CN101809124B - 将颗粒从一个压力区转移至另一个压力区的方法 - Google Patents

Abstract

一个示例性实施方案可以包括基于烃转化单元的下游容器中的催化剂的预期水平来控制催化剂转移容器的加载与卸载循环的方法。该方法可以包括基于催化剂转移容器的卸载来计算下游容器中催化剂的预期水平以调节调整点，从而改变催化剂转移容器的加载与卸载循环。

Description

将颗粒从一个压力区转移至另一个压力区的方法

发明领域

本发明的领域整体上涉及一种将颗粒从一个压力区转移至另一个压力区的方法。

发明背景

有许多其中固体颗粒物如催化剂与烃气体接触的化学工艺。通常，在例如移动床反应器或固定床反应器中包含的反应区中，化学反应和物理现象发生持续预定时间段。通常，气体/固体以连续或半连续方式接触(下文可以总称为“连续”)而不是分批操作。在这样的情况下，可以引入催化剂颗粒并从压力可以高于催化剂颗粒源例如再生器的反应器中回收催化剂颗粒。

烃转化单元可以包括具有与再生器连接使用的一个或多个移动床反应区的反应器。反应器可以包括若干反应器区并可以以堆叠形式或分成部分的形式构建。通常，具有含氧气氛的再生器在低于具有含氢气氛的反应器的压力下操作。一旦将催化剂从较低压力转移至较高压力时，可以使用升降器将再生的催化剂转移至反应器。当催化剂被消耗后，可以利用另一升降器将催化剂从反应器转移至再生器。通常，需要分离反应器和再生器的气氛以防止不期望的副反应。

可以使用若干设备将催化剂从较低压力区转移至较高压力区。一种选择可以是转移容器，其具有双阻断-和-排放球阀以控制再生的催化剂进出容器。可以用氮气吹扫进入容器的催化剂以除去氧，并在将催化剂转移至反应器之前用氢加压至反应器压力。在催化剂离开容器后，可以在用催化剂再次填充容器之前用氮气吹扫容器以除去氢。这样的转移容器可以分离反应器的氢气氛和再生器的氧气氛。

另一种转移容器可以是诸如在第4,576,712(Greenwood)或4,872,969(Sechrist)号美国专利中公开的可包括三部分的无阀闭锁式料斗。通常，在顶部接收催化剂，在顶部催化剂间歇地转移至中部。在催化剂被转移至底部之前中部可以使催化剂流动。可以使立管的直径在中部设定大小以使向上流动的气体可以阻止催化剂流，但允许催化剂流过管道的另一部分。这可以通过调节阀的交替开放和关闭来实现，所述调节阀位于与所有三个部分连通的管道上并与催化剂流平行。例如，当顶部和中部之间的调节阀开放时，中部和底部之间的调节阀关闭，因此气体向上流动，下部立管将防止催化剂从中间区流过下部立管，然而允许催化剂通过上部立管流入中间区。调节阀的重复循环将控制催化剂从再生器的低压流至反应器的高压。

将催化剂颗粒从再生器引入高压反应器会存在困难。通常，使催化剂保持连续流向或流出反应器和再生器以促进烃料流的转化和保护再生器筛网的热循环是有益的。通常，在催化剂转移容器之前或之后提供浪涌能力，这可以使催化剂分批地从一个压力区传递至另一个压力区。在转移容器之前，可以提供容器以接收来自再生容器的连续催化剂流，在转移容器后，可以提供容器用于使催化剂连续流至与反应容器连通的升降器中。通常，通过该容器中的催化剂水平控制转移容器的循环。然而，这样的控制会导致对反应器和/或再生器操作起负效应的间歇催化剂流。

因此，期望控制催化剂转移容器的循环以确保催化剂恒定流向和流出反应器和再生器。

发明简述

一个示例性实施方案可以包括基于烃转化单元的下游容器中的催化剂的预期水平来控制催化剂转移容器的加载与卸载循环的方法。该方法可以包括基于催化剂转移容器的卸载来计算下游容器中催化剂的预期水平以调节设定点，从而改变催化剂转移容器的加载与卸载循环。

另一示例性实施方案可以包括基于用于烃转化单元的下游容器中的催化剂的预期水平来控制催化剂转移容器的加载与卸载循环的方法。该方法可以包括：

a)确定烃转化单元中催化剂循环速率；

b)基于催化剂循环速率计算烃转化单元中催化剂的预期循环时间；

c)基于催化剂循环速率和催化剂转移容器的填充容积计算从催化剂转移容器卸载催化剂的开始时间和停止时间；

d)基于卸载的开始时间和停止时间计算用于卸载催化剂转移容器的时间长度；

e)将用于卸载的时间与下游容器中的实际催化剂水平进行比较；

f)基于下游容器中的实际催化剂水平、来自催化剂转移容器的催化剂的预期输送时间和量、以及催化剂离开下游容器的速率来计算下游容器中的预期催化剂水平；以及

g)基于下游容器的预期催化剂水平调节催化剂循环速率的调整点。

其它实施方案可以包括烃转化单元。烃转化单元可以包括：

a)用于转移一种或多种固体粒子的装置。该装置可以包括：

i)用于将固体粒子从第一压力区转移至第二压力区的转移容器；

ii)接收一种或多种固体粒子的下游容器；以及

iii)与下游容器和转移容器连通的水平指示器控制器。水平指示器控制器可以测量下游容器中固体粒子的水平来调节用于从转移容器转移固体粒子的调整点。

通常，如本文所述的示例性控制线路允许更好地控制催化剂流过反应器和再生器并防止不恒定的催化剂流。

附图简述

图1是示例性烃转化单元的示意图。

图2是示例性操作模式的示意图。

定义

如在本文中所使用的，“重力辅助转移”可以是指充分垂直排列的容器使得催化剂至少部分通过重力从至少一个较高处容器流至至少一个较低处容器。

如在本文中所使用的，术语“区”可以是指包括一个或多个设备项目和/或一个或多个亚区的区域。此外，诸如反应器或容器的设备项目可以进一步包括一个或多个区或亚区。

如在本文中所使用的，术语“再生的”，例如再生的催化剂，是指已经通过再生器的催化剂，尽管仍然可以进行其它再生过程，例如还原。

发明详述

下文中公开的实施方案可以用于多个单元以在包含优选被保护以使得不连通的流体的任何两个区之间转移颗粒，例如催化剂。会要求抑制两个区的流体之间连通的一个这样的应用是在含氢反应区和含氧再生区之间转移催化剂。通常这些区具有不同压力，通常反应区的压力高于再生区。通常，优选抑制连通，因为两个区的流体可以互相反应而产生不期望的副反应。在诸如第6,881,391 B1(Sechrist)和6,034,018(Sechrist等人)号美国专利中公开了示例性反应区和再生区。

具有含氢反应区和含氧再生区的这样的系统可以应用于多种烃转化反应，包括催化重整、烷基化、加氢精制、氢化裂解、脱氢、氢化、加氢处理、异构化、脱氢异构化、脱氢环化，和蒸汽转化。通常，这些工艺中的催化剂被用于一个或多个含氢气氛中的含烃反应区。随着时间的过去，由于焦炭沉积物的蓄积，反应区中的催化剂会失活。除去焦炭沉积物以再生催化剂可以帮助恢复催化剂的活性。通常，通过将催化剂与含氧气体接触进行燃烧而从催化剂中除去焦炭沉积物和除去再生区的焦炭。这些工艺中的许多工艺使用彼此并行的反应区和再生区。在这些系统中，从反应区连续取出催化剂并将催化剂转移至再生区以除去焦炭。除去焦炭后，可以将催化剂从再生区取出并转移回反应区。因此，要求在含氢区和含氧区之间来回转移催化剂，而不使两个区的气氛实质上连通或交叉混合。

一种广泛实践的烃转化工艺是利用催化剂颗粒的催化重整。因此，下文的讨论将与该工艺有关，但本文讨论的实施方案也可应用于其它工艺。

通常在催化重整中，将原料与包含氢的再循环料流混合并在反应区与催化剂接触。用于催化重整的常规原料是被称为石脑油并具有80℃(180°F)初馏点和205℃(400°F)终馏点的石油馏分。反应器入口温度可以为450℃-560℃(840°F-1040°F)。催化重整工艺可以特别适用于处理由较高浓度环烷烃和基本直链链烷烃组成的直馏汽油，所述直馏汽油可以通过脱氢和/或环化反应进行芳构化。

重整可以被定义为将环己烷脱氢和将烷基环戊烷脱氢异构化以获得芳族化合物；将链烷烃脱氢以获得烯烃；将链烷烃和烯烃脱氢环化以获得芳族化合物；将正链烷烃异构化、将烷基环链烷烃异构化以获得环己烷；将取代的芳族化合物异构化，和将链烷烃氢化裂解。还可以在例如第4,409,095(Peters)号美国专利中找到重整工艺的更多信息。

催化重整反应通常在催化剂颗粒的存在下实施，所述催化剂颗粒由一种或多种第VIII族贵金属(例如铂、铱、铑和钯)和与多孔载体如氧化铝结合的卤素组成。颗粒通常是球形并且具有1/16-1/8英寸(1.6mm-3.2mm)的直径，但直径可以大至1/4英寸(6.4mm)。在第6,034,018(Sechrist等人)号美国专利中公开了示例性催化剂。在重整反应期间，由于如焦炭沉淀于颗粒上的缘故，催化剂颗粒可能失活；即，在使用一段时间以后，催化剂颗粒促进重整反应的能力可能下降至催化剂不再有效的程度。在重整工艺中在催化剂可以再使用之前必须复原或再生。

在一种优选形式中，重整器将使用移动床反应区和再生区。通常，将新鲜催化剂颗粒进料至可以由若干亚区组成的反应区，并且颗粒通过重力辅助转移流过该区。在一个示例性实施方案中，反应区可以包括反应器之间具有中间升降器的各反应器。可以从反应区的底部取出催化剂并将其输送至再生区，在再生区中可以使用多步再生方法除去焦炭沉积物并复原催化剂以恢复其促进反应的能力。通常，再生区包含氧并通常在370℃-538℃(700°F-1000°F)下操作。通常，通过重力辅助转移使催化剂流过多个再生步骤，然后在通常不高于200℃(400°F)的温度下从再生区取出并供给至反应区。从再生区取出的催化剂可以被称为再生的催化剂。催化剂穿过区的移动通常被认为是连续的，尽管实际上其可能是半连续的。半连续移动可以是指在密集时间点重复转移较少量催化剂。例如，可以每分钟一批从反应区底部取出且取出可以花半分钟，即，催化剂将流动半分钟。如果在反应区的存量大，可以考虑连续移动催化剂床。当取出或更换催化剂时，移动床系统可以具有保持产量的优势。

在参照附图之前，如在例如第6,881,391 B1(Sechrist)和6,034,018(Sechrist等)号美国专利中公开的那样，烃转化单元可以包括反应容器和再生容器，以及与这些容器有关的管道和设备。此外，如在2007年8月1日提交的第11/832,008号共同待决申请中公开的那样，下文描述的一个或多个烃转化单元还可以包括：用于转移催化剂的装置，包括储存容器、催化剂转移容器和任选的接收容器，以及一个或多个升降器、差压控制器、减压容器、含氮容器、还原容器，和淘析容器。因此，以下单元可以在本实施方案的上下文中示意性描述，这些单元通常不按比例绘制，并不以通常采用的方式排列。省略本领域技术人员已知的烃流过的反应容器和附属设备，例如热交换器和加热炉，而以下讨论集中在催化剂流向和流出反应区和再生区。

参照图1，烃转化单元100如催化重整单元可以包括再生容器或再生器120、用于转移一种或多种固体粒子如催化剂的装置138，和反应容器或反应器200。在该示例性实施方案中，装置138可以包括上游容器140、转移容器160和下游容器180。但是在其它示例性实施方案中，装置138可以包括转移容器160以及任选的上游容器140和/或下游容器180。通常，通过重力辅助转移或通过利用升降器可以将催化剂从一个容器传递至下一个。此外，如在2007年8月1日提交的第11/832,008号共同待决申请中的图1-4所述，容器可以以两个或更多个基本垂直堆叠排列。

再生容器120可以从与反应容器200连通的升降器90接收废催化剂。催化剂可以从入口124进入并从出口128离开。通常，在第一区132中包含在再生容器120中的催化剂处于具有氧的气氛中的第一压力。

上游容器140可以通过例如重力辅助转移或通过升降器136经由管道与再生容器连通。上游容器140可以经由入口144接收再生的催化剂并且催化剂可以经由出口148离开。上游容器140可以是储存容器或淘析容器，或者可以包括多个容器，例如储存容器、淘析容器以及任选的含氮容器。如果上游容器140包括多个容器，则优选排列容器以使储存容器可以经由重力辅助转移从淘析容器接收催化剂。在一个优选实施方案中，多个容器可以包括堆叠排列的淘析容器、含氮容器和储存容器，其中催化剂可以通过重力辅助转移从淘析容器传递至含氮容器然后传递至储存容器。

离开出口148后，催化剂可以穿过管道156至转移或催化剂转移容器160。通常，催化剂转移容器160具有用于接收再生的催化剂的入口164和用于穿过管道176传递催化剂的出口168。通常，催化剂转移容器160允许催化剂从较低第一压力的含氧气氛转移至较高第二压力的含氢气氛。催化剂转移容器160可以循环以使再生的催化剂分批穿过并具有用于容纳催化剂的填充容积172。

催化剂可以通过重力辅助转移从管道176传递至下游容器180。催化剂可以进入入口184并离开出口188。下游容器180可以是接收容器、还原(reducing)或还原(reduction)容器，或者可以包括多个容器如接收容器和还原(reducing)容器。然后，催化剂可以进入升降器或者管道196。通常，如果下游容器180是可以以受控的连续方式将催化剂释放至升降器并随后至反应器的接收容器，则使用升降器。通常，如果下游容器180是位于反应器以上的还原(reducing)容器，则使用管道，在还原(reducing)容器中可以通过重力辅助转移以受控的连续方式将催化剂释放至反应器。

无论怎样，催化剂可以接着进入反应器200的入口204用于重整烃料流。通常在第二区212，反应器200可以包含第二压力的含氢气氛。此外，反应器200可以包含多个反应区，例如三个或四个区。如上文所讨论的，第二压力通常高于与再生容器120相关的第一压力。其次，废催化剂可以经由出口208离开反应容器200并进入升降器90以重复循环。

烃转化单元100可以包括示例性催化剂再生控制系统215，其接着可以包括第一水平指示器220和第二水平指示器240，这些均可以是分别具有0％-100％量程的核心水平指示器220。通常，第一水平指示器220和第二水平指示器240分别测定容器140和180中催化剂的实际水平。水平指示器220和240可以通过机械连接或电光传感器228和248分别与容器140和180连通。如下所述，可以分别发送信号224和244至容器120和160以控制催化剂的释放。在一个优选实施方案中，上游容器140可以包括淘析容器、任选的含氮容器和储存容器，优选具有测量淘析容器中催化剂水平的连接或传感器228。

参照图2，描述了催化剂再生控制系统215的示例性操作模式300。在方块310处，可以测定烃转化单元100中的催化剂循环速率。其次，可以在方块320处计算对于催化剂循环速率的预期循环时间。完成后，可以基于循环速率和催化剂转移容器160的填充容积，可以在方块330处计算催化剂转移容器160的开始时间和停止时间。随后，可以在方块340处计算催化剂转移容器160的卸载长度(length of unloading)。然后在方块350处，可以比较计时(timing)和卸载长度(length of unloading)与下游容器180中的水平。随后，可以基于下游容器180中催化剂的实际水平、来自催化剂转移容器160的催化剂的预期输送时间和量、以及催化剂离开下游容器180的速率，可以在方块360处计算下游容器180中的预期催化剂水平。如果需要，在方块370处可以将基于下游容器180中的预期催化剂水平的调整点调节为50％。调整点可以涉及例如改变催化剂在单元100中的循环速率以及随后将来自催化剂转移容器160的催化剂转移。因此，为了帮助在烃转化单元100中提供连续催化剂流，催化剂转移容器160的循环基于下游容器180的预期水平，而不是它的实际水平。

在一个优选实施方案中，示例性催化剂再生控制系统215的第一水平指示器220可以测量料流容器140中的催化剂水平。当第一水平指示器220得到测量结果为60％时，可以启动转移容器160的循环。随后，上游容器140中的催化剂水平会下降并且转移容器160可以不再循环直至第一水平指示器220超过60％。因此，上游容器140中的水平可以启动转移容器160的循环。

由于催化剂从转移容器160分批循环至下游容器180中，因此下游容器180的水平也可以循环。如上文所讨论的，通过计算预期催化剂水平可以实现对来自下游容器180的催化剂的控制。因此，催化剂再生控制系统215可以准确地预知循环中任何时间的下游催化剂容器180中的水平以实现平均水平为最高水平的50％。期望地，与简单地与固定的调整点的50％进行对比相反，应将实际水平与计算的预期催化剂水平进行比较以进行水平控制。

在该实施方案中，转移容器160循环可以由下游容器180中的水平而不是转移容器160中的水平启动。在这样的情况下，可以升高或降低单元100中的催化剂循环速率以调节转移容器160的循环速率以及由此的容器180中的催化剂水平。该控制系统215可以确保催化剂连续流过单元100。

在没有进一步详细描述的情况下，应当认为本领域技术人员可以结合前文的说明以最大程度利用本发明。因此，前文优选的具体实施方案被理解为仅仅是示例性，并且不以任何方式对公开的其余部分进行限制。

在上文中，除非另外指明，将所有的温度设为未经校正的摄氏度，所有份和百分数按重量计算。

根据前文的说明，本领域技术人员可以容易确定本发明的本质特征，并在不偏离其精神和范围的情况下可以对本发明进行多种变化和修改使其适合于多种应用和条件。

Claims (9)

1.一种基于烃转化单元的下游容器中的催化剂的预期水平来控制催化剂转移容器的加载与卸载循环的方法，其包括

a)基于下游容器中的实际催化剂水平、来自催化剂转移容器的催化剂的预期输送时间和量、以及催化剂离开下游容器的速率来计算下游容器中的预期催化剂水平；以及

b)基于下游容器的预期催化剂水平调节催化剂循环速率的调整点。

2.根据权利要求1所述的方法，所述方法进一步包括在计算预期催化剂水平之前测定烃转化单元中的催化剂循环速率。

3.根据权利要求2所述的方法，所述方法进一步包括基于催化剂循环速率计算烃转化单元中催化剂的预期循环时间。

4.根据权利要求3所述的方法，所述方法进一步包括基于催化剂循环速率和催化剂转移容器的填充容积计算从催化剂转移容器卸载催化剂的开始时间和停止时间。

5.根据权利要求4所述的方法，所述方法进一步包括基于卸载的开始时间和停止时间计算用于卸载催化剂转移容器的时间长度。

6.根据权利要求5所述的方法，所述方法进一步包括将用于卸载的时间与下游容器中的实际催化剂水平进行比较。

7.根据权利要求1所述的方法，其中所述下游容器包括接收容器。

8.根据权利要求1所述的方法，其中所述下游容器包括还原容器。

9.根据权利要求1所述的方法，所述方法进一步包括提供转移容器的上游容器。

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