CN106232223B - 用于管理催化剂循环中断的移动床催化反应器及使用该反应器的工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明描述一种以移动床形式工作的催化反应器，用于管理催化剂循环的中断，同时避免对容纳催化剂的内部构件造成机械损坏。本发明还涉及一种使用根据本发明的反应器的精炼的或石化的工艺。
Description
技术领域
本发明涉及在一些精炼和石化工艺中使用的移动床反应器的领域，这些工艺诸如（例如）是汽油的催化重整或BTX生产（苯-甲苯和二甲苯），这些工艺通常使用催化剂的持续再生来进行操作。
用催化剂的移动床操作的催化工艺允许持续地再生催化剂。然而，出于单元维护的原因，或者因为可能的故障，可能会出现催化剂的循环减缓乃至暂时停止的情况。
当催化剂的循环不是持续的而是周期性的时候，可能会出现周期性不合适或者在操作期间被打乱的情况，因而导致催化剂循环长时间停止。
当催化剂循环停止伴随有反应器的接触构件的冷却时，这样会导致这些接触构件的几何形状更改，从而使得可供催化剂使用的体积减小，而由于催化剂是固体所以可压缩性很小，这样可能导致一些内部零件上的应力的局部增加。
因此，例如，在催化重整反应器中，在有些情况下，催化剂循环的停止可能会导致形成容纳催化剂的篮的筛网的直径和高度减小，从而在篮的筛网上产生补充压力。
在本文的其余部分中，“篮”（panier）这个术语将用来表示总体上（但并非一定）环状的包封物，这个包封物容纳催化剂并且具有侧壁，其侧壁允许反应物和反应流出物通过。
催化剂的压缩性很低，这导致筛网出现明确的降级，或甚至导致用于反应器底部处的筛网的安装部分被扯掉，因此催化剂能够进入所述反应器并不旨在容纳催化剂的内部部分中。
这种类型的降级会在不同的严重程度上破坏该工艺的恰当操作。
结果可能是性能损失，这甚至可能发展到整个单元无法工作，因此需要对设备采取必要的动作，从而导致不同时长的停止。
本发明能够用于消除与上文说明的催化剂循环的停止相关联的风险。
背景技术
移动床型流式反应器领域尤其是汽油的催化重整的现有技术的范围很广。
我们在这里将仅限于描述移动床反应器的典型配置的文献。
专利US 3 864 240、US 4 040 794、FR 2 160 269和FR 2 946 660 描述了各种类型的尤其可以用于汽油催化重整工艺的移动床反应器。在这种类型的工艺中，催化剂在反应区段的各个反应器（通常有4个反应器）之间循环，然后流到再生器。
然后再生的催化剂返回至反应区段。
根据诸如文献US 3 706 536中描述的那些其它的变型，各个催化区被堆叠（“堆叠反应器”）以形成仅单独的一个反应器，这个反应器包括各个反应区段，催化剂在这些反应区段之间循环。
还有可能将一个包括多个堆叠反应区段的反应器与包括一个或更多个反应区段的一个或多个反应器结合（在FR 2 160 269的图1中示出）。
通过可选地利用本领域的技术人员容易实现的一些调适工作，本发明涉及两种实施例，包括分开的反应器的实施例和那些利用堆叠反应区的反应器的实施例。
发明内容
本发明主要在于通过将可移动篮结合到移动床反应器中来更改这些反应器，当通过特定应力被抬升时，这些可移动篮允许将催化剂传递到缓冲储存区中。“移动床反应器”这个术语是指任何类型的此类反应器：其中催化剂以持续或临时的方式从反应区流到再生区。在这个定义中，并未规定进料在移动的催化床内的循环方式。
在汽油的催化重整型单元中，进料的流动总体上垂直于催化剂的流动，并且是从周围朝中心集流管发生的。进料在相反方向上的流动也是可能的。催化剂容纳在筛网所构成的篮中，筛网的侧壁准许进料进入并且将进料朝中心集流管传递。
篮具有位于上部部分中的大体锥形形状的固定点。当催化剂的循环中断时，催化剂在所述上部部分中堆积。
催化剂循环中断的同时一般还会伴随有冷却，冷却会导致篮的组件收缩，因此，篮有向上升高的趋势。根据本发明，反应器底部的构型因此能用于释放一个称为储存区的空间，这意味着催化剂能够占据所述空间。
然后，储存在储存空间中的催化剂被重新引入到催化剂的正常循环中。
更准确地说，本发明能够定义为一种使用移动床上催化剂的催化反应器，其中催化剂封闭在环形形状的多个篮（5）中，篮的壁包括筛网，所述筛网允许进料从外部进入且流向篮的内部，然后反应流出物从篮内部流向中心集流管（3），或者在相反方向上流动，所述反应器的特征在于，封闭催化剂的篮（5）可以沿着基本上垂直的轴线移动，并且设置在其垂直壁的延伸部中，调整片（7）安装在所述篮的侧壁的延伸部中，在催化剂循环中断期间，调整片（7）（bavette）释放在反应器的下部部分中的催化剂的储存空间（11），一旦重新建立循环时，则催化剂循环在重力作用下重新恢复。
在本发明的优选变型中，移动床精炼催化反应器使用调整片（7），所述调整片（7）在垂直套筒（12）中滑动并且设有窗口（14），所述窗口（14）在正常循环期间由套筒（12）阻塞，当篮（5）在循环中断后升高时，打开所述窗口（14），因此允许催化剂穿过所述窗口（14）朝向位于反应器的在套筒（12）与催化剂壁之间的下部部分中的储存空间（11）。
根据本发明的更优选的变型，窗口（14）的形状是矩形的，以便允许催化剂以均匀的方式进入储存空间（11）中。
根据本发明的另一个优选变型，窗口（14）的形状是三角形的，三角形的顶点指向上方，以便允许催化剂以渐进方式进入储存空间（11）中。
本发明的移动床催化反应器可以应用于利用移动床催化剂流的任何工艺，其中催化剂以上文定义的方式容纳在篮中。移动床工艺的一个示例包括汽油的催化重整。
更总体而言，根据本发明的移动床催化反应器可以应用于使用移动床中的催化剂循环的任何工艺，例如，一些残渣的加氢处理工艺，或者例如来自于原油常压蒸馏或真空蒸馏的残渣的加氢转化、加氢脱硫或加氢脱金属的工艺。
附图说明
图1a表示反应器（1）的下部部分的视图，其中突出显示了中心集流管（3）、篮（5）的外壁、延伸篮的外壁并且固定到篮的外壁的基本上垂直的调整片（7），以及在其上搁放篮的支撑件（4）。
催化剂占据了包括在篮的外壁与中心集流管（3）之间的整个空间。在正常操作中，催化剂经由腿部（2）进行流动。
图1b表示反应器（1）的下部部分的同一视图，但是是在催化剂循环中断的情况下。篮（5）与所附接的调整片（7）的组件向上升高（在箭头方向上）。
催化剂占据了称为储存区的部分，这个部分通过使篮（5）升高来释放。
图1c同样表示当催化剂的循环已经恢复时的反应器（1）的下部部分。篮（5）和所附接的调整片（7）再次下降到它们的正常位置，储存在储存区中的催化剂重新恢复朝向循环腿部（2）的循环。
图2a表示本发明的变型中的反应器（1）的下部部分的视图，在该变型中，篮（5）的下部部分中配备有包括窗口（14）的调整片（13）。篮（5）的调整片（13）能在套筒（12）中滑动。
图2a、图2b和图2c所采取的是面对调整片（5）的视图。因此，不再能看到中心集流管（3），但它是存在的。
在图2a中，可移动的篮（5）在下部位置中并且搁放在支撑件（4）上。
在这种构型中，篮的下部部分中的调整片（13）的窗口（14）被套筒（12）遮蔽。因此将催化剂保持在篮（5）中。
图2b表示反应器（1）的下部部分的同一视图，但是是在催化剂的循环已经中断的情况下。篮（5）与所附接的调整片（13）的组件已经向上升高（箭头6的方向）。
催化剂流过窗口（14），由此占据了称为储存区（11）的部分，这个部分是通过使篮（5）升高来打开的。调整片（13）的升高由套筒（12）进行引导。
图2c同样表示当催化剂的循环已经恢复时的反应器（1）的下部部分。篮（5）和所附接的调整片（13）再次下降到它们的正常位置（见箭头8），并且储存在储存区（11）中的催化剂通过穿过套筒（12）与反应器底部之间所留出的空间（箭头9）继续朝循环腿部（2）进行循环。
具体实施方式
在持续的移动床型的催化重整反应器中，催化剂先通过几个连续反应区或几个反应器，然后被送到再生器。
每个反应器包括至少一个乃至几个连续的催化区，催化剂床在催化区中以催化剂颗粒的不中断的列的形式持续地或周期性地缓慢地下降。
进料在每个催化区中以基本上径向流的形式进行循环，总体上从周围朝中心移动，并且通过向下的垂直移动来穿过催化区。进料从中心朝周围循环也是可能的。
因此，进料沿着与催化剂流动方向基本上垂直的方向通过每个催化区。
催化剂被引入到反应器顶部的由具有入口/出口的壁所限定的空间中。
催化剂在重力作用下从催化区的顶部逐渐地流到催化区的底部，并且通过任何合适的方法（例如升降机）经由底部所提取，以便将催化剂从给定反应器的下部部分运输到下一个反应器的催化区的上部部分，或者运输其朝向位于这一系列中的最后一个反应器后面的再生器。
一系列通常包括3到4个串联工作的反应器。
升降机使用工作流体，例如气体，优选地是氢气。专利FR 2 160 269中具体描述了这样一种布置。
在这种催化剂在向下流动中循环的技术中，催化剂被维持在筛网限定的环形区中，这些筛网形成基本上环形形状的篮。
例如专利FR 2 961 215和FR 2 966 751中描述了此类筛网。
筛网通常是“约翰逊筛网”类型的，其既能允许催化剂良好地流向所述筛网的壁，又能允许进料的交叉流的通过，然后允许反应流出物通向中心集流管。
操作时的操作条件的变化，例如在或高或低的程度上的加热或冷却，乃至紧急停止，可能会导致反应器的内部构件处发生变形（严重的差异膨胀或收缩）。
这些变形可能会导致筛网上受力增加。
在移动床反应器中使用根据本发明的移动篮，意味着可以克服这些缺点，其方法是通过允许催化剂进入反应器的可用于储存一部分所述催化剂的内部体积，并且因此减少乃至完全消除在冷却情况下往往会施加于筛网上的力。因此，能避免筛网的变形或者撕裂。
下面的说明允许借助于图1a、图1b、图1c和图2a、图2b和图2c更好地理解本发明。
图1a、图1b和图1c示出了第一变型，其中容纳催化剂的移动篮（5）配备有调整片（7），该调整片（7）下降到反应器的底部，没有停在反应器的下部部分上。
优选地，所述篮（5）是用约翰逊型筛网构造的，约翰逊型筛网由一组垂直线材的网构成，这些垂直线材规整地隔开，并且通过焊接到垂直线材的水平线材固持就位。
篮搁在焊接至套壳的支撑环（4）上。
在图1a、图1b和图1c中，反应器（1）配备有腿部（2）以允许催化剂下降，并且配备有中心管（3）（英文中称作center pipe）以便收集反应流出物。
移动篮（5）在壁与中心管（3）之间固持催化剂（10）。这个篮（5）在它的下部部分中配备有基本上垂直的调整片（7）并且由筛网的环状支撑件引导。垂直度能够通过调整片（7）与垂线之间形成的角度进行估计，并且在0°到10°的范围内，优选地在0°到5°的范围内，并且更优选地在0°到2°的范围内。
在图1a中，移动篮（5）在下部位置并且搁放在水平支撑件（4）上。催化剂保持在中心管（3）与通过基本上垂直的调整片（7）延伸的篮（5）的壁之间。
在催化剂循环停止伴随有内部构件的冷却期间，径向力和方向朝上的力施加于篮（5）的筛网上。方向朝上的力主要是因为催化剂的不可压缩性，而几何形状相对细长的篮在其长度上发生收缩。
篮（5）的顶部具有锥形的几何形状，在这个区中填充有催化剂。当催化剂停止循环时，篮将停留在催化剂床上。通过冷却期间篮的纵向收缩，因为篮（5）的上部部分支承在堆积的催化剂上，所以发生篮的基底由调整片（7）相对于支撑环（4）的滑动所引导而进行基本上垂直的平移，如图1b所示。
调整片（7）与反应器底部之间的空间扩大，从而释放储存区（11），该储存区（11）能容纳催化剂的一部分，且因此减少乃至消除施加于篮（5）的筛网上的力。
当循环在腿部（2）中继续时，催化剂被送到催化剂的提升室（未示出），这个提升室能用于将催化剂送到下一个反应器或送到再生器。
储存区（11）因此以自然的方式（即，在重力作用下）逐渐地排空（见图1c中的箭头9），并且篮逐渐地再次朝它的对应于图1a的下部位置下降（见图1c中的箭头8）。
这种类型的循环可以一直重复直至催化剂循环中发生另一次停止或事件。
图2a、图2b和图2c示出了根据本发明的设备的第二变型。
在这个系列的图中，为了更好地理解本发明，并未示出图1的中心管（3）。
图2a、图2b、图2c对应于面向调整片（13）的视图。
根据此变型，篮（5）的下部部分配备有包括窗口（14）的调整片（13）。篮的调整片（13）能在套筒（12）中滑动。
套筒（12）的基底带有穿孔（图中未示出），以便当催化剂循环继续时，允许在储存区（11）中蓄积的催化剂流向循环腿部（2）。
在图2a中，可移除的篮（5）搁在支撑件（4）上，并且因此处在下部位置。
在此构型中，篮的下部部分中的调整片（13）的窗口（14）被套筒（12）遮蔽。因此，催化剂保持在篮中。
图2b示出了催化剂循环中断的情形。当催化剂循环停止之后施力时，可移除的篮（5）可以在箭头6的方向上自由地上升，并且窗口（14）逐渐地露出，从而使得催化剂能进入储存区（11）。
催化剂实际上穿过窗口（14）并且在套筒（12）的另一侧上进入反应器（11）的下部部分。
图2c对应于催化剂的循环的继续。当催化剂循环继续时，催化剂经由位于套筒（12）底部的开口（图2c中未示出）并且经由套筒（12）的下端与反应器底部之间留出的空间，从储存区（11）流向循环腿部（2）。
催化剂逐渐地从储存区（11）中释放，并且篮（5）再次逐渐地下降（在图2c中的箭头8的方向上），直到篮（5）再次停放在支撑件（4）上。于是窗口（14）再次被套筒（12）遮蔽。
能够使用窗口（14）的各种几何形状，以便实现催化剂朝储存区（11）的更慢或更快的传送。
例如：
-矩形窗口可以用于随着篮的每个单位的向上平移，释放相同数量的催化剂；
-指向上方的三角形的窗口或短边朝上的梯形的窗口，可以用于随着篮升高逐渐释放更大数量的催化剂；
-指向下方的三角形的窗口或者短边朝向底部的梯形的窗口，可以用于在篮的略微升高后立即释放很大数量的催化剂；
-还可以设想几排相同的或不同的几何形状的窗口，以便释放可以随着篮的升高进行调节的数量的催化剂。
总而言之，本发明涉及一种催化反应器，其使用移动床催化剂，其中，催化剂封闭在篮（5）中，并且其中所述篮能沿着基本上垂直的轴线移动，并且设有调整片（7，13），调整片本身基本上是垂直的，安装在所述篮的下部部分中，并且其中，在催化剂的循环中断期间，释放位于反应器的下部部分中的催化剂的储存空间（11）。
本发明还涉及一种使用根据本发明的反应器的精炼或石化工艺。优选地，所述工艺是汽油的催化重整工艺；根据另一个变型，所述工艺是残渣的加氢处理工艺。
因此，本发明还涉及一种精炼催化工艺，其使用移动床催化剂，其中催化剂封闭在篮（5）中，并且其中所述篮能沿着基本上垂直的轴线移动，并且设有调整片（7，13），调整片本身基本上是垂直的，安装在所述篮的下部部分中，并且其中，在催化剂的循环中断期间，释放位于反应器的下部部分中的催化剂的储存空间（11）。
在根据本发明的反应器或工艺中，可以实施下面的变型或优选方案：
优选地，一旦循环恢复，则所述催化剂循环在重力作用下重新恢复。
更优选地，所述催化剂可以封闭在环形形状的篮（5）中，篮的壁由筛网构成，筛网允许进料从外部进入篮内部，然后允许反应流出物从篮内部流向中心集流管。
根据优选变型，使用根据本发明的移动床上催化剂的催化反应器或工艺可以包括调整片（7，13），其在垂直套筒（12）中滑动，并且设有窗口（14），窗口（14）在正常循环期间被套筒（12）阻塞，当篮（5）在循环中断后升高时，打开所述窗口（14），因此允许催化剂穿过所述窗口（14）流向反应器的位于在套筒（12）与催化剂壁之间的下部部分中的储存空间（11）。
优选地，所述窗口（14）具有矩形形状，以便允许催化剂以均匀的方式进入储存区（11）中。
根据另一个变型，所述窗口（14）具有三角形形状，三角形的顶点指向上方，以便允许催化剂以渐进方式进入储存区（11）中。
本发明相对于现有技术的优势
现有技术的能够用于在催化剂循环停止并且发生伴随的冷却时防止在筛网上力蓄积的方案，涉及一种催化剂传递装置，称作附加升降机，例如专利FR 2 160 269中所描述的升降机。
此附加的升降机通常以气体进行工作，该气体的可用性在所有时候均得到保证，典型地是氮气。
然而，使用附加升降机要求操作人员执行操作，目的是开始使用备用设备，前提是假设能迅速实现确保催化剂传递的操作条件。操作人员还必须仔细保持可能受到事故影响的其它设备的完好性。
本发明中提出的方案并不涉及任何补充设备，并且使用反应器的这样一个区，即所述反应器的下部部分，在这个区中，根据现有技术催化剂的循环方式并不理想。
实际上，一般在这个区中循环的催化剂几乎不被使用或者根本不被使用，因为它通常会被工艺气体不利地冲散。
通过释放所述区并且将所述区用作催化剂的临时储存区，本发明提出一个令人关注的方案，而且不需要大幅更改反应器的常规设计。
本发明还提供了另外一个优势：不需要操作人员干预，因为设备在外部时间的情况下的自然行为用来抵消所述外部时间的潜在的负面影响。
根据本发明的方案的可靠性和反应性因此不依赖于操作人员的干预所花费的时间和正确性，而且不会遭受任何外部误差的风险，例如测量仪器的偏差。
Claims (9)
1.一种使用催化剂的移动床催化反应器，其中所述催化剂封闭在多个篮（5）中，并且其中所述篮能沿着基本上垂直的轴线移动并设有调整片（7，13），所述调整片本身基本上是垂直的且安装在所述篮（5）的下部部分中，并且其中，在催化剂循环中断期间，通过使所述篮（5）与所附接的调整片（7，13）的组件向上升高，打开位于所述反应器的下部部分中的用于催化剂的储存空间（11）。
2.根据权利要求1所述的移动床催化反应器，其中，当所述循环重新建立时，则所述催化剂在重力作用下的循环重新恢复。
3.根据权利要求1或2所述的移动床催化反应器，其中，所述催化剂封闭在环形形状的篮（5）中，其中所述篮的壁包括筛网，所述筛网允许进料从外部进入所述篮（5）的内部，然后允许反应流出物从所述篮（5）的内部流向中心集流管（3）。
4.根据权利要求1到2中任一项所述的移动床催化反应器，其中，所述调整片（7，13）在垂直套筒（12）中滑动，并且设有窗口（14），所述窗口（14）在正常循环期间由所述套筒（12）阻塞，当所述篮（5）在循环中断后升高时，打开所述窗口（14），因此允许所述催化剂穿过所述窗口（14）朝向位于所述反应器的在所述套筒（12）与所述反应器的壁之间的所述下部部分中的储存空间（11）。
5.根据权利要求4所述的移动床催化反应器，其中，所述窗口（14）的形状是矩形的，以便允许所述催化剂以均匀的方式进入所述储存空间（11）。
6.根据权利要求4所述的移动床催化反应器，其中，所述窗口（14）的形状是三角形的，其中三角形的顶点指向上方，以便允许所述催化剂以渐进方式进入所述储存空间（11）。
7.一种使用根据权利要求1到6中任一项所述的反应器的精炼或石化工艺。
8.一种使用根据权利要求1到6中任一项所述的反应器的汽油的催化重整工艺。
9.一种使用根据权利要求1到6中任一项所述的反应器的残渣的加氢处理工艺。
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