pressure may be from 0.10 MPa to 0.21 MPa (15.0 psia to 30.0 psia) (from about 103.4 kPa to about 206.8 kPa), from 0.12 MPa to 0.19 MPa (17.0 psia to 28.0 psia) (from about 117.2 kPa to about 193.1 kPa) or from 0.13 MPa to 0.17 MPa (19.0 psia to 25 .0 psia) (from about 131.0 kPa to about 172.4 kPa). Unit conversions from standard (non-SI) to metric (SI) expressions in this document include “about” to indicate rounding that may be present in metric (SI) expressions as a result of the conversions.

[0037] Em modalidades adicionais, a velocidade espacial horária ponderal (WHSV) para o processo divulgado pode variar de 12,6 mg/s 12,6 g/s (0,1 libra (lb) a 100 lb) de alimentação de produto químico por hora (h) por lb de catalisador no reator (lb de alimentação/h/lb de catalisador). Por exemplo, quando um reator compreende uma seção de reator principal 250 que opera como um reator de leito fluidizado, turbulento ou borbulhante rápido e uma seção de reator a jusante 230 que opera como um reator de tubo ascendente, a velocidade de gás superficial pode variar de 2 pés por segundo (ft/s, cerca de 0,61 metro por segundo, m/s) a 80 ft/s (cerca de 24,38 m/s), tal como de 2 ft/s (cerca de 0,61 m/s) a 10 ft/s (cerca de 3,05 m/s), no vaso de reator principal 250 e de 30 ft/s (cerca de 9,14 m/s) a 70 ft/s (cerca de 21,31 m/s) na seção de reator a jusante 230. Em modalidades adicionais, uma configuração de reator que é completamente de um tipo de tubo ascendente pode operar em uma única velocidade de gás superficial alta, por exemplo, em algumas modalidades pelo menos 30 ft/s (cerca de 9,15 m/s) inteiramente.[0037] In additional embodiments, the weight hourly space velocity (WHSV) for the disclosed process can range from 12.6 mg/s to 12.6 g/s (0.1 pound (lb) to 100 lb) of product feed chemical per hour (h) per lb of catalyst in the reactor (lb of feed/h/lb of catalyst). For example, when a reactor comprises a main reactor section 250 that operates as a fast bubbling, turbulent, or fluidized bed reactor and a downstream reactor section 230 that operates as a riser reactor, the surface gas velocity may vary. from 2 feet per second (ft/s, about 0.61 meter per second, m/s) to 80 ft/s (about 24.38 m/s), such as from 2 ft/s (about 0 .61 m/s) to 10 ft/s (about 3.05 m/s) in the main reactor vessel 250 and from 30 ft/s (about 9.14 m/s) to 70 ft/s ( about 21.31 m/s) in the downstream reactor section 230. In additional embodiments, a reactor configuration that is completely of a riser type may operate at a single high surface gas velocity, e.g., in some modalities at least 30 ft/s (about 9.15 m/s) entirely.

[0038] Em modalidades adicionais, a razão de catalisador para corrente de alimentação no reator de leito fluidizado 202 pode variar de 5 a 100 em uma base de peso para peso (p/p). Em algumas modalidades, a razão pode variar de 10 a 40, tal como de 12 a 36 ou de 12 a 24.[0038] In additional embodiments, the ratio of catalyst to feed stream in the fluidized bed reactor 202 can range from 5 to 100 on a weight-to-weight (w/w) basis. In some embodiments, the ratio may vary from 10 to 40, such as 12 to 36 or 12 to 24.

[0039] Em modalidades adicionais, o fluxo de catalisador pode ser de 1 libra por pé quadrado-segundo (lb/ft2-s) (cerca de 4,89 kg/m2-s) a 20 lb/ft2-s (a cerca de 97,7 kg/m2-s) no vaso de reator principal 250, e de 10 lb/ft2-s (cerca de 48,9 kg/m2-s) a 100 lb/ft2-s (cerca de 489 kg/m2-s) na seção de reator a jusante 230.[0039] In additional embodiments, the catalyst flow can be from 1 pound per square foot-second (lb/ft2-s) (about 4.89 kg/m2-s) to 20 lb/ft2-s (about of 97.7 kg/m2-s) in the main reactor vessel 250, and from 10 lb/ft2-s (about 48.9 kg/m2-s) to 100 lb/ft2-s (about 489 kg/m2-s) m2-s) in the downstream reactor section 230.

[0040] De acordo com modalidades adicionais, o reator de leito fluidizado 202 pode incluir estruturas internas, tal como aquelas descritas na Publicação US 2016/0375419, cujo conteúdo é incorporado por referência na sua totalidade.[0040] According to additional embodiments, the fluidized bed reactor 202 may include internal structures, such as those described in US Publication 2016/0375419, the contents of which are incorporated by reference in their entirety.

[0041] Agora com referência à FIG. 3, um sistema de reator exemplar 102 que pode incorporar um reator de leito fluidizado (tal como aquele da FIG. 1 ou FIG. 2) e ser adequado para uso com os métodos descritos no presente documento é representado esquematicamente. Deve ser entendido que o sistema da FIG. 3 é apenas um sistema de exemplo e outros sistemas podem ser utilizados com os reatores de leito fluidizado aqui descritos.[0041] Now referring to FIG. 3, an exemplary reactor system 102 that may incorporate a fluidized bed reactor (such as that of FIG. 1 or FIG. 2) and be suitable for use with the methods described herein is represented schematically. It should be understood that the system of FIG. 3 is just an example system and other systems can be used with the fluidized bed reactors described here.

[0042] O sistema de reator 102 compreende geralmente múltiplos componentes de sistema, tal como uma porção de reator 200 e/ou uma porção de processamento de catalisador 300. Conforme usado no presente documento no contexto da FIG. 2, a porção de reator 200 se refere geralmente à porção de um sistema de reator 102 no qual a reação de processo principal ocorre, tal como uma reação de desidrogenação, uma reação de craqueamento, uma reação de desidratação ou uma reação de metanol para olefina, por exemplo, para formar olefinas leves. A porção de reator 200 compreende um reator de leito fluidizado 202 que pode incluir uma seção de reator a jusante 230 e um vaso de reator principal 250. De acordo com uma ou mais modalidades, como representado na FIG. 3, a porção de reator 200 pode incluir adicionalmente uma seção de separação de catalisador 210 que serve para separar o catalisador dos produtos químicos formados no reator de leito fluidizado 202. Além disso, conforme usado no presente documento, a porção de processamento de catalisador 300 se refere geralmente à porção de um sistema de reator 102 onde o catalisador é processado de algum modo, tal como por combustão. A porção de processamento de catalisador 300 pode compreender um combustor 350 e um tubo ascendente 330 e pode compreender opcionalmente uma seção de separação do catalisador 310. Em algumas modalidades, o catalisador pode ser regenerado queimando contaminantes como coque na porção de processamento de catalisador 300. Em modalidades adicionais, o catalisador pode ser aquecido na porção de processamento de catalisador 300. Um combustível suplementar pode ser utilizado para aquecer o catalisador na porção de processamento de catalisador 300 se coque ou outro material combustível não for formado no catalisador ou uma quantidade de coque formada no catalisador não seja suficiente para queimar para aquecer o catalisador até uma temperatura desejada. Em uma ou mais modalidades, a seção de separação de catalisador 210 pode estar em comunicação de fluido com o combustor 350 (por exemplo, via tubo vertical 426) e a seção de separação de catalisador 310 pode estar em comunicação de fluido com o vaso de reator principal 250 (por exemplo, via tubo vertical 424 e tubo ascendente de transporte 430).[0042] The reactor system 102 generally comprises multiple system components, such as a reactor portion 200 and/or a catalyst processing portion 300. As used herein in the context of FIG. 2, reactor portion 200 generally refers to the portion of a reactor system 102 in which the main process reaction occurs, such as a dehydrogenation reaction, a cracking reaction, a dehydration reaction, or a methanol to olefin reaction. , for example, to form light olefins. The reactor portion 200 comprises a fluidized bed reactor 202 that may include a downstream reactor section 230 and a main reactor vessel 250. In accordance with one or more embodiments, as depicted in FIG. 3, the reactor portion 200 may additionally include a catalyst separation section 210 that serves to separate the catalyst from chemicals formed in the fluidized bed reactor 202. Additionally, as used herein, the catalyst processing portion 300 refers generally to that portion of a reactor system 102 where the catalyst is processed in some way, such as by combustion. The catalyst processing portion 300 may comprise a combustor 350 and a riser 330 and may optionally comprise a catalyst separation section 310. In some embodiments, the catalyst may be regenerated by burning contaminants such as coke in the catalyst processing portion 300. In additional embodiments, the catalyst may be heated in the catalyst processing portion 300. A supplemental fuel may be used to heat the catalyst in the catalyst processing portion 300 if coke or other combustible material is not formed in the catalyst or an amount of coke formed in the catalyst is not enough to burn to heat the catalyst to a desired temperature. In one or more embodiments, the catalyst separation section 210 may be in fluid communication with the combustor 350 (e.g., via standpipe 426) and the catalyst separation section 310 may be in fluid communication with the combustion vessel. main reactor 250 (e.g., via standpipe 424 and transport riser 430).

[0043] Conforme descrito com relação à FIG. 3, a corrente de alimentação pode entrar em um tubo ascendente de transporte 430 e a corrente de produto pode sair do sistema de reator 102 via tubo 420. De acordo com uma ou mais modalidades, o sistema de reator 102 pode ser operado alimentando uma alimentação de produto químico (por exemplo, em uma corrente de alimentação) e um catalisador fluidizado para o vaso de reator principal 250. A alimentação de produto químico contata o catalisador no vaso de reator principal 250 e cada um flui para cima e através da seção de reator a jusante 230 para produzir um produto químico. O produto químico e o catalisador podem ser passados para fora da seção de reator a jusante 230 para um dispositivo de separação 220 na seção de separação de catalisador 210, onde o catalisador é separado do produto químico, que é transportado para fora da seção de separação de catalisador 210. O catalisador separado é passado da seção de separação de catalisador 210 para o combustor 350. No combustor 350, o catalisador pode ser processado, por exemplo, por combustão. Por exemplo, e sem limitação, o catalisador pode ser ter descoqueificado e/ou o combustível suplementar pode ser queimado para aquecer o catalisador. Em seguida, o catalisador é passado para fora do combustor 350 e através do tubo ascendente 330 para um separador de terminação de tubo ascendente 378, onde o gás e os componentes sólidos do tubo ascendente 330 são separados pelo menos parcialmente. O vapor e os sólidos restantes são transportados para um dispositivo de separação secundário 320 na seção de separação de catalisador 310 onde o catalisador restante é separado dos gases do processamento de catalisador (por exemplo, gases emitidos pela combustão de catalisador gasto ou combustível suplementar). O catalisador separado é, então, passado da seção de separação de catalisador 310 (via porção 312) para o vaso de reator principal 250 via tubo vertical 424 e um tubo ascendente de transporte 430, onde ele é adicionalmente utilizado em uma reação catalítica. Assim, o catalisador, em operação, pode ciclar entre a porção de reator 200 e a porção de processamento de catalisador 300. Em geral, as correntes de produtos químicos processadas, incluindo as correntes de alimentação e correntes de produto, podem ser gasosas, e o catalisador pode ser sólido particulado fluidizado.[0043] As described with respect to FIG. 3, the feed stream may enter a transport riser 430 and the product stream may exit the reactor system 102 via tube 420. According to one or more embodiments, the reactor system 102 may be operated by feeding a feed of chemical (e.g., in a feed stream) and a fluidized catalyst to the main reactor vessel 250. The chemical feed contacts the catalyst in the main reactor vessel 250 and each flows up and through the feed section. downstream reactor 230 to produce a chemical. The chemical and catalyst may be passed out of the downstream reactor section 230 to a separation device 220 in the catalyst separation section 210, where the catalyst is separated from the chemical, which is conveyed out of the separation section. of catalyst 210. The separated catalyst is passed from the catalyst separation section 210 to the combustor 350. In the combustor 350, the catalyst can be processed, for example, by combustion. For example, and without limitation, the catalyst may be decoked and/or supplemental fuel may be burned to heat the catalyst. Next, the catalyst is passed out of the combustor 350 and through the riser 330 to a riser termination separator 378, where the gas and solid components of the riser 330 are at least partially separated. The remaining vapor and solids are transported to a secondary separation device 320 in the catalyst separation section 310 where the remaining catalyst is separated from the catalyst processing gases (e.g., gases emitted by the combustion of spent catalyst or supplemental fuel). The separated catalyst is then passed from the catalyst separation section 310 (via portion 312) to the main reactor vessel 250 via standpipe 424 and a transport riser 430, where it is further utilized in a catalytic reaction. Thus, the catalyst, in operation, may cycle between the reactor portion 200 and the catalyst processing portion 300. In general, the processed chemical streams, including the feed streams and product streams, may be gaseous, and the catalyst may be fluidized particulate solid.

[0044] O catalisador entrando no vaso de reator principal 250 via tubo ascendente de transporte 430 pode ser passado através do tubo vertical 424 para um tubo ascendente de transporte 430, assim, chegando à porção de processamento de catalisador 300. Em algumas modalidades, o catalisador pode vir diretamente da seção de separação de catalisador 210 via tubo vertical 422 e para um tubo ascendente de transporte 430, onde ele entra no vaso de reator principal 250. Este catalisador pode ser ligeiramente desativado, mas pode ainda, em algumas modalidades, ser adequado para reação no vaso de reator principal 250. Como usado no presente documento, “desativado” pode se referir a um catalisador que é contaminado com uma substância, tal como coque, ou é mais frio em temperatura que o desejado. A regeneração pode mover o contaminante, tal como coque, elevar a temperatura do catalisador, ou ambos.[0044] The catalyst entering the main reactor vessel 250 via transport riser 430 may be passed through the vertical tube 424 to a transport riser 430, thereby reaching the catalyst processing portion 300. In some embodiments, the Catalyst may come directly from the catalyst separation section 210 via standpipe 422 and to a transport riser 430, where it enters the main reactor vessel 250. This catalyst may be deactivated slightly, but may still, in some embodiments, be suitable for reaction in the main reactor vessel 250. As used herein, “deactivated” may refer to a catalyst that is contaminated with a substance, such as coke, or is cooler in temperature than desired. Regeneration can move contaminant such as coke, raise the catalyst temperature, or both.

[0045] Em operação, o catalisador pode se mover para cima através da seção de reator a jusante 230 (do vaso de reator principal 250) e para o dispositivo de separação 220. Em algumas modalidades, a seção de reator a jusante 230 pode compreender uma porção interna 234 (isto é, dentro da seção de separação de catalisador 210) e uma porção externa 232. Os vapores separados podem ser removidos do sistema de reator 102 via um tubo 420 em um orifício de saída de gás 216 da seção de separação de catalisador 210. De acordo com uma ou mais modalidades, o dispositivo de separação 220 pode ser um sistema de separação ciclônico, que pode incluir dois ou mais estágios de separação ciclônica. Em modalidades em que o dispositivo de separação 220 compreende mais de um estágio de separação ciclônica, o primeiro dispositivo de separação no qual a corrente fluidizada entra é denominado de um dispositivo de separação ciclônica primário. O efluente fluidizado do dispositivo de separação ciclônica primário pode entrar em um dispositivo de separação ciclônica secundário para separação adicional. Os dispositivos de separação ciclônica primários podem incluir, por exemplo, ciclones primários e sistemas comercialmente disponíveis sob os nomes VSS (comercialmente disponíveis de UOP), LD2 (comercialmente disponíveis de Stone e Webster) e RS2 (comercialmente disponíveis de Stone e Webster). Ciclones primários são descritos, por exemplo, nas Patentes US 4.579.716; 5.190.650 e 5.275.641, que são incorporadas, cada uma, a título de referência em sua totalidade no presente documento. Em alguns sistemas de separação que utilizam ciclones primários como o dispositivo de separação ciclônica primário, um ou mais conjuntos de ciclones adicionais, por exemplo, ciclones secundários e ciclones terciários, são empregados para separação adicional do catalisador do gás de produto. Deve ser entendido que qualquer dispositivo de separação ciclônica primário pode ser usado em modalidades da invenção.[0045] In operation, the catalyst may move upward through the downstream reactor section 230 (from the main reactor vessel 250) and to the separation device 220. In some embodiments, the downstream reactor section 230 may comprise an inner portion 234 (i.e., within the catalyst separation section 210) and an outer portion 232. The separated vapors may be removed from the reactor system 102 via a tube 420 into a gas outlet port 216 of the separation section. of catalyst 210. According to one or more embodiments, the separation device 220 may be a cyclonic separation system, which may include two or more cyclonic separation stages. In embodiments in which the separation device 220 comprises more than one cyclonic separation stage, the first separation device into which the fluidized stream enters is called a primary cyclonic separation device. The fluidized effluent from the primary cyclonic separation device may enter a secondary cyclonic separation device for further separation. Primary cyclonic separation devices may include, for example, primary cyclones and systems commercially available under the names VSS (commercially available from UOP), LD2 (commercially available from Stone and Webster) and RS2 (commercially available from Stone and Webster). Primary cyclones are described, for example, in US Patents 4,579,716; 5,190,650 and 5,275,641, which are each incorporated by reference in their entirety in this document. In some separation systems that utilize primary cyclones as the primary cyclonic separation device, one or more sets of additional cyclones, e.g., secondary cyclones and tertiary cyclones, are employed for further separation of the catalyst from the product gas. It should be understood that any primary cyclonic separation device can be used in embodiments of the invention.

[0046] De acordo com uma ou mais modalidades, seguindo a separação de vapores no dispositivo de separação 220, o catalisador pode geralmente se mover através do separador 224 para o orifício de saída de catalisador 222 onde o catalisador é transferido para fora da porção de reator 200 via tubo vertical 426 e para a porção de processamento de catalisador 300. Opcionalmente, o catalisador também pode ser transferido diretamente de volta para o vaso de reator principal 250 via tubo vertical 422. Alternativamente, o catalisador pode ser pré-misturado com o catalisador processado no tubo ascendente de transporte 430.[0046] According to one or more embodiments, following the separation of vapors in the separation device 220, the catalyst may generally move through the separator 224 to the catalyst outlet port 222 where the catalyst is transferred out of the reactor 200 via standpipe 426 and to the catalyst processing portion 300. Optionally, the catalyst may also be transferred directly back to the main reactor vessel 250 via standpipe 422. Alternatively, the catalyst may be pre-mixed with the catalyst processed in transport riser 430.

[0047] De acordo com uma ou mais modalidades, a operação do processo químico, tal como no sistema de reator 102, pode compreender reciclar o catalisador utilizado no processo químico passando o catalisador do reator de leito fluidizado 202 para uma unidade de regeneração (tal como o combustor 350 da modalidade da FIG. 2), processar o respectivo catalisador na unidade de regeneração e passar o primeiro catalisador da unidade de regeneração para o reator de leito fluidizado 202.[0047] According to one or more embodiments, the operation of the chemical process, such as in the reactor system 102, may comprise recycling the catalyst used in the chemical process by passing the catalyst from the fluidized bed reactor 202 to a regeneration unit (such such as the combustor 350 of the embodiment of FIG. 2), process the respective catalyst in the regeneration unit and pass the first catalyst from the regeneration unit to the fluidized bed reactor 202.

[0048] Referindo-se agora à porção de processamento de catalisador 300, como representado na FIG. 3, o combustor 350 da porção de processamento de catalisador 300 pode incluir um ou mais orifícios de entrada de seção de reator inferiores 352 e podem estar em comunicação de fluido com o tubo ascendente 330. O combustor 350 pode estar em comunicação de fluido com a seção de separação de catalisador 210 por meio do tubo vertical 426 que pode alimentar catalisador gasto da porção de reator 200 para a porção de processamento de catalisador 300 para regeneração. O combustor 350 pode incluir um orifício de entrada de seção de reator inferior adicional 352 onde a entrada de ar 428 se conecta ao combustor 350. A entrada de ar 428 pode fornecer gases reativos que podem reagir com o catalisador gasto ou um combustível suplementar para regenerar pelo menos parcialmente o catalisador. Por exemplo, o catalisador pode ser coqueificado após as reações no vaso de reator principal 250, e o coque pode ser removido do catalisador (isto é, regenerando o catalisador) por uma reação de combustão. Por exemplo, oxidante (tal como ar) pode ser alimentado para o combustor 350 via a entrada de ar 428. Alternativamente ou adicionalmente, tal como quando coque não é formado no catalisador, um combustível suplementar pode ser injetado no combustor 350, o qual pode ser queimado para aquecer o catalisador. Em seguida à combustão, o catalisador processado pode ser separado na seção de separação de catalisador 310 e fornecido de volta à porção de reator 200 via tubo vertical 424.[0048] Referring now to the catalyst processing portion 300, as depicted in FIG. 3, the combustor 350 of the catalyst processing portion 300 may include one or more lower reactor section inlet ports 352 and may be in fluid communication with the riser 330. The combustor 350 may be in fluid communication with the catalyst separation section 210 through vertical tube 426 which can feed spent catalyst from the reactor portion 200 to the catalyst processing portion 300 for regeneration. The combustor 350 may include an additional lower reactor section inlet port 352 where the air inlet 428 connects to the combustor 350. The air inlet 428 may supply reactive gases that can react with the spent catalyst or a supplemental fuel to regenerate. at least partially the catalyst. For example, the catalyst may be coked after reactions in the main reactor vessel 250, and the coke may be removed from the catalyst (i.e., regenerating the catalyst) by a combustion reaction. For example, oxidizer (such as air) may be fed to the combustor 350 via the air inlet 428. Alternatively or additionally, such as when coke is not formed in the catalyst, a supplemental fuel may be injected into the combustor 350, which may be burned to heat the catalyst. Following combustion, the processed catalyst may be separated in the catalyst separation section 310 and supplied back to the reactor portion 200 via standpipe 424.

EXEMPLOSEXAMPLES

[0049] Os exemplos a seguir são de natureza ilustrativa e não devem servir para limitar o escopo do presente pedido.[0049] The following examples are illustrative in nature and should not serve to limit the scope of the present application.

[0050] Um modelo foi construído para calcular densidade de suspensão esperada, conversão e velocidade de gás superficial em um reator de leito fluidizado em função da geometria de reator. Os reatores de leito fluidizado tinham geometria semelhante àquela da FIG. 1 ou FIG. 2, mas com afunilamento especificado do vaso de reator principal. Especificamente, a densidade de suspensão, conversão e velocidade de gás superficial foram calculadas em função da altura para geometrias de reator variadas com paredes afunilando externamente. Cálculos para hidrodinâmica foram baseados nos métodos divulgados em Kunii, D., e Levenspiel, O., Entrainment of solids from fluidized beds, Powder Technology, 61, 1990, 193-206. O modelo simulou uma reação em que duas moléculas de gás de produto foram formadas por cada molécula de gás reagente. A velocidade de gás no fundo do reator era de 1,07 m/s (3,5 ft/s).[0050] A model was constructed to calculate expected suspension density, conversion and surface gas velocity in a fluidized bed reactor as a function of reactor geometry. The fluidized bed reactors had geometry similar to that in FIG. 1 or FIG. 2, but with specified tapering of the main reactor vessel. Specifically, suspension density, conversion, and surface gas velocity were calculated as a function of height for varying reactor geometries with externally tapering walls. Calculations for hydrodynamics were based on the methods disclosed in Kunii, D., and Levenspiel, O., Entrainment of solids from fluidized beds, Powder Technology, 61, 1990, 193-206. The model simulated a reaction in which two product gas molecules were formed for each reactant gas molecule. The gas velocity at the bottom of the reactor was 1.07 m/s (3.5 ft/s).

[0051] Numa primeira modalidade testada (um exemplo comparativo), um diâmetro de reator constante foi testado. Linhas 502 nas FIGS. 4A, 4B e 4C representam a densidade de suspensão, conversão e velocidade de gás superficial, respectivamente, em função da altura do reator. FIG 4D representa na linha 502 o diâmetro constante do vaso de reator principal. Os resultados mostraram que, com diâmetro constante, a densidade de suspensão foi significativamente reduzida em alturas elevadas, enquanto a velocidade de gás superficial foi aumentada significativamente em alturas crescentes.[0051] In a first tested embodiment (a comparative example), a constant reactor diameter was tested. Lines 502 in FIGS. 4A, 4B and 4C represent suspension density, conversion and surface gas velocity, respectively, as a function of reactor height. FIG 4D represents at line 502 the constant diameter of the main reactor vessel. The results showed that, with constant diameter, the suspension density was significantly reduced at high heights, while the surface gas velocity was significantly increased at increasing heights.

[0052] Uma segunda modalidade testada é representada como linha 504 nas FIGS 4A, 4B, 4C e 4D. Nesta modalidade, a geometria do vaso de reator principal permite velocidade de gás superficial constante em função da altura de reator. Em tal configuração, a densidade de suspensão permanece maior em todas as alturas em comparação com o exemplo comparativo de diâmetro constante. O perfil geométrico do vaso de reator principal pode ser visto na FIG. 4D para tal modalidade, em que a inclinação do perfil aumenta com altura crescente e a metade superior do vaso de reator principal é quase cilíndrica.[0052] A second tested embodiment is represented as line 504 in FIGS 4A, 4B, 4C and 4D. In this embodiment, the geometry of the main reactor vessel allows constant surface gas velocity as a function of reactor height. In such a configuration, the suspension density remains higher at all heights compared to the constant diameter comparative example. The geometric profile of the main reactor vessel can be seen in FIG. 4D for such an embodiment, in which the slope of the profile increases with increasing height and the upper half of the main reactor vessel is almost cylindrical.

[0053] Uma terceira modalidade testada é representada como linha 506 nas FIGS 4A, 4B, 4C e 4D. Nesta modalidade, a geometria do vaso de reator principal é linear, onde o diâmetro na porção a jusante do vaso de reator principal é igual àquele da segunda modalidade testada. Em tal configuração, a densidade de suspensão e a velocidade de gás superficial são ambas mais desejáveis que no exemplo comparativo.[0053] A third tested embodiment is represented as line 506 in FIGS 4A, 4B, 4C and 4D. In this embodiment, the geometry of the main reactor vessel is linear, where the diameter in the downstream portion of the main reactor vessel is the same as that of the second tested embodiment. In such a configuration, the suspension density and surface gas velocity are both more desirable than in the comparative example.

[0054] Uma quarta modalidade testada é representada como linha 508 nas FIGS 4A, 4B, 4C e 4D. Nesta modalidade, a geometria do vaso de reator principal era linear como a terceira modalidade de exemplo, mas era mais larga na porção a jusante, de modo que a conversão de 0,5 poderia ser alcançada. Esta modalidade também aumentou a densidade de suspensão e reduziu a velocidade de gás superficial em comparação com o exemplo comparativo.[0054] A fourth tested modality is represented as line 508 in FIGS 4A, 4B, 4C and 4D. In this embodiment, the geometry of the main reactor vessel was linear like the third example embodiment, but was wider in the downstream portion, so that 0.5 conversion could be achieved. This embodiment also increased the suspension density and reduced the surface gas velocity compared to the comparative example.

[0055] O tempo de residência e a densidade média para a primeira, segunda, terceira e quarta modalidades de exemplo foram calculados e estão representados na Tabela 1 abaixo. Tabela 1: [0055] The residence time and average density for the first, second, third and fourth example modalities were calculated and are represented in Table 1 below. Table 1:

[0056] Como mostrado na FIG. 4B, os projetos de reatores com geometria afunilada têm conversão mais alta em alturas mais baixas. Portanto, é contemplado que os projetos de geometria afunilada aqui divulgados possam ser utilizados para construir e operar reatores que sejam mais curtos que os reatores convencionais (em relação à taxa de alimentação geral). Adicionalmente, sem estar vinculado a teoria, acredita-se que o reator mais curto possa resultar em um tempo de residência reduzido, o que pode resultar em seletividade mais alta para reações de desidrogenação devido às reações de craqueamento térmico reduzidas.[0056] As shown in FIG. 4B, reactor designs with tapered geometry have higher conversion at lower heights. Therefore, it is contemplated that the tapered geometry designs disclosed herein may be used to construct and operate reactors that are shorter than conventional reactors (relative to overall feed rate). Additionally, without being bound by theory, it is believed that the shorter reactor may result in a reduced residence time, which may result in higher selectivity for dehydrogenation reactions due to reduced thermal cracking reactions.

[0057] Ficará evidente para os versados na técnica que várias modificações e variações podem ser feitas à presente invenção sem afastamento do espírito e escopo da invenção. Visto que modificações, combinações, subcombinações e variações das modalidades divulgadas incorporando o espírito e a substância da invenção podem ocorrer às pessoas versadas na técnica, a invenção deve ser interpretada como incluindo tudo dentro do escopo das reivindicações anexas e seus equivalentes.[0057] It will be evident to those skilled in the art that various modifications and variations can be made to the present invention without departing from the spirit and scope of the invention. Since modifications, combinations, subcombinations and variations of the disclosed embodiments embodying the spirit and substance of the invention may occur to persons skilled in the art, the invention should be construed as including everything within the scope of the appended claims and their equivalents.

Claims (14)

1. Método para converter um gás reagente, o método caracterizado pelo fato de compreender: - introduzir o gás reagente em um reator de leito fluidizado (202), de modo que o gás reagente seja contatado por um catalisador, sendo que o reator de leito fluidizado (202) compreende um vaso de reator principal compreendendo uma porção a montante (204) e uma porção a jusante (206), e uma seção de transição (258) conectada à porção a jusante (206) do vaso de reator principal (250), e em que o gás reagente entra no reator de leito fluidizado (202) na ou perto da porção a montante (204) do vaso de reator principal, e sendo que a seção de transição (258) se projeta internamente a partir do vaso do reator principal (250) para um tubo ascendente (230); - reagir cataliticamente o gás reagente para formar um produto de reação no reator de leito fluidizado (202), em que a reação resulta em moléculas de gás adicionais em relação ao gás reagente; e - passar o produto de reação e qualquer gás reagente não reagido através da seção de transição (258), e dentro do tubo ascendente (230), sendo o tubo ascendente (230) conectado à seção de transição (258); sendo que o vaso de reator principal é afunilado, de modo que a porção a montante (204) do vaso de reator principal (250) compreenda uma área de seção transversal menor que a porção a jusante (206) do vaso de reator principal (250).1. Method for converting a reactant gas, the method characterized by the fact that it comprises: - introducing the reactant gas into a fluidized bed reactor (202), so that the reactant gas is contacted by a catalyst, the bed reactor being fluidized vessel (202) comprises a main reactor vessel comprising an upstream portion (204) and a downstream portion (206), and a transition section (258) connected to the downstream portion (206) of the main reactor vessel (250 ), and wherein the reactant gas enters the fluidized bed reactor (202) at or near the upstream portion (204) of the main reactor vessel, and wherein the transition section (258) projects internally from the vessel from the main reactor (250) to a riser (230); - catalytically reacting the reactant gas to form a reaction product in the fluidized bed reactor (202), wherein the reaction results in additional gas molecules in relation to the reactant gas; and - passing the reaction product and any unreacted reactant gas through the transition section (258), and into the riser tube (230), the riser tube (230) being connected to the transition section (258); wherein the main reactor vessel is tapered such that the upstream portion (204) of the main reactor vessel (250) comprises a smaller cross-sectional area than the downstream portion (206) of the main reactor vessel (250). ). 2. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de a velocidade superficial dos gases no reator de leito fluidizado (202) na porção a jusante (206) do vaso de reator principal (250) ser menor que ou igual a 140% da velocidade superficial dos gases no reator de leito fluidizado (202) na porção a montante (204) do vaso de reator principal (250).2. Method according to claim 1, characterized in that the surface velocity of the gases in the fluidized bed reactor (202) in the downstream portion (206) of the main reactor vessel (250) is less than or equal to 140 % of the surface velocity of the gases in the fluidized bed reactor (202) in the upstream portion (204) of the main reactor vessel (250). 3. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de a densidade de suspensão no reator de leito fluidizado (202) na porção a jusante (206) do vaso de reator principal (250) ser maior ou igual a 25% da densidade de suspensão dos gases no reator de leito fluidizado (202) na porção a montante (204) do vaso de reator principal (250).3. Method according to claim 1, characterized in that the suspension density in the fluidized bed reactor (202) in the downstream portion (206) of the main reactor vessel (250) is greater than or equal to 25% of the suspension density of gases in the fluidized bed reactor (202) in the upstream portion (204) of the main reactor vessel (250). 4. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de o produto de reação ser um produto de desidrogenação do gás reagente.4. Method according to claim 1, characterized in that the reaction product is a dehydrogenation product of the reactant gas. 5. Método, de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de o gás reagente compreender um ou mais de etano, propano, n-butano, isobutano e etilbenzeno.5. Method according to claim 4, characterized in that the reactant gas comprises one or more of ethane, propane, n-butane, isobutane and ethylbenzene. 6. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de o vaso de reator principal (250) compreender uma porção central entre a porção a jusante (206) e a porção a montante (204), e sendo que a velocidade superficial dos gases no reator de leito fluidizado (202) na porção central do vaso de reator principal (250) é de 60% a 140% da velocidade superficial dos gases no reator de leito fluidizado (202) na porção a montante (204) do vaso de reator principal (250).6. Method according to claim 1, characterized in that the main reactor vessel (250) comprises a central portion between the downstream portion (206) and the upstream portion (204), and wherein the superficial velocity of the gases in the fluidized bed reactor (202) in the central portion of the main reactor vessel (250) is 60% to 140% of the surface velocity of the gases in the fluidized bed reactor (202) in the upstream portion (204) of the vessel of main reactor (250). 7. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de o vaso de reator principal (250) compreender uma porção central entre a porção a jusante (206) e a porção a montante (204), e em que a velocidade superficial dos gases no reator de leito fluidizado (202) na porção central do vaso de reator principal (250) é de 80% a 120% da velocidade superficial dos gases no reator de leito fluidizado (202) na porção a montante (204) do vaso de reator principal (250).7. Method according to claim 1, characterized in that the main reactor vessel (250) comprises a central portion between the downstream portion (206) and the upstream portion (204), and in which the superficial velocity of the gases in the fluidized bed reactor (202) in the central portion of the main reactor vessel (250) is 80% to 120% of the surface velocity of the gases in the fluidized bed reactor (202) in the upstream portion (204) of the vessel of main reactor (250). 8. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de a velocidade superficial dos gases no reator de leito fluidizado (202) na porção a jusante (206) do vaso de reator principal (250) ser de 80 a 120% da velocidade superficial dos gases no reator de leito fluidizado (202) na porção a montante (204) do vaso de reator principal (250).8. Method according to claim 1, characterized in that the surface velocity of the gases in the fluidized bed reactor (202) in the downstream portion (206) of the main reactor vessel (250) is 80 to 120% of the surface velocity of gases in the fluidized bed reactor (202) in the upstream portion (204) of the main reactor vessel (250). 9. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de o vaso de reator principal (250) compreender uma inclinação que é substancialmente constante.9. Method according to claim 1, characterized in that the main reactor vessel (250) comprises a slope that is substantially constant. 10. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de o vaso de reator principal (250) compreender uma inclinação que é menor que na ou perto da porção a jusante (206) do que na ou perto da porção a montante (204).10. The method of claim 1, wherein the main reactor vessel (250) comprises a slope that is less at or near the downstream portion (206) than at or near the upstream portion ( 204). 11. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de o vaso do reator principal (250) compreender uma porção central entre a porção a jusante (206) e a porção a montante (204), e sendo que uma área de seção transversal da porção central é menor que a área de seção transversal da porção a jusante (206) e maior que a área de seção transversal da porção a montante (204).11. Method according to claim 1, characterized in that the main reactor vessel (250) comprises a central portion between the downstream portion (206) and the upstream portion (204), and wherein an area of cross-section of the central portion is smaller than the cross-sectional area of the downstream portion (206) and larger than the cross-sectional area of the upstream portion (204). 12. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de a velocidade superficial dos gases no reator de leito fluidizado (202) na porção a jusante (206) do vaso de reator principal (250) ser menor que ou igual a 140% da velocidade superficial dos gases no reator de leito fluidizado (202) na porção a montante (204) do vaso de reator principal (250), ou a densidade de suspensão no reator de leito fluidizado (202) na porção a jusante (206) do vaso de reator principal (250) é maior que ou igual a 25% da densidade de suspensão dos gases no reator de leito fluidizado (202) na porção a montante (204) do vaso de reator principal (250), ou ambas.12. Method according to claim 1, characterized in that the surface velocity of the gases in the fluidized bed reactor (202) in the downstream portion (206) of the main reactor vessel (250) is less than or equal to 140 % of the surface velocity of the gases in the fluidized bed reactor (202) in the upstream portion (204) of the main reactor vessel (250), or the suspension density in the fluidized bed reactor (202) in the downstream portion (206) of the main reactor vessel (250) is greater than or equal to 25% of the suspension density of the gases in the fluidized bed reactor (202) in the upstream portion (204) of the main reactor vessel (250), or both. 13. Método, de acordo com a reivindicação 12, caracterizado pelo fato de o produto de reação ser um produto de desidrogenação do gás reagente.13. Method according to claim 12, characterized in that the reaction product is a dehydrogenation product of the reactant gas. 14. Método, de acordo com a reivindicação 13, caracterizado pelo fato de o gás reagente compreender um ou mais de etano, propano, n-butano, isobutano e etilbenzeno.14. Method according to claim 13, characterized in that the reactant gas comprises one or more of ethane, propane, n-butane, isobutane and ethylbenzene.
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